500 kW de potencia aeroportuaria: GPU de 400 Hz + iluminación de pista + UPS en un esquema de doble alimentación N+1
2×SCB13-500/10 N+1 · 400 kW diésel de reserva · 150 kVA UPS (15 min) · puente GPU de 400 Hz
1 · TL;DR Conclusion
Conclusión: este aeropuerto de 500 kW utiliza una alimentación de 10 kV + 2 transformadores secos SCB13-500/10 (N+1), con un diésel de respaldo de 400 kW y un UPS de 150 kVA que cubre el 100% de la carga de pista de categoría 1/ATC. El puente GPU de 400 Hz lleva el THDi al 30%, por lo que el PFC de 150 kvar está desintonizado y se recomienda un APF — total del configurador ≈ $456,014 (nivel de viabilidad).
- •2 transformadores secos SCB13 de 2×500 kVA N+1; 84% de carga tras la pérdida de una unidad, dentro de la banda del 60–85%
- •Cadena de doble suministro: red 10 kV + diésel 400 kW + UPS 150 kVA = 550 kW de respaldo, cubriendo exactamente grado-1 (500) + incendio (50)
- •Los convertidores GPU de 400 Hz aportan 150 kW no lineales (30% THDi); el PFC desintonizado de 150 kvar evita la resonancia, un APF elimina el límite
- •UPS de 150 kVA (120 kW, 15 min, 384 Vdc) mantiene ATC/comunicaciones durante la transferencia diésel de 2 s
- •Cortocircuito 28,9 kA (MT) / 17,6 kA (BT); el cable de 300 mm² supera la verificación térmica (44 mm² mín)
2 · Solution Overview
Un aeropuerto es un sitio de grado 1 y alta fiabilidad: la iluminación de pista/aproximación, el ATC y las comunicaciones no pueden apagarse. Este esquema de 500 kW combina una alimentación de servicios públicos de 10 kV, transformadores secos N+1, un diésel de reserva de 400 kW y un UPS de 150 kVA, con la carga del puente de energía terrestre (GPU) de 400 Hz modelada como una fuente no lineal de 150 kW.
| Source | Role | Share kW | Share |
|---|---|---|---|
| Grid 10 kV | base | 400 kW | 100% |
| Diesel 400 kW | backup | 0 kW | 0% |
| UPS 150 kVA | backup | 0 kW | 0% |
3 · Design Process & Rationale
1. Identificación de requisitos
Un aeropuerto es de grado 1: la iluminación de pista, el ATC y las comunicaciones no deben perder energía; el puente GPU de 400 Hz es una carga no lineal de frecuencia variable. Establecimos: corte permitido ≤15 s, carga contra incendios en un circuito dedicado y cargas sensibles respaldadas por UPS (ATC/radar).
2. Clasificación de cargas
Los 500 kW se tratan como grado 1 (práctica aeroportuaria): críticos 300 kW, no lineales 150 kW (convertidores de 400 Hz), sensibles 150 kW (ATC), contra incendios 50 kW. Este perfil determina la combinación de fuentes y el tratamiento de armónicos.
3. Fuente y combinación
Estructura de doble suministro: red de 10 kV como base (100%), más un diésel de respaldo de 400 kW y un UPS de 150 kVA que forman la cadena de emergencia — 550 kW de respaldo = grado 1 (500) + contra incendios (50); la verificación V9 reporta cobertura del 100%.
4. Dimensionamiento del transformador
Demanda aparente Sd=400/0,95≈421 kVA → nivel de 500 kVA; para continuidad ante falla de una unidad seleccionamos N+1 → 2×SCB13-500/10 de tipo seco (interior, sin aceite, apto para incendios), 84% de carga.
5. Distribución y protección
Entrada MV KYN28A-12 → 2 transformadores secos → bus LV MNS (con acoplamiento de barras). La protección usa sobrecorriente 50/51 con escalonamiento 0,3/0,2 s; los 5 pares de coordinación pasan.
6. Reactivos y armónicos
El PF objetivo de 0,95 requiere 150 kvar (4×38 kvar bancos desintonizados). Los accionamientos de 400 Hz elevan el THDi al 30%, muy por encima del límite del 15%: las reactancias desintonizadas solo evitan la amplificación — se necesita un APF para eliminarlo realmente.
7. Fiabilidad y requisitos especiales
N+1 mantiene el 84% de carga tras la pérdida de una unidad; el diésel asume en 2 s mientras el UPS sostiene el ATC durante 15 min; la iluminación de pista y los circuitos GPU interiores se alimentan por separado para evitar interferencias.
Pain Points → Solution → Evidence
La iluminación de pista no puede apagarse: la pérdida de una alimentación no debe dejar a oscuras el aeródromo
Suministro dual + N+1: red + diésel de 400 kW + cadena de emergencia UPS de 150 kVA
V9: respaldo de 550 kW = grado 1 500 + incendio 50 (100%); V4 N-1 carga al 84% aprobado
Los convertidores GPU de 400 Hz distorsionan la barra y sobrecalientan el banco de condensadores
Reactores desintonizados de 150 kvar evitan la resonancia, más un APF para eliminar la excedencia
Perfil de carga THDi 30% (150/500 kW no lineal), muy por encima del límite del 15%
Fallo de ATC/comunicaciones durante la transferencia de red a diésel
Un UPS de 150 kVA (15 min) puentea las cargas sensibles sin interrupción
UPS 150 kVA/120 kW · 15 min · 384 Vdc · 97 Ah, cubriendo la transferencia de 2 s
Riesgo de aceite/incendio en subestación interior
Transformador de tipo seco SCB13 (sin aceite, ignífugo)
transModel SCB13-500/10 tipo seco — interior, apto para incendios
4 · Key Parameter Deep-Read
| Parameter | Value | Basis | Impact & Boundary |
|---|---|---|---|
| Capacidad del transformador | 500 kVA ×2 (N+1) | Sd=400/0.95≈421 kVA → nivel de 500 kVA; N+1 → 2 unidades | Carga del 84%, económico; sin interrupción por pérdida de una unidad Aumentar a 630 kVA si la demanda >450 kW |
| Cobertura de respaldo | 550 kW (diésel 400 + UPS 150) | grado-1 500 + incendio 50 = 550 | V9 100% respaldo, cero pérdida para cargas críticas Añadir diésel/UPS si la carga crítica crece |
| THDi | 30% | Los convertidores de 400 Hz son una carga no lineal concentrada (150 kW) | Supera el límite del 15%; se requiere PFC desintonizado + APF La clasificación del APF se finaliza a partir del espectro armónico |
| Capacidad del UPS | 150 kVA / 120 kW | Mantiene ATC/comunicaciones (sensibles) durante 15 min | Batería de 384 Vdc 97 Ah, transferencia sin interrupción Añadir cadenas de baterías para mayor autonomía |
| Carga N-1 | 84% | Sd 421/500 tras la pérdida de una unidad | Transferencia en 2 s ≤ 15 s permitido, veredicto aprobado Una sola unidad puede sobrecargarse a medida que crece la carga |
| Cortocircuito | MV 28.9 / LV 17.6 kA | Nivel de falla de 500 MVA + transformador uk=4% | Capacidad de corte HV 31.5 kA / LV 25 kA (margen 1.1×/1.4×) Confirmar el nivel de falla real con la red (toConfirm: ssc) |
| PFC | 150 kvar (4×38) | avgPf 0.85 → pfTarget 0.95 brecha | PF conforme, menor carga y pérdida del transformador Armónicos de 400 Hz — desintonizado para prevenir amplificación de 5º/7º |
5 · Drawing Deep-Read
The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):
6 · Operation Demo (Deep-Read)
Flujo de energía
Demanda de 400 kW de la red → aparamenta de MT → dos transformadores SCB13 → bus de BT → 14 alimentadores (pista / GPU / ATC). Los transformadores duales comparten ~42% cada uno; ante la pérdida de una unidad, el superviviente asume el 84%.
Fallo y transferencia
Ante pérdida de red, el diésel se sincroniza en 2 s mientras el UPS mantiene el ATC durante 15 min; un fallo en un alimentador dispara solo ese alimentador (0.1 s) con el aguas arriba manteniendo 0.3 s — la selectividad se mantiene.
Calidad de energía y armónicos
El puente de 400 Hz sitúa el THDi en 30%; compare el espectro armónico antes/después del tratamiento con reactor desintonizado + APF para cuantificar la causa y solución de “los armónicos queman condensadores”.
Pérdidas y coste eléctrico
Pérdidas en seco p0=1.16 / pk=4.88 kW, ≈102.071 kWh/año (≈12.249 $ a 0,12 $/kWh); una unidad SH15 amorfa en aceite ahorraría ≈7.434 kWh/año pero sacrifica la seguridad sin aceite.
Other views (shown): Operación 24h · Perfil de tensión · Características del esquema · Derrateo ambiental
7 · Economics & Payback
Equipo total del configurador ≈ $456,014 (nivel de viabilidad, incl. 2×SCB13-500/10 transformadores secos, aparamenta de MT/BT, diésel en contenedor de 500 kVA, UPS de 150 kVA, PFC de 150 kvar y cables). La economía se centra en la prima de fiabilidad más las pérdidas: ≈102,071 kWh/año ($12,249); una unidad de aceite amorfo SH15 ahorraría ≈$892/año, pero los aeropuertos interiores prefieren el tipo seco sin aceite — seguridad sobre eficiencia.
8 · FAQ
¿Qué tamaño de transformador para un aeropuerto de 500 kW?
¿Por qué tipo seco para un aeropuerto?
¿Qué tamaño de diésel de respaldo para un aeropuerto?
¿Qué es una GPU de 400 Hz y por qué afecta al diseño?
¿Cuánto tiempo aguanta la UPS?
¿Qué respalda la iluminación de pista?
¿Por qué transformadores duales N+1?
¿Es un problema un THDi del 30%?
¿Cuánto cuesta el paquete del aeropuerto?
Special Considerations
- El nivel de falla del sistema por defecto es 500 MVA — confirme el valor real con la empresa de red (afecta los ajustes de protección y la térmica del cable; toConfirm: ssc).
- El THDi ~30% está por encima del límite; los reactores desintonizados solo previenen la amplificación — agregue un APF para eliminar realmente la advertencia.
- Todos los 500 kW se tratan como grado 1; si algunas cargas terminales pueden reducirse, el respaldo diésel/UPS (y el costo) puede disminuir.
- Estimación a nivel de factibilidad; los planos están pendientes de un instituto de diseño autorizado, no son documentos de construcción.
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