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Poryoyo shiLos transformadores de estado sólido (SST) sustituyen al transformador de distribución pasivo por un sistema de electrónica de potencia controlado activamente. Esta guía explica cómo funcionan, en qué aplicaciones se utilizan y por qué los transformadores convencionales suelen seguir siendo la opción más práctica.
Un transformador de estado sólido (SST) es un dispositivo de conversión de electrónica de potencia que sustituye el acoplamiento magnético pasivo a frecuencia de red de un transformador de distribución convencional por una cadena de convertidores con conmutación activa en torno a un transformador de media frecuencia (MFT). Este dispositivo reduce la tensión de media tensión (MT) a baja tensión (BT) con aislamiento galvánico, incorporando flujo de potencia bidireccional, regulación rápida de la tensión, salidas de corriente continua y funciones de calidad de la energía. Su implantación comercial en la red de media tensión sigue siendo limitada; la mayoría de las cifras proceden de prototipos y proyectos piloto. La bibliografía de referencia técnica sobre transformadores de estado sólido resume la línea de investigación del IEEE.
La etapa 1 rectifica la alimentación de CA de media tensión —normalmente de 10 a 36 kV— en un enlace de corriente continua; la etapa 2 transfiere energía a través de la barrera galvánica mediante el MFT a una frecuencia de 1 a 20 kHz; La etapa 3 sintetiza la salida de CA de baja tensión (normalmente trifásica a 400 V) o de CC de baja tensión (a menudo entre 750 y 1 500 V CC para la recarga de vehículos eléctricos y microrredes de CC).
Un transformador de distribución convencional es un dispositivo magnético pasivo, unidireccional, de 50/60 Hz, homologado según la serie de normas IEC 60076 y respaldado por un ecosistema de accesorios bien consolidado —pasamuros, cambiadores de tomas y conjuntos de fusibles—. Un SST sustituye ese acoplamiento pasivo por una conmutación activa, lo que permite la regulación dinámica de la tensión, el flujo bidireccional y el filtrado de armónicos. Para los proyectos que siguen utilizando transformadores convencionales, lo establecido accesorios para transformadores El ecosistema sigue siendo la vía más práctica para la especificación.
Un transformador convencional está fijado a 50/60 Hz; los convertidores de un SST generan su propia frecuencia interna —normalmente de 1 a 20 kHz— que varía en función del tamaño del núcleo, el diseño del aislamiento y la capacidad de control.
La documentación sobre prototipos de SST de media tensión indica reducciones de peso de entre 30 y 501 TP3T en comparación con las unidades de frecuencia de red, dependiendo del sistema de refrigeración y del diseño de la carcasa. Un núcleo más pequeño no implica automáticamente una carcasa más pequeña, ya que la electrónica de potencia y la gestión térmica ocupan gran parte del espacio.
El MFT es el único componente que atraviesa la barrera galvánica entre la media tensión (MV) y la baja tensión (LV), por lo que asume toda la responsabilidad del aislamiento a frecuencias de kilohercios. Los altos valores de dv/dt modifican el comportamiento del aislamiento en comparación con los 50/60 Hz: la distancia de fuga, el inicio de las descargas parciales y la distribución de tensión entre capas requieren una atención especial. Es esta carga de aislamiento, y no el núcleo magnético, la que establece el límite máximo de la frecuencia interna.
Los MOSFET de SiC (1,2/3,3/10 kV; temperatura de unión de 150 a 175 °C) son adecuados para una conmutación rápida con bajas pérdidas; los IGBT (hasta 6,5 kV; 125 a 150 °C) admiten corrientes más altas a frecuencia media. La elección depende del nivel de potencia, la frecuencia y el presupuesto térmico.
Dado que ambos convertidores se conmutan de forma activa, la corriente puede invertir su sentido cuando se le ordena, lo que permite un funcionamiento regenerativo y la retroalimentación, algo que ningún transformador pasivo puede hacer. Los principios básicos de la inducción electromagnética en nuestro Conceptos básicos sobre transformadores Esta guía ofrece los fundamentos físicos.
No se trata de una cuestión de “mejor o peor”, sino de los límites de funcionamiento: la unidad convencional es un producto consolidado; las ventajas del SST solo se aprecian cuando es posible aprovecharlas.
| Parámetro | Transformador de distribución convencional | SST (estado actual) |
|---|---|---|
| Frecuencia de funcionamiento | 50/60 Hz (sincronizado con la red eléctrica) | 1–20 kHz interno (generado por el convertidor) |
| Clase de tensión típica | De baja tensión a 36 kV (sistema IEC 60076) | 10–36 kV en demostraciones |
| Eficiencia a carga nominal | ~98–99,51 TP3T | 96–99% en los pilotos, en función de las condiciones de la prueba |
| Regulación de tensión | Pasivo; depende del conmutador de tomas | Respuesta dinámica, de clase subcíclica |
| Flujo de potencia bidireccional | No es posible | Sí, inherente |
| Armónicos y calidad de la energía | Ninguno (deja pasar los armónicos del sistema) | Capacidad de filtrado activo |
| Perfil de mantenimiento | Práctica consolidada en el sector de los servicios públicos | Recambios para electrónica de potencia, conocimientos especializados |
A carga nominal, las unidades convencionales alcanzan una eficiencia de aproximadamente entre el 98 y el 99,51 TP3T; los prototipos SST registran valores de entre el 96 y el 991 TP3T. La comparación depende del punto de carga: las pérdidas del convertidor son relativamente constantes y predominan a baja carga.
Perspectiva de los expertos: comparación de las afirmaciones sobre eficiencia en la contratación pública
- Exige que se especifiquen el punto de carga y la configuración de refrigeración que hay detrás de cada cifra de eficiencia.
- Si se suma la potencia auxiliar y la potencia de refrigeración con una potencia de salida nula, esta puede superar las pérdidas en vacío habituales.
- Pregunta si las especificaciones de peso incluyen los accesorios y el sistema de refrigeración.
Los transformadores convencionales regulan la tensión únicamente mediante el cambio de tomas: las tomas fuera de circuito requieren un funcionamiento sin tensión; los cambiadores de tomas en carga tardan entre segundos y minutos en responder. Un SST regula a la velocidad del convertidor, en milisegundos, y puede filtrar armónicos y proporcionar apoyo reactivo.
En general, se estima que los sistemas basados en SST cuestan varias veces más que un transformador convencional de potencia similar, debido a los costes de la electrónica de potencia y la refrigeración. La planificación del ciclo de vida es diferente: las unidades convencionales presentan fallos previsibles en el aceite, las juntas y los pasacables, y cuentan con un mercado de recambios consolidado; los SST, por su parte, conllevan la obsolescencia de los componentes electrónicos y la necesidad de recambios de semiconductores.
En 2026, los SST de vehículos de motor se encuentran en una fase piloto y comercial limitada: se trata de proyectos a escala de demostración y específicos, no de sustituciones a nivel de toda la flota.
La aplicación más clara son las líneas de distribución en las que el control de la tensión y del flujo de potencia justifica el coste: líneas largas con problemas de caída de tensión, alta penetración de generación distribuida o circuitos que requieren una conexión en isla rápida. Un SST puede mantener la salida dentro de los márgenes de tensión de la red eléctrica, que suelen fijarse en ±5% (por ejemplo, el rango A de la norma ANSI C84.1), y funcionar en modo de formación de red —una fuente de tensión controlable, no un elemento pasivo—.
La recarga rápida de vehículos eléctricos se beneficia de la salida directa de corriente continua (750-1500 V CC), lo que elimina las etapas de CA/CC en las estaciones de recarga de 150-350 kW con almacenamiento; las energías renovables utilizan el flujo bidireccional para la energía fotovoltaica, las baterías y el V2G; los centros de datos valoran el filtrado y el control de tensión.
Los alimentadores de media tensión a los que se conectan estas aplicaciones se basan en el mismo ecosistema de cableado de probada eficacia: terminaciones y empalmes de Accesorios para cables termorretráctiles y retráctiles en frío — que da servicio a las redes convencionales.
Las demostraciones abarcan plataformas universitarias, prototipos de fabricantes y líneas de alimentación piloto de empresas de servicios públicos, siendo las más avanzadas las relacionadas con la recarga de vehículos eléctricos, la tracción ferroviaria y el suministro eléctrico a bordo de buques. Aún no se dispone de datos amplios sobre la flota —no hay estadísticas publicadas sobre fiabilidad a largo plazo a gran escala—; esa ausencia, y no el rendimiento teórico, es el principal riesgo que hay que tener en cuenta.
Un transformador convencional funciona gracias al aceite, las juntas y los pasacables, y su mantenimiento corre a cargo de equipos formados en las prácticas establecidas. Un SST sustituye esos modos de fallo por calor concentrado, fatiga por ciclos de encendido y apagado, desgaste de los componentes electrónicos y nuevas competencias.
Las pérdidas del convertidor se concentran en los módulos semiconductores, lo que genera un flujo térmico mucho mayor que el de la refrigeración con aceite de transformador. Los límites de unión condicionan el diseño, siendo habitual una reducción de la potencia de salida por encima de unos 40 °C de temperatura ambiente en emplazamientos tropicales y desérticos. La refrigeración por aire forzado y por líquido añade elementos de mantenimiento que las empresas de servicios públicos no suelen tener: los ventiladores, los filtros y las bombas necesitan mantenimiento, y los disipadores de calor expuestos al polvo o a la sal se deterioran progresivamente.
No existe un historial de fiabilidad a escala de flota para los SST de media tensión; hay que interpretar las afirmaciones de los proveedores a la luz de esa ausencia. Se conocen bien dos mecanismos de desgaste: la fatiga térmica y por ciclos de encendido y apagado de los módulos semiconductores (el número de ciclos de encendido y apagado, y no la antigüedad, determina la vida útil), y el desgaste de los condensadores electrolíticos del enlace de CC, cuya vida útil de diseño es de aproximadamente 5 a 15 años dependiendo de la temperatura, reduciéndose a la mitad por cada aumento de 10 °C. Las piezas de repuesto deben abarcar semiconductores, controladores de puerta, condensadores y sistemas de refrigeración; la obsolescencia significa que una unidad de 10 años de antigüedad puede encontrarse con componentes que ya no se fabrican.
La puesta en servicio de un SST se asemeja más a la de una estación convertidora que a la de un transformador: la coordinación de la protección, el cumplimiento de los códigos de red, las pruebas de aislamiento bajo valores de dv/dt propios de convertidores y la verificación de la compatibilidad electromagnética (CEM) difieren de las pruebas rutinarias de 50/60 Hz. Una vez en servicio, el mantenimiento se centra en el diagnóstico de la electrónica de potencia, el firmware y la ciberseguridad de la red de control.
Perspectiva de los expertos: planificación de la explotación y el mantenimiento de los activos de SST
- Presupuestar el mantenimiento del sistema de refrigeración (ventiladores, filtros, bombas) como gasto recurrente.
- Semiconductores, controladores de puerta y condensadores de enlace de CC en stock; comprueba la política de obsolescencia del proveedor antes de realizar el pedido.
- Planificar las actualizaciones de firmware y las revisiones de seguridad de la red de control.
El panorama normativo es la mayor trampa en materia de adquisiciones: las normas convencionales sobre transformadores están consolidadas y se aplican rigurosamente; en cambio, las normas específicas para los SST aún se están elaborando. Dar por sentado que “como se trata de un transformador, la norma IEC 60076 lo cubre” supone pasar por alto por completo las etapas relacionadas con la electrónica de potencia.
La serie de normas IEC 60076 regula el diseño, el aislamiento y los ensayos de los transformadores de potencia; la etapa magnética de un SST comparte las mismas consideraciones que los transformadores, pero las etapas de conversión quedan fuera de ese marco. La norma IEEE 1547 se aplica cuando el SST interactúa con recursos energéticos distribuidos. La normalización específica para los SST sigue en curso: A fecha de 2026, el IEEE aún no ha publicado ninguna norma específica sobre transformadores de estado sólido. [NORMA DE VERIFICACIÓN: comprueba si existe un proyecto activo de la IEEE SA (PAR) sobre transformadores de estado sólido en la base de datos de proyectos normativos del IEEE antes de citar una designación; ten en cuenta que la norma IEEE P2686 se refiere a los sistemas de gestión de baterías, no a los transformadores de estado sólido (SST)], mientras que la IEC está elaborando una —el grupo de trabajo especial IEC SC22F/ahG 6, “Rendimiento de los transformadores de electrónica de potencia para sistemas flexibles de transmisión y distribución”, creado en octubre de 2020 y aún sin publicar— (Información según el comunicado de prensa del EIRI de Tsinghua, de septiembre de 2022; volver a comprobarlo en la tienda online de la IEC). Volver a verificarlo en el momento de la solicitud de presupuesto.
Hasta que se publique una norma unificada, el comprador debe establecer su propia lista de comprobación:
Las ofertas de SST se presentan con paquetes de certificados inconsistentes debido a que no existe una norma unificada: es la lista de comprobación, y no la ficha de marketing, la que determina la aceptación de la obra. En cuanto al sector convencional, el Hoja de especificaciones CEI para la adquisición de accesorios consolida las normas aplicables a los pasacables, los fusibles y los accesorios para cables.
Tres preguntas de evaluación resuelven la mayoría de las decisiones. ¿La aplicación requiere un flujo de potencia bidireccional, una salida de CC nativa o una regulación de tensión subcíclica? ¿El plazo permite asumir el riesgo que entrañan las tecnologías emergentes y la falta de datos sobre la fiabilidad de la flota? ¿El departamento de mantenimiento cuenta con los conocimientos necesarios en electrónica de potencia? Si alguna de las respuestas es “no”, la decisión se da por sentada.
Un SST merece ser evaluado cuando la función de la red exige lo que un transformador pasivo no puede ofrecer: carga rápida de vehículos eléctricos con un bus de 750-1500 V CC, ramales con un alto contenido de recursos energéticos distribuidos (RED) que requieran control de tensión dentro de una banda de ±5% y capacidad de formación de red, o requisitos de calidad de la energía —en los que el sobrecoste permite evitar la adquisición de equipos adicionales: cargadores, bancos de condensadores y hardware de regulación—.
La tecnología convencional sigue siendo la opción más práctica para la mayoría de los proyectos de distribución: funcionamiento radial estándar a 10-36 kV, adquisiciones en las que el coste es un factor determinante, entornos adversos en los que las unidades refrigeradas por aceite y los procedimientos de mantenimiento consolidados han demostrado su eficacia, y plazos que no permiten asumir el riesgo que supone el uso de prototipos. En cuanto al ecosistema de accesorios que da soporte a los transformadores convencionales —pasamuros, cambiadores de tomas, fusibles y accesorios para cables—, la ingeniería está consolidada. Nuestra guía de selección de accesorios para transformadores Describe el marco de decisión, y nuestro equipo de ingeniería le ayuda en la selección técnica y en la preparación de la solicitud de presupuesto; envíenos las especificaciones de su proyecto para que le demos nuestra opinión y le proporcionemos un presupuesto.
Un SST transforma y acondiciona la energía de forma electrónica, combinando la transformación de tensión con el control activo. En la actualidad se utiliza principalmente en proyectos de modernización de la red eléctrica, recarga de vehículos eléctricos y demostraciones de integración de energías renovables.
En las demostraciones publicadas, la eficiencia del SST se sitúa en el rango de 96–99% a plena carga, frente a aproximadamente 98–99,5% en el caso de las unidades convencionales; varía en función del punto de carga, la topología y la refrigeración.
La mayoría de los diseños orientados a la distribución admiten una entrada de media tensión alterna (MVAC) de entre 10 y 36 kV y proporcionan una salida de baja tensión alterna (LVAC) o continua (LVDC) de entre 400 V y 1,5 kV; los prototipos de clase de transmisión alcanzan valores más elevados.
Sí, pero de forma limitada: a partir de 2026, la disponibilidad se limitará a implantaciones a escala piloto y en nichos específicos —recarga de vehículos eléctricos, plataformas de investigación— y no estará disponible para el mercado general.
Las cifras facilitadas por el sector suelen ser varias veces superiores al precio de un transformador convencional comparable, debido a los componentes de electrónica de potencia y refrigeración; un sobrecoste que persiste hasta que se alcanza un volumen de producción suficiente.
El argumento a favor de su uso se basa en las funciones de las que carece un transformador pasivo —control rápido de la tensión, flujo bidireccional, salida de corriente continua y filtrado de armónicos— y solo resulta viable cuando estas funciones sustituyen a otros equipos, con el consiguiente ahorro de costes.
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