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.
| 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. 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
A iluminação da pista não pode apagar — a perda de uma alimentação não deve deixar o aeródromo às escuras
Alimentação dupla + N+1: rede + diesel de 400 kW + cadeia de emergência UPS de 150 kVA
V9: backup de 550 kW = grau 1 500 + incêndio 50 (100%); V4 N-1 carga de 84% aprovada
Conversores GPU de 400 Hz distorcem o barramento e superaquecem o banco de capacitores
Reatores dessintonizados de 150 kvar evitam ressonância, mais um APF para eliminar a ultrapassagem
Perfil de carga THDi 30% (150/500 kW não linear), muito acima do limite de 15%
Falha de ATC/comunicações durante a transferência da rede para o diesel
Um UPS de 150 kVA (15 min) faz a ponte das cargas sensíveis sem interrupção
UPS 150 kVA/120 kW · 15 min · 384 Vdc · 97 Ah, cobrindo a transferência de 2 s
Risco de óleo/incêndio em subestação interna
Transformador a seco SCB13 (sem óleo, retardante de chama)
transModel SCB13-500/10 a seco — interno, adequado a incêndio
4 · Key Parameter Deep-Read
| Parameter | Value | Basis | Impact & Boundary |
|---|---|---|---|
| Capacidade do transformador | 500 kVA ×2 (N+1) | Sd=400/0,95≈421 kVA → faixa de 500 kVA; N+1 → 2 unidades | Carga de 84%, econômico; sem interrupção na perda de uma unidade Aumentar para 630 kVA se a demanda >450 kW |
| Cobertura de backup | 550 kW (diesel 400 + UPS 150) | grau-1 500 + incêndio 50 = 550 | V9 100% backup, zero perda para cargas críticas Adicionar diesel/UPS se a carga crítica crescer |
| THDi | 30% | 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 UPS | 150 kVA / 120 kW | Mantém ATC/comunicações (sensíveis) por 15 min | Bateria 384 Vdc 97 Ah, transferência sem interrupção Adicionar strings de bateria para maior autonomia |
| Carregamento N-1 | 84% | Sd 421/500 após perda de uma unidade | Transferência de 2 s ≤ 15 s permitido, veredito aprovado Uma única unidade pode sobrecarregar conforme a carga cresce |
| Curto-circuito | MV 28,9 / LV 17,6 kA | Nível 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) |
| PFC | 150 kvar (4×38) | avgPf 0,85 → pfTarget 0,95 lacuna | PF conforme, menor carregamento e perda do transformador Harmônicos de 400 Hz — dessintonizado para prevenir amplificação de 5ª/7ª |
5 · Drawing Deep-Read
The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):
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.
8 · FAQ
Qual tamanho de transformador para um aeroporto de 500 kW?
Por que tipo seco para um aeroporto?
Qual o tamanho do diesel de reserva para um aeroporto?
O que é uma GPU de 400 Hz e por que afeta o projeto?
Quanto tempo a UPS segura?
O que alimenta a iluminação da pista?
Por que transformadores duplos N+1?
Um THDi de 30% é um problema?
Quanto custa o pacote do aeroporto?
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.
Turn this into your project
Open this exact scenario pre-loaded in the Power System Configurator, then generate the full design document or the operation & techno-economic assessment.
Open in Power System Configurator →Related Scenarios
Fornecimento único de equipamentos de energia convencional e solar
Do projeto do sistema de distribuição de energia à energia solar – transformadores, painéis de distribuição, subestações e equipamentos solares, dimensionados e cotados em um só lugar. Use nossas calculadoras para obter uma lista completa de materiais e o preço FOB.