淺談雙電源切換開(kāi)關(guān)的應(yīng)用及選擇

劉勇

摘 要：雙電源切換開(kāi)關(guān)是保證供電可靠性的開(kāi)關(guān)器件之一，文章從結(jié)構(gòu)、原理、使用上分析和比較了PC級(jí)和CB級(jí)兩類開(kāi)關(guān)的不同，為各行各業(yè)使用上的選擇提供了參考。

關(guān)鍵詞：雙電源切換開(kāi)關(guān)；CB級(jí)；PC級(jí)

引言

持續(xù)的電力供應(yīng)是企業(yè)的安全生產(chǎn)最重要的外在條件，其質(zhì)量與穩(wěn)定性也直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)效益，如何確保日常用電安全，保證對(duì)重要負(fù)載的不間斷供電，顯得尤為重要。根據(jù)GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷需要設(shè)置雙路電源，以保證重要負(fù)荷的供電可靠性，末端雙電源自動(dòng)切換裝置ATSE作為轉(zhuǎn)換電源的關(guān)鍵性電氣元器件，在行業(yè)供配電系統(tǒng)中占據(jù)了非常特殊的地位。

1 雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的介紹和比較

自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器（AutomaticTransferSwitchingEquipment，簡(jiǎn)稱ATSE），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB14048.11定義：由一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備構(gòu)成的電器，該電器用于從一路電源斷開(kāi)負(fù)載電路，并連接至另外一路電源上。IEC60947-6-1定義：由一個(gè)（或幾個(gè)）轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器和其他必需的電器組成，用于監(jiān)視電源電路，并將一個(gè)或幾個(gè)負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換至另一個(gè)電源的自動(dòng)電器。為了保證供電負(fù)荷的可靠性，現(xiàn)在交流額定電壓不超過(guò)1000V的重要負(fù)荷一般由兩個(gè)電源供電，一個(gè)是常用電源，一個(gè)是備用電源。常用電源故障時(shí)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)能夠自動(dòng)將一個(gè)普通負(fù)載轉(zhuǎn)換到備用電源側(cè)，并且當(dāng)常用電源恢復(fù)時(shí)，能夠自動(dòng)將負(fù)載從備用側(cè)轉(zhuǎn)回到常用電源側(cè)。

1.1 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)分類

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)常見(jiàn)的ATSE設(shè)備主要有兩類，CB級(jí)和PC級(jí)，PC級(jí)可細(xì)分為派生PC級(jí)和專業(yè)PC級(jí)。

CB級(jí)：通常是有兩個(gè)斷路器機(jī)械連鎖組成，配備過(guò)電流脫扣器，觸頭能夠接通并用于分?jǐn)喽搪冯娏?。既能?shí)現(xiàn)雙電源自動(dòng)切換的功能，又具有短路電流保護(hù)的功能。由于具備選擇性的保護(hù)功能，能夠?qū)δ┒说呢?fù)荷和電纜線路進(jìn)行短路和過(guò)載保護(hù)。

PC級(jí)：能夠接通和承載，但不用于分?jǐn)喽搪冯娏?，只能?shí)現(xiàn)雙電源的自動(dòng)切換功能，不具備短路電流分?jǐn)嗄芰?。但具備較高的耐受和接通能力，并且有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、轉(zhuǎn)換速度快、動(dòng)作可靠等優(yōu)點(diǎn)，使用時(shí)需要配備短路保護(hù)的開(kāi)關(guān)。而派生式PC級(jí)ATSE，都只是在CB級(jí)ATSE的基礎(chǔ)上把本體開(kāi)關(guān)由斷路器換成了負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)，只摘除了斷路器的過(guò)電流脫扣器，并沒(méi)有解決其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、觸頭耐受故障電流值低的問(wèn)題。

1.2 CB級(jí)和PC級(jí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)比較

1.2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)不同。CB級(jí)ATSE是由斷路器組成，而斷路器是以分?jǐn)嚯娀橹鳎笏臋C(jī)構(gòu)能夠快速脫扣，因而存在滑扣、再扣問(wèn)題。另外機(jī)械連鎖復(fù)雜，基本上是由兩個(gè)斷路器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)操作分?jǐn)嗪烷]合，實(shí)現(xiàn)電路轉(zhuǎn)換。一個(gè)功能需要三個(gè)獨(dú)立的單元共同配合完成，任何一個(gè)故障，都導(dǎo)致轉(zhuǎn)換失敗。PC級(jí)ATSE采用勵(lì)磁機(jī)構(gòu)，可靠性遠(yuǎn)高于CB級(jí)產(chǎn)品。

1.2.2 觸頭材料不同。CB級(jí)斷路器常用銀鎢、銀碳化鎢材料配對(duì)，有利于分?jǐn)嚯娀?。但該材料易氧化，備用觸頭長(zhǎng)期暴露在外，表面氧化后，增大接觸電阻。備用觸頭一旦投入使用，觸頭溫升增高易燒毀開(kāi)關(guān)。而PC級(jí)ATS充分考慮了觸頭材料氧化帶來(lái)的后果，采用銀合金，高度抗燃燒。而且當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，每一次接觸自滑觸點(diǎn)可以清理灰塵和氧化，這大大提高了ATSE的使用壽命。觸頭可承受20Ie及以上過(guò)載電流，觸頭壓力大，不易斥開(kāi)，也易被熔焊，這一特性對(duì)于消防應(yīng)急系統(tǒng)供電非常重要。

1.2.3 故障時(shí)對(duì)線路的影響不同。CB級(jí)ATSE采用的斷路器有過(guò)載保護(hù)功能，在出口側(cè)發(fā)生過(guò)載或短路故障時(shí)，CB級(jí)ATSE僅鎖定故障，斷路器跳閘，但不自動(dòng)轉(zhuǎn)換。而PC級(jí)ATSE沒(méi)有保護(hù)功能，可以從故障線路切換到另一路電源，可以保證線路的持續(xù)供電。如圖所示。

對(duì)于民用建筑，《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2005）第9.1.2條規(guī)定，高層建筑的消防控制室、消防水泵、消防電梯、防排煙風(fēng)機(jī)等的供電，應(yīng)在最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置。經(jīng)過(guò)上述比較，對(duì)于不可因?yàn)榫€路過(guò)流而中斷供電的用電負(fù)荷，均應(yīng)該選用一體化PC級(jí)ATSE。對(duì)于消防負(fù)荷國(guó)標(biāo)強(qiáng)制使用PC級(jí)ATSE；另外高檔辦公樓、酒店、醫(yī)院（手術(shù)室、ICU、血透等）公共建筑配電首選PC級(jí)ATSE；通訊設(shè)備，數(shù)據(jù)機(jī)房配電等也首選PC級(jí)ATSE。

2自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的應(yīng)用功能

目前，大多數(shù)ATSE是集開(kāi)關(guān)與邏輯控制于一體，無(wú)需外加控制器，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。由于ATSE的控制器標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，同一供應(yīng)商一般都有多種型號(hào)，不同供應(yīng)商之間的差別更大，所以需要有選擇的使用，通?？刂破骶哂幸韵鹿δ埽海?）適用于寬廣的電壓范圍（如適用于AC100～480V），較寬的頻率范圍（如適用于50Hz和60Hz之外的其他頻率）。適用于各類型負(fù)載，電動(dòng)機(jī)負(fù)載或包含電動(dòng)機(jī)、電阻性負(fù)載和30%以下白熾燈負(fù)載的混合負(fù)載，控制器上能夠顯示常用參數(shù)。（2）可以帶載轉(zhuǎn)換，耐受一定的故障電流，一般都不需要外界獨(dú)立電源。（3）電源轉(zhuǎn)換模式為下列三種模式之一，控制器都可以手動(dòng)設(shè)置：a.自投不自復(fù)。當(dāng)常用電源參數(shù)超出設(shè)定值時(shí)，控制器發(fā)出指令，分?jǐn)喑Ｓ秒娫辞袚Q到備用電源并保持此狀態(tài)；b.自投自復(fù)。當(dāng)常用電源因故障切換到備用電源，而常用電源恢復(fù)正常后，控制器發(fā)出指令，從備用電源切換回常用電源；c.互為備用。常用電源故障時(shí)，控制器發(fā)出指令，切換到備用電源。當(dāng)備用電源故障時(shí)，控制器發(fā)出指令，令操作機(jī)構(gòu)切換回常用電源。（4）轉(zhuǎn)換條件。ATSE標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制規(guī)定失壓、任意一相缺相必須轉(zhuǎn)換。另外，欠壓、過(guò)壓、頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)、線路噪聲這幾項(xiàng)參數(shù)是否屬于故障電源狀態(tài)，取決于用電設(shè)備對(duì)電源質(zhì)量的要求和敏感度。（5）切換時(shí)間的設(shè)定。在常用電源轉(zhuǎn)換至備用電源時(shí)，為防止備用電源在市電瞬態(tài)波動(dòng)或失壓，ATSE具有延時(shí)檢測(cè)功能。目前這一指標(biāo)設(shè)計(jì)規(guī)范中沒(méi)有給出明確指標(biāo)，可根據(jù)用電負(fù)荷的類型進(jìn)行設(shè)定，普遍廠家均有1～300s范圍內(nèi)調(diào)整，部分廠家可以0～999s內(nèi)設(shè)定，最快的切換可以達(dá)到毫秒級(jí)，并且可以同相位切換。（6）級(jí)數(shù)的選擇。根據(jù)IEC456.1.5規(guī)定，正常供電電源與備用發(fā)電機(jī)之間若不是同一接地網(wǎng)絡(luò)時(shí)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)該選用四極開(kāi)關(guān)，N線應(yīng)完全隔離。目的是防止ATSE切換時(shí)，不同系統(tǒng)中N線電位漂移，影響系統(tǒng)供電質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電力供應(yīng)的連續(xù)性要求越來(lái)越高，ATSE是保證供電可靠性的電器元件之一。所以具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力高、切換快、不帶零位等性能的一體化專業(yè)PC級(jí)ATSE是雙電源緊急供電系統(tǒng)中的首要選擇?，F(xiàn)在有的廠商已經(jīng)不生產(chǎn)CB級(jí)自帶斷路器的ATSE產(chǎn)品，其目的也是增加電源的可靠性，主要實(shí)現(xiàn)切換功能，而不是保護(hù)功能。進(jìn)幾年自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)的技術(shù)發(fā)展較快，新型產(chǎn)品已在不斷涌現(xiàn)，發(fā)展趨勢(shì)也必然向大電流、更多電壓等級(jí)、更高的可靠性、控制功能更完善的方向發(fā)展。所以在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)依據(jù)國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范對(duì)重要用負(fù)荷按照等級(jí)的分類及要求，并切合實(shí)際需求設(shè)計(jì)選用合適的ATSE，提供安全、優(yōu)質(zhì)、可靠的電力供應(yīng)。