O que é um ATS? Quadro de transferência automática

Quando a rede falha, o quadro ATS (Automatic Transfer Switch – comutador de transferência automática) assegura o arranque automático do gerador e a transferência da carga para o gerador. O gerador arranca alguns segundos após a falha; a carga é tipicamente transferida para o gerador em 10–15 segundos. Quando a rede regressa, a carga é novamente transferida para a rede e o gerador para automaticamente após alguns minutos de funcionamento em arrefecimento.

A maioria dos problemas observados no terreno em quadros ATS resulta de um número de polos mal escolhido, de temporizações reduzidas a zero ou de quadros que não foram ensaiados durante a colocação em serviço.

O que contém um quadro ATS?

• Elemento de comutação: Contactor, disjuntor motorizado ou comutador motorizado. Liga a carga à rede ou ao gerador.
• Unidade de controlo: Monitoriza a tensão, a frequência e a sequência de fases da rede. Gere as temporizações. Envia ao gerador os comandos de “arranque” e “paragem”.
• Encravamento mecânico e elétrico: A rede e o gerador não podem ser ligados à carga ao mesmo tempo. A segurança do sistema depende disso.
• Medição e alarmes: Tensão, corrente, informação de estado. Muitos modelos dispõem também de monitorização remota.

A referência internacional para equipamentos de comutação de transferência é a norma IEC 60947-6-1. A categoria de utilização do elemento de comutação deve ser adequada ao tipo de carga. Numa instalação com carga predominantemente de motores, este pormenor é importante.

Como decorre a transferência? Tempos

Etapa	O que acontece?	Regulação típica (aproximada)
1. Deteção da falha	A rede falha ou sai dos limites	Atraso de 1–5 s
2. Arranque do motor	É enviado ao gerador o comando de arranque	Alguns segundos
3. Regime estável	A tensão e a frequência estabilizam	Alguns segundos
4. Transferência	A carga passa para o gerador	Total geralmente ~10–15 s
5. Regresso da rede	A estabilidade da rede é monitorizada	Geralmente alguns minutos
6. Retransferência	A carga regressa à rede	—
7. Arrefecimento	O gerador funciona sem carga e para	Geralmente 3–5 min

Os valores são exemplos. As regulações reais são feitas de acordo com a instalação, o quadro de comando do gerador e os regulamentos aplicáveis.

Não esqueça dois pontos. Primeiro: durante estes 10–15 segundos a carga fica sem energia. Servidores, equipamentos médicos ou PLC não suportam esta interrupção; para eles utiliza-se UPS e gerador em conjunto. Segundo: o tempo de espera no regresso da rede não é inútil. Devolver a carga de imediato enquanto a rede cai e volta várias vezes submete motores e equipamentos a choques sucessivos.

Tipos de transferência

• Transição aberta (break-before-make): Primeiro abre-se uma fonte e depois fecha-se a outra. É a solução mais comum. Ocorre uma breve interrupção durante a transferência.
• Transição temporizada (com posição central): O comutador permanece brevemente na posição “0”. Nos grandes motores de bombas e ventiladores, dá tempo para que a tensão residual se extinga e reduz o pico de corrente.
• Transição fechada (make-before-break): No regresso da rede, as duas fontes funcionam em paralelo durante um tempo muito curto; a carga é transferida sem interrupção. Exige sincronização e proteções adicionais. A ligação em paralelo com a rede pode exigir autorização do distribuidor de energia. Mais pormenores no nosso artigo sobre funcionamento sincronizado (em paralelo).

Como escolher o ATS correto?

1. Corrente. Num sistema trifásico de 400 V:

I (A) = kVA × 1000 ÷ (√3 × 400) ≈ kVA × 1,44

Gerador	Corrente nominal (aproximada)	Valor típico do ATS
50 kVA	72 A	80–100 A
100 kVA	144 A	160 A
250 kVA	361 A	400 A
500 kVA	722 A	800 A
1000 kVA	1443 A	1600 A

Escolhe-se o valor normalizado imediatamente acima da corrente calculada. Os cabos e os elementos de proteção também devem ser compatíveis com a mesma corrente.

2. Número de polos. 3 polos ou 4 polos? A resposta está no regime de ligação à terra da instalação. Nos sistemas em que o neutro do gerador é ligado à terra separadamente, é geralmente necessário um ATS de 4 polos. Explicamos o tema no nosso artigo sobre ligação à terra do gerador.

3. Resistência ao curto-circuito. O ATS deve ser adequado à corrente de curto-circuito no ponto de ligação e ao elemento de proteção a montante.

4. Compatibilidade de controlo. A unidade de controlo deve comunicar com o quadro de comando do gerador. As temporizações, o modo de ensaio e as saídas de alarme devem ser configuráveis.

5. Âmbito. Todo o edifício ou apenas as cargas críticas? Agrupar as cargas críticas num quadro separado permite, muitas vezes, resolver a questão com um gerador e um ATS mais pequenos. Pode estimar a necessidade com a ferramenta de cálculo de potência.

Erros frequentes no terreno

• O número de polos é escolhido sem ter em conta a ligação à terra. Resultado: ao passar para o gerador, os relés diferenciais disparam sem motivo aparente.
• O atraso de deteção da falha é reduzido a zero. O gerador arranca mesmo com uma cava de tensão de algumas centenas de milissegundos na rede. Dezenas de arranques desnecessários por dia.
• O tempo de arrefecimento é encurtado. O turbo e o motor param ainda quentes. Um hábito que reduz a vida útil.
• A sequência de fases não é verificada. Ao passar para o gerador, a bomba roda em sentido inverso. Normalmente só se nota na primeira falha de rede real.
• O ATS nunca é ensaiado. O gerador é posto a funcionar todos os meses, mas sem carga. A transferência é experimentada pela primeira vez numa falha de rede real e, por vezes, não funciona.

Lista de verificação

• A corrente nominal foi calculada e foi escolhido o valor normalizado de ATS imediatamente superior?
• O regime de ligação à terra e a decisão de 3/4 polos estão definidos no projeto?
• A resistência ao curto-circuito e o elemento de proteção a montante são compatíveis?
• Existe encravamento mecânico e elétrico?
• As temporizações (deteção, regresso, arrefecimento) foram reguladas?
• A sequência de fases foi verificada?
• A comunicação com o quadro de comando do gerador foi testada?
• O ensaio periódico de transferência está incluído no plano de manutenção?

Ensaio periódico

Só uma transferência real demonstra que o ATS funciona. Na manutenção periódica, o gerador deve funcionar sob carga, a transferência e a retransferência devem ser ensaiadas e as temporizações e os alarmes devem ser verificados. Sempre que possível, deve simular-se uma falha de rede real abrindo o disjuntor da rede. Para o âmbito da manutenção, consulte a nossa página de manutenção periódica.

Próximo passo

A equipa da Terex Diesel ajuda a escolher o quadro ATS de acordo com a potência do gerador e a sua instalação. Para informação sobre o produto, consulte a nossa página quadro de transferência ATS; para o seu projeto, contacte-nos.