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双电源自动转换开关的技术设计及选择

发布时间:2019年03月28日 浏览量: 【返回上一页】

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自动转换开关ATSE(AutomaticTransferSwitchEquipment)是一种常用的电器开关设备,主要作用是在两路可用的供电电源间,选择一路安全、可靠的电源向负载供电,以保证负载用电的连续性。自从有了双路电源向负载供电的配电系统,就有了双电源自动转换开关的应用。我国相关部门于2002年10月8日颁布了ATSE的国家标准GB/T14048.11,并在2003年4月1日起实施。该标准等同于国际电工委员会标准IEC60947—6—1。本文将紧密结合GB/T14048.11标准,综合设计和使用中存在的问题,尤其是招标技术要求中,对ATSE的要求和限定内容,做以下初步的阐述和探讨。

GB/T14048.11定义:自动转换开关电器ATSE是由一个(或几个)转换开关电器和其他必需的电器组成,用于监测电源电路、并将一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电器。由该定义我们可以理解如下:

(1)ATSE是一种独立的电气开关

它并列于断路器、负荷开关、熔断器、接触器等电气开关,具有相应的电气参数要求。

(2)ATSE是由转换开关和相应的监视、控制等电子电路组成

也就是说,只有完整的ATS主开关加配套的控制器才能构成ATSE。

(3)由ATSE所配套的控制机构自行监视两路供电电源的状况

按一般理解,供电电源被监视的主要参数应该是电压和频率,但该标准中没有明确指出被监视的应该是三相还是单相电压/频率。对于设计者来说,如果要求ATSE有缺相转换功能,则ATSE的控制器应具备双路三相侦测的功能。

(4)这一转换过程是自动完成的

ATSE的控制器将侦测的双路电源的实际状况,与控制器预先存储的设定做比较和逻辑判断,然后做出是否驱动转换的控制命令。

(5)这种转换是在两路电源间完成的

目前的供电系统中,对于紧急负载大多数是两路电源一用一备的情况,但也有一用两备的三电源供电系统。对于这种系统,不能单靠一个ATSE来完成转换。其解决办法是:用两个ATSE来组合完成,或使用三台断路器(注意是否有机械连锁)外置控制和电气连锁来完成。

2、ATSE的分类

依据国家标准,ATSE只有一种分类方式:PC级和CB级。目前市场上常说的“两段式”、“三段式”ATSE是不规范的称谓。

PC级的ATSE就是只完成双电源自动转换的功能,而不具备短路电流分断的功能;CB级的ATSE是既可以完成双电源转换、又可以具有短路电流保护的功能。

PC级和CB级ATSE各有优点和缺点,无法简单的衡量PC级和CB级到底哪一个更好。设计和使用者自己可根据本地区的使用习惯和系统要求来选择ATSE的级别,同时要结合其他电气元件来组建应急供电系统。

3、ATSE的基本技术参数

作为一种电气开关,ATSE有些基本的技术参数和要求,这也是设计中应该注意的细节和编写招标技术文件中应该包含的技术要点,主要有:

(1)级别

选择和使用ATSE,首先要确定其级别,是PC级还是CB级。这将影响到以后如何选择ATSE的短路特性。

(2)额定电压、额定工作电流、额定频率、开关极数

这些电气技术参数跟我们熟悉的断路器的电气参数一样,在这里就不赘述了。

(3)使用类别

使用类别是对负载类型的分类。按照国家标准,具体分类见表l。

表lATSE的使用类别

在国家标准中,至少有额定接通和分断能力和操作性能两个ATSE的重要指标是跟使用类别密切相关的。

额定接通与分断能力是由制造厂规定的,指在规定条件下,ATSE能够接通与分断的电流值。对于纯阻性负载来说,接通和分断的电流就是额定电流。但实际使用中很少有单纯的阻性负载,大多数是感性、容性、阻性的混合负载。例如对电动机型负载的转换,对于绝大多数ATSE都是“先断后接”的转换,也就是在转换过程中,对于电动机负载来说实际是再加电、再起动的过程。此处的ATSE要有足够的接通和分断能力来满足起动瞬间的冲击电流。国家标准中对这一参数做了专门的限定和实验条件,见表2。

表2ATSE的接通与分断实验条件

由上表可以看出,无感或微感负载AC一31的接通能力很小,其额定接通和分断能力只有1.5倍的额定电流,基本上不考虑感性或容性负载的再起动冲击。对于大多数负载来说,应该按AC一33来考虑,也就是说能够满足6倍额定电流接通与分断条件要求(因为大多数电动机的起动电流是额定电流的6~8倍,所以在国家标准中,对于AC一33的负载类型,是用6倍的额定电流来做实验的)。

在设计和使用过程中,一定要分清使用类另Ⅱ的概念,即使选择了满足IEC60947—6一l(等同于GBl4048.11的IEC标准)要求、但仅适用于AC一3l级负载使用类别的ATSE,对电动机型负载而言,依然会因瞬间接触产生的冲击电流造成ATS触头的融化、粘连。

因此,建议设计者和使用者在不能明确负载类型时,可以依据AC一33A、33B型负载来选择ATSE。

跟使用类别紧密相连的另一ATSE技术指标就是操作性能,相关国家标准要求参见表3。

表3验证ATSE的操作性能对应于各种使用类别的接通与分断条件

与上面的讲解一样,因为负载使用类别的不同,AC一33型负载比AC一3l型负载的实验条件更苛刻,更能适用于复杂类型的实际负载。

(4)短路特性

1)额定短时耐受电流ICW

对于PC级ATSE来说,其只完成转换而不具备短路保护能力,其自身的短路保护是依靠前端的断路器(或熔断器)来完成的。该断路器或熔断器不是为保护ATSE而单独设立的,而是保护整个回路的。ATSE也是回路中的电气元件,也是在被保护范围之内的。

PC级ATSE在遇到短路电流时,要在一定的时间内可以耐受一定的短路电流冲击,直到保护断路器起作用。这一耐受能力就是额定短时耐受电流,具有“耐受时间”和“耐受电流值”两个概念。国家标准中对额定短时耐受电流的规定见表4。

表4额定铺时耐受电.流的相关规定

注:以交流50Hz来考虑

目前中国市场上的ATSE基本满足这一要求。需要说明的是两点:

(1)额定短时耐受电流是由制造厂规定的,ICW和ICU、ICS是不同的概念。

额定极限短路分断能力ICU也是由制造厂家给出的,是断路器的标准技术参数,表示断路器最大能承载和分断开多大的短路电流。

额定运行短路分断能力ICS也是断路器的基本技术指标,表示实际运行中,断路器可以分断开多大的短路电流。用极限短路分断能力ICU的百分比来表示,一般有:50%、75%、100%。

额定短时耐受电流ICW,一是针对不具备保护能力的电器元件,例如:负荷开关、接触器、PC级ATSE等的基本技术参数。ICW和ICU间没有换算关系,但断路器的ICW值一定小于ICU值。例如NS系列开关,800A额定的ICU值可以高达75kA,但ICW值只有25Ka(1s)。它们都是由生产厂家实验给出的数值,用于衡量不同电气设备的参数。在实际的工程设计和使用中,这两个数值要求都应该是设计者计算得出,由生产厂家来满足的。

简单来说,ATSE的核心部件应该是开关的触头,至于驱动触头的方式和闭锁触头位置的方法有很多种。而ICW值的大小主要是取决于触头的品质。我们知道,导体通电发热量与流过的电流平方和时间成正比,要想提高ICW值使触头不因过热而熔化,就要提高开关触头的熔点,使用高熔点的合金触头和增大触头接触面积来降低导体电阻。

(2)ICW值满足国家要求不一定满足实际工程的使用要求。对于相同额定电流的断路器来说,其短路分断容量就有高、中、低的区分,所以设计者要根据自己的计算来指定使用ATES处的短路耐受电流,这一值往往高出国家标准要求很多。例如从变电所低压母线上直接引出150A额定容量的回路为变电所本身使用,所选择的ATSE额定容量为150A,但短路耐受容量可能要到40kA以上。而国家标准对应的150AATSE10kA就可以满足了。

2)短路接通能力

与前面讨论的额定接通能力类似,如果转换是发生在短路故障时,例如因短路而跳脱正常电源的断路器使ATSE正常电源侧失电,ATS触头接触时就要承受更大的电流,ATSE的这一承受能力用短路接通能力来衡量。

3)CB级ATSE的额定短路接通和分断能力这一技术指标很好理解,实际上就是断路器的额定短路接通和分断能力,这里就不赘述了。