自動轉換開關電器ATSE的現狀選擇與應用
關鍵詞： 轉換開關 現狀 選擇應用
1 國內外ATSE產品現狀
自動轉換開關電器（ATSE）主要用在緊急供電系統，是將負載電路從一個電源自動換接至另一個（備用）電源的開關電器，以確保重要負荷連續、可靠運行。因此，ATSE常常應用在重要用電場所，其產品可靠性尤為重要。轉換一旦失敗將會造成以下二種危害之一：電源間的短路或重要負荷斷電（甚至短暫停電），其后果都是嚴重的。這不僅僅會帶來經濟損失（使生產停頓、金融癱瘓），也可能造成社會問題（使生命及安全處于危險之中）。因此，工業發達國家都把自動轉換開關電器的生產、使用列為重點加以限制與規范。
我國自動轉換開關電器的研制和生產在90年代初還處于空白狀態，也無國家標準。國內所需的雙電源轉換裝置往往由設計、成套部門用接觸器、斷電器等產品組合而成來替代。這種方案性產品往往因沒有經過測試檢驗，其可靠性、安全性存在較大隱患（尤其是用兩臺接觸器作為兩路電源轉換，電氣連鎖極不可靠，鎖極一旦失敗，將造成兩臺電源變壓器并聯，電源并聯形成的系統潮流嚴重的可催毀整個供電系統）。之后由天津低壓電器公司開發了由斷路器+機械連鎖+控制器構成自動轉換開關電器。它的進步是由產品替代方案，并按一定技術規范進行產品試驗驗證，產品的可靠性、安全性大大提高。90年代中期，針對國內市場急需高性能、高可靠自動轉換開關電器產品的現狀，日本、法國、德國、美國等自動轉換開關電器先后打入中國市場，在一定程度上緩解了我國市場需求。
近幾年，我國的自動轉換開關電器生產企業（尤其是生產CB級ATSE企業）迅速增加，其產品性能及產品質量不一，給設計、使用部門選用造成一定困難，也由于對ATSE使用和選用不當，給國家財產造成很大損失。為了規范自動轉換開在電器（ATSE）產品的生產與選用，國家質檢總局于2002年12月頒布了GB/T14048.11-2002《自動轉換開關電器》（等同IEC60947.6.1-1998）國家標準，2003年4月1日實施。該標準將是今后ATSE生產制造；企業、設計使用單位、商業活動共同遵循的一部技術性法規文件，也將是3C認證依據的技術法規。
自動轉換開關電器（ATSE）分PC有與CB級兩種。代表PC級的具有世界先進水平的產品有美國的ASCO及ONAN。
代表CB級的有德國穆勒的ATS-NZM、法國的施耐德。
目前，國內生產CB級ATSE產品的企業約幾十家，如天津低壓電器公司、常熟開關廠、溫州三開及穆勒電氣（上海）有限公司等。生產PC級ATSE產品的企業有廣東奇正、北京第一低壓電器、上海環奇等。
生產電動式刀開關（用于雙電源切換）產品的企業也有5-6家，如法國朔高美等。
ATSE一般由兩部分組成：①開關電器本體；②控制器。
1.1開關電器本體
開關電器本體又分兩類：
第一類為CB級。它是由兩臺斷路器加機械連鎖組成，具有短路保護功能；
第二類為PC級，一體式結構（三點式）。它是雙電源切換的專用開關，具有結構簡單、體積小、自身連鎖、轉換速度快（0.2s內）、安全、可靠等優點，但需要配備短路保護電器。
1.2控制器
控制器也有兩種形式：一種由傳統的電磁式繼電器構成；另一種是數字電子型智能化產品。它具有性能好，參數可調及精度高，可靠性高，使用方便等優點。
國內外常見的幾種ATSE產品及電動式刀開關產品的對比見表1。
2 產品結構分析對比及ATSE的選擇
目前，國內市場上用于兩路電源切換的大致有三種開關電器：①CB級ATSE；②PC級 ATSE；③刀開關（電動）。
下面從產品結構、性能及所遵循的標準三個方面，分別將CB級與PC級ATSE；PC級ATSE與刀開關（電動）進行對比和分析。從中不難發現，PC級ATSE是理想的兩路電源切換電器產品。
2.1CB級與PC級ATSE兩者有以下區別
2.1.1兩者機械設計理念不同
CB級是由斷路器組成，而斷路器是以分斷電弧為已任，要求它的機械應快速脫扣。因而斷路器的機構存在滑扣、再扣問題；而PC級產品不存在該方面問題。PC級產品的可靠性遠高于CB級產品。
2.1.2斷路器不承載短路耐受電流，觸頭壓力小
供電電路發生短路時，當觸頭被斥開產生限流作用，從而分斷短路電流；而PC級ATSE應承受20Ie及以上過載電流。觸頭壓力大不易被斥開，因而觸頭不易被熔焊。這一特性對消防供電系統尤為重要。
2.1.3兩路電源在轉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、爬電距離的180%、150%（標準要求）。因而PC級ATSE安全性更好。
2.1.4觸頭材料的選擇角度不同
斷路器常常選擇銀鎢、銀碳化鎢材料配對，這有利于分斷電弧。但該類觸頭材料易氧化，備用觸頭長期暴露在外，在其表現易形成阻礙導電、難驅除的氧化物，當備用觸頭一但投入使用，觸頭溫升增高易造成開關燒毀甚至爆炸；而PC級ATSE充分考慮了觸頭材料氧化帶來的后果。
2.2PC級ATSE與刀開關（電動）區別
2.2.1兩者遵循的標準不同
PC級ATSE符合GB/T14048.11《自動轉換開關電器》。刀開關（電動）符合GB14048.3《開關、隔離器、隔離開關以及熔斷器組合電器》。
2.2.2滅弧系統不同
PC級ATSE充分考慮了在電源轉換過程中可能出現的二次電弧擊穿問題，所以對觸頭開距有一定要求，而且要求電弧的游離氣體應迅速排放。否則，易造成電源相間短路。
2.2.3兩者電氣性能要求不同
PC級ATSE是在6In電流，1.05Ue電壓下，接通/分斷循環次數為12次；而刀開關是在3Ie/1Ue下，接通/分斷5次。兩者的電氣壽命、機械壽命也不同。PC級ATSE的電氣壽命是在2In/1.05Ue條件下至少操作循環1000次，機械壽命5000次；而刀開關的電氣壽命僅在1In/1Ue條件下操作200次，機械壽命800次。兩者電氣可靠性不同。
2.2.4轉換速度不同
PC級ATSE轉換速度一般小于0.3s；而刀開關用于雙電源軒換時轉換速度不少于1s。
2.2.5試驗方法不同
在進行接通與分斷試驗時，PC級ATSE是在不同的電源相序下進行（滅弧能力考核較嚴）；而刀開關對相序無要求。
通過上述對比可知PC級ATSE是理想的電源轉換開關產品。
3 ATSE產品的應用
隨著經濟發展，現代生活和現代工業對斷電的容忍能力越來越差。國外工業發達國家（尤其是美國）把ATSE產品視為電源的一部分，對ATSE產品選擇與使用都很慎重。在雙電源緊急供電系統首先PC級產品，且開關在轉換過程中不允許中間停留（即不帶零位）。其目的是增加電源的可靠性。
由于備用電源種類不同，ATSE選擇也應有所不同。
目前，國內備用電源有三種形式：（1）電網；（2）發電機組；（3）EPS（蓄電池組逆變）。當備用電源為（2）或（3）時，其容量一般僅是常用電源容量的20%～30%。ATSE的控制器一般應有非重要負荷選擇功能（如圖1所示）。QT由控制器控制。QT在ATSE轉換前斷開，在ATSE返回后閉合。
注：①Un為常用電源（電網）
②Ug為備用電源（發電機）
③Qg為熔斷器隔離器
④QT為負荷選擇開關，由控制器操作。
⑤DN為控制器
當ATSE使用在電路末端且用于消防電源轉換時，負荷過載應有報警提示功能。其熔斷器（Qg）保護特性應與負載要求相匹配。
ATSE一般是不允許帶大電動機或高感抗負載轉換。如大電動機負載在運行中切換，電源相位差距較大時它將受到巨大的機械應力。同時由電動機產生的反電勢引起的過電流可能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荷方式。
圖1是ATSE在緊急供電系統中理想的使用線路圖。圖中的Qg在電路中起兩個作用，一是短路保護；二是維修隔。
4 新一代PC級ATSE產品簡介
為了向廣大用戶提供理想的ATSE產品，上海電器科學研究所與國內多家企業聯合開發出我國新一代PC級ATSE產品——HYQ1系列自動轉換開關電器。該產品是目前國內第一家完全依據新的國家標準設計、生產并通過檢測的PC級ATSE產品。該系列產品有80A、160A、225A、400A、800A、1600A。
4.1HYQ1產品特點
（1）符合GB/T14048.11-2002《自動轉換開關電器》標準；
（2）產品適應環境強，具有較強的可靠性：
工作環境溫度寬：+55℃/～25℃，
工作電壓范圍廣：70%Ue～120%Ue，
電磁環境1：公共電網；
（3）開關本體結構為積木式，體積小，是同規格CB級ATSE體積的1/3～1/2；
（4）主觸頭系統為單刀雙擲（三點式）結構，自身連鎖，不會同時接通兩路電源；
（5）操作機構為單線圈雙向操作，機構簡單，轉換動作速度快，時間小于150ms；
（6）主觸頭切換容量大，可以帶6Ie切換，而且是在兩路電源相序不同下切換；
（7）帶非優先線路選擇開關（加卸負荷）；
（8）產品有2極、3極、4極之分，第4極（N極）有閉路轉換和開路轉換兩種。
4.2控制器產品特點
控制器是以CPU為核心，具有對電壓、頻率故障進行檢測與判斷，并可以實現啟動、關閉發電機組、相位角監測、暫態停留控制、非優先線路選擇、遙控、通訊功能，帶有液晶顯示。
參考文獻
1GB/T14048.11-2002《低壓開關設備和控制設備第6部分多功能設備自動轉換開關電器》
2GB14048.3-2002《低壓開關設備和控制設備低壓開關、隔離器、隔離開關及熔斷器組合電器》
3GB/T14048.1-2000《低壓開關設備和控制設備總則》
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