雙電源自動轉換開關的技術設計及選擇

自動轉換開關ATSE（AutomaticTransferSwitchEquipment）是一種常用的電器開關設備，主要作用是在兩路可用的供電電源間，選擇一路安全、可靠的電源向負載供電，以保證負載用電的連續(xù)性。自從有了雙路電源向負載供電的配電系統，就有了雙電源自動轉換開關的應用。我國相關部門于2002年10月8日頒布了ATSE的**標準GB／T14048.11，并在2003年4月1日起實施。該標準等同于國際電工委員會標準IEC60947—6—1。本文將緊密結合GB／T14048.11標準，綜合設計和使用中存在的問題，尤其是招標技術要求中，對ATSE的要求和限定內容，做以下初步的闡述和探討。

GB／T14048.11定義：自動轉換開關電器ATSE是由一個（或幾個）轉換開關電器和其他必需的電器組成，用于監(jiān)測電源電路、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電器。由該定義我們可以理解如下：

（1）ATSE是一種獨立的電氣開關

它并列于斷路器、負荷開關、熔斷器、接觸器等電氣開關，具有相應的電氣參數要求。

（2）ATSE是由轉換開關和相應的監(jiān)視、控制等電子電路組成

也就是說，只有完整的ATS主開關加配套的控制器才能構成ATSE。

（3）由ATSE所配套的控制機構自行監(jiān)視兩路供電電源的狀況

按一般理解，供電電源被監(jiān)視的主要參數應該是電壓和頻率，但該標準中沒有明確指出被監(jiān)視的應該是三相還是單相電壓／頻率。對于設計者來說，如果要求ATSE有缺相轉換功能，則ATSE的控制器應具備雙路三相偵測的功能。

（4）這一轉換過程是自動完成的

ATSE的控制器將偵測的雙路電源的實際狀況，與控制器預先存儲的設定做比較和邏輯判斷，然后做出是否驅動轉換的控制命令。

（5）這種轉換是在兩路電源間完成的

目前的供電系統中，對于緊急負載大多數是兩路電源一用一備的情況，但也有一用兩備的三電源供電系統。對于這種系統，不能單靠一個ATSE來完成轉換。其解決辦法是：用兩個ATSE來組合完成，或使用三臺斷路器（注意是否有機械連鎖）外置控制和電氣連鎖來完成。

2、ATSE的分類

依據**標準，ATSE只有一種分類方式：PC級和CB級。目前市場上常說的“兩段式”、“三段式”ATSE是不規(guī)范的稱謂。

PC級的ATSE就是只完成雙電源自動轉換的功能，而不具備短路電流分斷的功能；CB級的ATSE是既可以完成雙電源轉換、又可以具有短路電流保護的功能。

PC級和CB級ATSE各有優(yōu)點和缺點，無法簡單的衡量PC級和CB級到底哪一個更好。設計和使用者自己可根據本地區(qū)的使用習慣和系統要求來選擇ATSE的級別，同時要結合其他電氣元件來組建應急供電系統。

3、ATSE的基本技術參數

作為一種電氣開關，ATSE有些基本的技術參數和要求，這也是設計中應該注意的細節(jié)和編寫招標技術文件中應該包含的技術要點，主要有：

（1）級別

選擇和使用ATSE，首先要確定其級別，是PC級還是CB級。這將影響到以后如何選擇ATSE的短路特性。

（2）額定電壓、額定工作電流、額定頻率、開關極數

這些電氣技術參數跟我們熟悉的斷路器的電氣參數一樣，在這里就不贅述了。

（3）使用類別

使用類別是對負載類型的分類。按照**標準，具體分類見表l。

表lATSE的使用類別

在**標準中，至少有額定接通和分斷能力和操作性能兩個ATSE的重要指標是跟使用類別密切相關的。

額定接通與分斷能力是由制造廠規(guī)定的，指在規(guī)定條件下，ATSE能夠接通與分斷的電流值。對于純阻性負載來說，接通和分斷的電流就是額定電流。但實際使用中很少有單純的阻性負載，大多數是感性、容性、阻性的混合負載。例如對電動機型負載的轉換，對于絕大多數ATSE都是“先斷后接”的轉換，也就是在轉換過程中，對于電動機負載來說實際是再加電、再起動的過程。此處的ATSE要有足夠的接通和分斷能力來滿足起動瞬間的沖擊電流。**標準中對這一參數做了專門的限定和實驗條件，見表2。

表2ATSE的接通與分斷實驗條件

由上表可以看出，無感或微感負載AC一31的接通能力很小，其額定接通和分斷能力只有1.5倍的額定電流，基本上不考慮感性或容性負載的再起動沖擊。對于大多數負載來說，應該按AC一33來考慮，也就是說能夠滿足6倍額定電流接通與分斷條件要求（因為大多數電動機的起動電流是額定電流的6～8倍，所以在**標準中，對于AC一33的負載類型，是用6倍的額定電流來做實驗的）。

在設計和使用過程中，一定要分清使用類另Ⅱ的概念，即使選擇了滿足IEC60947—6一l（等同于GBl4048.11的IEC標準）要求、但僅適用于AC一3l級負載使用類別的ATSE，對電動機型負載而言，依然會因瞬間接觸產生的沖擊電流造成ATS觸頭的融化、粘連。

因此，建議設計者和使用者在不能明確負載類型時，可以依據AC一33A、33B型負載來選擇ATSE。

跟使用類別緊密相連的另一ATSE技術指標就是操作性能，相關**標準要求參見表3。

表3驗證ATSE的操作性能對應于各種使用類別的接通與分斷條件

與上面的講解一樣，因為負載使用類別的不同，AC一33型負載比AC一3l型負載的實驗條件更苛刻，更能適用于復雜類型的實際負載。

（4）短路特性

1)額定短時耐受電流ICW

對于PC級ATSE來說，其只完成轉換而不具備短路保護能力，其自身的短路保護是依靠前端的斷路器（或熔斷器）來完成的。該斷路器或熔斷器不是為保護ATSE而單獨設立的，而是保護整個回路的。ATSE也是回路中的電氣元件，也是在被保護范圍之內的。

PC級ATSE在遇到短路電流時，要在一定的時間內可以耐受一定的短路電流沖擊，直到保護斷路器起作用。這一耐受能力就是額定短時耐受電流，具有“耐受時間”和“耐受電流值”兩個概念。**標準中對額定短時耐受電流的規(guī)定見表4。

表4額定鋪時耐受電．流的相關規(guī)定

注：以交流50Hz來考慮

目前中國市場上的ATSE基本滿足這一要求。需要說明的是兩點：

(1)額定短時耐受電流是由制造廠規(guī)定的，ICW和ICU、ICS是不同的概念。

額定極限短路分斷能力ICU也是由制造廠家給出的，是斷路器的標準技術參數，表示斷路器**能承載和分斷開多大的短路電流。

額定運行短路分斷能力ICS也是斷路器的基本技術指標，表示實際運行中，斷路器可以分斷開多大的短路電流。用極限短路分斷能力ICU的百分比來表示，一般有：50%、75%、100%。

額定短時耐受電流ICW，一是針對不具備保護能力的電器元件，例如：負荷開關、接觸器、PC級ATSE等的基本技術參數。ICW和ICU間沒有換算關系，但斷路器的ICW值一定小于ICU值。例如NS系列開關，800A額定的ICU值可以高達75kA，但ICW值只有25Ka（1s）。它們都是由生產廠家實驗給出的數值，用于衡量不同電氣設備的參數。在實際的工程設計和使用中，這兩個數值要求都應該是設計者計算得出，由生產廠家來滿足的。

簡單來說，ATSE的核心部件應該是開關的觸頭，至于驅動觸頭的方式和閉鎖觸頭位置的方法有很多種。而ICW值的大小主要是取決于觸頭的品質。我們知道，導體通電發(fā)熱量與流過的電流平方和時間成正比，要想提高ICW值使觸頭不因過熱而熔化，就要提高開關觸頭的熔點，使用高熔點的合金觸頭和增大觸頭接觸面積來降低導體電阻。

(2)ICW值滿足**要求不一定滿足實際工程的使用要求。對于相同額定電流的斷路器來說，其短路分斷容量就有高、中、低的區(qū)分，所以設計者要根據自己的計算來指定使用ATES處的短路耐受電流，這一值往往高出**標準要求很多。例如從變電所低壓母線上直接引出150A額定容量的回路為變電所本身使用，所選擇的ATSE額定容量為150A，但短路耐受容量可能要到40kA以上。而**標準對應的150AATSE10kA就可以滿足了。

2)短路接通能力

與前面討論的額定接通能力類似，如果轉換是發(fā)生在短路故障時，例如因短路而跳脫正常電源的斷路器使ATSE正常電源側失電，ATS觸頭接觸時就要承受更大的電流，ATSE的這一承受能力用短路接通能力來衡量。

3)CB級ATSE的額定短路接通和分斷能力這一技術指標很好理解，實際上就是斷路器的額定短路接通和分斷能力，這里就不贅述了。