1. 电源自动转换开关电器的适用范围
自动转换开关电器简称为ATSE,是英文automatic transfer switching e-quipment的缩写。
ATSE主要用在紧急供电系统,将负载电路从一个电源自动换接至另一个(备用) 电源的开关电器。当常用电源出现失压、欠压、过压、缺相等故障时,它能将负载迅速地从常用电源自动换接到备用电源,从而确保用电的连续性、可靠性。因此,ATSE常常应用在重要用电场所,如消防、高层建筑、邮电通讯、煤矿、化工、船舶、军事设施、生产流水线、交通、能源、冶金、医疗机构等对供电连续性、可靠性要求较高的各种场所。转换一旦失败将会造成以下两种危害之一,其电源间的短路或重要负荷断电 (甚至短暂停电),其后果都是严重的,这不仅仅会带来经济损失 (使生产停顿、金融瘫痪),也可能造成社会问题(使生命及安全处于危险之中)。
2.ATSE应符合国家标准
ATSE符合GB/T 14048.11—2002《低压开关设备和控制设备第6部分:多功能电器第1篇自动转换开关电器》。等同采用IEC60947-6-1: 1998(1.2版) 《低压开关设备和控制设备第6部分: 多功能电器第1篇自动转换开关电器》标准。
3. 电源切换系统的组成
电源切换系统的相关产品大体分为三类: 接触器类、空气断路器类、电源自动转换开关电器(ATSE) 类,其中电源自动转换开关的切换部件又分为断路器和负荷隔离开关两种。
(1) 接触器类: 此类电源切换系统以接触器为切换部件,切换功能用中间继电器或逻辑控制模块组成二次回路完成控制功能,一般为非标产品,缺点是主回路接触器工作需要二次回路长期通电,容易产生温升发热、触点粘结、线圈烧毁等故障。因为是非标产品,其组成元器件较多,产品质量受元器件、制造工艺制约,故障率较高,现已逐渐被新产品代替。
(2) 空气断路器类: 此类电源切换系统以塑壳断路器为切换部件,切换功能用ATS自动控制单元完成,有机械和电气联锁,功能完善,组成元器件较少,安装方便,无二次线路,一般置于配电柜中,用在计算电流较大(630A以上) 的场所。
(3) ATSE一般由两部分组成: 开关本体+控制器。而开关本体又有PC级(整体式) 与CB级(断路器) 之分。
PC级: 能够接通、承载、但不用于分断短路电流的ATSE。优点是: 结构简单,体积小,规格品种多,联锁安全可靠,使用寿命长,操作维护简单,可实现自动化、智能化、远程化控制。缺点是: 一般需另外配备短路保护电器。
CB级: 配备过电流脱扣器的ATSE,它的主触头能够接通并用于分断短路电流。优点是: 具有热过载保护功能和短路保护功能。缺点是: 体积较大较高,转换动作较慢 (1.5s以上),寿命较低,易出故障 (如滑扣或再扣等),机械联锁一旦失败,易对电源产生危害; 热脱扣后必须手动复位再扣之后才能继续工作,维修难度较大,电源规格较小 (一般≤1 600A)等,因而应用受到一定限制。故CB级ATSE实际上可以看作是由以往的分立电器元件电源转换系统向一体化电源转换系统发展中的一个中间过渡产品。
各类切换开关的性能比较见表1-170。
表1-170 各类切换开关的性能比较
| 项目 | 接触器类 |
CB级二台塑 壳断路器型 |
CB级二台万 能式断路器型 | PC级二段式 | PC级三段式 |
| 投入方法 |
双线圈 永久激磁 | 储能带动连杆 | 储能带动连杆 | 瞬时激磁 | 瞬时激磁 |
| 耐压特性 | 差 | 较好 | 较好 | 好 | 好 |
| 电路隔离 | 差 | 差 | 差 | 好 | 好 |
| 电气联锁 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 |
| 机械联锁 | 可外加 | 可外加 | 可外加 | 有 | 有 |
|
负载电流 遮断能力 | 差 | 好 | 好 | 好 | 好 |
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故障电流遮断 及投入能力 | 差 | 好 | 好 | 较好 | 好 |
| 安置容量 | 小A(小安培) | 中 | 大 | 大 | 大 |
| 故障检修 | 易 | 不易 | 不易 | 易 | 易 |
| 消灯电能 | 大 | 小 | 小 | 小 | 小 |
4.ATSE的应用电路
控制器主要用来检测被监测电源 (两路) 工作状况,当被监测的电源发生故障(如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差) 时,控制器发出动作指令,开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源,图1-140是ATSE应用电路。控制器与开关本体进线端相连。
N:常用电源
R:备用电源
L:负载
QN、QR:静触头
ATSE:转换开关
图1-140 ATSE应用电路
5.ATSE的选用
(1) 确定ATSE的额定工作电压及使用类别。
(2) 根据计算电流选择ATSE的规格。各不同厂家的产品规格会稍有不同。选用的基本原则如下:
①PC级、CB级ATSE在现有规范情况下均可使用。但选型时需特别注意的指标有: PC级ATSE的额定短路接通能力和额定短时耐受电流和CB级ATSE的额定短路接通与分断能力。
②原则上ATSE不作为短路保护电器使用,只作为电源自动转换开关使用,前端应设置空气断路器保护,这样更为妥当,有利于日后的安全使用、维护及检修。
③ATSE的额定电流应大于或等于其上级空气断路器的过负荷动作电流。
(3) 根据每路电源的性质及不同用途确定投切方式及各种功能: 自投自复、自投不自复、指定优先电源、不指定优先电源、过欠电压检测、频率检测、缺相检测、通讯接口、电气机械互锁、连续可调的延时转换及自动、远程、紧急手动控制。
6. 选用ATSE应注意的事项
(1) 应注意产品符合什么标准: 符合GB 14048.3—2003的产品只能叫电动 (或电操作) 转换开关,不是双电源自动转换开关电器; 只有符合GB/T 14048.11—2002标准的产品,在电源间相序不同情况下,才允许直接转换。
(2) CB级ATSE应注意产品使用场所和安装: CB级ATSE一般不允许在重要负载 (或备用消防泵) 的线路中使用。两台断路器输入接线的相序必须保持一致,两个电源 (常用电源、备用电源) N线不能接错; 装置底板必须可靠接地,以保证安全供电。
(3) 应注意ATSE动作时间选择: CB级ATSE总动作时间一般在2 000～3 000 ms;
PC级二段式ATSE总动作时间一般在50～250 ms; PC级三段式ATSE总动作时间一般在350～600 ms。
(4) 应注意对高感抗负载转换的控制: ATSE一般是不允许带大电动机或高感抗负载转换。比如大电动机类负载,当其在运行中切换而电源相位又差距较大时,它将受到巨大的机械应力冲击,同时由电动机产生的反电势引起的过电流还会造成熔断器熔丝熔断或断路器脱扣。解决方法常采用电阻吸收或减负荷方式,或自动转换开关为延时转换型,两组动触头在转换前增加一延时,可避免在切换大电机或变压器负载时引起的冲击电流。
(5) PC级ATSE使用应注意以下几个问题:
①使用类别选择: PC级ATSE有两种使用类别: 一是适用于AC—33B;另一种适用于AC—31B;开关的使用类别表示其控制负载的能力。
AC—33B: 适用电动机混合负载。既包含电动机、电阻负载和30%以下白炽灯负载,接通与分断电流为6Ie;
AC—31B: 适用无感或微感负载,接通与分断电流为1.5Ie;
由此可见,选择使用AC—33B的ATSE比选择使用AC—31B的ATSE更安全、可靠。对小容量(≤100A) ATSE通常带电动机负载(如消防泵) 直接转换,ATSE最好具有AC—3指标(直接通断鼠笼型电动机)。
②短路保护电器选择: 由于PC级ATSE不具有短路保护功能,因此,需配短路保护电器。短路保护电器一般有两种,熔断器或断路器。由于熔断器限流性能好,限制短路电流能力强,它常被使用在系统出现预期短路电流大的地点处; 而断路器限流性能差,额定限制短路电流能力低。不同的企业ATSE产品规定的额定限制短路电流不同,表1-171为PC级自动转换开关电器额定限制短路电流值(供参考)。
表1-171 自动转换开关电器额定限制短路电流值
| ATSE额定电流/A | 100 | 200 | 400 | 800 | 1600 | |
| 额定限制短路电流/kA | 与熔断器配合 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 与断路器配合 | 10 | 20 | 35 | 42 | 50 | |
在选择短路保护电器额定电流值时,一般的原则是短路保护电器(熔断器或断路器) 与被保护电器(ATSE) 额定框架电流值一致 (即1:1)。
③PC级二段式与三段式选择: 二段式ATSE开关主触头仅有两个工作位,即 “常用电源位” 与“备用电源位”,负载不会出现长期断电情况,供电可靠性高,转换动作时间快。
三段式ATSE开关主触头有三个工作位,多个 “零位 (是指电动状态下)”,即主触头处于空挡,负载断电时间相对较长,是二段式断电时间的2～3倍。
三段式的“零位” 主要是用于ATSE在带高感抗或大电机负载转换时,为避免冲击电流做“暂态停留” 之用; 而非用于负载维修时隔离之用。维修时的隔离一定要选择隔离开关,它更安全。因为,隔离开关必须具有以下功能:
a.动触头在断开位置时可锁定或可视。
b.具有较高的额定冲击耐受电压(1.25倍)。
c.在任何情况下,极限泄漏电流不应超过6mA。