ATSE在供配电系统设计中的选用 |
| 2012-06-13 17:08 作者：黄 河 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑：GuiGu 【搜索试试】
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摘要：随着国民经济的高速发展，自动转换开关电器（ATSE）已经在很多重要的供配电系统当中得到广泛地运用，因此ATSE的正确选用将直接影响到重要场所供配电系统的可靠性，通过对几种类型ATSE的对比分析，简述在供配电系统设计中选用ATSE应该注意的一些问题。
关键词：ATSE；PC级；CB级
中图分类号：TM564文献标识码：A文章编号：1671—7597（2012）0420
【《硅谷》杂志2012年4月刊文】
1概述
自动转换开关电器（ATSE）起源于北美地区，最早应用在军工领域。20世纪90年代，ATSE逐渐在我国的工业和民用供配电系统当中开始使用。随着我国经济的快速发展，电力用户对供电的连续性和可靠性要求越来越高。在此背景下，我国专家组参照IEC60947-6-1《自动转换开关电器》标准重新修订并颁布了GB14048.11-2008标准，为ATSE在我国供配电领域越来越广泛的应用提供了依据和指导。
自动转换开关电器ATSE的英文名称是AutomaticTransferSwitchingEquipment。在国家标准《供配电系统设计规范》GB50052-2009和行业标准《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-2008中，ATSE主要应用于一些比较重要的一、二级负荷，通过两路电源的自动切换，以保证重要负荷供电的连续性和可靠性。基于此，正确认识、合理选用ATSE产品也就变得越来越重要。
2ATSE的定义、分类与结构
按照GB14048.11中的定义，ATSE就是一种转换开关电器，主要用于重要的供电系统当中，当一路电源出现故障时，它能将负载电路自动转换到另一路电源。ATSE可分为PC级和CB级。其中PC级是只具有双电源自动转换功能，而不具备短路电流分断（仅能接通、承载）功能的ATSE；CB级是既具有双电源自动转换功能，又具备短路电流保护（能接通并分断）功能的ATSE。
ATSE虽然有多种型式，但是从结构来看，却都是由三个关键部分构成：开关本体、传动机构和控制器。PC级ATSE有两种结构，其中派生PC级ATSE是以隔离开关或负荷开关做为开关本体，而专用PC级ATSE则是采用一体化结构。CB级ATSE通常是以断路器做为开关本体，属于派生的ATSE。
3ATSE的设计、选用
自动转换开关电器（ATSE）的国家标准GB14048.11自2002年颁布以来已经快10个年头了，ATSE也在供配电系统当中得到了越来越广泛地运用。但是有些设计师在选用ATSE的时候，仍然套用了断路器和隔离开关的技术参数（额定电流和级数），而对ATSE的核心功能和各类ATSE的主要技术指标未能予以正确理解和充分重视，最后导致选用的产品不合适，留下潜在的隐患。
3.1PC级与CB级的选用
在工程设计当中，到底选用PC级ATSE还是CB级ATSE，一直以来都是电气行业内争论的焦点，下面我们就通过对PC级和CB级开关电器特点、功能的分析，来找出设计选型时我们应该注意的事项。CB级ATSE采用了断路器做为主体开关，具有短路、过载保护功能，因此CB级具备了“转换和保护”的双重功能，适用于有短路保护要求的供配电系统中。另外，断流容量高的特点，也让CB级在短路容量大的配电系统中具有一定的优势。但是CB级ATSE由于结构复杂、可靠性低、动作速度慢，所以不适用于对可靠性要求很高的负荷，同时要特别注意的是当CB级ATSE因负载故障导致开关保护动作而将正常电源切断时，开关主触头并不会自动转换到备用电源侧，这是因为ATSE控制器所需要的动作信号是从ATSE的电源进线侧采集的，而此时虽然负载发生了故障，但是电源本身却一切正常，那么控制器也就无法检测到电源故障，开关当然也就不会动作，这种情况势必会造成重要负荷停电的事故。从这种情况来看，CB级的保护功能在系统的运行中也有不利的方面，它将会使ATSE丧失“可靠转换”的核心功能。PC级ATSE没有短路及过载保护功能，只有电源转换功能。尤其是专用PC级ATSE，它是按照GB14048.11、IEC60947等标准重新开发设计的一体式结构形式的ATSE，它的优点是：主触头（一般采用银合金）接触电阻小，切换容量大；操作机构采用励磁驱动，可靠高，转换时间短；设有专门的灭弧机构，灭弧效果好，短时耐受电流高；使用类别不低于AC-33；由于没有脱扣器，ATSE不会因为负载故障发生不转换的事故，以确保重要负荷的连续供电。它的缺点是：成本高、开发周期长。
基于以上的特点，我们可以看出PC级与CB级各有优缺点，各有各的适用场合，综合供电的可靠性和经济性，ATSE选型时应注意以下几点：
1）专用PC级ATSE适用于一级负荷中的特别重要负荷以及一、二级消防负荷宜。
2）派生PC级ATSE适用于一级负荷。
3）PC级和CB级ATSE都可以用于二级负荷，如果系统对成本和可靠性要求不高，可以采用CB级ATSE。反之，则采用PC级ATSE。
4）图纸中，ATSE应该标注以下内容：额定电流、类型、极数、总动作时间、位数、使用类别、脱扣器或熔体整定电流（CB级ATSE）。
3.2ATSE极数的选用
在供配电系统当中如何正确选用ATSE的极数，这是一个必须引起大家重视的问题。在《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-2008）等相关的设计规范中，就有对ATSE极数选择的一些规定，比如电源进线侧带漏电保护的两路电源间的切换、两种不同接地形式之间的电源切换、正常供电与备用发电机之间的电源切换、ATSE下接负荷三相严重不平衡及谐波容量较高的两路三相四线配电线之间切换均应采用四极型ATSE，其它场合则宜用三极型ATSE。
从上面的规定可以看出，凡是采用了四极型ATSE的系统，四极开关基本上是用于切换不同性质的电源，这是因为不同性质的电源在各自的零线上都存在有不同的零序电压，如果开关转换时零线不断开就会形成环流，对系统和设备都会有很大的危害。
3.3ATSE位数的选用
二位式ATSE只有两个工作位（正常电源位和备用电源位），这种结构就决定了除转换过程外，负载始终与一路电源保持接通。三位式ATSE有三个工作位（两个电源位和一个零位），零位时开关主触头处于空挡，此时两路电源均处于断开位置。
根据开关两种不同工位的特点可以看出，二位式转换动作时间快，负载断电时间短，供电连续性高，所以二位式ATSE一般使用于电源末端的消防应急系统及要求断电时间极短的场所。
三位式ATSE由于零位的存在，转换动作时间较慢，可靠性较低，但是它可以根据负荷性质调节延时时间，达到安全转换的目的。三位式ATSE一般使用于首端的市电-柴油机电及非消防系统。三位式ATSE还用在带大电动机或高感抗负载转换的特殊情况下，利用三位式的零位进行延时转换，可以减少大功率感性负载在转换时产生的冲击电流。
3.4ATSE转换时间的确定
国标GB/T14048.11《低压开关设备和控制设备》中对转换时间有五种定义，应该特别重视的是总转换时间（本体转换时间+控制器延时时间）和最小断电时间（由开关本体的机构决定）。不同类型的ATSE转换时间是不同的，二位式PC级总转换时间一般是50～250ms；三位式PC级总转换时间一般是350～600ms；CB级总转换时间一般是2～3s。不同的负载情况和电源性质对ATSE转换时间的要求是不同的。比如高危险区应急照明断电允许时间小于等于0.25s，则只有二位式PC级ATSE能满足要求，所以对于允许断电时间小于1s的负载，在设计时应注明转换时间的要求。另外，ATSE的转换时间也不是越快越好，因为ATSE在转换时主触头会有电弧产生，而电弧的熄灭需要一定的时间，只有转换时间大于电弧的存在的时间，才不会发生正常电源和备用电源之间短路的事故。在复杂的供配电系统中，ATSE上下级转换时间应根据系统要求进行配合，下级ATSE的转换时间一般应比上级延迟1s。
3.5ATSE前端的隔离问题
GB50054-95《低压配电设计规范》第2.1.3条中规定：当维护、测试和检修设备需断开电源时，应设置隔离电器。JGJ/T16-2008《民用建筑电气设计规范》第7.5.4条中规定：所选用的ATSE宜具有检修隔离功能，当ATSE本体没有检修隔离功能时，设计上应采取隔离措施。我们在设计时对于不具备隔离功能的ATSE其前端应设置隔离电器，而自身已具备检修隔离功能的ATSE其前端则可不再设置隔离电器。
4结束语
随着科学技术和现代经济的发展，人类对于电力的需求已不仅仅局限于数量上，而是对供电质量提出了更高要求，做为供配电系统当中的一个重要元器件，自动转换开关电器（ATSE）就是在这样的背景下诞生的。从它使用的性质和场合来看，都是为一些非常重要的负荷提供电源保障。因此，我们设计人员在设计时必须从全局出发，综合考虑整个供电系统的具体特征，仔细的分析ATSE产品的各项参数，根据不同系统的要求，在保证可靠性的前提下，经济合理的选用ATSE。
参考文献：
[1]《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-2008）.
[2]《低压配电设计规范》（GB50054-95）.
[3]《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）.（注：本文版权归作者本人和硅谷杂志所有，禁止他人未经授权转载） |
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