淺談CB級和PC級雙電源自動轉換開關（ATSE）選擇

□盧家濤 □鞠向楠(南水北調中線建管局河南直管建管局)

1.ATSE發展過程

ATSE在我國已經歷了四個發展階段：第一代為接觸器式轉換開關，是我國最早生產的雙電源轉換開關，它的基本構成是兩臺交流接觸器及其機械和電氣連鎖裝置，其缺點是機械連鎖不可靠、耗電量大等，在工程中已經基本不再使用；第二代為斷路器式轉換開關，是我國國家標準和IEC標準中所謂的CB級ATSE，它的基本構成是由兩臺斷路器及其相關附件組成，雖然具有過電流和短路保護功能，但同樣存在機械連鎖不可靠的缺點，是目前使用最廣泛的ATSE；第三代為負荷開關式轉換開關，它的基本構成是由兩臺負荷開關及其相關附件組合而成，機械連鎖可靠，是早期的PC級ATSE；第四代為雙投式轉換開關，它是電磁力驅動、內置的機械連接保持狀態、單刀雙投一體化的轉換開關，具有結構簡單、體積小、自身連鎖、轉換速度快、安全可靠等優點，是完全重新設計的一體式PC級ATSE，也是未來ATSE的發展方向。文章針對一體式PC級和CB級雙電源切換裝置進行比較。

2.ATSE的重要性

雙電源自動轉換開關（ATSE）主要用在重要供電系統，是將負載電路從常用電源自動換接至備用電源的開關，以確保重要負荷連續、可靠運行。一旦轉換失敗將造成以下兩種危害：一是電源間的短路；二是重要負荷斷電(甚至短暫停電)。不僅僅會帶來經濟損失，使系統癱瘓、生產停頓，也可能造成社會問題，使生命及安全處于危險之中。因此，ATSE的可靠性和合理使用尤為重要。

3.CB級和PC級ATSE的對比

CB級ATSE能夠接通并用于分斷短路電流，PC級ATSE能夠接通和承載，但不用于分斷短路電流，短路電流的分斷由斷路器實現，是真正意義的雙電源自動轉換開關。除以上區別外，還包括以下幾個方面的不同：

3.1 可靠性與安全性

CB級ATSE：開關本體由兩個斷路器、分/合閘線圈、儲能電機、輔助接點及外置機械連鎖等分立元器件組合而成，每個分立元器件均可成為故障點，增加了系統的故障率；連鎖機構一旦失靈，直接導致兩路電源短接或重要負荷斷電，系統可靠性低；電機驅動儲能操作限位開關調整不好時，易導致電機堵轉燒毀，造成無法合閘的嚴重后果。

PC級ATSE：開關本體為一體化設計，零件數量少，可靠性高；觸頭結構具備連鎖功能，將兩路電源短接的可能降為零；機構由直流線圈驅動，瞬間激磁操作，即正常情況下線圈不通電，只有轉換的時候瞬間通電，通電時間不超過100ms，這種機構設計為業界公認為最可靠的驅動系統；PC級ATSE的安全間隙與爬電距離大約是CB級ATSE的2倍。

3.2 觸頭材料

CB級ATSE：為了分斷電弧，觸頭采用了在空氣中極易氧化銀鎢材料，ATSE的功能決定了有一主觸頭長期暴露在空氣中，觸頭的氧化直接導致接觸電阻增大，轉換過程中產生的熱量必然縮短觸頭壽命。

PC級ATSE：觸頭材料為特殊銀合金材料，降低了氧化程度；觸頭的拍合式設計使其具有自動去除氧化物功能，即使使用10年后，觸頭電阻也僅僅增加6%左右；主觸頭附帶滅弧觸頭，滅弧觸頭轉移了弧電流，保護了主觸頭，使得開關本體壽命可達25年。

3.3 切換速度

CB級ATSE：切換時間為2～3s，其切換時間受斷路器限制。

PC級ATSE：切換時間<100ms，不受斷路器影響。對非常重要的用戶（如銀行、金融中心、數據中心等等）而言，這點非常重要。

3.4 電氣壽命

CB級ATSE：1In/1Ue條件下操作200次，機械壽命1400次。

PC級ATSE：2In/1.05Ue條件下操作循環1000次，機械壽命5000次。

3.5 操作機構

CB級ATSE：電動操作機構一般是通過微電機帶動減速齒輪機構對斷路器進行分合工作。眾所周知，微電機堵轉后，其壽命會大大降低。因而，CB級ATSE電動操作機構可靠性較低。

PC級ATSE：電動操作機構一般為短時工作電磁鐵，由于電磁鐵結構簡單，工作可靠，所以PC級ATSE電動操作機構的可靠性較高。

3.6 轉換類型

CB級ATSE：一般只提供開路和延時轉換模式。

PC級ATSE：可根據不同客戶不同負載環境，提供開路轉換、閉合轉換及延時轉換產品。對于重要場合，還可提供旁路-隔離型產品，可實現負載不斷電情況下，進行ATSE測試與故障處理。

4.ATSE的選用

目前自動轉換開關（ATSE）的應用領域非常廣泛，且往往用在重要場所，所以它的可靠性就顯得至關重要。從以上兩種ATSE的對比可知，合理選擇ATSE對保證重要負荷的連續供電非常關鍵。下面就從幾個方面談一下如何合理選用ATSE：

4.1 負荷的重要性

對于消防負荷、一級負荷或特別重要的負荷，是不允許采用具有過載保護功能的CB級ATSE，而應選用PC級ATSE為自動轉換開關。對于普通的二級負荷，可以選用CB級ATSE，在條件允許的情況下，建議優先選用PC級ATSE。

4.2 轉換時間

CB級ATSE的總動作時間一般在2000～3000ms，PC級（二位式）ATSE一般在50～250ms，三位式一般在350～600ms。所以對于轉換時間要求比較高的場所，如醫療、商業、數據及金融交易中心等，應采用PC級自動轉換開關。其他對轉換時間要求不太高的負荷可選用CB級ATSE。

4.3 供電方式

當負荷容量大又比較集中時，需要在低壓配電室的母線上直接放射做雙電源轉換，或因電源進線后需要直接做雙電源轉換的場合，如消防水泵房等，這類轉換方案宜選用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換，造成重大損失，若需要加裝保護電器時可另外選擇。

4.4 市電+柴油發電組型

當兩路轉換電源分別為市電和柴油發電機組時，應考慮到發電機組的特殊性，發電機組首先確認市電斷電后才能自啟動，待發電機組電源各項指標達到穩定后才能輸出，并具有互聯裝置。轉換一般都在低壓配電室的母線上集中裝設，以便于使用和維護，由于發電機組輸出柜已裝保護電器，所以這類轉換方案宜選用PC級的ATSE。南水北調中線干線工程重要負荷點采用了此種供電方式，設計中應選用PC級ATSE來保證供電的可靠性。

5.結語

綜上所述,筆者認為,需要兩路電源保障的負荷都是比較重要的負荷,對供電可靠性的要求比較高,因此應慎用CB級ATSE。一體式PC級ATSE前加載保斷路器可以在各種供電方案中可靠地發揮功能,是理想的電源轉換方案,更適合未來對供電保障越來越高的要求。