關(guān)鍵詞: 雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)、ATS、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器、 ATSE 標(biāo)準(zhǔn)
目前，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)(ATS)在國內(nèi)已經(jīng)有幾十年的運(yùn)用歷史，在沒有標(biāo)準(zhǔn)之前，各種開關(guān)（接觸器、斷路器、隔離開關(guān)等）都被運(yùn)用在雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)上面。自從國家標(biāo)準(zhǔn)GB/14048.11實(shí)施以來，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS）作為一個(gè)獨(dú)立的低壓開關(guān)種類，被廣泛用于兩路電源間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，以確保重要負(fù)載電源的連續(xù)供應(yīng)。目前有多種型式的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，本文從標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)、選用等方面，給予探討，也希望能給廣大用戶和愛好者提供參考。
一、 標(biāo)準(zhǔn)：
◆國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T14048.11-2002
IEC標(biāo)準(zhǔn)：IEC60947－6－1：1998
低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第6部分：多功能電器 第一篇：自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器
◆國家標(biāo)準(zhǔn)的定義：由一個(gè)（或幾個(gè)）轉(zhuǎn)換開關(guān)電器和其它必需的電器組成，用于檢測電源電路，并將一個(gè)或多個(gè)負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電源的電器。
◆中文標(biāo)準(zhǔn)名稱：自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器 英文標(biāo)準(zhǔn)名稱：Automatic Transfer Switching Equipment (ATSE)
◆PC級(jí)ATSE：能夠接通、承載、但不用于分?jǐn)喽搪冯娏鞯腁TSE。
CB級(jí)ATSE：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 ?br />◆認(rèn)證情況：中國、IEC、UL都對(duì)ATSE制訂專門的標(biāo)準(zhǔn)（幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)完全等同），所以，就必須選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的ATSE，由于我國ATSE沒有實(shí)行CCC認(rèn)證，所以，目前符合國家標(biāo)準(zhǔn)的唯一依據(jù)就是獲得由中國質(zhì)量認(rèn)證中心按照GB/T14048.11標(biāo)準(zhǔn)頒發(fā)的CQC證書。
◆特別說明：
• 在沒有國家標(biāo)準(zhǔn)之前，只要具有失電自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，都被用于兩路電源間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，最早的就是用兩個(gè)接觸器加一個(gè)邏輯電路控制器組合而成的產(chǎn)品。在有了國家標(biāo)準(zhǔn)之后，選擇ATSE就必須以國家標(biāo)準(zhǔn)為最低要求設(shè)計(jì)、制造、選擇和使用。目前，由于ATSE沒有實(shí)施CCC認(rèn)證，所以，能夠證明一個(gè)開關(guān)是否符合ATSE國家標(biāo)準(zhǔn)的唯一依據(jù)就是CQC認(rèn)證（按照GB/14048.11標(biāo)準(zhǔn)）；
• ATSE標(biāo)準(zhǔn)分PC級(jí)和CB級(jí)兩種類別，國標(biāo)里其進(jìn)行CQC認(rèn)證的型式試驗(yàn)的內(nèi)容是不一樣的，所發(fā)的CQC證書也是不同的，不能夠互相代替，也不能夠混淆；
• ATSE是一個(gè)裝置，由開關(guān)本體和檢測控制器組成，能夠?qū)崟r(shí)檢測兩路電源的狀態(tài)，當(dāng)常用電源出現(xiàn)故障時(shí)（一相或者多相斷相、欠壓、過壓、頻率偏差等），能夠?qū)㈤_關(guān)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到備用電源。控制器是其必不可少的組成部分，也是ATSE與其它低壓開關(guān)的主要區(qū)別，對(duì)其功能、可靠性必須給予高度重視。
二、 結(jié)構(gòu)分析：
◆ATSE一般由三部分組成：開關(guān)本體（ATS）、驅(qū)動(dòng)/保持機(jī)構(gòu)、控制器
◆開關(guān)本體：指主觸頭的結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)靜觸頭連接方式、觸頭壓力、同步性、超程、動(dòng)觸頭開啟速度、滅弧方式等等構(gòu)成。
◆驅(qū)動(dòng)/保持機(jī)構(gòu)：使觸頭完成閉合、開啟的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。有三種方式，電磁直接驅(qū)動(dòng)/保持（例如接觸器）；勵(lì)磁＋連杠傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)/機(jī)械保持；減速電機(jī)＋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)/機(jī)械保持。
◆控制器：從僅有單相缺相控制功能到具有超過ATSE預(yù)設(shè)定的參數(shù)要求的參數(shù)檢測、現(xiàn)場設(shè)定、顯示、帶通訊接口等功能，差別很大。
◆提示：一個(gè)真正技術(shù)先進(jìn)、可靠性高的ATSE，必須是以上三個(gè)部分都同步達(dá)到相應(yīng)的水平。一個(gè)部分的缺陷，就是整個(gè)ATSE的缺陷。選擇高可靠性的ATSE，也必須從以上三個(gè)方面綜合判斷。
◆下面就目前國內(nèi)市場供應(yīng)的產(chǎn)品，進(jìn)行分析：
• 開關(guān)本體(ATS)：開關(guān)本體是ATSE的核心，ATSE的電氣性能基本取決于此。目前市場上銷售的ATSE，有兩種本體結(jié)構(gòu)：一種是直接采用標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)（接觸器、斷路器、隔離（負(fù)荷）開關(guān)）作為本體，市場90%以上的ATSE是此類結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是：利用現(xiàn)有已經(jīng)非常成熟的開關(guān)，所以開發(fā)、制造成本低，開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)小、投入少，產(chǎn)品上市速度快，國內(nèi)有許多專門從事此類產(chǎn)品OEM貼牌的廠商。需要用戶注意，這種結(jié)構(gòu)的開關(guān)，其電氣性能基本取決于所選用的本體開關(guān)的電氣性能。另一種是完全獨(dú)立單獨(dú)設(shè)計(jì)（以ASCO、KRC共立為代表）的本體結(jié)構(gòu)。因?yàn)槭菍ｉT設(shè)計(jì)，所以觸頭材料、壓力、開啟速度、滅弧等開關(guān)的所有性能都可以按照要求設(shè)計(jì)（特別是高于國家標(biāo)準(zhǔn)要求或者特殊用途，例如AC－33A、耐高電流沖擊能力等）。這類產(chǎn)品的缺點(diǎn)是：開發(fā)周期長、成本高；產(chǎn)品成本高。
本體結(jié)構(gòu)的選擇依據(jù)，主要取決于使用類別（負(fù)載類型）。例如，用于消防水泵、風(fēng)機(jī)和電梯的ATSE，屬于電感性負(fù)載，所以要求選用使用類別為AC－33B的ATSE產(chǎn)品。美國ASCO、日本共立KRC的ATSE產(chǎn)品甚至達(dá)到AC－33A的要求。盡管ATSE是非頻繁操作的開關(guān)，但按照AC－33A的要求制造，體現(xiàn)產(chǎn)品更高的可靠性。
按照國標(biāo)GB/T14048.11-2002交流自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)使用類別分類如下：
電流性質(zhì) 使用類別 典型用途
頻繁操作 不頻繁操作
交流 AC-31A AC-31B 無感或微感負(fù)載
AC-33A AC-33B 電動(dòng)機(jī)負(fù)載或包含電動(dòng)機(jī)、電阻負(fù)載和30%以下白熾燈負(fù)載的混合負(fù)載
AC-35A AC-35B 放電燈負(fù)載
AC-36A AC-36B 白熾燈負(fù)載
根據(jù)本產(chǎn)品的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，要滿足AC－33使用類別標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)就必須采用特殊的觸頭材料（銀合金）、開啟速度要快（＞0.5m/s）、要有專門的滅弧裝置快速滅弧。一般采用銅材作觸頭材料、用電機(jī)驅(qū)動(dòng)（開啟速度慢）、沒有特別滅弧裝置的開關(guān)，是很難通過真正嚴(yán)格按照AC－33使用類別，同時(shí)滿足ATSE機(jī)械、電氣壽命等國家標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)的。
• .驅(qū)動(dòng)/保持機(jī)構(gòu)：因?yàn)椴捎玫谋倔w結(jié)構(gòu)不同，所以導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)/保持的結(jié)構(gòu)也不同。采用現(xiàn)成的斷路器和隔離（負(fù)荷）開關(guān)作為本體，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是減速電機(jī)＋傳動(dòng)連桿，機(jī)械連鎖、機(jī)械保持，保持狀態(tài)無需電能。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換速度較慢、觸頭分離速度慢（相對(duì)于勵(lì)磁直接驅(qū)動(dòng)）。專門設(shè)計(jì)的ATSE，采用的是勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)＋連桿傳動(dòng)，機(jī)械保持、結(jié)構(gòu)連鎖，這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換速度快，觸頭分離速度快（100A以下可以達(dá)到0.75m/s以上）。
• 控制器：控制器是ATSE必不可少的組成部分，ATSE能否在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮作用，控制器的可靠性是關(guān)鍵，這也是ATSE區(qū)別于其它低壓開關(guān)的最重要之處。一般用戶（包括一些制造商）往往只關(guān)注ATSE的電氣性能，忽視了控制器的功能和可靠性。實(shí)際上，ATSE在使用過程中，絕大部分故障是控制器故障。因?yàn)橹挥锌刂破魇沁B續(xù)工作的器件，所以其設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)都要嚴(yán)格控制。
目前市場上供應(yīng)的ATSE控制器，最簡單的是只能檢測一路電源的斷相，復(fù)雜的可以檢測除電源故障（一相或者多相斷相、欠壓、過壓、頻率偏差等）以外，還可以檢測發(fā)電機(jī)的多個(gè)參數(shù)、可以提供發(fā)電機(jī)控制信號(hào)和通訊接口等等。選用什么樣的控制器，需要考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)和負(fù)載。
◆特別提示：
• 在一個(gè)系統(tǒng)中，各級(jí)ATSE的轉(zhuǎn)換時(shí)間要有一個(gè)合理的“順序”，這就要求ATSE的控制器可以在現(xiàn)場設(shè)定ATSE的轉(zhuǎn)換時(shí)間；
• 帶通訊接口的控制器，需要能夠提供與上位機(jī)通訊記錄的檢測報(bào)告，因?yàn)橹挥型ㄓ嵔涌冢ㄓ布┎荒鼙ＷC能夠正常通訊（軟件）。
三、 選用注意事項(xiàng)
• 必須選擇滿足國家ATSE標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品，具備CQC認(rèn)證（按照GB/14048.11標(biāo)準(zhǔn)）是目前唯一的依據(jù)；
• 從結(jié)構(gòu)可靠性來講，PC級(jí)ATSE可靠性高于采用斷路器組成的CB級(jí)ATSE，所以，高可靠性要求的場所，宜選用PC級(jí)ATSE（美國ASCO、GE，日本共立KRC、愛知，法國溯高美等國際知名專業(yè)ATSE廠商只提供PC級(jí)ATSE也是佐證）；
• 設(shè)計(jì)時(shí)選用PC級(jí)還是CB級(jí)，考慮的出發(fā)點(diǎn)不應(yīng)是是否需要短路保護(hù)功能（PC級(jí)前面加上短路保護(hù)電氣，系統(tǒng)就具備與CB級(jí)同樣的保護(hù)功能），而是可靠性和成本。可靠性要求高，宜選用PC級(jí)產(chǎn)品；要求成本低可選用CB級(jí)。
• 斷開故障電源的時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品是不同的，對(duì)故障電源（例如斷相）敏感度高的負(fù)載，就需要注意，應(yīng)選用能夠快速斷開故障電源的勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)式ATSE。采用斷路器的CB級(jí)ATSE和采用隔離（負(fù)荷）開關(guān)的ATSE，是用減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)（電機(jī)轉(zhuǎn)速一般為15-20rpm，開關(guān)需要轉(zhuǎn)動(dòng)到一定轉(zhuǎn)角后觸頭才能斷開），以100A以下電流等級(jí)開關(guān)為例，控制器發(fā)出轉(zhuǎn)換指令后，需要1秒以上的時(shí)間，故障電源才會(huì)斷開，而采用勵(lì)磁直接驅(qū)動(dòng)的ATSE，只需要大約30毫秒，故障電源就可以斷開。
• PC級(jí)前端是否需要加短路保護(hù)電器取決于PC級(jí)ATSE能否承受前端短路保護(hù)電器保護(hù)電流的沖擊。如果能夠承受，切換箱內(nèi)就不需要再加短路保護(hù)電器，如果不能承受，就需要加一個(gè)保護(hù)電流低于PC級(jí)ATSE額定限制短路電流的保護(hù)電器，這需要制造商提供ATSE額定限制短路電流的保護(hù)電器類型和參數(shù)。PC級(jí)ATSE的額定限制短路電流必須與前端保護(hù)電器類型和參數(shù)匹配，此點(diǎn)需要特別注意。
• 要注意選擇適合負(fù)載特性的ATSE，此點(diǎn)非常重要，否則可能一次切換就導(dǎo)致開關(guān)損壞。帶電感負(fù)載的ATSE宜選用具有AC－33使用類別的ATSE。符合這種要求的開關(guān)，觸頭材料應(yīng)當(dāng)是銀合金，開啟速度要較快，還必須有專門的滅弧裝置。
• 要充分注意操作、維護(hù)、更換的方便性：因?yàn)锳TSE在國內(nèi)還是較新的電器，使用時(shí)間短、范圍小，一般用戶（特別是不直接使用的用戶）不太注意產(chǎn)品的操作、維護(hù)、更換的方便性，但成熟的產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)是充分考慮這些因素的。因?yàn)榭刂破鞴收鲜茿TSE使用過程中故障最多的部分，所以，控制器應(yīng)當(dāng)是外置式設(shè)計(jì)，也就是可以不用拆開關(guān)就可以方便快捷更換控制器。用斷路器的CB級(jí)ATSE，短路保護(hù)跳閘以后需要專門的操作才能夠恢復(fù)。如果出現(xiàn)其中一個(gè)斷路器故障，就必須整個(gè)更換新的同型號(hào)ATSE，如果不能隨時(shí)快速保證產(chǎn)品供應(yīng)（制造商的供應(yīng)和物流、服務(wù)能力），出現(xiàn)故障將會(huì)導(dǎo)致長期停電，這些需要事先充分考慮。
•另外，建議一些場合可以選擇進(jìn)口PC級(jí)開關(guān)本體（ATS），同時(shí)選擇配套的國產(chǎn)控制器。因?yàn)橥ㄟ^大量的工程實(shí)踐表明，全套進(jìn)口的PC級(jí)ATSE價(jià)格比較高，而國內(nèi)部分廠家生產(chǎn)的控制器質(zhì)量也比較好，且價(jià)格很實(shí)惠！
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