Resumen: Impulsado por los dobles objetivos de la sostenibilidad ambiental y la eficiencia económica, el sector del transporte portuario‑minero está experimentando una transformación liderada por las tecnologías eléctricas. En el centro de este cambio se encuentra la adopción de camiones de carga minera totalmente eléctricos, que cada vez gozan de mayor reconocimiento por sus cero emisiones, sus bajos niveles de ruido y sus ventajas de costo a largo plazo. Sin embargo, esta transición también plantea desafíos significativos para la infraestructura de carga.

Los camiones mineros eléctricos y los transportadores de carga pesada suelen contar con paquetes de baterías de alta capacidad y sistemas de alto voltaje, lo que exige una infraestructura de carga de alta potencia para permitir cargas rápidas. Para abordar este desafío, es necesario modernizar los sistemas de suministro eléctrico en puertos y minas. Una solución común consiste en implementar un sistema dedicado de suministro directo de alta tensión de 10 kV.

El uso de una fuente de alimentación de alta tensión de 10 kV permite la conexión directa al sistema de carga, posibilitando la entrega de potencia a escala de megavatios para satisfacer las exigencias de los cargadores ultrarrápidos. Este sistema de alta tensión puede mejorar de manera significativa la eficiencia de la carga y reducir el tiempo de recarga de los camiones mineros eléctricos y de los vehículos pesados, lo que contribuye a incrementar la eficiencia operativa global.

En dicho sistema, el terminal de carga puede suministrar hasta 1.500 V y 1.500 A, lo que permite a la infraestructura de carga abastecer rápidamente con la energía necesaria a los paquetes de baterías de alta capacidad de los camiones mineros eléctricos y de los vehículos de transporte pesado. Esta capacidad de carga de alta potencia es fundamental para garantizar que estos vehículos eléctricos puedan satisfacer las exigentes demandas de transporte propias de las operaciones portuarias y mineras.

Este artículo analiza un sistema de sobrealimentación de alta potencia, del orden de megavatios, que se alimenta directamente de la red de alta tensión de 10 kV en una mina situada en el lado de babor.

Palabras clave: Camiones mineros eléctricos de servicio pesado; suministro de energía de alta tensión de 10 kV; cargador de clase megavatio; corriente de carga de un solo pistón de 1.500 A; unidad de distribución de energía.

Introducción: En los sectores portuario y del transporte minero, los camiones mineros totalmente eléctricos y los camiones de gran tonelaje están convirtiéndose gradualmente en el nuevo estándar del sector. A medida que aumentan la capacidad de la batería y los niveles de voltaje de estos vehículos eléctricos, la demanda de potencia del sistema de carga también se eleva en consecuencia. En la actualidad, para hacer frente a este desafío, los sistemas eléctricos de las minas situadas en el lado del puerto han pasado a funcionar con suministro directo desde una red dedicada de alta tensión de 10 kV. Este documento presenta un análisis detallado de los requisitos de carga de vehículos y examina estrategias para satisfacer dichas necesidades.

1. Cumple con los requisitos de carga de alta potencia de diversos emplazamientos, con una entrada doméstica de 10 kV:

Para satisfacer las exigencias de carga de alta potencia de diversos emplazamientos nacionales, el sistema de carga debe ser compatible y funcionar de manera estable con una tensión de entrada de 10 kV. Esto requiere el uso de transformadores de alto rendimiento y equipos de regulación de tensión, a fin de garantizar la estabilidad de la tensión de entrada y adaptarse a diversas condiciones de la red.

2. Salida de carga de seis canales, 240 kW por pistola; los seis canales pueden combinarse en un único circuito para alcanzar una potencia de salida de 1,5 MW.

El sistema está diseñado con seis circuitos de carga independientes, cada uno capaz de proporcionar 240 kW de potencia de carga. Cuando se requiere una mayor potencia de carga, estos seis circuitos pueden combinarse en un único circuito de súper carga con una potencia máxima de salida de 1,5 MW. Esta arquitectura garantiza tanto la flexibilidad para cargar varios vehículos simultáneamente como la capacidad de satisfacer las altas demandas de potencia propias de la carga rápida para cada vehículo.

3. Corriente de carga de un solo pistola: 1500 A; voltaje máximo: 1500 V:

Para satisfacer las exigencias de la carga de alto voltaje y alta corriente, los diseños de las pistolas de carga deben soportar corrientes de hasta 1.500 A y tensiones de hasta 1.500 V. Esto impone requisitos extremadamente rigurosos a los materiales, al diseño y a los procesos de fabricación de la pistola de carga, con el fin de garantizar la seguridad y la fiabilidad.

4. El voltaje de salida de carga es aproximadamente de 1500 V CC, con una capacidad de batería de 500–600 kWh y una tasa de carga de alrededor de 2–3 C.

Teniendo en cuenta el nivel de voltaje y la capacidad del paquete de baterías, el sistema de carga debe ser capaz de proporcionar una tensión de salida de aproximadamente 1.500 V CC para adaptarse al sistema de baterías del vehículo. Al mismo tiempo, con una capacidad de batería que oscila entre 500 y 600 kWh, el sistema de carga debe soportar tasas de carga de hasta 2–3 C, lo que implica que debe poder inyectar cantidades significativas de energía en la batería en un período relativamente breve.

Para satisfacer las demandas de carga de los camiones mineros pesados totalmente eléctricos en el transporte portuario y minero, el sistema de carga debe contar con capacidades avanzadas de conversión y control de potencia, así como con un diseño de pistola de carga capaz de soportar altos voltajes y grandes corrientes. Además, el sistema debería ofrecer una compatibilidad y escalabilidad robustas para adaptarse a los diversos requisitos de carga en distintos emplazamientos y tipos de vehículos. Con los continuos avances tecnológicos y la innovación, existen todas las razones para confiar en que estos sistemas de carga sentarán una base sólida para la electrificación de puertos y minas, impulsando a toda la industria hacia una mayor eficiencia y sostenibilidad ambiental.

II. Diseño general de un sistema de carga de clase megavatio a alta tensión de 10 kV

Basándonos en varios módulos típicos de carga de alta potencia —como 120 kW, 240 kW, 400 kW, 600 kW y 1500 kW—, hemos diseñado productos estandarizados para atender escenarios de carga de alta potencia con distintas capacidades nominales y configuraciones de los circuitos de carga. El sistema de carga de alta tensión de 1,5 MW se planifica de la siguiente manera: una alimentación de 10 kV ingresa a un transformador rectificador especializado a través de una unidad de barra colectora; el lado secundario del transformador está configurado para proporcionar seis canales de carga de 240 kW, compatibles con seis cargadores de 240 kW (con un canal adicional reservado para el consumo eléctrico habitual de la estación). Bajo el control de la unidad de monitoreo, este sistema lleva a cabo todo el proceso del servicio de carga. Su configuración se ilustra en la figura que sigue.

Figura 1: Sistema de carga de alta tensión de 1,5 MW con capacidad de carga de gran potencia

III. Desafíos en el desarrollo de un sistema de carga de clase megavatio a alta tensión de 10 kV y soluciones correspondientes

En el sector del transporte portuario‑minero, la adopción generalizada de camiones mineros y de servicio pesado totalmente eléctricos ha incrementado las exigencias sobre la infraestructura de carga. En particular, al desarrollar sistemas de carga de clase megavatio, la gestión térmica y las tecnologías de módulos de alta potencia se han convertido en desafíos técnicos cruciales. Para abordar estas barreras, hemos propuesto una serie de soluciones innovadoras.

1. Canal independiente de ventilación y disipación de calor: Para gestionar de manera eficaz el calor generado por los sistemas de carga de clase megavatio, hemos diseñado canales de ventilación y refrigeración específicos. Este diseño garantiza que cada módulo cuente con su propia vía de disipación térmica dedicada, sin interferencias entre ellos, lo que maximiza la eficiencia térmica del sistema en su conjunto. Mediante simulaciones precisas de dinámica de fluidos computacional (CFD), hemos optimizado el flujo de aire para lograr una conducción térmica rápida y una refrigeración por convección.

2. Disipación de calor del sistema de refrigeración por líquido: Para las estaciones de carga superpotentes, hemos adoptado un sistema de refrigeración por líquido como solución de gestión térmica. En comparación con la refrigeración natural tradicional, los sistemas de refrigeración por líquido ofrecen una gestión térmica más eficiente. Mediante el refrigerante circulante, el calor se elimina rápidamente y se transfiere a un lugar alejado del módulo de carga para su disipación. Este diseño no solo mejora la eficiencia de la disipación del calor, sino que también reduce el nivel de ruido de funcionamiento del dispositivo.

3. Utiliza tecnología de módulo de carga IGBT de 120 kW: Para cumplir con los requisitos de alta eficiencia, estabilidad y larga vida útil, hemos adoptado la tecnología de módulos de carga de 120 kW basados en IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada). Un IGBT es un dispositivo semiconductor de alta eficiencia, adecuado para aplicaciones de alto voltaje y alta corriente. Estos módulos proporcionan una potencia de carga estable manteniendo una alta eficiencia en la conversión de energía, lo que reduce las pérdidas térmicas y prolonga la vida útil de los módulos.

Mediante estas medidas técnicas, hemos abordado de manera eficaz los desafíos relacionados con la disipación del calor y los módulos de alta potencia en sistemas de carga de clase megavatio. Esto no solo mejora el rendimiento y la fiabilidad del sistema de carga, sino que también brinda un sólido soporte técnico para la electrificación de puertos y de las operaciones mineras.

IV. Composición del sistema de carga de clase megavatio de alta tensión de 10 kV

4.1 Unidad de alta tensión

El suministro de energía de 10 kV del lado de la red está conectado directamente al sistema mediante el equipo de conmutación de entrada de alta tensión, el armario de medición de alta tensión y el equipo de conmutación de salida de alta tensión, proporcionando energía al sistema.

4.1.1 Composición de la unidad

Aparamenta de entrada de alta tensión; Armario de medida de alta tensión; Aparamenta de salida de alta tensión;

4.1.2 Línea de entrada de alta tensión

El sistema integrado de carga de alta tensión de 1,5 MW para vehículos eléctricos incluye una unidad principal en anillo de alta tensión, compuesta por un armario de alimentación entrante, un armario de medición y un armario de alimentación saliente.

Bajo este esquema, la medición se realiza en los puntos de suministro y de consumo de alta tensión. Se instala un contador principal dentro de la unidad de red en anillo, y los transformadores de medida están aprobados por la autoridad de suministro eléctrico. Los contadores de electricidad transmiten los datos de consumo de energía mediante comunicación cableada (o inalámbrica) al sistema de red (u otros sistemas designados) para su procesamiento.

El diagrama del sistema de la unidad principal de anillo de tres unidades se muestra en la tabla a continuación: (El diseño definitivo estará sujeto al plan de la autoridad suministradora de energía.)

Figura 2: Diagrama unifilar del sistema de unidad principal en anillo de tres unidades

4.2 Unidad rectificadora de subestación

Transformador de propósito especial ， Esta unidad suministra los niveles de tensión y los circuitos de potencia requeridos por el cargador IGBT y por las cargas eléctricas convencionales mediante un transformador de múltiples devanados.

Los parámetros técnicos del transformador son los siguientes: Tabla de parámetros técnicos para transformadores rectificadores especiales trifásicos (norma nacional)

Número de serie	Nombre	Unidad	Valor de diseño	Nota
1	Tipo		Fundición epoxi de tipo seco
2	Número de modelo		ZSCB-1500/10
3	Capacidad	kVA	1500 (6×240)
4	Voltaje primario	kV	10
	Voltaje secundario	kV	0,600 (Grupo 6), 0,4 (Grupo 1)
5	Frecuencia	HZ	50
6	Número de fases		3
7	Método de conexión		600 V, cinco grupos, Dy11; 400 V, un conjunto, Dyn11
8	Método de aislamiento		F
9	Método de enfriamiento		Refrigerado por aire
10	Tensión de soporte de aislamiento de alta tensión	kV	35
11	Tensión de impulso de rayo de alta tensión	kV	-85
12	Tensión de soporte de aislamiento de bajo voltaje	kV	5
13	Tensión de impulso de rayo en el lado de baja tensión	kV	/
14	Grado de protección		/
15	Impedancia de cortocircuito		≤5%
16	Pérdida de carga	kilovatio	≤16.2
	Pérdida sin carga	kilovatio	1.68
	Pérdida total	kilovatio	≤17,88
17	Nivel de ruido	dB	65

4.3, unidad de carga de 240 kW

La unidad de carga puede ofrecer las siguientes características:

• Dentro del rango completo de potencia, el factor de potencia y la distorsión armónica deberán mantenerse dentro de los límites establecidos por las normas pertinentes.
• Permite un flujo bidireccional de energía y puede escalarse hasta convertirse en un sistema integrado de generación solar‑almacenamiento‑carga, ampliando tanto la variedad de fuentes de energía como la amplitud de los escenarios de aplicación.
• El circuito es sencillo, con el devanado secundario del transformador de alta tensión conectado directamente al cargador.
• Garantía de fiabilidad: los módulos principales están diseñados para una vida útil superior a 15 años.
• El diseño modular garantiza una instalación y puesta en servicio sencillas, así como un funcionamiento y un mantenimiento simples.

El esquema lógico de la unidad de carga es el siguiente:

Figura 3: Diagrama lógico de la unidad de carga

Hoja de especificaciones técnicas para 2 unidades de carga de 120 kW cada una

Número de serie	Nombre del parámetro	Indicadores técnicos	Nota
1.	Potencia nominal de salida	240kW
2.	Fuente de alimentación de entrada CA	600 V ± 15 % 50/60 ± 5 Hz
3.	Corriente de entrada CA	≤462A
4.	Factor de potencia de entrada	≥0,99
5.	Contenido total de corriente armónica	≤5%
6.	Rango de voltaje de salida de CC	DC 800–1500 V
7.	Rango de voltaje de potencia constante	DC 800–1500 V
8.	Corriente nominal de salida	253A
9.	Corriente de salida máxima	480A
10.	Precisión en flujo estacionario	≤±1%
11.	Precisión de la regulación de voltaje	≤±0,5%
12.	Factor de ondulación de voltaje	≤1%
13.	Error de corriente de salida	≤±0,3 A (＜20 A), ±1 % (≥20 A)
14.	Error de voltaje de salida	≤±0,5%
15.	Tiempo de arranque suave	3*8s
16.	Eficiencia máxima	97%	Totalmente cargado
17.	Consumo de energía en modo de espera	≤10W
18.	Temperatura de funcionamiento	De -30 °C a 55 °C (potencia de salida reducida de 55 °C a 75 °C)
19.	Función de protección	Sobretensión/ subtensión de entrada, sobretensión/ sobrecorriente/ cortocircuito de salida, sobretemperatura del módulo, conflictos de direcciones y más.
20.	Tamaño

4.4 Unidad de distribución de potencia de carga

Como se requiere, la unidad de agregación y despacho de potencia de carga de alta tensión de 1,5 MW utiliza una topología de matriz conmutadora, como se muestra en la figura a continuación.

Figura 4 Diagrama esquemático de la matriz de conmutación de potencia

Las siguientes funciones pueden implementarse:

• La potencia nominal es de 240 kW por cada circuito de carga rápida.

• Cuando un terminal de sobrealimentación presenta una demanda de carga, el sistema asigna un circuito ocioso, entre los seis disponibles, al cargador, con una potencia máxima de 1,5 MW.

4.5 Terminal de carga

Este sistema de carga de alta tensión de 1,5 MW cuenta con seis terminales de carga refrigerados por líquido, uno de los cuales es un superterminal de clase megavatio.

Especificaciones detalladas de los terminales de carga de clase megavatio
	Modelo del producto	RSDC1000-3000kW
Salida de CC	Rango de voltaje↵	800-1500
	Rango de voltaje constante↵	1000-1500VDC
	Corriente máxima↵	2000A (arma individual)
	Potencia↵	3000kw
	Factor de potencia	0.99
	Eficiencia↵	96%
Protocolo/Estándar	Protocolo de carga	GB27930-2015, ISO 15118, DIN 70121
	Acuerdo Vehículo-Pilón	GBT CCS1 CCS2
	Protocolo del backend↵	OCPP1.6, Ruisu 1
	Estándar de pistola de carga	CCS Tipo 1 (ICE Tipo 1)
	Modo de carga↵	Modo de carga 4 de la IEC 61851
	Longitud de la pistola de carga ↵	4,5 m (opcional 5 m) +
Interfaz/Pantalla↵	Interfaz ↵	Aplicación móvil
	Instrucción de ejecución ↵	Alimentación (verde), Carga (amarillo), Fallo (rojo)
	Enlace externo↵	Ethernet, Wi‑Fi, 4G/5G (opcional)
De propósito general	Método de enfriamiento	Refrigeración por aire forzado + refrigeración por líquido
	Función de protección	Protección contra rayos, protección contra sobrecargas, protección contra sobretemperatura, parada de emergencia, etc.
	Ubicación de instalación↵	Al aire libre
	Ruido	<65dB
	Temperatura de funcionamiento	-25 a 50 °C
	Temperatura de almacenamiento	-40~70℃
	Humedad relativa promedio	5%~95%HR

V. Conclusión

En los puertos de hoy En el sector del transporte minero, los camiones de minería pesados totalmente eléctricos están reemplazando gradualmente a los vehículos tradicionales impulsados por combustible, gracias a su carácter ecológico y a su alta eficiencia. Estos vehículos eléctricos están equipados con baterías de gran capacidad y paquetes de baterías de alto voltaje, lo que les permite satisfacer las exigencias de operaciones prolongadas y de alta intensidad. En consecuencia, muchas operaciones portuarias y mineras ya han adoptado sistemas alimentados por fuentes de energía autónomas… 10KV En un sistema de alimentación de corriente continua de alta tensión, el sistema está conectado directamente al cargador, lo que permite una potencia de carga considerable.

Este diseño de sistema de fuente de alimentación de alto voltaje permite que el terminal de carga soporte un máximo de 1500V el voltaje y el máximo 1500A Los indicadores de rendimiento y la capacidad de salida actuales permiten que el equipo de carga satisfaga las diversas necesidades de carga de distintos vehículos eléctricos. Tanto al cargar con una sola pistola como al utilizar simultáneamente cuatro pistolas, el sistema ofrece servicios de carga estables y eficientes. Esto agiliza notablemente el proceso de carga y resuelve los desafíos asociados con la carga mediante múltiples pistolas que los camiones eléctricos de gran tonelaje pueden enfrentar en operaciones reales.

En los sectores portuario y minero, la adopción generalizada de tecnologías de suministro eléctrico de alta tensión y de carga con múltiples tomas no solo ha mejorado la eficiencia operativa de los vehículos eléctricos, sino que también ha generado importantes beneficios económicos. Al reducir el consumo de combustible y disminuir los costos de operación, estas tecnologías han permitido a las empresas lograr ahorros significativos. Asimismo, desde una perspectiva social, contribuyen a mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero, impulsando así el desarrollo sostenible de las industrias portuaria y minera.

Biografía del autor: Qin Jianji Director de Investigación y Desarrollo en Guangzhou Ruisu Intelligent Technology Co., Ltd., con un enfoque de investigación centrado en la aplicación industrial de sistemas de carga de alta potencia, de clase megavatio, para vehículos eléctricos en los sectores portuario, minero y metalúrgico, que permiten una carga autónoma mediante enchufe, a alta tensión y alta potencia.

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