Distribuição elétrica de média tensão em data centers

As crescentes demandas de energia dos data centers, especialmente no setor de colocation, têm imposto novos desafios e mudanças de paradigma no projeto elétrico das instalações. Tornou-se necessário implementar redes de distribuição interna de média tensão para abordar considerações de eficiência e custo.

Isso levanta novas questões, como qual é o nível de tensão mais apropriado para atender aos requisitos de sustentabilidade e eficiência?

Impacto do nível de tensão na distribuição interna

A potência de TI do projeto é uma função do produto da tensão da linha no local e da corrente demandada da rede. Aumentar o nível de tensão reduz a corrente através dos condutores. Por outro lado, diminuir o nível de tensão resulta em correntes mais altas através dos condutores. O tamanho dos cabos e equipamentos é diretamente determinado pela corrente resultante, o que, por sua vez, impacta os custos de instalação. Mas esse impacto pode ser calculado antecipadamente?

Vamos supor um cenário simplificado de um data center com capacidade instalada de 15 MW, fator de potência 1 e um único alimentador de entrada. Em uma tensão de rede de 11 kV, a corrente seria de 787 A. Se repetirmos esse cálculo para uma tensão de rede de 24 kV, a corrente cai para cerca de 360 ​​A.

Aumentar a tensão da rede reduz a corrente através do alimentador para aproximadamente 45% do que seria com o mesmo nível de potência em um nível de tensão mais baixo. Assumindo cargas lineares e constantes, podemos extrapolar esse resultado para múltiplos alimentadores e cargas.

Além disso, do ponto de vista das perdas do condutor, sabemos que estas dependem do material de que são feitas e são proporcionais ao quadrado da corrente que flui através delas. Isso significa que as perdas aumentam exponencialmente com aumentos lineares na corrente.

Ao realizar um cálculo semelhante ao anterior, podemos determinar que as perdas do condutor podem ser reduzidas em até 80% simplesmente aumentando o nível de tensão de 11 kV para 24 kV.

De uma perspectiva de custo, aumentar o nível de tensão não só ajuda a evitar perdas e melhorar a eficiência (OPEX), mas também reduz o tamanho dos condutores, o que economiza durante a fase de construção (CAPEX).

Índice GWP da tensão de aparelhagem de manobra de médio porte

Antes da entrada em vigor do Regulamento (UE) 2024/573, as soluções GIS isoladas com SF6 eram a opção preferida na seleção de aparelhagens de média tensão, normalmente nos níveis de tensão de 24 kV e 36 kV. Aparelhagens isoladas com SF6 garantem uma operação segura com dimensões compactas em comparação com aparelhagens híbridas (comutação a vácuo e isolamento a ar), mas apresentam a desvantagem significativa do alto PAG (potencial de aquecimento global) do gás SF6. Embora esse tipo de equipamento sele o gás dentro do tanque, precauções devem ser tomadas ao manuseá-lo, pois um vazamento terá um impacto significativo como gás de efeito estufa, aproximadamente 23.500 vezes maior que o equivalente a CO2. Além disso, é necessário um tratamento adequado desses ativos no final de seu ciclo de vida.

Esses fatores têm sido até agora muito decisivos na seleção de aparelhagens, favorecendo aparelhagens isoladas a ar e, consequentemente, influenciando a escolha do nível de tensão.

A aplicação da regulamentação mencionada, que limita o uso de gases dielétricos dependendo do nível de GWP das diferentes soluções, não representou uma ameaça, mas uma grande oportunidade para o setor, principalmente devido à mudança tecnológica que representa. A implementação do Regulamento da UE definirá novos limites para a faixa de produtos de 24 kV a partir de 2026. Os fabricantes de aparelhagens agora estão apresentando soluções livres de SF6 que correspondem ao desempenho das aparelhagens GIS de SF6 tradicionais.

Essa inovação nos permite aproveitar os benefícios de um nível de tensão mais alto, como 24 kV, ao mesmo tempo em que combinamos as vantagens das aparelhagens GIS sem as desvantagens da tecnologia SF6.

Na Ormazabal, desenvolvemos soluções utilizando ar industrial natural e sem gases fluorados, garantindo alto desempenho, confiabilidade e segurança. Isso permite que os operadores implantem nossas soluções com “zero incertezas” em relação a preocupações ambientais, de saúde ou segurança, ao mesmo tempo em que cumprem as regulamentações europeias sobre gases fluorados e objetivos de neutralidade climática.

Com essas inovações, trazemos ao mercado produtos que permitem a transição sustentável da rede elétrica, facilitando a integração de energias renováveis ​​e a eletrificação da sociedade, reforçando nosso compromisso de liderar a transformação das redes em direção a um futuro sem SF6.

Conclusões

As crescentes demandas de energia dos data centers e a necessidade de priorizar a sustentabilidade sugerem a necessidade de aumentar a tensão da barra nas subestações para cerca de 24 kV.

Aumentar o nível de tensão de 11 kV para 24 kV pode reduzir as perdas em até 80%.

Até agora, os altos níveis de tensão exigiam aparelhagem GIS isolada com SF6, pois aparelhagem isolada a ar (comutação a vácuo) era volumosa, complexa de manter e representava riscos operacionais.

Aumentar o nível de tensão também permite otimizar o tamanho do condutor, resultando em economia de custos.

A partir de 2026, a Ormazabal irá fornecer ao mercado seu produto livre de SF6, até 24 kV para distribuição secundária e primária, com um GWP<1, combinando o melhor dos dois mundos: redução de perdas por meio do aumento do nível de tensão sem as desvantagens dos equipamentos de manobra isolados em SF6.