Transformador QDTB®
All figures are configurator-generated feasibility-level estimates; drawings are schematic deliverables pending refinement by a licensed design institute, not construction documents.
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500 kW de energia aeroportuária: GPU de 400 Hz + iluminação de pista + UPS em um esquema de alimentação dupla N+1

2×SCB13-500/10 N+1 · 400 kW diesel de reserva · 150 kVA UPS (15 min) · ponte GPU de 400 Hz

1 · TL;DR Conclusion

Conclusão: este aeroporto de 500 kW utiliza alimentação de 10 kV + 2 transformadores secos SCB13-500/10 (N+1), com um diesel de reserva de 400 kW e um UPS de 150 kVA cobrindo 100% da carga de pista de categoria 1/ATC. A ponte GPU de 400 Hz eleva o THDi para 30%, então o PFC de 150 kvar está dessintonizado e um APF é recomendado — total do configurador ≈ $456.014 (nível de viabilidade).

  • •2 transformadores secos SCB13 de 2×500 kVA N+1; 84% de carregamento após a perda de uma unidade, dentro da faixa de 60–85%
  • •Cadeia de alimentação dupla: rede 10 kV + diesel 400 kW + UPS 150 kVA = 550 kW de backup, cobrindo exatamente grau-1 (500) + incêndio (50)
  • •Conversores GPU de 400 Hz fornecem 150 kW não lineares (30% THDi); o PFC dessintonizado de 150 kvar evita ressonância, um APF elimina o limite
  • •UPS de 150 kVA (120 kW, 15 min, 384 Vdc) mantém ATC/comunicações durante a transferência diesel de 2 s
  • •Curto-circuito 28,9 kA (MT) / 17,6 kA (BT); o cabo de 300 mm² passa na verificação térmica (44 mm² mín)

2 · Solution Overview

Um aeroporto é um local de grau 1 e alta confiabilidade: iluminação de pista/aproximação, ATC e comunicações não podem ficar sem energia. Este esquema de 500 kW combina uma alimentação da concessionária de 10 kV, transformadores secos N+1, um gerador diesel de reserva de 400 kW e um UPS de 150 kVA, com a carga da ponte de energia de solo (GPU) de 400 Hz modelada como uma fonte não linear de 150 kW.

2×500 kVA (N+1)
Capacidade do transformador
SCB13-500/10
Modelo do transformador
10 kV / 0.4 kV
Tensão
400 kW diesel + 150 kVA UPS
Backup
500 kW
Carga instalada
400 kW (kd 0,8)
Demanda
150 kvar (4×38)
PFC
30% (400 Hz GPU)
THDi
SourceRoleShare kWShare
Grid 10 kVbase400 kW100%
Diesel 400 kWbackup0 kW0%
UPS 150 kVAbackup0 kW0%

3 · Design Process & Rationale

1. Identificação de requisitos

Um aeroporto é de grau 1 — iluminação de pista, ATC e comunicações não podem perder energia; a ponte GPU de 400 Hz é uma carga não linear de frequência variável. Definimos: interrupção permitida ≤15 s, carga de incêndio em circuito dedicado e cargas sensíveis com suporte de UPS (ATC/radar).

2. Classificação de cargas

Todos os 500 kW são tratados como grau 1 (prática aeroportuária): críticos 300 kW, não lineares 150 kW (conversores de 400 Hz), sensíveis 150 kW (ATC), incêndio 50 kW. Este perfil determina o mix de fontes e o tratamento de harmônicos.

3. Fonte e mix

Estrutura de dupla alimentação: rede de 10 kV como base (100%), mais um diesel de reserva de 400 kW e um UPS de 150 kVA formando a cadeia de emergência — 550 kW de backup = grau 1 (500) + incêndio (50); a verificação V9 reporta cobertura de 100%.

4. Dimensionamento do transformador

Demanda aparente Sd=400/0,95≈421 kVA → faixa de 500 kVA; para continuidade em falha de uma unidade selecionamos N+1 → 2×SCB13-500/10 tipo seco (interno, sem óleo, adequado a incêndio), 84% de carga.

5. Distribuição e proteção

Entrada MV KYN28A-12 → 2 transformadores secos → barramento LV MNS (com interligação de barramento). A proteção usa sobrecorrente 50/51 com coordenação 0,3/0,2 s; todos os 5 pares de coordenação passam.

6. Reativos e harmônicos

O PF alvo de 0,95 requer 150 kvar (4×38 kvar bancos dessintonizados). Os acionamentos de 400 Hz elevam o THDi a 30%, muito acima do limite de 15%: reatores dessintonizados apenas evitam amplificação — é necessário um APF para realmente eliminá-lo.

7. Confiabilidade e requisitos especiais

N+1 mantém 84% de carga após a perda de uma unidade; o diesel assume em 2 s enquanto o UPS sustenta o ATC por 15 min; a iluminação de pista e os circuitos GPU internos são alimentados separadamente para evitar interferência.

Pain Points → Solution → Evidence

Pain

A iluminação da pista não pode apagar — a perda de uma alimentação não deve deixar o aeródromo às escuras

Solution

Alimentação dupla + N+1: rede + diesel de 400 kW + cadeia de emergência UPS de 150 kVA

Evidence

V9: backup de 550 kW = grau 1 500 + incêndio 50 (100%); V4 N-1 carga de 84% aprovada

Pain

Conversores GPU de 400 Hz distorcem o barramento e superaquecem o banco de capacitores

Solution

Reatores dessintonizados de 150 kvar evitam ressonância, mais um APF para eliminar a ultrapassagem

Evidence

Perfil de carga THDi 30% (150/500 kW não linear), muito acima do limite de 15%

Pain

Falha de ATC/comunicações durante a transferência da rede para o diesel

Solution

Um UPS de 150 kVA (15 min) faz a ponte das cargas sensíveis sem interrupção

Evidence

UPS 150 kVA/120 kW · 15 min · 384 Vdc · 97 Ah, cobrindo a transferência de 2 s

Pain

Risco de óleo/incêndio em subestação interna

Solution

Transformador a seco SCB13 (sem óleo, retardante de chama)

Evidence

transModel SCB13-500/10 a seco — interno, adequado a incêndio

4 · Key Parameter Deep-Read

ParameterValueBasisImpact & Boundary
Capacidade do transformador500 kVA ×2 (N+1)Sd=400/0,95≈421 kVA → faixa de 500 kVA; N+1 → 2 unidadesCarga de 84%, econômico; sem interrupção na perda de uma unidade
Aumentar para 630 kVA se a demanda >450 kW
Cobertura de backup550 kW (diesel 400 + UPS 150)grau-1 500 + incêndio 50 = 550V9 100% backup, zero perda para cargas críticas
Adicionar diesel/UPS se a carga crítica crescer
THDi30%Conversores de 400 Hz são uma carga não linear concentrada (150 kW)Acima do limite de 15%; PFC dessintonizado + APF necessário
Classificação do APF finalizada a partir do espectro harmônico
Classificação do UPS150 kVA / 120 kWMantém ATC/comunicações (sensíveis) por 15 minBateria 384 Vdc 97 Ah, transferência sem interrupção
Adicionar strings de bateria para maior autonomia
Carregamento N-184%Sd 421/500 após perda de uma unidadeTransferência de 2 s ≤ 15 s permitido, veredito aprovado
Uma única unidade pode sobrecarregar conforme a carga cresce
Curto-circuitoMV 28,9 / LV 17,6 kANível de falta de 500 MVA + transformador uk=4%Capacidade de interrupção HV 31,5 kA / LV 25 kA (margem 1,1×/1,4×)
Confirmar nível de falta real com a rede (toConfirm: ssc)
PFC150 kvar (4×38)avgPf 0,85 → pfTarget 0,95 lacunaPF conforme, menor carregamento e perda do transformador
Harmônicos de 400 Hz — dessintonizado para prevenir amplificação de 5ª/7ª

5 · Drawing Deep-Read

Dwg 3/26Diagrama unifilar — Alimentação de 10 kV → KYN28A-12 → 2×SCB13-500/10 → barramento BT MNS → alimentadores de pista / GPU / ATC
Why: O diagrama unifilar é a espinha dorsal: mostra a estrutura de dupla alimentação — rede, diesel e UPS alimentam todos o barramento BT, N+1 significa que qualquer um dos transformadores pode cair sem interrupção, e a iluminação de pista versus GPU de 400 Hz estão em alimentadores separados. Esta é a garantia estrutural por trás de «a iluminação de pista não pode apagar».
Dwg 4/26Topologia do sistema — Rede 10 kV (base) + diesel 400 kW (backup) + UPS 150 kVA (online) → barramento BT
Why: A topologia fixa cada fonte ao seu nível de tensão: rede em MT, diesel e UPS em BT, com qualquer ligação entre tensões forçada através do transformador. Confirma visualmente que a fiação de dupla alimentação não tem conflito.
Dwg 12/26Avaliação de qualidade de energia — THDi 30% > limite 15% · 150 kvar dessintonizado + APF recomendado
Why: O desenho de qualidade de energia quantifica o risco harmônico da ponte de 400 Hz: THDi 30% é o dobro do limite de 15%, então os reatores dessintonizados apenas param a amplificação — um APF é obrigatório para eliminá-lo. Esta é evidência direta do problema de «harmônicos queimam capacitores».
Dwg 14/26Configuração de proteção — 50/51 sobrecorrente · entrada 0,6 s → transformador 0,3 s → alimentador 0,1 s, 5 pares aprovados
Why: O desenho de proteção posiciona cada estágio e ajuste: entrada MT, transformador, entrada BT e alimentador são graduados em 0,6/0,3/0,1 s para que uma falta a jusante dispare apenas seu próprio circuito — nenhuma falta única apaga todo o aeroporto.
Dwg 15/26Curva de coordenação de proteção TCC — Entrada 50/51 (0,6 s) → entrada BT (0,3 s) → alimentador (0,1 s), gradação 0,3/0,2 s
Why: A TCC prova a seletividade: uma falta a jusante dispara apenas seu alimentador enquanto os disjuntores a montante se mantêm. Todos os 5 pares atendem ao critério de gradação ≥0,2 s.

The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):

Dwg 1 · Base de projeto elétricoDwg 2 · Legenda de símbolosDwg 3 · Diagrama unifilarDwg 4 · Diagrama de topologia do sistemaDwg 5 · Sistema de distribuiçãoDwg 6 · Sistema de distribuição de MTDwg 7 · Sistema de distribuição de BTDwg 8 · Cálculo de curto-circuitoDwg 9 · Códigos e normas aplicáveisDwg 10 · Dados técnicos dos equipamentos principaisDwg 11 · Requisitos de construção e ensaiosDwg 12 · Avaliação da qualidade de energiaDwg 13 · Arquitetura SCADADwg 14 · Configuração de proteçãoDwg 15 · Curva de coordenação de proteção TCCDwg 16 · Sistema de aterramentoDwg 17 · Proteção contra raios e surtos (LPS/SPD)Dwg 18 · Plano de layout de equipamentosDwg 19 · Compensação reativa e harmônicaDwg 20 · Transferência de microrrede conectada à rede / ilhadaDwg 21 · Circuito de controle e sinalização secundárioDwg 22 · Bloco de terminais (painéis de proteção e controle)Dwg 23 · Layout frontal do painel e lista de painéisDwg 24 · Sistema de alimentação auxiliar CCDwg 25 · Sistema de óleo combustívelDwg 26 · Sistema de aterramento (TN-S)

6 · Operation Demo (Deep-Read)

Fluxo de energia

Demanda de 400 kW da rede → aparelhagem de MT → dois transformadores SCB13 → barramento de BT → 14 alimentadores (pista / GPU / ATC). Os transformadores duplos compartilham ~42% cada; na perda de uma unidade, o sobrevivente assume 84%.

Falha e transferência

Na perda da rede, o diesel sincroniza em 2 s enquanto o UPS mantém o ATC por 15 min; uma falha em um alimentador desliga apenas esse alimentador (0,1 s) com o a montante mantendo 0,3 s — a seletividade é mantida.

Qualidade de energia e harmônicos

A ponte de 400 Hz coloca o THDi em 30%; compare o espectro harmônico antes/depois do tratamento com reator dessintonizado + APF para quantificar a causa e a solução de “harmônicos queimam capacitores”.

Perdas e custo de eletricidade

Perdas em seco p0=1,16 / pk=4,88 kW, ≈102.071 kWh/ano (≈US$ 12.249 a US$ 0,12/kWh); uma unidade SH15 amorfa a óleo economizaria ≈7.434 kWh/ano, mas abre mão da segurança sem óleo.

Other views (shown): Operação 24h · Perfil de tensão · Características do esquema · Derating ambiental

7 · Economics & Payback

Equipamento total do configurador ≈ $456.014 (nível de viabilidade, incl. 2×SCB13-500/10 transformadores secos, aparelhagem MT/BT, diesel contentorizado de 500 kVA, UPS de 150 kVA, PFC de 150 kvar e cabos). A economia centra-se no prémio de fiabilidade mais as perdas: ≈102.071 kWh/ano ($12.249); uma unidade de óleo amorfo SH15 pouparia ≈$892/ano, mas os aeroportos interiores preferem o tipo seco sem óleo — segurança sobre eficiência.

$456,014
Total de equipamentos
102,071 kWh
Perdas anuais
$12,249/ano
Custo das perdas
$892/ano
Economia SH15
550 kW (100%)
Cobertura de backup

8 · FAQ

Qual tamanho de transformador para um aeroporto de 500 kW?
Com kd=0,8 a demanda é de 400 kW ≈ 421 kVA → faixa de 500 kVA; para evitar interrupções na falha de uma unidade, use 2×500 kVA N+1 (84% após a perda de uma unidade).
Por que tipo seco para um aeroporto?
As subestações internas de aeroporto são sensíveis ao fogo; o tipo seco SCB13 é livre de óleo e retardante de chama. Custa um pouco mais de perda em vazio do que o óleo amorfo, mas a segurança vence.
Qual o tamanho do diesel de reserva para um aeroporto?
Grau 1 500 + incêndio 50 = 550 kW devem ser 100% cobertos; diesel 400 kW + UPS 150 kVA = 550 kW, com o diesel realizado como um grupo gerador conteinerizado de 500 kVA.
O que é uma GPU de 400 Hz e por que afeta o projeto?
A unidade de energia de solo de 400 Hz é um conversor de frequência que alimenta aeronaves no pátio — uma carga não linear concentrada que eleva o THDi a 30%, exigindo PFC dessintonizado mais um APF.
Quanto tempo a UPS segura?
A UPS de 150 kVA/120 kW aqui faz backup por 15 min (384 Vdc, 97 Ah) — suficiente para cobrir os 2 s de transferência do diesel; adicione strings de bateria para maior autonomia.
O que alimenta a iluminação da pista?
A iluminação da pista é grau 1: normalmente alimentada pelo barramento BT de transformador duplo; na perda da rede, o diesel de 400 kW assume com a UPS fazendo a ponte — zero interrupção.
Por que transformadores duplos N+1?
Um aeroporto não pode parar totalmente na falha de um único transformador; N+1 dá 84% de carga após a perda de uma unidade, transferência de 2 s ≤ 15 s permitidos — aprovado.
Um THDi de 30% é um problema?
Sim — o dobro do limite de 15%. Reatores dessintonizados apenas param a ressonância; um APF é necessário para eliminá-lo, caso contrário o banco de capacitores superaquece e falha.
Quanto custa o pacote do aeroporto?
Total do configurador ≈ $456.014 (nível de viabilidade), cobrindo transformadores duplos, painéis MT/BT, diesel, UPS e PFC; contate nossos engenheiros para uma cotação formal.

Special Considerations

  • O nível de falta do sistema padrão é 500 MVA — confirme o valor real com a concessionária de energia (afeta ajustes de proteção e térmica do cabo; toConfirm: ssc).
  • O THDi ~30% está acima do limite; reatores dessintonizados apenas previnem a amplificação — adicione um APF para realmente eliminar o aviso.
  • Todos os 500 kW são tratados como grau 1; se algumas cargas terminais puderem ser rebaixadas, o backup diesel/UPS (e o custo) pode diminuir.
  • Estimativa em nível de viabilidade; desenhos pendentes de um instituto de projeto licenciado, não documentos de construção.

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