Resumo: Este artigo fornece uma análise detalhada de como projetar um sistema trifásico confiável de Chave de Transferência Automática (ATS). Utilizando contatores magnéticos, um relé de falha de fase, relés de tempo e lógica de controle CC, o sistema consegue a partida automática do gerador em caso de falha de energia da rede elétrica, transferência de carga e desligamento automático seguro após a restauração da energia da rede elétrica.
Ao projetar sistemas de backup de energia industriais ou comerciais, o Automatic Transfer Switch (ATS) é o componente principal.
Este esquema de projeto é compatível com alimentação de rede trifásica de 400 V e geradores trifásicos, empregando circuitos de controle de 230 V CA e circuitos de controle de 12 V CC (bateria) para operação colaborativa.
Para construir este sistema, são necessários os seguintes componentes elétricos principais:
Contatores Magnéticos x2 : Usados para controlar a fonte de alimentação principal – um para a rede elétrica e outro para o gerador.
Relé de falha de fase (PFR) : Usado para monitorar a tensão trifásica, sequência de fase e falhas de perda de fase da fonte de alimentação de entrada.
Relés de tempo :
Lado da rede elétrica: Usado para atraso de estabilização e proteção de intervalo de comutação.
Lado do gerador (AC): Usado para atraso de aquecimento/carga.
Lado do gerador (DC 12V): Usado para atraso de inicialização, detecção de falha de partida e atraso de resfriamento de desligamento.
Relés Intermediários : Incluindo relés DPDT (Double Pole Double Throw) e relés SPDT de 5 pinos, usados para conversão de sinal e intertravamento lógico.
Proteção do Circuito : Disjuntor bipolar (para proteção do circuito de controle).
A principal tarefa do sistema é monitorar o status da rede elétrica.
Acesso e monitoramento de energia : A fonte de alimentação trifásica está conectada ao Relé de falha de fase (PFR). O contato Normalmente Aberto (NA) do PFR só fechará se a sequência de fases estiver correta e a tensão estiver normal (sem subtensão/sobretensão).
Atraso de estabilização (Temporizador 1) : Após o fechamento do PFR, o Temporizador 1 é energizado. Um atraso de 3-5 minutos é definido aqui para garantir que a alimentação da rede elétrica esteja completamente estável, evitando trocas frequentes durante flutuações da rede.
Comutação de Carga (Temporizador 2) : Após o temporizador 1 expirar, o relé DPDT é ativado. Posteriormente, isso aciona o Timer 2 (definido para 2-3 segundos ), que mantém um intervalo de 'tempo morto' após a alimentação do gerador ser desconectada e antes da alimentação da rede ser conectada, evitando curtos-circuitos de energia.
Ativação do contator : Finalmente, a bobina do contator da rede elétrica (A1/A2) é energizada e a carga é conectada à rede elétrica.
Intertravamento de segurança com chave : O circuito de controle do contator de rede deve ser conectado em série com o contato auxiliar normalmente fechado (NF) do contator do gerador para garantir que eles não possam ser acionados simultaneamente.
Figura 1: Diagrama de fiação do circuito de monitoramento e controle da rede elétrica. Detalha a lógica da fiação de intertravamento para o PFR, relés de tempo e bobinas do contator.
Quando a alimentação da rede elétrica é interrompida, o sistema utiliza a bateria de 12 V do gerador para lógica de controle.
Detecção de falha : O contator da rede elétrica abre e seu contato auxiliar normalmente fechado (NC) fecha, direcionando a alimentação de 12 Vcc.
Debounce de inicialização (temporizador de partida) : A corrente flui para o temporizador de partida, definido para um atraso de 2 a 3 segundos para evitar partida desnecessária do gerador durante interrupções momentâneas de energia.
Execução da Partida : Após o retardo, o relé de partida aciona, conectando o motor de partida do gerador (Partida). Simultaneamente, o solenóide de combustível é aberto.
Desengate da partida : Depois que o gerador estabelece tensão (aproximadamente 3-4 segundos), o relé SPDT do lado do gerador opera, interrompendo o circuito do motor de partida para proteger a partida.
Se o gerador não arrancar dentro de 5-6 segundos , o relé de detecção de falha de arranque (Temporizador de falha de arranque) irá funcionar, interrompendo o circuito de arranque. Isso evita que o motor de partida queime devido à operação prolongada e sinaliza a necessidade de inspeção manual.
Depois que o gerador for iniciado com sucesso, ele não deverá assumir imediatamente a carga total; é necessário um período de aquecimento.
Atraso de aquecimento : A tensão de saída do gerador aciona o relé de tempo CA. Um de 10 a 15 segundos é definido para permitir que o motor se estabilize. tempo de aquecimento em marcha lenta
Transferência de Potência : Após o atraso, a bobina do contator do gerador é energizada e engata.
Proteção de intertravamento : Da mesma forma, a linha de controle deve passar pelo contato auxiliar Normalmente Fechado (NF) do contator de rede para garantir o intertravamento de segurança elétrica.
Quando o fornecimento da rede for restaurado, o ATS executa o seguinte processo de reinicialização:
Desconecte a carga do gerador :
O PFR detecta que a alimentação da rede está normal -> O atraso termina -> O relé DPDT opera -> Desconecta o contator do gerador.
Conectar a rede elétrica : Após o intervalo de segurança de 2-3 segundos, o contator da rede elétrica é acionado.
Atraso de resfriamento (temporizador de resfriamento) : O gerador agora está descarregado, mas ainda funcionando. O contato auxiliar Normalmente Aberto (NA) do contator de rede se fecha, acionando o temporizador de desligamento. Recomenda-se um tempo de resfriamento de 3 a 5 minutos para permitir que o gerador dissipe o calor em condições sem carga.
Execução da Parada : Após o retardo de resfriamento, o relé de parada funciona, cortando a energia do solenóide de combustível e o gerador desliga.
Figura 4: Diagrama lógico de controle de resfriamento e parada do gerador. Analisa como os contatos auxiliares do contator de rede são usados para obter desligamento retardado.
Modo Manual : O sistema mantém um circuito para iniciar ou parar manualmente o gerador através de uma chave ou botão, permitindo a manutenção.
Proteção do disjuntor : Certifique-se de desligar manualmente o disjuntor de controle do gerador durante a manutenção para evitar carregamento acidental automático durante uma queda de energia.
Manutenção da bateria : Verifique regularmente o estado da bateria de 12V, pois é a principal fonte de energia para a lógica de partida automática.
O projeto de um sistema ATS trifásico abrangente depende de um controle lógico de tempo preciso e de um intertravamento elétrico estrito. Ao configurar adequadamente o relé de falha de fase, os relés de tempo e os relés intermediários, não apenas alcançamos a comutação automática de energia, mas também maximizamos a segurança do grupo gerador e do equipamento de carga a jusante.
Eu sou Eric , engenheiro elétrico da equipe AISIKAI. Compartilharei artigos técnicos sobre interruptores , , disjuntores e outros dispositivos elétricos. Com 10 anos de experiência em projetos elétricos, estou comprometido em fornecer soluções elétricas profissionais.
