自动转换开关电器（共7篇）
自动转换开关电器 篇1
摘要：本文介绍了现在普遍采用的几种双电源自动转换开关电器的应用方式, 以及这些应用方式中存在的优缺点, 根据这些方式的启发, 我找到了一种新的更合理的双电源自动转换开关电器的应用方式。
随着人民生活水平的提高和科学技术的发展, 人们对供电的可靠性要求越来越高, 这就需要尽量减少停电的时间。重要负荷采用两路电源供电, 常用电源停电, 备用电源投入供电, 这样可靠性更高, 双电源自动转换开关电器应运而生。现在双电源自动转换开关电器在越来越多的供电场合中大量使用, 对双电源自动转换开关电器的应用方式有很多, 现有的几种应用方式都有各自的优缺点, 我觉得都不是理想的双电源自动转换开关电器的应用方式, 由现有的应用方式的启发, 我找了一种更好的双电源自动转换开关电器的应用方式, 既保留了其他应用方式的优点, 又避免了它们缺点, 在本文中我做一下介绍, 希望能与同行和专家一起探讨。
双电源自动转换开关电器的介绍
首先, 我们来了解一下双电源自动转换开关电器。
双电源自动转换开关电器 (Automatic transfer switching equipment) 简称双电源 (ATSE) :即常用电源和备用电源两路电源切换的供电装置。
为了保证重要负荷的供电可靠性, 重要负荷由两个电源进行供电, 既由两个电源接入双电源自动转换开关电器, 一个是常用电源, 一个是备用电源。当常用电源出现故障或断电时, 备用电源通过双电源自动转换开关电器自动切换为备用电源;当备用电源出现故障或断电时, 而常用电源又恢复正常时, 常用电源又通过双电源自动转换开关电器自动切换为常用电源。
在现在的电气应用中, 双电源自动转换开关电器的应用越来越广泛, 双电源的发展也越来越快, 到目前为止, 主要分为CB级双电源自动转换开关电器 (双断路器式) 和PC级双电源自动转换开关电器 (整体式) 。
CB级双电源自动转换开关电器:配备过电流脱扣器的双电源, 它的主触头能够接通并用于分断短路电流, 就是既能完成双电源自动转换的功能, 又具有短路电流保护 (能接通并分断) 的功能的双电源。
双电源若选择具有过电流脱扣器的断路器作为执行器则属于CB级自动转换开关。具备选择性的保护功能, 能对下端的负荷和电缆提供短路和过载保护。
PC级双电源自动转换开关电器:能够接通、承载、但不用于分断短路电流的双电源, 就是只能完成双电源自动转换的功能, 不具备短路电流分断 (仅能接通、承载) 的功能的双电源。
双电源若选择不具有过电流脱扣器的负荷开关作为执行器则属于PC级自动转换开关。不具备保护功能, 但其具备较高的耐受和接通能力, 能够确保开关自身的安全, 不因过载或短路等故障而损坏, 在此情况下保证可靠的接通回路, 现在大多数采用负荷开关和双电源自动转换功能合一的整体式。
现在普遍采用的几种双电源自动转换开关电器的应用方式
针对CB级和PC级双电源自动转换开关电器, 现有几种应用方式, 我认为都有其各自的优缺点, 下面对这几种应用方式及其优缺点做一下介绍。
CB级双电源自动转换开关电器的应用方式
原来对双电源自动转换开关电器的应用一般采用CB级的, 就是两个断路器配合CB级双电源自动转换开关电器一起组成一个双电源装置。见图1。
这种CB级双电源自动转换开关电器, 在应用上有很大的缺陷, 就是由于断路器本身具有过载和短路保护的功能, 如果保护的线路或器件本身发生过载或短路情况, 断路器会断开, 使线路失电, 由于线路失电, 双电源自动转换开关电器会转投到备用电源上, 而保护线路或器件本身的故障点并没有消除, 造成了断路器又一次动作, 从而经过两个断路器分断, 才把故障点断开。这种应用方式双电源自动转换开关电器的功能不明确, 常用电源失电可以使双电源自动转换开关电器动作投入到备用电源, 断路器断开使线路失电, 也可以使双电源动作投入到备用电源, 整个双电源自动转换开关电器不仅起到保护线路作用, 又起到失电转换作用, 使整个双电源的功能复杂化。而且对故障点的断电时间为普通断路器的两倍, 增加了事故的危险性。现在设计中使用CB级双电源自动转换开关电器的情况已经越来越少。
PC级双电源自动转换开关电器的应用方式
现在大多采用PC级双电源自动转换开关电器, 应用方式也有几种。
PC级双电源自动转换开关电器的应用方式一
其中一种在PC级的双电源上口增加两个断路器, 进行对设备和线路的保护, 见图2。
这种应用方式使各个器件功能更明确, 断路器只负责线路、设备和双电源自动转换开关电器的过载和短路保护, 而双电源负责由于失电而进行的转换, 这样功能明确, 断路器动作是因为保护的线路、器件过载或短路, 双电源动作是因为常用电源失电。虽然功能明确了, 但是如果断路器保护的线路或器件发生过载或短路, 使断路器断开, 线路失电, 使PC级双电源自动转换开关电器动作, 投到备用电源, 而如果故障点在双电源下口, 那故障点并没有消除, 投到备用电源后, 又一次完成断路器的断电, 从而使断电时间为断路器断电时间的两倍, 同样增加了消除故障的时间, 并不能及时的断开有故障的线路, 容易造成危险。
PC级双电源自动转换开关电器的应用方式二
有的同事采用另一种方式, 就是在PC级双电源自动转换开关电器下口设一个断路器, 见图3。
采用这种应用方式有它的优点, 保留了分工明确的优点:断路器只负责线路和设备的过载短路保护, 双电源自动转换开关电器只负责失电转换, 如果断路器下口的线路和器件发生过载和短路, 断路器可以立即断电, 切断故障点, 不用两个断路器分别切断, 不会增加消除故障的时间, 针对性很强。
但这种方式也有缺点, 如果放射式供电, 双电源自动转换开关电器或其上口的线路发生故障, 可以靠上级断路器保护, 但也需要上级的断路器分别断开, 断电时间还是需要增加一倍, 这个和2.2.1应用方式的所具有的缺点是一样的。见图4。
如果是从干线上T接方式供电, 断路器上口的双电源和线路如果发生的短路故障, 只能干线上的断路器切断电源保护, 不仅扩大了断电范围, 而且同样需要断两次。而且这样线路T接后, 先接PC级的双电源, 再接一个断路器, 那样根据规范要求, 连接PC级双电源自动转换开关电器和断路器的线路长度加上PC级双电源的长度总和不能超过3m, 如果超过3m, 只能等截面T接, 而且这段超过3m的线路发生短路故障, 只能通过切断干线的断路器来进行保护, 这样既增加了电缆成本, 又容易扩大断电范围, 也没有完全解决断电时间增加一倍的问题, 也不是很好的双电源自动转换开关电器的应用方式。见图5。
我发现的新的双电源自动转换开关电器的应用方式
根据现有的双电源应用方式, 我发现了一种新的双电源自动转换开关电器的应用方式, 当双电源供电时, 依然线路先接两个断路器, 然后断路器下口再通过线路接一个PC级双电源自动转换开关电器, 双电源下口接需要保护的线路、设备。这种方式还是传统的把断路器和双电源分开, 使其分工明确, 断路器只负责过载和短路保护, 而双电源只负责失电转换。而与传统应用方式不同的是, 对于放射式供电, 如果断路器保护的线路和设备如果出现故障, 使两个断路器能同时断开, 就是只要一个断路器因为保护线路和器件的过载或短路断开, 另一个断路器同时断开, 这样就既不会使保护时间加倍, 又能保护双电源, 能很好地体现这种应用方式的优越性;而对于从干线上T接方式供电, 断路器保护的线路和器件如果过载或短路, 两个断路器同时断电, 也不会增加断电时间, 而且故障只会使从T接箱接出线路上的两个断路器断电动作, 不会影响干线上的断路器动作, 从而不会扩大断电的范围, 而且如果T接距离超过3m, 可以把断路器和双电源分开设置, 使T接点到断路器上口的距离小于3m, 这样就不需要等截面T接, 从而节约了电缆。对于放射式供电和T接式供电, 我认为这都是一种比较合理和优越的双电源应用方式。
如何实现一个断路器断开, 另一个断路器同时断开呢?无论是放射式供电还是T接式供电, 我认为都有两种方法。
两个断路器上分别设置附件, 监测本断路器的开合情况, 并分别设置分励脱扣模块, 用于分断断路器。如果一个断路器断电了, 附件会发现, 然后发一个信号或信号经过放大后传送到另一个断路器带的分励脱扣模块, 使另一个断路器也断开, 信号传输或传输、放大以及断开断路器的时间需要小于双电源转换的时间, 这样就算双电源动作了, 转到备用回路, 那边也是断电的, 不会过多增加断路器切断故障点的时间, 从而能够及时断开故障点。放射式供电见图6。
T接式供电见图7。
另一种方式就是用物理的方式, 使两个断路器的开关部分连成一体, 在断路器的开关上设一个物理联接, 靠机械的带动, 一个断路器断电, 从而带动另一个断路器也断电, 也能满足同时分断两个断路器的要求。放射式供电见图8。
T接式供电见图9。
结语
这种新的双电源自动转换开关电器的应用方式既保留了传统应用方式断路器保护和双电源分工明确的优点, 又避免了两个断路器分别断开所造成的保护动作时间的加倍, 也不会扩大断电范围, 还有可能节约电缆, 可谓一举多得, 能充分利用断路器和双电源自动转换开关电器的优越性, 我认为是一种很好的双电源自动转换开关电器的应用方式。
展望
社会的发展, 对供电可靠性的要求肯定越来越高, 科学技术的发展, 各种新科技、新产品的出现, 对双电源自动转换开关电器的应用方式肯定会越来越多, 希望以后能找到更好的应用方式, 把各种新技术、新产品应用到供电系统中, 更好地保证供电的可靠性, 使电能更好地为人民的生产和生活服务。
自动转换开关电器 篇2
1ATSE的设计选用
1.1 PC级与CB级的区别
GB/T 14048.11-2002及IEC60947.6.1-1998中将ATSE分为PC级和CB级两个级别。PC级ATSE能够接通、承载, 但不用于分断短路电流;CB级ATSE配备过电流脱扣器, 它的主触头能够接通并用于分断短路电流。
PC级和CB级ATSE的差别主要在于本体上的不同, PC级ATSE通常是以隔离开关或者负荷开关作为本体或者采用一体化结构, 而CB级ATSE通常是以断路器作为本体。PC级ATSE仅用于两个电源之间的自动转换, 而CB级ATSE既用于两个电源之间的自动转换, 同时又具有短路保护的功能。所以, 在对电源可靠性不高的地方使用CB级ATSE是恰当的。
但是, PC级ATSE同CB级ATSE相比又有许多优点。首先, PC级ATSE的可靠性要比CB级ATSE高, 其次, 以断路器为本体构成的CB级ATSE由于断路器本身固有的不足, 使得CB级ATSE有许多缺点:一方面, 断路器存在滑扣、再脱扣现象, 并且当出现非电源故障 (如过载、短路) 时会自动切断电源, 另一方面, 断路器的触头是为了分断短路电流设置的, 触头材料为银钨或银碳化钨, 这有利于分断电弧, 但是触头也容易氧化, 导致触头表面导电性能变化。所以选择PC级ATSE可以获得更高的供电可靠性。
1.2 四极ATSE的选择
1) IT系统中当引出中性线时, 三相四线供电应采用四极ATSE。
2) TT系统建筑物内, 必须在总电源进线处和有需要的局部场所电源处, 采用四极开关将中性线和相线同时隔离。
3) TN-C系统严禁采用四极ATSE。
4) 正常供电电源与备用发电机之间, 当采用不同的接地方式时其转换开关应采用四极ATSE。
5) 带剩余电流保护的双电源转换开关应采用四极开关。两个电源开关带剩余电流保护其下级的电源转换开关应采用四极开关。
6) 两种不同接地系统 (包括两个不同中性线接地点的TN-S系统) 间电源转换开关应用四极开关。
1.3 二个工作位与三个工作位的选择
ATSE按照工位还可以分为二位式和三位式两种结构, 见图1。二个工作位ATSE开关主触头仅有两个工作位 (也称二段式) , 即“常用电源位”与“备用电源位”, 负载不会出现长期断电情况, 供电可靠性高, 转换动作时间快。三个工作位ATSE开关主触头有三个工作位 (也称三段式) , 多个“零位”, 此时主触头处于空挡, 即主触头由“常用电源位”转到“零位”, 再由“零位”转到“备用电源位”。
由图1可以看出, 三位式的ATSE在两个电源切换之间有一个零位, 可以较长时间切断对电源的供电, 这一点有时是很有用处的。
当两个电源切换时, 电网存在电压闪变或电源瞬态波动, 如果ATSE不能有效地躲过电压闪变或瞬态波动, 会造成ATSE的误动作。特别是当电源质量不高 (如应急发电机供电系统) , ATSE应有适当的延时。另外在带高感抗或大电动机负载转换时, 会产生较强的冲击电流, 为易熄灭电弧和避免冲击电流, 可使ATSE经零位转换。
另外, 当将市电供电自动切换至发电机供电时应采用三位式的ATSE。因为, 当正常电源发生一相断相时, ATSE应切断电源, 将ATSE置于零位, 待发电机稳定送电一定时间后, 再至于发电机位置。如果采用两段式ATSE, 若不切除电源 (在正常位置等待) , 非故障两相电压升高, 有可能造成设备损坏。若转换, ATSE处于备用位置, 柴油发电机起动、稳定送电需要一定的时间, 由于备用电源电压不稳, 此时ATSE在备用位置是待不住的, 会产生不良后果。最后三位式ATSE还有一个用途。当发生火灾而需要切除非消防类的重要负荷时可以使用三位式ATSE, 三位式ATSE控制器可以自动将ATSE切换到零位, 以达到切断电源的目的。
但是, 相对于三位式ATSE, 二位式ATSE转换动作时间快, 负载断电时间是三位式断电时间的1/3～1/2, 负载断电时间较短, 所以较容易满足负荷允许中断的动作时间要求。对于允许中断动作时间较短的负荷的供电更适合使用二位式ATSE。
值得注意的是, 在IEC标准修正集中明确指出:用于消防泵控制器关键设备的ATSE, 其操作机构不应使其负载电路常用、备用电源长期断开, ATSE不应带短路和过电流保护。
1.4 使用类别的选择
ATSE在应用中, 除注意以上提到的几方面外, 还应注意使用类别的选择, 见表1。
使用类别的额定接通与分断能力要求见表2, 使用类别的操作性能要求见表3。
目前, 我国市场上ATSE主要有两种使用类别:一种适用于AC-33B;另一种适用于AC-31B。开关的使用类别表示其控制负载的能力。由于ATSE较难通过AC-33B试验, 因此, 一些制造厂降低开关使用要求, 才选择AC-31B使用类别。显而易见选择使用AC-33B的ATSE比使用AC-31B的ATSE更安全、可靠。
小容量ATSE (≤100 A) 通常带电动机负载 (如消防泵) 直接转换, 最好具有AC-3指标。所以100 A以下PC级ATSE应按接通10Ie/分断8Ie/cos.=0.45要求进行考核。使用该产品更安全。
2结语
以上简要介绍了ATSE在电气设计中遇到的几个问题, ATSE作为一种重要的低压配电产品, 它的可靠性对重要负荷的电源供电是一种保障, 随着技术的不断发展和进步, 相信ATSE产品的可靠性也会得到很大的提高, 并且向着功能更完善的方向发展, 在工业与民用建筑中得到更广泛的应用。
摘要：介绍了自动转换开关电器ATSE的特点、功能、分类及应用, 重点对PC级、CB级, 四极, 二工作位、三工作位ATSE及其使用类别进行了分析, 以提高人们对自动转换开关电器ATSE的认识, 从而推广ATSE的应用。
关键词：ATSE,PC级,CB级,四极开关
参考文献
[1]JGJ/T 16-2008, 民用建筑电气设计规范[S].
[2]GB 50052-95, 供配电系统设计规范[S].
[3]GB 50054-95, 低压配电设计规范[S].
[4]蒋志强.现代多层住宅电气的安全可靠设计[J].山西建筑, 2007, 33 (8) :185-186.
自动转换开关装置的选用 篇3
1 ATSE介绍
1.1 ATSE的概念
自动转换开关装置英语全称为Automatic Transfer Switching Equipment, 有的制造商也称ATS, 施耐德业内也称为“双电源自动转换开关”或“双电源开关”。ATSE是由1个 (或几个) 转换开关电器和其它必需的电器组成, 用于监测电源电路状态, 并将1个或几个负载电路从某个电源自动转换至另一个电源的电器设备。ATSE主要用在有重要负荷 (如消防设备、应急照明、银行和通讯数据中心等) 的供电系统, 其主要作用是为紧急供电系统 (额定电压交流不超过1000V或直流不超过1500V) 转换电源向负载供电。
1.2 ATSE控制器
ATSE控制器与开关本体进线端相连 (见图1) , 主要用来检测被监测电源 (常用电源及备用电源2路) 工作状况, 当被监测的电源发生故障 (如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差) 时, 控制器发出动作指令, 开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源。
1.3 高可靠性ATSE产品简介
(1) PC级 (一体式) ATSE。ATSE产品率先是在军工领域得到使用, 如雷达、通讯、航天等领域。而美国在上述领域处于世界领先地位, 因此以美国为代表的ATSE技术代表着当今世界PC级ATSE的先进水平。美国将ATSE产品视为电源一部分, 为确保其可靠性, 采用了黄金作为触头选材之一。目前美国生产ATSE产品规模较大的企业如ONAN、ASCO、GE-ZENITH等, 其主要生产的都是PC级 (一体式) ATSE产品, 除基本型外还有瞬间并联型、旁路隔离型、延时转换型等多种型号。
(2) 电子式ATSE。为满足电源不停电要求, 国外一些公司推出以可控硅为主的电子式ATSE, 额定工作电流100~1200A, 检测、转换时间小于、等于5ms。其主要应用在电子商务网站、计算机数据中心、半导体芯片制造业及紧急救援中心等要害部门, 其可靠性在实际应用中得到了验证。
2 ATSE产品分类和对比
2.1 ATSE产品的分类
(1) 按照GB/T 14048.11-2008标准可将ATES分为PC级和CB级2类。PC级只完成双电源自动转换的功能, 不具备短路电流分断 (仅能接通、承载) 的功能;CB级既完成双电源自动转换的功能, 又具有短路电流保护 (能接通并分断) 的功能。分断能力根据其选用的断路器型号变化, 通常有微型断路器、塑壳断路器和框架式断路器3种。
(2) 按切换装置可将ATES分为以下4类:
(1) 由接触器方式组成的ATSE, 属于PC级。由接触器组成的ATSE产品, 其优点是价格低;缺点是线圈长时间通电耗能大且易烧毁, 产品接通、分断能力低, 触头易抖动、熔焊, 可靠性很低, 尤其是在带负荷转换时易出现爆炸性事故, 这类产品在国外已被淘汰并明令禁止使用。
(2) 由断路器 (如框架ACB、塑壳MCCB、微断MCB) 组成的ATSE, 属于CB级。是采用电动机操作2个断路器实现双电源切换的一种CB级ATSE。这种ATSE由于采用了电动机来操作断路器, 而电动机是一种适合于做连续的圆周运动的动力源, 并不适合于做短距离往复式直线运动来实现扳动断路器手柄的动作, 所以还要增加一套复杂的机械结构才能通过电动机操作断路器实现通、断动作, 经笔者对大量生产厂商售后调查发现, 这种ATSE的机械机构复杂, 运动部件多, 容易出现脱扣、卡阻等机械故障。
(3) 用电动负荷开关完成2路电源转换的ATSE, 属于PC级。这种ATSE的缺点也是由于采用电动机作为动力源, 机械结构复杂, 从而可能导致机械故障。
(4) 一体化电磁操作的PC级ATSE。这种ATSE的开关本体由模具专门制造, 主触点类似于断路器的动触头, 由励磁线圈通电后产生的电磁力带动杠杆机构动作, 从而使常用电源触点分断, 备用电源触点闭合, 完成从常用电源到备用电源的切换。由于励磁线圈通电后产生的运动是一种短距离直线型往复运动, 适合于实现主触点的闭合与分断动作, 所以这种ATSE机构简单, 运动部件少, 可靠性较高。
2.2 ATSE产品对比
CB级与PC级ATSE两者之间有以下几点区别:
(1) CB级ATSE是由断路器组成, 断路器可能存在滑扣、再扣不可靠等问题, 而PC级ATSE机构不存在该方面问题。
(2) CB级ATSE 2路电源在转换过程中存在电源叠加问题, PC级ATSE则充分考虑了这一因素, PC级ATSE的电气间隙、爬电距离一般是断路器的电气间隙、爬电距离的180%、150% (标准要求) , 避免了2路电源转换过程中出现电源叠加现象。
(3) PC级ATSE转换快, CB级ATSE转换动作较慢。
(4) ATSE的主要作用是可靠的切换电源, 短路保护并不是ATSE必备的功能, CB级ATSE增加了短路保护这种可有可无的功能, 反而会使ATSE的可靠性降低。普遍认为这种CB级ATSE的可靠性较低。现实应用中, 由于使用频率不高, 该问题没有充分暴露。
综上所述可以得出结论:PC级ATSE安全性更好, 可靠性高于CB级产品, 但实际使用时须注意考虑PC级ATSE的短路承载能力。
3 ATSE产品选用原则
(1) ATSE的额定电流应大于所在回路的工作电流, 还应承载异常情况下可能的过电流。
(2) 一级负荷中特别重要的负荷宜采用一体化结构PC级ATSE。
(3) 消防泵前端的转换开关应避免使用CB级的产品, 而且断路器要有过负荷保护, 火灾发生时消防泵就不会过负荷运行, 否则2个断路器都将可能跳脱, 从而限制了消防泵的使用。
(4) 根据实际工程需要选择合理的ATSE动作时间, 且ATSE应能躲过电源电压闪变、瞬变等干扰。ATSE总的动作时间可参考表1。
(5) ATSE选用原则。同一接地系统中有带漏电保护的2个电源回路下级ATSE, 或者有2种不同接地系统 (包括2个不同中性线接地点的TN-S系统) , 或者IT系统中引出中性线, 以上情形三相四线供电时应采用四极ATSE, 单相供电时应采用两极ATSE。TN-C系统严禁采用四极ATSE。
(6) 电气图纸中, ATSE应至少标注以下内容:额定电流、类型 (PC级或CB级) 、极数、总动作时间、使用类别、CB级ATSE还应标注脱扣器或熔体整定电流。
(7) PC级ATSE选用时应特别注意额定限制短路电流或额定短时耐受电流。
4 ATSE产品标准和认证
ATSE的产品标准已经颁布了近10年, 但在设计和使用中还是遇到很多问题, 也造成了一些事故和损失。国家产品标准的不完善是其中一个原因。例如没有规定ATSE的图例, 使得设计图纸中出现众多表示方式, 也造成各方解读不同, 容易造成ATSE的作用、职能混乱。我国从2002年5月1日起开始对低压电器产品实施CCC认证 (即中国强制性产品认证制度) , 截至2012年3月21日按照GB/T 14048.11-2008标准和要求经中国质量认证中心认证并颁发证书的ATSE产品达到1879种, 有52种已经注销或暂停, 在设计和使用时须注意甄选。
5 结束语
浅谈自动转换开关ATSE选用 篇4
ATSE (Autom atic Trans fe r Sw itching Equipm e nt) 即自动转换开关电器;是由一个 (或几个) 转换开关电器和其它必需的电器组成, 用于监测电源电路 (失压、过压、欠压、断相、频率偏差等) , 并将一个或几个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源的电器。主要适用于额定电压交流不超过1000V或直流不超过1500V, 在紧急供电系统, 在转换电源期间中断向负载供电。
2 ATSE型式选用
ATSE分类型式有两种, PC级和CB级。PC级和CB级ATSE的差别主要在于本体上的不同, PC级ATSE采用的是励磁驱动或负荷开关组成的一体化结构, CB级ATSE是由两个断路器构成本体, CB级ATSE比PC级ATSE多一个短路保护功能。PC级ATSE主要用于两个电源之间的自动转换, 而CB级ATSE既用于两个电源之间的自动转换, 同时又具有短路保护的功能。从结构可靠性来讲, PC级ATSE可靠性高于采用断路器组成的CB级ATSE。所以, 在对电源可靠性不高的地方使用CB级ATSE是恰当的。
1) 一级负荷中的特别重要负荷宜采用一体化结构的PC级ATSE。
2) 按照《IEC62091固定式消防泵控制器》标准, 用于消防泵的ATSE只能够采用PC级ATSE。
3) 《民用建筑电气设计规范》规定当采用CB级作为消防负荷供电时, 应采用仅具有短路保护的断路器组成的ATSE, 其保护选择性应与上下级保护电器相配合。
4) 所有需要设置ATSE的地方, 都可以采用PC级ATSE, PC级前端是否需要加短路保护电器, 取决于PC级ATSE能否承受前端短路保护电器保护电流的冲击, 如果能够承受, 切换箱内就不需要再加短路保护电器, 如果不能承受, 就需要加一个保护电流低于PC级ATSE额定限制短路电流的保护电器。这需要制造商提供ATSE额定限制短路电流的保护电器类型和参数。PC级ATSE的额定限制短路电流必须与前端保护电器类型和参数匹配, 且ATSE的额定电流不应小于回路计算电流的125%。
3 ATSE类别选用
类别选用涉及到ATSE接通与分断能力和操作性能指标, 决定其ATSE的正确使用环境。对选用ATSE除了考虑其额定接通与分断能力外, 还应考虑其在短路条件下所能承受的短路能力, 还根据ATSE的预定用途是否要求频繁操作或不频繁操作。详见表2、表3。
注:I——接通或分断电流Ie——额定工作电流U——最低复电压Ue——额定工作电压。
《IEC62091固定式消防泵控制器》标准, 用于消防泵的ATSE只能够采用PC级ATSE, 且使用类别为AC-33B, 接通与分断电流为10Ie。额定电流不得低于电机额定电流的115%, 从安全的角度考虑, 建议ATSE的额定电流统一采用负荷电流的125% (新民规也建议为125%) 。
4 ATSE转换时间选用
ATSE每一次转换都是一个断电过程, 会对系统产生一些影响。不同的负载和电源状况, 有不同的要求, 不同结构的产品, 对故障电源敏感度程度不同。如励磁驱动的PC级ATSE, 最小转换时间可以小于0.1s;电动机驱动的CB级ATSE和利用负荷开关作为本体的PC级ATSE, 转换时间一般大于1~3s。如正常照明断电, 安全照明投入时间不应大于0.25s, 此时, PC级ATSE能够满足要求, CB级则不能;银行前台照明允许断电时间为1.5s, 正常照明断电, 备用照明投入时间不大于1.5s, 此时, PC级ATSE能满足要求, CB级则不能。所以, 选用的ATSE转换时间, 应满足负荷允许最大断电时间要求, 且ATSE应能躲过电源电压闪变、瞬变等干扰。详见表4:
5 ATSE工位选用
励磁驱动的PC级ATSE有二工位和三工位两种结构, 二工位式ATSE开关主触头仅有两个工作位, 即“常用电源位置”与“备用电源位置”, 负载不会出现长期断电情况, 供电可靠性高, 转换动作时间快;三工位式ATSE开关主触头有三个工作位, 除“常用电源位置”与“备用电源位置”, 还有“断开位置”, 主要是用于ATSE在带高感抗或大电机负载转换时, 为避免冲击电流做“暂态停留”之用 (两路同时断开) 而非用于负载维修时隔离之用, 是二段式断电时间的2~3倍, 负载断电时间相对较长。
6 操作条件选用
当常用电源被监测到出现偏差时, 如电源缺相、过压、欠压、失压或频率的非正常的改变, 这时ATSE能够自动将负荷从常用电源转换至备用电源;如果常用电源恢复正常时, 则自动将负荷返回转换至常用电源, 转换时可预定延时或无延时。这就是ATSE的操作条件, 或转换前提。
1) ATSE的控制器必需能够识别各种电压的瞬间波动, 包括非电源故障的短时失压。例如, 上一级变电所自动重合闸, 工作电源突然断电, ATSE不应立即投到备用电源, 应有一段躲开自动重合闸时间延时, 避免刚切换到备用电源侧, 又自复到工作电源, 这种连续切换是比较危险的, 这种重合闸切换属于正常的电源。
2) ATSE应具有必要延时性, 由于高感抗负荷, 分合闸时电弧很大, 特别是由备用电源侧自复到工作电源时, 两个电源同时带电, 如果转换过程没有延时, 则有弧光短路的危险, 如果在先断后合的转换过程中加50--100ms的延时, 躲过同时产生弧光的时间, 则保证安全可靠切换。
3) ATSE应具有缺相转换功能, 在常用电压被监测的任意一相或各相电压中断, 应将负荷从常用电源转换到备用电源。如消防设备一旦启动, 就不能够停机。因为, 消防设备遇火灾正在工作时, 如果电源出现断相, ATSE就必须能够转换到另备用电源以确保消防设备电机持续的运行, 否则在断相工作, 消防电机很快会烧毁。所以, 要求ATSE控制器能够在电动机运行时能够识别断相故障并转换。
4) ATSE应具有自投不自复行性, 如消防设备用电属于特别紧急状况下使用, 不应设置优先电源, 而一旦消防设备启动, 无论是常用电源还是备用电源, 只要电源正常, 就不能够转换 (即自投不自复) , 因为每一次转换都会导致接触器跳闸, 意味着消防设备停止运行, 需要重新启动, 这不符合消防的要求。
7 三相四线制 (0.4/0.23kV) 电力系统中ATSE极数的选用
1) 同一接地系统中, 带漏电保护的两个电源回路下级的ATSE, 三相四线供电应采用四极ATSE, 单相供电应采用两极ATSE。
2) 两种不同接地系统 (包括两个不同中性线接地点的TN-S系统) 间电源转换的ATSE, 三相四线供电应采用四极ATSE, 单相供电应采用两极ATSE。
3) 正常供电电源与备用发电机之间, 当采用不同的接地方式时其转换开关应采用四极ATSE。
4) IT系统中当引出中性线时, 三相四线供电应采用四极ATSE, 单相供电应采用两极ATSE。
5) 在有总等电位联结的情况下, TN-S、TN-C-S系统除原则7.1、7.2、7.3的情况外一般不需要设四极ATSE。
6) TN-C系统严禁采用四极ATSE。
7) 在同一级配电保护中, CB级ATSE之前不应设置短路保护电器。
8 其他
1) 当用电设备需要断电维护、测试、检修时, 配电回路应设置隔离电器。如果ATSE满足隔离电器的要求, ATSE可兼作隔离电器, 否则应加装隔离电器。
2) 当PC级ATSE供电回路需装设保护电器时, 保护电器宜设在ATSE的进线侧。
3) ATSE控制器电源应取自ATSE进线侧。
4) 如果备用电源是发电机, 而发电机的启动信号来自ATSE的控制器。
9 结束语
选择必须满足ATSE国家GB/14048.11标准要求, 选择经过CQC认证的产品。制造商必须能够提供与CQC证书相符合的完整检测报告。CB级和PC级产品的CQC认证是不同的, 不能够互相混淆。
摘要：ATSE (Automatic Transfer Switching Equipment) 即自动转换开关电器;是由一个 (或几个) 转换开关电器和其它必需的电器组成, 用于监测电源电路 (失压、过压、欠压、断相、频率偏差等) , 并将一个或几个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源的电器。
关键词：PC级ATSE,BC级ATSE,三位式ATSE,二位式ATSE
参考文献
[1]国家标准:GB/T 14048.11-2002低压开关设备和控制设备第6部分:多功能电器第1篇:自动转换开关电器.
[2]IEC 62091固定式消防泵控制器.
[3]自动转换开关电器ATSE设计应用导则 (中国建筑设计研究院机电院) 国家标准.
自动转换开关电器 篇5
随着我国工业迅速发展, 用电量也迅速增大, 对电气线路和设备的安全、可靠性要求也越来越高, 特别在两路电源中因其中一路发生故障或负载需要进行电源之间的自动或手动转换, 以保证供电的可靠性和安全性的要求也日趋迫切, 基于这种社会发展的需求, 杭州之江开关股份有限公司在CB级ASTE系列自动转换开关电器基础上新研制开发了PC级的自动转换开关电器—HSQ6系列自动转换开关电器 (以下简称转换开关) , 以满足企业要求, 促进电力工业的发展。
1 转换开关的规格
转换开关按不同的使用场合及用户对HSQ6的功能要求, 可分2种型号的转换控制器, 转换控制器的型号及主要功能见表1[2]。
2 主要性能指标
转换开关目前由100A、200A、400A3个壳架组成, 其主要技术指标见表2。
注:主电路的短路保护电器 (SCPD) 推荐选用RT16快速熔断器
3 主要技术参数
转换控制器及电动操作机构的额定工作电压为AC230V (220V) 交流50Hz;转换开关电器的机械寿命及电寿命 (一投一复为一次) 见表3。
4 产品特点
HSQ6系列与国内外其它厂家的同类产品相比, 具有以下特点:
(1) 开关本体结构为积木式, 体积小, 是同规格CB级ATSE体积的1/3-1/2。
(2) 主触头系统采用单刀双掷 (三点式) 结构, 自身联锁, 保证不会造成同时接通两路电源现象。
(3) 操作机构为单线圈双向操作, 机构简单, 转换动作速度快, 时间小于150ms。
(4) 主触头转换容量大, 可以带6Ie转换。
(5) 对两路电源的各相都进行检测, 且检测精度高, 任意一相或三相电压的微小波动都在转换控制器监控之中。
(6) 使用调整方便, 过电压阀值、欠电压阀值可由用户根据当地地电网的供电质量进行设定, 转换延时、返回延时等参数也可由用户按需设定;参数设定方便快捷。
(7) 设有开关本体机械故障报警系统, 开关本体万一因各种原因的故障而无法转换时, 转换控制器会发出报警, 同时切断电动操作机构的电源供电。这样, 一方面可提醒给工作人员最小的故障范围, 另一方面可防止电动操作机构的损坏。
5 主要工作原理
HSQ6系列工作原理主要分自投自复和自投不自复。
5.1 自投自复
HSQ6的转换控制器处在“自动”工作模式时, 转换控制器实时对常用电源和备用电源进行监测, 当常用电源中有一相或一相以上的电压出现异常 (过电压、欠电压或失压) 且备用电源正常时, 经过适当的切换延时时间t1 (此延时是观察常用电源的故障是可逆的还是不可逆的, 0~15s可调) , 当确定常用电源的故障已无法恢复, 转换控制器即发出转换指令, 经过转换动作时间t0, 将负载电路转换至备用电源。当运行在备用电源一段时间后, 常用电源又恢复正常, 则再经过适当的返回延时时间t2 (此延时是观察常用电源的故障是否真正恢复正常, 5~40s可调) , 转换控制器又发出转换指令, 经过转换动作时间t0, 将负载电路转换至常用电源。此种工作方式称为自投自复。
5.2 自投不自复
HSQ6的转换控制器处在“自动”工作模式时, 转换控制器实时对两路电源 (Ⅰ电源和Ⅱ电源) 进行监测, 如果当前供电电源 (例如Ⅰ电源) 被检测到有一相或一相以上的电压出现异常 (过电压、欠电压或失压) 且Ⅱ电源正常时, 经过适当的切换延时时间t1 (此延时是观察Ⅰ电源的故障是可逆的还是不可逆的, 0~15s可调) , 当确定Ⅰ电源的故障已无法恢复, 转换控制器即发出转换指令, 经过转换动作时间t0, 将负载电路转换至Ⅱ电源。当运行在Ⅱ电源一段时间后, Ⅰ电源又恢复正常, 此时转换控制器不再发出转换指令, 除非当Ⅱ电源出现故障或接到人工指令, Ⅰ电源和Ⅱ电源不分主次, 互为备用。此种工作方式称为自投不自复。
6 控制电路的设计
6.1 硬件设计
转换开关控制电路的硬件主要包括输入信号处理单元、单片机系统单元、人机接口单元、输出控制单元、开关本体状态检测单元。单片机系统以一定的时间间隔对两路电源的各相电压进行检测, 检测的信号经过处理后, 将具体信息反映到指示灯上, 同时根据开关状态进行相应的功能操作。
转换开关的输入信号主要有两类, 即开关量和模拟量信号。输入的开关量信号经整形、延时、光电隔离等处理, 提高了装置的干扰性能。输入的电压和频率信号, 是模拟量信号, 该信号经输入信号调整电路转换为单片机能识别的数字脉冲信号。开关量输出回路采用并行输出端口控制有接点的继电器。为了提高抗干扰能力, 全部采用光电隔离。
电力系统的设备运行环境是强电磁场, 对装置机系统的干扰非常强, 因为这样, 设计中充分考虑了装置的抗干扰措施, 如只要进出CPU系统, 就使用光电隔离, 装置内外不共地等技术措施。
控制电路系统原理图如图1所示。
6.2 软件设计
由于PIC系列单片机采用精简RISC指令系统, 在时钟频率为4MHZ时, 单条指令执行时间一般为1Us, 个别指令执行时间为2Us, 指令执行速度较快[3], 所以编写转换开关的软件时, 采用了PIC汇编语言。
同时转换开关的硬件设计一样, 在设计转换开关的软件时, 也采用了模块化的设计方法。该软件系统由3个功能模块组成:电压检测模块, 按键检测模块, 显示模块, 其结构图如图2所示。
7 用途及适用范围
HSQ6系列自动转换开关电器, 适用于交流50Hz, 额定绝缘电压690V, 额定工作电压400V及以下, 额定电流从12.5A到1600A的两路电源 (常用电源、备用电源) , 因其中一路发生故障或负载需要进行电源之间的自动或手动转换, 以保证供电的可靠性和安全性。
HSQ6系列属于PC级的自动转换开关电器, 在转换电源期间中止向负载供电。
本自动转换开关电器符合IEC60947-6及GB14048.11等标[1]。
8 结束语
由于HSQ6系列转换开关电器具自身联锁, 有结构紧凑, 机构简单, 转换动作速度快和主触头转换容量大, 可以带6Ie转换等优越的性能和可靠运行的特点必将被用户进一步认识, 并得到广泛应用。
参考文献
[1]GB/T14048.11-2002自动转换开关电器[S].
[2]杭州之江开关股份有限公司.Q/HZK578-2006HSQ6系列自动转换开关电器产品标准[S].
自动转换开关电器 篇6
关键词：供电,双电源自动开关,设计原理,安装调试
1 前言
大功率广播电台供电系统属于一级负荷, 台区用电对于保障安全传输发射工作起到举足轻重的作用。我台区锅炉房、水泵房、传达室、路灯、车库、公寓楼、食堂、多功能厅、客房等用电均由北山变压器供电, 北山变压器由变电站10k V架空线路供电, 此10kV供电线路长, 供电用户多, 故障率高, 停电几率大。曾经多次在冬季因高压线路故障, 造成长时间停电, 导致供暖、供水管道冻坏, 经济损失严重, 还曾出现过一次10k V线路B相断线, 使多台三相电动机缺相烧毁, 影响了供暖和供水。为保证台行政区供电的连续性, 采用双电源自动转换开关, 则是解决问题的关键。目前, 我台只有一路外电供电, 该一路电源在台变电站被分成两路, 分别给台行政区变压器和北山变压器提供电源, 两个变压器直线距离约有500m, 若将两个变压器充分利用起来, 采用双路电源自动转换开关供电, 需购置双电源自动转换开关箱、重新敷设电缆, 工程造价极高。为了节省资金, 根据台行政区供电实际情况, 参照有关电气规范, 我们自主设计了异地远距离双电源自动转换开关。
2 双电源自动转换开关的技术要求
根据对配电系统的要求, 一级负荷及二级负荷配电系统, 应采用双电源供电末端自动互投, 自动转换开关电器通常安装在配电系统最后一级的配电箱进线侧。
自动转换开关电器ATSE (Automatic Transfer Switching Equipment) , 主要适用于交流不超过1000V或直流不超过1500V的紧急供电系统, 用于双路电源切换, 在转换电源期间, 中断向负载供电。
国内市场用于双路电源转换电器的产品有四类。第一类由接触器组成的ATSE;第二类由断路器组成的ATSE;第三类用电动负荷开关完成两路电源转换的产品;第四类PC级 (一体式) ATSE。
从本质上说, ATSE是完成双电源自动转换功能电力设备的统称, 并不局限于某种类型, 但必须符合国家与国际标准的检验要求。作为双电源自动转换使用的ATSE开关设备, 除完成负载在双路电源间选择、转换的功能外, 还必须考虑供电回路中的种种复杂情况, 例如短路电流的冲击、过负荷、设备频繁操作等, 所以ATSE本身还必须具有很好的自我保护能力。
对ATSE的设计, 应从技术角度出发, 必须充分考虑供电系统的配电方式、转换时间以及负载的使用性质等实际情况, 要注重ATSE的实用性与可靠性。
ATSE一般是不允许带大电动机或高感抗负载转换。比如大电动机类负载, 当其在运行中切换, 而电源相位差较大时, 它将受到巨大的机械应力冲击, 同时由电动机产生的反电势引起的过电流, 还会造成熔断器熔断或断路器脱扣。在动触头转换前增加延时, 可避免在切换大电机或变压器负载时所引起的冲击电流, 延时时间可视负载情况确定, ATSE转换动作时间, 一般在100多毫秒至几秒钟。
3 远距离异地双电源自动转换开关设计及工作原理
根据前面介绍的双电源自动转换开关技术要求, 首先要有一路可靠的备用电源。图1为台行政区供电分配框图。
台变电站输出的三相10k V经架空外线送至北山变压器和其他用户, 北山变压器输出的三相380V电源供给水泵房、公寓楼等九处用电;台变电站行政变压器输出的3相380V电源, 供给台区其他用户, 由于行政变压器容量很大, 因此该变压器可作为北山变压器的备用电源。
异地远距离双电源自动转换开关, 在市场上没有成型的产品, 并且在互联网和电力书籍上也没有这方面的介绍。根据台行政区供电实际情况与双电源自动转换开关技术要求, 我们经过研究分析, 决定采用交流接触器作为转换开关的ATSE, 并配合使用空气断路器、继电器、指示灯、报警等器件, 用以实现异地远距离双电源自动切换的功能。
3.1 异地远距离双电源自动转换开关的设计
3.1.1 异地远距离双电源自动切换结构
因为主用电源和备用电源相距很远 (500m) , 唯一联系媒介就是一条供电电缆, 由于主用电源和备用电源采用交流接触器切换, 所以还要考虑主/备电源的互锁问题, 即主用电源交流接触器处于吸合位置, 备用电源交流接触器应处于释放位置, 反之, 主用电源交流接触器处于释放位置, 备用电源交流接触器应处于吸合位置, 实现主用电源与备用电源的有效物理隔离。
3.1.2 来电电源故障检测
双电源自动切换装置需要判断来电线路有压或无压及缺相功能。采用交流接触器和继电器线圈作为有压或无压检测器, 其最小吸合电压 (80%额定电压) 是指检测启动时, 有压或无压的临界点;最小释放电压 (30%额定电压) 是指检测运行中, 有压或无压的临界点。由于最小吸合电压和最小释放电压的数值都比较大, 因此可有效地防止电压波动、浪涌电压影响、谐波干扰、电磁干扰等。当从交流接触器前端取电检测到三相或零线有任何故障时, 均应启动转换到备用电源, 即当主用电源意外停电或一相或两相断线时, 主用电源交流接触器释放, 退出供电, 备用电源交流接触器自动吸合, 投入供电。
3.1.3 负载有电检测互锁
双电源自动切换装置要有可靠的电气连锁, 负载有电检测是判断负载是否有电的重要依据, 其检测电压取自交流接触器后端负载电缆处。互锁检测也是通过继电器线圈来判断负载线路有压或无压, 通过相应的控制线路, 实现主用电源和备用电源互锁。假设双电源自动切换系统使用主用电源, 负载电缆带电, 备用电源切换系统通过检测电路检测出负载有电, 备用电源交流接触器不吸合;若主用电源出现故障, 主用电源交流接触器释放, 备用电源切换系统检测到负载无电, 经过延时, 备用电源交流接触器吸合, 给负载供电。这时, 若主用电源切换系统检测到负载有电, 即使主用电源恢复正常, 主用电源交流接触器也不允许吸合。
3.2 台行政区异地远距离双电源自动转换开关工作原理
根据台行政区供电的实际情况及异地远距离双电源自动转换开关设计思路, 自主设计出了台行政区异地远距离双电源自动转换开关, 其原理如图2所示。
北山变压器供电为主用电源, 变电站行政变压器供电为备用电源, 主/备电源自动切换控制电路结构基本一样, 采用KM1、KM2交流接触器进行控制, 它们之间控制关系为互锁, 即主用KM1吸合供电, 备用KM2释放断开或主用KM1释放断开, 备用KM2吸合供电。基于这个理念, 我们还设计出了电源控制启动电路和负载有电检测互锁电路, 有效避免了两只交流接触器同时吸合, 同时对负荷供电的问题。
3.2.1 异地远距离双电源自动转换开关主用电源控制工作原理
(1) 主用电源自动转换开关电路结构
三相3 8 0VAC主用电源的A、B、C相电源分别接F U 1、F U 2、F U 3熔断器, 通过电压监测选择开关S1接M1交流电压表, 可以通过转动S1开关, 检测AB、BC、AC相电压;QF1为空气断路器, 其后端C相经FU4熔断器→S2 (主用电源控制开关) →KM1交流接触器线圈K1 (常开触点) →FU5熔断器→A相电源。FU4、FU5熔断器后端并接DS1指示灯, 指示主用来电是否正常。
(2) 缺相保护电路
FU4与FU5为主用电源启停控制电路供电, 即C相与A相中有一相缺相, 都会导致KM1失电释放;B相电源→FU6熔断器→K1继电器线圈→零线N, K1继电器常开接点串入启停控制电路中, 若B相电源缺相, 也会导致KM1失电释放。
KM1后端, A相电源→FU7→K2线圈→零线N;C相电源→FU8→K3线圈→零线N;B相电源→FU9→K4线圈→零线N, 用于负载线路带电监测。FU7、FU8熔断器后端并接DS3指示灯, 指示负载电路是否有电。FU7→DS2指示灯→KM1-2 (辅助常开触点) →FU8, DS2为主用电源供电运行指示灯, 即指示KM1工作状态。
(3) 负载线路带电闭锁功能
负载线路带电检测电路由K2、K3、K4三只继电器 (线圈电压220Vac) 组成, 即负载线路带电情况下, K2、K3、K4吸合, 其常闭接点断开, 当主用电源出现故障或S2开关断开, 备用电源启动后, K2、K3、K4常闭接点在主用电源启停电路中起线路带电闭锁作用, 即使主用电源恢复正常, 主用电源也不启动。
(4) 备用电源启动报警电路
报警电路控制通路是:FU7→K2 (常开触点) →KM1-3 (辅助常闭触点) →SⅠ警铃开关→警铃→零线N。正常工作时, SⅠ开关闭合, 主用电源故障后, 常闭接点KM1-3接通, 备用电源启动后K2接通, 此时警铃报警, 提示住在附近住户, 主用电源有故障, 备用电源投入。
3.2.2 异地远距离双电源自动转换开关备用电源控制工作原理
(1) 备用电源自动转换开关电路结构
三相3 8 0VAC备用电源的A、B、C相电源分别接FU10、FU11、FU12熔断器, 通过电压监测选择开关S3接M2交流电压表, 可以通过转动S3开关, 检测AB、BC、AC相电压;QF2为空气断路器, 其后端C相经FU13熔断器→S4 (备用电源控制开关) →KM2交流接触器线圈K5 (常开触点) →FU14熔断器→A相电源。FU13、FU14熔断器后端并接DS4指示灯, 指示备用来电是否正常。
(2) 缺相保护电路
FU13与FU14为备用电源启停控制电路供电, 即C相与A相中有一相缺相, 都会导致KM2失电释放;B相电源→FU15熔断器→K5继电器线圈→零线N, K5继电器常开接点串入启停控制电路中, 若B相电源缺相, 也会导致KM2失电释放。
(3) 备用电源延时启动电路
B相电源→FU15→K6 (常闭触点) →K7 (常闭触点) →K8 (常闭触点) →Kt (延时继电器线圈) →零线N。延时继电器作用是为防止主/备用电源同时来电时, 备用电源有可能先启动。
KM2后端, A相电源→FU16→K6线圈→零线N;C相电源→FU17→K7线圈→零线N;B相电源→FU18→K8线圈→零线N, 用于负载线路带电监测。FU16、FU17熔断器后端并接DS6指示灯, 指示负载电路是否有电。FU16→DS5指示灯→K0-2 (常开触点) →FU17, DS5为备用电源供电运行指示灯, 即指示KM2工作状态。FU17→KM2-2 (辅助常开触点) →K0线圈→零线N, 因为KM2交流接触器只有两个辅助常开触点, 而备用电源自动转换开关实际需要三个, 一个为KM2交流接触器自保控制 (KM2-1) , 一个为KM2启动指示 (K0-2) , 另一个为备用电源启动报警 (K0-1) , 这样, 就需增加一只中间继电器K0来进行扩展。
(4) 负载线路带电闭锁功能
负载线路带电检测电路由K6、K7、K8三只继电器 (线圈电压220VAC) 组成, 即负载线路带电情况下, K6、K7、K8吸合, 其常闭触点断开, 备用电源不会启动, K6、K7、K8常闭接点在备用电源启停电路中起线路带电闭锁作用。当主用电源出现故障, K6、K7、K8无电释放, 即检测到负载线路无电, K6、K7、K8常闭触点闭合接通备用电源延时启动电路, 在Kt延时期间, 若主用电源依然没有恢复正常时, 则备用电源启动, 投入供电。
(5) 备用电源启动报警电路
报警电路控制通路是:FU16→K0-1 (常开触点) →SⅡ警铃开关→警铃→零线N。正常工作时, SⅡ开关闭合, 当主用电源出现故障, 备用电源启动后, K0-1接点接通, 警铃报警, 提示住在其他用户的人员, 主用电源有故障, 备用电源投入运行。设置此报警电路的目的是, 由于供电的两个变压器 (北山变和行政变) 不在同一地点, 当主用电源出现故障后, 可同时提醒异地行政变压器控制室人员注意。
4 异地远距离双电源自动转换开关的调试与使用
根据异地远距离双电源转换开关原理图, 我们购置了质量可靠, 性能优良的材料和元器件, 并组织技术人员进行了精心地安装和布线, 用以确保接线准确与牢固。图3、图4分别为主用/备用电源自动转换开关柜内部结构图。
4.1 异地远距离双电源自动转换开关的调试
由于主用与备用电源自动转换开关柜分别被安装在北山变压器和行政变压器附近, 相隔距离较远, 因此在调试时, 我们安排了两拨技术人员, 分别在主用和备电源自动转换开关柜前, 用对讲机进行通讯联络。首先分别转动S1、S3电压监测选择开关, 观察M1、M2主用和备用电源电压表值是否正常。确认正常后, 在主用电源自动转换开关柜前的技术人员把QF1置于合闸位置, DS1 (主用来电) 指示灯亮, 将控制开关S2闭合, KM1吸合, 主用电源通过QF1、KM1给负载供电, DS2 (主用运行) 、DS3 (负载有电) 指示灯亮;启动台区锅炉房引风机, 确认电动机正转, 即主用电源正相序。备用电源自动转换开关柜中QF2处于分闸位置, 控制开关S4在断开状态, KM2处于释放位置, DS6 (负载有电) 指示灯亮, 表示线路主用电源供电正常。
因为台区供电电源为一路电源, 主用电源与备用电源分别由两台变比 (10kV/380V) 相同的变压器供电, 要保证双路电源自动转换开关系统两路电源对负载供电同相位, 如果两路电源对负载供电相位是相同的, 即使出现两只交流接触器同时吸合, 使两台变压器并联, 同时对负载供电, 也不会出现任何危险。在备用电源自动转换开关柜中, 用三用表校正备用电源和所接负载电缆 (主用电源) 是否同相。表1所示主/备电源同相之间电压差。
相序校对完毕后, 将QF2置于合闸位置, DS4 (备用来电) 指示灯亮, 再将转换开关S4与警铃开关SⅡ闭合。
在主用电源自动转换开关柜前的技术人员将QF1断开, 这时, 可以在备用电源自动转换开关柜中, 观察到DS6 (负载有电) 指示灯灭, 负载线路带电检测K6、K7、K8继电器释放, Kt延时继电器得电, 延时2s (人为设置) 后, Kt线圈吸合, KM2吸合, 备用电源通过QF2、KM2给负载供电, DS5 (备用运行) 指示灯亮, DS6 (负载有电) 指示灯亮, 备用电源启动警铃报警。此时, 在主用电源自动转换开关柜面板上只有DS3 (负载有电) 指示灯亮, 警铃报警。合上主用电源自动转换开关柜中QF1时, 不允许切换到主用电源上。
断开备用电源自动转换开关柜中QF2, 再合上主用电源自动转换开关柜QF1, 主用电源向负载进行供电。经过反复多次模拟试验, 确认无任何问题后, 将异地远距离双电源自动转换开关投入运行。
4.2 异地远距离双电源自动转换开关自动和手动操作方式
(1) 自动操作方式
先将主用电源自动转换开关柜中QF1合上, 再将S2控制开关合上, KM1带电吸合, 主用电源通过QF1、KM1给负载供电;在备用电源自动转换开关柜中, 将QF2合上, 再将S4控制开关合上, 再检查警铃开关是否都在合的位置即可。当主用电源出现故障, 备用电源自动转换开关柜KM2吸合, 备用电源投入运行, 主/备电源自动转换开关柜中备用电源启动警铃均报警, 提示主用电源出现故障, 需要技术人员来处理。此种方式, 停电间隔仅为2s。
(2) 手动操作方式
先将主用电源自动转换开关柜中QF1合上, 再将S2控制开关合上, KM1带电吸合, 主用电源通过QF1、KM1给负载供电;备用电源自动转换开关柜中QF2、控制开关S4、警铃开关SⅡ均处于断开位置。当主用电源出现故障, 需要技术人员到主用电源自动转换开关柜, 将QF1、S2控制开关、警铃开关SⅠ放置于断开位置;再到备用电源自动转换开关柜中合QF2、S4控制开关, 最后去查找处理主用电源故障。此种方式, 停电间隔要长一些。
5 结束语
自动转换开关电器 篇7
关键词：双电源,无负载切换,自动转换开关,可靠性,安全性
1 引言
ATSE的全称为自动转换开关电器,是Automatic transfer switching equipment的缩写。ATSE主要用于紧急供电系统,其作用是将负载电路从一个电源自动换接至另一个(备用)电源的开关电器,以确保重要负荷连续、可靠运行。ATSE常常应用在重要的用电场所,因此其产品可靠性尤为重要。自动转换开关电器的转换一旦失败,其电源间的短路或重要负荷断电(甚至短暂停电),其后果都是严重的,这不仅仅会带来经济损失(使生产停顿、金融瘫痪),也可能造成社会问题(使人的生命处于危险之中)。因此,工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点产品加以限制与规范。
ATSE是国家规范要求应用的一种保证供电连续性、可靠性的电器设备。它目前越来越广泛地应用于高层建筑、公共建筑、工厂、医院等,已成为配电系统中一种极其重要的设备。从实际使用角度出发,合理选用ATSE是一个需要综合考虑的问题。
选用ATSE时,需要考虑多方面的因素:设备的安全性、可靠性;设备的使用寿命;设备维护的成本,设备维护时对用户正常用电的影响;设备的转换动作时间等。
在对产品设计的跟踪调查中,研究人员发现:为保证ATSE正常工作,对其持续维护的工作,是一个很难解决的问题。各种带负载切换型的ATSE (例如双断路器型、双负荷开关型、单臂双掷型、双接触器型等),每3个月需要让备用触头工作0.5 h,以破除触头氧化层。但很少有单位能长期坚持这项工作,物业公司的变换,也可能使这项工作停顿。而在像地下室这样的工作环境,触头氧化问题会直接影响ATSE的安全使用和寿命。
时下,市面上出现了一款全新的ATSE,即CATSN系列无负载切换型自动转换开关,解决了双电源切换开关领域内一直认为是无法解决的触头氧化问题。
2 无负载切换型自动切换开关电器(CATSN)
2.1 无负载切换型自动切换开关电器(CATSN)的工作原理
无负载切换型自动切换开关电器(CATSN),是一种与其他双电源切换设备工作原理完全不同的新型设备。它由转换开关、机械机构、控制器和断路器或负荷开关组成。其工作原理是:先让断路器或负荷开关断开负载电路,再让转换开关在无负载情况下进行电源切换,切换完成后再合上断路器或负荷开关。这种切换方式曾长期运用在高压换闸操作中。采用这种方式转换电源时,转换开关处于无负载、无电流的状态,因此转换触头不存在电弧方面的问题,可以对其进行密封、涂抹导电润滑脂等处理,因而很好地解决了触头氧化问题(其他各种类型的双电源切换开关均为带负载切换型,转换触头必须具备分断电弧的能力,且备用电源侧的触头因长期处于打开状态,必然会导致触头氧化问题,影响设备使用安全)。
2.2 无负载切换型自动切换开关电器(CATSN)的优势
无负载切换型自动切换开关电器(CATSN)很好地解决了触头氧化的问题,因而在实际使用过程中,具有以下几点优势。
2.2.1 安全性、可靠性
CATSN的产品既不存在两路电源之间发生物理性短路的可能(双断路器型、双负荷开关型),也不存在两路电源间发生电弧性断路的可能(单臂双掷型)。同时,不会发生触头氧化问题(触头被氧化,产生氧化物,接触电阻增加,一旦投入使用,触头温度增高易造成开关烧毁甚至爆炸,俗称“开关放炮”,若由此造成供电中断,轻则影响生产和生活,重则造成重大事故)。出于对触头的保护,行业内对ATSE的做法是定期(3个月)做转换实验,烧触头30 min,破除触头的氧化层。但是真正能做到定期保养触头的用户却少之又少,这无疑给ATSE设备留下安全隐患。
另外,CATSN增加了一些提高设备运行安全性和可靠性的设计。其中之一是自投不自复的复位按钮,使设备不会在电网扰动、控制器扰动的情况下,开关出现不可控的自复转换,影响用户用电。
综合来看,CATSN系列无负载切换型自动切换开关具有更高的安全性、可靠性。
2.2.2 使用寿命大大延长
由于触头氧化问题,带负载切换的ATSE的常闭开关使用寿命相对较长;而其常开开关使用2年后就需要更换,特别是在环境差的地方,像地下室、窖井、矿井、化工、盐雾环境,常开开关触头氧化问题特别突出,触头被氧化,电弧会使开关更易、更早出现熔焊、粘连等问题,缩短ATSE的使用寿命。
CATSN的转换开关触头是无弧、涂油、密封的,不存在氧化问题。它的使用寿命比常闭开关的使用寿命还长,所以整体设备使用寿命大大延长。
需要说明的是,ATSE的控制器寿命与电子行业的发展水平相关,CATSN的控制器与其他厂商生产的控制器并无本质区别。控制器的使用寿命一般为5～10年左右,即可拆换。
2.2.3 维护成本低,而且维护时可以不用转换断电
对双电源转换开关的维护,主要是维护触头和控制器。出于对触头的保护,行业内做法是定期(3个月)做转换实验,烧触头30 min,破除触头的氧化层。控制器的维护需要切换开关有切换动作,要从一路电源转换到另一路电源。这给维护工作人员带来较大的工作量,而且很难坚持。
CATSN无需定期保养触头,只需定期(3个月)对控制器检查维护,如果切换电源,必然会给用户用电带来影响,所以CATSN可以不对电源进行切换,而只需按一下控制器复位键,确定控制器在正常工作即可。
2.2.4 合理的转换动作时间
CATSN为了提高设备安全性而增加了转换步骤,无疑使转换动作时间增加,其转换动作时间在1～4s之间。要达到更短的转换时间,就需增加其电机的功率和提高转速。但电源的切换速度并非越快越好,须综合考虑以下几点:
(1)电弧的可靠熄灭时间为120 ms,转换时间小于这个时间肯定是不安全的。两路电源间在电弧没完全熄灭时切换,将出现电弧短路的安全问题,会引发短路事故。
(2)对于感性负载,若电源切换速度太快,当ATSE从常用电源切换到备用电源时,负载会产生反电势,此反电势和备用电源电势叠加在一起,有可能产生大的冲击电流,使负载设备受到极大的机械应力,同时造成熔断器熔断或断路器脱扣。
(3)停电后,控制器还需要一段时间确认故障。若电源电压有短暂的波动,切换时间太短会使切换开关来回切换,影响正常供电。
(4)大多数设备断电10 ms就要重新启动。例如,电脑断电10 ms就需重新启动、高压钠灯断电3.6 ms就会熄灭。目前,双电源切换开关的最快切换时间是80～100 ms,这个切换速度大多数设备仍然会断电并重新启动。也就是说,超过10 ms的转换速度,对负载设备效果一样,都需要重新启动才能正常工作。
新的《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008中,对双电源切换时间的规定:ATSE的转换动作时间,应满足负荷允许的最大断电时间的要求;疏散照明切换时间不应大于5 s,备用照明切换时间不应大于5 s,金融商业交易场所切换时间不应大于1.5 s;消防电梯、排烟系统、中央监控系统、火灾报警及灭火系统自动恢复供电时间不大于15 s;安全照明切换时间不应大于0.25 s。
3 结语
CATSN无负载切换型自动转换开关,以其全新的技术,攻破了双电源转换开关领域内多年一直认为无法攻克的技术难关,可为广大用户提供更安全、可靠的用电环境;其具有较低的维护成本和超长的使用寿命等优点,必将引领双电源切换开关电器领域的新一轮技术革新。
参考文献
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