Por que usar um gerador diesel de alta tensão?

Precisa energizar algo distante ou muito grande? Baixa voltagem pode não ser suficiente.
Geradores diesel de alta tensão¹ são usados ​​principalmente para transmitir com eficiência grandes quantidades de energia por longas distâncias, reduzindo a queda de tensão e usando cabos menores.

Trata-se de movimentar energia de forma eficiente.
Vamos ver como.

Quais são as principais vantagens de gerar energia diretamente em alta tensão?

Por que você geraria energia em alta voltagem diretamente do gerador?
Geração de energia em alta tensão² reduz a corrente para um determinado nível de potência, o que minimiza a perda de energia durante a transmissão e permite o uso de cabos menores e mais baratos.

Os benefícios da geração de alta tensão

Gerar eletricidade em alta tensão (frequentemente acima de 1000 volts) diretamente do gerador tem grandes benefícios, especialmente quando você precisa enviar essa energia por uma distância significativa. O princípio básico é sobre potência, tensão e corrente. Potência (P) é a tensão (V) multiplicada pela corrente (I). Portanto, para uma quantidade fixa de potência, se você aumentar a tensão, a corrente deve diminuir. Por que uma corrente mais baixa é boa? Quando a eletricidade flui através de um cabo, há resistência. Essa resistência faz com que parte da energia seja perdida como calor. A potência perdida como calor é proporcional ao quadrado da corrente (Perda de Potência = Corrente² * Resistência). Isso significa que se você dobrar a corrente, a perda de potência aumenta em quatro vezes. Mas se você dobrar a tensão (e reduzir a corrente pela metade para a mesma potência), a perda de potência é reduzida a um quarto.
Portanto, gerar em alta tensão significa corrente mais baixa para a mesma quantidade de energia. Essa corrente mais baixa significa que muito menos energia é desperdiçada como calor nos cabos de transmissão. Isso economiza combustível e torna o sistema mais eficiente. Por exemplo, enviar 1000 kW a 400 V requer uma corrente muito alta. Enviar 1000 kW a 11 kV requer uma corrente muito menor. A perda de potência no cabo será significativamente menor a 11 kV. Outra grande vantagem é o tamanho do cabo. Os cabos são dimensionados com base na corrente que precisam transportar. Corrente mais baixa significa que você pode usar cabos menores, mais finos e mais baratos. Usar alta tensão pode economizar muito dinheiro em custos de cabos de cobre, especialmente em grandes projetos com longos percursos de cabos. Também facilita a instalação, pois cabos menores são mais leves e mais flexíveis. Para empreiteiros de M&E que planejam a distribuição de energia em um local grande, o custo e a praticidade dos percursos de cabos são fatores importantes. Usar a geração de alta tensão pode simplificar bastante isso. Já vi projetos em que a economia de cabos por si só justificou a decisão de usar um gerador de alta tensão.

Principais vantagens da geração de alta tensão

• Perda de energia reduzida: Menor corrente significa menos perda de energia na forma de calor nos cabos.
• Eficiência aprimorada: Mais potência chega à carga e menos combustível é desperdiçado.
• Tamanho de cabo menor: Menos corrente significa que são necessários cabos mais finos, leves e baratos.
• Queda de tensão reduzida: Corrente mais baixa causa menos queda de tensão ao longo da distância.

• Economia de Custos3: Economias significativas em custos com cabos de cobre, especialmente em extensões longas. Para parceiros de distribuição que vendem geradores para projetos industriais, compreender os benefícios da geração de alta tensão é importante para grandes clientes. Explicar como a geração a 6.6 kV ou 11 kV em vez de 400 V pode economizar significativamente em infraestrutura é um forte argumento de venda. Para entidades de execução de projetos, o uso da geração de alta tensão em um local amplo simplifica o projeto da rede de distribuição de energia. Em vez de ter vários geradores de baixa tensão espalhados ou cabos de baixa tensão muito longos, é possível ter um ou dois geradores de alta tensão alimentando subestações mais próximas das cargas. Minha experiência com geradores prediais da H&C para uso industrial confirma que, para potências acima de um determinado nível (geralmente começando em torno de 1 MW) ou para locais com grandes extensões, a alta tensão se torna a opção mais prática e econômica devido a essas vantagens de transmissão.	Aspecto	Geração de baixa tensão (por exemplo, 400 V)	Geração de alta tensão (por exemplo, 11 kV)
  Corrente (para a mesma potência)	Alto	Baixo
  Perda de energia em cabos	Alto	Baixo
  Tamanho do cabo necessário	Grande, Pesado, Caro	Menor, mais leve, mais barato
  Queda de voltagem	Mais significativo à distância	Menos significativo à distância
  Distância de transmissão	Praticidade limitada para corridas longas	Prático para longas distâncias
  Custo do cabo	Mais elevado	Abaixe

  Portanto, gerar em alta tensão torna mais fácil e barato enviar energia à distância, reduzindo o desperdício e o tamanho do cabo.

Quando um gerador diesel de alta tensão é normalmente selecionado?

Em quais situações ou para quais tipos de projetos os geradores de alta tensão são a melhor escolha?
Os geradores a diesel de alta tensão são normalmente selecionados para grandes instalações industriais⁴, operações de mineração, canteiros de obras, pico de utilidade⁵, ou qualquer aplicação que exija transmissão de energia significativa em longas distâncias.

Aplicações adequadas para geradores de alta tensão

Geradores a diesel de alta tensão não são para todas as aplicações. Para residências ou pequenas empresas com cargas próximas ao gerador, a baixa tensão é perfeitamente adequada. A alta tensão torna-se necessária ou vantajosa em cenários específicos onde grandes quantidades de energia precisam ser transportadas por uma área significativa. Uma aplicação comum são grandes plantas industriais ou fábricas. Esses locais geralmente possuem muitos prédios espalhados e a necessidade total de energia é alta. Usar um gerador de alta tensão em um local central e distribuir energia em alta tensão por meio de cabos subterrâneos ou aéreos para subestações locais (que então reduzem a tensão para níveis usáveis) é muito mais eficiente e econômico do que instalar enormes cabos de baixa tensão em todos os lugares.
Operações de mineração e grandes canteiros de obras são outros exemplos importantes. Esses locais podem cobrir áreas enormes, e a energia é necessária em vários locais – para escavadeiras, bombas, equipamentos de processamento, escritórios, etc. A transmissão de energia em baixa tensão por quilômetros de terreno acidentado é impraticável devido à queda de tensão e aos custos com cabos. Um gerador (ou geradores) de alta tensão pode fornecer uma fonte de energia confiável, transmitida a, digamos, 3.3 kV, 6.6 kV ou 11 kV para diferentes partes do local, onde transformadores menores a reduzem para a tensão necessária. O corte de pico de energia da concessionária ou a energia de reserva para grandes redes às vezes utilizam geradores de alta tensão. Eles podem se conectar diretamente à rede de distribuição de média tensão sem a necessidade de um grande banco de transformadores elevadores diretamente nos terminais do gerador (embora ainda sejam necessários equipamentos de proteção e comutação). Para nossos clientes internacionais, especialmente aqueles envolvidos em grandes projetos de infraestrutura ou extração de recursos em áreas remotas, geradores a diesel de alta tensão⁶ são frequentemente a única opção viável para fornecimento confiável de energia. São construídas para a escala e as demandas dessas operações.

Aplicações típicas de alta tensão

• Grandes Fábricas/Complexos Industriais: Distribuir energia por uma área ampla.
• Locais de mineração: Equipamentos de alimentação espalhados por uma grande área.
• Grandes Projetos de Construção: Fornecer energia para vários locais em um grande local.
• Utilitário em espera/redução de pico: Conexão à rede de média tensão.
• Estações de energia remotas: Gerando energia para uma pequena cidade ou comunidade longe da rede elétrica principal.
• Portos e Estaleiros: Fornecendo energia para grandes guindastes e instalações.

• Data Centers (Grande Escala): Distribuir energia para diferentes seções de uma grande instalação. Quando uma entidade de execução de projetos está projetando o sistema de energia para um grande projeto industrial, a escolha entre geração de baixa e alta tensão é um dos primeiros aspectos a serem considerados. Depende da potência total necessária, da distância em que ela precisa ser distribuída e das tensões exigidas pelas cargas. Trabalho com clientes para entender seu perfil de carga e o layout do local. Se a carga total for alta (tipicamente acima de 1 MW) e dispersa, um gerador de alta tensão geralmente se torna a opção mais econômica e técnica. Para parceiros de distribuição que vendem para esses segmentos, poder oferecer unidades de alta tensão é essencial. Esses são produtos especializados, e seus clientes têm necessidades específicas de energia em larga escala que os geradores de baixa tensão não conseguem atender com eficiência. Nossas unidades de H&C são projetadas e construídas com essas aplicações de alta demanda e longa distância em mente, fornecendo energia confiável em tensões de até 13.8 kV.	Cenário de aplicação	Exigência de poder	Distância percorrida	Tensão Típica	Por que alta tensão?
  Grande Fábrica	Alto	Moderado a longo	MV (por exemplo, 6.6 kV)	Distribuição eficiente em todo o local
  Operação de Mineração	Muito alto	longo	MV/HV (por exemplo, 11 kV)	Fornecendo energia para equipamentos em uma área vasta
  Grande canteiro de obras	Alto	longo	MV (por exemplo, 3.3 kV)	Distribuindo energia para várias zonas de trabalho
  Conexão de rede de serviços públicos	Muito alto	Curto (local)	MV	Conexão direta à rede
  Estação de energia remota	Moderado a alto	longo	MV	Transmissão de energia aos usuários finais

  Portanto, geradores de alta tensão são usados ​​em projetos onde grandes quantidades de energia precisam viajar por longas distâncias, como fábricas, minas ou grandes canteiros de obras.

Como o projeto e os equipamentos auxiliares diferem entre sistemas de alta e baixa tensão?

Os sistemas geradores de alta tensão são construídos de forma diferente e precisam de equipamentos extras em comparação aos sistemas de baixa tensão?
Sim, sistemas geradores de alta tensão⁷ requerer alternadores especializados⁸, aparelhagem mais complexa, medidas de segurança mais rigorosas e manuseio de cabos diferente em comparação aos sistemas de baixa tensão mais simples.

Diferenças de design e equipamento

Projetar e instalar um sistema gerador a diesel de alta tensão é mais complexo do que um de baixa tensão. O próprio gerador precisa de um alternador especializado, capaz de produzir diretamente a alta tensão necessária. Este alternador possui isolamento e construção de enrolamento diferentes para lidar com tensões mais altas. Embora o motor diesel que o aciona possa ser semelhante ao usado em um gerador de baixa tensão com a mesma potência, a parte elétrica é muito diferente. O sistema de controle também precisa ser projetado para sincronização e proteção de alta tensão.
A maior diferença está nos equipamentos auxiliares, particularmente nos painéis de manobra. Os painéis de manobra de alta tensão são mais complexos, maiores e mais caros do que os de baixa tensão. Eles incluem disjuntores especializados, projetados para interromper com segurança correntes de alta tensão. Os relés de proteção são mais sofisticados para detectar falhas na rede de alta tensão. Os painéis podem incluir disjuntores a vácuo ou SF6 para operação confiável em altas tensões. Por questões de segurança, os sistemas de alta tensão exigem controle de acesso mais rigoroso, intertravamentos de segurança, procedimentos de aterramento e treinamento especializado para o pessoal. Trabalhar em equipamentos de alta tensão é muito mais perigoso do que trabalhar em baixa tensão. Os cabos também são diferentes. Os cabos de alta tensão têm isolamento mais espesso e são manuseados de forma diferente durante a instalação. A terminação de cabos de alta tensão requer kits especializados e técnicos treinados.

Principais diferenças de design e equipamento

• Alternador: São necessários enrolamentos e isolamentos especializados de alta tensão.
• Aparelhagem: Mais complexo, maior, mais caro, requer disjuntores especializados (por exemplo, a vácuo).
• Relés de proteção: Proteção mais sofisticada necessária para falhas na rede de alta tensão.
• cabos: Isolamento mais espesso, procedimentos de terminação diferentes, custo mais alto por metro (mas menos metros necessários).
• Segurança: Padrões de segurança muito mais elevados, procedimentos rigorosos, treinamento especializado.
• Aterramento: Requisitos de aterramento mais críticos e específicos.
• Transformadores: Transformadores abaixadores geralmente são necessários na extremidade da carga.

• Pegada: Os equipamentos de comutação de alta tensão geralmente exigem mais espaço físico. Para o nosso processo de fabricação na H&C, a construção de um gerador de alta tensão requer componentes diferentes para o lado elétrico e procedimentos de teste especializados. Precisamos garantir que o isolamento e o conjunto de manobra estejam corretamente classificados e testados para a alta tensão específica que o gerador produzirá (por exemplo, 3.3 kV, 6.6 kV, 11 kV). Para potenciais clientes, entender essas diferenças significa perceber que um sistema de alta tensão não é apenas um sistema de baixa tensão com um motor maior. É um projeto elétrico fundamentalmente diferente que exige diferentes conhecimentos para instalação, operação e manutenção. Para entidades de execução de projetos, isso significa orçar conjuntos de manobra de alta tensão, cabos e mão de obra de instalação especializados. Para parceiros de distribuição, significa precisar de pessoal técnico com experiência em sistemas de alta tensão ou firmar parcerias com empresas que os tenham. Minha experiência é que planejar essas diferenças desde o início é crucial para o sucesso de um projeto de gerador de alta tensão.	Aspecto do sistema	Sistema de baixa tensão	Sistema de alta tensão
  Alternador Gerador	Enrolamentos padrão, isolamento	Enrolamentos de alta tensão especializados, isolamento pesado
  Switchgear	Disjuntores e contatores padrão	Disjuntores de alta tensão (vácuo, SF6), mais complexos
  pós-colheita	Relés padrão	Relés de proteção avançados
  Cabeamento	Condutores maiores necessários para alta corrente	Condutores menores possíveis devido à baixa corrente
  Terminação de cabo	Relativamente simples	Requer kits e treinamento especializados
  Medidas de segurança	Segurança elétrica padrão	Padrões de segurança muito mais elevados, LOTO rigoroso
  Experiência necessária	Eletricista padrão	Técnico/engenheiro elétrico com formação em alta tensão
  Transformadores	Aumento necessário para transmissão (se houver)	Redução necessária nos pontos de carga

  Portanto, sistemas de alta tensão usam peças especializadas e precisam de mais cuidado durante a instalação e operação devido à voltagem mais alta.

  Conclusão

  Geradores de alta tensão enviam com eficiência grande potência para longe, sendo usados ​​em grandes locais, necessitando de componentes especializados e segurança.