自動轉(zhuǎn)換開關(guān)在低壓配電中的應用

1、自動轉(zhuǎn)換開關(guān)在低壓配電中的應用 由于產(chǎn)品的技術(shù)水平高低以及先進性和可靠性，將直接影響各重要場所用電的安全與可靠，ats已成為低壓配電系統(tǒng)中一個不可缺少的重要組成部分，因此在工程設(shè)計中應引起高度重視，并很有必要熟悉和了解其類型、組成與工作原理、主要特點及功能等，以便正確選擇和合理應用。 ats主要適用于交流不超過1000v的緊急供電系統(tǒng)，在換接電源期間中斷向負載供電。根據(jù)iec國際標準定義：由一個或多個轉(zhuǎn)換開關(guān)電器和其他必須的電器組成，用于檢測電源電路，并將一個或多個負載電路從一個電源轉(zhuǎn)換至另一個電源的自動電器。當存在常用電源和備用電源兩個電源的情況時，ats應指定一個常用電源位置，其操作程序由

2、兩個自動轉(zhuǎn)換過程組成。如果常用電源被檢測到出現(xiàn)偏差時，則自動將負載從常用電源轉(zhuǎn)換至備用電源；如果常用電源恢復正常時，則自動將負載返回換接到常用電源。換接時間可有預定的延時或無延時，并可處于一個斷開位置。這類電器產(chǎn)品已在建筑電氣行業(yè)中得到了認可，簡稱為“雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ats”。 根據(jù)iec-60947-6國際標準規(guī)定，ats分pc或cb兩個級別。pc級能夠接通、承載，但不用于分斷短路電流的ats。其負荷開關(guān)和接觸器雙投型的ats都屬于這一類產(chǎn)品，本體只能作為ats使用，不具備過載和短路以及其他保護功能。cb級配備過電流脫扣器的 ats，其主觸頭能接通并用于分斷短路電流。其斷路器和控制保護器投

3、切型的ats都屬于這類產(chǎn)品，除本體作為ats使用外，還具備過載、短路以及其他保護功能，從而實現(xiàn)對負載的兩段或三段及其他保護功能等。 ats的主要特點及功能 針對目前國內(nèi)生產(chǎn)不同類型的ats，從安全性、可靠性、保護性等諸多方面分析其主要特點及功能，并簡述其優(yōu)缺點，供設(shè)計選用時參考。 斷路器投切型ats 這種ats由兩臺斷路器為基礎(chǔ)，外加單(雙)微型可逆電機組成電動操作機構(gòu)來實現(xiàn)雙電源自動轉(zhuǎn)換與控制，所以斷路器的取材廣泛，從國產(chǎn)到合資生產(chǎn)以及進口的斷路器都能進行組裝。斷路器投切型ats的主要優(yōu)點： （1）從結(jié)構(gòu)形式上采用了兩臺斷路器，絕緣等級高，且具有電氣與機械雙重聯(lián)鎖功能，防止兩臺斷路器任何狀態(tài)

4、下都不能同時合閘，很好地保證了其安全性。 （2）二次控制回路采用智能控制器組成，在弱電控制、無觸點化、功能強大等方面具有先進性，減少了外圍元器件，為供電的連續(xù)性提供了可靠的保障，基本符合有關(guān)可靠性要求。 （3）為負載提供了完整的過載與短路保護，可實現(xiàn)兩段或三段保護功能，并可根據(jù)需要增加接地等其他保護功能；另外還具有限流強、選擇性能好、級聯(lián)配合以及能量保護等功能，在選擇性能上表現(xiàn)極為突出。 （4）具有電源各種故障保護、故障報警指示、運行參數(shù)可調(diào)及電源電壓顯示等功能，并防止故障電源向負載供電；由于不同用戶或設(shè)備對供電電壓及轉(zhuǎn)換時間有不同的要求，可通過數(shù)字整定可調(diào)功能，大大方便用戶使用，并且為實現(xiàn)“

5、四遙”提供了前提條件，經(jīng)通信接口適用于智能化網(wǎng)絡的集中控制。 其主要缺點： (1)由于采用兩臺斷路器為基礎(chǔ)，體積大，造價高；因采用微型可逆電機驅(qū)動，故轉(zhuǎn)換時間長，至少1.5s以上。 (2)當采用兩臺斷路器(微斷或塑殼式)時，在其手柄上加裝一套微型可逆電機組成的電動操作機構(gòu)，使兩只手柄同時逆向操作，這種方法較原始，操作手柄容易受損，動作位置調(diào)整也很困難，還會因振動等原因影響正常的分合閘操作；當采用兩套微型可逆電機組成的電動操作機構(gòu)時，同樣存在操作和聯(lián)鎖機構(gòu)復雜、不容易調(diào)整及易發(fā)生故障等問題，因此，可靠性在一定程度上受到影響。發(fā)現(xiàn)這類缺陷后，對產(chǎn)品操作機構(gòu)進行了研究改進，使其傳動簡捷、故障點少、壽

6、命長。 負荷開關(guān)雙投型ats 這種ats由兩套負荷開關(guān)拼裝為一體，依靠一套微型可逆電機組成電動操作機構(gòu)，并通過齒輪變速箱傳動完成雙電源的自動轉(zhuǎn)換與控制，動作方式與單電機驅(qū)動的斷路器投切型ats基本類似。 負荷開關(guān)雙投型ats的主要優(yōu)點： (1)由于本身的運動、傳動機械簡單、緊湊，除電氣聯(lián)鎖外，還可通過機械齒輪傳動結(jié)構(gòu)完成機械聯(lián)鎖功能，安全性得到保證。 (2)二次控制回路大部分產(chǎn)品都集開關(guān)與邏輯控制于一體，由于采用電子產(chǎn)品，故障隱患減少，基本滿足了可靠性要求。 (3)受結(jié)構(gòu)形式限制，不具備過載和短路等保護，所以體積適中，外觀整齊統(tǒng)一，價格適中。 其主要缺點： (1)因不具備任何保護功能，且耐受短

7、路導通容量小，主觸頭系統(tǒng)無滅弧柵，切換時拉弧時間長，容易影響觸頭的使用壽命。 (2)采用微電機驅(qū)動和齒輪變速傳動機構(gòu)，所以轉(zhuǎn)換時間長，其機械傳動機構(gòu)裝置同樣存在易發(fā)生故障而影響可靠性等問題，需進一步改進、完善。 (3)不適宜頻繁的轉(zhuǎn)換與操作，否則將影響整體使用壽命。這種ats采用直流電磁線圈作為動力，經(jīng)電磁激勵脈沖操作完成整個轉(zhuǎn)換動作過程。 接觸器雙投型ats的主要優(yōu)點： (1)在結(jié)構(gòu)形式上由v型主觸頭和電氣機械雙重聯(lián)鎖控制組成，采用直流線圈激勵直線驅(qū)動完成轉(zhuǎn)換過程，因此外型體積偏小，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運行安全性能好。 (2)二次控制回路大多數(shù)產(chǎn)品都集開關(guān)與邏輯控制為一體，并通過機械部分直線定位，

8、定位精度高，抗震動，不受安裝方向和角度的影響。另外，依靠電氣與v型機械自鎖裝置的作用，確保兩路電源在任一時刻都不會同時接通，可靠性較高。 (3)不具備過載和短路保護功能，但短路接通容量大。因為主觸頭為平面型接觸，具備獨立的滅弧室并配有滅弧柵，具有很高的載流量，能夠帶負荷或頻繁轉(zhuǎn)換操作。 (4)采用電磁瞬時激勵驅(qū)動，故轉(zhuǎn)換時間快，且完成轉(zhuǎn)換后線圈不帶電，達到了節(jié)電消除噪音的目的。 其主要缺點是：需進一步改進和完善二次控制回路，最好采用智能控制器，盡量減少與有關(guān)操作和信號指示的外圍元器件，提高該裝置的先進性，使其動作更加安全可靠。 控制保護器投切型ats 這種ats主要由kbo系列主電路基本模塊和

9、其他輔助模塊組成?？刂票Ｗo器投切型ats的主要優(yōu)點： (1)由于采用了模塊化結(jié)構(gòu)，在單一的結(jié)構(gòu)形式上實現(xiàn)了集成化、內(nèi)部協(xié)調(diào)配合的控制與保護，具有斷路器、接觸器及熱繼電器的各種功能與優(yōu)點，并通過內(nèi)部電氣與機械聯(lián)鎖功能，依靠電磁線圈吸引驅(qū)動來完成自動轉(zhuǎn)換過程，無須再外加其它操作和轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故結(jié)構(gòu)簡單緊湊，轉(zhuǎn)換速度快，安全性能好。 (2)目前該產(chǎn)品在國內(nèi)是獨家生產(chǎn)，其二次控制回路無論采用集開關(guān)與邏輯控制于一體，還是采用智能控制器，都能較好地滿足可靠性的要求。 (3)可為負載提供完整的過載與短路保護，其他功能及特點與斷路器投切型的ats基本相同，不再詳述。 (4)具有過載、短路以及故障直接報警功能，當

10、選用消防型電子脫扣器時，在過載情況下其本身具備只報警不跳閘功能，可滿足消防設(shè)備的特殊使用要求。 其主要缺點： (1)主電路容量小，最大為100a，不能完全符合雙電源轉(zhuǎn)換需求，應進一步研發(fā)大容量產(chǎn)品，以滿足大中型工程的使用要求。 (2)采用電磁線圈吸引驅(qū)動，其線圈長期帶電會產(chǎn)生噪音，應考慮增加直流無聲運行輔助模塊，減少噪音污染，達到節(jié)電節(jié)能目的。 ats在低壓配電系統(tǒng)中的應用 在低壓配電系統(tǒng)中，依據(jù)國家與行業(yè)現(xiàn)行規(guī)范要求，對于一些較重要的一、二級負荷，應采用雙電源供電；對消防用電設(shè)備，除采用雙電源供電外，還應在最末一級配電箱處做自動切換。因此，ats的使用范圍將更加廣泛，如何正確選擇和使用ats

11、也成為設(shè)計所關(guān)注的焦點。在一些工程設(shè)計中，往往由于不了解ats的類型、組成與動作原理、特點及功能等，而單純以價格作為衡量標準，盲目地選擇和使用，忽視了其本身的安全性和可靠性，使低壓配電系統(tǒng)擴大了配電級數(shù)，增加了故障點，直接影響了供電的連續(xù)性和可靠性。從本質(zhì)上說， ats只是能完成雙電源自動轉(zhuǎn)換功能電力設(shè)備的統(tǒng)稱，并不拘限于某種類型，但必須符合國家與國際標準的檢驗要求。作為雙電源自動轉(zhuǎn)換使用的ats開關(guān)設(shè)備，除了完成負載在兩路電源間的選擇和轉(zhuǎn)換功能外，還必須考慮供電回路中的種種復雜情況(如短路電流的沖擊、過負荷、設(shè)備頻繁操作等)，所以ats本身還必須具有很好的自我保護能力和適用性。隨著我國iec

12、標準的推廣，ats的選擇和使用應逐步向正規(guī)化、合理化趨勢發(fā)展。在實際工程設(shè)計中，對ats的選擇應從技術(shù)角度出發(fā)，必須充分考慮供電系統(tǒng)的配電方式、轉(zhuǎn)換時間及負載使用性質(zhì)等實際情況，供電要求苛刻的場所應使用高可靠性轉(zhuǎn)換的ats，并以短路電流校驗ats的遮斷電流，以市電的可靠性決定ats轉(zhuǎn)換的頻繁性?，F(xiàn)就正確選擇和使用ats需要注意的問題進行分析。 低壓配電系統(tǒng)應遵循的原則 為了保證供電的連續(xù)性和可靠性，對于電源供電的線路一般都取自變配電所(或配電室)低壓側(cè)的兩段母線上，消防設(shè)備供電還要求專路供電，并應對該線路加裝過載和短路保護，其配電方式分別采用樹干式和放射式或兩者相結(jié)合的方式。對于負荷比較分散并

13、需要向各樓層或各分區(qū)供電的負荷，宜采用樹干式供電。對于容量較大且負荷集中或重要負荷宜采用放射式供電，在確定配電方案時，應遵循以下原則： （1）民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范jgj/t16-92(以下簡稱為民規(guī))第8.1.4條規(guī)定：“自變壓器二次側(cè)至用電設(shè)備的低壓配電級數(shù)不宜超過三級，非重要負荷供電時，可超過三級。”對于雙電源供電的線路，無論采用樹干式或放射式供電，應盡量減少配電級數(shù)，因為都是重要負荷，不宜超過三級。 (2)民規(guī)第8.6.6.2條規(guī)定：“保護電器應裝設(shè)在被保護線路與電源線路的連接處，但為了維護與操作方便可設(shè)置在離開連接點的地方，并應符合下列要求：線路長度不超過3m”此規(guī)定主要適用于樹干式供

14、電的線路，并確定在電源線與分支線的連接處是否要加裝保護電器，當分支線的截面減小或與電源線等截面時，只要長度不超過3m，則無須在該分支線上加裝保護電器，直接在負荷側(cè)出線回路上加裝保護電器即可。 (3)民規(guī)第8.6.6.3條規(guī)定：“從高處的干線向下引接分支線路，為了操作維護的方便需將分支線路的保護電器裝設(shè)在距連接點的線路長度大于3m的地方時，應符合下列要求：在該分支線裝設(shè)保護電器前的那一段線路發(fā)生單相(或兩相)短路時，離短路點最近的一級保護電器應能保證動作”此規(guī)定主要適用于樹干式供電的線路，當分支線從電源干線連接引下時，其分支線長度大于3m，但截面不減小同電源線截面，可直接在負荷側(cè)加裝保護電器；當

15、分支線截面需要減小時，應首先在分支線長度不超過3m處加裝保護電器，然后在大于3m的負荷側(cè)另外加裝保護電器。 (4)民規(guī)第8.1.7條規(guī)定：“由放射式線路供電的配電箱，其進線開關(guān)宜采用不帶短路保護和過負荷保護的隔離電器?！睂τ诜派涫焦╇姷木€路，因在上一級已加裝了過載和短路保護，并向終端配電箱供電，其配電箱的進線開關(guān)宜采用不帶保護功能的隔離開關(guān)即可。 雙電源樹干式供電時ats的選擇和使用 雙電源樹干式供電分水平和垂直樹干式兩種。當采用水平樹干式供電時，其線路不應跨越防火分區(qū)連接用電設(shè)備，垂直樹干式供電線路應在專用的電氣豎井或沿封閉式防火橋架敷設(shè)。下面對樹干式供電時ats的選擇和使用情況進行分析：

16、(1)采用雙電源樹干式供電。這種方案有兩種情況：一種情況是分支線路無論是截面減小(一般不宜小于電源干線截面的兩個等級)或與電源干線等截面，只要距分支連接點的長度不超過3m，可直接加裝不帶保護的pc級ats，然后在負荷側(cè)各出線回路上加裝保護電器；另一種情況是分支線路不變截面與電源干線等截面，且距分支連接點的長度大于3m或遠遠大于3m，同樣也可在用電設(shè)備處直接加裝不帶保護的pc級ats，另外在負荷側(cè)各出線回路上加裝保護電器。上述兩種情況都能滿足配電系統(tǒng)的原則要求，主要適用于需要末端轉(zhuǎn)換的場所，其ats和負荷側(cè)各出線回路的保護電器裝在同一箱(柜)內(nèi)，也可分別設(shè)箱并列安裝。當 ats轉(zhuǎn)換后負荷側(cè)需要總

17、電源隔離時，可利用ats本體具有的手動隔離功能實現(xiàn)，或另外加裝總隔離開關(guān)。 (2)采用雙電源樹干式供電。這種方案是分支線路需要大大減小截面，且距分支連接點的長度遠遠大于3m時，首先應在不超過3m處加裝電源配電箱并內(nèi)裝保護電器，然后分支線路按負荷側(cè)額定電流要求減小截面，引至用電設(shè)備處再加裝ats，這時應采用不帶保護的pc級產(chǎn)品，另外在負荷側(cè)各出線回路上加裝保護電器。該方案主要適用于需要末端轉(zhuǎn)換的場所，且電源配電箱和ats箱應安裝在同一層或同一分區(qū)內(nèi)的不同地方。 (3)采用雙電源樹干式供電。這種方案主要適用于不需要末端轉(zhuǎn)換的場合， ats與負荷出線箱分別設(shè)置并安裝在同一層或同一分區(qū)內(nèi)的不同地方。但

18、該方案有兩種情況：一種情況是當分支線從電源干線連接引下時，無論是距分支連接點的長度不超過3m或大于3m，其分支線路截面均不減小與電源干線等截面，在該分支線路上加裝ats時應采用不帶保護的pc級產(chǎn)品，從ats轉(zhuǎn)換后引出至負荷出線箱的線路也不應減小截面，然后在各出線回路上加裝保護電器，并按所需選擇線路截面引出；另一種情況是加裝ats的要求與前一種情況相同，只是在ats 轉(zhuǎn)換后引出的線路截面大大減小，所以應加裝保護電器，然后引出至負荷出線箱，并在各出線回路上另外加裝保護電器，選擇合適的線路截面引出。 根據(jù)以上對雙電源樹干式供電時加裝ats的情況分析，在一般配電系統(tǒng)中應采用1.3wp、1.3bwp干線

19、方案，不宜采用2.4wp、2.4bwp干線方案，但個別特殊情況除外，因為此方案的配電級數(shù)超過了3級。對于雙電源樹干式供電線路，從安全和可靠角度出發(fā)，應盡量減少連接點，避免故障隱患，并應考慮線路長截面過大會給制造和安裝施工帶來一定的困難等因素，建議每路雙電源樹干式供電線路所加裝的ats數(shù)量不宜超過5臺，其干線的最大整定電流不宜超過 250a，干線最好選用電纜或預分支電纜，有條件時應優(yōu)先選用預分支電纜。 雙電源放射式供電時ats的選擇和使用 (1)當雙電源采用放射式供電時，因干線已在上一級加裝了過載和短路保護，并向終端配電箱供電，在加裝ats時應采用不帶保護的pc級產(chǎn)品，另外在負荷各出線回路上加裝

20、保護電器。這種方案主要適用于需要在末端轉(zhuǎn)換的場所，其ats和負荷各出線的保護電器裝在同一箱(柜)內(nèi)，也可以分別設(shè)箱并列安裝；當在雙電源放射式線路上加裝ats，但不需要末端轉(zhuǎn)換時，可將ats和負荷出線箱分別設(shè)置，并安裝在同一層或同一分區(qū)內(nèi)的不同地方，其干線至負荷出線箱的部分不應減小截面，在負荷出線箱內(nèi)各路加裝保護電器后，再按需選擇相應截面出線。 (2)當消防負荷容量大且比較集中時，需要在低壓配電室的母線上直接放射進行雙電源轉(zhuǎn)換，或因電源進線后需要直接進行雙電源轉(zhuǎn)換的場合(如消防水泵房等)，這類轉(zhuǎn)換方案仍可選用pc級的ats，而不宜采用cb級的ats，以避免因本體故障而影響電源的轉(zhuǎn)換，若需要加裝保

21、護電器時可另外選擇。 市電與發(fā)電機電源轉(zhuǎn)換時ats選擇與使用 當市電與發(fā)電機電源轉(zhuǎn)換時，首先應考慮發(fā)電機的特殊性，確認市電斷電后，發(fā)電機自啟動，待發(fā)電機電源各項指標達到穩(wěn)定值后才能輸出，并具有互聯(lián)裝置。這類雙電源的轉(zhuǎn)換生產(chǎn)廠家專門規(guī)定了產(chǎn)品型號，以示區(qū)別，由于轉(zhuǎn)換容量較大，一般都在低壓配電室的母線上集中加裝，以便使用和維護。這類雙電源轉(zhuǎn)換仍可選用pc級的ats，若需要加裝保護電器可另外選擇。 (1)根據(jù)國家與行業(yè)有關(guān)規(guī)范要求，對于消防設(shè)備的雙電源轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換時間越快越好，但考慮目前我國的供電技術(shù)條件，規(guī)定在30s以內(nèi)。當消防設(shè)備處于運轉(zhuǎn)期間，若突然出現(xiàn)斷電，勢必引起電源的轉(zhuǎn)換，由于轉(zhuǎn)換時間長會

22、使消防設(shè)備停止運轉(zhuǎn)而影響使用，因此，必須增加二次啟動控制環(huán)節(jié)保證消防設(shè)備繼續(xù)工作，故在選擇ats時應優(yōu)先選擇轉(zhuǎn)換時間快的產(chǎn)品。 (2)對于應急照明，根據(jù)目前我國設(shè)計的實際做法，一般采用城市電網(wǎng)的電源作為應急照明供電。為了滿足使用需要和利于安全，允許使用城市電網(wǎng)供電，但是采用ats作為應急照明時，在正常電源斷電后，其電源轉(zhuǎn)換時間應當滿足：疏散照明15s(有條件時宜縮短轉(zhuǎn)換時間)，備用照明15s(金融商品交易場所1.5s)，安全照明0.5s。 (3)當采用發(fā)電機組作為應急照明電源時，發(fā)電機的啟動和轉(zhuǎn)換的全部時間不應大于15s。 四極型ats的選擇與使用 (1)根據(jù)iec465.1.5條規(guī)定，正常供

23、電電源與備用發(fā)電機之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)應用四極型開關(guān)。 (2)帶漏電保護的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應采用四極型開關(guān)。兩個電源開關(guān)帶漏電保護時，其下級電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應采用四極型開關(guān)。 (3)兩種不同接地系統(tǒng)間的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應采用四極型開關(guān)。 (4)tn-s、tn-c-s系統(tǒng)一般不需要設(shè)四極型開關(guān)。但tn-s系統(tǒng)的一些特殊情況(三相嚴重不平衡及高次諧波含量較高)是否采用四極型開關(guān)應作進一步研究。根據(jù)上述要求，在選擇ats時，應按具體使用功能和要求確定是否采用四極型ats，但四極型ats需慎用。 帶漏電保護ats的選擇 ats是否要加裝漏電保護，主要取決于負載的使用性質(zhì)和特點，為了防觸電和確保人身安全，需要加裝漏電保護，但在消防負載時為了保證電源的連續(xù)性和可靠性，又不希望加裝漏電保護，這兩者相互矛盾，筆者建議非消防使用的 ats在電源側(cè)和負載側(cè)不宜加裝總漏電保護，若必須加裝時最好加裝在轉(zhuǎn)換后各自出線的支路上；消防使用的ats電源側(cè)和負載側(cè)不應加裝漏電保護。 ats過電壓保護的選擇 為了防止雷電的影響和分合閘所造成的過電壓，ats應加裝過電壓浪涌保護，具體做法如下： (1)遠離低壓配電室設(shè)置在各樓層與分區(qū)及設(shè)備末端的ats，應在雙電源轉(zhuǎn)