500 kW d'alimentation aéroportuaire : GPU 400 Hz + éclairage de piste + UPS sur un schéma à double alimentation N+1
2×SCB13-500/10 N+1 · 400 kW diesel de secours · 150 kVA UPS (15 min) · pont GPU 400 Hz
1 · TL;DR Conclusion
Conclusion : cet aéroport de 500 kW utilise une alimentation 10 kV + 2 transformateurs secs SCB13-500/10 (N+1), avec un diesel de secours de 400 kW et un UPS de 150 kVA couvrant 100 % de la charge piste de catégorie 1/ATC. Le pont GPU 400 Hz porte le THDi à 30 %, donc le PFC de 150 kvar est désaccordé et un APF est recommandé — total du configurateur ≈ 456 014 $ (niveau de faisabilité).
- •2 transformateurs secs SCB13 de 2×500 kVA N+1 ; 84 % de charge après la perte d'une unité, dans la plage de 60–85 %
- •Chaîne à double alimentation : réseau 10 kV + diesel 400 kW + UPS 150 kVA = 550 kW de secours, couvrant exactement le grade-1 (500) + incendie (50)
- •Les convertisseurs GPU 400 Hz apportent 150 kW non linéaires (30 % THDi) ; le PFC désaccordé de 150 kvar évite la résonance, un APF élimine la limite
- •UPS 150 kVA (120 kW, 15 min, 384 Vdc) maintient l'ATC/communications pendant le transfert diesel de 2 s
- •Court-circuit 28,9 kA (MT) / 17,6 kA (BT) ; le câble de 300 mm² passe le contrôle thermique (44 mm² min)
2 · Solution Overview
Un aéroport est un site de classe 1 à haute fiabilité : l'éclairage de piste/d'approche, l'ATC et les communications ne peuvent pas s'éteindre. Ce schéma de 500 kW combine une alimentation secteur de 10 kV, des transformateurs secs N+1, un diesel de secours de 400 kW et un UPS de 150 kVA, avec la charge du pont d'alimentation au sol (GPU) à 400 Hz modélisée comme une source non linéaire 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. Identification des besoins
Un aéroport est de grade 1 — l'éclairage de piste, l'ATC et les communications ne doivent pas perdre l'alimentation ; le pont GPU 400 Hz est une charge non linéaire à fréquence variable. Nous avons défini : coupure autorisée ≤15 s, charge incendie sur un circuit dédié, et charges sensibles secourues par UPS (ATC/radar).
2. Classification des charges
Les 500 kW sont traités comme grade 1 (pratique aéroportuaire) : critiques 300 kW, non linéaires 150 kW (convertisseurs 400 Hz), sensibles 150 kW (ATC), incendie 50 kW. Ce profil détermine le mix de sources et le traitement des harmoniques.
3. Source et mix
Structure à double alimentation : réseau 10 kV en base (100%), plus un diesel de secours de 400 kW et un UPS de 150 kVA formant la chaîne de secours — 550 kW de secours = grade 1 (500) + incendie (50) ; la vérification V9 rapporte une couverture de 100%.
4. Dimensionnement du transformateur
Demande apparente Sd=400/0,95≈421 kVA → palier 500 kVA ; pour la continuité en cas de défaillance d'une unité, nous sélectionnons N+1 → 2×SCB13-500/10 de type sec (intérieur, sans huile, adapté au risque incendie), charge de 84%.
5. Distribution et protection
Arrivée MV KYN28A-12 → 2 transformateurs secs → bus LV MNS (avec couplage de bus). La protection utilise une surintensité 50/51 avec sélectivité 0,3/0,2 s ; les 5 paires de coordination sont validées.
6. Réactif et harmoniques
Le PF cible de 0,95 nécessite 150 kvar (4×38 kvar batteries désaccordées). Les variateurs 400 Hz portent le THDi à 30%, bien au-delà de la limite de 15% : les réactances de désaccordement ne font qu'empêcher l'amplification — un APF est nécessaire pour l'éliminer réellement.
7. Fiabilité et exigences particulières
N+1 maintient 84% de charge après la perte d'une unité ; le diesel prend le relais en 2 s tandis que l'UPS maintient l'ATC pendant 15 min ; l'éclairage de piste et les circuits GPU intérieurs sont alimentés séparément pour éviter les interférences.
Pain Points → Solution → Evidence
L'éclairage de piste ne peut pas s'éteindre — la perte d'une alimentation ne doit pas plonger l'aérodrome dans le noir
Double alimentation + N+1 : réseau + diesel 400 kW + chaîne de secours UPS 150 kVA
V9 : secours 550 kW = grade 1 500 + incendie 50 (100 %) ; V4 N-1 charge à 84 % validée
Les convertisseurs GPU 400 Hz déforment le bus et surchauffent la batterie de condensateurs
Des réacteurs désaccordés de 150 kvar empêchent la résonance, plus un APF pour éliminer le dépassement
Profil de charge THDi 30 % (150/500 kW non linéaire), bien au-dessus de la limite de 15 %
Dysfonctionnement ATC/communications pendant le transfert réseau-diesel
Un UPS de 150 kVA (15 min) relie les charges sensibles sans interruption
UPS 150 kVA/120 kW · 15 min · 384 Vdc · 97 Ah, couvrant le transfert de 2 s
Risque d'huile/incendie en sous-station intérieure
Transformateur sec SCB13 (sans huile, ignifuge)
transModel SCB13-500/10 type sec — intérieur, adapté au feu
4 · Key Parameter Deep-Read
| Parameter | Value | Basis | Impact & Boundary |
|---|---|---|---|
| Capacité du transformateur | 500 kVA ×2 (N+1) | Sd=400/0,95≈421 kVA → palier 500 kVA ; N+1 → 2 unités | Charge à 84 %, économique ; pas d'interruption en cas de perte d'une unité Passer à 630 kVA si la demande >450 kW |
| Couverture de secours | 550 kW (diesel 400 + UPS 150) | grade-1 500 + incendie 50 = 550 | V9 100 % de secours, zéro perte pour les charges critiques Ajouter diesel/UPS si la charge critique augmente |
| THDi | 30 % | Les convertisseurs 400 Hz sont une charge non linéaire concentrée (150 kW) | Dépasse la limite de 15 % ; PFC désaccordé + APF requis Le calibre de l'APF est finalisé à partir du spectre harmonique |
| Calibre de l'UPS | 150 kVA / 120 kW | Maintient ATC/comms (sensibles) pendant 15 min | Batterie 384 Vdc 97 Ah, transfert sans coupure Ajouter des chaînes de batteries pour une autonomie plus longue |
| Charge N-1 | 84 % | Sd 421/500 après perte d'une unité | Transfert 2 s ≤ 15 s autorisé, verdict conforme Une unité peut surcharger à mesure que la charge augmente |
| Court-circuit | MV 28,9 / LV 17,6 kA | Niveau de défaut 500 MVA + transformateur uk=4 % | Coupure HV 31,5 kA / LV 25 kA (marge 1,1×/1,4×) Confirmer le niveau de défaut réel avec le réseau (toConfirm: ssc) |
| PFC | 150 kvar (4×38) | avgPf 0,85 → pfTarget 0,95 écart | PF conforme, moins de charge et de pertes du transformateur Harmoniques 400 Hz — désaccordé pour éviter l'amplification des 5e/7e |
5 · Drawing Deep-Read
The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):
6 · Operation Demo (Deep-Read)
Flux d'énergie
Demande de 400 kW du réseau → appareillage MT → deux transformateurs SCB13 → bus BT → 14 départs (piste / GPU / ATC). Les transformateurs doubles partagent ~42 % chacun ; en cas de perte d'une unité, le survivant supporte 84 %.
Défaut et transfert
En cas de perte du réseau, le diesel se synchronise en 2 s tandis que l'UPS maintient l'ATC pendant 15 min ; un défaut sur un départ ne déclenche que ce départ (0,1 s) avec l'amont qui tient 0,3 s — la sélectivité est assurée.
Qualité de l'énergie et harmoniques
Le pont 400 Hz porte le THDi à 30 % ; comparez le spectre harmonique avant/après traitement par réactance désaccordée + APF pour quantifier la cause et la solution de « les harmoniques brûlent les condensateurs ».
Pertes et coût de l'électricité
Pertes en sec p0=1,16 / pk=4,88 kW, ≈102 071 kWh/an (≈12 249 $ à 0,12 $/kWh) ; une unité SH15 amorphe à huile économiserait ≈7 434 kWh/an mais sacrifie la sécurité sans huile.
Other views (shown): Fonctionnement 24h · Profil de tension · Caractéristiques du schéma · Déclassement environnemental
7 · Economics & Payback
Équipement total du configurateur ≈ 456 014 $ (niveau de faisabilité, incl. 2×SCB13-500/10 transformateurs secs, appareillage MT/BT, diesel conteneurisé de 500 kVA, UPS de 150 kVA, PFC de 150 kvar et câbles). L'économie repose sur la prime de fiabilité plus les pertes : ≈102 071 kWh/an (12 249 $) ; une unité à huile amorphe SH15 permettrait d'économiser ≈892 $/an, mais les aéroports intérieurs préfèrent le type sec sans huile — la sécurité avant l'efficacité.
8 · FAQ
Quelle taille de transformateur pour un aéroport de 500 kW ?
Pourquoi un transformateur sec pour un aéroport ?
Quelle taille de diesel de secours pour un aéroport ?
Qu'est-ce qu'un GPU 400 Hz et pourquoi affecte-t-il la conception ?
Combien de temps tient l'UPS ?
Qu'est-ce qui alimente l'éclairage de piste ?
Pourquoi des transformateurs doubles N+1 ?
Un THDi de 30 % est-il un problème ?
Combien coûte le package aéroport ?
Special Considerations
- Le niveau de défaut du système est par défaut de 500 MVA — confirmez la valeur réelle auprès du gestionnaire de réseau (affecte les réglages de protection et le thermique des câbles ; toConfirm: ssc).
- Le THDi ~30 % dépasse la limite ; les réacteurs désaccordés ne font qu'empêcher l'amplification — ajoutez un APF pour réellement éliminer l'avertissement.
- Tous les 500 kW sont traités comme grade 1 ; si certaines charges terminales peuvent être déclassées, le secours diesel/UPS (et le coût) peut diminuer.
- Estimation au niveau de faisabilité ; les plans en attente d'un institut de conception agréé, pas des documents de construction.
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