淺談雙電源切換開關的應用及選擇

劉勇

摘 要：雙電源切換開關是保證供電可靠性的開關器件之一，文章從結構、原理、使用上分析和比較了PC級和CB級兩類開關的不同，為各行各業使用上的選擇提供了參考。

關鍵詞：雙電源切換開關；CB級；PC級

引言

持續的電力供應是企業的安全生產最重要的外在條件，其質量與穩定性也直接關系到經濟效益，如何確保日常用電安全，保證對重要負載的不間斷供電，顯得尤為重要。根據GB50052-2009《供配電系統設計規范》，一級、二級負荷需要設置雙路電源，以保證重要負荷的供電可靠性，末端雙電源自動切換裝置ATSE作為轉換電源的關鍵性電氣元器件，在行業供配電系統中占據了非常特殊的地位。

1 雙電源自動轉換開關的介紹和比較

自動轉換開關電器（AutomaticTransferSwitchingEquipment，簡稱ATSE），根據標準GB14048.11定義：由一個或多個開關設備構成的電器，該電器用于從一路電源斷開負載電路，并連接至另外一路電源上。IEC60947-6-1定義：由一個（或幾個）轉換開關電器和其他必需的電器組成，用于監視電源電路，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自動電器。為了保證供電負荷的可靠性，現在交流額定電壓不超過1000V的重要負荷一般由兩個電源供電，一個是常用電源，一個是備用電源。常用電源故障時，轉換開關能夠自動將一個普通負載轉換到備用電源側，并且當常用電源恢復時，能夠自動將負載從備用側轉回到常用電源側。

1.1 自動轉換開關分類

目前國內市場常見的ATSE設備主要有兩類，CB級和PC級，PC級可細分為派生PC級和專業PC級。

CB級：通常是有兩個斷路器機械連鎖組成，配備過電流脫扣器，觸頭能夠接通并用于分斷短路電流。既能實現雙電源自動切換的功能，又具有短路電流保護的功能。由于具備選擇性的保護功能，能夠對末端的負荷和電纜線路進行短路和過載保護。

PC級：能夠接通和承載，但不用于分斷短路電流，只能實現雙電源的自動切換功能，不具備短路電流分斷能力。但具備較高的耐受和接通能力，并且有結構簡單、體積小、轉換速度快、動作可靠等優點，使用時需要配備短路保護的開關。而派生式PC級ATSE，都只是在CB級ATSE的基礎上把本體開關由斷路器換成了負荷隔離開關，只摘除了斷路器的過電流脫扣器，并沒有解決其結構復雜、可靠性差、觸頭耐受故障電流值低的問題。

1.2 CB級和PC級自動轉換開關比較

1.2.1 機械結構不同。CB級ATSE是由斷路器組成，而斷路器是以分斷電弧為主，要求它的機構能夠快速脫扣，因而存在滑扣、再扣問題。另外機械連鎖復雜，基本上是由兩個斷路器、電動機、機械傳動機構來操作分斷和閉合，實現電路轉換。一個功能需要三個獨立的單元共同配合完成，任何一個故障，都導致轉換失敗。PC級ATSE采用勵磁機構，可靠性遠高于CB級產品。

1.2.2 觸頭材料不同。CB級斷路器常用銀鎢、銀碳化鎢材料配對，有利于分斷電弧。但該材料易氧化，備用觸頭長期暴露在外，表面氧化后，增大接觸電阻。備用觸頭一旦投入使用，觸頭溫升增高易燒毀開關。而PC級ATS充分考慮了觸頭材料氧化帶來的后果，采用銀合金，高度抗燃燒。而且當開關閉合時，每一次接觸自滑觸點可以清理灰塵和氧化，這大大提高了ATSE的使用壽命。觸頭可承受20Ie及以上過載電流，觸頭壓力大，不易斥開，也易被熔焊，這一特性對于消防應急系統供電非常重要。

1.2.3 故障時對線路的影響不同。CB級ATSE采用的斷路器有過載保護功能，在出口側發生過載或短路故障時，CB級ATSE僅鎖定故障，斷路器跳閘，但不自動轉換。而PC級ATSE沒有保護功能，可以從故障線路切換到另一路電源，可以保證線路的持續供電。如圖所示。

對于民用建筑，《高層民用建筑設計防火規范》（2005）第9.1.2條規定，高層建筑的消防控制室、消防水泵、消防電梯、防排煙風機等的供電，應在最末一級配電箱處設置自動切換裝置。經過上述比較，對于不可因為線路過流而中斷供電的用電負荷，均應該選用一體化PC級ATSE。對于消防負荷國標強制使用PC級ATSE；另外高檔辦公樓、酒店、醫院（手術室、ICU、血透等）公共建筑配電首選PC級ATSE；通訊設備，數據機房配電等也首選PC級ATSE。

2自動轉換開關的應用功能

目前，大多數ATSE是集開關與邏輯控制于一體，無需外加控制器，真正實現機電一體化。由于ATSE的控制器標準沒有統一規定，同一供應商一般都有多種型號，不同供應商之間的差別更大，所以需要有選擇的使用，通常控制器具有以下功能：（1）適用于寬廣的電壓范圍（如適用于AC100～480V），較寬的頻率范圍（如適用于50Hz和60Hz之外的其他頻率）。適用于各類型負載，電動機負載或包含電動機、電阻性負載和30%以下白熾燈負載的混合負載，控制器上能夠顯示常用參數。（2）可以帶載轉換，耐受一定的故障電流，一般都不需要外界獨立電源。（3）電源轉換模式為下列三種模式之一，控制器都可以手動設置：a.自投不自復。當常用電源參數超出設定值時，控制器發出指令，分斷常用電源切換到備用電源并保持此狀態；b.自投自復。當常用電源因故障切換到備用電源，而常用電源恢復正常后，控制器發出指令，從備用電源切換回常用電源；c.互為備用。常用電源故障時，控制器發出指令，切換到備用電源。當備用電源故障時，控制器發出指令，令操作機構切換回常用電源。（4）轉換條件。ATSE標準強制規定失壓、任意一相缺相必須轉換。另外，欠壓、過壓、頻率偏差、諧波、電壓波動、線路噪聲這幾項參數是否屬于故障電源狀態，取決于用電設備對電源質量的要求和敏感度。（5）切換時間的設定。在常用電源轉換至備用電源時，為防止備用電源在市電瞬態波動或失壓，ATSE具有延時檢測功能。目前這一指標設計規范中沒有給出明確指標，可根據用電負荷的類型進行設定，普遍廠家均有1～300s范圍內調整，部分廠家可以0～999s內設定，最快的切換可以達到毫秒級，并且可以同相位切換。（6）級數的選擇。根據IEC456.1.5規定，正常供電電源與備用發電機之間若不是同一接地網絡時，轉換開關應該選用四極開關，N線應完全隔離。目的是防止ATSE切換時，不同系統中N線電位漂移，影響系統供電質量。

3 結束語

隨著經濟的發展，各行各業對電力供應的連續性要求越來越高，ATSE是保證供電可靠性的電器元件之一。所以具備結構簡單、承載能力高、切換快、不帶零位等性能的一體化專業PC級ATSE是雙電源緊急供電系統中的首要選擇。現在有的廠商已經不生產CB級自帶斷路器的ATSE產品，其目的也是增加電源的可靠性，主要實現切換功能，而不是保護功能。進幾年自動切換開關的技術發展較快，新型產品已在不斷涌現，發展趨勢也必然向大電流、更多電壓等級、更高的可靠性、控制功能更完善的方向發展。所以在實際應用中，應依據國家相應標準或規范對重要用負荷按照等級的分類及要求，并切合實際需求設計選用合適的ATSE，提供安全、優質、可靠的電力供應。