¿Por qué los ferrocarriles necesitan sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) basados en transformadores para los sistemas de señalización?

CONSEJOS: Los sistemas de señalización ferroviaria son infraestructuras fundamentales que garantizan la seguridad de la circulación de los trenes. Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) basado en transformador constituye la columna vertebral de la protección de la alimentación eléctrica de la señalización. Proporciona energía ininterrumpida durante los cortes de la red eléctrica. Este artículo analiza por qué la señalización ferroviaria exige basado en transformadores Fuente de alimentación SAI con un estricto cumplimiento de las normas de compatibilidad electromagnética (EMC) EN 50121 y un diseño apto para un amplio rango de temperaturas (de -25 °C a +55 °C). Las interrupciones de la señal pueden tener consecuencias catastróficas. BKPOWER aprovecha su amplia experiencia en soluciones de alimentación eléctrica para el sector ferroviario. Suministramos sistemas UPS fiables basados en transformadores para proyectos de la Iniciativa «La Franja y la Ruta», como el ferrocarril Hungría-Serbia y el ferrocarril China-Laos.

I. El papel fundamental de la protección de la alimentación eléctrica en la señalización ferroviaria

1. Sistemas de señalización: el sistema nervioso del ferrocarril

Los sistemas de señalización ferroviaria actúan como el “sistema nervioso” del transporte ferroviario. Controlan los movimientos de los trenes, gestionan las operaciones de despacho y garantizan la seguridad. La fiabilidad del sistema repercute directamente en la seguridad de los pasajeros y en la eficiencia operativa.

El mercado mundial de señalización ferroviaria alcanzó los $18.2 mil millones en 2024. Las previsiones indican que alcanzará los $42.4 mil millones en 2034. Esto supone una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 8,9%. Países de todo el mundo siguen invirtiendo en la modernización de las infraestructuras de señalización.

2. Consecuencias catastróficas de los fallos en las señales

La pérdida de suministro eléctrico en los sistemas de señalización da lugar a situaciones catastróficas:

• Pérdida de control del tren: Las interrupciones en la señalización impiden que los trenes reciban autorización para circular. Esto puede provocar colisiones por alcance o choques frontales.
• Parálisis en la gestión de envíos: Los centros de control pierden el rastro de la posición de los trenes. Toda la red ferroviaria se ve sumida en el caos.
• Pérdidas económicas enormes: Las estadísticas del sector indican que las interrupciones en el sistema de señalización de las principales líneas ferroviarias suponen un coste de millones de dólares por hora.
• Amenazas a la seguridad pública: Las averías en el sistema de señalización durante las horas punta ponen en peligro a miles de pasajeros.

En 2019, un fallo en el sistema de señalización en Europa provocó un corte del servicio en las líneas principales durante seis horas. Más de 50 000 pasajeros se vieron afectados por las interrupciones en sus desplazamientos. Las pérdidas económicas superaron los 8 millones de euros. Este caso pone de manifiesto la importancia fundamental de contar con una protección eléctrica fiable.

Figura 1: Arquitectura del sistema de señalización ferroviaria con un SAI basado en transformador

II. Ventajas técnicas de los SAI basados en transformador

1. ¿Qué es un SAI basado en transformador?

Los SAI basados en transformadores utilizan transformadores de frecuencia de red como componentes fundamentales para el aislamiento y la conversión de tensión. Estos sistemas difieren fundamentalmente de los diseños de SAI de alta frecuencia.

Entre los componentes principales se incluyen:

• Frecuencia de red Transformador de aislamiento: Proporciona aislamiento eléctrico y transformación de tensión
• Rectificador: Convierte la corriente alterna en corriente continua
• Inversor: Convierte la corriente continua en corriente alterna
• Banco de baterías: Almacena energía para energía de reserva durante los cortes de suministro

2. Ventajas fundamentales para aplicaciones ferroviarias

Los SAI basados en transformador ofrecen ventajas claras en entornos ferroviarios:

(1) Aislamiento eléctrico superior

Los transformadores de frecuencia de red proporcionan un aislamiento galvánico total. Bloquean eficazmente las sobretensiones, los picos de tensión y el ruido procedentes de la red eléctrica. Esta protección es esencial para los equipos de señalización sensibles.

(2) Capacidad excepcional de sobrecarga

Los SAI basados en transformador pueden soportar sobrecargas a corto plazo de más de 300%. Esta capacidad permite gestionar las corrientes de arranque generadas al poner en marcha los equipos de señalización.

(3) Excelente capacidad de resistencia a las sobretensiones

Las estructuras de los transformadores con núcleo de hierro resisten de forma natural las sobrecargas de corriente. Esto resulta ideal para entornos ferroviarios, en los que se producen frecuentes fluctuaciones de carga.

(4) Mayor fiabilidad

Una construcción más sencilla implica menos puntos de fallo. El tiempo medio entre fallos (MTBF) supera las 200 000 horas.

(5) Mayor capacidad de adaptación al entorno

Los SAI basados en transformador presentan una menor sensibilidad a la temperatura, la humedad y la altitud. Esto los hace idóneos para aplicaciones al aire libre y en entornos adversos.

3. SAI con transformador frente a SAI de alta frecuencia

Tabla 1: Comparación técnica entre los SAI basados en transformador y los de alta frecuencia

La comparación muestra que los SAI basados en transformador se quedan ligeramente por detrás en cuanto a eficiencia y tamaño. Sin embargo, destacan claramente en aislamiento eléctrico, capacidad de sobrecarga y adaptabilidad al entorno. Estas ventajas los convierten en la opción preferida para los sistemas de señalización ferroviaria.

III. Normas ferroviarias y requisitos de cumplimiento

1. Normas EN 50121 sobre compatibilidad electromagnética

Los entornos ferroviarios presentan condiciones electromagnéticas complejas. Los sistemas de alimentación de tracción, la explotación ferroviaria y los equipos de comunicación generan fuertes interferencias. La serie de normas EN 50121 aborda estos retos.

La serie EN 50121 incluye:

• EN 50121-1: Requisitos generales
• EN 50121-2: Emisiones de todo el sistema ferroviario
• EN 50121-3-1: Material rodante – Tren y vehículo completo
• EN 50121-3-2: Material rodante – Equipos
• EN 50121-4: Aparatos de señalización y telecomunicaciones
• EN 50121-5: Instalaciones y aparatos fijos de suministro eléctrico

Los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) para señalización ferroviaria deben cumplir los requisitos de las normas EN 50121-4 y EN 50121-5.

2. Requisitos clave de ensayo de la norma EN 50121

La norma EN 50121 exige que los SAI superen las siguientes pruebas críticas:

Pruebas de emisiones:

• Emisión radiada
• Emisión conducida

Pruebas de inmunidad:

• ESD: descarga por contacto de ±8 kV, descarga en aire de ±15 kV
• Inmunidad a la radiación: 10 V/m, 80 MHz-6 GHz
• EFT: ±2 kV en los puertos de alimentación, ±1 kV en los puertos de señal
• Picos de tensión: ±4 kV entre línea y tierra, ±2 kV entre líneas
• Inmunidad conducida: 10 V, 150 kHz-80 MHz
• Caídas de tensión e interrupciones breves

Figura 2: Esquema de los ensayos de compatibilidad electromagnética según la norma EN 50121

3. Normas adicionales pertinentes

Además de la norma EN 50121, los SAI ferroviarios deben cumplir con:

• Serie IEC 62040: Rendimiento, seguridad y compatibilidad electromagnética (EMC) de los SAI
• EN 50126/50128/50129: RAMS (Fiabilidad, Disponibilidad, Facilidad de mantenimiento, Seguridad)
• EN 50124-1: Requisitos de aislamiento
• NFPA 130: Sistemas de protección de la vida (autonomía mínima de 2 horas)

BKPOWER diseña sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) basados en transformadores que cumplen estrictamente estas normas. Nuestros productos garantizan el cumplimiento de las mismas en proyectos ferroviarios de todo el mundo.

IV. Diseño para un amplio rango de temperaturas en entornos adversos

1. Problemas relacionados con la temperatura en entornos ferroviarios

Los equipos de señalización ferroviaria suelen funcionar al aire libre o en entornos semiexteriores. Estos emplazamientos se ven sometidos a temperaturas extremas:

• Regiones frías: Las temperaturas en invierno bajan hasta los -25 °C o menos
• Regiones cálidas: Las temperaturas en verano superan los +55 °C
• Grandes variaciones diurnas: En algunas regiones, las oscilaciones diarias de temperatura superan los 30 °C
• Gran altitud: Las líneas ferroviarias de la meseta alcanzan altitudes superiores a los 4.000 metros

Las temperaturas extremas afectan al rendimiento del SAI:

• Las bajas temperaturas reducen capacidad de la batería y puede congelar los electrolitos
• Las altas temperaturas aceleran el envejecimiento de los componentes y reducen su vida útil
• Los cambios bruscos de temperatura provocan condensación y fallos en el aislamiento.

Figura 3: SAI diseñada para un amplio rango de temperaturas que funciona en condiciones extremas

2. Soluciones de BKPOWER para un amplio rango de temperaturas

BKPOWER desarrolla sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) basados en transformadores para aplicaciones ferroviarias, aptos para un amplio rango de temperaturas. El rango de funcionamiento abarca desde los -25 °C hasta los +55 °C.

Tecnologías clave para un amplio rango de temperaturas:

(1) Control inteligente de la temperatura

• Varios sensores de temperatura supervisan los componentes críticos
• El control inteligente de la velocidad del ventilador ajusta la refrigeración en función de la temperatura
• Calefacción automática para funcionamiento a baja temperatura

(2) Tecnología de baterías de amplio rango de temperaturas

• Fórmula especial de electrolito para un rendimiento a bajas temperaturas
• Control independiente de la temperatura del compartimento de la batería
• Compatibilidad con baterías VRLA, de litio y de níquel-cadmio

(3) Selección de componentes

• Componentes de grado industrial para un amplio rango de temperaturas (de -40 °C a +85 °C)
• Condensadores de estado sólido o electrolíticos de alta fiabilidad
• Dispositivos de potencia con amplios márgenes de temperatura

(4) Optimización estructural

• Diseño optimizado del flujo de aire para una disipación eficaz del calor
• Protección contra el polvo y el agua (IP54 y superior)
• El diseño anticondensación evita los problemas de humedad

3. Casos prácticos de aplicación

El SAI de amplio rango de temperaturas de BKPOWER da buenos resultados en entornos ferroviarios extremos:

Línea ferroviaria Hungría-Serbia:

• Temperatura mínima en invierno en la zona serbia: -20 °C
• El SAI de BKPOWER garantiza un funcionamiento estable
• Garantiza un suministro eléctrico fiable para la señalización

Ferrocarril China-Laos:

• Las temperaturas estivales en la región de Laos superan los +45 °C
• El SAI ofrece un rendimiento excelente en condiciones de altas temperaturas y humedad

Proyectos ferroviarios en Asia Central:

• Gran altitud (más de 3.000 metros) con grandes variaciones de temperatura
• UPS se adapta a condiciones adversas para garantizar la seguridad del transporte

V. Casos de aplicación en la señalización ferroviaria

1. Salas de equipos de señalización

Las salas de equipos de señalización albergan nodos críticos: sistemas de enclavamiento, circuitos de vía y señales.

Funciones del SAI en las salas de señalización:

• Alimentar los ordenadores de enclavamiento sin interrupciones
• Mantener el funcionamiento del circuito de vía
• Asegúrate de que las señales se muestren correctamente
• Fuente de alimentación de la máquina de conmutación de soporte

Configuración típica: SAI con transformador de 10 kVA a 40 kVA, de 30 minutos a 2 horas tiempo de respaldo.

2. Centros de comunicación

Los sistemas de comunicación ferroviarios se encargan de la gestión del tráfico, el control de trenes y la información a los pasajeros.

Funciones del SAI en los centros de comunicaciones:

• Equipos de transmisión y conmutación de energía eléctrica
• Compatibilidad con estaciones base de comunicación inalámbrica
• Garantizar la disponibilidad de las comunicaciones de emergencia

Configuración típica: SAI con transformador de 20 kVA a 100 kVA, configuración redundante N+1.

3. Centros de control de despacho

Los centros de control son el cerebro de las operaciones ferroviarias. Exigen la máxima fiabilidad en el suministro eléctrico.

Funciones de UPS en los centros de distribución:

• Servidores y estaciones de trabajo de gestión de la energía eléctrica
• Mantenimiento de sistemas de pantallas gigantes
• Equipos de red y almacenamiento

Configuración típica: SAI modular, capacidad de 100 kVA a 500 kVA, arquitectura redundante 2N.

4. Subestaciones de tracción

Las subestaciones de tracción suministran energía a los trenes. Sus sistemas de control también necesitan protección mediante un SAI.

Funciones del SAI en las subestaciones de tracción:

• Sistemas SCADA de energía eléctrica
• Mantener el buen funcionamiento de los equipos de protección
• Alimentación de control de los equipos de conmutación

Configuración típica: SAI industriales de 5 kVA a 20 kVA con gran capacidad antiinterferencias.

VI. Soluciones UPS para ferrocarriles de BKPOWER

1. Perfil de la empresa

BKPOWER es una empresa de alta tecnología especializada en soluciones de energía industrial. Nuestro equipo de I+D cuenta con decenas de profesionales de primer nivel en las disciplinas de ingeniería estructural, eléctrica, de software y de diseño industrial.

Los productos de BKPOWER llegan a clientes de más de 100 países y regiones. Contamos con una amplia experiencia en los sectores ferroviario, energético, médico y de la producción industrial.

2. Líneas de productos SAI específicas para el sector ferroviario

BKPOWER desarrolla productos SAI específicos para aplicaciones ferroviarias:

Serie BK-L33 (10 kVA-40 kVA):

• Trifásico de alta frecuencia UPS en línea
• Para salas de equipos de señalización y centros de comunicaciones
• Cumple con la norma EN 50121-4/5
• Diseño para un amplio rango de temperaturas (de -25 °C a +55 °C)

Serie BK-T33 (20 kVA-120 kVA):

• SAI industrial basado en transformador
• Para grandes edificios de señalización y centros de control
• Aislamiento eléctrico total con una elevada protección contra las interferencias
• Compatibilidad con redundancia paralela N+1

Serie BK-Rail (a medida):

• Desarrollo a medida para satisfacer los requisitos específicos de cada proyecto
• Asistencia para necesidades especiales de tensión y frecuencia
• Cumplir con las normas y los requisitos de certificación específicos

3. Casos de éxito

Línea ferroviaria Hungría-Serbia: BKPOWER suministró soluciones completas de alimentación mediante SAI para el tramo serbio. El proyecto incluyó más de 40 unidades de SAI con transformador que abastecen a las estaciones de señalización a lo largo de la línea. Los productos han funcionado de forma estable desde su puesta en servicio. Los clientes valoran muy positivamente nuestro desempeño.

Ferrocarril China-Laos: El ferrocarril China-Laos es un proyecto emblemático de la Iniciativa de la Franja y la Ruta. BKPOWER suministró sistemas SAI de alta fiabilidad. Nuestros productos se adaptan al clima de Laos, caracterizado por altas temperaturas y elevada humedad. Garantizamos la seguridad de las operaciones ferroviarias.

Proyectos nacionales de tren de alta velocidad: Los productos de BKPOWER se utilizan ampliamente en las líneas ferroviarias de alta velocidad nacionales. Entre ellas se encuentran las líneas de alta velocidad Pekín-Shanghái, Pekín-Guangzhou y Shanghái-Kunming. Contamos con una amplia experiencia en aplicaciones ferroviarias.

VII. Conclusión y perspectivas de futuro

1. Puntos clave

Los SAI basados en transformador constituyen la solución de alimentación ideal para los sistemas de señalización ferroviaria. Entre sus principales ventajas se incluyen:

• Aislamiento eléctrico superior: Bloquea eficazmente las interferencias de la red eléctrica, protegiendo así los equipos sensibles
• Gran capacidad de sobrecarga y de resistencia a picos de tensión: Se adapta a las características especiales de carga de los equipos de señalización
• Excelente capacidad de adaptación al entorno: Su diseño para un amplio rango de temperaturas garantiza un funcionamiento estable en condiciones adversas
• Cumplimiento de las normas ferroviarias: Cumple con los estrictos requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC) y seguridad de la norma EN 50121
• Alta fiabilidad y larga vida útil: Estructura sencilla, fácil mantenimiento y menores costes a lo largo del ciclo de vida

2. Tendencias de desarrollo del sector

La tecnología de los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) ferroviarios evoluciona hacia:

(1) Inteligencia

• Control remoto y diagnóstico
• Mantenimiento predictivo
• Tecnología de gemelos digitales

(2) Tecnología verde

• Mayor eficiencia (>96%)
• Las baterías de litio sustituyen a las de plomo-ácido
• Tecnología de recuperación de energía

(3) Modularidad

• Diseño de módulos intercambiables en caliente
• Ampliación flexible de la capacidad
• Mantenimiento rápido

(4) Integración

• SAI integrado con distribución de energía
• Coordinación con los sistemas de gestión energética
• Aplicaciones de microrredes inteligentes

3. El compromiso de BKPOWER

BKPOWER sigue ampliando su experiencia en soluciones de energía para el sector ferroviario. Ofrecemos a nuestros clientes ferroviarios de todo el mundo:

• Productos de alta calidad: Un estricto control de calidad garantiza la fiabilidad del producto
• Soluciones a medida: Soluciones óptimas adaptadas a los requisitos de cada proyecto
• Respuesta rápida: Respuesta a las consultas de preventa en un plazo de 2 horas; entrega de la propuesta técnica en un plazo de 8 horas
• Servicio profesional: Un equipo de ingenieros especializados ofrece asistencia técnica durante todo el ciclo de vida del producto

Elige los SAI con transformador de BKPOWER. Elige seguridad y fiabilidad para los sistemas de señalización ferroviaria.

Referencias

1. Comisión Electrotécnica Internacional (CEI)Sitio web oficial: www.iec.ch
2. Underwriters Laboratories (UL)Sitio web oficial: www.ul.com
3. Comité Europeo de Normalización (CEN)Sitio web oficial: www.cen.eu
4. Administración de Normalización de China (SAC)Sitio web oficial: www.sac.gov.cn
5. Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance (CNESA)Página web oficial: www.cnESA.org
6. Organización Internacional de Normalización (ISO)Sitio web oficial: www.iso.org