Arquiteturas redundantes em subestações elétricas para cargas críticas: aplicação em data centers e estudo de caso no controle do espaço aéreo brasileiro

Abstract

Este trabalho analisa a importância da redundância elétrica em subestações destinadas ao atendimento de cargas críticas, com ênfase em data centers do Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro (SISCEAB). Inicialmente, são apresentados os fundamentos das subestações para cargas críticas, seus principais equipamentos e sua função na transformação, distribuição e proteção da energia elétrica. A pesquisa incorpora os requisitos normativos aplicáveis a data centers, incluindo a NBR ISO/IEC 22237, o Uptime Institute (Tier I–IV), a Telecommunications Industry Association (TIA-942), a American National Standards Institute / Building Industry Consulting Service International (ANSI/BICSI) e a Instrução do Comando da Aeronáutica ICA 66-36 do Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA). O estudo contempla um exame detalhado do esquema unifilar e a identificação da topologia redundante da subestação do Destacamento de Controle do Espaço Aéreo do Morro da Igreja (DTCEA-MDI), incluindo seus componentes, caminhos alternativos de alimentação e elementos que garantem a continuidade operacional. Para avaliação do desempenho, são utilizados indicadores de engenharia de confiabilidade, como o Mean Time Between Failures (MTBF), o Mean Time To Repair (MTTR) e a função de confiabilidade, bem como métodos probabilísticos, com destaque para a Simulação de Monte Carlo. Foi desenvolvido um código em Python para modelagem de cenários de falha, processamento de dados e estimativa da disponibilidade da instalação. Os resultados evidenciam a relevância da redundância para assegurar a operação ininterrupta de data centers e sistemas de controle aéreo, demonstrando que a metodologia aplicada pode ser replicada em outras subestações que atendem cargas críticas.

This work analyzes the importance of electrical redundancy in substations designed to supply critical loads, with emphasis on data centers of the Brazilian Airspace Control System (SISCEAB). Initially, the fundamentals of substations for critical loads are presented, including their main equipment and their role in the transformation, distribution, and protection of electrical energy. The research incorporates the regulatory requirements applicable to data centers, including ABNT NBR ISO/IEC 22237, the Uptime Institute classification (Tier I–IV), the Telecommunications Industry Association standard (TIA-942), the American National Standards Institute / Building Industry Consulting Service International standard (ANSI/BICSI), and the Aeronautical Command Instruction ICA 66-36 issued by the Department of Airspace Control (DECEA). The study includes a detailed examination of the single-line diagram and the identification of the redundant topology of the substation installed at the Morro da Igreja Airspace Control Detachment (DTCEA-MDI), covering its components, alternative power supply paths, and elements that ensure operational continuity. To evaluate system performance, reliability engineering indicators such as Mean Time Between Failures (MTBF), Mean Time To Repair (MTTR), and the reliability function are employed, along with probabilistic methods, with emphasis on Monte Carlo Simulation. A Python-based code was developed for failure scenario modeling, data processing, and estimation of the facility’s availability. The results highlight the relevance of redundancy in ensuring uninterrupted operation of data centers and air traffic control systems, demonstrating that the applied methodology can be replicated in other substations supplying critical loads.