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            自動轉換開關電器(ATSE)標準、結構、選用

            2013/12/3 11:20:33      點擊:

                    目前,雙電源自動轉換開關(ATS)在國內已經有幾十年的運用歷史,在沒有標準之前,各種開關(接觸器、斷路器、隔離開關等)都被運用在雙電源自動轉換開關上面。自從國家標準GB/14048.11實施以來,雙電源自動轉換開關(ATS)作為一個獨立的低壓開關種類,被廣泛用于兩路電源間的自動轉換,以確保重要負載電源的連續供應。目前有多種型式的雙電源轉換開關,本文從標準、結構、選用等方面,給予探討,也希望能給廣大用戶和愛好者提供參考。

            一、 標準:  
            ◆國家標準:GB/T14048.11-2002
             IEC標準:IEC60947-6-1:1998 
              低壓開關設備和控制設備 第6部分:多功能電器 第一篇:自動轉換開關電器 
            ◆國家標準的定義:由一個(或幾個)轉換開關電器和其它必需的電器組成,用于檢測電源電路,并將一個或多個負載電路從一個電源自動轉換到另一個電源的電器! 
            ◆中文標準名稱:自動轉換開關電器 英文標準名稱:Automatic Transfer Switching Equipment (ATSE)  
            ◆PC級ATSE:能夠接通、承載、但不用于分斷短路電流的ATSE! 
            CB級ATSE:配備過電流脫扣器的ATSE,它的主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流  
            ◆認證情況:中國、IEC、UL都對ATSE制訂專門的標準(幾個標準完全等同),所以,就必須選擇符合標準的ATSE,由于我國ATSE沒有實行CCC認證,所以,目前符合國家標準的唯一依據就是獲得由中國質量認證中心按照GB/T14048.11標準頒發的CQC證書。
            ◆特別說明:
            •  在沒有國家標準之前,只要具有失電自動轉換功能,都被用于兩路電源間的自動轉換,最早的就是用兩個接觸器加一個邏輯電路控制器組合而成的產品。在有了國家標準之后,選擇ATSE就必須以國家標準為最低要求設計、制造、選擇和使用。目前,由于ATSE沒有實施CCC認證,所以,能夠證明一個開關是否符合ATSE國家標準的唯一依據就是CQC認證(按照GB/14048.11標準);
            •  ATSE標準分PC級和CB級兩種類別,國標里其進行CQC認證的型式試驗的內容是不一樣的,所發的CQC證書也是不同的,不能夠互相代替,也不能夠混淆;
            •  ATSE是一個裝置,由開關本體和檢測控制器組成,能夠實時檢測兩路電源的狀態,當常用電源出現故障時(一相或者多相斷相、欠壓、過壓、頻率偏差等),能夠將開關自動轉換到備用電源?刂破魇瞧浔夭豢缮俚慕M成部分,也是ATSE與其它低壓開關的主要區別,對其功能、可靠性必須給予高度重視。

            二、 結構分析:  
            ◆ATSE一般由三部分組成:開關本體(ATS)、驅動/保持機構、控制器  
            ◆開關本體:指主觸頭的結構、材料、動靜觸頭連接方式、觸頭壓力、同步性、超程、動觸頭開啟速度、滅弧方式等等構成! 
            ◆驅動/保持機構:使觸頭完成閉合、開啟的傳動機構。有三種方式,電磁直接驅動/保持(例如接觸器);勵磁+連杠傳動驅動/機械保持;減速電機+傳動機構驅動/機械保持! 
            ◆控制器:從僅有單相缺相控制功能到具有超過ATSE預設定的參數要求的參數檢測、現場設定、顯示、帶通訊接口等功能,差別很大! 
            ◆提示:一個真正技術先進、可靠性高的ATSE,必須是以上三個部分都同步達到相應的水平。一個部分的缺陷,就是整個ATSE的缺陷。選擇高可靠性的ATSE,也必須從以上三個方面綜合判斷! 
            ◆下面就目前國內市場供應的產品,進行分析:
            •  開關本體(ATS):開關本體是ATSE的核心,ATSE的電氣性能基本取決于此。目前市場上銷售的ATSE,有兩種本體結構:一種是直接采用標準的開關(接觸器、斷路器、隔離(負荷)開關)作為本體,市場90%以上的ATSE是此類結構。其特點是:利用現有已經非常成熟的開關,所以開發、制造成本低,開發風險小、投入少,產品上市速度快,國內有許多專門從事此類產品OEM貼牌的廠商。需要用戶注意,這種結構的開關,其電氣性能基本取決于所選用的本體開關的電氣性能。另一種是完全獨立單獨設計(以ASCO、KRC共立為代表)的本體結構。因為是專門設計,所以觸頭材料、壓力、開啟速度、滅弧等開關的所有性能都可以按照要求設計(特別是高于國家標準要求或者特殊用途,例如AC-33A、耐高電流沖擊能力等)。這類產品的缺點是:開發周期長、成本高;產品成本高! 
            本體結構的選擇依據,主要取決于使用類別(負載類型)。例如,用于消防水泵、風機和電梯的ATSE,屬于電感性負載,所以要求選用使用類別為AC-33B的ATSE產品。美國ASCO、日本共立KRC的ATSE產品甚至達到AC-33A的要求。盡管ATSE是非頻繁操作的開關,但按照AC-33A的要求制造,體現產品更高的可靠性!
            按照國標GB/T14048.11-2002交流自動轉換開關使用類別分類如下: 
            電流性質 使用類別 典型用途
             頻繁操作 不頻繁操作 
            交流 AC-31A AC-31B 無感或微感負載
             AC-33A AC-33B 電動機負載或包含電動機、電阻負載和30%以下白熾燈負載的混合負載
             AC-35A AC-35B 放電燈負載
             AC-36A AC-36B 白熾燈負載

                   根據本產品的研發經驗,要滿足AC-33使用類別標準,開關就必須采用特殊的觸頭材料(銀合金)、開啟速度要快(>0.5m/s)、要有專門的滅弧裝置快速滅弧。一般采用銅材作觸頭材料、用電機驅動(開啟速度慢)、沒有特別滅弧裝置的開關,是很難通過真正嚴格按照AC-33使用類別,同時滿足ATSE機械、電氣壽命等國家標準要求試驗的! 
            •  .驅動/保持機構:因為采用的本體結構不同,所以導致驅動/保持的結構也不同。采用現成的斷路器和隔離(負荷)開關作為本體,驅動機構是減速電機+傳動連桿,機械連鎖、機械保持,保持狀態無需電能。這種結構的特點是:轉換速度較慢、觸頭分離速度慢(相對于勵磁直接驅動)。專門設計的ATSE,采用的是勵磁驅動+連桿傳動,機械保持、結構連鎖,這種結構轉換速度快,觸頭分離速度快(100A以下可以達到0.75m/s以上)! 
            •  控制器:控制器是ATSE必不可少的組成部分,ATSE能否在關鍵時刻發揮作用,控制器的可靠性是關鍵,這也是ATSE區別于其它低壓開關的最重要之處。一般用戶(包括一些制造商)往往只關注ATSE的電氣性能,忽視了控制器的功能和可靠性。實際上,ATSE在使用過程中,絕大部分故障是控制器故障。因為只有控制器是連續工作的器件,所以其設計、制造、檢驗都要嚴格控制! 
                   目前市場上供應的ATSE控制器,最簡單的是只能檢測一路電源的斷相,復雜的可以檢測除電源故障(一相或者多相斷相、欠壓、過壓、頻率偏差等)以外,還可以檢測發電機的多個參數、可以提供發電機控制信號和通訊接口等等。選用什么樣的控制器,需要考慮系統設計和負載! 
            ◆特別提示:
            •  在一個系統中,各級ATSE的轉換時間要有一個合理的“順序”,這就要求ATSE的控制器可以在現場設定ATSE的轉換時間;
            •  帶通訊接口的控制器,需要能夠提供與上位機通訊記錄的檢測報告,因為只有通訊接口(硬件)不能保證能夠正常通訊(軟件)。

            三、 選用注意事項
            •  必須選擇滿足國家ATSE標準要求的產品,具備CQC認證(按照GB/14048.11標準)是目前唯一的依據;
            •  從結構可靠性來講,PC級ATSE可靠性高于采用斷路器組成的CB級ATSE,所以,高可靠性要求的場所,宜選用PC級ATSE(美國ASCO、GE,日本共立KRC、愛知,法國溯高美等國際知名專業ATSE廠商只提供PC級ATSE也是佐證);
            •  設計時選用PC級還是CB級,考慮的出發點不應是是否需要短路保護功能(PC級前面加上短路保護電氣,系統就具備與CB級同樣的保護功能),而是可靠性和成本?煽啃砸蟾,宜選用PC級產品;要求成本低可選用CB級。
            •  斷開故障電源的時間,不同結構的產品是不同的,對故障電源(例如斷相)敏感度高的負載,就需要注意,應選用能夠快速斷開故障電源的勵磁驅動式ATSE。采用斷路器的CB級ATSE和采用隔離(負荷)開關的ATSE,是用減速電機驅動(電機轉速一般為15-20rpm,開關需要轉動到一定轉角后觸頭才能斷開),以100A以下電流等級開關為例,控制器發出轉換指令后,需要1秒以上的時間,故障電源才會斷開,而采用勵磁直接驅動的ATSE,只需要大約30毫秒,故障電源就可以斷開。
            •  PC級前端是否需要加短路保護電器取決于PC級ATSE能否承受前端短路保護電器保護電流的沖擊。如果能夠承受,切換箱內就不需要再加短路保護電器,如果不能承受,就需要加一個保護電流低于PC級ATSE額定限制短路電流的保護電器,這需要制造商提供ATSE額定限制短路電流的保護電器類型和參數。PC級ATSE的額定限制短路電流必須與前端保護電器類型和參數匹配,此點需要特別注意。
            •  要注意選擇適合負載特性的ATSE,此點非常重要,否則可能一次切換就導致開關損壞。帶電感負載的ATSE宜選用具有AC-33使用類別的ATSE。符合這種要求的開關,觸頭材料應當是銀合金,開啟速度要較快,還必須有專門的滅弧裝置。
            •  要充分注意操作、維護、更換的方便性:因為ATSE在國內還是較新的電器,使用時間短、范圍小,一般用戶(特別是不直接使用的用戶)不太注意產品的操作、維護、更換的方便性,但成熟的產品,應當是充分考慮這些因素的。因為控制器故障是ATSE使用過程中故障最多的部分,所以,控制器應當是外置式設計,也就是可以不用拆開關就可以方便快捷更換控制器。用斷路器的CB級ATSE,短路保護跳閘以后需要專門的操作才能夠恢復。如果出現其中一個斷路器故障,就必須整個更換新的同型號ATSE,如果不能隨時快速保證產品供應(制造商的供應和物流、服務能力),出現故障將會導致長期停電,這些需要事先充分考慮。
            •另外,建議一些場合可以選擇進口PC級開關本體(ATS),同時選擇配套的國產控制器。因為通過大量的工程實踐表明,全套進口的PC級ATSE價格比較高,而國內部分廠家生產的控制器質量和進口的差不多,且價格很實惠!

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