自動轉換開關電器(ATSE)的分類及特點

【摘 要】隨著社會的發展，各行業對供電的質量和可靠性都有了非常高的要求，提供常用、備用兩路獨立的電源切換的裝置——雙電源自動轉換開關電器的應用需求越來越廣泛，技術性能要求也越來越高。本文對雙電源自動轉換開關電器進行了系統地分類，并對雙電源自動轉換開關電器在實際使用過程中表現出的優、缺點進行了深入的分析，為今后雙電源自動轉換開關電器的選用提供了依據。

【關鍵詞】雙電源自動轉換開關;分類;特點

Auto conversion switch the classification and characteristics of the electric appliances(ATSE)

Zhang Yue-qing

(Xinjiang university building design institute for research Urumqi Xinjiang 830008)

【Abstract】Along with society of development， quality and credibility of each profession to power supply all had very Gao of request， provide in common use， back up two road independence of the power supply cut over of equip-double power supply auto conversion switch electric appliances of application need more and more extensive， technique function request also more and more.This text to double power supply auto conversion switch the electric appliances carried on systematically classification， and to double power supply auto the conversion switch electric appliances is in actually the usage the process performance of excellent， the weakness carried on thorough of analysis， for aftertime double power supply auto conversion the choose of switch electric appliances used to provide basis.

【Key words】????????

1. 雙電源自動轉換開關在社會中的應用

隨著現代各行業的快速發展，眾多行業如醫院、機場、高層建筑、變電站等對供電的可靠性都有了非常高的要求。電力質量日益受到人們的重視，而供電的連續性是電力質量一個重要方面。對于一級負荷及二級負荷的供電，由于其中斷供電在政治、經濟上將造成不可估量的損失或影響重大，因此國家標準GB50052-1995《供配電系統設計規范》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。”，“二級負荷的供電系統，宜由兩回線路供電。”同時國家標準GB50045-1995《高層民用建筑設計防火規范》(2005年版)也規定:“高層建筑的消防控制室、消防水泵、消防電梯、防煙排煙風機等的供電，應在最術一級配電箱處設置自動切換裝置。”[1]。

保證供電連續性通常的解決辦法是給供電對象提供常用、備用兩路獨立的電源，當常用電源發生故障時，能根據設定的切換程序準確完成常用電源和備用電源間的切換，從而最大限度的保證供電的連續性。在低壓配電網中，這種切換由雙電源自動轉換裝置完成。作為電能切換的必備器件，雙電源自動轉換開關電器的應用需求越來越廣泛，技術性能要求也越來越高[2]。

2. 雙電源自動轉換裝置的定義及分類

自動轉換開關電器，(Automatic Transfer Switching Equipment，以下稱ATSE)。主要適用于交流不超過1200V或直流不超過1500V的低壓緊急供電系統，用于兩路電源之間的切換。根據IEC國際標準定義:由一個或多個轉換開關電器和其它必要的電器組成，用于檢測電源電路，并將一個或多個負載電路從一個電源轉換至另一個電源的電器。

2.1 ATSE在應用過程中的分類及優、缺點分析

2.2.1 ATSE按短路電流的能力分類。根據國際標準IEC60947.6.1:1998(我國對應的國家標準GB/T14048.11-2002)的內容，按ATSE短路電流的能力將其分PC級和CB級。

(1)PC級ATSE的分類及特點:由轉換開關、電機操作機構或電磁操作機構、轉換控制器、聯鎖機構組成的PC級ATSE;由無短路保護的斷路器、電動操作機構、轉換控制器、聯鎖機構組成的PC級ATSE。

優點:結構簡單，自身聯鎖，轉換速度快，可頻繁操作，價格相對低廉。缺點:耗電大、有噪音，另由于它不能分斷短路電流，需加熔斷器或斷路器。以美國的ATSE技術代表著當今世界PC級ATSE先進水平。

(2)CB級ATSE的特點:優點:由斷路器、電機操作機構或電磁操作機構、轉換控制器、聯鎖機構組成。具有過載、短路保護功能，所以CB級既能接通、承載，又能夠分斷短路電流。缺點:體積較大、轉換速度慢。該類代表性產品有法國施耐德的UA、BA，德國穆勒電氣的CB級產品等。

2.2.2 ATSE按投切結構類型分類。按照ATSE裝置的投切結構類型可分為以下幾種類型:斷路器投切型;負荷開關雙投型;接觸器雙投型;控制保護器投切型。

(1)斷路器投切型ATSE的特點。這種ATSE由兩臺斷路器為基礎，外加單(雙)微型可逆電機組成電動操作機構來實現雙電源自動轉換與控制，所以斷路器的取材廣泛，從國產到合資生產以及進口的斷路器都能進行組裝。

優點:a.從結構形式上采用了兩臺斷路器，絕緣等級高，且具有電氣與機械雙重聯鎖功能，確保兩臺斷路器任何狀態下都不能同時合閘，很好地保證了其安全性。b.二次控制回路采用智能控制器組成，在弱電控制、無觸點化、功能強大等方面具有先進性，減少了外圍元器件，為供電的連續性提供了可靠的保障，基本符合有關可靠性要求。c.為負載提供了完整的過載與短路保護，可實現兩段或三段保護功能，并可根據需要增加接地等其他保護功能;另外還具有限流強、選擇性能好、級聯配合以及能量保護等功能，在選擇性能上表現極為突出。d.具有電源各種故障保護、故障報警指示、運行參數可調及電源電壓顯示等功能，并防止故障電源向負載供電;由于不同用戶或設備對供電電壓及轉換時間有不同的要求，可通過數字整定可調功能，大大方便用戶使用，并且為實現“四遙”提供了前提條件，經通訊接口適用于智能化網絡的集中控制。

缺點:a.由于采用兩臺斷路器為基礎，體積大，造價高;因采用微型可逆電機驅動，故轉換時間長，至少1.5S以上;b.當采用兩臺斷路器(微斷或塑殼式)時，在其手柄上加裝一套微型可逆電機組成的電動操作機構，使兩只手柄同時逆向操作，這種方法較原始，操作手柄容易受損，動作位置調整也很困難，還會因振動等原因影響正常的分合閘操作;當采用兩套微型可逆電機組成的電動操作機構時，同樣存在操作和聯鎖機構復雜、不容易調整及易發生故障等問題，因此，可靠性在一定程度上受到影響。發現這類缺陷后，對產品操作機構進行了研究改進，使其傳動簡捷、故障點少、壽命長。

(2)負荷開關雙投型ATSE的特點。這種ATSE由兩套負荷開關拼裝為一體，依靠一套微型可逆電機組成電動操作機構，并通過齒輪變速箱傳動完成雙電源的自動轉換與控制，動作方式與單電機驅動的斷路器投切型ATSE基本類似。

優點:1)由于本身的運動、傳動機械簡單、緊湊，除電氣聯鎖外，還可通過機械齒輪傳動結構完成機械聯鎖功能，安全性得到保證。2)二次控制回路大部分產品都集開關與邏輯控制于一體，由于采用電子產品，故障隱患減少，基本滿足了可靠性要求。3)受結構形式限制，不具備過載和短路等保護，所以體積適中，外觀整齊統一，價格適中。

缺點:a.因不具備任何保護功能，且耐受短路導通容量小，主觸頭系統無滅弧柵，切換時拉弧時間長，容易影響觸頭的使用壽命。b.采用微電機驅動和齒輪變速傳動機構，所以轉換時間長，其機械傳動機構裝置同樣存在易發生故障而影響可靠性等問題，需進一步改進、完善。c.不適宜頻繁的轉換與操作，否則將影響整體使用壽命。

(3)接觸器雙投型ATSE的特點。這種ATSE采用直流電磁線圈作為動力，經電磁激勵脈沖操作完成整個轉換動作過程。

優點:a.在結構形式上由V型主觸頭和電氣機械雙重聯鎖控制組成，采用直流線圈激勵直線驅動完成轉換過程，因此外型體積偏小，結構簡單緊湊，運行安全性能好。b.二次控制回路大多數產品都集開關與邏輯控制為一體，并通過機械部分直線定位，定位精度高，抗震動，不受安裝方向和角度的影響。另外，依靠電氣與V型機械自鎖裝置的作用，確保兩路電源在任一時刻都不會同時接通，可靠性較高。c.不具備過載和短路保護功能，但短路接通容量大。因為主觸頭為平面型接觸，具備獨立的滅弧室并配有滅弧柵，具有很高的載流量，能夠帶負荷或頻繁轉換操作。d.采用電磁瞬時激勵驅動，故轉換時間快，且完成轉換后線圈不帶電，達到了節電消除噪音的目的。

缺點:需進一步改進和完善二次控制回路，最好采用智能控制器，盡量減少與有關操作和信號指示的外圍元器件，提高該裝置的先進性，使其動作更加安全可靠。

(4)控制保護器投切型ATSE的特點。這種ATSE主要由KB0系列主電路基本模塊和其他輔助模塊組成。

優點:a.由于采用了模塊化結構，在單一的結構形式上實現了集成化、內部協調配合的控制與保護，具有斷路器、接觸器及熱繼電器的各種功能與優點，并通過內部電氣與機械聯鎖功能，依靠電磁線圈吸引驅動來完成自動轉換過程，無須再外加其它操作和轉換機構，故結構簡單緊湊，轉換速度快，安全性能好。b.目前該產品在國內是獨家生產，其二次控制回路無論采用集開關與邏輯控制于一體，還是采用智能控制器，都能較好地滿足可靠性的要求。c.可為負載提供完整的過載與短路保護，其他功能及特點與斷路器投切型的ATSE基本相同。d.具有過載、短路以及故障直接報警功能，當選用消防型電子脫扣器時，在過載情況下其本身具備只報警不跳閘功能，可滿足消防設備的特殊使用要求。

缺點:a.主電路容量小，最大為100A，不能完全符合雙電源轉換需求，應進一步研發大容量產品，以滿足大中型工程的使用要求。b.采用電磁線圈吸引驅動，其線圈長期帶電會產生噪音，應考慮增加直流無聲運行輔助模塊，減少噪音污染，達到節電節能目的[3]。

2.2.3 ATSE的應用性分類。自動轉換開關電器形式的多樣性源于其應用方式的多樣性。在國內開發的眾多自動轉換開關電器中，除了滿足自動轉換開關電器的基本要求外，根據具體應用場合的不同或客戶使用要求的不同，派生出了有別于標準規定操作次序的特別的應用需求，其應用主要有以下幾種方式[4]:

(1)自投自復型:在正常狀態時，由常用電源供電，當常用電源出現異常時，轉換開關經設定的延時切換至備用電源;當常用電源恢復正常后，備用電源自動切換至常用電源。

(2)自投不自復型:在正常狀態時，由常用電源供電，當常用電源出現異常時，轉換開關經設定的延時切換至備用電源;當常用電源恢復正常后，不能自動切換至常用電源，需要人為干預才能切換到常用電源。

(3)互為備用型:在由兩路市電供電的條件下，沒有指定哪一路電源為常用電源，哪一路電源為備用電源。當正在使用的一路電源出現故障時，經設定的延時轉換到另外一路正常電源，兩路互為備用，沒有主備之分。

(4)電網、發電機型:對電網和發電兩路電源進行自動切換，發電設備通常為柴油發電機組。在電網電壓低于設定值時(一般為85%額定電壓)，經發電延時指令發出發電指令。當發電電壓達到85%額定電壓時，先從電網斷開負載電路，經延時發出卸載指令，卸去次要負載，再經延時接通發電電源。當電網電壓恢復正常(達到85%額定電壓以上)后，經延時將負載電路從發電電源斷開，再經延時，自動切換到電網供電[5]。

綜上所述，在設計及應用過程中應根據負荷特點和供電要求合理選擇雙電源自動轉換開關電器以保證配電系統可靠安全運行。

參考文獻

[1] 李道本.雙電源自動切換裝置選用探討.電氣應用.2005年05期.87～91

[2] 張忠利.自動轉換開關的選擇及應用.上海電器技術.2006第4卷.57-59

[3] 曹錦瑞.自動轉換開關電器(ATSE)的應用及其標準的發展.電氣應用:2005年05期

[4] 胡景泰.新型集成化ATSE的研究與應用.電T技術雜志.2003年第1l期:25～28

[5] GB/T 14048.3-2002.低壓開關設備和控制設備第3部分:開關、隔離器、隔離開關及熔斷器組合電器.

[文章編號]1619-2737(2010)06-22-141