自动转换开关电器的设计应用
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上传人：admin 上传时间： 2007-02-08 浏览次数： 126 |
关键词 自动转换开关电器 PC级ATSE CB级ATSE 隔离电气 使用类别 工作位
依据国家规范《供配电系统设计规范》（GB50052-1995）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-1995，2005年版）及行业标准《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16 92）的规定：“一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。”，“一级负荷中特别重要负荷，除由两个电源供电外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。”，“二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。”。电源转换必然要设置转换开关电器。对于电源转换时间有特定要求的一、二级负荷及消
依据国家规范《供配电系统设计规范》（GB50052-1995）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-1995，2005年版）及行业标准《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16 92）的规定：“一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。”，“一级负荷中特别重要负荷，除由两个电源供电外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。”，“二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。”。电源转换必然要设置转换开关电器。对于电源转换时间有特定要求的一、二级负荷及消
防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟/排烟风机、应急照明等消防设备的供电均需要设置自动转换开关电器（ATSE）。作为消防负荷和其他重要负荷的电源转换装置，ATSE在工程中得到了广泛的应用。正确合理地选择ATSE可确保一、二级负荷供电的可靠性、连续性。ATSE在一、二级负荷的供电系统中是不可缺少和重要一个环。
1 自动转换开关电器的定义和分类
1.1 ATSE的基本概念
自动转换开关电器即ATSE是由一个（或几个）转换开关电器和其他必须的电器组成，用于监测电源电路并将一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电器。ATSE由两部分组成：开关本体+控制器。
1.2 ATSE的分类
目前，我国市场上符合GB/T14048.11（IEC60947-6-1）标准的产品主要有CB级和PC级两大类。根据ATSE的发展趋势，将来可能会推出符合GB/T14048.11标准的由接触器产品派生的，共同应用于重要供电系统的CC级ATSE。
PC级：能够接通、承载但不用于分断短路电流的ATSE。
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。
1.3 ATSE的使用类别
使用类别涉及到ATSE接通与分断能力和操作性能指标，决定ATSE的正确使用环境。设计时应根据负载特性来选择，否则，会因瞬间接触产生的冲击电流造成ATSE触头粘连、熔焊，损坏ATSE，并严重影响重要供电系统的安全性、连续性。对选用PC级ATSE除了考虑其额定接通与分断能力外，还应考虑其在短路条件下所能承受的短路能力，即额定短时耐受电流Icw值。详见表1~表3。
1.4 ATSE的结构形式
第一类：由电动机驱动两台断路器组成的ATSE（CB级）；
第二类：由励磁操作机构驱动专用转换开关组成的一体式ATSE（PC级）；
第三类：由电动机驱动两台断路器组成的ATSE（CB级）。
2 使用ATSE的环境条件要求
（1）海拔高度不超过２０００ｍ；由于ATSE的电气间隙和爬电距离随海拔高度的增加而降低，其递减率约为海拔每升高100m降低0.5%~1%。
（2）环境温度不高于４０℃，不低于－５℃。
（3）相对湿度不大于９５％。
（4）电磁兼容性（EMC）的要求：由于ATSE的工作环境是多样、复杂、变化的，ATSE所处的电磁环境以及所产生的电磁场是必然存在的。在实际使用中，ATSE（特别是控制器部分）不应受外界的电磁干扰而损坏或误动作，影响供电系统运行的可靠性、连续性。同时ATSE所产生的电磁效应应满足国家相应标准，保证电气系统其他环节的安全稳定运行。
3 设计选用注意事项
（1）产品认证：中国、IEC、UL等都对ATSE制定了专门的标准（几个标准完全等同），所以，必须选择符合标准的ATSE。由于我国ATSE没有实行CCC认证，所以，目前产品符合国家标准的唯一依据就是获得由中国质量认证中心按照GB/T14048.11标准颁发的CQC证书。
（2）确定自动转换开关电器（ＡＴＳＥ）的额定工作电压及使用类别。要注意选择适合负载特性的ATSE，此点非常重要，否则可能一次切换就导致开关损坏。带电感负载的ATSE宜选用具有AC－33使用类别的ATSE。符合这种要求的开关的触头材料应当是银合金，开启速度要快，还必须有专门的灭弧装置。
（3）设计时选用PC级还是CB级，考虑的出发点不应是是否需要短路保护功能（PC级前面加上短路保护电器，系统就具备与CB级同样的保护功能），而是可靠性和成本。可靠性要求高，宜选用PC级产品；要求成本低可选用CB级。
（4）不同结构的产品断开故障电源的时间是不同的，对故障电源（例如断相）敏感度高的负载，就需要注意，应选用能够快速断开故障电源的励磁驱动式ATSE。采用断路器的CB级ATSE和采用隔离（负荷）开关的ATSE，是用减速电机驱动（电机转速一般为15~20rpm，开关需要转动到一定转角后触头才能断开），以100A以下电流等级开关为例，控制器发出转换指令后，需要1s以上的时间故障电源才会断开，而采用励磁直接驱动的ATSE，只需要大约30ms故障电源就可以断开。
（5）PC级前端是否需要加短路保护电器？针对这一问题主要取决于PC级ATSE能否承受前端短路保护电器保护电流的冲击。如果能够承受，切换箱内就不需要再加短路保护电器，如果不能承受，就需要加一个短路保护电流低于PC级ATSE额定限制短路电流的保护电器，这需要制造商提供ATSE额定限制短路电流的保护电器类型和参数。PC级ATSE的额定限制短路电流必须与前端保护电器类型和参数匹配，此点需要特别注意。
（6）ATSE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）”，即主触头处于空档，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更安全的隔离开关。因为隔离开关必须具有以下功能：
①动触头在断开位置时可锁定或可视；
②具有较高的额定冲击耐受电压（1.25倍）；
③在任何情况下，极限泄漏电流不应超过6mA。
（7）ATSE三极与四级的选择
在电源转换系统中，应根据配电系统的接地型式、接地保护装置的设置，能否产生中性电流分流和环流及接地故障电流的分流，避免保护装置误动作或拒动作，以确定ATSE的级数。
①根据IEC465.1.5条规定，正常供电电源与备用发电机之间若不是同一接地网络中时，转换开关应采用四极型开关。
②带剩余电流保护的双电源转换开关应采用四极型开关。两个电源开关带剩余电流保护，其下级的电源转换开关应采用四极型开关。
③两种不同接地系统间的电源转换开关应采用四极型开关。
④TN-S、TN-C-S、系统一般不需要设四级型开关。但TN-S系统的一些特殊情况（三相严重不平衡及高次谐波含量较高）是否采用四级开关，需视建筑物的重要性而确定。
（8）旁路型ATSE的应用
对供电系统可靠性、连续性有很高要求的特别重要负荷，为防止ATSE出现故障、损坏或处于检修时，影响供电的连续性，应设置旁路型ATSE。旁路型ATSE应具有以下功能：
①旁路隔离开关应能在用电负载不停电的状态下旁通电源至负载，旁路开关与ATSE额定容量应相同；
②旁通电源时应能隔离ATSE及相关控制电源，保证ATSE检修及更换能够安全进行；
③应有旁路隔离标志，显示系统状态；
④应有电子及机械联锁，防止误操作。
以下场所宜采用旁路型ATSE：
①采用柴油发电机作为应急备用电源的特别重要场所的电源自动转换；
②省市级及以上广播电视中心内重要的演播室及机房；
③大型机场的航空雷达站；
④重要的大型通信机站；
⑤大型综合医院中对供电系统连续性有特殊要求的手术室；
⑥银行、金融中心、证券交易所内对供电系统的连续性有特殊要求的场所等。
（9）ATSE的典型设计应用
①图1为PC级ATSE难以满足短路计算条件，需要设置短路保护时采用方案。
②图2为PC级ATSE已经满足短路计算条件，在树干式配电系统中或负载侧需要设置短路保护时采用方案（放射式配电系统中或负载侧不需要设置短路保护时可取消ATSE下端MCCB）。
③图3为CB级ATSE，前端设置隔离电器。需要设置短路保护时采用方案，但要注意过载长延时保护功能的必要性。
④图4、图5为旁路型ATSE，当ATSE出现故障、损坏或接受检修时，可不影响供电的连续性而采用的方案。&
参考文献
1 《供配电系统设计规范》（GB50052-1995）
2 《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
3 国家标准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》
1 自动转换开关电器的定义和分类
1.1 ATSE的基本概念
自动转换开关电器即ATSE是由一个（或几个）转换开关电器和其他必须的电器组成，用于监测电源电路并将一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电器。ATSE由两部分组成：开关本体+控制器。
1.2 ATSE的分类
目前，我国市场上符合GB/T14048.11（IEC60947-6-1）标准的产品主要有CB级和PC级两大类。根据ATSE的发展趋势，将来可能会推出符合GB/T14048.11标准的由接触器产品派生的，共同应用于重要供电系统的CC级ATSE。
PC级：能够接通、承载但不用于分断短路电流的ATSE。
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。
1.3 ATSE的使用类别
使用类别涉及到ATSE接通与分断能力和操作性能指标，决定ATSE的正确使用环境。设计时应根据负载特性来选择，否则，会因瞬间接触产生的冲击电流造成ATSE触头粘连、熔焊，损坏ATSE，并严重影响重要供电系统的安全性、连续性。对选用PC级ATSE除了考虑其额定接通与分断能力外，还应考虑其在短路条件下所能承受的短路能力，即额定短时耐受电流Icw值。详见表1~表3。
1.4 ATSE的结构形式
第一类：由电动机驱动两台断路器组成的ATSE（CB级）；
第二类：由励磁操作机构驱动专用转换开关组成的一体式ATSE（PC级）；
第三类：由电动机驱动两台断路器组成的ATSE（CB级）。
2 使用ATSE的环境条件要求
（1）海拔高度不超过２０００ｍ；由于ATSE的电气间隙和爬电距离随海拔高度的增加而降低，其递减率约为海拔每升高100m降低0.5%~1%。
（2）环境温度不高于４０℃，不低于－５℃。
（3）相对湿度不大于９５％。
（4）电磁兼容性（EMC）的要求：由于ATSE的工作环境是多样、复杂、变化的，ATSE所处的电磁环境以及所产生的电磁场是必然存在的。在实际使用中，ATSE（特别是控制器部分）不应受外界的电磁干扰而损坏或误动作，影响供电系统运行的可靠性、连续性。同时ATSE所产生的电磁效应应满足国家相应标准，保证电气系统其他环节的安全稳定运行。
3 设计选用注意事项
（1）产品认证：中国、IEC、UL等都对ATSE制定了专门的标准（几个标准完全等同），所以，必须选择符合标准的ATSE。由于我国ATSE没有实行CCC认证，所以，目前产品符合国家标准的唯一依据就是获得由中国质量认证中心按照GB/T14048.11标准颁发的CQC证书。
（2）确定自动转换开关电器（ＡＴＳＥ）的额定工作电压及使用类别。要注意选择适合负载特性的ATSE，此点非常重要，否则可能一次切换就导致开关损坏。带电感负载的ATSE宜选用具有AC－33使用类别的ATSE。符合这种要求的开关的触头材料应当是银合金，开启速度要快，还必须有专门的灭弧装置。
（3）设计时选用PC级还是CB级，考虑的出发点不应是是否需要短路保护功能（PC级前面加上短路保护电器，系统就具备与CB级同样的保护功能），而是可靠性和成本。可靠性要求高，宜选用PC级产品；要求成本低可选用CB级。
（4）不同结构的产品断开故障电源的时间是不同的，对故障电源（例如断相）敏感度高的负载，就需要注意，应选用能够快速断开故障电源的励磁驱动式ATSE。采用断路器的CB级ATSE和采用隔离（负荷）开关的ATSE，是用减速电机驱动（电机转速一般为15~20rpm，开关需要转动到一定转角后触头才能断开），以100A以下电流等级开关为例，控制器发出转换指令后，需要1s以上的时间故障电源才会断开，而采用励磁直接驱动的ATSE，只需要大约30ms故障电源就可以断开。
（5）PC级前端是否需要加短路保护电器？针对这一问题主要取决于PC级ATSE能否承受前端短路保护电器保护电流的冲击。如果能够承受，切换箱内就不需要再加短路保护电器，如果不能承受，就需要加一个短路保护电流低于PC级ATSE额定限制短路电流的保护电器，这需要制造商提供ATSE额定限制短路电流的保护电器类型和参数。PC级ATSE的额定限制短路电流必须与前端保护电器类型和参数匹配，此点需要特别注意。
（6）ATSE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）”，即主触头处于空档，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更安全的隔离开关。因为隔离开关必须具有以下功能：
①动触头在断开位置时可锁定或可视；
②具有较高的额定冲击耐受电压（1.25倍）；
③在任何情况下，极限泄漏电流不应超过6mA。
（7）ATSE三极与四级的选择
在电源转换系统中，应根据配电系统的接地型式、接地保护装置的设置，能否产生中性电流分流和环流及接地故障电流的分流，避免保护装置误动作或拒动作，以确定ATSE的级数。
①根据IEC465.1.5条规定，正常供电电源与备用发电机之间若不是同一接地网络中时，转换开关应采用四极型开关。
②带剩余电流保护的双电源转换开关应采用四极型开关。两个电源开关带剩余电流保护，其下级的电源转换开关应采用四极型开关。
③两种不同接地系统间的电源转换开关应采用四极型开关。
④TN-S、TN-C-S、系统一般不需要设四级型开关。但TN-S系统的一些特殊情况（三相严重不平衡及高次谐波含量较高）是否采用四级开关，需视建筑物的重要性而确定。
（8）旁路型ATSE的应用
对供电系统可靠性、连续性有很高要求的特别重要负荷，为防止ATSE出现故障、损坏或处于检修时，影响供电的连续性，应设置旁路型ATSE。旁路型ATSE应具有以下功能：
①旁路隔离开关应能在用电负载不停电的状态下旁通电源至负载，旁路开关与ATSE额定容量应相同；
②旁通电源时应能隔离ATSE及相关控制电源，保证ATSE检修及更换能够安全进行；
③应有旁路隔离标志，显示系统状态；
④应有电子及机械联锁，防止误操作。
以下场所宜采用旁路型ATSE：
①采用柴油发电机作为应急备用电源的特别重要场所的电源自动转换；
②省市级及以上广播电视中心内重要的演播室及机房；
③大型机场的航空雷达站；
④重要的大型通信机站；
⑤大型综合医院中对供电系统连续性有特殊要求的手术室；
⑥银行、金融中心、证券交易所内对供电系统的连续性有特殊要求的场所等。
（9）ATSE的典型设计应用
①图1为PC级ATSE难以满足短路计算条件，需要设置短路保护时采用方案。
②图2为PC级ATSE已经满足短路计算条件，在树干式配电系统中或负载侧需要设置短路保护时采用方案（放射式配电系统中或负载侧不需要设置短路保护时可取消ATSE下端MCCB）。
③图3为CB级ATSE，前端设置隔离电器。需要设置短路保护时采用方案，但要注意过载长延时保护功能的必要性。
④图4、图5为旁路型ATSE，当ATSE出现故障、损坏或接受检修时，可不影响供电的连续性而采用的方案。&
参考文献
1 《供配电系统设计规范》（GB50052-1995）
2 《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
3 国家标准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》
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