O que é uma chave de transferência?
Chaves de transferência são dispositivos que permitem uma conexão ou desconexão segura de diferentes fontes de eletricidade a uma carga elétrica. Muitas residências e empresas estão equipadas com um gerador de reserva que é usado em caso de queda de energia. Muitos campi universitários e fábricas também têm as próprias usinas de energia no local, mas ocasionalmente mudam para a rede local para obter energia. Alguns usuários industriais têm sistemas elétricos sofisticados com vários geradores no local e pontos de acesso à rede que podem ser conectados a diferentes cargas elétricas. Em todos os casos, é importante isolar adequadamente as fontes de geração de eletricidade quando não estiverem em uso e garantir que as transições de uma fonte para a outra sejam realizadas de forma segura e controlada.
Em termos gerais, as chaves de transferência são necessárias em três categorias de casos de uso. As chaves de transferência podem ser usadas para alternar entre a rede elétrica e um gerador; entre diferentes geradores; ou entre diferentes entradas de rede elétrica.
Tipos de aplicação das chaves de transferência
Chaves de transferência de rede elétrica para gerador
As chaves de transferência evitam que a eletricidade viaje na direção errada, como de um gerador doméstico para a rede elétrica. Isso significa que os trabalhadores da companhia de energia podem ter certeza de que não levarão um choque do gerador doméstico de alguém quando forem trabalhar em linhas aéreas. Esse é um dos motivos para a maioria dos códigos elétricos exigirem o uso de uma chave de transferência quando um gerador residencial é conectado ao quadro elétrico da residência.
Não são apenas os geradores domésticos que exigem uma chave de transferência. Além disso, muitos tipos de negócios, indústrias e serviços governamentais contam com geradores de energia, que também exigem uma chave de transferência. Em algumas aplicações, requisitos específicos precisam ser cumpridos ao instalar um gerador e uma chave de transferência. Por exemplo, a fonte de alimentação de reserva de um data center deve ficar disponível instantaneamente no caso de uma queda de energia. Ainda falaremos mais sobre isso.
Chaves de transferência de rede elétrica para rede elétrica
As chaves de transferência de rede elétrica para rede elétrica são aplicáveis quando a instalação está equipada com várias entradas da companhia elétrica. Uma chave de transferência de rede elétrica para rede elétrica é usada quando os consumidores de eletricidade dentro da instalação exigem a opção de mudar de um serviço para outro. Um caso de uso simples seria aquele em que um prédio comercial ou industrial tem dois medidores de eletricidade, mas um único sistema elétrico. Dependendo de qual locatário esteja usando o prédio em determinado momento, o prédio pode ser alternado de um medidor para o outro, garantindo que cada locatário seja responsável apenas pelo próprio consumo de eletricidade.
Chaves de transferência de gerador para gerador
Chaves de transferência de gerador para gerador são necessárias em locais equipados com mais de uma fonte de alimentação no local. Normalmente, uma chave de transferência de gerador para gerador é necessária quando uma casa está equipada com painéis solares e um gerador. Se os painéis solares e o gerador não estiverem eletricamente isolados, o inversor de CA associado aos painéis solares talvez tente realimentar o gerador, criando uma situação perigosa e potencialmente prejudicial para o gerador e o inversor. A chave de transferência permite que o proprietário alterne a energia entre os painéis solares e o gerador, mantendo os dois sistemas eletricamente separados. As chaves de transferência de gerador para gerador também são necessárias em grandes instalações industriais com vários grupos geradores no local. Dependendo das necessidades elétricas da instalação em determinado momento, diferentes geradores podem ser ativados ou desativados. Uma mina, por exemplo, pode ter necessidades variáveis de energia, dependendo de quais poços estão ativos e precisam de ventilação em determinado momento, e pode operar um conjunto diferente de geradores conforme a necessidade.
Em resumo, as chaves de transferência são necessárias em uma grande variedade de aplicações e, portanto, estão disponíveis em muitos tamanhos e configurações diferentes para atender a todos os casos de uso possíveis. Ao escolher uma chave de transferência em determinado caso de uso, vários critérios precisam ser considerados, incluindo a tensão, a corrente e a quantidade de fases da aplicação, se a chave tem uma função crítica de segurança, a duração da interrupção do serviço que a carga pode tolerar, o ambiente em que a chave será instalada e muito mais.
Tipos de chaves de transferência
Um ponto importante a levar em consideração é como a chave é acionada. Existem três tipos principais de mecanismos de acionamento: manual, não automático e automático.
O que são chaves de transferência manuais?
As chaves manuais, como o nome indica, precisam ser operadas manualmente — em geral, puxando uma alavanca ao lado da chave de transição. A alavanca move um conector dentro do gabinete da chave de uma posição conectada a uma fonte de alimentação para outra posição conectada à outra fonte de energia. Pense em um trabalhador de ferrovia puxando alavancas para mover os trilhos em cruzamentos de ferrovias. As chaves manuais são relativamente simples, com nenhuma ou poucas peças eletrônicas sujeitas a falhas, e são mais baratas que as chaves automatizadas. No entanto, as chaves manuais são proibidas em certas aplicações críticas de segurança, em que é necessário alternar rapidamente entre as fontes de alimentação, quer um humano esteja presente, quer não.
O que são chaves de transferência não automáticas?
O próximo nível em termos de complexidade é uma chave não automática com botão elétrico, que cumpre a mesma função de uma alavanca, mas usa um dispositivo mecânico operado eletronicamente para acionar a chave. O botão pode estar na própria chave de transferência ou em outro lugar, por exemplo, em uma sala de controle. As chaves não automáticas são convenientes quando a chave de transferência é difícil de acessar ou quando há várias chaves de transferência para operar. A decisão de se e quando apertar o botão, porém, continua nas mãos humanas.
O que são chaves de transferência automática?
As chaves automáticas têm os mecanismos de controle mais sofisticados. Elas incluem um controlador inteligente, que decide, independentemente de intervenção humana, quando ativar a chave. Uma chave automática pode, por exemplo, detectar uma queda de energia, iniciar automaticamente um gerador de reserva e fazer a chave receber energia do gerador. Daí, quando o serviço é restaurado, a chave pode voltar automaticamente e desligar o gerador, tudo sem nenhuma intervenção humana. O controlador pode ser programado por seu proprietário para reagir automaticamente dentro dos parâmetros predefinidos a quaisquer alterações na rede elétrica ou a quaisquer gatilhos personalizados.
Tipos de transições da chave de transferência
Outro ponto importante a levar em consideração ao escolher uma chave de transferência é como é feita a transição entre uma fonte e outra. As transições podem ser 'abertas' ou 'fechadas'. Com certos tipos de carga, selecionar o tipo certo de transição pode ser crucial para a segurança.
O que é transição aberta?
As transições abertas muitas vezes são descritas como transições 'fechar antes de abrir' porque a carga é desconectada da fonte de alimentação antiga antes de ser conectada à nova fonte. As transições abertas podem ser 'atrasadas' ou 'na fase'. Em uma transição atrasada, há um atraso definido entre o instante em que a carga é desconectada e o instante em que ela é reconectada à nova fonte. As chaves com transições atrasadas costumam ser usadas com cargas indutivas, como transformadores e grandes motores elétricos, que podem gerar distúrbios elétricos quando reconectados rapidamente a uma fonte não sincronizada. De certa forma, as chaves de transição atrasada funcionam como uma transmissão manual em um veículo motorizado. Você pisa no pedal da embreagem para desengatar a transmissão enquanto muda as marchas e, se o veículo está em movimento, você muda para neutro até parar antes de mudar para marcha à ré.
Em alguns casos, a breve perda de energia experimentada pela carga durante o atraso da troca pode ser indesejável. Em um prédio de escritórios ou em uma residência, isso faria com que os computadores não protegidos por uma fonte de alimentação ininterrupta fossem desligados ou reinicializados. Em um centro de controle de tráfego aéreo, por exemplo, a reinicialização de computadores de forma prematura seria altamente indesejável. É aí que entram as transições 'em fase'. Para realizar uma transição em fase, a chave de transferência espera até que a fase e a tensão da fonte antiga e da nova coincidam com precisão e, em seguida, troca a carga para a nova fonte. A transição leva cerca de 30 a 50 milissegundos e, do ponto de vista da carga, ocorre sem nenhuma interrupção significativa no fornecimento de energia. As chaves de transição em fase exigem um microcontrolador digital para garantir que as transições ocorram quando as fontes são sincronizadas e, portanto, não podem ser operadas manualmente.
O que é transição fechada?
Quando estritamente nenhuma interrupção de energia é aceitável, as chaves de transição fechadas podem ser uma opção. As transições fechadas são transições 'abrir antes de fechar', o que significa que a chave de transferência estabelece uma conexão com a nova fonte de alimentação antes de desconectar a antiga. A chave de transferência espera para fazer isso, como é o caso das transições em fase abertas, até o instante exato em que as duas fontes estão em fase. As transições fechadas, assim como as transições em fase abertas, só são possíveis quando a fonte de alimentação antiga pode ser mantida até a transição estar concluída. Quando a fonte de energia antiga é interrompida inesperadamente, a chave de transição pode reverter para uma transição atrasada. Além disso, as chaves de transição fechadas podem estar sujeitas a requisitos específicos da companhia de energia elétrica, resultando na necessidade de proteções e documentos adicionais.
Outros recursos estão disponíveis para chaves de transferência projetadas para certos casos de uso específicos.
O que são chaves de transferência com certificação de entrada de serviço?
O Código Elétrico Nacional dos EUA exige uma forma de desconectar o serviço elétrico quando ele entra em um imóvel. Em residências, esse requisito geralmente é atendido pela presença de um disjuntor principal no quadro elétrico. Entre outros benefícios, o disjuntor principal fornece proteção contra sobrecorrente para todo o sistema elétrico da residência. Dessa forma, se um dispositivo elétrico com defeito na casa causar um curto-circuito, ele desarmará o disjuntor e cortará a energia da casa, em vez de iniciar um incêndio. Onde houver um disjuntor principal no quadro elétrico, uma chave de transferência normal pode ser colocada adiante no quadro. Isso geralmente é feito quando um gerador é instalado em uma construção já existente. Em uma construção nova, talvez compense mais instalar uma chave de transferência com certificação de entrada de serviço, que já inclui um disjuntor principal. Quando uma chave de transferência com certificação de entrada de serviço é instalada entre o medidor principal e o quadro elétrico, não é necessário nenhum disjuntor principal adicional no quadro. Além disso, como a chave é colocada antes do quadro principal, ela pode ser instalada externamente, exigindo uma entrada a menos na casa e facilitando a conexão com o gerador. Como resultado, optar por uma chave de transferência com certificação de entrada de serviço pode reduzir os custos gerais, embora essa chave possa ser um pouco mais cara que uma chave sem classificação de entrada de serviço.
O que são chaves de transferência de isolamento de derivação?
As chaves de transferência de isolamento de derivação são chaves especializadas que podem ser inspecionadas e testadas sem interrupção do fornecimento de energia. Esse recurso é possível pela presença de um segundo circuito de troca dentro da chave de transferência. Quando um circuito de troca está sendo inspecionado, a energia é desviada para o outro circuito. A presença de um segundo circuito também fornece um nível de redundância que garante que a chave continue funcionando mesmo que o circuito principal falhe. As chaves de transferência de isolamento de derivação são mais complexas e caras que as chaves de circuito único, mas, como são mais confiáveis e garantem a ausência de interrupção no fornecimento de energia, são exigidos por código em muitos ambientes de serviços de saúde e outras aplicações críticas.
Escolher a chave de transferência certa para as suas necessidades pode ser complicado. Os códigos elétricos fornecem orientações úteis, mas há muitas opções e recursos disponíveis no mercado que não são ditados por códigos.
