消防供配電系統(tǒng)中自動轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備的選用

桂 斌

(昆明消防指揮學(xué)校，云南昆明 650208)

0 引言

在建筑物、構(gòu)筑物中消防供配電系統(tǒng)承擔著火災(zāi)發(fā)生時消防負荷連續(xù)、可靠用電的使命和任務(wù)。為了使消防供配電系統(tǒng)更經(jīng)濟、合理，消防負荷參照電力負荷等級劃分的方法以及各種建筑物、構(gòu)筑物的使用性質(zhì)、重要性、火災(zāi)危險性和火災(zāi)撲救難度的不同將消防負荷進行了分級。GB 50045—2005《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》將消防負荷分為一級、二級;GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》將消防負荷分為一級、二級和三級;GB 50160—2012《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》將消防負荷分為一級、二級。這些規(guī)范針對不同級別的消防負荷提出了連續(xù)、可靠供電的要求，同時對不同級別的消防負荷在火災(zāi)發(fā)生時消防負荷電源或回路的自動轉(zhuǎn)換進行了不同的規(guī)定和要求。

1 ATSE分類

自動轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備(Automatic Transfer Switching Equipment，ATSE)是由一個(或幾個)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器和其他必要的電器組成，用于監(jiān)測電源電路，并將一個或多個負載電路從一個電源(回路)轉(zhuǎn)至另一個電源(回路)的電器。

GB 14048—2012《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》將ATSE分成PC級、CB級和CC級。根據(jù)采用結(jié)構(gòu)形式的不同，PC級分為負荷開關(guān)雙投型和接觸器雙投型，CB級分為斷路器投切型和控制保護器投切型。ATSE分類如圖1所示。

圖1 ATSE分類

(1)PC級ATSE，能夠接通、承載，但不用于分斷短路電流，以負荷隔離開關(guān)為主體開關(guān)，能快速接通分斷電路或進行電路的轉(zhuǎn)換。

(2)CB級ATSE，配備過電流脫扣器，其主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流，以斷路器作為主體開關(guān)。

(3)CC級ATSE，能夠接通、承載，但不用于分斷短路電流(受短路電流沖擊后，主觸頭允許熔焊)，主體部分由接觸器構(gòu)成。CC級ATSE觸頭允許熔焊，在長期通電、頻繁動作時易發(fā)生熔焊，因此 CC級 ATSE一般不用于消防供配電系統(tǒng)。

2 ATSE可靠性分析

2.1 PC級ATSE

PC級ATSE開關(guān)本體是負荷開關(guān)，當ATSE下端存在短路故障時，消防供配電系統(tǒng)可能會投切到短路故障線路上。

由于ATSE下端存在短路故障的可能，而PC級又不具備切斷短路電流的能力，其前端常需要設(shè)置短路保護電器。PC級ATSE電路如圖2所示。

圖2 PC級ATSE電路

圖2中，當ATSE下端(P3點以下)發(fā)生故障，如母線短路或出線短路而其開關(guān)或保護拒動，上端裝設(shè)的QF1過電流保護動作而跳閘，控制器KZ檢測到P1點失電，發(fā)出ATSE轉(zhuǎn)換指令，S2合閘，接通短路電流。所以，在選擇PC級時需要注意以上情況的出現(xiàn)。

2.2 CB級ATSE

CB級ATSE電路如圖3所示。

圖3中，當ATSE下端(P3點以下)發(fā)生短路故障，QF1因其過電流保護動作而跳閘，控制器KZ未檢測到P1點失電，不會發(fā)出轉(zhuǎn)換指令，造成負載失電。CB級ATSE因保護脫扣造成ATSE不轉(zhuǎn)換，在正常電源并未發(fā)生改變的情況下，使消防供配電系統(tǒng)不能保證消防負荷的連續(xù)供電，從而達不到高壓線路中工作回路上的電壓消失時自動裝置均應(yīng)延時動作而保證自動投入裝置只動作一次的要求。此外，CB級ATSE開關(guān)主體為斷路器，斷路器的操作機構(gòu)存在滑扣、再扣的問題，降低了消防供配電系統(tǒng)供電的可靠性。

圖3 CB級ATSE電路

因此，從各級ATSE可靠性分析中可以得到以下結(jié)論:

(1)在消防供配電系統(tǒng)中選用PC級ATSE時，考慮了人的安全因素，能夠承受沖擊電流。

(2)CB級ATSE可能因脫扣因素造成ATSE不轉(zhuǎn)換，使消防供配電系統(tǒng)不能連續(xù)供電，因此不能直接用于消防供配電系統(tǒng)。

(3)CC級ATSE一般不用于消防供配電系統(tǒng)。

3 ATSE工作位

根據(jù)ATSE是否提供置零的情況，將ATSE工作位分為二工作位和三工作位。

3.1 二工作位

二工作位ATSE只有正常和備用兩種工作位置，除轉(zhuǎn)換過程中必有一路電源處于接通狀態(tài)，不會因任何原因?qū)е轮形煌?，要求其操作機構(gòu)不應(yīng)使負載電路與常、備用電源長期斷開。

3.2 三工作位

ATSE主觸頭有三個工作位，即常用電源位、備用電源位及斷開位置。三工作位的ATSE可作為延時轉(zhuǎn)換型ATSE。根據(jù)負荷性質(zhì)調(diào)節(jié)延時時間，達到安全轉(zhuǎn)換的目的，可以減少大功率感性負荷在轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的沖擊電流;對大容量的高感性負載(如變壓器、大容量的電動機等負載)原則上不進行直接轉(zhuǎn)換，應(yīng)采用具有隔離性質(zhì)的三工作位ATSE。

根據(jù)ATSE的工作位特點，二工作位ATSE可以用于二線式配電的消防負荷供電，三工作位ATSE可以用于三線式配電的消防負荷供電。

4 ATSE轉(zhuǎn)換時間

ATSE每一次轉(zhuǎn)換都會對應(yīng)一個斷電過程，對消防供配電系統(tǒng)的可靠供電產(chǎn)生一定的影響，因此在消防供配電系統(tǒng)中選用ATSE時，要結(jié)合不同的負載和電源考慮。

4.1 ATSE動作時間

ATSE總動作時間為人為設(shè)定的延時時間+上下級級差時間+ATSE轉(zhuǎn)換動作時間。人為設(shè)定的延時時間是由電力設(shè)計人員根據(jù)系統(tǒng)需要完成規(guī)定操作所需時間設(shè)定的;上下級級差時間是由于ATSE在完成自動轉(zhuǎn)換過程中，可能存在需要上下級間配合完成的情況，對于ATSE的級間配合轉(zhuǎn)換，上下級間需要有一個時間差，一般前級轉(zhuǎn)換快于后級的約為0.5 s;ATSE轉(zhuǎn)換動作時間是由驅(qū)動機構(gòu)確定的，在目前生產(chǎn)工藝條件下，PC級、CB級 ATSE轉(zhuǎn)換動作時間如表1所示。

表1 PC級、CB級ATSE轉(zhuǎn)換動作時間

4.2 消防負荷允許中斷供電時間

消防負荷允許中斷供電時間如表2所示。

表2 消防負荷允許中斷供電時間

從動作時間來看，可以通過ATSE轉(zhuǎn)換動作時間計算出ATSE總動作時間。當總動作時間滿足消防負荷允許中斷供電時間要求時，可以把此級的ATSE運用到消防供配電系統(tǒng)中，用于對消防負荷的供電。

4.3 ATSE使用類別

為保證ATSE在火災(zāi)發(fā)生時能進行可靠的轉(zhuǎn)換，還需要考慮ATSE的試驗電流、電壓、功率因數(shù)或時間常數(shù)、操作循環(huán)次數(shù)、通電時間、斷電時間等參數(shù)，從而確定 ATSE使用類別，如表3所示。

文獻［9］根據(jù)不同用途和操作頻率的ATSE選擇進行了明確規(guī)定，因此在消防供配電系統(tǒng)中選用ATSE時只需對照選擇即可。

表3 ATSE使用類別

5 結(jié)語

ATSE在消防供配電系統(tǒng)中起著非常重要的作用，在選用時從可靠性、消防負荷的配電方式以及消防負荷允許中斷供電時間和ATSE類別上進行考慮，這樣才能保證消防供配電系統(tǒng)的正常供電以及消防負荷的正常用電。

［1］ GB 50045—2005 高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［2］ GB 50016—2014 建筑設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［3］ GB 50160—2012 石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［4］ GB/T 50083—2014 汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［5］ GB 50098—1999 人民防空工程設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［6］ GB 50116—2013 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］.

［7］ GB 14048—2012 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備［S］.

［8］ GB 17945—2010 消防應(yīng)急燈具［S］.

［9］ 戴瑜興，黃鐵兵，梁志超.民用建筑電氣設(shè)計手冊［M］.2版，北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.