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CHAVES DE TRANSFERNCIA AUTOMTICA

Sistemas de Baixa Tenso

Toda instalao onde se utiliza o grupo gerador como fonte alternativa de energia necessita, obrigatoriamente, de uma chave reversora ou comutadora de fonte. Somente nos casos onde o grupo gerador utilizado como fonte nica de energia, pode-se prescindir da utilizao deste dispositivo. Tem a finalidade de comutar as fontes de alimentao dos circuitos consumidores, separando-as sem a possibilidade de ligao simultnea. Para isso, as chaves comutadoras de fonte so construdas de diversas formas e dotadas de recursos que vo desde o tipo faca, manual, at as mais sofisticadas construes com controles eletrnicos digitais, comandos e sinalizaes locais e remotas, passando pelos tipos de estado slido, de ao ultra-rpida.

A concepo mais simples de chave reversora seria o contato reversvel, conhecido como SPDT (Single Pole Double Trhrow) utilizado nos rels. Nos grupos geradores, a chave reversora, geralmente, de trs plos (nos grupos geradores trifsicos). A opo manual, tipo faca, aberta, fabricada para operao sem carga, ainda encontra aplicaes, seguindo-se os modelos para montagem em painel e as de acionamento eltrico, automticas, constitudas por pares de contatores ou disjuntores motorizados com comandos distncia para abertura e fechamento.

As chaves reversoras com comandos eltricos, na sua extensa maioria, so constitudas por pares de contatores ou disjuntores motorizados. As chaves dedicadas, isto , construdas com a finalidade especfica de efetuar a comutao das fontes, no so muito conhecidas, especialmente no Brasil, onde no h fabricante que oferea esta opo aos montadores de grupos geradores.

A no utilizao da chave reversora pode causar srios riscos s instalaes e s pessoas, da seguinte forma:

a) Queima de equipamentos, no momento do retorno da energia fornecida pela concessionria, 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 incndios provocados por descargas eltricas sobre materiais combustveis, como conseqncia do evento citado no item anterior;

c) Energizao indevida da rede eltrica da concessionria, podendo vitimar eletricistas que estejam trabalhando na rede ou no quadro de medio;

d) O acionamento da chave reversora (se manual) somente deve acontecer com os equipamentos desligados (sem carga).

Todas as concessionrias de energia exigem que as chaves reversoras sejam dotadas de intertravamento mecnico. Adicionalmente, nas chaves com acionamento eltrico, so utilizados contatos auxiliares para fazer o intertravamento eltrico.

Para os sistemas com reverso de carga em transio fechada (em paralelo com a rede) h exigncias especficas que devem ser atendidas, conforme estabelecido nos contratos de fornecimento e de uso e conexo, firmados entre as concessionrias e as unidades consumidoras.

As concessionrias de energia determinam que os circuitos de emergncia supridos por grupos geradores devem ser instalados independentemente dos demais circuitos, em eletrodutos exclusivos. No permitida qualquer interligao destes circuitos com a rede

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alimentada pela concessionria. Os grupos geradores devem ser localizados em reas arejadas, protegidos de intempries e isolados do contato com pessoas leigas, principalmente crianas. Recomendam, ainda, a observncia s normas tcnicas, em especial a NBR-5410 da ABNT, em conformidade com o Decreto 41019 de 26/02/57 do Ministrio das Minas e Energia e resoluo N 456 da ANEEL sobre as condies gerais de fornecimento de energia.

O conceito bsico :

ConsumidoresFonte 1 = Rede

Fonte 2 = gerador

Abaixo, um diagrama tpico de instalao do grupo gerador: DISTRIBUIO PRIMRIA

ATERRAMENTO

DISTRIBUIO SECUNDRIA

TRANSFORMADOR

GRUPO GERADOR

ATERRAMENTO

CHAVEGERAL

CHAVEREVERSORA

NEUTRO

S

R

T

R

S

NEUTRO

T Chave reversora manual de trs posies:

0 = (Centro) desligada I = Fonte 1 II = Fonte 2

Na maioria das aplicaes, o grupo gerador utilizado como fonte de emergncia para atender apenas cargas essenciais, casos em que h um circuito de emergncia em separado dos consumidores no essenciais:

Medio eProtees

GrupoGerador

Rede daConcession ria

Consumidoresno essenciais

Consumidores essenciais(Circuito de Emergncia)

Chave reversora ou de transferncia


Tambm podemos dividir o circuito de emergncia, de forma que, havendo disponibilidade de energia da fonte de emergncia, estabelecemos prioridades para os circuitos alimentados.

Medio eProtees

GrupoGerador

Rede daConcession ria

Consumidoresno essenciais

Consumidores essenciais(Circuito de Emergncia)

Chaves reversorasou de transferncia

Prioridade 1Prioridade 2

Prioridade 3

Usualmente, adota-se como base do sistema de transferncia a soluo do par de contatores montados lado a lado:

K1 K2

L1 L2 L3

R S T R S T

Rede Gerador

Trava mecnica

Sistema desenergizado, contatores abertos.

A trava mecnica impede que os dois contatores possam ser fechados simultaneamente. Alm disso, as bobinas dos contatores K1 e K2 so intertravadas eletricamente por meio de contatos ou rels auxiliares, de forma que impossibilite a alimentao de uma se a outra estiver energizada. Adicionalmente, podemos acrescentar lmpadas de sinalizao para indicar o estado da chave de transferncia:


K1 K2

L1 L2 L3

R S T R S T

Rede Gerador

Trava mecnica

Liga

Desliga

K1A

K2BLiga

Desliga

K1B

K2A GeradorAlimentando

RedeAlimentando

Nos sistemas automticos, as funes liga e desliga rede e gerador so executadas por contatos de rels comandados pelo sistema de controle.

Na entrada do grupo gerador indispensvel um meio de desconexo e protees contra curto-circuito. As empresas de telecomunicaes exigem que, tanto o lado da rede quanto o do grupo gerador sejam protegidos com blocos de fusveis de ao retardada. Os disjuntores termomagnticos, quando utilizados, devem ter tempo de desconexo de 5 Hz, ou seja, cerca de 80 ms.

Para tornar o sistema automtico, devemos acrescentar um dispositivo sensor da rede, capaz de perceber as falhas de tenso ou freqncia e fechar um contato para comando da partida do grupo gerador. Este(s) sensor(es) deve(m) ter seus parmetros ajustveis, incluindo um tempo de confirmao da falha, para evitar partidas do grupo gerador em decorrncia de picos instantneos de tenso. Deve monitorar o retorno da rede normalidade e acionar um contato para retransferncia da carga, devendo, a partir da, o sistema de controle permitir o funcionamento do grupo gerador em vazio para resfriamento, antes de acionar o dispositivo de parada. Quando no includos no sistema de controle, sensores de tenso e freqncia para o grupo gerador tambm devem ser previstos. O monitoramento ideal sobre as trs fases, sendo freqente o uso de sensores monofsicos no lado do grupo gerador, principalmente. Em geral, ajusta-se os sensores para variaes de 20% de tenso e 5% de freqncia, para mais ou para menos, e um tempo de confirmao de dois a cinco segundos.

Por definio, os sensores de tenso e freqncia executam as seguintes funes de rels ANSI:

N ANSI Funo

27 Subtenso. Rel que atua quando a sua tenso de entrada inferior a um valor predeterminado.

59 Sobretenso. Rel que atua quando a sua tenso de entrada for maior que um valor predeterminado.

81 Rel de freqncia. Dispositivo que opera quando a freqncia (ou sua taxa de variao) est fora de limites determinados.

A maioria dos fornecedores de grupos geradores utiliza estes dispositivos como parte integrante dos seus sistemas de controle ou USCAs, de fabricao prpria. No mercado, podem ser encontrados diversos fornecedores destes dispositivos, tanto analgicos quanto digitais, alguns dotados de mltiplas funes integradas.


K1 K2

L1 L2 L3

R S T R S TRede Gerador

Liga

Desliga

K1A

K2BLiga

Desliga

K1B

K2A

Ligado

Normal

FalhaFalha

Normal

Ligado

Comandos(desconexo,parada, etc.)

Comandos(desconexo,partida, etc.)

27 59 81 27 59 81

Eventualmente, a funo 81 poder no ser utilizada para a rede, baseando-se no pressuposto de que no ocorrem variaes de freqncia da rede. Entretanto, dependendo do local da instalao, estas variaes podem ocorrer.

Em muitas aplicaes, so utilizados disjuntores com comandos motorizados em substituio aos contatores. Alguns fornecedores disponibilizam conjuntos montados, com opo de adio de componentes definidos pelo cliente.

Acessrios

EXECUO FIXA: EXECUO EXTRAVEL:

INCLUSOS NO MODELO BSICO

x Alavanca de Carregamento manual das molas. x Boto mecnico de fechamento. x Boto mecnico de desligamento. x Indicador mecnico de molas carregadas. x Rel de fechamento. x Rel de abertura. x Motor eltrico com redutor para carregar as molas de fechamento. x Micro-switch para telessinalizar o carregamento das molas de

abertura.

x Contatos auxiliares.x Bloqueio da chave at que o defeito seja sanado, s podendo voltar

a operar assim que seja dado o RESET manual.

x Dispositivo eletrnico de retardo (200 ms). x Rel antibombeamento.OPCIONAIS OFERECIDOS A PEDIDO

x Rel de subtenso. x Bloqueio mecnico tipo Yale e cadeado. x Bloqueio da chave at que o defeito seja sanado, s podendo voltar

a operar assim que seja dado RESET eltrico.

x Contador mecnico de manobra. x Proteo terra 51N Ground Sensor.

INCLUSOS:

x Prolongador dos trilhos para a extrao dos disjuntores.

x Alavanca suplementar para extrao do disjuntor.

OPCIONAL (A PEDIDO):

x Indicador eltrico de posio do disjuntor (inserido, teste e extrado).


FUNES DO SISTEMA DE TRANSFERNCIA AUTOMTICA

1Falha da

Rede

5Transferncia da

carga para ogerador

2Detectar

Falha

3Dar partida

no grupogerador

4Checar tenso e

freqncia

7Transferncia

para a rede

6Retorno da Rede

Checar tenso efreqncia

8Parar o grupo

gerador

Nos controles digitais, estas funes inclusas e apenas os pontos de ligao dos contatos de comando so acessveis.

Considerando a possibilidade de manuteno ou reparos no sistema de transferncia, conveniente a instalao tambm 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 transferncia, permitindo que esta possa ser desativada temporariamente ou removida para reparos. A utilizao deste componente requer detalhamento do projeto junto ao usurio para definir a seqncia de operao desejada, a fim de eliminar os riscos de paralelismo acidental das fontes. possvel estabelecer o bypass s para a rede, para o grupo gerador ou para ambos alternativamente, dependendo da configurao desejada. No caso das chaves dedicadas, o bypass pode ser com ou sem interrupo da alimentao das cargas de emergncia. Alguns fornecedores disponibilizam este item como opcional.

CHAVES DEDICADAS

Entende-se como chaves de transferncia dedicadas quelas construdas especificamente para comutao entre duas fontes de energia, diferentemente da concepo anterior com base em contatores ou disjuntores. Basicamente, um mecanismo que combina as aes de massa e campo magntico para impulsionar os contatos no sentido de uma das fontes ao mesmo tempo em que desconecta a outra, sem possibilidade de paralelismo acidental. As concepes utilizadas variam de um para outro fabricante. A Cummins Power Generation, uma das mais conceituadas marcas, utiliza um atuador linear bi-direcional para a mudana de contatos entre as fontes, alm de prever o intertravamento eltrico dos comandos e oferecer diversos recursos de superviso e controle microprocessados.


A Hubbell oferece um tipo de chave dedicada similar, porm com o mecanismo de acionamento diferente.

1. Contatos da entrada de rede

2. Contatos da entrada de grupo gerador;

3. Terminais de ligao da entrada de gerador;

4. Terminais de sada para a carga;

5. Conexes de campo;

6. Controle de transferncia;

7. Contatos auxiliares de grupo gerador;

8. Rel de controle de transferncia;

9. Conjunto de acionamento;

10. Contatos auxiliares de rede;

11. Dispositivo de teste (opcional);

12. Conexes de campo;

13. Terminais de entrada da rede


PROBLEMAS DA TRANSFERNCIA

Cada circuito consumidor tem caractersticas prprias, resultantes dos dispositivos alimentados. Um edifcio comercial difere fundamentalmente de uma indstria com a mesma capacidade instalada. Enquanto no edifcio predominam cargas de iluminao, elevadores, pequenos no-breaks, computadores e ar condicionado, na indstria a carga predominante, provavelmente, ser de motores eltricos.

Quando ocorre uma falta de energia, o grupo gerador de emergncia dotado de sistema de transferncia automtica acionado e no intervalo mdio de 10 a 15 segundos assume as cargas. Este intervalo suficiente para que os motores em funcionamento parem de girar e todos os circuitos se desenergizem. Entretanto, quando do retorno da concessionria, o sistema aciona o desligamento do gerador e o ligamento da rede, um aps o outro, num intervalo mdio de 100 a 200 ms. Isto faz com que, ao ser religada a rede, os motores, por inrcia, ainda esto girando praticamente na mesma rotao. O mesmo ciclo acontece nas transferncias onde se utilizam grupos geradores nos horrios de ponta, quando no incio se transfere a carga da rede para o gerador e no final, quando ocorre a transferncia inversa. Os motores em movimento, sem receber energia, geram tenso que percorre o circuito em sentido inverso, no intervalo de transferncia, que ir se contrapor fornecida pela fonte que assume a carga, produzindo um surto capaz de trazer perturbaes e queima de equipamentos. Quando h este tipo de problema, a soluo fazer a transferncia 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 transferncia com transio programada.

Para os edifcios comerciais com muitos elevadores, uma alternativa freqentemente adotada incluir no sistema um rel programado para fechar um contato durante o tempo suficiente para que todos os elevadores sejam desligados no andar trreo (ou no mais prximo de onde se encontram), permanecendo desligados at que a transferncia se realize. Esta providncia interessante porque, no caso da transferncia da rede para o gerador, permite que os elevadores sejam acionados um aps o outro, reduzindo assim o surto de corrente de partida que ocorreria com a partida simultnea de todos os elevadores ao mesmo tempo. Esta funo um item opcional nas chaves Cummins Power Generation.

Uma outra forma de efetuar a transferncia sem perturbaes a transio fechada, em paralelo com a concessionria, que pode ser instantnea ou com rampa de carga. Para adotar esta soluo, necessrio consultar a concessionria e, conforme o caso, aditar o contrato de conexo e uso, para prever esta funo. a forma mais conveniente para quem utiliza grupos geradores para gerao nos horrios de ponta.

A transferncia instantnea significa aplicao de carga brusca e a rampa de carga s pode ser utilizada nas transferncias com as duas fontes presentes e normais. No caso de uma falta de energia, a entrada do grupo gerador na condio de emergncia feita em barramento morto, assumindo todas as cargas que estiverem ligadas, instantaneamente.

Existem chaves que efetuam a transferncia em transio fechada com um tempo de paralelismo menor do que 5 graus eltricos (0,00023 seg). Como as protees normalmente exigidas pelas concessionrias tm tempos de atuao de 100 ms, estas se tornam desnecessrias, porm, podem ser exigidas, a seu critrio, por condies contratuais.


Chave de transferncia automtica ASCO srie 7000 microprocessada e com bypass de isolao, montagem extravel.

Transferncia em transio fechada dentro do intervalo de 5 graus eltricos.

N

L

E

N

E

Podem ser exigidas as seguintes protees ANSI, alm de outras consideradas desejveis pela concessionria:

N ANSI FUNO

27 Rel de Subtenso Rel que atua quando a sua tenso de entrada menor do que um valor predeterminado

32 Rel Direcional de Potncia Rel que atua quando um fluxo de potncia circula no sentido contrrio ao predeterminado.

47 Rel de Seqncia de Fase de Tenso Rel que atua para um valor de tenso polifsica na seqncia de fase estabelecida.

59 Rel de Sobretenso Rel que atua quando sua tenso de entrada for maior do que um valor predeterminado.

81 Rel de freqncia Dispositivo que opera quando a freqncia (ou taxa de variao) est fora de limites predeterminados.

Os contatores ou disjuntores recebem a designao ANSI 52 Disjuntor de Corrente Alternada = Dispositivo de manobra e proteo capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes alternadas em condies normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes alternadas em condies anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito.

CHAVES ESTTICAS

Resultado da tecnologia dos semicondutores, atualmente so comercializadas chaves de transferncia sem contatos mveis, baseadas em retificadores controlados de silcio (SCR).

So utilizadas, principalmente, nos sistemas UPS (Uninterruptible Power Suppliers) ou no-breaks estticos e atualmente comeam a encontrar aplicaes nas instalaes de grupos geradores. A transferncia com chave esttica ocorre em transio aberta, isto com


interrupo de 2 a 4 ms. Esta interrupo imperceptvel e no detectada pelos equipamentos consumidores.

O SCR um diodo que opera como um circuito aberto quando nenhuma corrente 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 ir parar de conduzir quando a corrente circulante atingir o valor zero. Usando esta propriedade, possvel construir um sistema com controle eletrnico gerando o sinal para o gate e montar uma chave comutadora de fontes onde possvel determinar o momento em que uma ou outra fonte ser ativada ou desativada.

CARGA

FONTE 1

FONTE 2

GATE

CATODOANODO

Sistemas microprocessados adicionados aos controles adotados, implementam a utilizao desta soluo. Entretanto, neste tipo de transferncia a carga aplicada subitamente, na sua totalidade, ao grupo gerador.

TRANSFERNCIA COM RAMPA DE CARGA

feita na condio de transio fechada, em paralelo com a rede, durante um tempo programado. O sistema de transferncia necessita monitorar, por meio de transformadores de corrente, a energia circulante e atuar sobre o sistema de combustvel do motor. Sua utilizao requer protees definidas pela concessionria local.

DISTRIBUIO PRIMRIA

ATERRAMENTO

DISTRIBUIO SECUNDRIA

TRANSFORMADOR

GRUPO GERADOR

ATERRAMENTO

CHAVEGERAL

NEUTRO

S

R

T

R

S

NEUTRO

T

NEUTRORST

52U

52G

EMERGNCIA

NO ESSENCIAIS

SISTEMA DE CONTROLE

COMANDO

EXCITAO

COMBUSTVEL(GOVERNADOR)

TCs


A transferncia com rampa de carga 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 automtico, controla tenso e freqncia do grupo gerador e verifica a seqncia de fases. No caso de falha da rede e entrada do grupo gerador na condio de emergncia, teramos a seqncia:

Tempo

Potncia nogrupo gerador

Falha daRede

Partida

Carga Retornoda Rede

Sincronismocom a Rede

Transfernciada carga

Resfriamentodo motor

ParadaAbre52G

No caso da partida do grupo gerador com a rede presente (horrio de ponta):

sistema deve supervisionar o fluxo de corrente e manter a dosagem do combustvel para

Tempo

Potncia nogrupo gerador

Partida

Transfernciada Carga

Transfernciada carga

Resfriamentodo motor

ParadaAbre52G


Fecha52G

Abre52U

Fecha52U


Oque, no momento do fechamento de 52G o grupo gerador no entre em carga nem seja motorizado pela rede. Uma vez fechado 52G, tem incio o processo de transferncia de carga numa taxa programada com incremento em kW por segundo e o limite no pode exceder a potncia do grupo gerador.


Em geral, o mesmo sistema pode ser utilizado para suprimento de energia em regime de peak shaving. Isto , o grupo gerador permanece em paralelo com a rede suprindo a

reativa (KVAr). Neste caso, o sistema de controle dever ser programado para

energia que exceder demanda prefixada para a rede. As configuraes de operao so oferecidas em diversas modalidades e praticamente todos os fornecedores atualmente dispem de sistemas digitais que podem ser configurados para atender s necessidades do cliente.

O grupo gerador poder tambm ser utilizado em paralelo com a rede para gerao de potnciaoperar sob fator de potncia constante e fazer variar a excitao do alternador, gerando mais ou menos potncia reativa. Para a gerao de potncia ativa o sistema atua sobre o governador de rotaes, fornecendo mais ou menos combustvel, mantendo a rotao constante e variando a quantidade de kW fornecidos s cargas.


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