Como selecionar uma carga falsa para um conjunto gerador a diesel de data center

A seleção de uma carga falsa para o gerador a diesel de um data center é crucial, pois afeta diretamente a confiabilidade do sistema de energia de reserva. A seguir, fornecerei um guia completo que aborda os princípios básicos, parâmetros-chave, tipos de carga, etapas de seleção e práticas recomendadas.

1. Princípios Básicos de Seleção

O objetivo fundamental de uma carga falsa é simular a carga real para testes e validação abrangentes do grupo gerador a diesel, garantindo que ele possa assumir imediatamente toda a carga crítica em caso de falha de energia da rede elétrica. Os objetivos específicos incluem:

1. Queima de Depósitos de Carbono: Operar com carga baixa ou sem carga causa o fenômeno de "empilhamento úmido" em motores a diesel (combustível não queimado e carbono acumulados no sistema de escapamento). Uma carga falsa pode aumentar a temperatura e a pressão do motor, queimando completamente esses depósitos.
2. Verificação de desempenho: testar se o desempenho elétrico do grupo gerador — como tensão de saída, estabilidade de frequência, distorção da forma de onda (THD) e regulação de tensão — está dentro dos limites permitidos.
3. Teste de capacidade de carga: verificar se o grupo gerador pode operar de forma estável na potência nominal e avaliar sua capacidade de lidar com aplicações e rejeições repentinas de carga.
4. Teste de integração de sistemas: realização de comissionamento conjunto com o ATS (Automatic Transfer Switch), sistemas de paralelismo e sistemas de controle para garantir que todo o sistema funcione de forma coesa.

2. Principais parâmetros e considerações

Antes de selecionar uma carga falsa, os seguintes parâmetros do conjunto gerador e dos requisitos de teste devem ser esclarecidos:

1. Potência Nominal (kW/kVA): A potência total da carga falsa deve ser maior ou igual à potência nominal total do grupo gerador. Geralmente, recomenda-se selecionar 110% a 125% da potência nominal do grupo gerador para permitir testes de capacidade de sobrecarga.
2. Tensão e fase: deve corresponder à tensão de saída do gerador (por exemplo, 400 V/230 V) e à fase (trifásica de quatro fios).
3. Frequência (Hz): 50Hz ou 60Hz.
4. Método de conexão: Como será conectado à saída do gerador? Geralmente, a jusante do ATS ou por meio de um gabinete de interface de teste dedicado.
5. Método de resfriamento:
   • Resfriamento a ar: adequado para baixa a média potência (normalmente abaixo de 1000 kW), menor custo, mas barulhento, e o ar quente deve ser adequadamente exaurido da sala de equipamentos.
   • Resfriamento a água: adequado para potência média a alta, mais silencioso e com maior eficiência de resfriamento, mas requer um sistema de suporte de água para resfriamento (torre de resfriamento ou dry cooler), resultando em maior investimento inicial.
6. Nível de Controle e Automação:
   • Controle básico: Carregamento/descarregamento manual em etapas.
   • Controle Inteligente: Curvas de carga automáticas programáveis ​​(carga em rampa, carga em degraus), monitoramento e registro em tempo real de parâmetros como tensão, corrente, potência, frequência, pressão do óleo, temperatura da água e geração de relatórios de teste. Isso é crucial para a conformidade e auditoria do data center.

3. Principais Tipos de Cargas Falsas

1. Carga resistiva (carga puramente ativa P)

• Princípio: Converte energia elétrica em calor, dissipado por ventiladores ou resfriamento a água.
• Vantagens: Estrutura simples, menor custo, fácil controle, fornece potência ativa pura.
• Desvantagens: Só pode testar a potência ativa (kW), não pode testar a capacidade de regulação da potência reativa (kvar) do gerador.
• Cenário de aplicação: usado principalmente para testar a parte do motor (combustão, temperatura, pressão), mas o teste é incompleto.

2. Carga reativa (carga puramente reativa Q)

• Princípio: Utiliza indutores para consumir energia reativa.
• Vantagens: Pode fornecer carga reativa.
• Desvantagens: Normalmente não é usado sozinho, mas sim em conjunto com cargas resistivas.

3. Carga resistiva/reativa combinada (carga R+L, fornece P e Q)

• Princípio: Integra bancos de resistores e bancos de reatores, permitindo controle independente ou combinado de carga ativa e reativa.
• Vantagens: A solução preferida para data centers. Permite simular cargas mistas reais, testando de forma abrangente o desempenho geral do grupo gerador, incluindo o AVR (Regulador Automático de Tensão) e o sistema regulador.
• Desvantagens: Custo mais alto que cargas puramente resistivas.
• Nota de seleção: Preste atenção à faixa ajustável do fator de potência (FP), que normalmente precisa ser ajustada de 0,8 atrasado (indutivo) a 1,0 para simular diferentes naturezas de carga.

4. Carga Eletrônica

• Princípio: Utiliza tecnologia de eletrônica de potência para consumir energia ou devolvê-la à rede.
• Vantagens: Alta precisão, controle flexível, potencial de regeneração de energia (economia de energia).
• Desvantagens: Extremamente caro, requer pessoal de manutenção altamente qualificado e sua própria confiabilidade precisa ser considerada.
• Cenário de aplicação: Mais adequado para laboratórios ou fábricas do que para testes de manutenção no local em data centers.

Conclusão: Para data centers, deve ser selecionada uma «Carga Falsa Combinada Resistiva/Reativa (R+L)» com controle automático inteligente.

4. Resumo das etapas de seleção

1. Determinar os requisitos de teste: É apenas para testes de combustão ou é necessária uma certificação de desempenho em carga total? São necessários relatórios de testes automatizados?
2. Reúna os parâmetros do conjunto gerador: liste a potência total, a tensão, a frequência e a localização da interface para todos os geradores.
3. Determinar o tipo de carga falsa: selecione uma carga falsa inteligente, R+L, refrigerada a água (a menos que a potência seja muito pequena e o orçamento seja limitado).
4. Calcular a Capacidade de Potência: Capacidade de Carga Total Falsa = Maior potência da unidade × 1,1 (ou 1,25). Se estiver testando um sistema em paralelo, a capacidade deve ser ≥ potência total em paralelo.
5. Selecione o método de resfriamento:
   • Alta potência (>800kW), espaço limitado na sala de equipamentos, sensibilidade ao ruído: escolha resfriamento a água.
   • Baixo consumo de energia, orçamento limitado, espaço de ventilação suficiente: o resfriamento a ar pode ser considerado.
6. Avaliar Sistema de Controle:
   • Deve suportar carregamento automático em etapas para simular o engate de carga real.
   • Deve ser capaz de registrar e gerar relatórios de testes padrão, incluindo curvas de todos os parâmetros principais.
   • A interface oferece suporte à integração com sistemas de gerenciamento de edifícios ou de gerenciamento de infraestrutura de data center (DCIM)?
7. Considere instalação móvel vs. fixa:
   • Instalação fixa: Instalado em uma sala ou contêiner dedicado, como parte da infraestrutura. Cabeamento fixo, testes fáceis, aparência elegante. A escolha preferida para grandes data centers.
   • Móvel montado em trailer: montado em um trailer, pode atender a vários data centers ou unidades. Custo inicial mais baixo, mas a implantação é complexa e exige espaço de armazenamento e operações de conexão.

5. Melhores práticas e recomendações

• Planeje interfaces de teste: projete previamente gabinetes de interface de teste de carga falsa no sistema de distribuição de energia para tornar as conexões de teste seguras, simples e padronizadas.
• Solução de resfriamento: se for resfriado a água, certifique-se de que o sistema de resfriamento da água seja confiável; se for resfriado a ar, deve-se projetar dutos de exaustão adequados para evitar que o ar quente recircule na sala de equipamentos ou afete o ambiente.
• Segurança em primeiro lugar: Cargas falsas geram temperaturas extremamente altas. Elas devem ser equipadas com medidas de segurança, como proteção contra superaquecimento e botões de parada de emergência. Os operadores precisam de treinamento profissional.
• Testes regulares: De acordo com o Uptime Institute, os padrões Tier, ou recomendações do fabricante, normalmente são realizados mensalmente com carga nominal não inferior a 30%, e um teste de carga completa é realizado anualmente. A carga falsa é uma ferramenta fundamental para atender a esse requisito.

Recomendação final:
Para data centers que buscam alta disponibilidade, não se deve economizar em custos com carga falsa. Investir em um sistema de carga falsa fixo, de tamanho adequado, R+L, inteligente e refrigerado a água é um investimento necessário para garantir a confiabilidade do sistema de energia crítico. Ele ajuda a identificar problemas, prevenir falhas e atender aos requisitos de operação, manutenção e auditoria por meio de relatórios de teste abrangentes.