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關(guān)于自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（ATSE）設(shè)計(jì)應(yīng)用的探討 一、概述： 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器，即ATSE(Automatic Transfer Switching Equipment)。主要適用于交流不超過(guò)1000V或直流不超過(guò)1500V的緊急供電系統(tǒng)，用于兩路電源切換，以確保重要負(fù)荷（一、二級(jí)用電負(fù)荷）連續(xù)安全、可靠運(yùn)行。ATSE常常應(yīng)用在重要用電場(chǎng)所，至少是二級(jí)負(fù)荷用戶，其產(chǎn)品的可靠性尤為重要。轉(zhuǎn)換一旦失敗，其后果是很嚴(yán)重的。目前在工程設(shè)計(jì)中雙電源自動(dòng)切換開關(guān)電器（ATSE）的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)產(chǎn)品的正確認(rèn)識(shí)，合理選擇，合理使用也變得越來(lái)越重要。下面筆者就此類問(wèn)題談幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和體會(huì)，希望對(duì)同行們的設(shè)計(jì)有所幫助。 二、ATSE的定義和分類： 1、定義：根據(jù)GB/T14048.11-2002《自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》的定義，ATSE是由一個(gè)（或幾個(gè)）轉(zhuǎn)換開關(guān)電器和其他必需的電器組成，用于監(jiān)測(cè)電源電路，并將一個(gè)或多個(gè)負(fù)載電路從一個(gè)電源轉(zhuǎn)至另一個(gè)電源的電器。 2、分類：根據(jù)GB/T14048.11-2002標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器可分為PC級(jí)和CB級(jí)兩個(gè)級(jí)別。 PC級(jí)：能夠接通、承載、但不用于分?jǐn)喽搪冯娏鞯腁TSE。 CB級(jí)：配備過(guò)電流脫扣器的ATSE，它的主觸頭能夠接通并用于分?jǐn)喽搪冯娏鳌?br> 3、目前在本地市場(chǎng)上這兩種級(jí)別的產(chǎn)品很多，CB級(jí)產(chǎn)品有：常熟開關(guān)廠的CA1系列，天津萬(wàn)高的WATSNB系列，深圳泰永的TBBQ2系列，無(wú)錫新宏泰的HTQI系列，天津百利的TQ30系列等；PC級(jí)產(chǎn)品有：揚(yáng)州新菱的XLS9系列，常熟開關(guān)廠的CAP1系列，天津萬(wàn)高的WATSG系列，深圳泰永的TBBQ3系列，無(wú)錫新宏泰的HTQII系列，天津百利的TQ40P系列等。 三、ATSE的結(jié)構(gòu)形式： 無(wú)論什么型式的ATSE，從結(jié)構(gòu)看都是由三部分構(gòu)成：開關(guān)本體（或者稱為主觸頭開關(guān)）、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、控制器。目前市場(chǎng)上提供的產(chǎn)品，按照結(jié)構(gòu)分，有以下幾種類型。 1、 兩個(gè)接觸器 機(jī)械連鎖 控制器組成。 2、 兩個(gè)斷路器 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（電機(jī)驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)板/撥動(dòng)版） 控制器組成。（CB級(jí)ATSE） 3、 兩個(gè)刀開關(guān)（或負(fù)荷-隔離開關(guān)） 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)（電機(jī)驅(qū)動(dòng) 齒輪傳動(dòng)/連桿傳動(dòng)） 控制器組成。（PC級(jí)ATSE） 4、 單一負(fù)荷開關(guān) 雙電磁力驅(qū)動(dòng) 控制器組成。（PC級(jí)ATSE） 5、 一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān) 單電磁力驅(qū)動(dòng) 控制器組成。（一體式PC級(jí)ATSE） 上述產(chǎn)品有的是利用現(xiàn)有的開關(guān)電器（刀或負(fù)荷開關(guān)、斷路器、接觸器）組合而成(如1、2、3)，也有的是專用設(shè)計(jì)開發(fā)的ATSE(如4、5)。 四、各類ATSE產(chǎn)品的性能對(duì)比： 各類ATSE由于其開關(guān)本體的電器性能以及結(jié)構(gòu)形式不同，決定他們各有各自的特點(diǎn)。 1、電氣性能對(duì)比： 作為其開關(guān)本體的一體式ATSE,斷路器，刀開關(guān)和負(fù)荷開關(guān)應(yīng)符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)要求的主要電氣性能見(jiàn)表一。 表一 100A~630A一體式ATSE及斷路器、負(fù)荷開關(guān)主要電氣性能要求對(duì)比表 接通/分?jǐn)嗄芰?電操作性能 額定短時(shí)耐受電流（Icw） 額定短路接通能力（Icm） 額定短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cn） 實(shí)驗(yàn) GB14048.11 一體式ATSE(AC-33B) 6In，1.05Ue COSφ=0.5 12次 1In，1.05Ue COSφ=0.8 1000次 20Ie 或 10KA 1.7*Icn 20Ie 不同相序 GB14048.2 斷路器(AC-33A/B) 6In，1Ue COSφ=0.5 12次 1In，1Ue COSφ=0.8 1000次 12Ie 或 5KA 1.7*Icn Icn 同相序 GB14048.3刀或 負(fù)荷開關(guān)(AC-23) 10/8Ie，1.05Ue COSφ=0.45 3-5次 1Ie，1Ue COSφ=0.65 200次 12Ie 無(wú) 無(wú) 同相序 通過(guò)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)三者電氣性能指標(biāo)有較大區(qū)別。一體式ATSE電氣性能指標(biāo)最優(yōu)越，尤其是耐受沖擊電流的能力，因?yàn)楸Ｕ想娫垂?yīng)是ATSE的基礎(chǔ)和核心功能，確保ATSE自身安全，不能因?yàn)檫^(guò)電流而被燒毀這一點(diǎn)很重要。ATSE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定額定短路耐受電流（Icw）最小10KA（或者20Ie），是低壓開關(guān)電器中要求最高的。 2、五種ATSE產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及性能對(duì)比：見(jiàn)表二 表二 5種ATSE產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及性能對(duì)比表 序 號(hào) 產(chǎn)品性能 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器 接觸器 負(fù)荷開關(guān) CB級(jí)ATSE PC級(jí)ATSE 一體式PC級(jí)ATSE 1 開關(guān)本體 2臺(tái)接觸器 2臺(tái)刀或負(fù)荷開關(guān) 2臺(tái)斷路器 1臺(tái)負(fù)荷開關(guān) 1臺(tái)轉(zhuǎn)換開關(guān) 2 開關(guān)機(jī)構(gòu) 電斑鐵 閘刀機(jī)構(gòu) 帶鎖扣機(jī)構(gòu) 雙電磁機(jī)構(gòu) 旋轉(zhuǎn) 3 機(jī)構(gòu)可靠性 線圈易燒毀 好 低 好 好 4 保持方式 通電 機(jī)械 機(jī)械 機(jī)械 機(jī)械 5 觸頭開距 小 小 小 小 大 6 觸頭接觸電阻 小 一般 較高 小 小 7 觸頭過(guò)載能力 10Ie 12Ie 12Ie 20Ie 20Ie或10KA 8 接通/分?jǐn)嗄芰?小 小 大 低 大 9 耐短路能力 觸頭易熔焊 大 觸頭易斥開 大 大 10 機(jī)械/電氣壽命 高 低 低 高 高 11 使用類別 單臺(tái)AC-3 單臺(tái)AC-23 AC-33 AC-31 AC-33 12 過(guò)電流引起轉(zhuǎn)換失靈 不能 不能 能 不能 不能 13 轉(zhuǎn)換速度 一般 一般 慢 快 快 14 產(chǎn)品體積 小 大 大 小 小 15 符合標(biāo)準(zhǔn) GB14048.4 GB14048.3 GB14048.2GB/T14048.11GB14048.11GB/T14048.11 16 性能比 最低 低 低 低 高 通過(guò)對(duì)比，可以看出一體式PC級(jí)ATSE具有理想的結(jié)構(gòu)及性能要求：①、產(chǎn)品性能符合GB/T14048.11《自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》標(biāo)準(zhǔn)；②、開關(guān)本體是由單臺(tái)開關(guān)電器組成，產(chǎn)品體積??；③、一個(gè)動(dòng)觸頭自身聯(lián)鎖，不會(huì)造成兩路電源同時(shí)被接通事故；④、開關(guān)的觸頭開距大，易于拉斷電弧，轉(zhuǎn)換過(guò)程安全；⑤、觸頭接點(diǎn)由優(yōu)質(zhì)合金材料組成，接觸電阻小；⑥、開關(guān)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，單臺(tái)單磁鐵操作，可靠性好，轉(zhuǎn)換速度快；⑦、電器使用類別不低于AC-33（電動(dòng)機(jī)負(fù)載或包含電動(dòng)機(jī)、電阻負(fù)載和30%以下白熾燈負(fù)載的混合負(fù)載）；⑧、具有承受較高短路電流沖擊的能力；⑨、無(wú)脫扣器，不會(huì)因負(fù)載過(guò)電流引起ATSE不轉(zhuǎn)換事故。 五、ATSE在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用 在低壓配電系統(tǒng)中，依據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-95與《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/16-92的要求：對(duì)于較重要的一、二級(jí)負(fù)荷，應(yīng)采用雙電源或雙回路供電，對(duì)一、二級(jí)消防用電設(shè)備的供電，應(yīng)在最末一級(jí)配電箱處做自動(dòng)切換。因此，自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（ATSE）的應(yīng)用需求越來(lái)越大，如何正確的選擇和使用ATSE也成為設(shè)計(jì)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的 ATSE產(chǎn)品主要有三類，一是由接觸器組成的ATSE,二是由斷路器組成的CB級(jí)ATSE,三是一體化PC級(jí)ATSE。由接觸器組成的ATSE是最早應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中的，這類產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，機(jī)械及電氣壽命高，產(chǎn)品體積小，由成套廠家自行組裝，生產(chǎn)制作方便。缺點(diǎn)是接觸器線圈長(zhǎng)期通電耗能，且受電網(wǎng)波動(dòng)線圈易燒毀，觸頭因抖動(dòng)易熔焊，其產(chǎn)品的機(jī)械聯(lián)鎖、電氣可靠性很低。由于此類產(chǎn)品逐步被CB級(jí)和一體化PC級(jí)ATSE所替代，故本文不做討論。下面就其他兩類ATSE在低壓配電系統(tǒng)的應(yīng)用做一下討論。 1、CB級(jí)和PC級(jí)ATSE的選擇 CB級(jí)ATSE固有的特點(diǎn)就是具有短路保護(hù)功能，不需要過(guò)載保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)了雙電源切換和短路保護(hù)功能，減少了連接點(diǎn)，價(jià)格相對(duì)于PC級(jí)ATSE較低。從ATSE保障電源供應(yīng)的角度看，不允許過(guò)載切換，所以，不能采用具有過(guò)載保護(hù)功能的斷路器作為ATSE主觸頭開關(guān)電器。同時(shí)CB級(jí)ATSE的低壓斷路器選型與上下級(jí)出線回路低壓斷路器選型配合應(yīng)滿足配電保護(hù)選擇性的要求，否則容易導(dǎo)致上下級(jí)同時(shí)跳閘，特別是當(dāng)ATSE的斷路器與下級(jí)斷路器同時(shí)跳閘后，由于ATSE的動(dòng)作輸入信號(hào)是取自ATSE的上口，當(dāng)正常電源側(cè)電壓或頻率都正常時(shí)，ATSE的控制器檢測(cè)不到電源故障，開關(guān)就不會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換, 就會(huì)造成同一ATSE下的其他重要負(fù)荷電源供電中斷的事故。如圖1所示。 PC級(jí)ATSE只有電源轉(zhuǎn)換功能，沒(méi)有短路及過(guò)載保護(hù)功能，整個(gè)開關(guān)都是獨(dú)立重新設(shè)計(jì)的一體式結(jié)構(gòu)形式，操作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，主觸頭切換容量大，抗氧化性能好，耐短路電流沖擊能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換速度快。如果出現(xiàn)ATSE前端與后端斷路器選擇性保護(hù)不當(dāng)，同時(shí)跳閘，ATSE能夠檢測(cè)到電源停電，將會(huì)轉(zhuǎn)換到備用電源，確保其他重要負(fù)荷供電。如上圖2所示。 ATSE選型建議： ①、一級(jí)負(fù)荷以及一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷宜采用一體化結(jié)構(gòu)的PC級(jí)ATSE。 ②、一、二級(jí)消防負(fù)荷宜采用一體化結(jié)構(gòu)的PC級(jí)ATSE。 ③、CB級(jí)ATSE的斷路器應(yīng)選擇不帶過(guò)載保護(hù)功能的塑殼斷路器（MCCB），不宜采用微型斷路器。 2、ATSE不應(yīng)作為隔離電器使用，其前端應(yīng)設(shè)隔離電器。 目前ATSE有二段式和三段式兩種，二段式開關(guān)主觸頭僅有兩個(gè)工作位（正常電源位和備用電源位），這種ATSE轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間較快；三段式開關(guān)主觸頭有三個(gè)工作位，多個(gè)“零位”,零位時(shí)主觸頭處于空檔，負(fù)載斷電時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，是二段式的2~3倍。三段式ATSE設(shè)置“零位”的主要作用是當(dāng)負(fù)載為高感抗或大電機(jī)負(fù)載時(shí)，為避免沖擊電流做“暫態(tài)停留”之用，另在實(shí)際設(shè)計(jì)中又兼做非消防電源斷電之用，而非用于負(fù)載維修時(shí)隔離之用。根據(jù)國(guó)標(biāo)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-95第2.1.3條，第2.1.6條以及國(guó)標(biāo)《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50055-93第2.5.1條的規(guī)定，同時(shí)考慮ATSE自身也需要檢修和維護(hù)，所以在配電系統(tǒng)中ATSE前端應(yīng)設(shè)置隔離電器。 ATSE前端隔離電器的選擇建議： ①、CB級(jí)ATSE前端只設(shè)置隔離電器（負(fù)荷-隔離開關(guān)）。 ②、PC級(jí)ATSE：當(dāng)配電系統(tǒng)采用樹干式供電時(shí)，其ATSE前端設(shè)置符合隔離要求的只具有短路保護(hù)功能的斷路器；當(dāng)采用放射式供電時(shí)，此斷路器設(shè)于上級(jí)，ATSE前端只須設(shè)隔離電器（負(fù)荷-隔離開關(guān)）。 2、 ATSE動(dòng)作時(shí)間的選擇 根據(jù)GB/T14048.11-2002《自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》的規(guī)定，一臺(tái)ATSE轉(zhuǎn)換速度有五種動(dòng)作時(shí)間（觸頭轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間、總動(dòng)作時(shí)間、返回轉(zhuǎn)換時(shí)間、斷電時(shí)間）。一般設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意“總動(dòng)作時(shí)間”或者“轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間”，以滿足不同配電系統(tǒng)的要求。二段式PC級(jí)ATSE總動(dòng)作時(shí)間一般為50~250ms, 三段式PC級(jí)ATSE總動(dòng)作時(shí)間一般為350~600ms,CB級(jí)ATSE總動(dòng)作時(shí)間一般為2000~3000ms。 為防止電力設(shè)備（如大電機(jī)）斷電即接通啟動(dòng)可能造成機(jī)械損傷或?qū)υO(shè)備產(chǎn)生不良影響時(shí)，可選用帶延時(shí)型ATSE,這種ATSE適用于電動(dòng)機(jī)、變頻器、整流器負(fù)載及特殊的醫(yī)療設(shè)備負(fù)載。為減少在電源轉(zhuǎn)換過(guò)程中的瞬時(shí)斷電對(duì)高強(qiáng)度氣體放電光源不能連續(xù)照明以及計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)不能正常工作，可選用不延時(shí)型ATSE, 這種ATSE適用于重要場(chǎng)所的安全照明，重要計(jì)算機(jī)的電子數(shù)據(jù)處理裝置，重要場(chǎng)所用電設(shè)備的應(yīng)急備用電源以及證卷交易所、金融交易及銀行、大型體育場(chǎng)館、大型百貨商場(chǎng)、超市等場(chǎng)所的應(yīng)急備用照明。 ATSE動(dòng)作時(shí)間的選擇建議： ①、設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)允許供電中斷時(shí)間及負(fù)載特性選定ATSE的轉(zhuǎn)換時(shí)間，且ATSE應(yīng)能躲過(guò)電源電壓閃變、瞬變等干擾。如ATSE的固有轉(zhuǎn)換時(shí)間不能滿足要求時(shí)，需選用帶延時(shí)型ATSE，應(yīng)在圖紙上注明ATSE的延時(shí)時(shí)間。 ②、ATSE上下級(jí)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求配合。 ③、ATSE總的動(dòng)作時(shí)間宜參考表三。 表三 負(fù)荷允許最大中斷供電時(shí)間（s） 負(fù)荷情況 負(fù)荷允許中斷的動(dòng)作時(shí)間（s） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等 A級(jí) ≤0.004 B級(jí) ≤0.2 C級(jí) ≤1.5 應(yīng)急照明 一般場(chǎng)所 ≤5 高危險(xiǎn)區(qū) ≤0.25 醫(yī)療設(shè)備 0級(jí)（不間斷） 0（不間斷自動(dòng)供電） 0.15級(jí)（極短時(shí)間隔） ≤0.15 0.5級(jí)（短時(shí)間隔） ≤0.5 15級(jí)（中等間隔） ≤15 大于15級(jí)（長(zhǎng)時(shí)間隔） ≥15 4、 三相四線制（0.4/0.23kV）電力系統(tǒng)中ATSE極數(shù)的選用原則： ①、同一接地系統(tǒng)中，帶漏電保護(hù)的兩個(gè)電源回路下級(jí)的ATSE，三相四線供電應(yīng)采用四極ATSE，單相供電應(yīng)采用兩極ATSE。 ②、兩種不同接地系統(tǒng)（包括兩個(gè)不同中性線接地點(diǎn)的TN-S系統(tǒng)）間電源轉(zhuǎn)換的ATSE，三相四線供電應(yīng)采用四極ATSE，單相供電應(yīng)采用兩極ATSE。 ③、正常供電電源與備用發(fā)電機(jī)之間，當(dāng)采用不同的接地方式時(shí)其轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)采用四極ATSE。 ④、IT系統(tǒng)中當(dāng)引出中性線時(shí)，三相四線供電應(yīng)采用四極ATSE，單相供電應(yīng)采用兩極ATSE。 ⑤、在有總等電位聯(lián)結(jié)的情況下，TN-S、TN-C-S系統(tǒng)除原則①、②、③、的情況外一般不需要設(shè)四極ATSE。 ⑥、TN-C系統(tǒng)嚴(yán)禁采用四極ATSE。 5、其他注意事項(xiàng)： ①、ATSE應(yīng)滿足短路條件下的動(dòng)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定要求。CB級(jí)的ATSE應(yīng)滿足短路條件下的分?jǐn)嗄芰?，PC級(jí)的ATSE應(yīng)承載短路耐受電流的要求。 ②、市電與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換用的ATSE宜采用PC級(jí)、一體化結(jié)構(gòu)、三位式的ATSE。當(dāng)采用自投自復(fù)的ATSE時(shí)，自動(dòng)復(fù)歸應(yīng)有適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，延時(shí)時(shí)間可調(diào)，并與發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)間相匹配。 ③、ATSE用于消防配電系統(tǒng)雙電源末端自動(dòng)切換時(shí)，除一路市電加一路發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)宜采用自投自復(fù)型外，其余宜采用自投不自復(fù)型。 ④、當(dāng)日常維護(hù)及損壞維修仍要確保連續(xù)供電時(shí)，建議選用旁路隔離型、旁路抽出型ATSE或采取其它相應(yīng)措施。 ⑤、圖紙中，ATSE應(yīng)至少標(biāo)注以下內(nèi)容： 1 額定電流 2 類型，PC級(jí)或CB級(jí) 3 極數(shù) 4 總動(dòng)作時(shí)間（轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間 延時(shí)時(shí)間） 5 位數(shù)(2位，3位) 6 使用類別 7 當(dāng)為CB級(jí)ATSE時(shí)，尚應(yīng)標(biāo)注脫扣器或熔體整定電流 |
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