自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器

1、. .在電力類別中ATS全稱為自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器，是Automatic transfer switching equipment的縮寫。ATS主要用在緊急供電系統(tǒng)，將負載電路從一個電源自動換接至另一個備用電源的開關(guān)電器，以確保重要負荷連續(xù)、可靠運行。因此，ATS常常應(yīng)用在重要用電場所，其產(chǎn)品可靠性尤為重要。轉(zhuǎn)換一旦失敗將會造成以下二種危害之一，其電源間的短路或重要負荷斷電甚至短暫停電，其后果都是嚴重的，這不僅僅會帶來經(jīng)濟損失使生產(chǎn)停頓、金融癱瘓，也可能造成社會問題使生命及平安處于危險之中。因此，工業(yè)興旺國家都把自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的生產(chǎn)、使用列為重點產(chǎn)品加以限制與標準?；訜醾浞軦TS。 ATS又可

2、解釋為automatic test system ,即自動測試系統(tǒng)。自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器，即ATSEAutomatic Transfer Switching Equipment。 主要適用于額定電壓交流不超過1000V 或直流不超過1500V 的緊急供電系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)換電源期間中斷向負載供電。 1.ATSE的定義 1.1 轉(zhuǎn)換開關(guān)電器轉(zhuǎn)換開關(guān)Transfer Switching Device (Transfer Switch) 將一個或幾個負載電路從一個電源轉(zhuǎn)換至另一個電源的電器。 1.2 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(ATSE) Automatic Transfer Switching Equi

3、pment (ATSE) 由一個或幾個轉(zhuǎn)換開關(guān)電器和其它必需的電器組成，用于監(jiān)測電源電路、并將一個或幾個負載電路從一個電源自動轉(zhuǎn)換至另一個電源的電器。電氣行業(yè)中簡稱為“雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)或“雙電源開關(guān)。 2.ATSE的分類 ATSE 可分為兩個級別：PC 級和CB 級。 PC級ATSE ：只完成雙電源自動轉(zhuǎn)換的功能，不具備短路電流分斷僅能接通、承載的功能； CB級ATSE ：既完成雙電源自動轉(zhuǎn)換的功能，又具有短路電流保護能接通并分斷的功能。 3.ATSE的使用類別3.1 交流： AC-31A/B 電阻負載； AC-33A/B 電動機負載或含電動機、電阻負載和30%白熾燈負載的混合負載； AC-

4、35A/B 放電燈負載； AC-36A/B 白熾燈負載。 3.2 直流： DC-31A/B 電阻負載； DC-33A/B 電動機負載或含電動機的混合負載； DC-36A/B 白熾燈負載。 注：A為頻繁操作，B為不頻繁操作。 4.ATSE的正常使用環(huán)境條件 4.1 周圍空氣溫度：+ 40 -5UL在其它標準內(nèi)有規(guī)定。 4.2 海拔院不超過2 000m。 4.3大氣條件： 濕度。最高溫度為+40時，空氣的相對濕度不超過50%，在較低的溫度下可以允許有較高的相對濕度，例如20時達90%日常環(huán)境。 污染等級：污染等級2 家用及類似用； 污染等級3 工業(yè)級。 工業(yè)用電器一般適用于污染等級3的環(huán)境。 4.

5、4 過電壓類別安裝類別：IV電源水平進線端，III配電水平，II負載水平控制電器。 4.5 電磁環(huán)境：環(huán)境A 非公共電網(wǎng)，有較高騷擾源，環(huán)境B公共電網(wǎng)，無較高騷擾源。 5.選用的根本原那么如下1： 5.1 選型時需特別注意的指標有：CB 級ATSE 的額定短路接通與分斷能力。 5.2 原那么上ATS 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器不作為短路保護電器使用,只作為電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)使用。 5.3 ATSE 的額定電流應(yīng)大于或等于其上級空氣斷路器的整定電流。 5.4 根據(jù)每路電源的性質(zhì)及不同用途確定投切方式：自投自復、自投不自復。 5.5 根據(jù)每路電源的性質(zhì)指定優(yōu)先電源、不指定優(yōu)先電源;并確定相關(guān)功能如過欠電壓檢測

6、、頻率檢測、缺相檢測、通訊接口、電氣機械互鎖、連續(xù)可調(diào)的延時轉(zhuǎn)換等，可實現(xiàn)自動、遠程、緊急手動控制等。 6.ATSE的開展歷程 電源切換系統(tǒng)類產(chǎn)品開展大體經(jīng)歷了三類：接觸器類、塑殼斷路器類/負荷隔離開關(guān)類、一體式自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器類。 6.1 接觸器類 此類電源切換系統(tǒng)以接觸器為切換執(zhí)行部件，切換功能用中間繼電器或邏輯控制模塊組成二次回路完成控制功能，一般為非標產(chǎn)品，缺點是主回路接觸器工作需要二次回路長期通電，容易產(chǎn)生溫升發(fā)熱、觸點粘結(jié)、線圈燒毀等故障。因為是非標產(chǎn)品，其組成元器件較多，產(chǎn)品質(zhì)量受元器件、制造工藝制約，故障率較高，現(xiàn)已逐漸被新產(chǎn)品代替。 6.2 塑殼斷路器類 此類電源切換系統(tǒng)以塑

7、殼式斷路器為切換執(zhí)行部件，切換功能用ATS自動控制單元完成，有機械和電氣連鎖，功能完善，操作性能好，使用壽命高，組成元器件較少，安裝方便。該類屬CB級轉(zhuǎn)換開關(guān)電器，由兩個斷路器作為電流分斷單元，并配備電流脫扣器 ，具備一定的保護能力，斷路器的接通/分斷能力比繼電器高很多。 該類產(chǎn)品穩(wěn)態(tài)時由機械構(gòu)造進展保持，由于斷路器同負荷隔離開關(guān)本身的區(qū)別，在過電流狀況下的應(yīng)用效果不如PC級產(chǎn)品。 6.3 負荷隔離開關(guān)類 負荷隔離開關(guān)型轉(zhuǎn)換開關(guān)電器是在兩個負荷隔離開關(guān)的根底上加裝電動操作機構(gòu)、機械連鎖機構(gòu)、自動控制單元等一體化組裝而成。電流的分斷單元為負荷隔離開關(guān)，其觸頭滅弧系統(tǒng)是以分斷一次電弧要求設(shè)計的，不

8、具備電路的保護功能，這一類產(chǎn)品屬于PC級產(chǎn)品，它因采用了彈簧儲能、瞬時釋放的加速機構(gòu)，能快速接通、分斷電路或進展電路的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)品操作性能可靠。 6.4 一體式自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器類 此類電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是集開關(guān)與邏輯控制于一體，無需外加控制器，真正實現(xiàn)機電一體化的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。此類電源切換系統(tǒng)產(chǎn)品的觸頭系統(tǒng)采用“單刀雙擲設(shè)計，為統(tǒng)一設(shè)計制造，體積小，構(gòu)造簡單。該產(chǎn)品不具備電流保護功能，屬于PC級轉(zhuǎn)換開關(guān)電器產(chǎn)品。該類產(chǎn)品一般轉(zhuǎn)換時間比較小，開關(guān)切換驅(qū)動采用電機驅(qū)動，切換平穩(wěn)可靠，操作器電機驅(qū)動只在開關(guān)切換瞬間有電流通過，穩(wěn)態(tài)時無需提供工作電流，節(jié)能顯著。產(chǎn)品無溫升發(fā)熱、觸點粘結(jié)、線圈燒毀現(xiàn)象。開關(guān)帶有

9、機電聯(lián)鎖裝置，可實現(xiàn)自投自復、自投不自復、失壓、欠壓、斷相保護、手動自動轉(zhuǎn)換、延時控制等，為電源切換類主流產(chǎn)品。 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATSE的國家產(chǎn)品標準是2002年10月發(fā)布，2003年4月開場實施的。但在此之前的幾十年里，早就有了雙電源供電系統(tǒng)的應(yīng)用。遇到雙電源轉(zhuǎn)換的場合，大多使用雙接觸器和雙斷路器組合的形式來實現(xiàn)而且這種使用方式至今也在使用。 每一種定型的產(chǎn)品都有其自身的定義、功能、作用、執(zhí)行標準和典型應(yīng)用，機械接觸器的定義為：僅有一個休止位置，能接通、承載和分斷正常電路條件包括過載運行條件下的電流的一種非手動操作的機械開關(guān)電器；其作用是遠距離頻繁地接通和分斷主電路和大容量控制電路；產(chǎn)品制造標

10、準為GB14048.4-2003。機械的斷路器的定義為：能接通、承載以及分斷正常電路條件下的電流，也能在所規(guī)定的非正常電路例如短路下接通、常在一定時間合分斷電流的一種機械開關(guān)電器；斷路器的作用就是自動切斷故障線路、保護負載設(shè)備及配電線路，也可以用于補頻繁地接通和斷開電路以及控制電動機的啟/停；產(chǎn)品制造標準為GB14048.2-2001。 接觸器多用于控制回路，而斷路器用于保護回路，但兩個接觸器或兩個斷路器組合，在經(jīng)過合理的機械/電氣聯(lián)鎖以后，就可以完成雙電源轉(zhuǎn)換功能。 用雙接觸器來完成雙電源轉(zhuǎn)換的功能，使用歷史已經(jīng)有幾十年了，其性能的好壞這里不做評價，但有一點值得注意：組合以后的接觸器只完成電

11、源轉(zhuǎn)換的功能，不再具有線路控制的功能了。如果該回路中需要遠距離啟動電動機等設(shè)備，依然需要再增加控制作用的接觸器！ 用雙斷路器來完成雙電源轉(zhuǎn)換功能也是應(yīng)用了幾十年了，與雙接觸器所不同的是，一開場人們就賦予這兩個斷路器雙重任務(wù)-電源轉(zhuǎn)換和線路保護。 二、ATSE的功能 1 根本功能雙電源轉(zhuǎn)換。 GB/T14048.11-2002標準中，轉(zhuǎn)換開關(guān)被定義為：將一個或幾個負載電路從一個電源轉(zhuǎn)換至另一個電源的電器；自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器ATSE為：由一個或幾個轉(zhuǎn)換開關(guān)電器和其他必需的電器組成，用于監(jiān)視電源電路、并將一個或幾個負載電路從一個電源自動轉(zhuǎn)換至另一個電源的電器。也就是在兩路供電電源間，選擇一路符合標準的

12、向負載持續(xù)供電，這就是ATSE最根本的功能。 2 附加功能保護功能。 按照GB/T14048.11-2002標準，ATSE被分為PC級和CB級兩類，PC級就是只完成ATSE的根本功能-雙電源轉(zhuǎn)換；而CB級ATSE除了轉(zhuǎn)換功能以外，還被賦予過電流短路保護的功能，實際上CB級ATSE就是以往用雙斷路器組合完成電源轉(zhuǎn)換功能的一種產(chǎn)品明確化、定型化。 ATSE到底選用PC級還是CB級，一直是建筑電氣業(yè)內(nèi)這幾年爭論的焦點，這將決定供配電系統(tǒng)是否另設(shè)保護元件而增加本錢。無論是CB級ATSE還是用兩個斷路器組合完成雙電源轉(zhuǎn)換功能，在制造和使用中必須確保一點：操作機構(gòu)應(yīng)具有可靠的電氣與機械聯(lián)鎖以防止同時接通正

13、常電源與備用電源。這里所要求的電氣聯(lián)鎖比較容易理解，但如何確定可靠的機械聯(lián)鎖呢？ 按構(gòu)造形式分類，斷路器有框架斷路器、塑殼斷路器之分。無論那種形式的斷路器，開關(guān)觸頭的構(gòu)造是一樣的圖三。包括動、靜觸頭在內(nèi)的帶電體，都是被封在開關(guān)內(nèi)部，也就是說無法看到斷路器的觸頭。那么雙斷路器是如何做機械聯(lián)鎖的呢？ 斷路器觸頭構(gòu)造塑殼斷路器使用一種機械驅(qū)動/聯(lián)鎖機構(gòu)，固定塑殼斷路器的扳把，保證一個斷路器扳把在上該斷路器的閉合位置、同時另一斷路器的扳把在下該斷路器的斷開位置，從而到達機械聯(lián)鎖。但實際使用中我們發(fā)現(xiàn)斷路器的扳把不是那么可靠，不能真實的反響開關(guān)觸頭的位置，如果扳把和開關(guān)觸頭間的聯(lián)鎖杠桿壞掉，就有可能扳把

14、的移動沒有帶動開關(guān)動觸頭的移動，根本做不到兩斷路器可靠的機械聯(lián)鎖。 目前市場上廣泛使用的框架開關(guān)及其聯(lián)鎖機構(gòu)鋼絲簧或者鋼桿，可以完成保護和電源轉(zhuǎn)換功能。同樣，框架斷路器的動、靜觸頭被密閉在框架中，無論用鋼絲簧還是鋼桿都無法觸及到即便觸及到也是相當危險的！所以這種外置的剛性聯(lián)鎖，實際聯(lián)鎖的是反映開關(guān)狀態(tài)的位置節(jié)點。斷路器有三個位置：“ON、“OFF、“TRIP，每一個位置會有一個位置節(jié)點做出反響來。這一位置反響可以用電信號遠傳-常常被用作雙斷路器的電氣聯(lián)鎖，也可以通過鋼桿、鋼絲簧等剛性元件做位移反響-被用作雙斷路器的機械聯(lián)鎖。但反映開關(guān)狀態(tài)的位置節(jié)點和開關(guān)動觸頭間還有一個聯(lián)鎖關(guān)系，并不是直接與動

15、觸頭相連，如果這一聯(lián)鎖關(guān)系發(fā)生了故障，位置節(jié)點就不能真實反響開關(guān)動觸頭的位置所在。因此，在這位置節(jié)點上做的機械聯(lián)鎖，不能很可靠的保證不同時接通兩路供電電源！ 如果將經(jīng)常使用的雙斷路器轉(zhuǎn)換形式，準確的用圖例表示為： 那么很多設(shè)計和用戶就會覺察這種方式不是那么可靠了。所以說，雙斷路器的保護和轉(zhuǎn)換的雙重作用，實際上是犧牲了轉(zhuǎn)換的平安可靠性為代價的。 使用雙斷路器做電源轉(zhuǎn)換時，還應(yīng)注意幾個問題： 1。斷路器的有效隔離問題。 斷路器按是否適合隔離分為適合隔離型 和不適合隔離型 兩類。因為斷路器是保護性元件，觸頭構(gòu)造為快分快合形式，而且動/靜觸頭間隙較小。因此隔離功能就是一個弱項。我們常見的配電系統(tǒng)如下：

16、 所增加的隔離開關(guān)，就是不能確定斷路器的隔離功能，害怕斷路器顯示位置為別離狀態(tài)，而開關(guān)觸頭實際沒有別離或隔離，人員操作、維護負載是發(fā)生觸電的意外事故，因此回路中加設(shè)了隔離作用的隔離開關(guān)，以確保線路的別離。另外一種解決方法就是用含有明確隔離功能的斷路器。 雙電源轉(zhuǎn)換時，一定不能將兩路供電電源短接在一起，因此也要求做轉(zhuǎn)換用的電器開關(guān)-無論是斷路器、接觸器、機械開關(guān)，都要有很明確的開關(guān)觸頭先別離隔離再投入的要求。同樣，我們不能確定常規(guī)斷路器的觸頭隔離功能，因此，選擇雙斷路器組合的電源轉(zhuǎn)換，或者使用CB級的ATSE開關(guān)，應(yīng)該選擇有隔離功能的斷路器。 2。斷路器的維護問題。 斷路器與熔斷器相比，最大的優(yōu)

17、點就是重復使用，當短路故障排除以后，斷路器就可以復位繼續(xù)使用。斷路器主要有兩個技術(shù)指標：額定電流和短路分斷/接通電流。經(jīng)歷過短路電流沖擊以后，雖然脫扣器快速動作，保護了線路和斷路器開關(guān)，但開關(guān)觸頭還是通過了短路電流沖擊，接觸面會有灼蝕，降低了開關(guān)的性能。也就是斷路器在經(jīng)歷短路沖擊以后，額定電流不發(fā)生變化，可以繼續(xù)使用，但短路分斷能力會降低，失去了原有的設(shè)計性能。因此，斷路器也是要檢修和維護。 如果斷路器作為雙電源轉(zhuǎn)換使用，有了固定的聯(lián)鎖機構(gòu)，固定式、插入式斷路器是無法解裂這一聯(lián)鎖機構(gòu)而維護單個斷路器的。如果需要檢修或更換起保護作用的斷路器，就要將兩路電源在ATSE的上游全部斷開，造成雙回路供電

18、全面斷電。對于抽屜式斷路器來說，如果開關(guān)能方便的抽出更換，那么兩臺之間的聯(lián)鎖就更加不結(jié)實了。 3。斷路器的保護類型。 斷路器有電機型、配電型等區(qū)分，同時有過電流、過負荷、接地故障保護等類型。供電系統(tǒng)中，會根據(jù)負載的實際要求，選擇不同類型的保護斷路器。但這些特殊位置的斷路器，在完成雙電源轉(zhuǎn)換的功能時，會出現(xiàn)很多弊病。例如在消防泵前端的轉(zhuǎn)換開關(guān)，如果使用CB級的產(chǎn)品，而且斷路器有過負荷保護，火災(zāi)發(fā)生時，消防泵就不能過負荷運行，否那么這兩個斷路器都將跳脫，從而限制了消防泵的使用。 供配電系統(tǒng)中如何選擇斷路器及其整定值，本身就是一個復雜的工作；選擇斷路器的同時還要考慮雙電源轉(zhuǎn)換的問題正常使用情況、短路

19、情況、過負荷情況、失壓/失頻情況、兩路供電電源并聯(lián)情況、設(shè)備聯(lián)動等眾多問題，這讓設(shè)計者和產(chǎn)品制造廠商很難抉擇。因此建議ATSE還是不要有保護功能為好。 因此，我們不建議使用CB級的ATSE或者雙斷路器來完成轉(zhuǎn)換和保護。 3 附加功能隔離功能。 GB14048.3-2002/IEC60947-3:2001是低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備-開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)及熔斷器組合電器的國家產(chǎn)品標準。談?wù)摴┡潆娋€路的電氣隔離問題，要先理解這一產(chǎn)品標準。因為我們是使用隔離器或者隔離開關(guān)來完成線路電氣隔離的。 這一產(chǎn)品標準中，先了解相關(guān)的定義： 機械開關(guān)：在正常電路條件包括規(guī)定的過載工作條件，能夠接通、承載和分斷電流

20、，并在規(guī)定的非正常電路條件下例如短路，能在規(guī)定時間內(nèi)承載電流的一種機械開關(guān)電器； 隔離器：在斷開狀態(tài)下能符合規(guī)定的隔離功能要求的機械開關(guān)電器； 隔離開關(guān)：在斷開狀態(tài)下能符合隔離器的隔離要求的開關(guān)。 1。ATSE與機械開關(guān)的比照。 從該標準中看出，開關(guān)定義名詞中并沒有我們?nèi)粘Ｋ岬降摹柏摵砷_關(guān)，而我們所理解的“負荷開關(guān)實際上就是該標準中定義的機械開關(guān)。也許是機械開關(guān)容易讓人聯(lián)想到“刀開關(guān)等低檔產(chǎn)品，所以相關(guān)的生產(chǎn)或銷售方才創(chuàng)造出了“負荷開關(guān)這一名詞。 因為產(chǎn)品的用途不同，所遵照的制造標準也不一樣，實在不好比較ATSE和機械開關(guān)。這里還是圍繞ATSE的實際使用中應(yīng)該注意的技術(shù)參數(shù)，從三個方面比照這

21、兩種開關(guān)：1是開關(guān)的操作性能；2是開關(guān)帶載動作能力；3是開關(guān)抗短路能力。 由表一可以看出，ATSE的產(chǎn)品標準和機械開關(guān)的產(chǎn)品標準所規(guī)定的使用類別是有差異的，不好等同。就我們設(shè)計中最常使用的負載類別來舉例，以下內(nèi)容選擇ATSE的AC-33以及機械開關(guān)的AC-22使用類別來比照相關(guān)技術(shù)指標。 表二、驗證操作性能從表二中看出，ATSE側(cè)重于開關(guān)通電情況下的動作能力，而機械開關(guān)側(cè)重于不通電情況下的動作情況，也就是主要考察開關(guān)的機械構(gòu)造而不是電氣性能了。目前在中國市場上，廣泛宣揚的“上萬次的轉(zhuǎn)換動作開關(guān)，實際上就是機械開關(guān)的根本要求。 表三、驗證額定接通和分斷能力 在以往的文章中曾經(jīng)闡述過ATSE的額定

22、接通和分斷能力的實際意義，簡單的說就是檢驗ATSE帶負載轉(zhuǎn)換的能力。顯然機械開關(guān)帶負載動作的能力，遠遠低于ATSE的要求！ PC級ATSE和機械開關(guān)、隔離開關(guān)都不是保護性元件，因此，供電回路中發(fā)生短路情況時，這兩種開關(guān)都用“額定短時耐受電流Icw來衡量的。開關(guān)的短路性能。 滿足GB14048.3標準的開關(guān)，其短路耐受電流不得小于12倍的最大額定工作電流，通電持續(xù)時間應(yīng)為1s，例如100A隔離開關(guān)，額定短時耐受能力1200A并耐受1秒鐘；GB14048.11中，要求100A ATSE開關(guān)，額定短時耐受能力5000A并耐受0.03秒鐘。 因為產(chǎn)品作用的不同，在發(fā)生短路是要求各種開關(guān)的反響也不一樣。

23、GB14048.3要求短路情況下開關(guān)的接通、承載良好，而PC級那么凸現(xiàn)短時間承受高短路電流沖擊的作用。 通過以上幾點的比照，我們得出3個結(jié)論： 1 GB14048.11與GB14048.3是不同種電器開關(guān)的產(chǎn)品標準，因電器開關(guān)的作用不同，產(chǎn)品標準的檢驗條件存在很大差異； 2 符合GB14048.3產(chǎn)品標準的電器開關(guān)，不一定能符合GB14048.11產(chǎn)品標準；如果要讓機械開關(guān)作為ATSE開關(guān)來使用，應(yīng)該按GB14048.11的相關(guān)內(nèi)容從新檢驗； 3 符合GB14048.11標準的產(chǎn)品，應(yīng)該注意依據(jù)負載使用類別和開關(guān)是否頻繁使用來選擇適宜的ATSE。 2。機械開關(guān)與隔離開關(guān)的比照。 機械開關(guān)與隔離

24、開關(guān)所遵從的產(chǎn)品標準都是GB14048.3，他們的差異就在于：隔離開關(guān)除了滿足機械開關(guān)所要求的接通、承載、分斷電流以外，還具有隔離功能。因此，隔離開關(guān)還要有電器間隙和爬電距離、斷開位置的隔離距離、斷開位置的顯示與鎖定等要求，在GB14048.3和GB14048.1中都做了明確規(guī)定，也有比較嚴格的檢驗條件。 就像使用斷路器來做ATSE一樣，我們希望ATSE有轉(zhuǎn)換功能，也有短路保護功能，因此也就有了最為廣泛的ATSE PC級與CB級的爭論。同理，我們也可以希望ATSE有轉(zhuǎn)換功能，同時也有隔離功能。但從這一節(jié)的闡述中我們看出：這一愿望是好的，但因為產(chǎn)品的作用、制造標準、檢驗條件有很大的差距的客觀條件約束下，這一愿望很難實現(xiàn)！如果說有一種具有隔離功能的ATSE，那么就如同一種具有保護功能的ATSE一樣，總是要犧牲ATSE本身的一些必須的功能的例如平安可靠性。 因此，建議ATSE不用具備隔離功能。