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

A seleção de uma carga fictícia para o grupo gerador a diesel de um data center é crucial, pois afeta diretamente a confiabilidade do sistema de energia de reserva. A seguir, apresentarei um guia completo abordando princípios básicos, parâmetros-chave, tipos de carga, etapas de seleção e melhores práticas.

1. Princípios Essenciais de Seleção

O objetivo fundamental de uma carga simulada 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 no fornecimento de energia da rede elétrica. Os objetivos específicos incluem:

1. Queima de depósitos de carbono: Operar com carga baixa ou sem carga causa um fenômeno de "acúmulo úmido" em motores a diesel (combustível não queimado e carbono se acumulam no sistema de escape). Uma carga falsa pode elevar a temperatura e a pressão do motor, queimando completamente esses depósitos.
2. Verificação de desempenho: Teste para verificar se o desempenho elétrico do grupo gerador — como tensão de saída, estabilidade de frequência, distorção harmônica total (THD) e regulação de tensão — está dentro dos limites permitidos.
3. Teste de capacidade de carga: Verificação de que o grupo gerador pode operar de forma estável na potência nominal e avaliação de sua capacidade de lidar com aplicações e rejeições repentinas de carga.
4. Testes de integração de sistemas: Realização de comissionamento conjunto com o ATS (Chave de Transferência Automática), sistemas de paralelismo e sistemas de controle para garantir que todo o sistema funcione de forma coesa.

2. Parâmetros e Considerações Chave

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

1. Potência nominal (kW/kVA): A capacidade de potência total da carga simulada deve ser maior ou igual à potência nominal total do grupo gerador. Geralmente, recomenda-se selecionar entre 110% e 125% da potência nominal do grupo gerador para permitir testes de capacidade de sobrecarga.
2. Tensão e fase: Devem corresponder à tensão de saída do gerador (ex.: 400V/230V) e à fase (trifásico com quatro fios).
3. Frequência (Hz): 50Hz ou 60Hz.
4. Método de conexão: Como será feita a conexão com a saída do gerador? Normalmente, a jusante do ATS ou através de um gabinete de interface de teste dedicado.
5. Método de resfriamento:
   • Resfriamento a ar: Adequado para potência baixa a média (normalmente abaixo de 1000 kW), custo mais baixo, porém ruidoso, e o ar quente deve ser devidamente exaurido da sala de equipamentos.
   • Resfriamento a água: Adequado para potência média a alta, mais silencioso, maior eficiência de resfriamento, mas requer um sistema de resfriamento a água auxiliar (torre de resfriamento ou resfriador a seco), resultando em um investimento inicial mais elevado.
6. Nível de controle e automação:
   • Controle básico: Carregamento/descarregamento manual por 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 de data centers.

3. Principais tipos de cargas falsas

1. Carga resistiva (Carga puramente ativa P)

• Princípio: Converte energia elétrica em calor, dissipado por ventiladores ou refrigeração a água.
• Vantagens: Estrutura simples, custo mais baixo, controle fácil, fornece potência ativa pura.
• Desvantagens: Só é possível testar a potência ativa (kW), não sendo possível testar a capacidade de regulação da potência reativa (kvar) do gerador.
• Cenário de aplicação: Utilizado principalmente para testar componentes do motor (combustão, temperatura, pressão), porém o teste é incompleto.

2. Carga Reativa (Carga Puramente Reativa Q)

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

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

• Princípio: Integra bancos de resistores e bancos de reatores, permitindo o controle independente ou combinado de cargas ativas e reativas.
• Vantagens: A solução preferida para centros de dados. 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 de controle de velocidade.
• Desvantagens: Custo mais elevado do que cargas puramente resistivas.
• Nota de seleção: Preste atenção à faixa de fator de potência (FP) ajustável, que normalmente precisa ser ajustada de 0,8 atrasado (indutivo) a 1,0 para simular diferentes tipos de carga.

4. Carga Eletrônica

• Princípio: Utiliza tecnologia de eletrônica de potência para consumir energia ou devolvê-la à rede elétrica.
• Vantagens: Alta precisão, controle flexível, potencial para 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 centros de dados.

Conclusão: Para centros de dados, deve-se selecionar uma «Carga Falsa Resistiva/Reativa (R+L) Combinada» com controle automático inteligente.

4. Resumo das etapas de seleção

1. Determine os requisitos de teste: É apenas para testes de combustão ou é necessária uma certificação de desempenho em carga total? São necessários relatórios de teste automatizados?
2. Reunir parâmetros do grupo gerador: Liste a potência total, a tensão, a frequência e a localização da interface de todos os geradores.
3. Determine o tipo de carga falsa: Selecione uma carga falsa R+L, inteligente e refrigerada a água (a menos que a potência seja muito pequena e o orçamento seja limitado).
4. Cálculo da Capacidade de Potência: Capacidade Total de Carga Falsa = Potência da maior unidade individual × 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 o resfriamento a água.
   • Baixa potência, orçamento limitado, espaço com ventilação suficiente: o resfriamento a ar pode ser considerado.
6. Avaliar o sistema de controle:
   • Deve suportar carregamento automático por etapas para simular o engajamento de carga real.
   • Deve ser capaz de registrar e gerar relatórios de testes padrão, incluindo curvas de todos os parâmetros principais.
   • A interface suporta integração com sistemas de gerenciamento predial ou de gerenciamento de infraestrutura de data center (DCIM)?
7. Considere a instalação móvel versus a instalação fixa:
   • Instalação fixa: Instalada em uma sala ou contêiner dedicado, como parte da infraestrutura. Cabeamento fixo, testes fáceis, aparência organizada. A opção preferida para grandes centros de dados.
   • Unidade Móvel Montada em Reboque: Montada em um reboque, pode atender a vários data centers ou várias unidades. Custo inicial mais baixo, mas a implantação é complexa e requer espaço de armazenamento e operações de conexão.

5. Melhores Práticas e Recomendações

• Planejamento das interfaces de teste: Projetar previamente gabinetes de interface para testes de carga simulada no sistema de distribuição de energia, a fim de tornar as conexões de teste seguras, simples e padronizadas.
• Solução de resfriamento: Se o sistema for resfriado a água, certifique-se de que ele seja confiável; se for resfriado a ar, projete dutos de exaustão adequados para evitar a recirculação de ar quente na sala de equipamentos ou seus efeitos no 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 as recomendações do fabricante, geralmente são realizados testes mensais com pelo menos 30% da carga nominal e um teste de carga completa anualmente. A carga simulada é uma ferramenta essencial para atender a esse requisito.

Recomendação final:
Para data centers que buscam alta disponibilidade, não se deve economizar na carga falsa. Investir em um sistema de carga falsa fixo, dimensionado adequadamente, R+L, inteligente e refrigerado a água é essencial 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.