淺談CB級和PC級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATSE）選擇

□盧家濤 □鞠向楠(南水北調(diào)中線建管局河南直管建管局)

1.ATSE發(fā)展過程

ATSE在我國已經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：第一代為接觸器式轉(zhuǎn)換開關(guān)，是我國最早生產(chǎn)的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，它的基本構(gòu)成是兩臺交流接觸器及其機(jī)械和電氣連鎖裝置，其缺點(diǎn)是機(jī)械連鎖不可靠、耗電量大等，在工程中已經(jīng)基本不再使用；第二代為斷路器式轉(zhuǎn)換開關(guān)，是我國國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)中所謂的CB級ATSE，它的基本構(gòu)成是由兩臺斷路器及其相關(guān)附件組成，雖然具有過電流和短路保護(hù)功能，但同樣存在機(jī)械連鎖不可靠的缺點(diǎn)，是目前使用最廣泛的ATSE；第三代為負(fù)荷開關(guān)式轉(zhuǎn)換開關(guān)，它的基本構(gòu)成是由兩臺負(fù)荷開關(guān)及其相關(guān)附件組合而成，機(jī)械連鎖可靠，是早期的PC級ATSE；第四代為雙投式轉(zhuǎn)換開關(guān)，它是電磁力驅(qū)動、內(nèi)置的機(jī)械連接保持狀態(tài)、單刀雙投一體化的轉(zhuǎn)換開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、自身連鎖、轉(zhuǎn)換速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，是完全重新設(shè)計(jì)的一體式PC級ATSE，也是未來ATSE的發(fā)展方向。文章針對一體式PC級和CB級雙電源切換裝置進(jìn)行比較。

2.ATSE的重要性

雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATSE）主要用在重要供電系統(tǒng)，是將負(fù)載電路從常用電源自動換接至備用電源的開關(guān)，以確保重要負(fù)荷連續(xù)、可靠運(yùn)行。一旦轉(zhuǎn)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(fù)荷斷電(甚至短暫停電)。不僅僅會帶來經(jīng)濟(jì)損失，使系統(tǒng)癱瘓、生產(chǎn)停頓，也可能造成社會問題，使生命及安全處于危險(xiǎn)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?jǐn)喽搪冯娏?，PC級ATSE能夠接通和承載，但不用于分?jǐn)喽搪冯娏?，短路電流的分?jǐn)嘤蓴嗦菲鲗?shí)現(xiàn)，是真正意義的雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。除以上區(qū)別外，還包括以下幾個(gè)方面的不同：

3.1 可靠性與安全性

CB級ATSE：開關(guān)本體由兩個(gè)斷路器、分/合閘線圈、儲能電機(jī)、輔助接點(diǎn)及外置機(jī)械連鎖等分立元器件組合而成，每個(gè)分立元器件均可成為故障點(diǎn)，增加了系統(tǒng)的故障率；連鎖機(jī)構(gòu)一旦失靈，直接導(dǎo)致兩路電源短接或重要負(fù)荷斷電，系統(tǒng)可靠性低；電機(jī)驅(qū)動儲能操作限位開關(guān)調(diào)整不好時(shí)，易導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)燒毀，造成無法合閘的嚴(yán)重后果。

PC級ATSE：開關(guān)本體為一體化設(shè)計(jì)，零件數(shù)量少，可靠性高；觸頭結(jié)構(gòu)具備連鎖功能，將兩路電源短接的可能降為零；機(jī)構(gòu)由直流線圈驅(qū)動，瞬間激磁操作，即正常情況下線圈不通電，只有轉(zhuǎn)換的時(shí)候瞬間通電，通電時(shí)間不超過100ms，這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為業(yè)界公認(rèn)為最可靠的驅(qū)動系統(tǒng)；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?jǐn)嚯娀?，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(dǎo)致接觸電阻增大，轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)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(shè)計(jì)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(zhuǎn)移了弧電流，保護(hù)了主觸頭，使得開關(guān)本體壽命可達(dá)25年。

3.3 切換速度

CB級ATSE：切換時(shí)間為2～3s，其切換時(shí)間受斷路器限制。

PC級ATSE：切換時(shí)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(shù)據(jù)中心等等）而言，這點(diǎn)非常重要。

3.4 電氣壽命

CB級ATSE：1In/1Ue條件下操作200次，機(jī)械壽命1400次。

PC級ATSE：2In/1.05Ue條件下操作循環(huán)1000次，機(jī)械壽命5000次。

3.5 操作機(jī)構(gòu)

CB級ATSE：電動操作機(jī)構(gòu)一般是通過微電機(jī)帶動減速齒輪機(jī)構(gòu)對斷路器進(jìn)行分合工作。眾所周知，微電機(jī)堵轉(zhuǎn)后，其壽命會大大降低。因而，CB級ATSE電動操作機(jī)構(gòu)可靠性較低。

PC級ATSE：電動操作機(jī)構(gòu)一般為短時(shí)工作電磁鐵，由于電磁鐵結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，所以PC級ATSE電動操作機(jī)構(gòu)的可靠性較高。

3.6 轉(zhuǎn)換類型

CB級ATSE：一般只提供開路和延時(shí)轉(zhuǎn)換模式。

PC級ATSE：可根據(jù)不同客戶不同負(fù)載環(huán)境，提供開路轉(zhuǎn)換、閉合轉(zhuǎn)換及延時(shí)轉(zhuǎn)換產(chǎn)品。對于重要場合，還可提供旁路-隔離型產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載不斷電情況下，進(jìn)行ATSE測試與故障處理。

4.ATSE的選用

目前自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATSE）的應(yīng)用領(lǐng)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(guān)重要。從以上兩種ATSE的對比可知，合理選擇ATSE對保證重要負(fù)荷的連續(xù)供電非常關(guān)鍵。下面就從幾個(gè)方面談一下如何合理選用ATSE：

4.1 負(fù)荷的重要性

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

4.2 轉(zhuǎn)換時(shí)間

CB級ATSE的總動作時(shí)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(zhuǎn)換時(shí)間要求比較高的場所，如醫(yī)療、商業(yè)、數(shù)據(jù)及金融交易中心等，應(yīng)采用PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。其他對轉(zhuǎn)換時(shí)間要求不太高的負(fù)荷可選用CB級ATSE。

4.3 供電方式

當(dāng)負(fù)荷容量大又比較集中時(shí)，需要在低壓配電室的母線上直接放射做雙電源轉(zhuǎn)換，或因電源進(jìn)線后需要直接做雙電源轉(zhuǎn)換的場合，如消防水泵房等，這類轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換，造成重大損失，若需要加裝保護(hù)電器時(shí)可另外選擇。

4.4 市電+柴油發(fā)電組型

當(dāng)兩路轉(zhuǎn)換電源分別為市電和柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，應(yīng)考慮到發(fā)電機(jī)組的特殊性，發(fā)電機(jī)組首先確認(rèn)市電斷電后才能自啟動，待發(fā)電機(jī)組電源各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到穩(wěn)定后才能輸出，并具有互聯(lián)裝置。轉(zhuǎn)換一般都在低壓配電室的母線上集中裝設(shè)，以便于使用和維護(hù)，由于發(fā)電機(jī)組輸出柜已裝保護(hù)電器，所以這類轉(zhuǎn)換方案宜選用PC級的ATSE。南水北調(diào)中線干線工程重要負(fù)荷點(diǎn)采用了此種供電方式，設(shè)計(jì)中應(yīng)選用PC級ATSE來保證供電的可靠性。

5.結(jié)語

綜上所述,筆者認(rèn)為,需要兩路電源保障的負(fù)荷都是比較重要的負(fù)荷,對供電可靠性的要求比較高,因此應(yīng)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(fā)揮功能,是理想的電源轉(zhuǎn)換方案,更適合未來對供電保障越來越高的要求。