淺談自動轉換開關在電氣設計領域的意義

張俊芹

摘 ?要：雙電源系統是重要負荷安全運行的有效保障，而電源轉換開關是連接兩個電源的重要樞紐，我國國家標準以及IEC標準將ATSE（自動轉換開關）分類為PC級和CB級兩個級別。本文針對市場中種類繁多的產品，從國家標準和規范出發，闡述了自動轉換開設計領域各個類別及其應用特點，分析了有關產品的功能、結構和可靠性的問題。

關鍵詞：自動轉換開關;PC級;CB級;電氣設計

依據相關規定，一級負荷應由兩個電源供電。當一個電源發生故障時，另一電源不應同時受到損壞;一級負荷中特別重要負荷，除由兩個電源供電外，還必須增設應急電源。為保證對特別重要負荷的供電，嚴禁將其他負荷接入應急供電系統中。對于電源轉換時間有特定要求的一、二級負荷及消防控制室、消防水泵等消防設備的供電，均需設置自動轉換開關裝置。作為消防負荷和其他重要負荷的電源轉換裝置，ATSE在工程中得到了廣泛的應用。只有正確選擇ATSE，方可確保一、二級負荷供電的可靠性和連續性。

1.自動轉換開關簡介

自動轉換開關電器，也稱ATSE、雙電源自動轉換開關或雙電源開關。ATSE是由一個或幾個轉換開關電器和其他必需的電器組成，用于監測電源電路，并將一個或幾個負載電路從一個電源自動轉換至另一個電源的電器，主要用于有重要負荷（如消防設備、應急照明、銀行和通信數據中心等）的供電系統，如額定電壓交流不超過1000V或直流不超過1500V的緊急供電系統，在轉換電源期間中斷向負載供電。

2.自動轉換開關在電氣設計領域的應用以及型號的選擇

2.1自動轉換開關使用的一般規定

ATSE在供電系統中處于核心的重要位置，應選擇高可靠性的設備。除有特殊要求外，一般的ATSE在轉換電源期間中斷向負載供電，設計時應考慮所選ATSE的轉換時間，對于要求不能中斷電源的特別重要負載應采用UPS，保證供電連續性。在供配電系統設計中，應盡量減少ATSE的配置級數。此外，除了根據負載的特性，正確選用ATSE的使用類別外，還應根據配電系統的組成及負荷的重要程度，正確選用PC級和CB級ATSE。

2.2關于CB級自動轉換開關的選擇

CB級產品是由兩只空氣斷路器和控制器組合而成，具有機械聯鎖和電氣聯鎖，并將保護開關和切換開關結合在一起，既有保護功能，又有切換功能，系統簡單可靠。對CB級的ATSE進行選擇，應該注意以下幾點：CN級ATSE具有保護電器的功能，應滿足配電系統短路保護的分斷能力;用于負載為消防水泵，風機類電動機時，應采用具有電磁式脫扣器的斷路器;作用于CB級ATSE的上，下級保護電器及其本身，應注意其保護選擇性的配合;CB級ATSE選用時應注意其操作機構及開關本體的可靠性;當CB級ATSE動作于故障跳閘時，應將分閘報警信號上傳。

2.3關于PC級自動轉換開關的選擇

PC級產品一般封裝在一個完整的殼體內，由兩只負荷開關或隔離開關疊加和控制器組合而成，具有機械聯鎖和電氣聯鎖。對PC級ATSE進行選擇，應該注意以下幾點：PC級只能通斷用電設備的負荷電流，并耐受產品規定的短路電流，不能分斷短路電流;在需要設置保護時，設置保護電器，并應進行選擇性配合的校驗，且該保護電器的參數須滿足ATSE制造商提供的數據;防止發生正常電源與備用電源并列運行的可能;當要求PC級ATSE動作于將短路電流接通到正常電源回路上時，接通預期短路電流，必須校驗接通短路電流的能力。

2.4四級型自動轉換開關的應用

根據IEC465.1.5條規定，正常供電電源與備用發電機之間若不是同一接地網絡中時，轉換開關應用四級型開關。帶剩余電流保護的雙電源轉換開關應采用四級開關。兩個電源開關帶剩余電流保護，其下級的電源轉換開關應用四級開關。兩種不同接地系統間電源轉換開關也應該應用四級開關。

2.5CB級自動轉換開關電器前短路保護電器的設置

對于PC級和CB級的ATSE，在設置短路保護電器方面的要求是不一樣的。CB級自動轉換開關電器的開關執行斷路器本身帶熱磁保護，它的主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流。因此配電箱、柜內BC級自動轉換開關電器前端可只設置隔離電器或隔離開關，不必再設短路保護電器。

2.6PC級自動轉換開關電器前短路保護電器的設置

PC級自動轉換開關電器只有電源轉換功能，沒有短路及過載保護功能，它的額定電流小于等于250A的PC級自動轉換開關電器，額定短時耐受電流有效值（1s）一般在5KA～12KA左右;額定電流大于250A小于等于630A的PC級自動轉換開關電器，額定短時耐受電流有效值（1s）一般在13KA～25KA左右。由于以下因素，在配電箱、柜內PC級自動轉換開關電器前端須設置短路保護電器：雖然PC級自動轉換開關電器有一定的承受短路電流的能力，但沒有切斷短路電流的能力，其前端需要設置短路保護電器;此外還應考慮設置隔離電器的要求。因此配電箱、柜內PC級自動轉換開關電器前端應設置符合隔離要求的短路保護電器。

3.自動轉換開關在電氣設計領域的意義

自動轉換開關作為應急備用電源系統的核心，實現主用電源與應急備用發電機組間的自動可靠轉換。當主用電源失效，自動轉換開關控制系統在檢測出電源的失效狀態后，會給發電機組發送啟動信號。當發電機組的頻率和電壓都達到適當值時，將接通發電機組向負載供電。當市電停電時，發電機組還處于停機狀態，負載將會斷電約10s，以起動發電機組，除非系統配有UPS不間斷電源。當轉換發生在兩路電源都有電的情況下，很多情況下，大家都認為選擇自動轉換開關的首要標準是可靠性，但在某些情況下，其選擇只是基于使用的方便程度。完全消除電源切換間供電波動的造價會增加更多，同時由于加入過于復雜的控制設備，也使自動轉換開關甚至發電機組的可靠性受到影響。

4.結語：

ATSE產品進入中國市場的時間比較晚，相關的標準、原則等還需隨著時代、市場、技術發展不斷進行更新和發展。目前，PC級和CB級產品之爭還在延續，不同的設計思想和理念在碰撞和沖突中孕育著創新的源泉。隨著電力電子技術的不斷發展，具有高分斷、耐受能力等優點的一體式CB級ATSE產品正在研發、實驗階段，更多簡單安全的產品正在不斷進入市場。但我們應注意，好的產品只代表一個方面，根據不同的現場選用正確的產品，進行合理的配置，并加強運行維護，才能確保配電系統智能轉換，可靠無憂。

參考文獻：

[1]張文才，自動轉換開關電器ATSE設計應用導則，智能建筑電氣技術，2006

[2]任紅、羅潔、韓全勝等，雙電源轉換開關電器的選擇及應用，建筑電氣設計通訊，2005.