Fundamentos de chaves de transferência automática (ATS)?

Alimentação dupla automática Chave de transferênciaUm equipamento de troca automática de energia (ATSE) é um dispositivo elétrico usado para alternar automaticamente entre duas fontes de alimentação diferentes.

Como funciona

Uma chave de transferência automática de dupla alimentação geralmente conecta duas fontes de energia, ou seja, uma fonte de alimentação principal e uma fonte de alimentação de reserva. Quando a fonte de alimentação principal falha (como queda de energia, tensão anormal, etc.), a chave de transferência detecta automaticamente a falha e transfere o circuito de carga da fonte de alimentação principal para a fonte de alimentação de reserva dentro do tempo especificado, a fim de garantir o fornecimento contínuo de energia aos equipamentos. Quando a fonte de alimentação principal retorna ao normal, a chave de transferência pode, automaticamente ou manualmente, transferir a carga de volta para a fonte de alimentação principal, de acordo com as condições definidas.

Estrutura e composição

Corpo do interruptor: é a implementação de componentes de comutação de energia, geralmente na forma de interruptor mecânico ou elétrico, que pode ser usado entre diferentes fontes de alimentação para uma conexão elétrica confiável e operação de desconexão.
Controlador: Utilizado para monitorar o estado de duas fontes de alimentação, como tensão, frequência, fase e outros parâmetros, e, de acordo com regras e lógica predefinidas, controlar a ação do interruptor. O controlador possui funções de detecção, processamento e controle de sinais, podendo diagnosticar falhas na fonte de alimentação de forma rápida e precisa e emitir instruções de comutação.
Mecanismo de acionamento: responsável por executar as instruções do controlador, acionando o corpo do interruptor para ligar e desligar a alimentação. O mecanismo de acionamento pode ser elétrico, pneumático ou eletromagnético para atender a diferentes cenários de aplicação e requisitos de carga.

Tipo

Classe PC: pertence à estrutura integral, o sistema de contato adota material de liga de prata ou liga de cobre, possui alta capacidade de interrupção e confiabilidade, podendo suportar o impacto de corrente de curto-circuito, adequado para locais com altos requisitos de confiabilidade de fornecimento de energia, hospitais, aeroportos, centros de dados, etc.
Classe CB: Disjuntor como unidade principal, com funções de proteção contra sobrecorrente, curto-circuito e outras, porém seu tempo de comutação é relativamente longo, sendo adequado para locais onde a continuidade do fornecimento de energia não é particularmente exigida, mas o circuito precisa de proteção, como instalações industriais, edifícios comerciais, etc.

Cenários de aplicação

Hospitais: departamentos críticos, como salas de cirurgia e unidades de terapia intensiva, exigem fornecimento contínuo de energia. Chaves de transferência automática de energia dupla alternam rapidamente para outra fonte de alimentação quando uma falha, garantindo o funcionamento normal dos equipamentos médicos e a segurança dos pacientes.
Centro de dados: o centro de dados armazena uma grande quantidade de dados críticos, e servidores e outros equipamentos não podem ser desligados facilmente. A chave de transferência automática de energia dupla permite a transição para a fonte de alimentação de reserva em tempo hábil, evitando a perda de dados e a interrupção do serviço.
Transporte: aeroportos, estações ferroviárias e outros centros de transporte dependem de um fornecimento de energia confiável para iluminação, sistemas de sinalização e equipamentos de segurança. A chave de transferência automática de energia dupla garante que, em caso de falha no sistema elétrico, esses equipamentos essenciais continuem funcionando para manter a ordem e a segurança do tráfego.
Produção industrial: em alguns processos de produção industrial que não podem ser facilmente interrompidos, como nas indústrias química, siderúrgica e outras, a chave de transferência automática de energia dupla pode alternar rapidamente quando o fornecimento de energia apresenta problemas, evitando a paralisação dos equipamentos de produção e reduzindo as perdas de produção.

Quais são as falhas comuns em chaves de transferência automática de energia dupla?
As falhas comuns em chaves de transferência automática de dupla alimentação incluem comutação anormal, tempo de comutação anormal, superaquecimento e queima dos contatos, falha do controlador, etc. A seguir, uma análise específica:
Não foi possível alternar corretamente
Falha no circuito de detecção de falha de energia: Danos nos componentes do circuito de detecção, como transformadores de tensão, transformadores de corrente, resistores, capacitores, etc., farão com que o controlador não consiga detectar com precisão o estado da fonte de alimentação, sendo incapaz de emitir um comando de comutação.
Falha no controlador: uma falha no microprocessador interno, na memória ou no circuito lógico do controlador pode impedir seu funcionamento correto e impossibilitar o controle do interruptor.
Falha no mecanismo de operação: falhas no mecanismo de operação do motor, engrenagem de transmissão, biela e outras peças, como queima do motor, desgaste da engrenagem, fratura da biela, etc., impedirão a chave de realizar a comutação.
Tempo de transição anormal
Os parâmetros do controlador não estão configurados corretamente: o tempo de atraso de comutação está definido muito longo ou muito curto, o que não atende aos requisitos práticos da aplicação. Diferentes cenários de aplicação têm diferentes requisitos para o tempo de comutação. Se a configuração não for adequada, o equipamento de carga poderá não funcionar corretamente devido ao longo tempo de desligamento.
Flutuação da tensão de alimentação: quando a flutuação da tensão entre as duas fontes de alimentação é grande, isso pode afetar a avaliação do controlador sobre o estado da fonte de alimentação e, consequentemente, levar a um desvio no tempo de comutação.
Superaquecimento e queima dos contatos
Mau contato: Com o uso prolongado, o contato pode apresentar sinais de oxidação, desgaste e outros, resultando em aumento da resistência de contato. Quando há corrente elétrica passando pelo contato, ocorre geração excessiva de calor, elevando a temperatura de contato.
Corrente de carga excessiva: se a corrente de carga real exceder a corrente nominal da chave de transferência automática de dupla alimentação, o contato suportará uma corrente excessiva, resultando em superaquecimento.
Falha no sistema de extinção de arco: problemas no sistema de extinção de arco, como danos na cobertura do arco, falta de fluido extintor, etc., farão com que o arco que se rompe no contato não seja extinto a tempo. O arco continua queimando, o que fará com que a temperatura do contato suba bruscamente e o contato queime.
Mau funcionamento do controlador
Falhas de software: erros, bugs ou incompatibilidades de versão no programa do controlador podem fazer com que ele funcione de forma anormal, como avaliar incorretamente o estado de energia e não controlar a comutação adequadamente.
Falha de hardware: os componentes eletrônicos do controlador, como chips, capacitores, oscilador de cristal, etc., são danificados devido ao envelhecimento, superaquecimento, sobretensão, etc., o que fará com que o controlador não funcione corretamente.
Indica que o sinal é anormal.
Danos na lâmpada indicadora: a lâmpada indicadora que mostra o status da fonte de alimentação, a posição da chave e outras informações pode não exibir normalmente devido a danos na lâmpada, mau contato na linha ou outros motivos, o que dificulta ao operador avaliar o status do equipamento.
Falha na transmissão do sinal: a linha de transmissão do sinal entre o controlador e a lâmpada indicadora está aberta, em curto-circuito ou apresenta outras falhas, o que impede a lâmpada indicadora de receber o sinal correto, indicando assim uma anormalidade.

Vantagens e desvantagens de diferentes tipos de chave de transferência automática de dupla alimentação

A chave de transferência automática de dupla alimentação divide-se principalmente em dois tipos: nível PC e nível CB 2, cada um com suas vantagens e desvantagens.

chave de transferência automática de energia dupla classe PC
Vantagens
Estrutura simplesUtilizando uma estrutura integral, geralmente composta por um sistema de contato de conversão, mecanismo de acionamento e controlador inteligente, sem dispositivos de liberação complexos ou outras proteções, a estrutura é relativamente simples e a confiabilidade, alta.
Velocidade de comutação rápidaCapaz de realizar a comutação de energia em um curto período de tempo, geralmente dentro de 100ms, é adequado para situações que exigem alta continuidade no fornecimento de energia, como data centers, salas de cirurgia de hospitais, etc., podendo evitar que um tempo de comutação muito longo cause paralisação de equipamentos ou perda de dados.
Alta capacidade de interrupção: o sistema de contato utiliza materiais de alto desempenho, como liga de prata ou liga de cobre, que possuem alta capacidade de interrupção, podendo suportar grandes impactos de corrente de curto-circuito e interromper o circuito de forma confiável em caso de falha de energia, garantindo a segurança dos equipamentos e do pessoal.
Corrente sem impactoNo processo de comutação, por meio de projeto e controle adequados, é possível obter uma comutação de corrente sem impacto, minimizando o impacto sobre o equipamento de carga, sendo especialmente adequado para equipamentos de precisão com altos requisitos de qualidade de energia.
Desvantagens
A função de proteção é relativamente fraca.A chave de transferência automática de dupla alimentação em nível de PC geralmente não possui funções de proteção contra sobrecorrente, curto-circuito e outras, sendo necessário utilizá-la em conjunto com outros dispositivos de proteção, o que aumenta a complexidade e o custo do sistema.
Preço altoDevido aos materiais de alto desempenho e ao processo de fabricação avançado, bem como aos rigorosos requisitos de confiabilidade e velocidade de comutação, o preço da chave de transferência automática de dupla alimentação para PCs é relativamente alto, podendo ser uma limitação em alguns projetos com restrições orçamentárias.
chave de transferência automática de potência dupla classe CB
Vantagens
Com funções de proteçãoO disjuntor, como elemento principal, possui funções de proteção contra sobrecorrente, curto-circuito, sobrecarga e outras, podendo interromper o circuito em tempo hábil quando este falha, protegendo assim a carga, os equipamentos e a segurança da linha. Este modelo reduz a necessidade de dispositivos elétricos de proteção externos e simplifica a configuração do sistema.
O preço é relativamente baixo.Em comparação com a classe PC, a chave de transferência automática de dupla alimentação da classe CB possui uma estrutura e um processo de fabricação relativamente simples, o que resulta em um preço relativamente baixo. Em algumas situações onde o controle de custos é mais rigoroso, como em fábricas industriais comuns, edifícios comerciais e outras aplicações, ela é mais comum.
Desvantagens
Velocidade de comutação lentaDevido ao mecanismo de operação relativamente complexo do disjuntor e à necessidade de um certo tempo para completar a ação de disparo e fechamento, o tempo de comutação da chave de transferência automática de dupla alimentação da classe CB é mais longo, geralmente entre algumas centenas de milissegundos e alguns segundos, o que pode não ser suficiente para alguns dispositivos que exigem alta continuidade de fornecimento de energia.
Capacidade de ruptura limitadaEmbora o disjuntor em si tenha uma certa capacidade de interrupção, a capacidade de interrupção geral da chave de transferência automática de dupla alimentação da classe CB é relativamente baixa em comparação com a classe PC. Além disso, quando confrontada com grandes correntes de curto-circuito, a chave de transferência automática de dupla alimentação da classe CB apresenta uma capacidade de interrupção relativamente baixa, podendo não ser capaz de interromper o circuito de forma confiável, o que representa certos riscos de segurança.
Corrente de impulsoDurante o processo de comutação, devido às características de funcionamento do disjuntor e ao arco elétrico no momento da separação dos contatos, pode ocorrer uma corrente de impulso que impacta os equipamentos de carga, especialmente em dispositivos que exigem alta estabilidade de alimentação. Nesses casos, medidas adicionais podem ser necessárias para suprimir surtos de corrente.