自動轉換開關的選擇及主要技術要求

發布日期：2014/9/13 點擊數：1621 次 新聞來源：

自動轉換開關ATSE（AutomaticTransfer Switch Equipment）是一種常用的電器開關設備，主要作用是在兩路可用的供電電源間，選擇一路安全、可靠的電源向負載供電，以保證負載用電的連續性。自從有了雙路電源向負載供電的配電系統，就有了雙電源自動轉換開關的應用。我國相關部門于2002年10月8日頒布了ATSE的國家標準GB／T14048.11，并在2003年4月1日起實施。該標準等同于國際電工委員會標準IEC60947—6—1。本文將緊密結合GB／T14048.11標準，綜合設計和使用中存在的問題，尤其是招標技術要求中，對ATSE的要求和限定內容，做以下初步的闡述和探討。 　　1、自動轉換開關的定義 　　GB／T14048.11定義：自動轉換開關電器ATSE是由一個（或幾個）轉換開關電器和其他必需的電器組成，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。由該定義我們可以理解如下： 　　（1）ATSE是一種獨立的電氣開關 　　它并列于斷路器、負荷開關、熔斷器、接觸器等電氣開關，具有相應的電氣參數要求。 　　（2）ATSE是由轉換開關和相應的監視、控制等電子電路組成 　　也就是說，只有完整的ATS主開關加配套的控制器才能構成ATSE。 　　（3）由ATSE所配套的控制機構自行監視兩路供電電源的狀況 　　按一般理解，供電電源被監視的主要參數應該是電壓和頻率，但該標準中沒有明確指出被監視的應該是三相還是單相電壓／頻率。對于設計者來說，如果要求ATSE有缺相轉換功能，則ATSE的控制器應具備雙路三相偵測的功能。 　　（4）這一轉換過程是自動完成的 　　ATSE的控制器將偵測的雙路電源的實際狀況，與控制器預先存儲的設定做比較和邏輯判斷，然后做出是否驅動轉換的控制命令。 　　（5）這種轉換是在兩路電源間完成的 　　目前的供電系統中，對于緊急負載大多數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。對于這種系統，不能單靠一個ATSE來完成轉換。其解決辦法是：用兩個ATSE來組合完成，或使用三臺斷路器（注意是否有機械連鎖）外置控制和電氣連鎖來完成。 　　2、ATSE的分類 　　依據國家標準，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是不規范的稱謂。 　　PC級的ATSE就是只完成雙電源自動轉換的功能，而不具備短路電流分斷的功能；CB級的ATSE是既可以完成雙電源轉換、又可以具有短路電流保護的功能。 　　PC級和CB級ATSE各有優點和缺點，無法簡單的衡量PC級和CB級到底哪一個更好。設計和使用者自己可根據本地區的使用習慣和系統要求來選擇ATSE的級別，同時要結合其他電氣元件來組建應急供電系統。 　　3、ATSE的基本技術參數 　　作為一種電氣開關，ATSE有些基本的技術參數和要求，這也是設計中應該注意的細節和編寫招標技術文件中應該包含的技術要點，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、開關極數 　　這些電氣技術參數跟我們熟悉的斷路器的電氣參數一樣，在這里就不贅述了。 　　（3）使用類別 　　使用類別是對負載類型的分類。按照國家標準，具體分類見表l。 　　表l ATSE的使用類別 　　在國家標準中，至少有額定接通和分斷能力和操作性能兩個ATSE的重要指標是跟使用類別密切相關的。 　　額定接通與分斷能力是由制造廠規定的，指在規定條件下，ATSE能夠接通與分斷的電流值。對于純阻性負載來說，接通和分斷的電流就是額定電流。但實際使用中很少有單純的阻性負載，大多數是感性、容性、阻性的混合負載。例如對電動機型負載的轉換，對于絕大多數ATSE都是“先斷后接”的轉換，也就是在轉換過程中，對于電動機負載來說實際是再加電、再起動的過程。此處的ATSE要有足夠的接通和分斷能力來滿足起動瞬間的沖擊電流。國家標準中對這一參數做了專門的限定和實驗條件，見表2。 　　表2 ATSE的接通與分斷實驗條件 　　由上表可以看出，無感或微感負載AC一31的接通能力很小，其額定接通和分斷能力只有1.5倍的額定電流，基本上不考慮感性或容性負載的再起動沖擊。對于大多數負載來說，應該按AC一33來考慮，也就是說能夠滿足6倍額定電流接通與分斷條件要求（因為大多數電動機的起動電流是額定電流的6～8倍，所以在國家標準中，對于AC一33的負載類型，是用6倍的額定電流來做實驗的）。 　　在設計和使用過程中，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標準）要求、但僅適用于AC一3l級負載使用類別的ATSE，對電動機型負載而言，依然會因瞬間接觸產生的沖擊電流造成ATS觸頭的融化、粘連。 　　因此，建議設計者和使用者在不能明確負載類型時，可以依據AC一33 A、33 B型負載來選擇ATSE。 　　跟使用類別緊密相連的另一ATSE技術指標就是操作性能，相關國家標準要求參見表3。 　　表3 驗證ATSE的操作性能對應于各種使用類別的接通與分斷條件 　　與上面的講解一樣，因為負載使用類別的不同，AC一33型負載比AC一3l型負載的實驗條件更苛刻，更能適用于復雜類型的實際負載。 　　（4）短路特性 　　1) 額定短時耐受電流ICW   　　對于PC級ATSE來說，其只完成轉換而不具備短路保護能力，其自身的短路保護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ATSE而單獨設立的，而是保護整個回路的。ATSE也是回路中的電氣元件，也是在被保護范圍之內的。 　　PC級ATSE在遇到短路電流時，要在一定的時間內可以耐受一定的短路電流沖擊，直到保護斷路器起作用。這一耐受能力就是額定短時耐受電流，具有“耐受時間”和“耐受電流值”兩個概念。國家標準中對額定短時耐受電流的規定見表4。 　　表4 額定鋪時耐受電．流的相關規定 　　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： 　　(1) 額定短時耐受電流是由制造廠規定的，ICW和ICU 、ICS是不同的概念。 　　額定極限短路分斷能力ICU也是由制造廠家給出的，是斷路器的標準技術參數，表示斷路器最大能承載和分斷開多大的短路電流。 　　額定運行短路分斷能力ICS也是斷路器的基本技術指標，表示實際運行中，斷路器可以分斷開多大的短路電流。用極限短路分斷能力ICU的百分比來表示，一般有：50%、75%、100%。 　　額定短時耐受電流ICW，一是針對不具備保護能力的電器元件，例如：負荷開關、接觸器、PC級ATSE等的基本技術參數。ICW和ICU間沒有換算關系，但斷路器的ICW值一定小于ICU值。例如NS系列開關，800A額定的ICU值可以高達75kA，但ICW值只有25Ka（1s）。它們都是由生產廠家實驗給出的數值，用于衡量不同電氣設備的參數。在實際的工程設計和使用中，這兩個數值要求都應該是設計者計算得出，由生產廠家來滿足的。 　　簡單來說，ATSE的核心部件應該是開關的觸頭，至于驅動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。我們知道，導體通電發熱量與流過的電流平方和時間成正比，要想提高ICW值使觸頭不因過熱而熔化，就要提高開關觸頭的熔點，使用高熔點的合金觸頭和增大觸頭接觸面積來降低導體電阻。 　　(2) ICW值滿足國家要求不一定滿足實際工程的使用要求。對于相同額定電流的斷路器來說，其短路分斷容量就有高、中、低的區分，所以設計者要根據自己的計算來指定使用ATES處的短路耐受電流，這一值往往高出國家標準要求很多。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。而國家標準對應的150A ATSE 10kA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，如果轉換是發生在短路故障時，例如因短路而跳脫正常電源的斷路器使ATSE正常電源側失電，ATS觸頭接觸時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斷能力這一技術指標很好理解，實際上就是斷路器的額定短路接通和分斷能力，這里就不贅述了。 　　4、結束語 　　國家標準GB／T14048.11僅僅是對ATSE的研制、生產、設計、使用的一個通用標準和最起碼的要求。實際設計和使用中還會遇到其他的問題，還有ATSE的控制器和邏輯判斷問題。希望以上的介紹，能讓讀者對ATSE的技術指標有一個大致的了解，結合自己的實際工程情況，更方便、靈活的選擇和使用ATSE設備，同時提出與國家標準相一致的技術規格要求。