Um Interruptor Automático de Troca de Fase é um dispositivo que detecta automaticamente quedas de energia e alterna para a fonte de energia alternativa sem intervenção humana, garantindo que sua carga elétrica permaneça operacional mesmo quando as fontes ativas de fornecimento falham. Além de proteger sua carga, ele também permite que a carga elétrica mantenha a continuidade durante o curto período de tempo (geralmente apenas segundos ou frações) necessário para efetuar a troca. Uma das principais concepções erradas entre os clientes sobre o Interruptor Automático de Troca de Fase é o tempo que levará para implementar a transferência de fase. No entanto, a outra variável com a qual os clientes devem se preocupar é o número de polos na unidade; isso impactará diretamente a segurança e o custo do sistema, bem como os requisitos de instalação e manutenção para o Eletricista.
Um interruptor de troca de fase é um dispositivo com comutação automática que alterna (ou transfere) corrente de uma fonte (entrada) para uma fonte diferente (saída) entre duas ou mais fontes. Interruptores de troca de fase estão disponíveis como manuais, motorizados ou automáticos, e o tipo automático pode incluir um bypass manual fácil de operar para procedimentos de manutenção e reparo. Ao considerar configurações trifásicas, cada fase requer quatro polos; um para cada fase e um polo neutro/terra separado. O tempo de transferência do interruptor determinará se ele é classificado como um tipo: dependendo da sensibilidade do equipamento conectado, geralmente terá um tempo de transferência inferior a 60 microssegundos para dispositivos sensíveis e um tempo de transferência de aproximadamente entre 1 segundo a 3 segundos para geradores.
O que o dispositivo realmente faz
Existem dois componentes dentro de um interruptor de mudança que são negligenciados pelas pessoas: 1, um relé de controle que monitora e vigia falhas na alimentação de entrada, e 2, um par de contatores intertravados que permitem que uma transferência física ocorra, ou seja, abertura e fechamento dos contatores. O componente de controle vigia defeitos na alimentação de entrada, como subtensão, perda de fase, falha de fase e erros de sequência de fase. Assim que uma falha é detectada, a lógica do controlador garante que o contator associado à fonte de energia boa seja aberto primeiro e, depois disso, o contator da fonte de entrada seja fechado. A natureza intertravada dos contatores assegura que ambas as fontes nunca estejam conectadas ao mesmo tempo.
Existem duas configurações nas quais um interruptor de mudança geralmente opera. A configuração automática é o modo normal de operação, onde o próprio interruptor realiza a transferência ou mudança. O modo bypass é um modo de manutenção no qual o controlador é desativado e um técnico usa uma alavanca de manutenção para operar o interruptor. O bypass é, no entanto, um modo de operação altamente importante; sem ele, o técnico teria que desligar toda a alimentação apenas para trocar um contator em um quadro de distribuição energizado.
Uma alternativa mais antiga que continua aparecendo em especificações é o interruptor de transferência manual: mesmo hardware, sem eletrônica de detecção. É mais barato, e é a resposta correta quando a fonte de entrada é a única que pode falhar e um humano está presente. É a resposta errada para um elevador ou uma sala de servidores.
Onde os interruptores de mudança são usados, e para onde a demanda está se dirigindo
A tecnologia existente é antiga e pouco empolgante: bombas, elevadores, geradores, alimentações de caldeiras e unidades de entrada de fábrica. Esses sistemas são confiáveis. De fato, o crescimento no setor vem de outras fontes.
Atualmente, data centers e colocation ocupam a posição de liderança, pois a transferência monofásica de apenas alguns milissegundos evita que o rack desligue durante uma queda de energia, em vez de usar um pacote de baterias grande o suficiente para todos os possíveis incidentes a montante. A área da saúde vem em segundo lugar, porque manter o fornecimento ininterrupto é uma exigência e não uma opção em áreas de cuidados críticos. Elevadores estão na terceira posição, quando os movimentos provavelmente serão assumidos pela nova tecnologia, onde um controlador controlará um grupo de elevadores.
Questões legais e algumas tendências menores precisam ser abordadas. Edifícios de clientes estão incorporando sistemas de PV e baterias, usando uma transferência tripla em vez de apenas opções bidirecionais. Veículos elétricos grandes estão causando um consumo de energia enorme que a rede nem sempre consegue gerenciar, resultando na conexão direta à fonte de energia em vez de alternar constantemente.
De forma geral, trifásico versus monofásico não é uma preferência que se pode ter quando a carga ultrapassa cerca de 7 kW, e a distinção é abordada em monofásico contra trifásico explicado.
Tipos e classes
É importante aprender a abreviação do manual técnico para os três princípios dos interruptores de transferência trifásicos.
Na primeira dimensão – o número de polos, um interruptor de 3 polos desliga as três fases enquanto mantém o neutro conectado ao longo do caminho. Um interruptor de 4 polos desliga também o neutro. Quando o neutro e o terra são separados, por exemplo, em um sistema TT, manter o neutro conectado anula o propósito de tê-los separados — o neutro ainda está conectado ao eletrodo de terra. Usar um interruptor de 4 polos ou um interruptor com desconexão do neutro vinculada é o caminho a seguir na maioria das configurações fora dos EUA.
A dimensão tecnológica está relacionada à velocidade de comutação. Os fornecedores usam essa terminologia de maneira diferente. De acordo com a norma IEC 60947-4-1, existem as classes I (duas interrupções e transferência) e classe II (três interrupções incluindo transferência). A classe Q significa que a transferência leva no máximo dez milissegundos e deve ser usada no caso de dispositivos eletrônicos. Schneider e ABB possuem conjuntos diferentes de valores de classe levando em conta o tempo de transferência.
A dimensão construtiva refere-se às características principais do mecanismo – liberação por subtensão com intertravamento elétrico, tipo solenóide com intertravamento mecânico, ou tipo motorizado com retorno por mola, que é a única tecnologia de comutação que traz o mecanismo para a rede automaticamente em caso de falta de energia. Isso é importante em muitas situações que nem sempre são claras: o mecanismo de retorno por mola volta à operação normal, enquanto os outros tipos mantêm sua carga no gerador até que alguém desligue.
Quando o interruptor apenas transfere eletricidade entre a rede A e a rede B, e ambas as fontes de energia estão sempre disponíveis, um interruptor estático é a melhor solução, pois não possui partes móveis e transfere em menos de 10 ms mantendo ambas as fontes funcionando. No entanto, esta opção é mais cara e requer duas conexões separadas para funcionar corretamente.
As especificações que decidem a compra
| Parâmetro | O que os compradores especificam | Notas |
|---|---|---|
| Corrente nominal | 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 800, 1000, 1250, 1600 A | Dimensionar para a corrente de carga total, depois verificar a corrente de partida se motores estiverem no barramento |
| Polos | 3P ou 4P | 4P sempre que neutro e terra estiverem separados |
| Tempo de transferência | Classe Q abaixo de 60 ms; classes PC 0,5–5 s | Geradores precisam de segundos, eletrônicos precisam de milissegundos |
| Detecção | Sub/sobretensão, falha de fase, sequência de fases, desequilíbrio de fases, perda de neutro | A detecção de perda de neutro existe apenas em unidades 4 polos |
| Faixa de ajuste | Tipicamente 0,7–1,3 vezes a tensão nominal | A tolerância importa mais em uma fonte fraca |
| Suportabilidade a curto-circuito | Icw, tipicamente 50–100 kA dependendo da estrutura | Deve ser coordenado com o disjuntor a montante |
| Invólucro | IP20 estrutura aberta, IP54/65 gabinete | Montagem em bancada necessita de gabinete em sala técnica |
| Aprovações | IEC 61439-2, CE e UL onde o local for Norte-Americano | UL 508A aplica-se ao painel, não ao interruptor sozinho |
A suportabilidade a curto-circuito é a especificação sobre a qual as pessoas discutem por último, e é onde a relação com os disjuntores ao redor do interruptor se torna concreta: a suportabilidade deve ser coordenada com o dispositivo a montante, e a terminologia para o restante desse painel está coberta em como o interruptor se relaciona com os disjuntores ao seu redor. Duas informações adicionais devem ser deixadas até que o engenheiro de comissionamento esteja presente. Primeiro, especifique a duração do dip IEC 61000-4-11 contra a qual você está protegendo; um interruptor que reporta recuperação em 200 ms não será capaz de compensar uma queda de 500 ms. Segundo, declare claramente por escrito o arranjo dos neutros no cronograma.
Vantagens e desvantagens
| Vantagens | Desvantagens |
|---|---|
| Nenhuma interrupção na carga além do tempo de transferência declarado, sem supervisão | É um dispositivo mecânico com um número finito de transferências, tipicamente entre 50.000 e 100.000 operações |
| Intertravado, para que as duas fontes não possam ser fechadas simultaneamente | O desgaste do mecanismo é invisível até falhar, e então a carga cai |
| Versões com retorno por mola se recuperam sem necessidade de intervenção | Versões sem retorno precisam de um reset manual após cada queda de energia |
| Detecta falha de fase e erros de sequência que um arranjo simples de fusível não detectaria | Versões de 4 polos custam mais e precisam que o neutro seja levado até o interruptor |
| Relatórios de status remotos estão disponíveis na maioria dos controladores modernos | O relatório remoto necessita de uma fonte de alimentação e uma rota de comunicação; em um local isolado, é um custo sem retorno financeiro |
| Um bypass manual permite manutenção sem desligar a carga | O bypass na posição manual é um estado que um operador pode esquecer de desativar, o que representa um risco real em uma sala de máquinas |
Antes de ler um relato em primeira mão, deve-se sempre verificar a segunda coluna. Sua importância reside em duas coisas: o interruptor de transferência protege contra perda de fornecimento, mas não contra falha do próprio sistema por desgaste; desgaste significa que o interruptor terá que ser operado manualmente, goste-se ou não.
Marcas e seus custos
Os operadores norte-americanos e europeus são os principais ocupantes do mercado de especificações: a Schneider Electric lançou suas linhas Prisma e Compact, e ONGs como ABB, Eaton, Siemens, Hager e Legrand operam no mesmo nível. Eles possuem uma considerável faixa de controle, capacidades de monitoramento de corrente em seus controladores, e instalam tudo isso para clientes sem incluir atributos de marca.
Fabricantes asiáticos atuam no mesmo campo, mas seus preços são mais baixos. A diferença não é insignificante, como ilustrado pelas seguintes cotações para um dispositivo motorizado sem invólucro com detecção de sobretensão/subtensão.
O preço para três polos com capacidade de 63 Amperes varia de $250 a $600. O preço para quatro polos com 100 Amperes está entre $400 e $900, e o preço para dispositivos com 400 Amperes é de $1.500–4.000. Quanto aos dispositivos com design de 4 polos e capacidade de 1600 Amperes, custarão mais de $10.000. Adicionar retorno por mola, posição bypass ou contatos remotos aumentará o preço do dispositivo. Independentemente do fornecedor, o custo de uma unidade de 600 A está detalhado em a discriminação de preço para quatro polos de 600 A.
A empresa HUYU produz chaves de transferência automáticas que cobrem a mesma faixa de corrente, com dispositivos trifásicos e circuitos construídos sobre uma moldura de disjuntor em caixa moldada para correntes maiores. O modelo de negócio é simples: todas as unidades são baseadas na mesma classe de mecanismo IEC 60947-4-1, produzidas conforme preços chineses, e o volume é suficiente para uma vitória adequada na cotação do projeto.
Como escolher
Comece pela carga, e não pelo interruptor. A corrente de carga total estabelece a moldura; a presença de motores no barramento determina se é necessário um suporte a curto-circuito maior do que o indicado na ficha técnica.
Depois vem o tempo. Se a carga consiste em um controlador de elevador, um servidor, bancada de testes de laboratório ou qualquer coisa com bancos de capacitores, a transferência deve ser feita em menos de 60 milissegundos e um dispositivo do tipo Q deverá ser especificado. Se for um grupo gerador, uma bomba de alimentação de caldeira ou algum tipo de oficina, atrasos de um segundo são aceitáveis e um dispositivo menos sofisticado com retorno por mola é mais fácil de usar.
Por fim, o neutro deve ser discutido. Determine se o neutro e o terra de proteção estão unidos em algum ponto atualizado. Se sim, pode-se usar dispositivos de três polos. Se não, dispositivos de quatro polos ou um dispositivo de desconexão do neutro serão a solução correta, e isso tem mais impacto do que qualquer recurso na lista de características.
Também é necessário determinar o que acontecerá no retorno. Um retorno por mola para a rede ou a manutenção da unidade geradora até ser instruída a desligar. Ambas as opções existem e precisam ser especificadas claramente, pois o padrão pode não corresponder ao que você precisa.
Finalmente, decida quanto você testará e solicite o número do modelo cedo. Uma moldura compacta como a chave de transferência automática na faixa de 32 a 63 A cobre pequenos painéis e pequenos geradores; acima de cerca de 125 A você está em uma família de quadro diferente com diferentes classificações de curto-circuito, e a ficha técnica deve corresponder ao painel. Um interruptor de transferência precisa ser operado sob carga quando é comissionado e depois regularmente. O intervalo de operação é muito mais crítico do que qualquer recurso de monitoramento do interruptor e é frequentemente o item ausente no cronograma de manutenção, causando assim que o mecanismo atinja seu limite sem ser notado.
FAQ
O que faz um interruptor de transferência automático?
O dispositivo é capaz de monitorar uma única fonte de energia, determinando quando a fonte saiu da faixa ou falhou, permitindo a transferência da carga para outra fonte de energia automaticamente. A transferência é intertravada, o que elimina a possibilidade de conectar as duas fontes de energia. Além disso, na maioria das unidades, é capaz de detectar a ocorrência de falha de fase, erro de sequência de fase e, em alguns casos, a perda do neutro em máquinas de quatro polos.
Qual é o melhor interruptor de transferência automático para uma residência?
Um interruptor de transferência automático raramente é a solução para residências. A maioria das residências monofásicas não possui uma fonte de backup para alternar, e onde existe, uma transferência intertravada para um ou dois circuitos chave é suficiente. O cenário doméstico genuíno é onde há um gerador instalado, onde uma transferência para o aquecimento, refrigeração, iluminação e um circuito de tomada resolve todos os problemas por muito menos do que um sistema automático completo.
O que faz a transferência automática?
A carga é transferida instantaneamente de uma fonte para outra assim que detectada, e na maioria das vezes transferida de volta automaticamente. O termo chave aqui é automático; embora a comutação manual pareça quase a mesma externamente, ela requer intervenção humana. O equipamento de comutação automática é o tipo usado em situações onde a continuidade da carga precisa permanecer em operação sem qualquer atendimento, como elevadores, sistemas de alarme de incêndio, centros de dados, bombas de água e circuitos críticos em hospitais.
Como conectar um interruptor de transferência automático?
Duas conexões de entrada aterrissam em dois terminais de alimentação, a carga conecta-se aos conectores comuns e a conexão de controle conecta-se aos terminais de controle. Deve-se decidir se o neutro deve ser conectado em uma unidade de 3 polos ou 4 polos antes de puxar o cabo. A conexão é feita usando terminais ou olhais especificados pelo fabricante, e o torque é aplicado no valor prescrito enquanto se verifica o tempo de transferência nominal durante a conexão.
Referências
- Schneider Electric — linhas de interruptores de transferência automáticos e terminologia de classe de transferência
- ABB — equipamentos de baixa tensão incluindo interruptores de transferência automáticos
- Hager — famílias de produtos de interruptores de transferência e mudança
- Legrand — soluções de equipamentos de manobra e painéis de distribuição
- Eaton — conjuntos de baixa tensão IEC 61439 e equipamentos de manobra norte-americanos
- Comissão Eletrotécnica Internacional — IEC 60947-4-1 (interruptores de transferência), IEC 61439 (conjuntos), IEC 61000-4-11 (quedas de tensão)
Conclusão
Se você ignorar as considerações técnicas para um interruptor automático de mudança de fase, é fácil entender o funcionamento do seu interruptor. Existem essencialmente dois pontos que você deve considerar em relação ao mecanismo de comutação: a velocidade com que a mudança ocorre e o número de polos envolvidos na operação de comutação. Uma vez que você tenha confirmado que o interruptor possui o número correto de polos e a velocidade de mudança adequada, será muito mais fácil entender como o restante do interruptor funciona. No entanto, se você confirmar que um interruptor possui o número errado de polos, ele passará no teste de torque, mas falhará no teste de segurança, o que pode representar um custo muito maior.
