自動轉換開關電器的設計應用
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上傳人：admin 上傳時間： 2007-02-08 瀏覽次數： 126 |
關鍵詞 自動轉換開關電器 PC級ATSE CB級ATSE 隔離電氣 使用類別 工作位
依據國家規范《供配電系統設計規范》（GB50052-1995）、《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045-1995，2005年版）及行業標準《民用建筑電氣設計規范》（JGJ/T16 92）的規定：“一級負荷應由兩個電源供電；當一個電源發生故障時，另一個電源不應同時受到損壞。”，“一級負荷中特別重要負荷，除由兩個電源供電外，還必須增設應急電源。為保證對特別重要負荷的供電，嚴禁將其他負荷接入應急供電系統。”，“二級負荷的供電系統，宜由兩回線路供電。”。電源轉換必然要設置轉換開關電器。對于電源轉換時間有特定要求的一、二級負荷及消
依據國家規范《供配電系統設計規范》（GB50052-1995）、《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045-1995，2005年版）及行業標準《民用建筑電氣設計規范》（JGJ/T16 92）的規定：“一級負荷應由兩個電源供電；當一個電源發生故障時，另一個電源不應同時受到損壞。”，“一級負荷中特別重要負荷，除由兩個電源供電外，還必須增設應急電源。為保證對特別重要負荷的供電，嚴禁將其他負荷接入應急供電系統。”，“二級負荷的供電系統，宜由兩回線路供電。”。電源轉換必然要設置轉換開關電器。對于電源轉換時間有特定要求的一、二級負荷及消
防控制室、消防水泵、消防電梯、防煙/排煙風機、應急照明等消防設備的供電均需要設置自動轉換開關電器（ATSE）。作為消防負荷和其他重要負荷的電源轉換裝置，ATSE在工程中得到了廣泛的應用。正確合理地選擇ATSE可確保一、二級負荷供電的可靠性、連續性。ATSE在一、二級負荷的供電系統中是不可缺少和重要一個環。
1 自動轉換開關電器的定義和分類
1.1 ATSE的基本概念
自動轉換開關電器即ATSE是由一個（或幾個）轉換開關電器和其他必須的電器組成，用于監測電源電路并將一個或幾個負載電路從一個電源自動轉換至另一個電源的電器。ATSE由兩部分組成：開關本體+控制器。
1.2 ATSE的分類
目前，我國市場上符合GB/T14048.11（IEC60947-6-1）標準的產品主要有CB級和PC級兩大類。根據ATSE的發展趨勢，將來可能會推出符合GB/T14048.11標準的由接觸器產品派生的，共同應用于重要供電系統的CC級ATSE。
PC級：能夠接通、承載但不用于分斷短路電流的ATSE。
CB級：配備過電流脫扣器的ATSE，它的主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流。
1.3 ATSE的使用類別
使用類別涉及到ATSE接通與分斷能力和操作性能指標，決定ATSE的正確使用環境。設計時應根據負載特性來選擇，否則，會因瞬間接觸產生的沖擊電流造成ATSE觸頭粘連、熔焊，損壞ATSE，并嚴重影響重要供電系統的安全性、連續性。對選用PC級ATSE除了考慮其額定接通與分斷能力外，還應考慮其在短路條件下所能承受的短路能力，即額定短時耐受電流Icw值。詳見表1~表3。
1.4 ATSE的結構形式
第一類：由電動機驅動兩臺斷路器組成的ATSE（CB級）；
第二類：由勵磁操作機構驅動專用轉換開關組成的一體式ATSE（PC級）；
第三類：由電動機驅動兩臺斷路器組成的ATSE（CB級）。
2 使用ATSE的環境條件要求
（1）海拔高度不超過２０００ｍ；由于ATSE的電氣間隙和爬電距離隨海拔高度的增加而降低，其遞減率約為海拔每升高100m降低0.5%~1%。
（2）環境溫度不高于４０℃，不低于－５℃。
（3）相對濕度不大于９５％。
（4）電磁兼容性（EMC）的要求：由于ATSE的工作環境是多樣、復雜、變化的，ATSE所處的電磁環境以及所產生的電磁場是必然存在的。在實際使用中，ATSE（特別是控制器部分）不應受外界的電磁干擾而損壞或誤動作，影響供電系統運行的可靠性、連續性。同時ATSE所產生的電磁效應應滿足國家相應標準，保證電氣系統其他環節的安全穩定運行。
3 設計選用注意事項
（1）產品認證：中國、IEC、UL等都對ATSE制定了專門的標準（幾個標準完全等同），所以，必須選擇符合標準的ATSE。由于我國ATSE沒有實行CCC認證，所以，目前產品符合國家標準的唯一依據就是獲得由中國質量認證中心按照GB/T14048.11標準頒發的CQC證書。
（2）確定自動轉換開關電器（ＡＴＳＥ）的額定工作電壓及使用類別。要注意選擇適合負載特性的ATSE，此點非常重要，否則可能一次切換就導致開關損壞。帶電感負載的ATSE宜選用具有AC－33使用類別的ATSE。符合這種要求的開關的觸頭材料應當是銀合金，開啟速度要快，還必須有專門的滅弧裝置。
（3）設計時選用PC級還是CB級，考慮的出發點不應是是否需要短路保護功能（PC級前面加上短路保護電器，系統就具備與CB級同樣的保護功能），而是可靠性和成本。可靠性要求高，宜選用PC級產品；要求成本低可選用CB級。
（4）不同結構的產品斷開故障電源的時間是不同的，對故障電源（例如斷相）敏感度高的負載，就需要注意，應選用能夠快速斷開故障電源的勵磁驅動式ATSE。采用斷路器的CB級ATSE和采用隔離（負荷）開關的ATSE，是用減速電機驅動（電機轉速一般為15~20rpm，開關需要轉動到一定轉角后觸頭才能斷開），以100A以下電流等級開關為例，控制器發出轉換指令后，需要1s以上的時間故障電源才會斷開，而采用勵磁直接驅動的ATSE，只需要大約30ms故障電源就可以斷開。
（5）PC級前端是否需要加短路保護電器？針對這一問題主要取決于PC級ATSE能否承受前端短路保護電器保護電流的沖擊。如果能夠承受，切換箱內就不需要再加短路保護電器，如果不能承受，就需要加一個短路保護電流低于PC級ATSE額定限制短路電流的保護電器，這需要制造商提供ATSE額定限制短路電流的保護電器類型和參數。PC級ATSE的額定限制短路電流必須與前端保護電器類型和參數匹配，此點需要特別注意。
（6）ATSE二段式與三段式選擇
二段式ATSE開關主觸頭僅有兩個工作位，即“常用電源位”與“備用電源位”，負載不會出現長期斷電情況，供電可靠性高，轉換動作時間快。三段式ATSE開關主觸頭有三個工作位，多個“零位（是指電動狀態下）”，即主觸頭處于空檔，負載斷電時間相對較長，是二段式斷電時間的2~3倍。三段式的“零位”主要是用于ATSE在帶高感抗或大電機負載轉換時，為避免沖擊電流做“暫態停留”之用而非用于負載維修時隔離之用。維修時的隔離一定要選擇更安全的隔離開關。因為隔離開關必須具有以下功能：
①動觸頭在斷開位置時可鎖定或可視；
②具有較高的額定沖擊耐受電壓（1.25倍）；
③在任何情況下，極限泄漏電流不應超過6mA。
（7）ATSE三極與四級的選擇
在電源轉換系統中，應根據配電系統的接地型式、接地保護裝置的設置，能否產生中性電流分流和環流及接地故障電流的分流，避免保護裝置誤動作或拒動作，以確定ATSE的級數。
①根據IEC465.1.5條規定，正常供電電源與備用發電機之間若不是同一接地網絡中時，轉換開關應采用四極型開關。
②帶剩余電流保護的雙電源轉換開關應采用四極型開關。兩個電源開關帶剩余電流保護，其下級的電源轉換開關應采用四極型開關。
③兩種不同接地系統間的電源轉換開關應采用四極型開關。
④TN-S、TN-C-S、系統一般不需要設四級型開關。但TN-S系統的一些特殊情況（三相嚴重不平衡及高次諧波含量較高）是否采用四級開關，需視建筑物的重要性而確定。
（8）旁路型ATSE的應用
對供電系統可靠性、連續性有很高要求的特別重要負荷，為防止ATSE出現故障、損壞或處于檢修時，影響供電的連續性，應設置旁路型ATSE。旁路型ATSE應具有以下功能：
①旁路隔離開關應能在用電負載不停電的狀態下旁通電源至負載，旁路開關與ATSE額定容量應相同；
②旁通電源時應能隔離ATSE及相關控制電源，保證ATSE檢修及更換能夠安全進行；
③應有旁路隔離標志，顯示系統狀態；
④應有電子及機械聯鎖，防止誤操作。
以下場所宜采用旁路型ATSE：
①采用柴油發電機作為應急備用電源的特別重要場所的電源自動轉換；
②省市級及以上廣播電視中心內重要的演播室及機房；
③大型機場的航空雷達站；
④重要的大型通信機站；
⑤大型綜合醫院中對供電系統連續性有特殊要求的手術室；
⑥銀行、金融中心、證券交易所內對供電系統的連續性有特殊要求的場所等。
（9）ATSE的典型設計應用
①圖1為PC級ATSE難以滿足短路計算條件，需要設置短路保護時采用方案。
②圖2為PC級ATSE已經滿足短路計算條件，在樹干式配電系統中或負載側需要設置短路保護時采用方案（放射式配電系統中或負載側不需要設置短路保護時可取消ATSE下端MCCB）。
③圖3為CB級ATSE，前端設置隔離電器。需要設置短路保護時采用方案，但要注意過載長延時保護功能的必要性。
④圖4、圖5為旁路型ATSE，當ATSE出現故障、損壞或接受檢修時，可不影響供電的連續性而采用的方案。&
參考文獻
1 《供配電系統設計規范》（GB50052-1995）
2 《民用建筑電氣設計規范》JGJ/T16-92
3 國家標準GB/T 14048.11-2002《低壓開關設備和控制設備第6部分：多功能電器.第1篇：自動轉換開關電器》
1 自動轉換開關電器的定義和分類
1.1 ATSE的基本概念
自動轉換開關電器即ATSE是由一個（或幾個）轉換開關電器和其他必須的電器組成，用于監測電源電路并將一個或幾個負載電路從一個電源自動轉換至另一個電源的電器。ATSE由兩部分組成：開關本體+控制器。
1.2 ATSE的分類
目前，我國市場上符合GB/T14048.11（IEC60947-6-1）標準的產品主要有CB級和PC級兩大類。根據ATSE的發展趨勢，將來可能會推出符合GB/T14048.11標準的由接觸器產品派生的，共同應用于重要供電系統的CC級ATSE。
PC級：能夠接通、承載但不用于分斷短路電流的ATSE。
CB級：配備過電流脫扣器的ATSE，它的主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流。
1.3 ATSE的使用類別
使用類別涉及到ATSE接通與分斷能力和操作性能指標，決定ATSE的正確使用環境。設計時應根據負載特性來選擇，否則，會因瞬間接觸產生的沖擊電流造成ATSE觸頭粘連、熔焊，損壞ATSE，并嚴重影響重要供電系統的安全性、連續性。對選用PC級ATSE除了考慮其額定接通與分斷能力外，還應考慮其在短路條件下所能承受的短路能力，即額定短時耐受電流Icw值。詳見表1~表3。
1.4 ATSE的結構形式
第一類：由電動機驅動兩臺斷路器組成的ATSE（CB級）；
第二類：由勵磁操作機構驅動專用轉換開關組成的一體式ATSE（PC級）；
第三類：由電動機驅動兩臺斷路器組成的ATSE（CB級）。
2 使用ATSE的環境條件要求
（1）海拔高度不超過２０００ｍ；由于ATSE的電氣間隙和爬電距離隨海拔高度的增加而降低，其遞減率約為海拔每升高100m降低0.5%~1%。
（2）環境溫度不高于４０℃，不低于－５℃。
（3）相對濕度不大于９５％。
（4）電磁兼容性（EMC）的要求：由于ATSE的工作環境是多樣、復雜、變化的，ATSE所處的電磁環境以及所產生的電磁場是必然存在的。在實際使用中，ATSE（特別是控制器部分）不應受外界的電磁干擾而損壞或誤動作，影響供電系統運行的可靠性、連續性。同時ATSE所產生的電磁效應應滿足國家相應標準，保證電氣系統其他環節的安全穩定運行。
3 設計選用注意事項
（1）產品認證：中國、IEC、UL等都對ATSE制定了專門的標準（幾個標準完全等同），所以，必須選擇符合標準的ATSE。由于我國ATSE沒有實行CCC認證，所以，目前產品符合國家標準的唯一依據就是獲得由中國質量認證中心按照GB/T14048.11標準頒發的CQC證書。
（2）確定自動轉換開關電器（ＡＴＳＥ）的額定工作電壓及使用類別。要注意選擇適合負載特性的ATSE，此點非常重要，否則可能一次切換就導致開關損壞。帶電感負載的ATSE宜選用具有AC－33使用類別的ATSE。符合這種要求的開關的觸頭材料應當是銀合金，開啟速度要快，還必須有專門的滅弧裝置。
（3）設計時選用PC級還是CB級，考慮的出發點不應是是否需要短路保護功能（PC級前面加上短路保護電器，系統就具備與CB級同樣的保護功能），而是可靠性和成本。可靠性要求高，宜選用PC級產品；要求成本低可選用CB級。
（4）不同結構的產品斷開故障電源的時間是不同的，對故障電源（例如斷相）敏感度高的負載，就需要注意，應選用能夠快速斷開故障電源的勵磁驅動式ATSE。采用斷路器的CB級ATSE和采用隔離（負荷）開關的ATSE，是用減速電機驅動（電機轉速一般為15~20rpm，開關需要轉動到一定轉角后觸頭才能斷開），以100A以下電流等級開關為例，控制器發出轉換指令后，需要1s以上的時間故障電源才會斷開，而采用勵磁直接驅動的ATSE，只需要大約30ms故障電源就可以斷開。
（5）PC級前端是否需要加短路保護電器？針對這一問題主要取決于PC級ATSE能否承受前端短路保護電器保護電流的沖擊。如果能夠承受，切換箱內就不需要再加短路保護電器，如果不能承受，就需要加一個短路保護電流低于PC級ATSE額定限制短路電流的保護電器，這需要制造商提供ATSE額定限制短路電流的保護電器類型和參數。PC級ATSE的額定限制短路電流必須與前端保護電器類型和參數匹配，此點需要特別注意。
（6）ATSE二段式與三段式選擇
二段式ATSE開關主觸頭僅有兩個工作位，即“常用電源位”與“備用電源位”，負載不會出現長期斷電情況，供電可靠性高，轉換動作時間快。三段式ATSE開關主觸頭有三個工作位，多個“零位（是指電動狀態下）”，即主觸頭處于空檔，負載斷電時間相對較長，是二段式斷電時間的2~3倍。三段式的“零位”主要是用于ATSE在帶高感抗或大電機負載轉換時，為避免沖擊電流做“暫態停留”之用而非用于負載維修時隔離之用。維修時的隔離一定要選擇更安全的隔離開關。因為隔離開關必須具有以下功能：
①動觸頭在斷開位置時可鎖定或可視；
②具有較高的額定沖擊耐受電壓（1.25倍）；
③在任何情況下，極限泄漏電流不應超過6mA。
（7）ATSE三極與四級的選擇
在電源轉換系統中，應根據配電系統的接地型式、接地保護裝置的設置，能否產生中性電流分流和環流及接地故障電流的分流，避免保護裝置誤動作或拒動作，以確定ATSE的級數。
①根據IEC465.1.5條規定，正常供電電源與備用發電機之間若不是同一接地網絡中時，轉換開關應采用四極型開關。
②帶剩余電流保護的雙電源轉換開關應采用四極型開關。兩個電源開關帶剩余電流保護，其下級的電源轉換開關應采用四極型開關。
③兩種不同接地系統間的電源轉換開關應采用四極型開關。
④TN-S、TN-C-S、系統一般不需要設四級型開關。但TN-S系統的一些特殊情況（三相嚴重不平衡及高次諧波含量較高）是否采用四級開關，需視建筑物的重要性而確定。
（8）旁路型ATSE的應用
對供電系統可靠性、連續性有很高要求的特別重要負荷，為防止ATSE出現故障、損壞或處于檢修時，影響供電的連續性，應設置旁路型ATSE。旁路型ATSE應具有以下功能：
①旁路隔離開關應能在用電負載不停電的狀態下旁通電源至負載，旁路開關與ATSE額定容量應相同；
②旁通電源時應能隔離ATSE及相關控制電源，保證ATSE檢修及更換能夠安全進行；
③應有旁路隔離標志，顯示系統狀態；
④應有電子及機械聯鎖，防止誤操作。
以下場所宜采用旁路型ATSE：
①采用柴油發電機作為應急備用電源的特別重要場所的電源自動轉換；
②省市級及以上廣播電視中心內重要的演播室及機房；
③大型機場的航空雷達站；
④重要的大型通信機站；
⑤大型綜合醫院中對供電系統連續性有特殊要求的手術室；
⑥銀行、金融中心、證券交易所內對供電系統的連續性有特殊要求的場所等。
（9）ATSE的典型設計應用
①圖1為PC級ATSE難以滿足短路計算條件，需要設置短路保護時采用方案。
②圖2為PC級ATSE已經滿足短路計算條件，在樹干式配電系統中或負載側需要設置短路保護時采用方案（放射式配電系統中或負載側不需要設置短路保護時可取消ATSE下端MCCB）。
③圖3為CB級ATSE，前端設置隔離電器。需要設置短路保護時采用方案，但要注意過載長延時保護功能的必要性。
④圖4、圖5為旁路型ATSE，當ATSE出現故障、損壞或接受檢修時，可不影響供電的連續性而采用的方案。&
參考文獻
1 《供配電系統設計規范》（GB50052-1995）
2 《民用建筑電氣設計規范》JGJ/T16-92
3 國家標準GB/T 14048.11-2002《低壓開關設備和控制設備第6部分：多功能電器.第1篇：自動轉換開關電器》
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