F

Montagem de Quadro de Transferncia Automtico para Acionamento de Grupo Gerador

D.M. Mendes, M. C. Costa e M. M. S. Lima, F. Corra, R. C. D. Arrifano

Resumo - Este artigo apresenta a montagem de um Quadro de

Transferncia Automtico para acionamento de um grupo

gerador com o objetivo de fornecerenergia a aplicaes

essenciais ou crticas durante falha no fornecimento da

concessionria ou no horrio de ponta.

Aoserregularizadaaenergiadaconcessionria,

oquadrodetransfernciarestabelecerconexodacargaredeaut

omaticamente e desligar o grupo gerador, semquehaja um

perodo prolongado deinterrupoao se alternar

asfontesdeenergia.

Palavras-chave: Quadro de transferncia automtico, grupo

gerador, sistema de emergncia, concessionria e interrupo.

Abstract This article presents the building process of an

automatic transfer switch to activate a generator system

designed to supply energy continuously forcritical or essential

applications during the mains failure or the peak charge. When

the mains supply is restored, the automatic transfer switch

transfers the load automatically to the mains supply and turns

off the generator, with no long period of energy interruption to

the load during the transfer process.

Keywords: Automatic transfer switch, generator, emergency

systems, mains supply, interruption.

I. INTRODUO

alhas em um sistema de energia eltrica ocorrem comumente e so prejudiciais para todosos setores. Estudos de aplicaes de emergncias tem sido uma

necessidade na rea hospitalar, industrial e comercial. A descontinuidade do fornecimento de energia pode ser desastrosa para todas essas reas, colocando em risco bens e at mesmo vidas humanas [1].

Nos ltimos anos houve uma demanda crescente por sistemas de fornecimento de energia que operem de maneira contnua e de forma confivel, pois sistemas modernos so dependentes de energia eltrica. medida que a complexidade dos sistemas aumentou tambm aumentoua necessidade de confiabilidade e continuidade nas informaes e comunicaes entre os sistemas [1].

Cargas crticas envolvem sistemas de gerao de emergncia que forneam energia para sistemas de iluminao, ar condicionado, elevadoresem aeroportos, hotis e complexos comerciais. _______________________________

D. M. Mendes, Instituto de Ensino Superior da Amaznia (IESAM), Belm, Par, Brasil, deysemm@hotmail.com

M. C. Costa, Instituto de Ensino Superior da Amaznia (IESAM), Belm, Par, Brasil, maurochgs@gmail.com

M. M. S. Lima, Instituto de Ensino Superior da Amaznia (IESAM), Belm, Par, Brasil, michele.mendes20@yahoo.com.br

R. C. D. Arrifano, Instituto de Estudos Superiores da Amaznia (IESAM), Belm, Par, Brasil, rildoarrifano@prof.iesam-pa.edu.br

F. Corra, Instituto de Estudos Superiores da Amaznia (IESAM), Belm, Par, Brasil, fabio@prof.iesam-pa.edu.br

Tambm podem ser citadas cargas em processos industriais cujo tempo de reincio seja alto, como em siderrgicas. A transferncia automtica entre o fornecimento da concessionria e o fornecimento de emergncia fundamental para as aplicaes citadas [1], [2].

Com o objetivo de melhorar desempenho do sistema de emergncia de uma Empresa da rea de TI, foi proposto prover o acionamento de um grupo gerador atravs de um Quadro de Transferncia Automtico (QTA), adicionalmente foi feito estudo para viabilidade de melhor aproveitamento do grupo gerador durante o horrio de ponta. Para atingir esse objetivo necessrio conectar diferentes fontes de energia a uma nica unidade que deve funcionar como elo entre as fontes de energia e a carga a ser alimentada. Alm disso, somente uma fonte pode alimentar a carga por vez, de forma que se houver falha no fornecimento da fonte primria (concessionria) haja a rpida, mas suave mudana para a fonte secundria (gerao de emergncia). Sendo tambm necessrio prover o intertravamento de forma que o contato da concessionria no feche caso o contato do gerador estiver aberto e vice-versa.

A partir de levantamento realizado, foi possvel verificar que a empresa encontrava-se vulnervel a perodos longos e curtos de interrupo de energia, pois, apesar de possuir sistema de emergncia, ainda utilizava quadro de transferncia manual.

Este artigo est organizado em vrios tpicos como: Introduo, discorrendo sobre apresentao do assunto, objetivo e justificativa, aspectos tericos em que sero tecidas algumas consideraes sobre potncia, fator e tringulo de potncia, potncia mecnica e eltrica e noes de grupo gerador. A seo Quadro de Transferncia Automtico descrever aspectos de seu funcionamento e seus componentes constituintes. Na seo de Materiais e Mtodos sero apresentados critrios de dimensionamento de componentes e suas especificaes tcnicas, assim como os passos utilizados para a montagem do QTA, na seo de Anlises e Discusses sero apresentadas os resultados obtidos com a montagem do QTA. Na ltima seo sero apresentadas as concluses deste artigo.

II. ASPECTOS TERICOS

A. Potncia A potncia eltrica uma grandeza que expressa em

watts por meio da Equao (1) para circuitos em corrente contnua, A Equao (2) usada para corrente monofsica e (3) para corrente trifsica [4], [5], [6].

P = V I (1) P = V I cos (2) P = 3 VI cos (3) Em que: P a potncia, V a tenso de linha, I a

corrente e o ngulo entre os fasores de tenso e corrente.

Em corrente alternada h trs tipos de potncia: ativa, reativa e aparente [5].

A potncia ativa definida como a parcela de potncia que efetivamente utilizada para a realizao de trabalho til ao sistema. A potncia reativa a parcela de potncia necessria manuteno dos fluxos magnticos e no produz trabalho til ao sistema e a potncia aparente aquela necessria para que os valores de tenso e de corrente de certo equipamento funcionem corretamente [4], [6].

A potncia aparente uma medida de interesse ao estudo dos geradores e definida pelo produto da tenso eficaz pela corrente eficaz, conforme a Equao (4). Tem como unidade o volt ampere (VA) [4], [6].

P = Vrms x Irms (4) O maior valor instantneo de potncia associada aos

elementos de armazenamento de energia, indutivos e capacitivos, contidos em uma carga chamado de potncia reativa e dado pela Equao (5) [6].

Q = Vrms x Irms x sen (5) A unidade de potncia reativa o watt, porm comum

ressaltar que Q no representa fluxo lquido de energia, por isso sua unidade comumente dada como volt amperes reativo ou VAR [6].

B. Fator de potncia e potncia ativa O fator de potncia, FP, definido como o cosseno

ngulo da carga, conforme indicado pela Equao (6). Caso a corrente esteja adiantada em relao tenso, o ngulo negativo.

FP = cos (6) Muitas vezes o fator de potncia informado como uma

porcentagem. Tambm comum afirmar que a corrente est avanada em relao tenso, o que indica carga capacitiva ligada ao sistema. Dizer que a corrente est atrasada indica carga indutiva. A definio matemtica do fator de potncia dada pelas Equaes 7 e 8 [4], [6].

cos = kW / kVA (7) Sendo que kW a potncia ativa e kVA a potncia

aparente. Esta equao tambm pode ser rearranjada como (8) [4].

kW = kVA x cos (8) O fator de potncia uma funo da carga. Quando tem

valor desconhecido utiliza-se o valor 0,8 [4], [6]. C. Tringulo de potncia Uma maneira representar as relaes entre potncia ativa

(P), reativa (Q) e aparente (Vrms x Irms) atravs do tringulo de potncia. A Figura 1 mostra que as grandezas citadas tm relao vetorial [5].

Figura 1. Tringulo de potncia.

D. Potncia mecnica e eltrica A potncia aparente de um grupo gerador diesel, em

KVA, est relacionada potncia em HP, Horse Power, ou CV, Cavalo Vapor, de seu motor diesel [7].

Para se determinar a potncia de um grupo gerador devem ser levados em considerao o rendimento do alternador e a potncia mecnica do motor diesel. UmHP equivale a 0,7457 kW e 1 kW equivalente a 1,3598 CV [7].

Assim, a potncia, em HP do motor Diesel, pode ser calculada em funo da potncia em KVA e do fator de potncia do alternador, resultando em:[7].

HP x 0,7457 x = KVA x 0,8. (9) Sendo o rendimento do alternador. HP = (1,0728 x KVA) / Para o clculo em CV, substitui-se 0,7457 por 0,7354,

resultando em (10). CV = (1,0878 x KVA) / (10) O rendimento do alternador no constante e se

aproxima do seu valor mximo com a carga entre 80 e 100% da potncia mxima. Alternadores pequenos tm rendimento mais baixo que os alternadores maiores (at 0,93 acima de 250 KVA). Quando se tratar de clculo estimativo o rendimento pode ser tomado igual 90% (ou 0,9), que o valor adotado pelos montadores de grupos geradores em geral [7].

F. Rede de baixa tenso da concessionria. O ponto de conexo do sistema eltrico da

concessionria com as instalaes eltricas da unidade caracteriza-se como o limite de responsabilidade do fornecimento.

o ponto at o qual a concessionria se obriga a fornecer energia eltrica, participando dos investimentos necessrios, dentro dos critrios e limites legais de participao financeira do setor eltrico, e responsabilizando-se pela execuo dos servios, pela operao e pela manuteno, para o dimensionamento dos ramais de ligao de consumidores, as sees dos condutores esto definidas na Norma Tcnica NTD-01 Fornecimento de Energia Eltrica em Baixa Tenso.

E. Noes sobre grupo gerador: o conjunto formado por motor de combusto e gerador

de corrente alternada, destinado ao suprimento de energia eltrica produzida a partir do consumo de combustvel, geralmente gs ou leo Diesel. Em funo dos consumidores de energia eltrica a que se destinam, os grupos geradores so construdos com caractersticas especiais que os tornam

apropriados para diversas aplicaes. Para o dimensionamento adequado do grupo gerador deve-se considerar o tipo de carga que ser alimentada, as condies e caractersticas locais como temperatura, altitude, nvel de contaminao do ar por partculas slidas e o regime de operao deste[7]. A Figura 2 mostra o aspecto de um grupo gerador, consistindo de motor diesel e o alternador.

Figura 2. Grupo gerador.

O Sistema de alimentao dos motores de combusto responsvel pelo suprimento de ar e combustvel ao motor. Existem basicamente dois tipos de sistemas de acordo com o ciclo de funcionamento dos motores: Otto e diesel. No sistema de alimentao Otto o combustvel misturado com ar antes de ser admitido nos cilindros.No sistema diesel, o combustvel e o ar so injetados nos cilindros por dutos diferentes, sendo depois misturados. Este ltimo sistema de alimentao composto por dois circuitos: de ar e de combustvel [7], [8].

E. Cargas essenciais: Estas cargas, tambm chamadas crticas, dependem da

do ramo da empresa. Para uma empresa de TI corresponde a sala de servidores. So as cargas que no podem ter o fornecimento de energia suspenso, pois resultaria em grandes perdas para o estabelecimento. Estas perdas podem ser materiais ou mesmo humanas, conforme a rea de atuao da empresa [1], [3].

F. Cargas no essenciais: Cargas no essenciais so as cargas que podem ter seu

fornecimento interrompido temporariamente, logo podem ser ligadas diretamente rede concessionria [3].

III. QUADRO DE TRANSFERNCIA AUTOMTICO:

Sistemas que operam com transferncia automtica utilizam equipamentos de controle, gerador a diesel e bancos de baterias, na maioria dos casos. A transferncia automtica acionada principalmente por falha do fornecimento da concessionria, mas tambm pode ser programada para compensar o horrio de ponta ou para manuteno do sistema. O processo de transferncia de cargas deve ser controlado de forma que haja uma transio dentro dos limites de operao dos elementos do sistema. Esta transferncia realizada atravs do QTA [3].

A Figura 3 ilustra o diagrama de um sistema de emergncia com o chaveamento realizado por um Quadro de Transferncia.

Figura 3. Sistema de emergncia com grupo gerador e transferncia

entre as fontes de energia. Na Figura 3 observa-se que as cargas essenciais tem o

fornecimento mantido durante uma falta, enquanto que as cargas no essenciais so alimentadas diretamente pela concessionria e esto sujeitas a sua variao e interrupo.

Os quadros de transferncia automticos so divididos em duas partes: controle e potncia. So utilizados em sistemas em que necessrio manter o fornecimento contnuo, realizando o chaveamento entre o fornecimento da concessionria e o de emergncia e vice-versa. Podem operar tanto de forma manual como automtica [2].

O quadro de transferncia permite a transio suave e imediata entre as vrias fontes e a carga. Assegurando o sincronismo entre as fontes de energia antes que a carga seja transferida entre elas [3].

A parte de potncia tem a chave de transferncia automtica e a de controle consiste em controlador, disjuntor, rels, conversor para alimentao do controlador e bateria.O diagrama do QTA exibido na Figura14, (Anexo A).

O QTA acionado quando h uma interrupo do fornecimento da concessionria. Poucos segundos depois, quando o gerador est plenamente operacional, o QTA desconecta a carga da concessionria e a conecta ao gerador. Aps executar a transferncia da carga ao sistema de emergncia, o QTA prossegue monitorando os nveis de tenso do fornecimento da concessionria e quando o fornecimento normalizado feita a transferncia da carga do gerador para o fornecimento da concessionria. Ao ser desconectado, o gerador passa por um processo de resfriamento e desligado automaticamente [2].

Diferente do que acontece com o Quadro de Transferncia Manual, o QTA seleciona a fonte de energia disponvel sem que haja necessidade de interveno do usurio. O chaveamento entre as fontes pode ser feito pelo dispositivo ou sistema que determina quando o chaveamento deve ocorrer e qual fonte ser ligada carga. O que remete necessidade de um sistema nico de controle[2], [3].

A seguir so abordados os principais componentes de um QTA.

A.Chave de transferncia automtica:

Alternador Motor diesel

o dispositivo que, sendo a parte de potncia do QTA, efetua a transferncia entre a concessionria e a fonte de emergncia sem necessidade de operao manual. Permite intertravamento de forma a prevenir acesso simultneo concessionria e ao grupo gerador [3].

Quando detectada a falha de uma fase da concessionria, a chave far a comutao, mediante comando do controlador, para que a carga seja transferida para o sistema de emergncia.Quando a concessionria volta normalidade, a chave conecta a carga automaticamente de volta esta primeira, com a funo de proteo de falha de fases.O diagrama da chave de transferncia automtica mostrado na Figura 15, (ver Anexo A) [3].

B.Rels: So chaves eletromagnticas. Os rels so utilizados

quando se faz necessrio controlar circuitos atravs de um sinal de baixa potncia, mantendo os circuitos de controle e os circuitos a serem controlados isolados entre si, como mostra a Figura 4. Muitos rels usam um eletrom para a sua operao de chaveamento, que feita mecanicamente, mas outros princpios de operao tambm podem ser usados. Tambm so utilizados quando h necessidade de controlar vrios circuitos com o nico sinal. Os rels so amplamente utilizados na telefonia e nos primeiros computadores a fim de realizar operaes lgicas [4].

C. Disjuntores: So dispositivos de proteo usados para isolar ou

desconectar um componente eltrico ou um circuito, na ocorrncia de falta, em um curto perodo de tempo sem que haja danos ao equipamento ou circuito. Os disjuntores apresentam proteo tanto para curto circuito quanto para sobrecargas. Apresentam, em comparao com fusveis, a vantagem de poderem ser reutilizados depois de uma falta [5].

O disjuntor mostrado na Figura4.

Figura4. Disjuntor e rels do QTA.

D. Controlador: a parte do QTA responsvel pelo monitoramento da

entrada em corrente alternada da concessionria, tambm ordena a partida do grupo gerador quando necessrio. Este dispositivo permite que o QTA funcione em modo automtico ou manual [3].

No modo de operao automtico o circuito de controle monitora falha na concessionria. Uma vez detectada a falha

o controle iniciar a sequncia de partida predeterminada. Quando o fornecimento da concessionria restabelecido o circuito de controle inicia a transferncia e a sequncia de parada do grupo gerador [2], [3].

O modo de operao manual utilizado para dar partida no gerador, porm seu incio no automtico. necessria a interveno humana para a comutao entre as fontes de energia [3].

IV. MATERIAIS E MTODOS

A. Coleta de dados: A partir do histrico de consumo da empresa, foram

coletados dados de um ano, conforme descrito na Tabela I. Os grficos gerados a partir da Tabela I so mostrados nas Figuras 6 a 9.

TABELA I HISTRICO DE DEMANDA DE ENERGIA ATIVA Ms /

Ano

Demanda

de Ponta (kW)

Demanda

Fora de Ponta

(kW)

Consumo

Ponta (kWh)

Consumo

Fora de Ponta

(kWh)

Consu

mo Total

(kWh)

ago/12 490,00 392,00 30870 172872 203742

set/12 480,31 384,25 30260 221328 251588

out/12 467,50 374,00 29453 215424 244877

nov/12 456,88 365,50 28783 210528 239311

dez/12 517,19 413,75 32583 238320 270903

jan/13 528,44 422,75 33292 243504 276796

fev/13 533,44 426,75 33607 245808 279415

mar/13 545,00 436,00 34335 251136 285471

abr/13 536,56 429,25 33803 247248 281051

mai/13 508,75 407,00 32051 234432 266483

jun/13 516,56 413,25 32543 238032 270575

jul/13 449,06 359,25 28291 206928 235219

ago/13 465,00 372,00 29295 214272 243567

Mdia 500 400 31474 226141 257615

Fonte: Faturas fornecidas pela empresa.

Observa-se na Tabela I que tanto a demanda de ponta

quanto a fora de ponta variam ao longo do ano. A demanda de ponta apresenta valor ligeiramente superior ao da demanda fora de ponta. No entanto o consumo fora de ponta superior ao consumo de ponta. O que justificado pelo fato de a empresa funcionar sem interrupes, dada a necessidade de processar transaes bancrias.

Na Figura 5os dados obtidos da demanda de ponta, a partir da Tabela I, foram convertidos em grfico:

Figura 5.Histrico de demanda de ponta.

Disjuntor

Rels

Trilhos para fixao

Observa-se que a demanda de ponta atinge seu valor mximo, 545 kW em maro de 2013. Os valores apresentam mdia de 500 kW.

A figura 6mostra que a demanda fora de ponta.

Figura 6.Histrico de demanda fora de ponta.

O grfico na Figura 6tem maior valor em maro de 2013 e menor valor em novembro de 2012, com a mdia de 400 kW por ms.

A figura 7mostra que a mdia do consumo de ponta.

Figura 7.Consumo de ponta.

Observa-se, pela Figura 7, que a mdia de consumo de

ponta, em kWh/ms, foi de 31474.

A figura 8ilustra o consumo fora de ponta.

Figura 8.Consumo fora de ponta.

Na Figura 8observa-se que o valor mximo de consumo

fora de ponta de 245808 kWh/ms, em fevereiro de 2013. A empresa adquiriu em 2011 um grupo gerador de 50

kVA, que era usado juntamente com um quadro de transferncia manual. Verifica-se, a partir dos dados da Tabela I e Figuras 6 a 9, que o gerador adquirido pela empresa supre a demanda de ponta em cerca de 10%. O gerador foi adquirido com o objetivo de manter o funcionamento da sala de servidores cuja carga 38kW. Esta a carga essencial do sistema e pode ser isolada das demais cargas em caso de falha da concessionria.

B. Dimensionamento dos componentes do QTA

Para a montagem do QTA primeiramente dimensionou-se o grupo gerador de acordo com a carga a ser alimentada. Com as especificaes do grupo gerador definidas, foi feito o dimensionamento dos componentes do QTA.

Considerando-se que o gerador a ser utilizado, O QAS-55, tem potncia nominal em plena carga de 50kVA [9], [10], possvel definir o valor de corrente em plena carga a partir da Equao (3) [11].

Calculando para uma tenso de 220 V, fator de potncia de 0,8 e potncia do gerador, temos:

I=50000 / x220 x0,8) = 164A. (9) C. Seleo de componentes: A corrente de operao define a escolha da chave de

transferncia automtica. A corrente a plena carga 164 A chave de transferncia deve ter valor maior que este. Uma chave de transferncia com corrente mxima180ampresselecionada para o projeto, sendo escolhido o modelo CSQ HYCQ5M-180/3F.A Chave de transferncia automtica HYCQ5M utilizada em corrente alternada50Hz/60Hz, com tenso nominal abaixo de 690V, para sistema de fornecimento de energia com duas fontes. A chave pode efetuar a transferncia automtica entre a concessionria e a fonte de emergncia sem necessidade de operao manual. Esta chave est de acordo com os padres GB/T14048. 11. Seu aspecto fsico mostrado na Figura 9[12].

Figura 9. Chave de transferncia automtica/manual.

O mecanismo de operao tem intertravamentos

mecnicos e eltricos confiveis de forma a prevenir acesso simultneo concessionria e fonte de emergncia, Figura 10.

Quando detectada a falha de uma fase da concessionria, a chave far a comutao para que a carga seja transferida da concessionria para a fonte de emergncia, e quando a concessionria volta normalidade, a chave conecta a carga automaticamente concessionria, com a funo de proteo de falha de fases. Este processo ilustrado na Figura10.

Ligao trifsica ao gerador

Ligao trifsica concessionria

Seleo de modo automtico ou manual

Figura 10. Diagrama do chaveamento realizado pela chave de

transferncia automtica [12].

Com base nas caractersticas da chave de transferncia

automtica e do grupo gerador foram selecionados os componentes listados na Tabela II:

TABELA II LISTA DE COMPONENTES DO QTA

Componente Especificao Quant

Quadro para painel eltrico 500x400x200 1

Chave de transferncia automtico/manual

HYCQ5M-180/3F 1

Rels de comando 16A 4

Disjuntor bipolar C25, comando Bipolar c25 1

Controlador Computadorizado InteliLite amf25 1

Conversor de tenso AC/DC 12v 24 vdc 1

Canaleta PVC

1 m

Boto de emergncia.

1

Boto de sinalizao

2

Cabos para comando 1,5mm2; 1,0 mm2 2 m

O controlador utilizado o ComApAMF-25 [13]. Este

permite controle e monitoramento do QTA por meio de painel e remotamente por software, Figura 11.

Figura 11.Controlador AMF-25.

Suas principais funes so: Monitorao e proteo total do grupo gerador. Medio de tenso e corrente TRE RMS. Medio de kW, kVAr, kWh, kVArh e fator de

potncia. Suporte para motor eletrnico. Histrico de eventos. O conversor de corrente alternada (CA) para corrente

contnua (CC) tem a finalidade de alimentar o controlador AMF 25 na tenso de entrada 8 a 36 volts, CC. [13].

D. Montagem do QTA: Com todos os componentes definidos procedeu-se

montagem do QTA,consistindo primeiramente em dispor os trilhos em dimenses especficas, de acordo com as dimenses dos componentes escolhidos.

Em seguida foi feita instalao de todos os componentes na caixa eltrica sem o cabeamento, conforme a Figura12.

Figura 12. Componentes do QTA posicionados sem cabeamento.

Observam-se na Figura 12 os componentes internos em

suas respectivas posies.Em seguida, foi instalado o cabeamento da chave de transferncia, de acordo com o diagrama do fabricante conforme a Figura15 (ver Anexo A) [12], [13].

Foi feita a ligao dos fios do disjuntor, rels, conversor e controlador, conforme diagrama dos fabricantes, Figura 16, (ver Anexo B) [13]. O resultado da montagem e cabeamento da parte de controle e potncia mostrado na Figura13, a seguir.

Conversor AC DC Disjuntor e rels

Chave de transferncia

Painel de Status Botes de comando

Indicadores de fonte

Figura13. Componentes do QTA com cabeamento completo. Observa-se na Figura 14a ligao dos componentes

internos do QTA, do gerador, rede concessionria e carga. A parte de controle localiza-se acima da chave de transferncia automtica.

V. ANLISES E DISCUSSES

O projeto foi concludo, levando em consideraes todos os requisitos de segurana. Aps a montagem do QTA os seguintes testes foram realizados:

Continuidade nos condutores e contatos. Operao do disjuntor, rels e chave de transferncia

automtica. Verificao de polaridade. Verificao de fugas.

A. Aferio das tenses. Com a montagem do QTA foram realizados testes de

tenso no gerador, comparando com os resultados obtidos pela leitura da tenso da concessionria. Os resultados foram ordenados na Tabela III. TABELA III LEITURA DE TENSO TRIFSICA CONCESSIONRIA E GERADOR

Fontes Tenso de sada (v)

Concessionria L1L2 218 v L2L3 219 v L3L1 221 v

Gerador L1L2 216 v L2L3 216 v L3L1 216 v

Verifica-se na Tabela III que as tenses de linha da

concessionria apresentam desbalanceamento. Enquanto as tenses de linha do gerador apresentam-se perfeitamente balanceadas. Tambm se observa que os valores de tenses da concessionria variam ente 218 e 221 volts e os do gerador apresentam valores fixo de 216 volts.

Os testes mostram que a tenso fornecida pelo gerador ligeiramente menor que a tenso fornecida pela concessionria. Esta observao mostra que h uma queda de tenso em relao ao valor nominal. Esta queda

resultado da operao conjunta dos rels quando a unidade energizada.

B. Teste de chaveamento do QTA. O circuito de controle do QTA foi testado com um

fornecimento trifsico conectando os fios da rede concessionria aos contatos da chave de transferncia automtica. Foi observado que o indicador da concessionria foi energizado imediatamente com a chave seletora ligada e controlador no modo automtico. Quando a chave foi desligada, simulando uma falta na rede da concessionria, os contatos de partida do gerador foram energizados. Quando a rede da concessionria foi restabelecida, ligando a chave seletora principal, o contato da rede da concessionria foi imediatamente energizado.

Foi simulada uma situao de perda de fase, causando uma falha e desenergizando o contato da concessionria com isso os contatos de partida do gerador foram energizados.

Vrios testes foram realizados para assegurar o bom funcionamento do circuito de controle e para verificar se o sistema montado robusto e confivel. O QTA foi instalado na empresa, integrado ao sistema de emergncia, conforme diagrama da Figura 17 (ver Anexo B).

C. Tempos de acionamento. O QTA funcionou como esperado, acionando

corretamente o grupo gerador durante uma falta. Observou-se, adicionalmente a reduo do tempo de acionamento do grupo gerador se comparado com o acionamento manual feito anteriormente, conforme a Tabela IV.

TABELA IV TEMPO DE ACIONAMENTO DO GRUPO GERADOR Tipo de evento / acionamento Tempo mdio interveno Falta / partida manual

3 min30 s.

Normalizao / parada manual 5 min10 s. Falta / partida automtica 30 s Normalizao / partida automtica 30 s.

O tempo mdio de 3 minutos e 30 segundos para o

acionamento manual se deve ao fato de o funcionrio de planto ser instrudo a esperar um minuto e meio para se dirigir sala do grupo gerador e fazer a sua partida e comutao manuais. O funcionrio deveria aguardar at 3 minutos para restaurar a carga concessionria.

O tempo observado de 30 segundos para o acionamento automtico, verificado na Tabela IV se d ao fato de este tempo ser o configurado a pedido do cliente, durante este lapso de tempo suas cargas essncias, a maioria computadores, tem energia fornecida por no-breaks comerciais. O tempo de acionamento com o QTA foi em mdia 88% menor do que o tempo de acionamento com o sistema manual.

D. Custos de implantao do QTA. O custo total da implantao do QTA, considerando

materiais e mo de obra, foi listado na Tabela V. O controlador e a chave de transferncia automtica so os equipamentos so caros de um QTA. TABELA V CUSTOS DO QUADRO DE TRANSFERNCIA AUTOMTICO

Componente Quantidade Valor Unitrio Valor Total R$

Painel eltrico 1 120,00 120,00

Ligao carga

Ligao concessionria

Ligao ao gerador

Parte de comando

Chave de transferncia

1 1321,74 1321,74

Rels 4 29,90 119,60

Disjuntor bipolar C25

1 60,00 60,00

Controlador 1 1290,00 1290,00

Conversor de tenso AC/DC

1 60,00 60,00

Canaleta PVC 1 9,00 9,00

Botes, Cabos, Diversos

5 16,00 80,00

Material 3.070,34

Mo de obra

3.000,00

Custo total de instalao do QTA

6.050,34

Os dois componentes principais do QTA, chave de

transferncia e controlador, correspondem a aproximadamente 85% do valor total do material.

Verifica-se que, no caso estudado, o custo com materiais praticamente igual ao custo da mo de obra.

E. Anlise Econmica A anlise econmica uma ferramenta que auxilia na

escolha do melhoramento a ser feito. O custo do kWh do gerador pode ser calculado com base em (11) [11].

Prow = (CG X PD) /P + CM (11)

Onde:PrkWh o preo do kWh, CG o consumo do

gerador em litros por hora, PD o preo do litro de diesel, P a potncia do gerador em kW e CM o custo de manuteno do grupo gerador em reais por hora. O custo de manuteno pode ser estimado considerando que o custo anual de manuteno cerca de 1% do custo do gerador. Divide-se este valor pelo nmero de horas em um ano e obtm o valor de CM [11].Aplicando na Equao (11) os dados fornecidos pelo fabricante [9], [10], encontra-se o valor do kWh gerado em reais.

PrkWh = (12,9x2,14) /40+ 0,06) = 0,76. (12)

O custo do kWh da concessionria no horrio de ponta calculado com base nos dados da Tabela I, levando em conta o grupo de consumo a que a empresa pertence.Foi verificado que a unidade consumidora em questo est classificada no grupo A4, entre 2,3 e 13,8 kV; categoria horo-sazonal verde, com demanda contratada de 500 kW[14], [15], [16]. O custoem reais do kWh no horrio de ponta foi calculado em1,94.

Comparando com o custo do kWh da concessionria com o custo do kWh gerado observa-se uma economia de 62% durante o horrio de ponta.O que representa economia de 913,32 reais por ano. Para tanto, o controlador deve ser programado para acionar o grupo gerador, fazendo-o assumir somente a carga crtica, isolando-a do restante do circuito durante o perodo 3 horas, de segunda a sexta, no horrio de pico. Obtendo assim melhor aproveitamento do grupo gerador j disponvel na empresa.

VI. CONCLUSO

O objetivo de minimizar a interveno humana e dar rapidez e preciso ao processo de acionamento do grupo gerador foi alcanadocom o emprego do QTA. Sua funo selecionar a fonte de energia disponvel sem a interveno do usurio, para assegurar o fornecimento contnuo da carga.

Constatou-se a eficincia do QTA no tocante ao tempo de acionamento, pois por se tratar de um dispositivo moderno, pode-se configurar o tempo de partida, garantindo assim que a carga tenha o suprimento de energia disponvel sem perda de tempo. Tambm a restaurao da alimentao da concessionria, quando de volta normalidade, ocorreu em tempo reduzido.

O controlador do QTA possibilitou a automao e monitoramento remoto do fornecimento carga crtica da empresa. Possibilitando ao cliente emitir comandos, acompanhar relatrios e histrico de eventos.

Adicionalmente, constatou-se que o QTA pode proporcionar economia empresa, pois se configurado para acionar o grupo gerador no horrio de ponta, assumindo a carga crtica, torna-se uma soluo economicamente vivel.

Com o desenvolvimento do projeto e os resultados obtidos foi sugerido que a empresa considere a aquisio de um grupo gerador para suprir toda a sua carga no horrio de ponta, o que resultar em maior economia a mdio e longo prazo.

Com a crescente demanda de energia em todos os setores produtivos o QTA torna-se um equipamento fundamental, principalmente em aplicaes em que estejam envolvidos bens e vidas humanas e que dependam do fornecimento contnuo de energia.

Como proposio para trabalhos futuros, o QTA pode ser montado de diversas formas: com controladores computadorizados, conforme abordado neste artigo, usando CLPs com linguagem de programao ou com temporizadores, chaves contatoras e rels. Comparaes de eficincia, limites de operao, custos e facilidade de aquisio de materiais podem ser feitas para adequar o QTA s necessidades e possibilidades decada cliente.

VII. REFERNCIAS [1] Agncia Nacional de Energia Eltrica. Qualidade e Confiabilidade dos

Servios de Energia Eltrica (nov, 2013). Disponvel em www.aneel.gov.br.

[2] J. C. Pereira (jun, 2013). Sistemas eltricos de suprimento de energia para cargas de misso crtica. [Online]. (52), 1-4.Disponvel: www.osetoreletrico.com.br/web/a-revista/edicoes/341.

[3] J. C. Pereira (jun, 2013).Chaves de transferncia automtica. [Online]. Disponvel em www.joseclaudio.eng.br.

[4] O. Markus, Circuitos Eltricos: Corrente Contnua e Corrente Alternada, 8 ed. So Paulo: rica, 2008, pp. 169-223.

[5] H. Creder, Instalaes eltricas, 15 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2013, pp. 58-103.

[6] A. R. Hambley, Engenharia Eltrica: Princpios e Aplicaes, 4 Ed., Rio de Janeiro: LTC, 2009, pp. 113-140.

[7] J. C. Pereira (jun, 2013). Motores e geradores. Princpios de funcionamento, instalao, operao e manuteno. [Online]. Disponvel: www.joseclaudio.eng.br.

[8] C. A. A. Varella e G. S. Santos. Noes Bsicas de Motores Diesel. Apontamentos de Aula. UFRJ. 2010.

[9] Atlas Copco. Manual de Instrues para Geradores. QAS 24-40-55-70-85-105.(ago, 2013). [Online]. Disponvel: www.atlascopco.com.br

[10] Atlas Copco. Catalogo_geradores_v26_tcm10722709719. (ago, 2013). [Online]. Disponvel: www.atlascopco.com.br.

[11] F. A. Iwand. Estudo tcnico-econmico de implantao de um grupo gerador de emergncia em fbrica de refrigerantes. Projeto de graduao - Engenharia Eltrica. Universidade Federal do Esprito Santo. 2007.

[12] CSQ, chave de transferncia automtica HYCQ5M-100/3F (ago, 2013). Disponvel em http://siqiele.en.alibaba.com/.

[13] InteliLiteNT AMF20/25, SW version 1.5, ComAp September 2009 115 IL-NT-AMF-Reference Guide1.5

[14] J. C. Pereira (ago, 2013). Consumo de energia no horrio de ponta. [Online]. Disponvel: www.joseclaudio.eng.

[15] Agncia Nacional de Energia Eltrica.Resoluo homologatria n 1.327. TEs e as Tarifas de Uso dos Sistemas de Distribuio TUSDs .referentes a Centrais Eltricas do Par S.A.(ago, 2013). 2013.

[16] Agncia Nacional de Energia Eltrica.Cadernos Temticos - Tarifas de Fornecimentode Energia Eltrica (ago, 2013). 2005.

Deyse de Melo Mendes graduanda em Engenharia Eltrica: nfase Eletrotcnica, pelo Instituto de Estudos Superiores da Amaznia (IESAM).Obteve a formao tcnica em eletrotcnica pela escola Salesiano do trabalho,Belm,Par,Brasil, em 2003. Atualmente funcionria no departamento de Suporte tcnico Ps venda, na Mauro Chagas Costa graduandoem Engenharia Eltrica: nfase Eletrotcnica, pelo Instituto de Estudos Superiores da Amaznia (IESAM).Obteve a formao tcnica em Processamento de Dados pela Escola TcnicaEstadual do Par. Atualmente servidorpblico estadual, atuando na rea de TI eestagirio da rea de Engenharia da Universidade do Estado do Par.

Michele Mendes de Sales Lima graduanda em Engenharia Eltrica: nfase Eletrotcnica, pelo Instituto de Estudos Superiores da Amaznia (IESAM). Obteve participao em projetos e autoria de trabalho de melhoria na Diviso de Engenharia Manuteno, quando estagiria na Eletronorte Be

Par, Brasil, em 2013. Atualmente estagiria na D. de Operao e Manuteno - OTPE Eletrobrs Eletronorte. ANEXO A

Figura 14: Diagrama simplificado do QTA.

Figura 15: Diagrama interno da chave de transferncia automtica [12].

ANEXO B

Figura 16. Interface do controlador AMF 25 e diagrama de

ligao [13].

Figura 17. Diagrama um sistema de emergncia.

INSTITUTO DE ESTUDOS SUPERIORES DA AMAZNIA IESAM Av. Governador Jos Malcher, 1148 Nazar

CEP: 66240 -260 Belm PA. Fone: (91) 4005-5400

Site: www.iesam-pa.edu.br