數(shù)據(jù)中心ATSE系統(tǒng)應(yīng)用方案

1、數(shù)據(jù)中心ATSE系統(tǒng)應(yīng)用方案 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(ATSE Automatic Transfer SwitchingEquipment),主要應(yīng)用于緊急供電系統(tǒng)，一般單獨(dú)或者組網(wǎng) 完成市電之間或者市電與柴油發(fā)電機(jī)之間的電源切換。作為 數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)中重要的配電設(shè)備，它的設(shè)計(jì)與選型關(guān)系 到整個(gè)配電系統(tǒng)的可靠性。1.1 ATSE產(chǎn)品定義及構(gòu)成1.產(chǎn)品定義雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，在國(guó)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/14041.11實(shí)施以來，ATSE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

2、動(dòng)轉(zhuǎn)換，以確保重要負(fù)載電源的 連續(xù)供應(yīng)。GB/T 14041.11低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第6部分：多功能電器第1篇 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器。定義了適用于額定 電壓交流不超過1 000V或直流不超過1 500V的轉(zhuǎn)換開關(guān)電 器（TSE）, TSE用于在轉(zhuǎn)換過程中中斷對(duì)負(fù)載供電的電源系統(tǒng)。該部分的目的旨在規(guī)定：電器的特性、電器必須遵循的有關(guān)條件、證明符合這些條件的試驗(yàn)及進(jìn)行這些試驗(yàn)的方法、應(yīng)該在電器上標(biāo)明的數(shù)據(jù)及制造商需提供的數(shù)據(jù)等內(nèi)容。在該標(biāo)準(zhǔn)中，ATSE被如下定義：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 于監(jiān)測(cè)電源電路，并將一個(gè)或幾個(gè)負(fù)載電路從一個(gè)電源轉(zhuǎn)換 至另外一個(gè)電源的電器。 中文

3、標(biāo)準(zhǔn)名稱：自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器;央文標(biāo)準(zhǔn)名稱：Automatic Transfer Switching Equipment（ATSE）。2.結(jié)構(gòu)分析：ATSE 一般由三部分組成：開關(guān)本體、驅(qū)動(dòng) /保持機(jī)構(gòu)、控制 器1）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。2）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。3）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(cè)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定、顯示、帶通訊接口等

4、功能，差別很大。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。1.2 ATSE 分類根據(jù)GB/T 14041.11 , ATSE可分為PC級(jí)或CB級(jí)兩個(gè)級(jí)別。PC級(jí)：能夠接通、承載、但不用于分?jǐn)喽搪冯娏鞯腁TSE.CB級(jí)：配備過電流脫扣器的ATSE其主觸頭能夠接通并用于分?jǐn)喽搪冯娏鳌＿@兩個(gè)級(jí)別主要區(qū)別就是有無短路分?jǐn)嗄芰?，但這樣的分類相對(duì)簡(jiǎn)單，是歐美在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)妥協(xié)的產(chǎn)物。按照轉(zhuǎn)換元器件及控制方式的不同，又可以對(duì)PC級(jí)或CB級(jí)ATSE進(jìn)行進(jìn)步劃分1）接觸器型：如圖33

5、所示，是我國(guó)最早生產(chǎn)的雙電源轉(zhuǎn)換 電器，它由兩臺(tái)接觸器搭接，另外采用中間繼電器或邏輯控 制模塊完成切換功能，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低；缺點(diǎn)是線圈長(zhǎng)期通電 耗能易燒毀，產(chǎn)品的接通分?jǐn)嗄芰Φ停?易抖動(dòng)，觸頭易熔焊， 互鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、切換速度快但滅弧距離不夠，持續(xù)發(fā)出交流 雜音，持續(xù)耗電，故障電流忍受能力低， 觸點(diǎn)易熔化、損壞 機(jī)械結(jié)構(gòu)易故障，機(jī)械聯(lián)鎖不可靠，造成雙邊不供電或雙邊電源短路其產(chǎn)品可靠性很低，目前在國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用較 少。2）隔離/負(fù)荷開關(guān)型：如圖34所示，開關(guān)本體為隔離/負(fù)荷開關(guān)，采用電機(jī)加齒輪或連桿傳動(dòng)模式，一般分兩位式（常用、備用）和三位式（常用、0位，備用）兩種。用兩臺(tái)負(fù)荷開關(guān)或隔離開關(guān)組成的

6、 ATSE有中間位置，機(jī)械結(jié)構(gòu)較為 復(fù)雜。負(fù)荷開關(guān)只是作為線路隔離/分?jǐn)嗍褂茫?dāng)滿載切換時(shí)容易造成開關(guān)本身的損壞，故障電流忍受能力低，滅弧功 能較弱。3）斷路器型：如圖 35所示，屬于CB級(jí)ATSE此類自動(dòng)轉(zhuǎn) 換開關(guān)電器以斷路器為切換部件，切換功能用ATSE自動(dòng)控制單元完成，有機(jī)械和電氣連鎖。當(dāng)帶載切換時(shí)將造成滅弧 不完整容易造成雙邊電源并接短路，故障電流忍受能力低， 斷路器存在快速脫扣的情況。斷路器型ATSE的操作機(jī)構(gòu)有單電機(jī)操作和雙電機(jī)操作兩種，相對(duì)而言，單電機(jī)操作系統(tǒng) 內(nèi)部電路相對(duì)復(fù)雜，元器件較多，可靠性較低。在重要的場(chǎng) 合如果采用斷路器型 ATSE優(yōu)先推薦采用電路簡(jiǎn)單，可靠性 高的雙電

7、機(jī)操作ATSE.4）勵(lì)磁式專用轉(zhuǎn)換開關(guān)型（雙投式 ATSE：如圖36所示， 屬于PC級(jí)ATSE整個(gè)開關(guān)采用一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括觸頭 材料、滅弧材料、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。采用勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)方式，勵(lì)磁是 最簡(jiǎn)單可靠的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，分離速度快。缺點(diǎn)是大容量PC級(jí)ATS一般需要專門配置上下游的線路保護(hù)設(shè)備，且價(jià)格較貴。國(guó)內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心中，此類ATSE是目前應(yīng)用的主流產(chǎn)品之。1.3 ATSE應(yīng)用中產(chǎn)生的問題1.PC/CB級(jí)應(yīng)用問題CB級(jí)與PC級(jí)ATSE兩者有以下幾點(diǎn)區(qū)別：1）兩者機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理念不同CB級(jí)是由斷路器組成，斷路器能有效分?jǐn)嚯娀。?要求機(jī)構(gòu)快速脫扣一般采用四連桿機(jī)構(gòu)。四連桿機(jī)構(gòu)易存在滑扣、再扣 不可靠因素：而 P

8、C級(jí)機(jī)構(gòu)不存在該方面問題。2）斷路器（MCCB般不承受短時(shí)耐受電流，觸頭壓力較小。當(dāng)供電電路生短路時(shí)，斷路器的動(dòng)觸頭易被斥開并產(chǎn)生 限流作用，從而分?jǐn)喽搪冯娏鳎欢鳳C級(jí)ATSE應(yīng)承受20le及以上過載電流，觸頭壓力要求較大，因而ATSE觸頭不被斥開，也不易被熔焊。3）兩路電源在轉(zhuǎn)換過程中存在電源疊加問題。PC級(jí)ATSE充分考慮了這一因素。 PC級(jí)ATSE的電氣間隙、 爬電距離一般斷路器的電氣間隙、爬電距離的180 %、150 %（標(biāo)準(zhǔn)要求）。因而PC級(jí)ATSE.全性更好。4）觸頭材料的選擇角度不同。斷路器常常選擇銀鎢、銀碳化鎢材料配對(duì)，這有利于分?jǐn)嚯娀?，但該類觸頭材料易氧化，備用觸頭長(zhǎng)期暴露在

9、外，在其表面易形成阻礙導(dǎo)電、難驅(qū)除的氧化物，當(dāng)備用觸頭一但投 入使用，觸頭溫升增高易造成開關(guān)燒毀甚至爆炸；而PC級(jí)ATSE充分考慮了觸頭材料氧化帶來的后果5）操作機(jī)構(gòu)不同CB級(jí)ATSE的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)一般是通過微電機(jī)帶動(dòng)減速齒輪 機(jī)構(gòu)對(duì)斷路器進(jìn)行合分工作，又因斷路器機(jī)構(gòu)的限制，微電 機(jī)必須工作到堵轉(zhuǎn)后，靠行程開關(guān)才斷開控制回路。而PC級(jí)ATSE的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)一般為短時(shí)工作電磁鐵。由于電磁 鐵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，所以 PC級(jí)ATSE電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的可 靠性較高。選用PC級(jí)還是CB級(jí)ATSE沒有一個(gè)絕對(duì)的答案，CB級(jí)由斷路器組成，本身具有過載及短路保護(hù)的功能，但是在日常 應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)CB級(jí)具有如下問題：

10、由于 CB級(jí)具有短路保護(hù)功 能，會(huì)因?yàn)楸Ｗo(hù)功能而切斷負(fù)載的電源，由于ATSE的動(dòng)作輸入信號(hào)是取自 ATSE的上端口，當(dāng)正常電源側(cè)的電壓或頻 率都正常時(shí)，由于斷路器因過流保護(hù)而脫扣造成負(fù)載斷電， ATSE的功能僅僅是作為正常電源故障時(shí)轉(zhuǎn)換到備用電源設(shè) 備，這樣就造成了負(fù)載斷電，而ATSE依然不會(huì)切換到備用電源的情況，從這個(gè)角度來說，CB級(jí)的保護(hù)功能，在系統(tǒng)中運(yùn)行反而不利。關(guān)于PC級(jí)配電設(shè)備，雖然本身具有承受一定短路電流的能力，但是由于沒有過載及短路保護(hù)功能，因此在采用PC級(jí)配電設(shè)備的時(shí)候，前端需要設(shè)置短路保護(hù)電器。 另外，在低 壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50054-95中明確規(guī)定："配電線路采用 的上下級(jí)保護(hù)電器，其動(dòng)作應(yīng)具有選擇性；各級(jí)之間應(yīng)協(xié)調(diào) 配合。但對(duì)于非常重要負(fù)載的保護(hù)電器，可選擇無選擇性切 換。"因此，PC級(jí)前端設(shè)置的短路保護(hù)電器需要與配電柜內(nèi) 出線回路的斷路器之間設(shè)置有選擇性配合。在PC級(jí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備中，優(yōu)先選擇勵(lì)磁式專用轉(zhuǎn)換開 關(guān)，勵(lì)磁式專用轉(zhuǎn)換開關(guān)是采用的勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，線圈的勵(lì)