雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的技術(shù)設(shè)計(jì)及選擇

自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)ATSE（AutomaticTransferSwitchEquipment）是一種常用的電器開關(guān)設(shè)備，主要作用是在兩路可用的供電電源間，選擇一路安全、可靠的電源向負(fù)載供電，以保證負(fù)載用電的連續(xù)性。自從有了雙路電源向負(fù)載供電的配電系統(tǒng)，就有了雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的應(yīng)用。我國相關(guān)部門于2002年10月8日頒布了ATSE的**標(biāo)準(zhǔn)GB／T14048.11，并在2003年4月1日起實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)等同于國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC60947—6—1。本文將緊密結(jié)合GB／T14048.11標(biāo)準(zhǔn)，綜合設(shè)計(jì)和使用中存在的問題，尤其是招標(biāo)技術(shù)要求中，對ATSE的要求和限定內(nèi)容，做以下初步的闡述和探討。

GB／T14048.11定義：自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器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)測電源電路、并將一個(gè)或幾個(gè)負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換至另一個(gè)電源的電器。由該定義我們可以理解如下：

（1）ATSE是一種獨(dú)立的電氣開關(guān)

它并列于斷路器、負(fù)荷開關(guān)、熔斷器、接觸器等電氣開關(guān)，具有相應(yīng)的電氣參數(shù)要求。

（2）ATSE是由轉(zhuǎn)換開關(guān)和相應(yīng)的監(jiān)視、控制等電子電路組成

也就是說，只有完整的ATS主開關(guān)加配套的控制器才能構(gòu)成ATSE。

（3）由ATSE所配套的控制機(jī)構(gòu)自行監(jiān)視兩路供電電源的狀況

按一般理解，供電電源被監(jiān)視的主要參數(shù)應(yīng)該是電壓和頻率，但該標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確指出被監(jiān)視的應(yīng)該是三相還是單相電壓／頻率。對于設(shè)計(jì)者來說，如果要求ATSE有缺相轉(zhuǎn)換功能，則ATSE的控制器應(yīng)具備雙路三相偵測的功能。

（4）這一轉(zhuǎn)換過程是自動(dòng)完成的

ATSE的控制器將偵測的雙路電源的實(shí)際狀況，與控制器預(yù)先存儲(chǔ)的設(shè)定做比較和邏輯判斷，然后做出是否驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制命令。

（5）這種轉(zhuǎn)換是在兩路電源間完成的

目前的供電系統(tǒng)中，對于緊急負(fù)載大多數(shù)是兩路電源一用一備的情況，但也有一用兩備的三電源供電系統(tǒng)。對于這種系統(tǒng)，不能單靠一個(gè)ATSE來完成轉(zhuǎn)換。其解決辦法是：用兩個(gè)ATSE來組合完成，或使用三臺(tái)斷路器（注意是否有機(jī)械連鎖）外置控制和電氣連鎖來完成。

2、ATSE的分類

依據(jù)**標(biāo)準(zhǔn)，ATSE只有一種分類方式：PC級和CB級。目前市場上常說的“兩段式”、“三段式”ATSE是不規(guī)范的稱謂。

PC級的ATSE就是只完成雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能，而不具備短路電流分?jǐn)嗟墓δ埽籆B級的ATSE是既可以完成雙電源轉(zhuǎn)換、又可以具有短路電流保護(hù)的功能。

PC級和CB級ATSE各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，無法簡單的衡量PC級和CB級到底哪一個(gè)更好。設(shè)計(jì)和使用者自己可根據(jù)本地區(qū)的使用習(xí)慣和系統(tǒng)要求來選擇ATSE的級別，同時(shí)要結(jié)合其他電氣元件來組建應(yīng)急供電系統(tǒng)。

3、ATSE的基本技術(shù)參數(shù)

作為一種電氣開關(guān)，ATSE有些基本的技術(shù)參數(shù)和要求，這也是設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)和編寫招標(biāo)技術(shù)文件中應(yīng)該包含的技術(shù)要點(diǎn)，主要有：

（1）級別

選擇和使用ATSE，首先要確定其級別，是PC級還是CB級。這將影響到以后如何選擇ATSE的短路特性。

（2）額定電壓、額定工作電流、額定頻率、開關(guān)極數(shù)

這些電氣技術(shù)參數(shù)跟我們熟悉的斷路器的電氣參數(shù)一樣，在這里就不贅述了。

（3）使用類別

使用類別是對負(fù)載類型的分類。按照**標(biāo)準(zhǔn)，具體分類見表l。

表lATSE的使用類別

在**標(biāo)準(zhǔn)中，至少有額定接通和分?jǐn)嗄芰筒僮餍阅軆蓚€(gè)ATSE的重要指標(biāo)是跟使用類別密切相關(guān)的。

額定接通與分?jǐn)嗄芰κ怯芍圃鞆S規(guī)定的，指在規(guī)定條件下，ATSE能夠接通與分?jǐn)嗟碾娏髦?。對于純阻性?fù)載來說，接通和分?jǐn)嗟碾娏骶褪穷~定電流。但實(shí)際使用中很少有單純的阻性負(fù)載，大多數(shù)是感性、容性、阻性的混合負(fù)載。例如對電動(dòng)機(jī)型負(fù)載的轉(zhuǎn)換，對于絕大多數(shù)ATSE都是“先斷后接”的轉(zhuǎn)換，也就是在轉(zhuǎn)換過程中，對于電動(dòng)機(jī)負(fù)載來說實(shí)際是再加電、再起動(dòng)的過程。此處的ATSE要有足夠的接通和分?jǐn)嗄芰頋M足起動(dòng)瞬間的沖擊電流。**標(biāo)準(zhǔn)中對這一參數(shù)做了專門的限定和實(shí)驗(yàn)條件，見表2。

表2ATSE的接通與分?jǐn)鄬?shí)驗(yàn)條件

由上表可以看出，無感或微感負(fù)載AC一31的接通能力很小，其額定接通和分?jǐn)嗄芰χ挥?.5倍的額定電流，基本上不考慮感性或容性負(fù)載的再起動(dòng)沖擊。對于大多數(shù)負(fù)載來說，應(yīng)該按AC一33來考慮，也就是說能夠滿足6倍額定電流接通與分?jǐn)鄺l件要求（因?yàn)榇蠖鄶?shù)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流是額定電流的6～8倍，所以在**標(biāo)準(zhǔn)中，對于AC一33的負(fù)載類型，是用6倍的額定電流來做實(shí)驗(yàn)的）。

在設(shè)計(jì)和使用過程中，一定要分清使用類另Ⅱ的概念，即使選擇了滿足IEC60947—6一l（等同于GBl4048.11的IEC標(biāo)準(zhǔn)）要求、但僅適用于AC一3l級負(fù)載使用類別的ATSE，對電動(dòng)機(jī)型負(fù)載而言，依然會(huì)因瞬間接觸產(chǎn)生的沖擊電流造成ATS觸頭的融化、粘連。

因此，建議設(shè)計(jì)者和使用者在不能明確負(fù)載類型時(shí)，可以依據(jù)AC一33A、33B型負(fù)載來選擇ATSE。

跟使用類別緊密相連的另一ATSE技術(shù)指標(biāo)就是操作性能，相關(guān)**標(biāo)準(zhǔn)要求參見表3。

表3驗(yàn)證ATSE的操作性能對應(yīng)于各種使用類別的接通與分?jǐn)鄺l件

與上面的講解一樣，因?yàn)樨?fù)載使用類別的不同，AC一33型負(fù)載比AC一3l型負(fù)載的實(shí)驗(yàn)條件更苛刻，更能適用于復(fù)雜類型的實(shí)際負(fù)載。

（4）短路特性

1)額定短時(shí)耐受電流ICW

對于PC級ATSE來說，其只完成轉(zhuǎn)換而不具備短路保護(hù)能力，其自身的短路保護(hù)是依靠前端的斷路器（或熔斷器）來完成的。該斷路器或熔斷器不是為保護(hù)ATSE而單獨(dú)設(shè)立的，而是保護(hù)整個(gè)回路的。ATSE也是回路中的電氣元件，也是在被保護(hù)范圍之內(nèi)的。

PC級ATSE在遇到短路電流時(shí)，要在一定的時(shí)間內(nèi)可以耐受一定的短路電流沖擊，直到保護(hù)斷路器起作用。這一耐受能力就是額定短時(shí)耐受電流，具有“耐受時(shí)間”和“耐受電流值”兩個(gè)概念。**標(biāo)準(zhǔn)中對額定短時(shí)耐受電流的規(guī)定見表4。

表4額定鋪時(shí)耐受電．流的相關(guān)規(guī)定

注：以交流50Hz來考慮

目前中國市場上的ATSE基本滿足這一要求。需要說明的是兩點(diǎn)：

(1)額定短時(shí)耐受電流是由制造廠規(guī)定的，ICW和ICU、ICS是不同的概念。

額定極限短路分?jǐn)嗄芰CU也是由制造廠家給出的，是斷路器的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)，表示斷路器**能承載和分?jǐn)嚅_多大的短路電流。

額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰CS也是斷路器的基本技術(shù)指標(biāo)，表示實(shí)際運(yùn)行中，斷路器可以分?jǐn)嚅_多大的短路電流。用極限短路分?jǐn)嗄芰CU的百分比來表示，一般有：50%、75%、100%。

額定短時(shí)耐受電流ICW，一是針對不具備保護(hù)能力的電器元件，例如：負(fù)荷開關(guān)、接觸器、PC級ATSE等的基本技術(shù)參數(shù)。ICW和ICU間沒有換算關(guān)系，但斷路器的ICW值一定小于ICU值。例如NS系列開關(guān)，800A額定的ICU值可以高達(dá)75kA，但I(xiàn)CW值只有25Ka（1s）。它們都是由生產(chǎn)廠家實(shí)驗(yàn)給出的數(shù)值，用于衡量不同電氣設(shè)備的參數(shù)。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)和使用中，這兩個(gè)數(shù)值要求都應(yīng)該是設(shè)計(jì)者計(jì)算得出，由生產(chǎn)廠家來滿足的。

簡單來說，ATSE的核心部件應(yīng)該是開關(guān)的觸頭，至于驅(qū)動(dòng)觸頭的方式和閉鎖觸頭位置的方法有很多種。而ICW值的大小主要是取決于觸頭的品質(zhì)。我們知道，導(dǎo)體通電發(fā)熱量與流過的電流平方和時(shí)間成正比，要想提高ICW值使觸頭不因過熱而熔化，就要提高開關(guān)觸頭的熔點(diǎn)，使用高熔點(diǎn)的合金觸頭和增大觸頭接觸面積來降低導(dǎo)體電阻。

(2)ICW值滿足**要求不一定滿足實(shí)際工程的使用要求。對于相同額定電流的斷路器來說，其短路分?jǐn)嗳萘烤陀懈?、中、低的區(qū)分，所以設(shè)計(jì)者要根據(jù)自己的計(jì)算來指定使用ATES處的短路耐受電流，這一值往往高出**標(biāo)準(zhǔn)要求很多。例如從變電所低壓母線上直接引出150A額定容量的回路為變電所本身使用，所選擇的ATSE額定容量為150A，但短路耐受容量可能要到40kA以上。而**標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的150AATSE10kA就可以滿足了。

2)短路接通能力

與前面討論的額定接通能力類似，如果轉(zhuǎn)換是發(fā)生在短路故障時(shí)，例如因短路而跳脫正常電源的斷路器使ATSE正常電源側(cè)失電，ATS觸頭接觸時(shí)就要承受更大的電流，ATSE的這一承受能力用短路接通能力來衡量。

3)CB級ATSE的額定短路接通和分?jǐn)嗄芰@一技術(shù)指標(biāo)很好理解，實(shí)際上就是斷路器的額定短路接通和分?jǐn)嗄芰Γ@里就不贅述了。