雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的選擇及應用

北京市建筑設(shè)計研究院(100045)

洪元頤 任紅 羅潔 韓全勝 林驥

   摘要  闡述了雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的定義、分類、結(jié)構(gòu)形式、標準、雙投式轉(zhuǎn)換開關(guān)的形式、

主要性能指標及其適用場所，并剖析了轉(zhuǎn)換開關(guān)與控制器的相互依存關(guān)系，及選型、應用的

技術(shù)要點。

   關(guān)鍵詞  轉(zhuǎn)換時間、PC級ATSE、CB級ATSE、旁路型ATSE、隔離電器、短路保護電器、

轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器。

一、概述

依據(jù)國家規(guī)范GB50052-95《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》與行業(yè)標準JGJ/16-92《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》的要求：對于一些較重要的一、二級負荷，應采用雙電源供電。但建筑物的應急照明、消防控制室、消防水泵、消防電梯、防煙排煙風機等消防設(shè)備的供電，應在*末**配電箱處設(shè)置自動切換裝置。為保證重要負荷供電的連續(xù)性，雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的應用需求已越來越大，技術(shù)性能要求也越來越高，對產(chǎn)品的合理選擇就變得更加重要。因為產(chǎn)品的技術(shù)水平高低以及先進性和可靠性如何，將直接影響著各重要場所用電的**與可靠，這已成為低壓配電系統(tǒng)中不可缺少的一個重要組成部分。所以在工程設(shè)計中設(shè)計人員應熟悉和了解其類型、組成與工作原理、主要特點及功能等，以便在滿足系統(tǒng)功能的原則下正確選擇及合理應用。

二、轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的選用原則

2.1  基本概念

           自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器，即ATSE（Automatic Transfer Switching Equipment）。主要適用于交流不超過1000V或直流不超過1500V的緊急供電系統(tǒng)，用于兩路電源切換，在轉(zhuǎn)換電源期間中斷向負載供電。

     2.1.1 定義：

         根據(jù)IEC國際標準定義：由一個或多個轉(zhuǎn)換開關(guān)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(zhuǎn)換至另一個電源的電器。

[說明1] 操作程序：當存在常用電源和備用電源兩個電源的情況下，ATSE應指定一個常用電源位置，其操作程序由兩個自動轉(zhuǎn)換過程組成；如果常用電源被檢測到出現(xiàn)偏差，則自動將負載從常用電源轉(zhuǎn)換至備用電源；如果常用電源恢復正常，則自動將負載返回換接到常用電源。換接時間可預定延時或無延時。

[說明2] 被檢測的電源偏差：被檢測的電源特性的改變，當電源特性偏離規(guī)定限值（如電源電壓或頻率的非正常改變）時，被檢測到的電源偏差將為信號使ATSE動作。

2.1.2分類：

         根據(jù)IEC-60947-6國際標準規(guī)定，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器可分為PC級或CB級兩個級別。

PC級：能夠接通、承載，但不用于分斷短路電流的ATSE。

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斷短路電流。

2.1.3結(jié)構(gòu)形式：

l  接觸器式 ATS—用兩臺交流接觸器和一些聯(lián)鎖裝置搭接而成。

l  斷路器式ATS—用兩臺斷路器和外在的機械聯(lián)鎖裝置組合而成。

l  負荷開關(guān)式ATS—用兩臺負荷開關(guān)和一套內(nèi)置的聯(lián)鎖機構(gòu)組合而成。

l  雙投式ATS—用電磁力驅(qū)動、內(nèi)置的機械結(jié)構(gòu)保持狀態(tài)，單刀雙投一體化的轉(zhuǎn)換開關(guān)。

[說明1] 負載開關(guān)和接觸器雙投型的ATS都屬于PC級，本體只能作為自動轉(zhuǎn)換開關(guān)使用，不具備過載和短路以及其它保護功能。

[說明2] 短路器和控制保護器投切型的ATS都屬于CB級，本體作為自動轉(zhuǎn)換開關(guān)使用外，還具備過載、短路以及其它保護功能，從而實現(xiàn)對負載的兩段或三段及其它保護功能。

2.1.4  ATS的應用(圖1)：

                                   正常/應急

                                    旁路

                                    接地

                            圖 1

2.2 轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的主要性能指標

2.2.1轉(zhuǎn)換時間

a. 觸頭轉(zhuǎn)換時間：從**組主觸頭斷開常用電源起至**組主觸頭閉合備用電源為止的時間。

b. 轉(zhuǎn)換動作時間：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間，不包括特意引入的延時。

c. 總動作時間：轉(zhuǎn)換動作時間與特意引入的延時之和。

e. 返回轉(zhuǎn)換時間：從常用電源完全恢復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間加上特意引入的延時

f. 斷電時間：從各相電弧*終熄滅的瞬間起至主觸頭閉合另一個電源為止的轉(zhuǎn)換過程時間，包括特意引入的延時。

2.2.2額定接通和分斷能力：

額定接通和分斷能力是制造廠規(guī)定的，在規(guī)定條件下ATSE足以能夠接通與分斷的電流值。

對于交流，額定接通和分斷能力用電流的交流分量有效值表示。

2.2.3額定短時耐受電流：

額定短時耐受電流是制造廠規(guī)定的，在國家標準GB/T 14048.11-2002的8.3.4.3條規(guī)定的試驗條件下，電器能夠承載的短時耐受電流值。

對于交流，額定短時耐受電流值用電流的交流分量有效值表示。

按照國標要求，驗證短時耐受電流能力的試驗僅在PC級ATSE上進行。

2.2.4額定短路分斷能力：

額定短路分斷能力是制造廠規(guī)定的，在額定工作電壓、額定頻率與規(guī)定的功率因數(shù)（或時間常數(shù)）下，電器的短路分斷能力值。

額定短路分斷能力用預期分斷電流值表示。

額定短路分斷能力是指CB級ATSE應能分斷額定短路分斷能力及以下的任何電流。

2.2.5額定限制短路電流：

額定限制短路電流是制造廠規(guī)定的，在國家標準GB/T 14048.11-2002的8.3.4.4條規(guī)定的試驗條件下，被指定的短路保護電器保護的ATSE在短路保護電器動作時間內(nèi)足以能夠承受的預期短路電流值。

按照國標要求，驗證額定限制短路電流的試驗僅在PC級ATSE上進行。

2.3 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的性能應滿足供配電系統(tǒng)的要求：

2.3.1自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器前是否需設(shè)置隔離電器：

自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器是由開關(guān)與轉(zhuǎn)換控制器（或微型控制電腦）及傳動機構(gòu)（微型電機或電磁操作機構(gòu)）組合而成的機電一體化帶機電連鎖的開關(guān)電器，適用于**負荷及二級負荷的供配電系統(tǒng)中主電源與備用電源的自動轉(zhuǎn)換。根據(jù)有關(guān)規(guī)范對配電系統(tǒng)的要求，**負荷及二級負荷配電系統(tǒng)應采用雙電源供電末端自動互投，按其使用性質(zhì)自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器通常安裝在配電系統(tǒng)*后**的配電箱、柜的進線側(cè)。（市電-發(fā)電機主備型除外）

根據(jù)《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB50054-95

第2.1.3條當維護、測試和檢修設(shè)備需斷開電源時，應設(shè)置隔離電器。

第2.1.6條隔離電器可采用下列電器：

1. 單極或多極隔離開關(guān)、隔離插頭；

2. 插頭與插座；

3. 連接片；

4. 不需要拆除導線的特殊端子；

5. 熔斷器。

以及《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》GB50055-93

第2.5.1條隔離電器的裝設(shè)應符合下列規(guī)定：

1.每臺電動機的主回路上應裝設(shè)隔離電器，當符合下列條件之一時，數(shù)臺電動機可共用一套隔離電器：

(1)共用一套短路保護電器的一組電動機；

(2)由同一配電箱（屏）供電且允許無選擇地斷開的一組電動機。

2.電動機及其控制電器宜共用一套隔離電器。符合隔離要求的短路保護電器可兼作隔離電器。

3.隔離電器宜裝設(shè)在控制電器附近或其他便于操作和維修的地點。無載開斷的隔離電器應能防止無關(guān)人員誤操作。

現(xiàn)行國家標準《低壓電器基本標準》中，已將低壓空氣式開關(guān)（刀開關(guān)）、隔離開關(guān)、隔離器、熔斷器式開關(guān)、熔斷器式隔離器等隔離電器；低壓斷路器標準中亦列入了隔離型。

根據(jù)以上規(guī)范及標準的相關(guān)要求，在配電系統(tǒng)中自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器前端應設(shè)置隔離電器。

2.3.2 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器是否可作為隔離電器使用：

根據(jù)自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的定義，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器是由一個（或幾個）轉(zhuǎn)換開關(guān)電器和其他必需的電器（轉(zhuǎn)換控制器）組成。用于檢測電源電路，并將一個或幾個負載電路從一個電源自動換接至另一個電源的開關(guān)電器。從自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的定義可以看出，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器應用在電氣系統(tǒng)中主要目的是在一、二級負荷緊急供電系統(tǒng)中，檢測被監(jiān)測電源（兩路）的工作狀態(tài)，當被監(jiān)測的電源發(fā)生故障時，將負載電路從一個電源換接至另一個電源,以保證供電的連續(xù)性，確保重要負荷連續(xù)可靠運行。目前自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器有二段式和三段式兩種，二段式自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器開關(guān)主觸頭僅有兩個工作位（正常電源位及備用電源位），這種自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器轉(zhuǎn)換動作時間較快；三段式自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器開關(guān)主觸頭有三個工作位，（正常電源位、備用電源位及零位），零位時主觸頭處于空擋，因為設(shè)置了零位，三段式自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器轉(zhuǎn)換動作時間較慢，三段式自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器設(shè)置“零位”的主要作用是當負載為高感抗或大電機負載時，為避免沖擊電流做暫態(tài)停留之用，而非用于負載維修時隔離之用。另一方面，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器自身也有檢修和維護的可能，所以帶零位的三段式自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器不宜兼做隔離電器，為滿足維修問題需要隔離時，應在自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器前單獨設(shè)置隔離電器。

2.3.3 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器前是否需設(shè)置短路保護電器：

目前自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器根據(jù)保護特性分為兩類：CB級和PC級，下面分別闡述：

1.CB級：CB級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器開關(guān)執(zhí)行斷路器本身帶熱磁保護，它的主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流。

在配電系統(tǒng)中選擇CB級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器時，只要求自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的開關(guān)執(zhí)行斷路器選擇正確，即低壓斷路器符合下列條件：

(1).低壓斷路器額定分斷電流（有效值）大于該處的預期*大短路電流值（有效值）。

(2).低壓斷路器選型與上下級出線回路低壓斷路器選型配合滿足配電保護選擇性要求。

配電箱、柜內(nèi)CB級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器前端可只設(shè)置隔離電器或隔離開關(guān)，不必再設(shè)短路保護電器。

2.PC級：PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器只有電源轉(zhuǎn)換功能，沒有短路及過載保護功能。額定電流小于等于250A的PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器，額定短時耐受電流有效值（1秒）一般在5KA-12KA左右；額定電流大于250A小于等于630A的PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器，額定短時耐受電流有效值（1秒）一般在13KA-25KA左右。

由于以下因素在配電箱、柜內(nèi)PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器前端須設(shè)置短路保護電器：

（1）雖然PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器有一定的承受短路電流的能力，但沒有切斷短路電流的能力，其前端需要設(shè)置短路保護電器。

（2）此外還應考慮設(shè)置隔離電器的要求。

      綜合以上因素在配電箱、柜內(nèi)PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器前端應設(shè)置符合隔離要求的短路保護電器。

符合隔離要求的短路保護電器有：

1．熔斷器

2．熔斷器式開關(guān)

3．熔斷器式隔離器

4．符合IEC947-3隔離標準要求的隔離型低壓斷路器。

《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB50054-95第4.1.2條規(guī)定“配電線路采用的上下級保護電器，其動作應具有選擇性；各級之間應協(xié)調(diào)配合。但對于非重要負荷的保護電器，可采用無選擇性切斷。”根據(jù)以上規(guī)范要求，采用雙電源供電的配電系統(tǒng)，當雙電源末端自動互投配電箱、柜內(nèi)有多路**負荷或二級負荷出線回路時，其自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器前設(shè)置的熔斷器或隔離型低壓斷路器均應與配電箱、柜內(nèi)出線回路低壓斷路器之間有選擇性配合。

2.4 對ATSE轉(zhuǎn)換時間有何要求

不同的備用電源性質(zhì)，以及不同的負載情況，對ATSE轉(zhuǎn)換時間的要**不同的。

根據(jù)國家標準《自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》GB/T 14048.11-2002，ATSE的動作時間有下列幾種表示方法：

a.       觸頭轉(zhuǎn)換時間

b.      轉(zhuǎn)換動作時間

c.       總動作時間

d.      斷電時間

e.       返回轉(zhuǎn)換時間

在設(shè)計選型時應注重“總動作時間”，以滿足不同配電系統(tǒng)的使用要求。

受開關(guān)物理特性和制造工藝的限制，并考慮到“電弧短路”的問題（實驗測定可靠滅弧時間約120ms，轉(zhuǎn)換時間小于100ms是不可靠的），機械式ATSE的轉(zhuǎn)換動作時間在100多毫秒至幾秒鐘。

目前生產(chǎn)工藝條件下，ATSE動作時間范圍大致如下(表1)：

    設(shè)計選型時，應根據(jù)允許供電中斷時間及負載特性選定ATSE總動作時間?！豆┡潆娤到y(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50052-95第2.0.4條規(guī)定，“自投裝置的動作時間能滿足允許中斷供電時間的，可選用帶有自動投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路”?！睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計規(guī)范》JGJ/T16-92第3.1.9.2(2)條規(guī)定，“帶有自動投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路，適用于允許中斷時間為1.5s以上的供電”。

部分負荷的允許中斷供電時間如下：

1．應急照明的正常電源與應急電源轉(zhuǎn)換時間應滿足：

*疏散照明≤15s,

*備用照明≤15s（金融商品交易場所≤1.5s）

***照明≤0.5s

（摘自《建筑電氣專業(yè)設(shè)計技術(shù)措施》1998年版第11.10.5-1條）

2．消防設(shè)備（風機，水泵）電源轉(zhuǎn)換時間≤30s

3.其他重要負荷的允許中斷供電時間(表2)：

對允許中斷供電時間在1.5s以內(nèi)的負載及重要場所(如監(jiān)控中心等)的應急備用電源，根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ/T16-92第6.3.1.2(2)-(3)條，應設(shè)置不間斷電源裝置。

當變電室低壓配電系統(tǒng)為單母線分段運行，并設(shè)母聯(lián)開關(guān)時，ATSE總動作時間應與變電室母聯(lián)開關(guān)設(shè)定的動作時間整定值配合, 應大于聯(lián)絡開關(guān)動作時間0.5-1秒以上。變電室母聯(lián)開關(guān)的動作時間大多為2.5s,ATSE總動作時間宜在3s以上。

當采用發(fā)電機組作為應急照明電源時，發(fā)電機的啟動和電源轉(zhuǎn)換的全部時間不應大于15s。ATSE應選用“市電-發(fā)電機轉(zhuǎn)換”專用型。

ATSE一般不允許帶大電動機或高感抗負載轉(zhuǎn)換，這類負載在運行中切換，兩路電源相位差較大時，電機將受到巨大的機械應力。同時，由電動機產(chǎn)生的反電勢引起的過流會造成熔斷器熔斷或斷路器脫扣。因此，當ATSE帶大電動機或高感抗負載轉(zhuǎn)換時，兩組動觸頭在轉(zhuǎn)換前應增加一個延時時間，即應選用延時轉(zhuǎn)換型ATSE，延時時間視負載情況確定。

ATSE具有自投自復功能時，當主電源恢復正常供電后，ATSE應經(jīng)延時后，切換回主電源。

2.5系統(tǒng)保護特性對轉(zhuǎn)換開關(guān)的要求

ATSE應用在正常電源與備用電源的交匯處，是給重要負載供電的末端配電設(shè)備，在工程應用中如何將ATSE本身的特性和配電系統(tǒng)自身的保護特性結(jié)合起來，是正確應用ATSE的關(guān)鍵。

在配電系統(tǒng)中，無論是在過負荷還是在短路故障發(fā)生的情況下，電線，電纜，開關(guān)設(shè)備，電動機啟動裝置的電氣設(shè)備都要具備一定承受故障電流的能力。短路電流故障對電氣設(shè)備損壞是非常嚴重的，所以ATSE要具備一定的耐受電流值，在短路故障被排除之前，保證自身的可操作性。國標中規(guī)定了ATSE在短路條件下的接通與分斷能力。表3給出了ATSE驗證短路操作能力的試驗的試驗電流值。

對于PC級ATSE，本身不具備過載和短路保護能力，所以PC級只具備短時耐受電流和短路接通能力，并且應能承受和接通上表所給定的電流值。如果在PC級ATSE前加短路保護的電器設(shè)備（斷路器或熔斷器），則PC級ATSE只在短路保護電器設(shè)備斷開電路的時間內(nèi)承受上表所給定的電流值。

而對于CB級ATSE來說，既有一定的短路接通能力又具備短路分斷能力，而且對于使用斷路器和控制器組合的CB級ATSE，其分斷能力也就是所使用斷路器的額定分斷能力值。

另外，無論CB級與PC級必須要有可靠的電氣與機械連鎖，保證常用電源和備用電源不同時接通，而且相與相之間要有效的隔離，避免出現(xiàn)相間短路，否則會引起ATSE觸頭的熔接，對ATSE和其它用電設(shè)備造成損壞。

2.6 旁路型自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的應用：

對供電系統(tǒng)可靠性、連續(xù)性有很高要求的特別重要場所，為防止當自動轉(zhuǎn)換開關(guān)出現(xiàn)故障、損壞或自動轉(zhuǎn)換開關(guān)處于檢修時，影響供電系統(tǒng)的連續(xù)性，應設(shè)置旁路隔離型（或旁路隔離抽出型）自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。

旁路型自動轉(zhuǎn)換開關(guān)應有以下功能：

1．旁路隔離開關(guān)應能在用電負載不停電的狀態(tài)下，旁通電源至負載。旁路開關(guān)與自動轉(zhuǎn)換開關(guān)額定容量應相同。

2．旁通電源時應能隔離自動轉(zhuǎn)換開關(guān)及相關(guān)控制電源，保證自動轉(zhuǎn)換開關(guān)檢修及更換能夠**進行。

3．應有旁路隔離標志，顯示系統(tǒng)狀態(tài)。

4．應有電子及機械聯(lián)鎖，防止誤操作。

以下場所宜設(shè)置旁路型自動轉(zhuǎn)換開關(guān)：

1．采用柴油發(fā)電機作為應急備用電源的特別重要場所的油機-市電型自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。

2．國家及省市級廣播電視中心內(nèi)重要的演播室及機房。

3．大型機場的航空雷達站。

4．重要的大型通訊機站。

5．大型綜合醫(yī)院對供電系統(tǒng)連續(xù)性有特殊要求的手術(shù)室。  

6．銀行、金融中心、證券交易所內(nèi)對 供電系統(tǒng)連續(xù)性有特殊要求的場所。

2.7系統(tǒng)對控制器的要求

2.7.1控制器的作用

ATSE一般由兩部分組成：開關(guān)本體+控制器，控制器主要用來檢測被監(jiān)測電源（兩路）工作狀態(tài)，當被監(jiān)測電源發(fā)生故障（如任意一相斷相、欠壓、失壓或頻率出現(xiàn)偏差）時，控制器發(fā)出動作指令，開關(guān)本體則帶著負載從一個電源自動轉(zhuǎn)換至另一個電源。

2.7.2 ATSE開關(guān)與控制器

與斷路器和負荷開關(guān)不同的是，ATSE除了開關(guān)設(shè)備還必須包括控制器，如果沒有控制器則ATSE將無法動作。因此必須把ATS的控制器視為開關(guān)主體同等重要！對于ATSE的選擇應著重考慮兩點：1.控制器的功能實用性;2.控制器的可靠性。

1、控制器的實用性：ATSE是依靠控制器來自動完成轉(zhuǎn)換的，因此控制器必須完成正常/應急電源的檢測（包括電壓和頻率）、檢測數(shù)據(jù)的邏輯判斷、和轉(zhuǎn)換驅(qū)動執(zhí)行等動作過程，微處理器式智能化的控制器。正是利用微處理器的特點將前二項的功能濃縮到一體。這需要控制器的檢測模塊具有較高的精度，邏輯判斷模塊有較寬的參數(shù)設(shè)定范圍（電壓、頻率、延遲時間、延遲時間的屏蔽）以適應不同負載的需求。當然控制器上還必須要有必要的狀態(tài)顯示設(shè)備。隨著ATSE與發(fā)電機組聯(lián)系的日益緊密和網(wǎng)絡集中監(jiān)控的發(fā)展，ATSE要有啟動發(fā)電機組的信號。在工程設(shè)計中，無論是市電失電、配電至ATSE的線路故障還是該線路的其它電氣元件故障，都可以由ATSE感知負載的斷電，發(fā)送信號啟動發(fā)電機組供應應急電源。同時控制器上提供的狀態(tài)接點或通訊接口，可利用監(jiān)控網(wǎng)絡監(jiān)視ATSE的狀態(tài)，從而提高工作效率和可靠性。

2、控制器的可靠性：由于微處理器和集成芯片的使用，提供控制器功能的同時，也必然帶來控制器脆弱的負面影響。因為控制器由ATSE的正常和應急電源側(cè)直接取電檢測，所以控制器也必然承受主回路的電壓波動、浪涌電壓影響、諧波干擾、電磁干擾等。所以為保證控制器的可靠性，*好引用相關(guān)標準作為衡量標準。例如：暫態(tài)浪涌電壓防范標準為IEC1000-4-4;電磁干擾防范標準為IEC1000-4-3等。

綜合而言，控制器在**、可靠的前提下，應有較多的功能。ATSE開關(guān)與控制器必須在制造時配套成雙電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進行測試、檢驗后方可安裝使用。如果ATSE是開關(guān)與控制器分別選購組合而成，則可能出現(xiàn)兩者參數(shù)不匹配而導致兩電源無法按要求的精度轉(zhuǎn)換?？刂破鞯目刂圃碓斠姡▓D2）。

               圖2

三、 設(shè)備選型的技術(shù)要點

    從本質(zhì)上說，ATSE只能完成雙電源自動轉(zhuǎn)換功能電力設(shè)備的統(tǒng)稱，并不局限于某種類型，但必須符合國家與國際標準的檢驗要求。作為雙電源自動轉(zhuǎn)換使用的ATSE開關(guān)設(shè)備，除完成負載在兩路電源間選擇、轉(zhuǎn)換的功能外，還必須考慮供電回路中的種種復雜情況，例如短路電流的沖擊、過負荷、設(shè)備頻繁操作等，所以ATSE本身還必須具有很好的自我保護能力和適用性。在實際的工程設(shè)計中，對ATSE的選擇應從技術(shù)角度出發(fā)，必須充分考慮供電系統(tǒng)的配電方式、轉(zhuǎn)換時間以及負載的使用性質(zhì)等實際情況。供電質(zhì)量要求高的場所應使用高可靠性的ATSE，并以短路電流校驗ATSE的遮斷電流，且以市電的可靠性決定ATSE轉(zhuǎn)換的頻繁性。下面就在實際工程設(shè)計中如何正確選擇和使用ATSE需要注意的問題作以下分析及說明：

3.1 雙電源放射供電時ATSE的選擇及使用：

當消防負荷容量大且比較集中時，需要在低壓配電室的母線上直接放射做雙電源轉(zhuǎn)換，或因電源進線后需要直接做雙電源轉(zhuǎn)換的場合，如消防水泵房等，這類轉(zhuǎn)換方案宜選用PC級的ATSE，而不宜選用CB級的ATSE，以避免因其本體故障而影響電源的轉(zhuǎn)換，造成重大損失，若需要加裝保護電器時可另外選擇。

3.2市電與發(fā)電機組電源轉(zhuǎn)換時ATSE的選擇及使用：

當市電與發(fā)電機組電源轉(zhuǎn)換時，首先應考慮到發(fā)電機組的特殊性，確認市電斷電后，發(fā)電機組自啟動，待發(fā)電機組電源各項指標達到穩(wěn)定后才能輸出，并具有互聯(lián)裝置。轉(zhuǎn)換一般都在低壓配電室的母線上集中裝設(shè)，以便于使用和維護，由于發(fā)電機組輸出柜已裝保護電器，這類轉(zhuǎn)換方案宜選用PC級的ATSE。

3.3按時間轉(zhuǎn)換選擇和使用ATSE：

1. 有“中斷”的：為防止電力設(shè)備（如大電機）斷電即接通啟動可能造成機械損傷或?qū)υO(shè)備產(chǎn)生**影響時，可選用帶有延時型ATSE，這種ATSE適用于電動機、變頻器、整流器負載及特殊的醫(yī)療設(shè)備負載。

2.無“中斷”的：為減少在電源轉(zhuǎn)換過程中的瞬間斷電對高強度氣體放電光源等，而不能連續(xù)照明所帶來的不便和損失,可選用瞬間閉路式ATSE。

3.4 四級型ATSE的選擇及使用：

民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范編制組，針對四級開關(guān)的應用問題達成了以下共識：

1. 根據(jù)IEC465.1.5條規(guī)定，正常供電電源與備用發(fā)電機之間若不是同一接地網(wǎng)絡中時，轉(zhuǎn)換開關(guān)應用四級型開關(guān)。

2. 帶剩余電流保護的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應采用四級開關(guān)。兩個電源開關(guān)帶剩余電流保護，其下級的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應用四級開關(guān)。

3. 兩種不同接地系統(tǒng)間電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應用四級開關(guān)。

4. TN-S、TN-C-S系統(tǒng)一般不需要設(shè)四級開關(guān)。但TN-S系統(tǒng)的一些特殊情況（三相嚴重不平衡及高次諧波含量較高）是否用四級開關(guān)，需視建筑物等級的重要性而確定。

隨著電器產(chǎn)品的不斷更新及發(fā)展，雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)應性機電一體化智能型方向發(fā)展，自動化程度要更高，**可靠性能要更好，具有較高的檢測精度和寬帶參數(shù)設(shè)定范圍，具備良好的電磁兼容性，應能承受主回路電壓波動和電磁干擾的影響，轉(zhuǎn)換時間快。延時可靠，并有提供各種信號及消防聯(lián)動的通訊借口，通過總線與計算機聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“四遙”功能。

3.5當配電系統(tǒng)采用雙電源（或多路電源）供電（變電室設(shè)兩臺或兩臺以上變壓器），且變電室低壓配電系統(tǒng)為單母線分段運行，并設(shè)母聯(lián)開關(guān)時，消防配電系統(tǒng)（應急照明系統(tǒng)除外）采用雙電源專路供電末端自動切換時，其末端互投配電箱內(nèi)的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器其主電源向備用電源切換時，為防止大電動機類負載在運行中切換，可能產(chǎn)生的巨大機械應力，以及由電動機產(chǎn)生的反電勢引起的過電流，同時為確保與上**即變電室母聯(lián)互投開關(guān)設(shè)定的切換延時時間整定值配合，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器主電源與備用電源切換應有一定時間的延時，其延時時間的整定值應符合以下要求：

（1）  延時時間的整定值應大于變電室低壓配電系統(tǒng)母聯(lián)開關(guān)切換延時時間整定值0.5-1.0秒以上。

（2）  當配電系統(tǒng)中，有多處用電設(shè)備為大功率電動機或高感抗負載，并需分別設(shè)置多臺雙電源末端互投配電箱（柜）時，為減少對電網(wǎng)的沖擊，特別是對發(fā)電組，可避免過載沖擊導致供電失敗。所有相關(guān)的多個自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器之間，其設(shè)定的切換延時時間整定值應有適當?shù)募壊?，互相配合，以便主電源?cè)斷電時，大功率電動機或高感抗負載，按一定時間順序先后切換至備用電源回路。

3.6 以下場所雙電源供電系統(tǒng)配電箱內(nèi)切換開關(guān)應采用（不延時）具有快速轉(zhuǎn)換功能的勵磁式電磁驅(qū)動二段式自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器：

（1）  重要場所的**照明。

（2）  重要計算機的電子數(shù)據(jù)處理裝置。

（3）  重要場所用電設(shè)備的應急備用電源。

（4）  證卷交易所、金融交易及銀行、大型體育場館、大型百貨商場、超市等場所的應急備用照明。

（以上場所是否還需同時設(shè)置不間斷電源系統(tǒng)，應根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ/T16-92第6.3.1.2條有關(guān)要求確定）

3.7根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GBJ16-87（2001年版）第10.1.3條：“消防用電設(shè)備應采用單獨的供電回路，并當發(fā)生火災切斷生產(chǎn)、生活用電時，應仍能保證消防用電，其配電設(shè)備應有明顯標志。”

從以上規(guī)定可以看出，由于消防系統(tǒng)均采用雙電源消防專用回路供電，主電源與備用電源均為消防專用回路，主電源回路與備用電源回路供電性質(zhì)沒有本質(zhì)區(qū)別，可以互為備用。如果未發(fā)生火災時，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器主電源側(cè)斷電，經(jīng)延時后切換至備用電源回路，因消防用電設(shè)備未投入使用（應急照明除外），當主電源恢復供電后，立即自動把負載轉(zhuǎn)回到主電源回路上，實際作用及意義不大。如果火災發(fā)生后，出現(xiàn)主電源回路斷電，經(jīng)延時后切換至備用電源回路，水泵類及風機類消防用電設(shè)備因自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器主備電源延時切換，斷電時間在1.5秒以上，由于電動機主回路接觸器線圈掉電，需要由消防控制室遠控或機房就地重新啟動,使消防用電設(shè)備恢復運行。當主電源恢復供電后，如果采用自投自復型，則自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器經(jīng)一段延時后，會重新自動把負載轉(zhuǎn)回到主電源回路上，造成電動機主回路接觸器線圈再次掉電。故自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器用于消防配電系統(tǒng)雙電源末端自動切換時（一路市電加一路發(fā)電機供電系統(tǒng)除外），宜采用自投不自復型。并將自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器工作狀態(tài)指示返饋信號送回消防控制室。

采用一路市電加一路柴油發(fā)電機供電系統(tǒng)，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器用于消防配電系統(tǒng)雙電源末端自動切換時宜采用自投自復型。

3.8 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器切換條件的要求：

（1）當控制器或微型電腦檢測到主電源失壓、斷相、過電壓、欠電壓或頻率失調(diào)，且備用電源正常時，方可切換。

（2）當控制器或微型電腦檢測到主電源及備用電源均出現(xiàn)失壓、斷相、過電壓或欠電壓時，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器應只輸出報警信號不切換。

（3）自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器采用自投自復型，當主電源恢復正常供電后，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器應經(jīng)延時后，切回主電源。延時時間宜大于3秒以上。

（4）在特殊重要場所的配電系統(tǒng)中，當有同步轉(zhuǎn)換要求時，應選用微型電腦帶有相角偵測功能的同步監(jiān)察系統(tǒng)的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器。

（5）在特殊重要場所的配電系統(tǒng)中，當自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器切換后，有需要載隔離信號接點的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器。

四、 結(jié)論

1、在選擇ATSE設(shè)備時需考慮符合系統(tǒng)要求的ATSE的結(jié)構(gòu)型式（PC級或CB級）。

2、在配電系統(tǒng)中自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器前端應設(shè)置隔離電器。

    a. CB級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器前端可只設(shè)置隔離電器。

   b. PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器：

①  采用樹干式供電：ATSE前端須設(shè)置符合隔離要求的短路保護電器。

②  采用放射式供電：短路保護電器設(shè)于上級，ATSE前端只須設(shè)置隔離電器。

③  三位式（即中間帶“0”位）ATSE，其“0”位不能作檢修用。即目前的產(chǎn)品均不符合隔離電器的要求。

3、應按負載特性確定ATSE的轉(zhuǎn)換時間。

① 當ATSE兩路電源的電源側(cè)有聯(lián)絡開關(guān)時，ATSE動作時間應考慮上級及本級電源的轉(zhuǎn)換時間要求，如ATSE的固有轉(zhuǎn)換時間不能滿足要求時，需選用帶延時型ATSE。 

② ATSE在轉(zhuǎn)換過程中需考慮觸頭的斷弧及投入的時間，特別要注意大型電感性和電容性負載的回饋電動勢造成的影響。

③ 應在圖紙中注明ATSE的延時時間值。

4、特別重要負荷的雙電源轉(zhuǎn)換應選擇旁路隔離型ATSE。

     對電源停電時間有特殊要求的特別重要負荷如選用“0”時限的ATSE時，其系統(tǒng)應該滿足如下要求：兩個電源系統(tǒng)允許短時并網(wǎng)；對兩個電源應有同相位監(jiān)測系統(tǒng)的控制器。

5、一路市電加一路柴油發(fā)電機供電系統(tǒng)，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器用于消防配電系統(tǒng)雙電源末端自動切換時宜采用自投手復型。

6、四級型ATSE的選擇及使用：

    a. 根據(jù)IEC465.1.5條規(guī)定，正常供電電源與備用發(fā)電機之間在不同的接地系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換開關(guān)應用四級型ATSE。

    b.在前級兩個電源開關(guān)帶漏電保護，其下級的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應用四級型ATSE。

 c.兩種不同接地系統(tǒng)間電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應用四級型ATSE。

    d. TN-S、TN-C-S系統(tǒng)一般不需要設(shè)四級開關(guān)。但TN-S系統(tǒng)的一些特殊情況（三相嚴重不平衡及高次諧波含量較高）是否用四級開關(guān)，需視建筑物等級的重要性而確定。

提示： 處于供電核心位置的ATSE一旦發(fā)生故障，禍害非淺，特提醒設(shè)計人員要注意以下幾點：

      1、PC級ATSE：

      ① 一體化ATSE符合GB14048.11《自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》標準。

       ②電動負荷開關(guān)型ATSE：

a.符合GB14048.3《開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)以及熔斷器組合電器》標準。

b.負荷開關(guān)一般為V型觸頭，該觸頭的特點是：新開關(guān)時動、熱穩(wěn)定性較好，但經(jīng)過幾次開斷后觸頭間燒損，易出現(xiàn)接觸**現(xiàn)象，而且滅弧性能差。

    2、CB級ATSE：兩斷路器之間的轉(zhuǎn)換是靠電動機驅(qū)動完成，每動作一次，電機都要“堵轉(zhuǎn)”，導致電機壽命縮短且易損壞，難以做到高可靠性。CB級的各類保護裝置動作是否引起**次故障，保護的設(shè)置參數(shù)與上、下級之間是否配合恰當，是否能保證選擇性。

    3、控制器：

①  從可靠性角度來看，功能應僅可能簡化，不宜附加不必要的功能。

②  其保護元件-熔斷器，應可被檢測。

③  應從ATSE前端取動作信號及電源，應保證三相或零線有任何故障，均應啟動轉(zhuǎn)換至**電源上。

    4、轉(zhuǎn)換時如果發(fā)生觸頭粘接，將會形成**電源投入發(fā)生兩電源并網(wǎng)及**次短路，而造成巨大的損失。因此選型時，ATSE的結(jié)構(gòu)型式、容量、轉(zhuǎn)換時間、環(huán)境條件等均需綜合考慮。

    5、定期應做轉(zhuǎn)換實驗，以便破除觸點氧化層。

附錄  參考文獻及相關(guān)規(guī)范

1.《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50052-95

2.《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ/T16-92

3.《建筑電氣專業(yè)設(shè)計技術(shù)措施》1998年版

4.《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第6部分：多功能電器 **篇：自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》 GB/T 14048.11-2002

5.《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第3部分： 開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)及熔斷器組合電器 》 GB/T 14048.3-2002

6．《自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》IEC 60947－6－1

7．《合理選擇與使用 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》 上海電器科學研究所 曲德剛

8．相關(guān)設(shè)備廠家樣本及資料