合理選擇與使用雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（ATSE）

自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器簡稱為ATSE，是Automatictransferswitchingequipment的縮寫。

ATSE主要用在緊急供電系統(tǒng)，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)將負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)換接至另一個(gè)電源的開關(guān)電器，以確保重要負(fù)荷連續(xù)、可靠運(yùn)行。因此，ATSE經(jīng)常應(yīng)用在重要用電場所，其產(chǎn)品可靠性尤為重要。轉(zhuǎn)換一旦失敗將會(huì)造成以下二種危害之一，其電源問的短路或重要負(fù)荷斷電，其后果都是嚴(yán)重的，這不僅僅會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)損失，也可能造成社會(huì)問題。因此，工業(yè)發(fā)達(dá)**都把自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的生產(chǎn)、使用列為重點(diǎn)產(chǎn)品加以限制與規(guī)范。

ATSE一般由兩部分組成：開關(guān)本體+控制器。而開關(guān)本體又有PC級與CB級之分。

PC級：能夠接通、承載、但不用于分?jǐn)喽搪冯娏鞯腁TSE。

CB級：配備過電流脫扣器的ATSE，它的主觸頭能夠接通并用于分?jǐn)喽搪冯娏鳌?/span>

控制器主要用來檢測被監(jiān)測電源工作狀況，當(dāng)被監(jiān)測的電源發(fā)生故障時(shí)，控制器發(fā)出動(dòng)作指令，開關(guān)本體則帶著負(fù)載從一個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換至另一個(gè)電源，圖1是典型ATSE應(yīng)用電路?？刂破髋c開關(guān)本體進(jìn)線端相連。

國內(nèi)市場用于兩路電源轉(zhuǎn)換電器的產(chǎn)品目前有四類。**類．是由接觸器組成的ATSE；第二類是由斷路器組成的ATSE；第三類用電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)完成兩路電源轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品，第四類為PC級ATSE。

由接觸器組成的ATSE產(chǎn)品，它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低；缺點(diǎn)是線圈長期通電耗能易燒毀，產(chǎn)品的接通分?jǐn)嗄芰Φ?，觸頭易抖動(dòng)、熔焊。其產(chǎn)品可靠性很低，尤其是在帶負(fù)荷轉(zhuǎn)換時(shí)易出現(xiàn)爆炸性事故，這類產(chǎn)品在國外已被淘汰并禁止使用。為克服上述產(chǎn)品缺點(diǎn)，生產(chǎn)斷路器企業(yè)推出了CB級ATSE，CB級ATSE是由斷路器加機(jī)械連鎖組成，CB級的A了SE為機(jī)械保持，觸頭的接通與分?jǐn)嗄芰τ兴岣?，但又不是理想的ATSE產(chǎn)品。因此，市場出現(xiàn)了第三類產(chǎn)品一電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)，這類產(chǎn)品是由兩臺負(fù)荷開關(guān)組合加上電操裝置組成，產(chǎn)品操作的可靠性又有較大提高，但觸頭滅弧系統(tǒng)是以分?jǐn)嘁淮坞娀∫笤O(shè)計(jì)的，用在雙電源電路切換，也存在不合理因素。為此，市場呼喚著理想的ATSE產(chǎn)品．PC級ATSE產(chǎn)品綜合了上述產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)，克服了其缺點(diǎn)，是目前國內(nèi)外市場較理想的雙電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品。

2．國外ATSE產(chǎn)品簡介

2．1PC級ATSE

以美國為代表的ATSE技術(shù)代表著當(dāng)今世界PC級ATSE先進(jìn)水平。因?yàn)?，ATSE產(chǎn)品率先是在軍工領(lǐng)域得到使用，如雷達(dá)、通訊、航天等領(lǐng)域，而美國在上述領(lǐng)域處于****地位，因此，美國對ATSE產(chǎn)品有較高要求，他們將ATSE產(chǎn)品視為電源一部分，為了提高其產(chǎn)品可靠性，不惜采用黃金作為觸頭材料。因此，在產(chǎn)品開發(fā)、研制方面投入較大。目前美國生產(chǎn)ATSE產(chǎn)品規(guī)模較大的企業(yè)有三至四家，如ONAN、ASCO、GE-ZENITH，主要生產(chǎn)PC級ATSE產(chǎn)品，除基本型外，還有瞬間并聯(lián)型、旁路、隔離型、延時(shí)轉(zhuǎn)換型等。圖2，圖3分別為ONAN，ASCO產(chǎn)品機(jī)構(gòu)及觸頭系統(tǒng)示意圖．

2.2電子式ATSE

為滿足不停電電源要求，國外一些大公司推出以可控硅為主的電子式ATSE，額定工作電流100A~1200A，檢測、轉(zhuǎn)換時(shí)間≤5ms。它主要應(yīng)用在電子商務(wù)網(wǎng)站、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體芯片制造業(yè)及緊急救援中心等要害部門。

3．同類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析與對比

3.1CB級與PC級ATSE兩者有以下幾點(diǎn)區(qū)別

3.1.1兩者機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理念不同

CB級是由斷路器組成，而斷路器是以分?jǐn)嚯娀榧喝危髾C(jī)構(gòu)快速脫扣一般采用四連桿機(jī)構(gòu)。四連桿機(jī)構(gòu)易存在滑扣、再扣不可靠因素：而PC級機(jī)構(gòu)存在該方面問題。因而PC級產(chǎn)品的可靠性遠(yuǎn)高于CB級產(chǎn)品。

3.l.2斷路器一般不承受短時(shí)耐受電流，觸頭壓力較小。當(dāng)供電電路生短路時(shí)，斷路器的動(dòng)觸頭易被斥開并產(chǎn)生限流作用，從而分?jǐn)喽搪冯娏?；而PC級ATSE應(yīng)承受20Ie及以上過載電流，觸頭壓力要求較大，因而ATSE觸頭不被斥開，也不易被熔焊。這一特性對消防供電系統(tǒng)尤為重要。

3.l.3兩路電源在轉(zhuǎn)換過程中存在電源疊加問題。

PC級ATSE充分考慮了這一因素。PC級ATSE的電氣間隙、爬電距離一般斷路器的電氣間隙、爬電距離的180％、150％。因而PC級ATSE．全性更好。

3.1.4觸頭材料的選擇角度不同。

斷路器經(jīng)常選擇銀鎢、銀碳化鎢材料配對，這有利于分?jǐn)嚯娀。擃愑|頭材料易氧化，備用觸頭長期暴露在外，在其表面易形成阻礙導(dǎo)電、難驅(qū)除的氧化物，當(dāng)備用觸頭一但投入使用，觸頭溫升增高易造成開關(guān)燒毀甚至爆炸；而PC級ATSE充分考慮了觸頭材料氧化帶來的后果。

3.1.5操作機(jī)構(gòu)不同

CB級ATSE的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)一般是通過微電機(jī)帶動(dòng)減速齒輪機(jī)構(gòu)對斷路器進(jìn)行合分工作，又因斷路器機(jī)構(gòu)的限制，微電機(jī)必須工作到堵轉(zhuǎn)后，靠行程開關(guān)才斷開控制回路。眾所周知，微電機(jī)堵轉(zhuǎn)工作后，其壽命會(huì)大大降低。因而，CB級ATSE電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)可靠性較低。

而PC級ATSE的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)一般為短時(shí)工作電磁鐵．由于電磁鐵結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠好，所以PC級ATSE電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的可靠性較高。

3.2PC級ATSE與電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)區(qū)別

3.2.1兩者遵循的標(biāo)準(zhǔn)不同

PC級ATSE符合GB／T1404811《自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》。

電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)符合GBl40483《開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)以及熔斷器組合電器》。

3.2.2滅弧系統(tǒng)不同

由于ATSE是在兩路電源中帶電轉(zhuǎn)換，因此，應(yīng)考慮兩路電源間相位問題。在電網(wǎng)電源與發(fā)電機(jī)組電源間轉(zhuǎn)換時(shí)，可能出現(xiàn)120°相位差，所以，ATSE在做接通與分?jǐn)嘣囼?yàn)時(shí)常用電源與備用電源相序不同。在不同相序下做轉(zhuǎn)換試驗(yàn)，開關(guān)的觸頭系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)二次電弧，因此，要求開關(guān)在接通備用電源前，**個(gè)電弧必須熄滅，且游離氣體迅速排放，否則，開關(guān)內(nèi)部出現(xiàn)短路，造成轉(zhuǎn)換失敗。所以，自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的滅弧能力要比一般低壓電器開關(guān)強(qiáng)，這也是一臺優(yōu)質(zhì)ATSE價(jià)格貴的原因之一。

而符合GBl4048.3《開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)以及熔斷器組合電器》的產(chǎn)品沒有該要求。

3.2.3兩者電氣性能要求不同

a）兩者的接通，分?jǐn)嗄芰Σ煌?。PC級ATSE在使用類別為AC-33A／B時(shí)，是在6Ie電流，1.05Ue電壓條件下，接通／分?jǐn)嘌h(huán)次數(shù)為50／12次：而負(fù)荷開關(guān)在使用類別為AC-23A/B時(shí)，在10Ie／8Ie電流，1.05Ue電壓條件下，接通／分?jǐn)?／3次。

b）兩者的電氣壽命、機(jī)械壽命也不同。根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：電流等級≤300A、使用類別為AC-33B的PC級ATSE的電氣壽命是在lIn/1Ue條件下至少操作循環(huán)1000次，機(jī)械壽命5000次；而相同電流等級、使用類別為AC-23B的負(fù)荷開關(guān)電氣壽命僅在1In/lUe條件下操作200次，機(jī)械壽命1400次。

3.2.4轉(zhuǎn)換速度不同。PC級ATSE轉(zhuǎn)換速度一般高于負(fù)荷開關(guān)2～3倍。

3.2.5觸頭系統(tǒng)不同。負(fù)荷開關(guān)一般為V形觸頭系統(tǒng)。V形觸頭的特點(diǎn)是，新開關(guān)時(shí)動(dòng)熱穩(wěn)定性好一些，但經(jīng)過幾次開斷后觸頭間燒損易形成接觸不良現(xiàn)象，而且，電弧轉(zhuǎn)移慢，滅電弧性能差；而PC級ATSE觸頭一般為拍合式，觸頭在接觸瞬間動(dòng)靜觸頭間有一摩擦，以利于觸頭良好接觸，拍合式觸頭便于電弧快速移動(dòng)，有利熄滅電弧。

通過上述對比可知PC級ATSE是理想的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)產(chǎn)品。

4．選擇ATSE產(chǎn)品應(yīng)注重的幾個(gè)問題

目前市場上自稱ATSE產(chǎn)品較多。但是屬于真正的ATSE產(chǎn)品不多。ATSE必須符合GB/Tl4048.11-2002《低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備第6部分：多功能電器第1篇：自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》。

下面介紹選擇ATSE產(chǎn)品應(yīng)注重的幾個(gè)問題。

4.1注重產(chǎn)品符合什么標(biāo)準(zhǔn)。

符合GBl4048.3-2003《開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)以及熔斷器組合電器》產(chǎn)品只能叫電動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。

而GB／T14048.11-2002《自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品考核較嚴(yán)酷，在電源間相序不同情況下，也答應(yīng)帶負(fù)載直接轉(zhuǎn)換。

4.2注重產(chǎn)品使用場所。

CB級ATSE一般不答應(yīng)在圖5、圖6所示的線路中使用。

例如，當(dāng)負(fù)載l發(fā)生短路故障引起Q1脫扣，因控制器僅檢測ATSE進(jìn)線端電源狀態(tài)，不會(huì)發(fā)出動(dòng)作指令．所以，ATSE不轉(zhuǎn)換。此時(shí)，重要負(fù)載處于斷電狀態(tài)。該供電系統(tǒng)沒有起到安裝ATSE實(shí)際作用。

在美國對CB級ATSE使用也有嚴(yán)格限制。其中，ULl008第41.19條規(guī)定，帶有過電流脫扣的轉(zhuǎn)換開關(guān)，必須向用戶提出“警告—假如過電流故障引起開關(guān)斷開，ATSE將不會(huì)轉(zhuǎn)換”警告標(biāo)志。

而PC級ATSE用在多負(fù)載供電系統(tǒng)或消防泵供電電路中，當(dāng)負(fù)載1發(fā)生短路故障時(shí)，短路保護(hù)器動(dòng)作后ATSE開始轉(zhuǎn)換，可以確保重要負(fù)載連續(xù)供電。

4.3選用PC級ATSE應(yīng)注重以下幾個(gè)問題

4.3.1使用類別選擇

a.目前，我國市場上PC級ATSE有兩種使用類別。一是適用于AC-33B：另一種適用于AC-31B；開關(guān)電器使用類別決定其開關(guān)電器的用途。

AC-33B／A：適用電動(dòng)機(jī)混合負(fù)載。既包含電動(dòng)機(jī)、電阻負(fù)載和30％以下白熾燈負(fù)載，接通與分?jǐn)嚯娏鳛?Ie，COSφ=05：

AC-31B／A：適用無感或微感負(fù)載，接通與分?jǐn)嚯娏鳛?.5Ie，COSφ=08;

由于ATSE較難通過AC-33B試驗(yàn)。因此，一些制造廠降低開關(guān)使用要求，才選擇AC-31B使用類別。顯而易見選擇使用AC-33B的ATSE比選擇使用AC-33B的ATSE更安全、可靠。

b．小容量ATSE通常帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載直接轉(zhuǎn)換，**具有AC-3指標(biāo)．按接通10Ie／分?jǐn)?Ie，COSφ=0.45要求進(jìn)行考核。使用中該產(chǎn)品更安全。

4.3.2短路保護(hù)電器選擇

PC級ATSE不具有短路保護(hù)功能，因此，需配短路保護(hù)電器。短路保護(hù)電器一般有兩種，熔斷器或斷路器。由于熔斷器限流性能好，限制短路電流能力強(qiáng)，它常被使用在系統(tǒng)出現(xiàn)預(yù)期短路電流大的地點(diǎn)處；而斷路器限流性能差，額定限制短路電流能力低。不同企業(yè)的ATSE產(chǎn)品，所規(guī)定的額定限制短路電流不同，表1為RTQl自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器所規(guī)定的額定限制短路電流值。

注電器的額定限制短路電流在一定試驗(yàn)條件下，用制造廠制定的短路保護(hù)電器進(jìn)行保護(hù)的電器，在短路保護(hù)電器動(dòng)作時(shí)間內(nèi)能夠照好地承受的預(yù)期短路電流值。見GBl4048.1中的4.3.6.4。

在選擇短路保護(hù)電器額定電流值時(shí)，一般的原則是短路保護(hù)電器與被保護(hù)電器額定框架電流值一致。

4.3.3二段式與三段式選擇

二段式ATSE開關(guān)主觸頭僅有兩個(gè)工作位，即“常用電源位”與“備用電源位”，負(fù)載不會(huì)出現(xiàn)長期斷電情況，供電可靠性高，轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間快。

三段式ATSE開關(guān)主觸頭有三個(gè)工作位，多個(gè)“零位”，即主觸頭處于空擋，負(fù)載斷電時(shí)間相對較長．是二段式斷電時(shí)間的2.3倍。

三段式的“零位”主要是用于ATSE在帶高感抗或大電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)換時(shí)，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)為避免沖擊電流做“暫態(tài)停留”之用；而非用于負(fù)載維修時(shí)隔離之用。維修時(shí)的隔離一定要選擇隔離開關(guān)，它更安全。因?yàn)椋綦x開關(guān)必須具有以下功能：

①動(dòng)觸頭在斷開位置時(shí)可鎖定或可視；

②具有較高的額定沖擊耐受電壓；

③在任何情況下，極限泄漏電流不應(yīng)超過6mA。

4.4ATSE動(dòng)作時(shí)間選擇

衡量一臺ATSE轉(zhuǎn)換速度有5種動(dòng)作時(shí)間。ATSE應(yīng)向用戶至少提供一種動(dòng)作時(shí)間，便于用戶依據(jù)使用要求進(jìn)行選擇。

4.4.1觸頭轉(zhuǎn)換時(shí)間

測定從**組主觸頭斷開常用電源起至第二組主觸頭閉合備用電源為止的時(shí)間。

4.4.2轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間

測定從主電源被監(jiān)測到偏差的瞬間起至主觸頭閉合備用電源為止的時(shí)間，不包括特意引入的延時(shí)。

4.4.3總動(dòng)作時(shí)間

轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間與特意引入的延時(shí)之和。

4.4.4返回轉(zhuǎn)換時(shí)間

從常用電源完全恢復(fù)正常的瞬間起至一組主觸頭閉合常用電源的瞬間為止的時(shí)間加上特意引入的延時(shí)。

4.4.5斷電時(shí)間

測定從各相電弧最終熄滅的瞬間起至主觸頭閉合另一個(gè)電源為止的轉(zhuǎn)換過程時(shí)間，包括特意引入的延時(shí)。

一般用戶應(yīng)注重“總動(dòng)作時(shí)間”或者“轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間”，以滿足不同配電系統(tǒng)使用要求。

二段式PC級ATSE總動(dòng)作時(shí)間一般在50～250ms;

三段式PC級ATSE總動(dòng)作時(shí)間一般在350～600ms;

CB級ATSE總動(dòng)作時(shí)間一般在2000～3000ms：

4.5對高感抗負(fù)載轉(zhuǎn)換控制應(yīng)注重的問題

ATSE一般是不答應(yīng)帶大電動(dòng)機(jī)或高感抗負(fù)載轉(zhuǎn)換。比如大電動(dòng)機(jī)類負(fù)載，當(dāng)其在運(yùn)行中切換而電源相位差距較大時(shí)，它將受到巨大的機(jī)械應(yīng)力沖擊，同時(shí)由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的反電勢引起的過電流還會(huì)造成熔斷器熔斷或斷路器脫扣。解決方法常采用電阻吸收或減負(fù)荷方式，或自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)為延時(shí)轉(zhuǎn)換型，兩組動(dòng)觸頭在轉(zhuǎn)換前增加一延時(shí)，可避免在切換大電機(jī)或變壓器負(fù)載時(shí)引起的沖擊電流。

4.6產(chǎn)品認(rèn)證情況介紹

我國從2002年5月1日起開始對低壓電器產(chǎn)品實(shí)施3C認(rèn)證，由于ATSE**標(biāo)準(zhǔn)

GB／T14048.11-2002《自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》于2002年10月發(fā)布，2003年4月才開始實(shí)施，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)雖然自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器被列入**批3C認(rèn)證目錄，由于該國標(biāo)遲于實(shí)施。所以，目前ATSE產(chǎn)品只能進(jìn)行CQC認(rèn)證。ATSE尚未進(jìn)行3C認(rèn)證。市場上自稱獲得3C證書的“ATSE”，實(shí)際是依據(jù)GBl4048.3-2003《開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)以及熔斷器組合電器》標(biāo)準(zhǔn)獲得“轉(zhuǎn)換開關(guān)或電動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)”3C證書。希望設(shè)計(jì)、使用部門注重它們的區(qū)別。

開關(guān)本體

開關(guān)機(jī)構(gòu)

機(jī)構(gòu)可靠性

保持方式

觸頭開距

觸頭接觸電阻

觸頭過載能力

接通/分?jǐn)嗄芰?/span>

耐短路能力

機(jī)械/電氣壽命

電氣間隙/爬電距離

使用類別

過電流引起轉(zhuǎn)換失靈

轉(zhuǎn)換速度

產(chǎn)品體積

控制接線

符合標(biāo)準(zhǔn)

性能比

PC級ATSE的體積是CB級ATSE體積的30％～40％