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合理选择与使用自动转换开关电器(ATSE)

北极星电力网技术频道    作者:3   2007/12/24 11:50:02   

 关键词:  变压器 开关 ATSE

摘要:自动转换开关电器简称为ATSE,是Automatictransferswitchingequipment的缩写。ATSE主要用在紧急供电系统,将负载电路从一个电源自动换接至另一个(备用)电源的开关电器,以确保重要负荷连续、可靠运行。因此,ATSE经常目前有四类。第一类.是由接触器组成的ATSE;第二类是由断路器组成的ATSE;第三类用电动负荷开关(符合GBl40483标准)完成两路电源转换的产品,第四类为PC级(一体式)ATSE。由接触器组成的ATSE产品,它的优点是价格低;缺点是线圈长期通电耗能易烧毁,产品的接通分断能力低,触头易抖动、熔焊。其产品可靠性很低,尤其是在带负荷转换时易出现爆炸性事故,这类产品在国外已被淘汰并禁止使用。为克服上述产品缺点,生产断路器企业推出了CB级ATSE,CB级ATSE是由断路器加机械连锁组成,CB级的A了SE为机械保持,触头的接通与分断能力有所提高,但又不是理想的ATSE产品(见本文第三段)。因此,市场出现了第三类产品一电动负荷开关,这类产品是由两台负荷开关组合加上电操装置组成,产品操作的可靠性又有较大提高,但触头灭弧系统是以分断一次电弧要求设计的,用在双电源电路切换,也存在不合理因素(见本文第三段)。为此,市场呼唤着理想的ATSE产品.PC级(一体式)ATSE产品综合了上述产品优点,克服了其缺点,是目前国内外市场较理想的双电源转换产品。2.国外ATSE产品简介2.1PC级(一体式)ATSE以美国为代表的ATSE技术代表着当今世界PC级ATSE先进水平。因为,ATSE产品率先是在军工领域得到使用,如雷达、通讯、航天等领域,而美国在上述领域处于世界领先地位,因此,美国对ATSE产品有较高要求,他们将ATSE产品视为电源一部分,为了提高其产品可靠性,不惜采用黄金作为触头材料。因此,在产品开发、研制方面投入较大。目前美国生产ATSE产品规模较大的企业有三至四家,如ONAN、ASCO、GE-ZENITH,主要生产PC级(一体式)ATSE产品,除基本型外,还有瞬间并联型、旁路、隔离型、延时转换型等。图2,图3分别为ONAN,ASCO产品机构及触头系统示意图.图20NAN产品触头为双刀单掷系统、两个电操做机构图3美国ASC0产品触头为单刀双掷系统、单台电操做机构2.2电子式ATSE为满足不停电电源要求,国外一些大公司推出以可控硅为主的电子式ATSE,额定工作电流100A~1200A,检测、转换时间≤5ms。它主要应用在电子商务网站、计算机数据中心、半导体芯片制造业及紧急救援中心等要害部门。3.同类产品结构分析与对比3.1CB级与PC级ATSE两者有以下几点区别3.1.1两者机构设计理念不同CB级是由断路器组成,而断路器是以分断电弧为己任,要求机构快速脱扣一般采用四连杆机构。四连杆机构易存在滑扣、再扣不可靠因素:而PC级机构存在该方面问题。因而PC级产品的可靠性远高于CB级产品。3.l.2断路器(MCCB)一般不承受短时耐受电流,触头压力较小。当供电电路生短路时,断路器的动触头易被斥开并产生限流作用,从而分断短路电流;而PC级ATSE应承受20Ie及以上过载电流,触头压力要求较大,因而ATSE触头不被斥开,也不易被熔焊。这一特性对消防供电系统尤为重要。3.l.3两路电源在转换过程中存在电源叠加问题。PC级ATSE充分考虑了这一因素。PC级ATSE的电气间隙、爬电距离一般断路器的电气间隙、爬电距离的180%、150%(标准要求)。因而PC级ATSE.全性更好。3.1.4触头材料的选择角度不同。断路器经常选择银钨、银碳化钨材料配对,这有利于分断电弧,但该类触头材料易氧化,备用触头长期暴露在外,在其表面易形成阻碍导电、难驱除的氧化物,当备用触头一但投入使用,触头温升增高易造成开关烧毁甚至爆炸;而PC级ATSE充分考虑了触头材料氧化带来的后果。3.1.5操作机构不同CB级ATSE的电动操作机构一般是通过微电机带动减速齿轮机构对断路器进行合分工作,又因断路器机构的限制,微电机必须工作到堵转后,靠行程开关才断开控制回路。众所周知,微电机堵转工作后,其寿命会大大降低。因而,CB级ATSE电动操作机构可靠性较低。而PC级ATSE的电动操作机构一般为短时工作电磁铁.由于电磁铁结构简单,工作可靠好,所以PC级ATSE电动操作机构的可靠性较高。3.2PC级ATSE与电动负荷开关区别3.2.1两者遵循的标准不同 PC级ATSE符合GB/T1404811《自动转换开关电器》。 电动负荷开关符合GBl40483《开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器》。3.2.2灭弧系统不同由于ATSE是在两路电源中带电(负荷)转换,因此,应考虑两路电源间相位问题。在电网电源与发电机组电源间转换时,可能出现120°相位差,所以,ATSE在做接通与分断试验时常用电源与备用电源相序不同(见图4,该图是国家标准GB/T140481l-2002《自动转换开关电器》中所规定的试验线路)。在不同相序下做转换试验,开关的触头系统会出现二次电弧,因此,要求开关在接通备用电源(或常用电源)前,第一个电弧必须熄灭,且游离气体迅速排放,否则,开关内部出现短路,造成转换失败。所以,自动转换开关电器的灭弧能力要比一般低压电器开关强,这也是一台优质ATSE价格贵的原因之一。而符合GBl4048.3《开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器》的产品(如电动负荷开关)没有该要求。图4ATSE接通与分断试验线路3.2.3两者电气性能要求不同a)两者的接通,分断能力不同。PC级ATSE在使用类别为AC-33A/B时,是在6Ie电流,1.05Ue电压条件下,接通/分断循环次数为50/12次:而负荷开关在使用类别为AC-23A/B时,在10Ie/8Ie电流,1.05Ue电压条件下,接通/分断5/3次。b)两者的电气寿命、机械寿命也不同。根据产品标准:电流等级≤300A、使用类别为AC-33B的PC级ATSE的电气寿命是在lIn/1Ue条件下至少操作循环1000次,机械寿命5000次;而相同电流等级、使用类别为AC-23B的负荷开关电气寿命仅在1In/lUe条件下操作200次,机械寿命1400次。3.2.4转换速度不同。PC级ATSE转换速度一般高于负荷开关2~3倍。3.2.5触头系统不同。负荷开关一般为V形触头系统。V形触头的特点是,新开关时动热稳定性好一些,但经过几次开断后触头间烧损易形成接触不良现象,而且,电弧转移慢,灭电弧性能差;而PC级ATSE触头一般为拍合式,触头在接触瞬间动静触头间有一摩擦,以利于触头良好接触,拍合式触头便于电弧快速移动,有利熄灭电弧。通过上述对比可知PC级ATSE是理想的电源转换开关产品。4.选择ATSE产品应注重的几个目前市场上自称ATSE产品较多。但是属于真正的ATSE产品不多。ATSE必须符合GB/Tl4048.11-2002《低压开关设备与控制设备第6部分:多功能电器第1篇:自动转换开关电器》。下面介绍选择ATSE产品应注重的几个问题。4.1注重产品符合什么标准。符合GBl4048.3-2003《开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器》产品只能叫电动(或电操作)转换开关。而GB/T14048.11-2002《自动转换开关电器》标准对产品考核较严酷,在电源间相序不同情况下,也答应带负载直接转换。4.2注重产品使用场所。CB级ATSE一般不答应在图5、图6所示的线路中使用。重要负载1重要负载2主消防泵各消防泵图5CB级ATSE多负载供电电路图图6消防泵供电电路例如,当负载l(或主消防泵)发生短路故障(过载或短路)引起Q1脱扣,因控制器仅检测ATSE进线端电源状态,不会发出动作指令.所以,ATSE不转换。此时,重要负载(或备用消防泵)处于断电状态。该供电系统没有起到安装ATSE实际作用。在美国对CB级ATSE使用也有严格限制。其中,ULl008第41.19条规定,带有过电流脱扣的转换开关,必须向用户提出“警告—假如过电流故障引起开关断开,ATSE将不会转换”警告标志。而PC级ATSE用在多负载供电系统或消防泵供电电路中,当负载1发生短路故障(见图1)时,短路保护器(Qg)动作后ATSE开始转换,可以确保重要负载连续供电。4.3选用PC级ATSE应注重以下几个问题4.3.1使用类别选择a.目前,我国市场上PC级ATSE有两种使用类别。一是适用于AC-33B:另一种适用于AC-31B;开关电器使用类别决定其开关电器的用途。AC-33B/A*:适用电动机混合负载。既包含电动机、电阻负载和30%以下白炽灯负载,接通与分断电流为6Ie,COSφ=05:AC-31B/A*:适用无感或微感负载,接通与分断电流为1.5Ie,COSφ=08;  (*B:表示不频繁操作;A:表示频繁操作。)由于ATSE较难通过AC-33B试验。因此,一些制造厂降低开关使用要求,才选择AC-31B使用类别。显而易见选择使用AC-33B的ATSE比选择使用AC-33B的ATSE更安全、可靠。b.小容量ATSE(≤100A)通常带电动机负载(如消防泵)直接转换,最好具有AC-3指标(直接通断鼠笼型电动机).按接通10Ie/分断8Ie,COSφ=0.45要求进行考核。使用中该产品更安全。4.3.2短路保护电器选择PC级ATSE不具有短路保护功能,因此,需配短路保护电器。短路保护电器一般有两种,熔断器或断路器。由于熔断器限流性能好,限制短路电流能力强,它常被使用在系统出现预期短路电流大的地点处;而断路器限流性能差,额定限制短路电流能力低。不同企业的ATSE产品,所规定的额定限制短路电流不同,表1为RTQl(TPl)自动转换开关电器所规定的额定限制短路电流*值。表1RTQl自动转换开关电器额定限制短路电流值额定电流(A)RTQ1-100RTQ1-200RTQ1-400RTQ1-800RTQ1-1600额定限制短路电流与熔断器配合(1:1)100kA100kA120kA120kA120kA与断路器配合(1:1)10kA20kA35kA42kA50kA注*电器的额定限制短路电流在一定试验条件下,用制造厂制定的短路保护电器进行保护的电器,在短路保护电器动作时间内能够照好地承受的预期短路电流值。见GBl4048.1中的4.3.6.4。在选择短路保护电器额定电流值时,一般的原则是短路保护电器(熔断器或断路器)与被保护电器(ATSE)额定框架电流值一致(即1:1)。4.3.3二段式与三段式选择二段式ATSE开关主触头仅有两个工作位,即“常用电源位”与“备用电源位”,负载不会出现长期断电情况,供电可靠性高,转换动作时间快。三段式ATSE开关主触头有三个工作位,多个“零位(是指电动状态下)”,即主触头处于空挡,负载断电时间相对较长.是二段式断电时间的2.3倍。三段式的“零位”主要是用于ATSE在带高感抗或大电机负载转换时,为避免冲击电流做“暂态停留”之用;而非用于负载维修时隔离之用。维修时的隔离一定要选择隔离开关,它更安全。因为,隔离开关必须具有以下功能:①动触头在断开位置时可锁定或可视;②具有较高的额定冲击耐受电压(1.25倍);③在任何情况下,极限泄漏电流不应超过6mA。4.4ATSE动作时间选择衡量一台ATSE转换速度有5种动作时间(见GB/T14048.11)。ATSE应向用户至少提供一种动作时间,便于用户依据使用要求进行选择。4.4.1触头转换时间测定从第一组主触头断开常用电源起至第二组主触头闭合备用电源为止的时间。4.4.2转换动作时间测定从主电源被监测到偏差的瞬间起至主触头闭合备用电源为止的时间(含机构动作时间),不包括特意引入(控制器)的延时。4.4.3总动作时间转换动作时间与特意引入(控制器)的延时之和。4.4.4返回转换时间从常用电源完全恢复正常的瞬间起至一组主触头闭合常用电源的瞬间为止的时间加上特意引入的延时。4.4.5断电时间测定从各相电弧最终熄灭的瞬间起至主触头闭合另一个电源为止的转换过程时间,包括特意引入的延时。一般用户应注重“总动作时间”或者“转换动作时间”,以满足不同配电系统使用要求。二段式PC级ATSE总动作时间一般在50~250ms;三段式PC级ATSE总动作时间一般在350~600ms;CB级ATSE总动作时间一般在2000~3000ms:4.5对高感抗负载转换控制应注重的问题ATSE一般是不答应带大电动机或高感抗负载转换。比如大电动机类负载,当其在运行中切换而电源相位差距较大时,它将受到巨大的机械应力冲击,同时由电动机产生的反电势引起的过电流还会造成熔断器熔断或断路器脱扣。解决方法常采用电阻吸收或减负荷方式,或自动转换开关为延时转换型,两组动触头在转换前增加一延时,可避免在切换大电机或变压器负载时引起的冲击电流。4.6产品认证情况介绍  我国从2002年5月1日起开始对低压电器产品实施3C认证,由于ATSE国家标准  GB/T14048.11-2002《自动转换开关电器》于2002年10月发布,2003年4月才开始实施,虽然自动转换开关电器被列入第一批3C认证目录,由于该国标迟于实施。所以,目前ATSE产品只能进行CQC认证(即自愿认证)。ATSE尚未进行3C认证。市场上自称获得3C证书的“ATSE”,实际是依据GBl4048.3-2003《开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器》标准获得“转换开关或电动转换开关”3C证书。希望设计、使用部门注重它们的区别。4种用于两路电源转换的开关电器产品结构及性能对比序号产品性能电源转换开关电器产品理想目标接触器负荷开关CB级ATSEPC级ATSE1开关本体2台接触器2台电动负荷开关2台断路器1台1台2开关机构电磁铁闸刀机构四连杆机构旋转机构旋转3机构可靠性线圈易烧毁好不好好好4保持方式通电机械机械机械机械5触头开距小小小大大6触头接触电阻小一般大小小7触头过载能力10Ie12Ie12Ie20Ie大8接通/分断能力小小大大大9耐短路能力触头易融焊大触头易拆开大大10机械/电气寿命高低低高高11电气间隙/爬电距离小小小大大12使用类别单台AC-3单台AC-23AC-33AC-33AC-3313过电流引起转换失灵不能不能能不能不能14转换速度一般一般慢快快15产品体积小大大小*小16控制接线简单复杂复杂简单简单17符合标准GB14048.4GB14048.3GB14048.2GB/T14048.11GB/T14048.11GB/T14048.1118性能比最低低低高高*PC级ATSE的体积是CB级ATSE体积的30%~40%

来源:曲德刚
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