Chaves de transferência automática. O essencial sobre normas, tipos de transição e aplicação

À medida que a energia elétrica se tornou um insumo essencial aos mais diversos tipos de negócios, uma preocupação recorrente vem à tona: a de se manter a mesma confiável e disponível para utilização

Falhas são imprevisíveis e apenas são notadas quando acompanhadas de prejuízos a instalação e produção.

Um dos famosos Color Books do IEEE (Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos) é dedicado às recomendações para desenvolvimento de projetos com maior confiabilidade para sistemas de energia para instalações comerciais e industriais. O livro passa por uma série de conceitos desde confiabilidade até validação econômica de modelos para garantir maior segurança de disponibilidade de energia. Destaca com vários exemplos como a topologia do sistema de distribuição é importante também nesta definição ao se escolher sistemas que possuem redundância de fonte.

É comum que diversos tipos de plantas industriais, hospitalares e comerciais adotem fontes redundantes de energia. No Brasil, não há uma norma específica para sistemas de emergência ou standby, ao passo que nos EUA há normas na esfera federal, estadual e/ou municipal para garantir a integridade e segurança das pessoas e para reduzir as perdas econômicas no caso de falha de energia.

As redundâncias muitas vezes são feitas com gerador ou uma UPS como um back-up para a rede da concessionária, também há utilização de fontes de energia renováveis e em alguns casos a utilização de fontes alternativas à concessionária durante o horário de ponta buscando redução de gastos.

Transferências entre fontes, seja para emergência, diminuição de custos ou melhoria da qualidade de energia necessitam de equipamentos robustos, confiáveis e tecnológicos. Esse é o papel de uma chave de transferência. Garantir uma transferência confiável e que gere um menor impacto na aplicação.

A chave de transferência automática tem como função principal realizar a transferência de uma fonte prioritária para uma outra de emergência ou alternativa de forma a garantir o suprimento de energia, minimizando as perdas ou acidentes que possam vir a acontecer por falta de energia.

A transição de uma fonte para outra é feita com maior segurança por uma chave de transferência automática, pois esta possui intertravamentos que garantem que a carga seja conectada em outra fonte nos níveis de tensão e frequência adequados.

Há normas de chave de transferência automática na IEC e UL. 

A NBR IEC 60947-6-1:2015   (Dispositivos de manobra e controle de baixa tensão – Parte 6-1: Equipamentos com funções múltiplas — Equipamentos de comutação de transferência) estabelece as condições mínimas de funcionamento e teste destes equipamentos. A norma prevê que a transferência pode ser realizada com ou sem retardo predeterminado e compreende uma posição desligada (I-0-II).

A norma UL 1008 (Transfer switch equipment) também estabelece as condições mínimas de funcionamento e testes destes equipamentos, no entanto, não tem equivalência direta com a IEC. A norma americana também aborda chaves de transferência em transição fechada e com by-pass além de que se observa uma maior robustez relativa a requisitos de suportabilidade térmica e tempos de sustentação do curto-circuito quando comparadas à norma europeia.

Tipos de transição de chaves de transferência:

As chaves de transferência podem possuir alguns tipos de transição. O tipo de transição define basicamente se haverá sobreposição das duas fontes ou não. A definição do tipo de transição a ser utilizado dependerá do tipo de carga e criticidade a qual está sendo aplicada a chave de transferência no sistema.

Transição aberta:

Neste tipo de transição, não há sobreposição de fontes. Em inglês é conhecida como “break before make”, ou interrompa antes de fazer o estabelecimento. Ou seja, a carga será interrompida antes de ser transferida para a fonte secundária.

Neste caso, não há momento em que a chave fique com as duas fontes sobrepostas, no entanto, não há uma posição de repouso fixa, em que a carga possa ficar desenergizada.

Transição aberta com atraso:

Este tipo de transição é muito similar ao anterior, no entanto é possível parametrizar um tempo em que a carga ficaria sem a alimentação de uma fonte ou de outra. Há uma posição de repouso.

Este tipo de transição é utilizado quando um curto período de tempo de energia não irá afetar o sistema como um todo. É muito útil também caso haja cargas indutivas que possam gerar uma corrente de inrush elevada, ao se conectar rapidamente este tipo de carga a uma fonte não sincronizada.

Transição fechada:

Neste tipo de transição, há a sobreposição das duas fontes. Conhecida também como “make before break”, ou estabeleça antes de interromper. Ou seja, as duas fontes ficarão ativas ao mesmo tempo em paralelo. O tempo estabelecido pela norma UL é de no máximo 100 ms. 

É muito utilizada com cargas críticas que não podem ser desenergizadas. No entanto, é importante lembrar que a carga não sentirá a falta de energia caso as duas fontes estejam disponíveis. No caso de falha de uma das duas fontes, o funcionamento será como uma transição aberta.  Neste caso a utilização de uma UPS pode complementar para que haja maior disponibilidade de energia para manter a carga.

Chave de transferência com by-pass:

A norma UL1008 também define os requisitos básicos para chave de by-pass. A chave de transferência automática com by-pass possui arquitetura em que permite haver redundância para aplicações críticas.

A chave principal é a que possui a transferência automática para aplicação geral e a chave secundária serve de backup para poder ser utilizada no momento de realização de manutenção. Desta maneira, garante que cargas críticas fiquem sem interrupção de energia nestas situações.

Tendo estas informações básicas em mãos, quais são as informações mínimas que são necessárias para selecionar uma chave de transferência automática?

– Corrente nominal: deve ser maior ou igual à corrente das cargas conectadas à chave de transferência automática

– Quantidade de polos: o sistema é mono ou trifásico?  O aterramento do ponto de neutro do sistema principal e do gerador são comuns ou a fonte alternativa possui um sistema de aterramento separado? A proteção de falta a terra é utilizada?

Quando o aterramento do ponto de neutro do gerador é distinto do da fonte principal, isto pode gerar caminhos alternativos para a corrente, podendo sensibilizar a proteção de falta a terra inadequadamente. A utilização do quarto pólo neste caso é recomendada para isolar os dois sistemas e evitar atuações intempestivas da proteção.

Desempenho sob curto-circuito

A chave de transferência automática além de transferir a carga de uma fonte para outra, deve possuir suportabilidade para estabelecer e sustentar o curto circuito enquanto as proteções a montante da chave não atuem. As características abaixo devem ser observadas para especificar a chave corretamente na norma IEC.

Iq: Corrente condicional sob curto circuito. Corrente máxima suportável quando protegido por dispositivo de proteção a montante (disjuntor ou fusível, por exemplo)

Icw: Corrente suportável nominal de curta duração

Na norma UL, estes parâmetros são conhecidos como WCR (Withstand and close-on ratings) que são exatamente a suportabilidade para sustentar e estabelecer o curto-circuito incluindo também os tipos de dispositivos e fabricantes testados. Adicionalmente, na UL pode se procurar também pelo STR (short-time ratings) que indica a suportabilidade e sustentação em curto-circuito por um período de 500ms. Estas informações permitem que possa ser realizada uma melhor coordenação das proteções.

– Tensão nominal: deve ser a mesma do sistema

– Tipo de transição: aberta, aberta com atraso ou fechada.  Com ou sem by-pass? O tipo de carga e criticidade de aplicação auxiliarão na definição destas características.

Adicionalmente a estas características, o usuário pode solicitar algumas funcionalidades que facilitarão a operação e manutenção da chave, tais como comunicação, manutenção preventiva e medição de temperatura embutidos na chave.

A ABB possui uma ampla gama de chaves de transferência automática disponível para qualquer aplicação.

A chave de transferência automática da linha TruONE® foi ensaiada além dos requisitos padrão para garantir o fornecimento contínuo de energia em aplicações críticas. Seu design reduz o número de fios e conexões, que acelera a instalação e minimiza potenciais erros de montagem para garantir uma melhor confiabilidade.  Esta disponível nas normas UL de 30 a 1200 A e na norma IEC de 200 a 1600 A, nas opções em transição aberta e transição fechada.

Figura 1: TruONE – chave de transferência automática com transição aberta com atraso de 1600A
Link: https://new.abb.com/low-voltage/launches/truone-ats

A linha Zenith série T, possui opções sem Bypass linha ZTS e com bypass ZBTS, nas opções em transição aberta e transição fechada. Possui IHM touchscreen colorida intuitiva compatível com o software Ekip® Connect da ABB para facilitar o comissionamento e operação. Possui ampla faixa de 200-480 V e uma série de funções pré-programadas de fábrica com a flexibilidade também para alteração em campo. Além disso, para simplificar o gerenciamento de peças de reposição, possui acessórios modulares exclusivos que são mais fáceis de estocar e substituir em campo.

Figura 2: Zenith ZBTS série T – Chave de transferência automática com by-pass 3000 A
Link: https://new.abb.com/low-voltage/launches/zenith

Todas as linhas da ABB citadas, possuem segurança avançada para o usuário, sem partes energizadas conectadas na porta do gabinete. Adicionalmente, possui um sistema inovador que monitora ativamente o desgaste dos contatos da chave garantindo uma manutenção preventiva mais eficiente.

Bibliografia de referência:

UL1008, “Standard for Safety. Transfer Switch Equipment”

IEC 60947-6-1:2013, “Low-voltage switchgear and controlgear – Part 6-1: Multiple function equipment – Transfer switching equipment”

IEEE Std 493:2007, Gold Book, “IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems”

IEEE Std 446:1995, “IEEE Recommended Practice for Emergency and Standby Power Systems for Industrial and Commercial Applications”

ABB. Technical Bulletin: Switching the Neutral Conductor. Disponível em: https://library.industrialsolutions.abb.com/publibrary/checkout/TB-1104?TNR=Application%20and%20Technical%7CTB-1104%7CPDF&filename=TB-1104_19-09.pdf

ABB. Zenith T-series ATS Withstand and Closing Ratings (WCR). Disponível em: https://search.abb.com/library/Download.aspx?DocumentID=1SCC303020C0201&LanguageCode=en&DocumentPartId=&Action=Launch

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Sobre o(a) autor(a)

Álvaro Filho & Simone Yoshida

Álvaro Garcia Moreira Filho “ Engenheiro de aplicação, responsável pela promoção técnica das soluções de baixa e média tensão (até 36kV) da ABB Eletrificação na região Centro-Oeste. Formado em Engenharia Elétrica na Universidade Estadual Paulista (UNESP) e com mais de cinco anos de experiência no segmento de soluções para eletrificação na baixa e média tensão”. | Simone Yoshida Engenheira eletricista pela UNESP com pós em Gestão de Negócios e MBA em Engenharia de Produtos e Serviços pela USP. Atua há mais de 14 anos no segmento de distribuição de energia elétrica, com experiência em projetos de automação, proteção de sistemas elétricos e gerenciamento de portfólio de produtos de Média e Baixa Tensão. Responsável por chaves seccionadoras, chaves de transferência automática e produtos de correção de fator de potência na ABB Eletrificação.
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