正確看待和選擇ATSE的功能
自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器
主要適用于額定電壓交流不超過(guò)1000V 或直流不超過(guò)1500V 的緊急供電系統(tǒng),在轉(zhuǎn)換電源期間中斷向負(fù)載供電。
1.ATSE的定義
1.1 轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(轉(zhuǎn)換開關(guān))Transfer Switching Device (Transfer Switch)
將一個(gè)或幾個(gè)負(fù)載電路從一個(gè)電源轉(zhuǎn)換至另一個(gè)電源的電器。
1.2 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(ATSE) Automatic Transfer Switching Equipment (ATSE)
由一個(gè)(或幾個(gè))轉(zhuǎn)換開關(guān)電器和其它必需的電器組成,用于監(jiān)測(cè)電源電路、并將一個(gè)或幾個(gè)負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換至另一個(gè)電源的電器。電氣行業(yè)中簡(jiǎn)稱為“雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)”或“雙電源開關(guān)”。
2.ATSE的分類
ATSE 可分為兩個(gè)級(jí)別:PC 級(jí)和CB 級(jí)。
PC級(jí)ATSE :只完成雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能,不具備短路電流分?jǐn)啵▋H能接通、承載)的功能;
CB級(jí)ATSE :既完成雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能,又具有短路電流保護(hù)(能接通并分?jǐn)啵┑墓δ堋?BR> 3.ATSE的使用類別
3.1 交流:
AC-31A/B 電阻負(fù)載;
AC-33A/B 電動(dòng)機(jī)負(fù)載或含電動(dòng)機(jī)、電阻負(fù)載和30%白熾燈負(fù)載的混合負(fù)載;
AC-35A/B 放電燈負(fù)載;
AC-36A/B 白熾燈負(fù)載。
3.2 直流:
DC-31A/B 電阻負(fù)載;
DC-33A/B 電動(dòng)機(jī)負(fù)載或含電動(dòng)機(jī)的混合負(fù)載;
DC-36A/B 白熾燈負(fù)載。
注:A為頻繁操作,B為不頻繁操作。
4.ATSE的正常使用環(huán)境條件
4.1 周圍空氣溫度:+ 40℃ ~ -5℃(UL在其它標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)有規(guī)定)。
4.2 海拔院不超過(guò)2 000m。
4.3大氣條件:
?、贊穸?。最高溫度為+40℃時(shí),空氣的相對(duì)濕度不超過(guò)50%,在較低的溫度下可以允許有較高的相對(duì)濕度,例如20℃時(shí)達(dá)90%(日常環(huán)境)。
②污染等級(jí):污染等級(jí)2 (家用及類似用);
污染等級(jí)3 (工業(yè)級(jí))。
工業(yè)用電器一般適用于污染等級(jí)3的環(huán)境。
4.4 過(guò)電壓類別(安裝類別):IV——電源水平(進(jìn)線端),III——配電水平,II——負(fù)載水平(控制電器)。
4.5 電磁環(huán)境:環(huán)境A (非公共電網(wǎng),有較高騷擾源),環(huán)境B(公共電網(wǎng),無(wú)較高騷擾源)。
5.選用的基本原則如下[1]:
5.1 選型時(shí)需特別注意的指標(biāo)有:CB 級(jí)ATSE 的額定短路接通與分?jǐn)嗄芰Α?BR> 5.2 原則上ATS 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器不作為短路保護(hù)電器使用,只作為電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)使用。
5.3 ATSE 的額定電流應(yīng)大于或等于其上級(jí)空氣斷路器的整定電流。
5.4 根據(jù)每路電源的性質(zhì)及不同用途確定投切方式:自投自復(fù)、自投不自復(fù)。
5.5 根據(jù)每路電源的性質(zhì)指定優(yōu)先電源、不指定優(yōu)先電源;并確定相關(guān)功能如過(guò)欠電壓檢測(cè)、頻率檢測(cè)、缺相檢測(cè)、通訊接口、電氣機(jī)械互鎖、連續(xù)可調(diào)的延時(shí)轉(zhuǎn)換等,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、遠(yuǎn)程、緊急手動(dòng)控制等。
6.ATSE的發(fā)展歷程
電源切換系統(tǒng)類產(chǎn)品發(fā)展大體經(jīng)歷了三類:接觸器類、塑殼斷路器類/負(fù)荷隔離開關(guān)類、一體式自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器類。
6.1 接觸器類
此類電源切換系統(tǒng)以接觸器為切換執(zhí)行部件,切換功能用中間繼電器或邏輯控制模塊組成二次回路完成控制功能,一般為非標(biāo)產(chǎn)品,缺點(diǎn)是主回路接觸器工作需要二次回路長(zhǎng)期通電,容易產(chǎn)生溫升發(fā)熱、觸點(diǎn)粘結(jié)、線圈燒毀等故障。因?yàn)槭欠菢?biāo)產(chǎn)品,其組成元器件較多,產(chǎn)品質(zhì)量受元器件、制造工藝制約,故障率較高,現(xiàn)已逐漸被新產(chǎn)品代替。
6.2 塑殼斷路器類
此類電源切換系統(tǒng)以塑殼式斷路器為切換執(zhí)行部件,切換功能用ATS自動(dòng)控制單元完成,有機(jī)械和電氣連鎖,功能完善,操作性能好,使用壽命高,組成元器件較少,安裝方便。該類屬CB級(jí)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器,由兩個(gè)斷路器作為電流分?jǐn)鄦卧?,并配備電流脫扣?,具備一定的保護(hù)能力,斷路器的接通/分?jǐn)嗄芰Ρ壤^電器高很多。
該類產(chǎn)品穩(wěn)態(tài)時(shí)由機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行保持,由于斷路器同負(fù)荷隔離開關(guān)本身的區(qū)別,在過(guò)電流狀況下的應(yīng)用效果不如PC級(jí)產(chǎn)品。
6.3 負(fù)荷隔離開關(guān)類
負(fù)荷隔離開關(guān)型轉(zhuǎn)換開關(guān)電器是在兩個(gè)負(fù)荷隔離開關(guān)的基礎(chǔ)上加裝電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、機(jī)械連鎖機(jī)構(gòu)、自動(dòng)控制單元等一體化組裝而成。電流的分?jǐn)鄦卧獮樨?fù)荷隔離開關(guān),其觸頭滅弧系統(tǒng)是以分?jǐn)嘁淮坞娀∫笤O(shè)計(jì)的,不具備電路的保護(hù)功能,這一類產(chǎn)品屬于PC級(jí)產(chǎn)品,它因采用了彈簧儲(chǔ)能、瞬時(shí)釋放的加速機(jī)構(gòu),能快速接通、分?jǐn)嚯娐坊蜻M(jìn)行電路的轉(zhuǎn)換,產(chǎn)品操作性能可靠。
6.4 一體式自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器類
此類電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是集開關(guān)與邏輯控制于一體,無(wú)需外加控制器,真正實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。此類電源切換系統(tǒng)產(chǎn)品的觸頭系統(tǒng)采用“單刀雙擲”設(shè)計(jì),為統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造,體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該產(chǎn)品不具備電流保護(hù)功能,屬于PC級(jí)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器產(chǎn)品。該類產(chǎn)品一般轉(zhuǎn)換時(shí)間比較小,開關(guān)切換驅(qū)動(dòng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng),切換平穩(wěn)可靠,操作器電機(jī)驅(qū)動(dòng)只在開關(guān)切換瞬間有電流通過(guò),穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)需提供工作電流,節(jié)能顯著。產(chǎn)品無(wú)溫升發(fā)熱、觸點(diǎn)粘結(jié)、線圈燒毀現(xiàn)象。開關(guān)帶有機(jī)電聯(lián)鎖裝置,可實(shí)現(xiàn)自投自復(fù)、自投不自復(fù)、失壓、欠壓、斷相保護(hù)、手動(dòng)-自動(dòng)轉(zhuǎn)換、延時(shí)控制等,為電源切換類主流產(chǎn)品。
每一種定型的產(chǎn)品都有其自身的定義、功能、作用、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和典型應(yīng)用,(機(jī)械)接觸器的定義為:僅有一個(gè)休止位置,能接通、承載和分?jǐn)嗾k娐窏l件(包括過(guò)載運(yùn)行條件)下的電流的一種非手動(dòng)操作的機(jī)械開關(guān)電器;其作用是遠(yuǎn)距離頻繁地接通和分?jǐn)嘀麟娐泛痛笕萘靠刂齐娐罚划a(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)為GB14048.4-2003。(機(jī)械的)斷路器的定義為:能接通、承載以及分?jǐn)嗾k娐窏l件下的電流,也能在所規(guī)定的非正常電路(例如短路)下接通、常在一定時(shí)間合分?jǐn)嚯娏鞯囊环N機(jī)械開關(guān)電器;斷路器的作用就是自動(dòng)切斷故障線路、保護(hù)負(fù)載設(shè)備及配電線路,也可以用于補(bǔ)頻繁地接通和斷開電路以及控制電動(dòng)機(jī)的啟/停;產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)為GB14048.2-2001。
接觸器多用于控制回路,而斷路器用于保護(hù)回路,但兩個(gè)接觸器或兩個(gè)斷路器組合,在經(jīng)過(guò)合理的機(jī)械/電氣聯(lián)鎖以后,就可以完成雙電源轉(zhuǎn)換功能。
用雙斷路器來(lái)完成雙電源轉(zhuǎn)換功能也是應(yīng)用了幾十年了,與雙接觸器所不同的是,一開始人們就賦予這兩個(gè)斷路器雙重任務(wù)--電源轉(zhuǎn)換和線路保護(hù)。
這里我們從ATSE的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB14048.11出發(fā),結(jié)合實(shí)際使用情況,來(lái)闡述一下ATSE的正確功能和作用。
ATSE到底選用PC級(jí)還是CB級(jí),一直是建筑電氣業(yè)內(nèi)這幾年?duì)幷摰慕裹c(diǎn),這將決定供配電系統(tǒng)是否另設(shè)保護(hù)元件而增加成本。無(wú)論是CB級(jí)ATSE還是用兩個(gè)斷路器組合完成雙電源轉(zhuǎn)換功能,在制造和使用中必須確保一點(diǎn):操作機(jī)構(gòu)應(yīng)具有可靠的電氣與機(jī)械聯(lián)鎖以防止同時(shí)接通正常電源與備用電源。這里所要求的電氣聯(lián)鎖比較容易理解,但如何確定可靠的機(jī)械聯(lián)鎖呢?
塑殼斷路器使用一種機(jī)械驅(qū)動(dòng)/聯(lián)鎖機(jī)構(gòu),固定塑殼斷路器的扳把,保證一個(gè)斷路器扳把在上(該斷路器的閉合位置)、同時(shí)另一斷路器的扳把在下(該斷路器的斷開位置),從而達(dá)到機(jī)械聯(lián)鎖。但實(shí)際使用中我們發(fā)現(xiàn)斷路器的扳把不是那么可靠,不能真實(shí)的反應(yīng)開關(guān)觸頭的位置,如果扳把和開關(guān)觸頭間的聯(lián)鎖杠桿壞掉,就有可能扳把的移動(dòng)沒(méi)有帶動(dòng)開關(guān)動(dòng)觸頭的移動(dòng),根本做不到兩斷路器可靠的機(jī)械聯(lián)鎖。
目前市場(chǎng)上廣泛使用的框架開關(guān)及其聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)—鋼絲簧或者鋼桿,可以完成保護(hù)和電源轉(zhuǎn)換功能。同樣,框架斷路器的動(dòng)、靜觸頭被密閉在框架中,無(wú)論用鋼絲簧還是鋼桿都無(wú)法觸及到—即便觸及到也是相當(dāng)危險(xiǎn)的!所以這種外置的剛性聯(lián)鎖,實(shí)際聯(lián)鎖的是反映開關(guān)狀態(tài)的位置節(jié)點(diǎn)。斷路器有三個(gè)位置:“ON”、“OFF”、“TRIP”,每一個(gè)位置會(huì)有一個(gè)位置節(jié)點(diǎn)做出反饋來(lái)。這一位置反饋可以用電信號(hào)遠(yuǎn)傳----常常被用作雙斷路器的電氣聯(lián)鎖,也可以通過(guò)鋼桿、鋼絲簧等剛性元件做位移反饋----被用作雙斷路器的機(jī)械聯(lián)鎖。但反映開關(guān)狀態(tài)的位置節(jié)點(diǎn)和開關(guān)動(dòng)觸頭間還有一個(gè)聯(lián)鎖關(guān)系,并不是直接與動(dòng)觸頭相連,如果這一聯(lián)鎖關(guān)系發(fā)生了故障,位置節(jié)點(diǎn)就不能真實(shí)反饋開關(guān)動(dòng)觸頭的位置所在。因此,在這位置節(jié)點(diǎn)上做的機(jī)械聯(lián)鎖,不能很可靠的保證不同時(shí)接通兩路供電電源!
那么很多設(shè)計(jì)和用戶就會(huì)察覺這種方式不是那么可靠了。所以說(shuō),雙斷路器的保護(hù)和轉(zhuǎn)換的雙重作用,實(shí)際上是犧牲了轉(zhuǎn)換的安全可靠性為代價(jià)的。
使用雙斷路器做電源轉(zhuǎn)換時(shí),還應(yīng)注意幾個(gè)問(wèn)題:
雙電源轉(zhuǎn)換時(shí),一定不能將兩路供電電源短接在一起,因此也要求做轉(zhuǎn)換用的電器開關(guān)----無(wú)論是斷路器、接觸器、機(jī)械開關(guān),都要有很明確的開關(guān)觸頭先分離(隔離)再投入的要求。同樣,我們不能確定常規(guī)斷路器的觸頭隔離功能,因此,選擇雙斷路器組合的電源轉(zhuǎn)換,或者使用CB級(jí)的ATSE開關(guān),應(yīng)該選擇有隔離功能的斷路器。
如果斷路器作為雙電源轉(zhuǎn)換使用,有了固定的聯(lián)鎖機(jī)構(gòu),固定式、插入式斷路器是無(wú)法解裂這一聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)而維護(hù)單個(gè)斷路器的。如果需要檢修或更換起保護(hù)作用的斷路器,就要將兩路電源在ATSE的上游全部斷開,造成雙回路供電全面斷電。對(duì)于抽屜式斷路器來(lái)說(shuō),如果開關(guān)能方便的抽出更換,那么兩臺(tái)之間的聯(lián)鎖就更加不牢固了。
3)。斷路器的保護(hù)類型。
供配電系統(tǒng)中如何選擇斷路器及其整定值,本身就是一個(gè)復(fù)雜的工作;選擇斷路器的同時(shí)還要考慮雙電源轉(zhuǎn)換的問(wèn)題—正常使用情況、短路情況、過(guò)負(fù)荷情況、失壓/失頻情況、兩路供電電源并聯(lián)情況、設(shè)備聯(lián)動(dòng)等眾多問(wèn)題,這讓設(shè)計(jì)者和產(chǎn)品制造廠商很難抉擇。因此建議ATSE還是不要有保護(hù)功能為好。
因此,我們不建議使用CB級(jí)的ATSE或者雙斷路器來(lái)完成轉(zhuǎn)換和保護(hù)。
這一產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中,先了解相關(guān)的定義:
從該標(biāo)準(zhǔn)中看出,開關(guān)定義名詞中并沒(méi)有我們?nèi)粘K岬降摹柏?fù)荷開關(guān)”,而我們所理解的“負(fù)荷開關(guān)”實(shí)際上就是該標(biāo)準(zhǔn)中定義的(機(jī)械)開關(guān)。也許是(機(jī)械)開關(guān)容易讓人聯(lián)想到“刀開關(guān)”等低檔產(chǎn)品,所以相關(guān)的生產(chǎn)或銷售方才創(chuàng)造出了“負(fù)荷開關(guān)”這一名詞。
在以往的文章中曾經(jīng)闡述過(guò)ATSE的額定接通和分?jǐn)嗄芰Φ膶?shí)際意義,簡(jiǎn)單的說(shuō)就是檢驗(yàn)ATSE帶負(fù)載轉(zhuǎn)換的能力。顯然(機(jī)械)開關(guān)帶負(fù)載動(dòng)作的能力,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于ATSE的要求!
PC級(jí)ATSE和(機(jī)械)開關(guān)、隔離開關(guān)都不是保護(hù)性元件,因此,供電回路中發(fā)生短路情況時(shí),這兩種開關(guān)都用“額定短時(shí)耐受電流(Icw)來(lái)衡量的。開關(guān)的短路性能。
滿足GB14048.3標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān),其短路耐受電流不得小于12倍的最大額定工作電流,通電持續(xù)時(shí)間應(yīng)為1s,例如100A隔離開關(guān),額定短時(shí)耐受能力≥1200A并耐受1秒鐘;GB14048.11中,要求100A ATSE開關(guān),額定短時(shí)耐受能力≥5000A并耐受0.03秒鐘。
因?yàn)楫a(chǎn)品作用的不同,在發(fā)生短路是要求各種開關(guān)的反應(yīng)也不一樣。GB14048.3要求短路情況下開關(guān)的接通、承載良好,而PC級(jí)則凸現(xiàn)短時(shí)間承受高短路電流沖擊的作用。
通過(guò)以上幾點(diǎn)的對(duì)比,我們得出3個(gè)結(jié)論:
因此,建議ATSE不用具備隔離功能。
下圖是目前國(guó)內(nèi)經(jīng)常使用的雙電源末端互投配電箱示意圖:
ATSE就擔(dān)負(fù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換任務(wù),也就是選用PC級(jí)ATSE。斷路器、隔離開關(guān)等電器元件桉常規(guī)進(jìn)行配備和整定參數(shù)。這種應(yīng)急配電箱系統(tǒng)有三個(gè)好處:一,斷開ATSE下端的輸出斷路器,對(duì)末端使用的各項(xiàng)負(fù)載及其回路逐個(gè)進(jìn)行檢修;二,斷開ATSE前端的斷路器或隔離開關(guān),對(duì)ATSE、應(yīng)急母線、分配輸出斷路器本身進(jìn)行檢修;三,ATSE安全開機(jī)調(diào)試的保證。ATS雖說(shuō)是一種開關(guān),但ATSE則可以看作一個(gè)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)了,這就是為什么組成轉(zhuǎn)換功能的斷路器、隔離開關(guān)單價(jià)便宜,而組合在一起ATSE價(jià)格要貴出許多了。既然是系統(tǒng),就要有嚴(yán)格的開機(jī)、調(diào)試、參數(shù)設(shè)定了。我們無(wú)法確定成套廠組裝配電箱時(shí)將ATSE 的動(dòng)觸頭放在什么位置,ATSE的控制器是否完好,開關(guān)于控制器間的連線是否牢固,手動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)是否靈活。。。。。。因此在ATSE通電前一定要做開機(jī)檢驗(yàn)和調(diào)試。如果ATSE前端不設(shè)線路分?jǐn)?隔離的開關(guān)裝置,這一項(xiàng)工作很難實(shí)現(xiàn)。四、結(jié)束語(yǔ)
再就是人們的認(rèn)識(shí)不夠。很多人知道ATSE國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的編號(hào),但主要內(nèi)容和選擇ATSE的主要技術(shù)指標(biāo)也不清楚,因此就套用斷路器、隔離開關(guān)的技術(shù)參數(shù)來(lái)要求,越發(fā)使得人們混淆斷路器、隔離開關(guān)、ATSE了。還有ATSE的生產(chǎn)廠家,應(yīng)該給設(shè)計(jì)者、使用者提供詳細(xì)而真實(shí)的技術(shù)參數(shù),同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)、使用者做出正確的引導(dǎo),畢竟ATSE在中國(guó)還是一個(gè)發(fā)展階段。
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