自动转换开关电器(ATSE)的分类及特点

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【摘 要】 随着社会的发展,各行业对供电的质量和可靠性都有了非常高的要求,提供常用、备用两路独立的电源切换的装置――双电源自动转换开关电器的应用需求越来越广泛,技术性能要求也越来越高。本文对双电源自动转换开关电器进行了系统地分类,并对双电源自动转换开关电器在实际使用过程中表现出的优、缺点进行了深入的分析,为今后双电源自动转换开关电器的选用提供了依据。

【关键词】 双电源自动转换开关;分类;特点

【中图分类号】 TU513 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123(2010)02-050-02

Classification and characteristics of automatic Transfer Switching Equipment (atse)

【Abstract】 With the development of society, the industry's quality and reliability of power supply has very high request for com-

mon, alternate two independent power switches of the device - Double Power Automatic Transfer Switching application requirements

more and more extensive, technical performance requirements are increasing. In this paper, dual power automatic transfer switching e-

quipment for a systematic classification of the dual power automatic transfer switching equipment used in the process of showing the ac-

tual advantages and disadvantages of in-depth analysis, for the next two-power automatic transfer switching equipment used to provide a

basis.

【Key words】 Dual-power automatic transfer switch;Classification;Features

1双电源自动转换开关在社会中的应用

随着现代各行业的快速发展,众多行业如医院、机场、高层建筑、变电站等对供电的可靠性都有了非常高的要求。电力质量日益受到人们的重视,而供电的连续性是电力质量一个重要方面。对于一级负荷及二级负荷的供电,由于其中断供电在政治、经济上将造成不可估量的损失或影响重大,因此国家标准GB50052-1995《供配电系统设计规范》规定:“一级负荷应由两个电源供电;当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏。”“二级负荷的供电系统,宜由两回线路供电。”同时国家标准GB50045-1995《高层民用建筑设计防火规范》(2005年版)也规定:“高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟风机等的供电,应在最术一级配电箱处设置自动切换装置。”[1]。

保证供电连续性通常的解决办法是给供电对象提供常用、备用两路独立的电源,当常用电源发生故障时,能根据设定的切换程序准确完成常用电源和备用电源间的切换,从而最大限度的保证供电的连续性。在低压配电网中,这种切换由双电源自动转换装置完成。作为电能切换必备器件,双电源自动转换开关电器的应用需求越来越广泛,技术性能要求也越来越高[2]。

2双电源自动转换装置的定义及分类

自动转换开关电器(Automatic Transfer Switching Equipment,以下称ATSE)主要适用于交流不超过1200V或直流不超过1500V的低压紧急供电系统,用于两路电源之间的切换。根据IEC国际标准定义:由一个或多个转换开关电器和其它必要的电器组成,用于检测电源电路,并将一个或多个负载电路从一个电源转换至另一个电源的电器。

2.1ATSE在应用过程中的分类及优、缺点分析。

2.1.1ATSE按短路电流的能力分类。根据国际标准IEC60947.6.1:1998(我国对应的国家标准GB/T14048.11-2002)的内容,按ATSE短路电流的能力将其分PC级和CB级。

2.1.1.1PC级ATSE的分类及特点:由转换开关、电机操作机构或电磁操作机构、转换控制器、联锁机构组成的PC级ATSE;由无短路保护的断路器、电动操作机构、转换控制器、联锁机构组成的PC级ATSE。

优点:结构简单,自身联锁,转换速度快,可频繁操作,价格相对低廉。

缺点:耗电大、有噪音,另由于它不能分断短路电流,需加熔断器或断路器。以美国的ATSE技术代表着当今世界PC级ATSE先进水平。

2.1.1.2CB级ATSE的特点:

优点:由断路器、电机操作机构或电磁操作机构、转换控制器、联锁机构组成。具有过载、短路保护功能,所以CB级既能接通、承载,又能够分断短路电流。

缺点:体积较大、转换速度慢。该类代表性产品有法国施耐德的UA、BA,德国穆勒电气的CB级产品等。

2.1.2ATSE按投切结构类型分类。按照ATSE装置的投切结构类型可分为以下几种类型:断路器投切型;负荷开关双投型;接触器双投型;控制保护器投切型。

2.1.2.1断路器投切型ATSE的特点:这种ATSE由两台断路器为基础,外加单(双)微型可逆电机组成电动操作机构来实现双电源自动转换与控制,所以断路器的取材广泛,从国产到合资生产以及进口的断路器都能进行组装。

优点:①从结构形式上采用了两台断路器,绝缘等级高,且具有电气与机械双重联锁功能,确保两台断路器任何状态下都不能同时合闸,很好地保证了其安全性。②二次控制回路采用智能控制器组成,在弱电控制、无触点化、功能强大等方面具有先进性,减少了元器件,为供电的连续性提供了可靠的保障,基本符合有关可靠性要求。③为负载提供了完整的过载与短路保护,可实现两段或三段保护功能,并可根据需要增加接地等其他保护功能;另外还具有限流强、选择性能好、级联配合以及能量保护等功能,在选择性能上表现极为突出。④具有电源各种故障保护、故障报警指示、运行参数可调及电源电压显示等功能,并防止故障电源向负载供电;由于不同用户或设备对供电电压及转换时间有不同的要求,可通过数字整定可调功能,大大方便用户使用,并且为实现“四遥"提供了前提条件,经通讯接口适用于智能化网络的集中控制。

缺点:①由于采用两台断路器为基础,体积大,造价高;因采用微型可逆电机驱动,故转换时间长,至少1.5S以上;②当采用两台断路器(微断或塑壳式)时,在其手柄上加装一套微型可逆电机组成的电动操作机构,使两只手柄同时逆向操作,这种方法较原始,操作手柄容易受损,动作位置调整也很困难,还会因振动等原因影响正常的分合闸操作;当采用两套微型可逆电机组成的电动操作机构时,同样存在操作和联锁机构复杂、不容易调整及易发生故障等问题,因此,可靠性在一定程度上受到影响。发现这类缺陷后,对产品操作机构进行了研究改进,使其传动简捷、故障点少、寿命长。

2.1.2.2负荷开关双投型ATSE的特点:这种ATSE由两套负荷开关拼装为一体,依靠一套微型可逆电机组成电动操作机构,并通过齿轮变速箱传动完成双电源的自动转换与控制,动作方式与单电机驱动的断路器投切型ATSE基本类似。

优点:①由于本身的运动、传动机械简单、紧凑,除电气联锁外,还可通过机械齿轮传动结构完成机械联锁功能,安全性得到保证。②二次控制回路大部分产品都集开关与逻辑控制于一体,由于采用电子产品,故障隐患减少,基本满足了可靠性要求。③受结构形式限制,不具备过载和短路等保护,所以体积适中,外观整齐统一,价格适中。

缺点:①因不具备任何保护功能,且耐受短路导通容量小,主触头系统无灭弧栅,切换时拉弧时间长,容易影响触头的使用寿命。②采用微电机驱动和齿轮变速传动机构,所以转换时间长,其机械传动机构装置同样存在易发生故障而影响可靠性等问题,需进一步改进、完善。③不适宜频繁的转换与操作,否则将影响整体使用寿命。

2.1.2.3接触器双投型ATSE的特点:这种ATSE采用直流电磁线圈作为动力,经电磁激励脉冲操作完成整个转换动作过程。

优点:①在结构形式上由V型主触头和电气机械双重联锁控制组成,采用直流线圈激励直线驱动完成转换过程,因此外型体积偏小,结构简单紧凑,运行安全性能好。②二次控制回路大多数产品都集开关与逻辑控制为一体,并通过机械部分直线定位,定位精度高,抗震动,不受安装方向和角度的影响。另外,依靠电气与V型机械自锁装置的作用,确保两路电源在任一时刻都不会同时接通,可靠性较高。③不具备过载和短路保护功能,但短路接通容量大。因为主触头为平面型接触,具备独立的灭弧室并配有灭弧栅,具有很高的载流量,能够带负荷或频繁转换操作。④采用电磁瞬时激励驱动,故转换时间快,且完成转换后线圈不带电,达到了节电消除噪音的目的。

缺点:需进一步改进和完善二次控制回路,最好采用智能控制器,尽量减少与有关操作和信号指示的元器件,提高该装置的先进性,使其动作更加安全可靠。

2.1.2.4控制保护器投切型ATSE的特点:这种ATSE主要由KB0系列主电路基本模块和其他辅助模块组成。

优点:①由于采用了模块化结构,在单一的结构形式上实现了集成化、内部协调配合的控制与保护,具有断路器、接触器及热继电器的各种功能与优点,并通过内部电气与机械联锁功能,依靠电磁线圈吸引驱动来完成自动转换过程,无须再外加其它操作和转换机构,故结构简单紧凑,转换速度快,安全性能好。②目前该产品在国内是独家生产,其二次控制回路无论采用集开关与逻辑控制于一体,还是采用智能控制器,都能较好地满足可靠性的要求。③可为负载提供完整的过载与短路保护,其他功能及特点与断路器投切型的ATSE基本相同。④具有过载、短路以及故障直接报警功能,当选用消防型电子脱扣器时,在过载情况下其本身具备只报警不跳闸功能,可满足消防设备的特殊使用要求。

缺点:①主电路容量小,最大为100A,不能完全符合双电源转换需求,应进一步研发大容量产品,以满足大中型工程的使用要求。②采用电磁线圈吸引驱动,其线圈长期带电会产生噪音,应考虑增加直流无声运行辅助模块,减少噪音污染,达到节电节能目的[3]。

2.1.3ATSE的应用性分类:自动转换开关电器形式的多样性源于其应用方式的多样性。在国内开发的众多自动转换开关电器中,除了满足自动转换开关电器的基本要求外,根据具体应用场合的不同或客户使用要求的不同,派生出了有别于标准规定操作次序的特别的应用需求,其应用主要有以下几种方式[4]:

2.1.3.1自投自复型:在正常状态时,由常用电源供电,当常用电源出现异常时,转换开关经设定的延时切换至备用电源;当常用电源恢复正常后,备用电源自动切换至常用电源。

2.1.3.2自投不自复型:在正常状态时,由常用电源供电,当常用电源出现异常时,转换开关经设定的延时切换至备用电源;当常用电源恢复正常后,不能自动切换至常用电源,需要人为干预才能切换到常用电源。

2.1.3.3互为备用型:在由两路市电供电的条件下,没有指定哪一路电源为常用电源,哪一路电源为备用电源。当正在使用的一路电源出现故障时,经设定的延时转换到另外一路正常电源,两路互为备用,没有主备之分。

2.1.3.4电网、发电机型:对电网和发电两路电源进行自动切换,发电设备通常为柴油发电机组。在电网电压低于设定值时(一般为85%额定电压),经发电延时指令发出发电指令。当发电电压达到85%额定电压时,先从电网断开负载电路,经延时发出卸载指令,卸去次要负载,再经延时接通发电电源。当电网电压恢复正常(达到85%额定电压以上)后,经延时将负载电路从发电电源断开,再经延时,自动切换到电网供电[5]。

综上所述,在设计及应用过程中应根据负荷特点和供电要求合理选择双电源自动转换开关电器以保证配电系统可靠安全运行。

参考文献

1李道本.双电源自动切换装置选用探讨.电气应用,2005(5):87～91

2张忠利.自动转换开关的选择及应用.上海电器技术,2006;4:57～59

3曹锦瑞.自动转换开关电器(ATSE)的应用及其标准的发展.电气应

用,2005(5)

4胡景泰.新型集成化ATSE的研究与应用.电T技术杂志,2003(1l):

25～28

5GB/T14048.3-2002.低压开关设备和控制设备第3部分:开关、隔离

器、隔离开关及熔断器组合电器