CHAVES DE TRANSFERÊNCIA AUTOMÁTICAS - (CHAVES REVERSORAS)
Sistemas de Baixa Tensão
Toda instalação onde se utiliza o grupo gerador como
fonte alternativa de energia elétrica necessita, obrigatoriamente, de uma chave reversora ou
comutadora de fonte. Somente nos casos onde o grupo gerador é utilizado como fonte
única de energia, pode-se prescindir da utilização deste dispositivo. Tem a
finalidade de comutar as fontes de alimentação dos circuitos consumidores,
separando-as sem a possibilidade de ligação simultânea. Para isso, as chaves
comutadoras de fonte são construídas de diversas formas e dotadas de recursos que vão
desde o tipo faca, manual, até as mais sofisticadas construções com controles
eletrônicos digitais, comandos e sinalizações locais e remotas, passando pelos tipos
de estado sólido, de ação ultra-rápida.
A concepção mais simples de chave
reversora seria o
contato reversível, conhecido como SPDT (Single Pole Double Trhrow)
utilizado nos
relés. Nos grupos geradores, a chave reversora, geralmente, é de
três pólos
(nos grupos geradores trifásicos). A opção manual, tipo faca,
aberta, fabricada para
operação sem carga, ainda encontra aplicações, seguindo-se os
modelos para montagem
em painel e as de acionamento elétrico, automáticas, constituídas
por pares de contatores ou disjuntores motorizados com comandos à
distância para abertura e
fechamento.
As chaves reversoras com comandos elétricos, na sua
extensa maioria, são constituídas por pares de contatores ou disjuntores motorizados.
As chaves dedicadas, isto é, construídas com a finalidade específica de efetuar a
comutação das fontes, não são muito conhecidas, especialmente no Brasil, onde não há
fabricante que ofereça esta opção aos montadores de grupos geradores.
A não utilização da chave reversora pode causar sérios
riscos às instalações e às pessoas,
da seguinte forma:
a) Queima de equipamentos, no
momento do retorno da energia fornecida pela concessionária, caso o grupo gerador
esteja funcionando sem chave reversora e o disjuntor geral encontrar-se INDEVIDAMENTE
ligado;
b) Riscos para as pessoas e possibilidades de incêndios provocados por
descargas elétricas sobre materiais combustíveis, como conseqüência do evento citado
no item anterior;
c)
Energização indevida da rede elétrica da concessionária, podendo
vitimar eletricistas que estejam trabalhando na rede ou no quadro de
medição;
d) O acionamento da chave reversora (se manual) somente deve acontecer com os
equipamentos desligados (sem carga).
Todas as concessionárias de energia exigem que as
chaves reversoras sejam dotadas de intertravamento mecânico. Adicionalmente, nas
chaves com acionamento elétrico, são utilizados contatos auxiliares para fazer o
intertravamento elétrico.
Para os sistemas com reversão de carga em transição
fechada (em paralelo com a rede) há exigências específicas que devem ser atendidas,
conforme estabelecido nos contratos de fornecimento e de uso e conexão, firmados
entre as concessionárias e as unidades consumidoras.
As concessionárias de energia determinam que os circuitos de
emergência supridos por grupos geradores devem ser instalados independentemente dos
demais circuitos, em eletrodutos exclusivos. Não é permitida qualquer interligação
destes circuitos com a rede alimentada pela concessionária. Os grupos geradores
devem ser localizados em áreas arejadas, protegidos de intempéries e isolados do
contato com pessoas leigas, principalmente crianças. Recomendam, ainda, a observância
às normas técnicas, em especial a NBR-5410 da ABNT, em conformidade com o Decreto
41019 de 26/02/57 do Ministério das Minas e Energia e resolução Nº 456 da ANEEL sobre
as condições gerais de fornecimento de energia.
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O conceito básico é:
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Chave reversora manual de três
posições:
0 = (Centro) desligada
I = Fonte 1
II = Fonte 2
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Abaixo, um diagrama típico de instalação do grupo
gerador:
Também podemos dividir o circuito de emergência, de forma
que, havendo disponibilidade de energia da fonte de emergência, estabelecemos
prioridades para os circuitos alimentados.
Usualmente, adota-se como base do sistema de
transferência a solução do par de contatores montados lado a lado:
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A trava mecânica impede que os dois contatores possam ser
fechados simultaneamente. Além disso, as bobinas dos contatores K1 e K2 são
intertravadas eletricamente por meio de contatos ou relés auxiliares, de forma que
impossibilite a alimentação de uma se a outra estiver energizada. Adicionalmente,
podemos acrescentar lâmpadas de sinalização para indicar o estado da chave de
transferência:
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Nos sistemas automáticos, as funções liga e desliga rede e
gerador são executadas por contatos de relés comandados pelo sistema de controle.
Na entrada do grupo gerador é indispensável um meio de
desconexão e proteções contra curto-circuito. As empresas de telecomunicações exigem
que, tanto o lado da rede quanto o do grupo gerador sejam protegidos com blocos de
fusíveis de ação retardada. Os disjuntores termomagnéticos, quando utilizados, devem
ter tempo de desconexão de 5 Hz, ou seja, cerca de 80 ms.
Para tornar o sistema automático, devemos
acrescentar um dispositivo sensor da rede, capaz de perceber as falhas de tensão ou
freqüência e fechar um contato para comando da partida do grupo gerador. Este(s)
sensor(es) deve(m) ter seus parâmetros ajustáveis, incluindo um tempo de confirmação
da falha, para evitar partidas do grupo gerador em decorrência de picos instantâneos
de tensão. Deve monitorar o retorno da rede à normalidade e acionar um contato para
retransferência da carga, devendo, a partir daí, o sistema de controle permitir o
funcionamento do grupo gerador em vazio para resfriamento, antes de acionar o
dispositivo de parada. Quando não incluídos no sistema de controle, sensores de
tensão e freqüência para o grupo gerador também devem ser previstos. O monitoramento
ideal é sobre as três fases, sendo freqüente o uso de sensores monofásicos no lado do
grupo gerador, principalmente. Em geral, ajusta-se os sensores para variações de 20%
de tensão e 5% de freqüência, para mais ou para menos, e um tempo de confirmação de
dois a cinco segundos.
Por definição, os sensores de tensão e freqüência executam
as seguintes funções de relés ANSI:
| N° ANSI | Função |
|---|---|
| 27 | Subtensão. Relé que atua quando a sua tensão de entrada é inferior a um valor predeterminado. |
| 59 | Sobretensão. Relé que atua quando a sua tensão de entrada for maior que um valor predeterminado. |
| 81 | Relé de freqüência. Dispositivo que opera quando a freqüência (ou sua taxa de variação) está fora de limites determinados. |
A maioria dos fornecedores de grupos geradores utiliza
estes dispositivos como parte integrante dos seus sistemas de controle ou USCA´s, de
fabricação própria. No mercado, podem ser encontrados diversos fornecedores destes
dispositivos, tanto analógicos quanto digitais, alguns dotados de múltiplas funções
integradas.
Eventualmente, a função 81 poderá não ser
utilizada para a rede, baseando-se no pressuposto de que não ocorrem variações de
freqüência da rede. Entretanto, dependendo do local da instalação, estas variações
podem ocorrer.
Em muitas aplicações, são utilizados
disjuntores com comandos motorizados em substituição aos contatores. Alguns
fornecedores disponibilizam conjuntos montados, com opção de adição de componentes
definidos pelo cliente. Por exemplo:
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Montagem
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Opcionais |
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FUNÇÕES DO SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA AUTOMÁTICA
Nos controles digitais, estas funções estão inclusas e
apenas os pontos de ligação dos contatos de comando são acessíveis.
Considerando a possibilidade de manutenção
ou reparos no sistema de transferência, é conveniente a instalação também de uma
chave de bypass. Esta chave, permite que as cargas sejam alimentadas diretamente pela
rede ou pelo grupo gerador, sem utilizar a chave de transferência, permitindo que
esta possa ser desativada temporariamente ou removida para reparos. A utilização
deste componente requer detalhamento do projeto junto ao usuário para definir a
seqüência de operação desejada, a fim de eliminar os riscos de paralelismo acidental
das fontes. É possível estabelecer o bypass só para a rede, para o grupo gerador ou
para ambos alternativamente, dependendo da configuração desejada. No caso das chaves
dedicadas, o bypass pode ser com ou sem interrupção da alimentação das cargas de
emergência. Alguns fornecedores disponibilizam este item como opcional.
CHAVES DEDICADAS
Entende-se como chaves de transferência
dedicadas àquelas construídas especificamente para comutação entre duas fontes de
energia, diferentemente da concepção anterior com base em contatores ou disjuntores.
Basicamente, é um mecanismo que combina as ações de massa e campo magnético para
impulsionar os contatos no sentido de uma das fontes ao mesmo tempo em que desconecta
a outra, sem possibilidade de paralelismo acidental. As concepções utilizadas variam
de um para outro fabricante. A Cummins Power Generation, uma das mais conceituadas
marcas, utiliza um atuador linear bi-direcional para a mudança de contatos entre as
fontes, além de prever o intertravamento elétrico dos comandos e oferecer diversos
recursos de supervisão e controle microprocessados.
A Hubbell oferece um tipo de chave dedicada
similar, porém com o mecanismo de acionamento diferente.
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PROBLEMAS DA TRANSFERÊNCIA
Cada circuito consumidor tem
características próprias, resultantes dos dispositivos alimentados. Um edifício
comercial difere fundamentalmente de uma indústria com a mesma capacidade instalada.
Enquanto no edifício predominam cargas de iluminação, elevadores, pequenos no-breaks,
computadores e ar condicionado, na indústria a carga predominante, provavelmente,
será de motores elétricos.
Quando ocorre uma falta de energia, o grupo
gerador de emergência dotado de sistema de transferência automática é acionado e no
intervalo médio de 10 a 15 segundos assume as cargas. Este intervalo é suficiente
para que os motores em funcionamento parem de girar e todos os circuitos se
desenergizem. Entretanto, quando do retorno da concessionária, o sistema aciona o
desligamento do gerador e o ligamento da rede, um após o outro, num intervalo
médio de 100 a 200 ms. Isto faz com que, ao ser religada a rede, os motores, por
inércia, ainda estão girando praticamente na mesma rotação. O mesmo ciclo acontece
nas transferências onde se utilizam grupos geradores nos horários de ponta, quando no
início se transfere a carga da rede para o gerador e no final, quando ocorre a
transferência inversa. Os motores em movimento, sem receber energia, geram
tensão que percorre o circuito em sentido inverso, no intervalo de transferência, que
irá se contrapor à fornecida pela fonte que assume a carga, produzindo um surto capaz
de trazer perturbações e queima de equipamentos. Quando há este tipo de problema, a
solução é fazer a transferência num intervalo de tempo programado, desligando-se uma
fonte e aguardando um tempo suficiente para que todos os motores parem, antes de
efetuar o ligamento da fonte substituta. A isto, habitualmente chamamos de
transferência com transição programada.
Para os edifícios comerciais com muitos
elevadores, uma alternativa freqüentemente adotada é incluir no sistema um relé
programado para fechar um contato durante o tempo suficiente para que todos os
elevadores sejam desligados no andar térreo (ou no mais próximo de onde se
encontram), permanecendo desligados até que a transferência se realize. Esta
providência é interessante porque, no caso da transferência da rede para o gerador,
permite que os elevadores sejam acionados um após o outro, reduzindo assim o surto de
corrente de partida que ocorreria com a partida simultânea de todos os elevadores ao
mesmo tempo. Esta função é um item opcional nas chaves Cummins Power
Generation.
Uma outra forma de efetuar a transferência
sem perturbações é a transição fechada, em paralelo com a concessionária, que pode
ser instantânea ou com rampa de carga. Para adotar esta solução, é necessário
consultar a concessionária e, conforme o caso, aditar o contrato de conexão e uso,
para prever esta função. É a forma mais conveniente para quem utiliza grupos
geradores para geração nos horários de ponta.
A transferência instantânea significa
aplicação de carga brusca e a rampa de carga só pode ser utilizada nas transferências
com as duas fontes presentes e normais. No caso de uma falta de energia, a entrada do
grupo gerador na condição de emergência é feita em barramento morto, assumindo todas
as cargas que estiverem ligadas, instantaneamente.
Existem chaves que efetuam a transferência em transição fechada
com um tempo de paralelismo menor do que 5 graus elétricos (0,00023 seg). Como as
proteções normalmente exigidas pelas concessionárias têm tempos de atuação de 100 ms,
estas se tornam desnecessárias, porém, podem ser exigidas, a seu critério, por
condições contratuais.
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Chave de transferência automática
ASCO série 7000 microprocessada e com bypass de isolação, montagem
extraível.Transferência em transição fechada dentro do intervalo de 5 graus
elétricos.
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Podem ser exigidas as seguintes proteções
ANSI, além de outras consideradas desejáveis pela concessionária:
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Nº ANSI
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FUNÇÃO
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27
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Relé de Subtensão - Relé que atua
quando a sua tensão de entrada é menor do que um valor
predeterminado
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32
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Relé Direcional de Potência - Relé
que atua quando um fluxo de potência circula no sentido contrário ao
predeterminado.
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47
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Relé de Seqüência de Fase de Tensão -
Relé que atua para um valor de tensão polifásica na seqüência de fase
estabelecida.
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59
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Relé de Sobretensão - Relé que atua
quando sua tensão de entrada for maior do que um valor
predeterminado.
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81
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Relé de freqüência - Dispositivo que
opera quando a freqüência (ou taxa de variação) está fora de limites
predeterminados.
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Os contatores ou disjuntores recebem a
designação ANSI 52 - Disjuntor de Corrente Alternada = Dispositivo de manobra e
proteção capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes alternadas em
condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo
especificado e interromper correntes alternadas em condições anormais especificadas
do circuito, tais como as de curto-circuito.
CHAVES ESTÁTICAS
Resultado da tecnologia dos semicondutores,
atualmente são comercializadas chaves de transferência sem contatos móveis, baseadas
em retificadores controlados de silício (SCR).
São utilizadas, principalmente, nos
sistemas UPS (Uninterruptible Power Suppliers) ou no-breaks estáticos e atualmente começam a
encontrar aplicações nas instalações de grupos geradores. A transferência com chave
estática ocorre em transição aberta, isto é com interrupção de 2 a 4 ms. Esta
interrupção é imperceptível e não detectada pelos equipamentos
consumidores.
O SCR é um diodo que opera como um circuito aberto quando
nenhuma corrente é aplicada ao GATE. Um sinal aplicado ao GATE fecha o circuito e faz
com que ele se mantenha fechado, conduzindo do ANODO para o CATODO, enquanto
permanecer o sinal. Uma vez removido o sinal, ele irá parar de conduzir quando a
corrente circulante atingir o valor zero. Usando esta propriedade, é possível
construir um sistema com controle eletrônico gerando o sinal para o gate e montar uma
chave comutadora de fontes onde é possível determinar o momento em que uma ou outra
fonte será ativada ou desativada.
Sistemas microprocessados adicionados aos
controles adotados, implementam a utilização desta solução. Entretanto, neste tipo de
transferência a carga é aplicada subitamente, na sua totalidade, ao grupo
gerador.
TRANSFERÊNCIA COM RAMPA DE CARGA
É feita na condição de transição fechada, em paralelo com
a rede, durante um tempo programado. O sistema de transferência necessita monitorar,
por meio de transformadores de corrente, a energia circulante e atuar sobre o sistema
de combustível do motor. Sua utilização requer proteções definidas pela
concessionária local.
A transferência com rampa de carga é feita
sincronizando o grupo gerador com a rede e, em seguida, comandando o fechamento das
chaves de paralelismo (52). O paralelismo, feito por um sincronizador automático,
controla tensão e freqüência do grupo gerador e verifica a seqüência de fases. No
caso de falha da rede e entrada do grupo gerador na condição de emergência, teríamos
a seqüência:
No caso da partida do grupo gerador com a rede presente
(horário de ponta):
O sistema deve supervisionar o fluxo de corrente e manter
a dosagem do combustível para que, no momento do fechamento de 52G o grupo gerador
não entre em carga nem seja motorizado pela rede. Uma vez fechado 52G, tem início o
processo de transferência de carga numa taxa programada com incremento em kW por
segundo e o limite não pode exceder a potência do grupo gerador.
Em geral, o mesmo sistema pode ser utilizado para
suprimento de energia em regime de peak shaving. Isto é, o grupo gerador permanece em
paralelo com a rede suprindo a energia que exceder à demanda prefixada para a rede.
As configurações de operação são oferecidas em diversas modalidades e praticamente
todos os fornecedores atualmente dispõem de sistemas digitais que podem ser
configurados para atender às necessidades do cliente.
O grupo gerador poderá também ser utilizado em paralelo
com a rede para geração de potência reativa (KVAr). Neste caso, o sistema de controle
deverá ser programado para operar sob fator de potência constante e fazer variar a
excitação do alternador, gerando mais ou menos potência reativa. Para a geração de
potência ativa o sistema atua sobre o governador de rotações, fornecendo mais ou
menos combustível, mantendo a rotação constante e variando a quantidade de kW
fornecidos às cargas.
PARA COMPRA DE CHAVE DE
TRANSFERÊNCIA, CONSULTE O FABRICANTE DO SEU GRUPO GERADO
Para que não apareça este aviso apelativo da Microsoft de cópia falsa, eu recomendo que desative atualizações automática. 
