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雙電源轉換開關電器的選擇及應用

雙電源轉換開關電器的選擇及應用

北京市建築設計研究院(100045)

洪元頤 任紅 羅潔 韓全勝 林驥

 

   摘要  闡述了雙電源轉換開關的定義、分類、結構形式、標準、雙投式轉換開關的形式、

主要性能指標及其適用場所,並剖析了轉換開關與控製器的相互依存關係,及選型、應用的

技術要點。

   關鍵詞  轉換時間、PCATSECBATSE、旁路型ATSE、隔離電器、短路保護電器、

轉換開關控製器。

 

一、概述

依據國家規範GB50052-95《供配電係統設計規範》與行業標準JGJ/16-92《民用建築電氣設計規範》的要求:對於一些較重要的一、二級負荷,應采用雙電源供電。但建築物的應急照明、消防控製室、消防水泵、消防電梯、防煙排煙風機等消防設備的供電,應在*末上等配電箱處設置自動切換裝置。為保證重要負荷供電的連續性,雙電源自動轉換開關電器的應用需求已越來越大,技術性能要求也越來越高,對產品的合理選擇就變得更加重要。因為產品的技術水平高低以及先進性和可靠性如何,將直接影響著各重要場所用電的安全與可靠,這已成為低壓配電係統中不可缺少的一個重要組成部分。所以在工程設計中設計人員應熟悉和了解其類型、組成與工作原理、主要特點及功能等,以便在滿足係統功能的原則下正確選擇及合理應用。

二、轉換開關電器的選用原則

2.1  基本概念

           自動轉換開關電器,即ATSEAutomatic Transfer Switching Equipment)。主要適用於交流不超過1000V或直流不超過1500V的緊急供電係統,用於兩路電源切換,在轉換電源期間中斷向負載供電。

     2.1.1 定義:

         根據IEC國際標準定義:由一個或多個轉換開關電器和其它必要的電器組成,用於檢測電源電路,並將一個或多個負載電路從一個電源轉換至另一個電源的電器。

[說明1] 操作程序:當存在常用電源和備用電源兩個電源的情況下,ATSE應指定一個常用電源位置,其操作程序由兩個自動轉換過程組成;如果常用電源被檢測到出現偏差,則自動將負載從常用電源轉換至備用電源;如果常用電源恢複正常,則自動將負載返回換接到常用電源。換接時間可預定延時或無延時。

[說明2] 被檢測的電源偏差:被檢測的電源特性的改變,當電源特性偏離規定限值(如電源電壓或頻率的非正常改變)時,被檢測到的電源偏差將為信號使ATSE動作。

2.1.2分類:

         根據IEC-60947-6國際標準規定,自動轉換開關電器可分為PC級或CB級兩個級別。

PC級:能夠接通、承載,但不用於分斷短路電流的ATSE

CB級:配備過電流脫扣器的ATSE,它的主觸頭能夠接通並用於分斷短路電流。

2.1.3結構形式:

l  接觸器式 ATS—用兩台交流接觸器和一些聯鎖裝置搭接而成。

l  斷路器式ATS—用兩台斷路器和外在的機械聯鎖裝置組合而成。

l  負荷開關式ATS—用兩台負荷開關和一套內置的聯鎖機構組合而成。

l  雙投式ATS—用電磁力驅動、內置的機械結構保持狀態,單刀雙投一體化的轉換開關。

[說明1] 負載開關和接觸器雙投型的ATS都屬於PC級,本體隻能作為自動轉換開關使用,不具備過載和短路以及其它保護功能。

[說明2] 短路器和控製保護器投切型的ATS都屬於CB級,本體作為自動轉換開關使用外,還具備過載、短路以及其它保護功能,從而實現對負載的兩段或三段及其它保護功能。

2.1.4  ATS的應用(1)

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                                   正常/應急

 

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     馬達換向

 

                                                                                            

 

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     負載轉換

 

 

 


                                  

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                                    旁路

 

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                                    接地

 

                             1

2.2 轉換開關電器的主要性能指標

2.2.1轉換時間

a. 觸頭轉換時間:從**組主觸頭斷開常用電源起至第二組主觸頭閉合備用電源為止的時間。

b. 轉換動作時間:主電源被監測到偏差的瞬間起至主觸頭閉合備用電源為止的時間,不包括特意引入的延時。

c. 總動作時間:轉換動作時間與特意引入的延時之和。

e. 返回轉換時間:從常用電源完全恢複正常的瞬間起至一組主觸頭閉合常用電源的瞬間為止的時間加上特意引入的延時

f. 斷電時間:從各相電弧*終熄滅的瞬間起至主觸頭閉合另一個電源為止的轉換過程時間,包括特意引入的延時。

2.2.2額定接通和分斷能力:

額定接通和分斷能力是製造廠規定的,在規定條件下ATSE足以能夠接通與分斷的電流值。

對於交流,額定接通和分斷能力用電流的交流分量有效值表示。

2.2.3額定短時耐受電流:

額定短時耐受電流是製造廠規定的,在國家標準GB/T 14048.11-20028.3.4.3條規定的試驗條件下,電器能夠承載的短時耐受電流值。

對於交流,額定短時耐受電流值用電流的交流分量有效值表示。

按照國標要求,驗證短時耐受電流能力的試驗僅在PCATSE上進行。

2.2.4額定短路分斷能力:

額定短路分斷能力是製造廠規定的,在額定工作電壓、額定頻率與規定的功率因數(或時間常數)下,電器的短路分斷能力值。

額定短路分斷能力用預期分斷電流值表示。

額定短路分斷能力是指CBATSE應能分斷額定短路分斷能力及以下的任何電流。

2.2.5額定限製短路電流:

額定限製短路電流是製造廠規定的,在國家標準GB/T 14048.11-20028.3.4.4條規定的試驗條件下,被指定的短路保護電器保護的ATSE在短路保護電器動作時間內足以能夠承受的預期短路電流值。

按照國標要求,驗證額定限製短路電流的試驗僅在PCATSE上進行。

2.3 自動轉換開關電器的性能應滿足供配電係統的要求:

2.3.1自動轉換開關電器前是否需設置隔離電器:

自動轉換開關電器是由開關與轉換控製器(或微型控製電腦)及傳動機構(微型電機或電磁操作機構)組合而成的機電一體化帶機電連鎖的開關電器,適用於上等負荷及二級負荷的供配電係統中主電源與備用電源的自動轉換。根據有關規範對配電係統的要求,上等負荷及二級負荷配電係統應采用雙電源供電末端自動互投,按其使用性質自動轉換開關電器通常安裝在配電係統*後上等的配電箱、櫃的進線側。(市電-發電機主備型除外)

根據《低壓配電設計規範》GB50054-95

2.1.3條當維護、測試和檢修設備需斷開電源時,應設置隔離電器。

2.1.6條隔離電器可采用下列電器:

1. 單極或多極隔離開關、隔離插頭;

2. 插頭與插座;

3. 連接片;

4. 不需要拆除導線的特殊端子;

5. 熔斷器。

以及《通用用電設備配電設計規範》GB50055-93

2.5.1條隔離電器的裝設應符合下列規定:

1.每台電動機的主回路上應裝設隔離電器,當符合下列條件之一時,數台電動機可共用一套隔離電器:

(1)共用一套短路保護電器的一組電動機;

(2)由同一配電箱(屏)供電且允許無選擇地斷開的一組電動機。

2.電動機及其控製電器宜共用一套隔離電器。符合隔離要求的短路保護電器可兼作隔離電器。

3.隔離電器宜裝設在控製電器附近或其他便於操作和維修的地點。無載開斷的隔離電器應能防止無關人員誤操作。

現行國家標準《低壓電器基本標準》中,已將低壓空氣式開關(刀開關)、隔離開關、隔離器、熔斷器式開關、熔斷器式隔離器等隔離電器;低壓斷路器標準中亦列入了隔離型。

根據以上規範及標準的相關要求,在配電係統中自動轉換開關電器前端應設置隔離電器。

2.3.2 自動轉換開關電器是否可作為隔離電器使用:

根據自動轉換開關電器的定義,自動轉換開關電器是由一個(或幾個)轉換開關電器和其他必需的電器(轉換控製器)組成。用於檢測電源電路,並將一個或幾個負載電路從一個電源自動換接至另一個電源的開關電器。從自動轉換開關電器的定義可以看出,自動轉換開關電器應用在電氣係統中主要目的是在一、二級負荷緊急供電係統中,檢測被監測電源(兩路)的工作狀態,當被監測的電源發生故障時,將負載電路從一個電源換接至另一個電源,以保證供電的連續性,確保重要負荷連續可靠運行。目前自動轉換開關電器有二段式和三段式兩種,二段式自動轉換開關電器開關主觸頭僅有兩個工作位(正常電源位及備用電源位),這種自動轉換開關電器轉換動作時間較快;三段式自動轉換開關電器開關主觸頭有三個工作位,(正常電源位、備用電源位及零位),零位時主觸頭處於空擋,因為設置了零位,三段式自動轉換開關電器轉換動作時間較慢,三段式自動轉換開關電器設置“零位”的主要作用是當負載為高感抗或大電機負載時,為避免衝擊電流做暫態停留之用,而非用於負載維修時隔離之用。另一方麵,自動轉換開關電器自身也有檢修和維護的可能,所以帶零位的三段式自動轉換開關電器不宜兼做隔離電器,為滿足維修問題需要隔離時,應在自動轉換開關電器前單獨設置隔離電器。

2.3.3 自動轉換開關電器前是否需設置短路保護電器:

目前自動轉換開關電器根據保護特性分為兩類:CB級和PC級,下麵分別闡述:

1.CB級:CB級自動轉換開關電器開關執行斷路器本身帶熱磁保護,它的主觸頭能夠接通並用於分斷短路電流。

在配電係統中選擇CB級自動轉換開關電器時,隻要求自動轉換開關電器的開關執行斷路器選擇正確,即低壓斷路器符合下列條件:

(1).低壓斷路器額定分斷電流(有效值)大於該處的預期*大短路電流值(有效值)

(2).低壓斷路器選型與上下級出線回路低壓斷路器選型配合滿足配電保護選擇性要求。

配電箱、櫃內CB級自動轉換開關電器前端可隻設置隔離電器或隔離開關,不必再設短路保護電器。

2.PC級:PC級自動轉換開關電器隻有電源轉換功能,沒有短路及過載保護功能。額定電流小於等於250APC級自動轉換開關電器,額定短時耐受電流有效值(1秒)一般在5KA-12KA左右;額定電流大於250A小於等於630APC級自動轉換開關電器,額定短時耐受電流有效值(1秒)一般在13KA-25KA左右。

由於以下因素在配電箱、櫃內PC級自動轉換開關電器前端須設置短路保護電器:

1)雖然PC級自動轉換開關電器有一定的承受短路電流的能力,但沒有切斷短路電流的能力,其前端需要設置短路保護電器。

2)此外還應考慮設置隔離電器的要求。

      綜合以上因素在配電箱、櫃內PC級自動轉換開關電器前端應設置符合隔離要求的短路保護電器。

符合隔離要求的短路保護電器有:

1.熔斷器

2.熔斷器式開關

3.熔斷器式隔離器

4.符合IEC947-3隔離標準要求的隔離型低壓斷路器。

《低壓配電設計規範》GB50054-954.1.2條規定“配電線路采用的上下級保護電器,其動作應具有選擇性;各級之間應協調配合。但對於非重要負荷的保護電器,可采用無選擇性切斷。”根據以上規範要求,采用雙電源供電的配電係統,當雙電源末端自動互投配電箱、櫃內有多路上等負荷或二級負荷出線回路時,其自動轉換開關電器前設置的熔斷器或隔離型低壓斷路器均應與配電箱、櫃內出線回路低壓斷路器之間有選擇性配合。

2.4 ATSE轉換時間有何要求

不同的備用電源性質,以及不同的負載情況,對ATSE轉換時間的要求是不同的。

根據國家標準《自動轉換開關電器》GB/T 14048.11-2002ATSE的動作時間有下列幾種表示方法:

a.       觸頭轉換時間

b.      轉換動作時間

c.       總動作時間

d.      斷電時間

e.       返回轉換時間

在設計選型時應注重“總動作時間”,以滿足不同配電係統的使用要求。

受開關物理特性和製造工藝的限製,並考慮到“電弧短路”的問題(實驗測定可靠滅弧時間約120ms,轉換時間小於100ms是不可靠的),機械式ATSE的轉換動作時間在100多毫秒至幾秒鍾。

目前生產工藝條件下,ATSE動作時間範圍大致如下(1)

 

斷路器投切型

(CB)

負荷開關雙投型

(PC)

接觸器雙投型

(PC)

控製保護器投切型

(CB)

轉換動作時間

1.5-3

0.45-4

0.1-0.3

0.05

切換延時

0-180

0-250秒可調

0-30秒可調

0-30秒可調

    設計選型時,應根據允許供電中斷時間及負載特性選定ATSE總動作時間。《供配電係統設計規範》GB50052-952.0.4條規定,“自投裝置的動作時間能滿足允許中斷供電時間的,可選用帶有自動投入裝置的獨立於正常電源的專用饋電線路”。《民用建築電氣設計規範》JGJ/T16-923.1.9.2(2)條規定,“帶有自動投入裝置的獨立於正常電源的專用饋電線路,適用於允許中斷時間為1.5s以上的供電”。

部分負荷的允許中斷供電時間如下:

1.應急照明的正常電源與應急電源轉換時間應滿足:

*疏散照明15s,

*備用照明15s(金融商品交易場所1.5s

*安全照明0.5s

(摘自《建築電氣專業設計技術措施》1998年版第11.10.5-1條)

2.消防設備(風機,水泵)電源轉換時間30s

3.其他重要負荷的允許中斷供電時間(2)

用電設備

允許*大斷電時間

推薦*小輔助供電時間

應急係統

備用係統

電梯

15S1min

1h到正常電源恢複

 

*

鍋爐電源

0.1S

1h到正常電源恢複

*

*

過程控製電源

不停電~1min

到正常電源恢複

*

*

消防報警

1S

到正常電源恢複

*

 

數據處理設備

1/2周波

到正常電源恢複

*

*

X射線

毫秒到幾小時

到正常電源恢複

*

*

生命維持係統

毫秒到幾小時

到正常電源恢複

*

*

通訊係統

10S

到正常電源恢複

*

*

注:本表摘自美國ASCO公司產品樣本,僅供參考。

                                  

對允許中斷供電時間在1.5s以內的負載及重要場所(如監控中心等)的應急備用電源,根據《民用建築電氣設計規範》JGJ/T16-926.3.1.2(2)-(3)條,應設置不間斷電源裝置。

變電室低壓配電係統為單母線分段運行,並設母聯開關時,ATSE總動作時間與變電室母聯開關設定的動作時間整定值配合, 應大於聯絡開關動作時間0.5-1秒以上。變電室母聯開關的動作時間大多為2.5s,ATSE總動作時間宜在3s以上。

當采用發電機組作為應急照明電源時,發電機的啟動和電源轉換的全部時間不應大於15sATSE應選用“市電-發電機轉換”專用型。

ATSE一般不允許帶大電動機或高感抗負載轉換,這類負載在運行中切換,兩路電源相位差較大時,電機將受到巨大的機械應力。同時,由電動機產生的反電勢引起的過流會造成熔斷器熔斷或斷路器脫扣。因此,當ATSE帶大電動機或高感抗負載轉換時,兩組動觸頭在轉換前應增加一個延時時間,即應選用延時轉換型ATSE延時時間視負載情況確定。

ATSE具有自投自複功能時,當主電源恢複正常供電後,ATSE應經延時後,切換回主電源。

2.5係統保護特性對轉換開關的要求

ATSE應用在正常電源與備用電源的交匯處,是給重要負載供電的末端配電設備,在工程應用中如何將ATSE本身的特性和配電係統自身的保護特性結合起來,是正確應用ATSE的關鍵。

在配電係統中,無論是在過負荷還是在短路故障發生的情況下,電線,電纜,開關設備,電動機啟動裝置的電氣設備都要具備一定承受故障電流的能力。短路電流故障對電氣設備損壞是非常嚴重的,所以ATSE要具備一定的耐受電流值,在短路故障被排除之前,保證自身的可操作性。國標中規定了ATSE在短路條件下的接通與分斷能力。3給出了ATSE驗證短路操作能力的試驗的試驗電流值。

 

額定工作電流I e  (有效值)A

 

試驗電流(有效值)A

 

I e 100

 

100 I e 500

 

5000 I e 1000

 

I e 1000

 

5000

 

10000

 

20I e

 

20I e 50kA(選較小值)

對於PCATSE,本身不具備過載和短路保護能力,所以PC級隻具備短時耐受電流和短路接通能力,並且應能承受和接通上表所給定的電流值。如果在PCATSE前加短路保護的電器設備(斷路器或熔斷器),則PCATSE隻在短路保護電器設備斷開電路的時間內承受上表所給定的電流值。

而對於CBATSE來說,既有一定的短路接通能力又具備短路分斷能力,而且對於使用斷路器和控製器組合的CBATSE,其分斷能力也就是所使用斷路器的額定分斷能力值。

另外,無論CB級與PC級必須要有可靠的電氣與機械連鎖,保證常用電源和備用電源不同時接通,而且相與相之間要有效的隔離,避免出現相間短路,否則會引起ATSE觸頭的熔接,對ATSE和其它用電設備造成損壞。

2.6 旁路型自動轉換開關的應用:

對供電係統可靠性、連續性有很高要求的特別重要場所,為防止當自動轉換開關出現故障、損壞或自動轉換開關處於檢修時,影響供電係統的連續性,應設置旁路隔離型(或旁路隔離抽出型)自動轉換開關。

旁路型自動轉換開關應有以下功能:

1.旁路隔離開關應能在用電負載不停電的狀態下,旁通電源至負載。旁路開關與自動轉換開關額定容量應相同。

2.旁通電源時應能隔離自動轉換開關及相關控製電源,保證自動轉換開關檢修及更換能夠安全進行。

3.應有旁路隔離標誌,顯示係統狀態。

4.應有電子及機械聯鎖,防止誤操作。

以下場所宜設置旁路型自動轉換開關:

1.采用柴油發電機作為應急備用電源的特別重要場所的油機-市電型自動轉換開關。

2.國家及省市級廣播電視中心內重要的演播室及機房。

3.大型機場的航空雷達站。

4.重要的大型通訊機站。

5.大型綜合醫院對供電係統連續性有特殊要求的手術室。  

6.銀行、金融中心、證券交易所內對 供電係統連續性有特殊要求的場所。

2.7係統對控製器的要求

2.7.1控製器的作用

ATSE一般由兩部分組成:開關本體+控製器,控製器主要用來檢測被監測電源(兩路)工作狀態,當被監測電源發生故障(如任意一相斷相、欠壓、失壓或頻率出現偏差)時,控製器發出動作指令,開關本體則帶著負載從一個電源自動轉換至另一個電源。

2.7.2 ATSE開關與控製器

與斷路器和負荷開關不同的是,ATSE除了開關設備還必須包括控製器,如果沒有控製器則ATSE將無法動作。因此必須把ATS的控製器視為開關主體同等重要!對於ATSE的選擇應著重考慮兩點:1.控製器的功能實用性;2.控製器的可靠性。

1、控製器的實用性:ATSE是依靠控製器來自動完成轉換的,因此控製器必須完成正常/應急電源的檢測(包括電壓和頻率)、檢測數據的邏輯判斷、和轉換驅動執行等動作過程,微處理器式智能化的控製器。正是利用微處理器的特點將前二項的功能濃縮到一體。這需要控製器的檢測模塊具有較高的精度,邏輯判斷模塊有較寬的參數設定範圍(電壓、頻率、延遲時間、延遲時間的屏蔽)以適應不同負載的需求。當然控製器上還必須要有必要的狀態顯示設備。隨著ATSE與發電機組聯係的日益緊密和網絡集中監控的發展,ATSE要有啟動發電機組的信號。在工程設計中,無論是市電失電、配電至ATSE的線路故障還是該線路的其它電氣元件故障,都可以由ATSE感知負載的斷電,發送信號啟動發電機組供應應急電源。同時控製器上提供的狀態接點或通訊接口,可利用監控網絡監視ATSE的狀態,從而提高工作效率和可靠性。

2、控製器的可靠性:由於微處理器和集成芯片的使用,提供控製器功能的同時,也必然帶來控製器脆弱的負麵影響。因為控製器由ATSE的正常和應急電源側直接取電檢測,所以控製器也必然承受主回路的電壓波動、浪湧電壓影響、諧波幹擾、電磁幹擾等。所以為保證控製器的可靠性,*好引用相關標準作為衡量標準。例如:暫態浪湧電壓防範標準為IEC1000-4-4;電磁幹擾防範標準為IEC1000-4-3等。

綜合而言,控製器在安全、可靠的前提下,應有較多的功能。ATSE開關與控製器必須在製造時配套成雙電源轉換係統進行測試、檢驗後方可安裝使用。如果ATSE是開關與控製器分別選購組合而成,則可能出現兩者參數不匹配而導致兩電源無法按要求的精度轉換。控製器的控製原理詳見(圖2)。

本地圖片,請重新上傳               2

三、 設備選型的技術要點

    從本質上說,ATSE隻能完成雙電源自動轉換功能電力設備的統稱,並不局限於某種類型,但必須符合國家與國際標準的檢驗要求。作為雙電源自動轉換使用的ATSE開關設備,除完成負載在兩路電源間選擇、轉換的功能外,還必須考慮供電回路中的種種複雜情況,例如短路電流的衝擊、過負荷、設備頻繁操作等,所以ATSE本身還必須具有很好的自我保護能力和適用性。在實際的工程設計中,對ATSE的選擇應從技術角度出發,必須充分考慮供電係統的配電方式、轉換時間以及負載的使用性質等實際情況。供電質量要求高的場所應使用高可靠性的ATSE,並以短路電流校驗ATSE的遮斷電流,且以市電的可靠性決定ATSE轉換的頻繁性。下麵就在實際工程設計中如何正確選擇和使用ATSE需要注意的問題作以下分析及說明:

3.1 雙電源放射供電時ATSE的選擇及使用

當消防負荷容量大且比較集中時,需要在低壓配電室的母線上直接放射做雙電源轉換,或因電源進線後需要直接做雙電源轉換的場合,如消防水泵房等,這類轉換方案宜選用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換,造成重大損失,若需要加裝保護電器時可另外選擇。

3.2市電與發電機組電源轉換時ATSE的選擇及使用:

當市電與發電機組電源轉換時,首先應考慮到發電機組的特殊性,確認市電斷電後,發電機組自啟動,待發電機組電源各項指標達到穩定後才能輸出,並具有互聯裝置。轉換一般都在低壓配電室的母線上集中裝設,以便於使用和維護,由於發電機組輸出櫃已裝保護電器,這類轉換方案宜選用PC級的ATSE

3.3按時間轉換選擇和使用ATSE

1. 有“中斷”的:為防止電力設備(如大電機)斷電即接通啟動可能造成機械損傷或對設備產生不佳影響時,可選用帶有延時型ATSE,這種ATSE適用於電動機、變頻器、整流器負載及特殊的醫療設備負載。

2.無“中斷”的:為減少在電源轉換過程中的瞬間斷電對高強度氣體放電光源等,而不能連續照明所帶來的不便和損失,可選用瞬間閉路式ATSE

3.4 四級型ATSE的選擇及使用:

民用建築電氣設計規範編製組,針對四級開關的應用問題達成了以下共識:

1. 根據IEC465.1.5條規定,正常供電電源與備用發電機之間若不是同一接地網絡中時,轉換開關應用四級型開關。

2. 帶剩餘電流保護的雙電源轉換開關應采用四級開關。兩個電源開關帶剩餘電流保護,其下級的電源轉換開關應用四級開關。

3. 兩種不同接地係統間電源轉換開關應用四級開關。

4. TN-STN-C-S係統一般不需要設四級開關。但TN-S係統的一些特殊情況(三相嚴重不平衡及高次諧波含量較高)是否用四級開關,需視建築物等級的重要性而確定。

隨著電器產品的不斷更新及發展,雙電源自動轉換開關應性機電一體化智能型方向發展,自動化程度要更高,安全可靠性能要更好,具有較高的檢測精度和寬帶參數設定範圍,具備良好的電磁兼容性,應能承受主回路電壓波動和電磁幹擾的影響,轉換時間快。延時可靠,並有提供各種信號及消防聯動的通訊借口,通過總線與計算機聯網實現“四遙”功能。

3.5當配電係統采用雙電源(或多路電源)供電(變電室設兩台或兩台以上變壓器),且變電室低壓配電係統為單母線分段運行,並設母聯開關時,消防配電係統(應急照明係統除外)采用雙電源專路供電末端自動切換時,其末端互投配電箱內的自動轉換開關電器其主電源向備用電源切換時,為防止大電動機類負載在運行中切換,可能產生的巨大機械應力,以及由電動機產生的反電勢引起的過電流,同時為確保與上上等即變電室母聯互投開關設定的切換延時時間整定值配合,自動轉換開關電器電源與備用電源切換應有一定時間的延時,其延時時間的整定值應符合以下要求:

(1)  延時時間的整定值應大於變電室低壓配電係統母聯開關切換延時時間整定值0.5-1.0秒以上。

(2)  當配電係統中,有多處用電設備為大功率電動機或高感抗負載,並需分別設置多台雙電源末端互投配電箱(櫃)時,為減少對電網的衝擊,特別是對發電組,可避免過載衝擊導致供電失敗。所有相關的多個自動轉換開關電器之間,其設定的切換延時時間整定值應有適當的級差,互相配合,以便主電源側斷電時,大功率電動機或高感抗負載,按一定時間順序先後切換至備用電源回路。

3.6 以下場所雙電源供電係統配電箱內切換開關應采用(不延時)具有快速轉換功能的勵磁式電磁驅動二段式自動轉換開關電器:

(1)  重要場所的安全照明。

(2)  重要計算機的電子數據處理裝置。

(3)  重要場所用電設備的應急備用電源。

(4)  證卷交易所、金融交易及銀行、大型體育場館、大型百貨商場、超市等場所的應急備用照明。

(以上場所是否還需同時設置不間斷電源係統,應根據《民用建築電氣設計規範》JGJ/T16-926.3.1.2條有關要求確定)

3.7根據《建築設計防火規範》GBJ16-872001年版)第10.1.3條:“消防用電設備應采用單獨的供電回路,並當發生火災切斷生產、生活用電時,應仍能保證消防用電,其配電設備應有明顯標誌。”

從以上規定可以看出,由於消防係統均采用雙電源消防專用回路供電,電源與備用電源均為消防專用回路,電源回路與備用電源回路供電性質沒有本質區別,可以互為備用。如果未發生火災時,自動轉換開關電器電源側斷電,經延時後切換至備用電源回路,因消防用電設備未投入使用(應急照明除外),當電源恢複供電後,立即自動把負載轉回到主電源回路上,實際作用及意義不大。如果火災發生後,出現主電源回路斷電,經延時後切換至備用電源回路,水泵類及風機類消防用電設備因自動轉換開關電器主備電源延時切換,斷電時間在1.5秒以上,由於電動機主回路接觸器線圈掉電,需要由消防控製室遠控或機房就地重新啟動,使消防用電設備恢複運行。當電源恢複供電後,如果采用自投自複型,則自動轉換開關電器經一段延時後,會重新自動把負載轉回到主電源回路上,造成電動機主回路接觸器線圈再次掉電。故自動轉換開關電器用於消防配電係統雙電源末端自動切換時(一路市電加一路發電機供電係統除外),宜采用自投不自複型。並將自動轉換開關電器工作狀態指示返饋信號送回消防控製室。

采用一路市電加一路柴油發電機供電係統,自動轉換開關電器用於消防配電係統雙電源末端自動切換時宜采用自投自複型。

3.8 自動轉換開關電器切換條件的要求:

1)當控製器或微型電腦檢測到主電源失壓、斷相、過電壓、欠電壓或頻率失調,且備用電源正常時,方可切換。

2當控製器或微型電腦檢測到主電源及備用電源均出現失壓、斷相、過電壓或欠電壓時,自動轉換開關電器應隻輸出報警信號不切換。

3自動轉換開關電器采用自投自複型,當主電源恢複正常供電後,自動轉換開關電器應經延時後,切回主電源。延時時間宜大於3秒以上。

4)在特殊重要場所的配電係統中,當有同步轉換要求時,應選用微型電腦帶有相角偵測功能的同步監察係統的自動轉換開關電器。

5)在特殊重要場所的配電係統中,當自動轉換開關電器切換後,有需要載隔離信號接點的自動轉換開關電器。

四、 結論

1、在選擇ATSE設備時需考慮符合係統要求的ATSE的結構型式(PC級或CB級)

2、在配電係統中自動轉換開關電器前端應設置隔離電器。

    a. CB級自動轉換開關電器前端可隻設置隔離電器。

   b. PC級自動轉換開關電器:

  采用樹幹式供電:ATSE前端須設置符合隔離要求的短路保護電器。

  采用放射式供電:短路保護電器設於上級,ATSE前端隻須設置隔離電器。

  三位式(即中間帶“0”位)ATSE,其“0”位不能作檢修用。即目前的產品均不符合隔離電器的要求。

3、應按負載特性確定ATSE的轉換時間。

ATSE兩路電源的電源側有聯絡開關時,ATSE動作時間應考慮上級及本級電源的轉換時間要求,如ATSE的固有轉換時間不能滿足要求時,需選用帶延時型ATSE 

ATSE在轉換過程中需考慮觸頭的斷弧及投入的時間,特別要注意大型電感性和電容性負載的回饋電動勢造成的影響。

應在圖紙中注明ATSE的延時時間值。

4、特別重要負荷的雙電源轉換應選擇旁路隔離型ATSE

     對電源停電時間有特殊要求的特別重要負荷如選用“0時限的ATSE時,其係統應該滿足如下要求:兩個電源係統允許短時並網;對兩個電源應有同相位監測係統控製器

5一路市電加一路柴油發電機供電係統,自動轉換開關電器用於消防配電係統雙電源末端自動切換時宜采用自投手複型。

6、四級型ATSE的選擇及使用:

    a. 根據IEC465.1.5條規定,正常供電電源與備用發電機之間在不同的接地係統中的轉換開關應用四級型ATSE

    b.在前級兩個電源開關帶漏電保護,其下級的電源轉換開關應用四級型ATSE

 c.兩種不同接地係統間電源轉換開關應用四級型ATSE

    d. TN-STN-C-S係統一般不需要設四級開關。但TN-S係統的一些特殊情況(三相嚴重不平衡及高次諧波含量較高)是否用四級開關,需視建築物等級的重要性而確定。

提示: 處於供電核心位置的ATSE一旦發生故障,禍害非淺,特提醒設計人員要注意以下幾點:

      1PCATSE

       一體化ATSE符合GB14048.11《自動轉換開關電器》標準。

       電動負荷開關型ATSE

a.符合GB14048.3《開關、隔離器、隔離開關以及熔斷器組合電器》標準。

b.負荷開關一般為V型觸頭,該觸頭的特點是:新開關時動、熱穩定性較好,但經過幾次開斷後觸頭間燒損,易出現接觸不佳現象,而且滅弧性能差。

    2CBATSE:兩斷路器之間的轉換是靠電動機驅動完成,每動作一次,電機都要“堵轉”,導致電機壽命縮短且易損壞,難以做到高可靠性。CB級的各類保護裝置動作是否引起第二次故障,保護的設置參數與上、下級之間是否配合恰當,是否能保證選擇性。

    3、控製器:

  從可靠性角度來看,功能應僅可能簡化,不宜附加不必要的功能。

  其保護元件-熔斷器,應可被檢測。

  應從ATSE前端取動作信號及電源,應保證三相或零線有任何故障,均應啟動轉換至第二電源上。

    4、轉換時如果發生觸頭粘接,將會形成第二電源投入發生兩電源並網及第二次短路,而造成巨大的損失。因此選型時,ATSE的結構型式、容量、轉換時間、環境條件等均需綜合考慮。

    5、定期應做轉換實驗,以便破除觸點氧化層。

 

 

附錄  參考文獻及相關規範

1.《供配電係統設計規範》GB50052-95

2.《民用建築電氣設計規範》JGJ/T16-92

3.《建築電氣專業設計技術措施》1998年版

4.《低壓開關設備和控製設備 6部分:多功能電器 **篇:自動轉換開關電器》 GB/T 14048.11-2002

5.《低壓開關設備和控製設備 3部分: 開關、隔離器、隔離開關及熔斷器組合電器 GB/T 14048.3-2002

6.《自動轉換開關電器》IEC 6094761

7.《合理選擇與使用 自動轉換開關電器》 上海電器科學研究所 曲德剛

8.相關設備廠家樣本及資料