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1、1合理选择与使用自动转换开关电器 （ATSE）摘要：自动转换开关电器简称为 ATSE，是 Automatictransfer switching equipment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，以确保重要负荷连续、可靠运行。因此，ATSE 常常应用在重要用电场所，其产品可靠性尤为重要 关键词：自动转换开关 ATSE 选择使用1概述自动转换开关电器简称为 ATSE，是 Automatictransfer switching equipment 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)
2、电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行。因此，ATSE 常常应用在重要用电场所，其产品可靠性尤为重要。转换一旦失败将会造成以下二种危害之一，其电源问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)。因此，工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点产品加以限制与规范。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。2PC 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
3、头能够接通并用于分断短路电流。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 是典型 ATSE 应用电路。控制器与开关本体进线端相连。负载 l 重要负载 2图 1 ATSE 典型应用电路国内市场用于两路电源转换电器的产品目前有四类。第一类是由接触器组成的 ATSE；第二类是由断路器组成的 ATSE；第三类用电动负荷开关(符合GBl40483 标准)完成两路电源转换的产品，第四类为 PC 级(一体式)ATSE。由接触器组成的 ATSE 产品，它的优点是
4、价格低；缺点是线圈长期通电耗能易烧毁，产品的接通分断能力低，触头易抖动、熔焊。其产品可靠性很低，尤其是在带负荷转换时易出现爆炸性事故，这类产品在国外已被淘汰并禁止使用。为克服上述产品缺点，生产断路器企业推出了 CB 级 ATSE，CB 级 ATSE 是由断路器加机械连锁组成，CB 级的 A 了 SE 为机械保持，触头的接通与分断能力有所提高，但又不是理想的 ATSE 产品(见本文第三段)。因此，市场出现了第三类产品一电动负荷开关，这类产品是由两台负荷开关组合加上电操装置组成，产品操作的可靠性又有较大提高，但触头灭弧系统是以分断一次电弧要求设计的，用在双电源电路3切换，也存在不合理因素(见本文第
5、三段)。为此，市场呼唤着理想的 ATSE 产品PC 级(一体式)ATSE 产品综合了上述产品优点，克服了其缺点，是目前国内外市场较理想的双电源转换产品。2国外 ATSE 产品简介21 PC 级(一体式)ATSE以美国为代表的 ATSE 技术代表着当今世界 PC 级 ATSE 先进水平。因为，ATSE 产品率先是在军工领域得到使用，如雷达、通讯、航天等领域，而美国在上述领域处于世界领先地位，因此，美国对 ATSE 产品有较高要求，他们将 ATSE 产品视为电源一部分，为了提高其产品可靠性，不惜采用黄金作为触头材料。因此，在产品开发、研制方面投入较大。目前美国生产 ATSE 产品规模较大的企业有三
6、至四家，如 ONAN、ASCO、GE-ZENITH，主要生产 PC 级(一体式)ATSE 产品，除基本型外，还有瞬间并联型、旁路、隔离型、延时转换型等。 图 2，图 3 分别为ONAN，ASCO 产品机构及触头系统示意图图 2 0NAN 产品触头为双刀单掷系统、两个电操做机构图 3 美国 ASC0 产品触头为单刀双掷系统、单台电操做机构2.2 电子式 ATSE为满足不停电电源要求，国外一些大公司推出以可控硅为主的电子式 ATSE，额定工作电流 100A1200A，检测、转换时间5ms。它主要应用在电子商务网站、计算机数据中心、半导体芯片制造业及紧急救援中心等要害部门。3同类产品结构分析与对比4
7、3.1 CB 级与 PC 级 ATSE 两者有以下几点区别3.1.1 两者机构设计理念不同CB 级是由断路器组成，而断路器是以分断电弧为己任，要求机构快速脱扣一般采用四连杆机构。四连杆机构易存在滑扣、再扣不可靠因素：而 PC 级机构存在该方面问题。因而 PC 级产品的可靠性远高于 CB 级产品。3.l.2 断路器(MCCB)一般不承受短时耐受电流，触头压力较小。当供电电路生短路时，断路器的动触头易被斥开并产生限流作用，从而分断短路电流；而 PC 级ATSE 应承受 20Ie 及以上过载电流，触头压力要求较大，因而 ATSE 触头不被斥开，也不易被熔焊。这一特性对消防供电系统尤为重要。3.l.3
8、 两路电源在转换过程中存在电源叠加问题。PC 级 ATSE 充分考虑了这一因素。PC 级 ATSE 的电气间隙、爬电距离一般断路器的电气间隙、爬电距离的 180、150(标准要求)。因而 PC 级 ATSE全性更好。3.1.4 触头材料的选择角度不同。断路器常常选择银钨、银碳化钨材料配对，这有利于分断电弧，但该类触头材料易氧化，备用触头长期暴露在外，在其表面易形成阻碍导电、难驱除的氧化物，当备用触头一但投入使用，触头温升增高易造成开关烧毁甚至爆炸；而 PC 级 ATSE充分考虑了触头材料氧化带来的后果。3.1.5 操作机构不同CB 级 ATSE 的电动操作机构一般是通过微电机带动减速齿轮机构对
9、断路器进行合分工作，又因断路器机构的限制，微电机必须工作到堵转后，靠行程开关才断开控制回路。众所周知，微电机堵转工作后，其寿命会大大降低。因而，CB 级ATSE 电动操作机构可靠性较低。5而 PC 级 ATSE 的电动操作机构一般为短时工作电磁铁由于电磁铁结构简单，工作可靠好，所以 PC 级 ATSE 电动操作机构的可靠性较高。3.2 PC 级 ATSE 与电动负荷开关区别3.2.1 两者遵循的标准不同PC 级 ATSE 符合 GBT14048 11自动转换开关电器。电动负荷开关符合 GBl4048 3开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器。3.2.2 灭弧系统不同由于 ATSE 是在两路电
10、源中带电(负荷)转换，因此，应考虑两路电源间相位问题。在电网电源与发电机组电源间转换时，可能出现 120相位差，所以，ATSE 在做接通与分断试验时常用电源与备用电源相序不同(见图 4，该图是国家标准GBT14048 1l-2002自动转换开关电器中所规定的试验线路)。在不同相序下做转换试验，开关的触头系统会出现二次电弧，因此，要求开关在接通备用电源(或常用电源)前，第一个电弧必须熄灭，且游离气体迅速排放，否则，开关内部出现短路，造成转换失败。所以，自动转换开关电器的灭弧能力要比一般低压电器开关强，这也是一台优质 ATSE 价格贵的原因之一。而符合 GBl4048.3开关、隔离器、隔离开关以及
11、熔断器组合电器的产品(如电动负荷开关)没有该要求。图 4 ATSE 接通与分断试验线路3.2.3 两者电气性能要求不同a) 两者的接通，分断能力不同。PC 级 ATSE 在使用类别为 AC-33AB 时，是在 6Ie 电流，1. 05Ue 电压条件下，接通分断循环次数为 5012 次：而负荷开关在使用类别为 AC-23A/B 时，在 10Ie8Ie 电流，1.05Ue 电压条件下，接通分断653 次。b) 两者的电气寿命、机械寿命也不同。根据产品标准：电流等级300A、使用类别为 AC-33B 的 PC 级 ATSE 的电气寿命是在 lIn/1Ue 条件下至少操作循环 1000次，机械寿命 5
12、000 次；而相同电流等级、使用类别为 AC-23B 的负荷开关电气寿命仅在 1In/lUe 条件下操作 200 次，机械寿命 1400 次。3.2.4 转换速度不同。PC 级 ATSE 转换速度一般高于负荷开关 23 倍。3.2.5 触头系统不同。负荷开关一般为 V 形触头系统。V 形触头的特点是，新开关时动热稳定性好一些，但经过几次开断后触头间烧损易形成接触不良现象，而且，电弧转移慢，灭电弧性能差；而 PC 级 ATSE 触头一般为拍合式，触头在接触瞬间动静触头间有一摩擦，以利于触头良好接触，拍合式触头便于电弧快速移动，有利熄灭电弧。通过上述对比可知 PC 级 ATSE 是理想的电源转换开
13、关产品。 4选择 ATSE产品应注意的几个问题目前市场上自称 ATSE 产品较多。但是属于真正的 ATSE 产品不多。ATSE 必须符合 GB/Tl4048. 11-2002低压开关设备与控制设备第 6 部分：多功能电器第 1 篇：自动转换开关电器。下面介绍选择 ATSE 产品应注意的几个问题。4.1 注意产品符合什么标准。符合 GBl4048.3-2003开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器产品只能叫电动(或电操作)转换开关。而 GBT14048.11-2002自动转换开关电器标准对产品考核较严酷，在电源间相序不同情况下，也允许带负载直接转换。4.2 注意产品使用场所。7CB 级 ATS
14、E 一般不允许在图 5、图 6 所示的线路中使用。重要负载 1 重要负载 2 主消防泵 各消防泵图 5 CB 级 ATSE 多负载供电电路图 图 6 消防泵供电电路例如，当负载 l(或主消防泵)发生短路故障(过载或短路)引起 Q1 脱扣，因控制器仅检测 ATSE 进线端电源状态，不会发出动作指令所以，ATSE 不转换。此时，重要负载(或备用消防泵)处于断电状态。该供电系统没有起到安装 ATSE 实际作用。在美国对 CB 级 ATSE 使用也有严格限制。其中，ULl008 第 41.19 条规定，带有过电流脱扣的转换开关，必须向用户提出“警告如果过电流故障引起开关断开，ATSE 将不会转换”警告
15、标志。而 PC 级 ATSE 用在多负载供电系统或消防泵供电电路中，当负载 1 发生短路故障(见图 1)时，短路保护器(Qg)动作后 ATSE 开始转换，可以确保重要负载连续供电。4.3 选用 PC 级 ATSE 应注意以下几个问题4.3.1 使用类别选择a.目前，我国市场上 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；开关电器使用类别决定其开关电器的用途。AC-33BA*：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，COS=0 5：AC-31BA*：适用无感或微感负载，接通与分断电流为 1.5Ie，
16、COS=0 8;(* B：表示不频繁操作；A：表示频繁操作。)由于 ATSE 较难通过 AC-33B 试验。因此，一些制造厂降低开关使用要求，才选8择 AC-31B 使用类别。显而易见选择使用 AC-33B 的 ATSE 比选择使用 AC-33B的 ATSE 更安全、可靠。b小容量 ATSE(100A)通常带电动机负载(如消防泵)直接转换，最好具有 AC-3指标(直接通断鼠笼型电动机)按接通 10Ie分断 8Ie，COS=0.45 要求进行考核。使用中该产品更安全。4.3.2 短路保护电器选择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。不同企业的 ATSE 产品，所规定的额定限制短路电流不同，表 1 为RTQl(TPl)自动转换开关电器所规定的额定限制短路电流*值。表 1RTQl 自动转
