自动转换开关电器ATS的现状选择与应用.docx

自动转换开关电器ATS的现状选择与应用2011-6-301、国内外ATS产品现状 自动转换开关（ATS）主要用在紧急供电系统，是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，ATS常常应用在重要用电场所，其产品可靠性尤为重要。转换一旦失败将会造成以下危害：电源间的短路或重要负荷断电，其后果都是严重的。这不仅仅会带来经济损失（使生产停顿、金融瘫痪），也可能造成社会问题（使生命及安全处于危险之中）。因此，工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点，加以限制与规范。我国自动转换开关电器的研制和生产在90年代初还都处于空白状态，也无国家标准。国内所需的双电源转换装置往往由设计、成套部门用接触器、断路器等产品组合而成来替代。这种方案性产品往往因没有经过测试检验，其可靠性、安全性存在较大隐患（尤其是用两台接触器作为两路电源转换，电气连锁极不可靠，连锁一旦失败，将造成两台电源变压器并联，电源并联形成的系统潮流严重的可催毁整个供电系统）。90年代中期，针对国内市场急需高性能、高可靠自动转换开关电器产品的现状，法国、德国、美国等自动转换开关电器先后打入中国市场，在一定程度上缓解了国内市场的需求。 近几年，我国的自动转换开关电器生产企业（尤其是生产CB级的ATS企业）迅速增加，其产品性能及产品质量不一，给设计、使用部门选用造成一定困难，也由于对ATS使用和选用不当，给国家财产造成很大损失。为了规范自动转换开在电器（ATS）产品的生产与选用，国家质检总局于2002年12月颁布了GB/T14048.11-2002自动转换开关电器（等同IEC60947.6.1-1998）国家标准，2003年4月1日实施。该标准将是今后ATS生产制造；企业、设计使用单位、商业活动共同遵循的一部技术性法规文件，也将是3C认证依据的技术法规。自动转换开关电器（ATS）分PC有与CB级两种。代表PC级的具有世界先进水平的产品有美国的ASCO等。代表CB级的有德国的穆勒、法国的施耐德等。生产电动式刀开关（用于双电源切换）产品的企业也有5-6家，如法国朔高美等。ATS一般由两部分组成：开关电器本体；控制器。1.1开关电器本体开关电器本体又分两类：第一类为CB级。它是由两台断路器加机械连锁组成，具有短路保护功能；第二类为PC级，一体式结构。它是双电源切换的专用开关，具有结构简单、体积小、自身连锁、转换速度快（0.2s内）、安全、可靠等优点，但需要配备短路保护电器。1.2控制器控制器也有两种形式：一种由传统的电磁式继电器构成；另一种是数字电子型智能化产品。它具有性能好，参数可调及精度高，可靠性高，使用方便等优点。国内外常见的几种ATS产品及电动式刀开关产品的对比见表1。常见ATS产品与电动式刀开关产品的对比表1生产厂电器级别连锁操作方式触头系统转换时间原厂控制器符合ATS标准GB/T14048.11美国ASCOPC级无需单线圈单刀双掷式150ms智能型符合GB/T14048.11穆勒电气CB级机械连锁两台电操断路器1.2s有仅符合GB14048.2法国施耐德CB级机械连锁两台电操断路器1.5s有仅符合GB14048.2法国朔高美刀开关机械连锁直流电机双刀双掷式1s无仅符合GB14048.32、产品结构分析对比及ATS的选择目前，国内市场上用于两路电源切换的大致有三种开关电器：CB级ATS；PC级 ATS；刀开关（电动）。下面从产品结构、性能及所遵循的标准三个方面，分别将CB级与PC级ATS；PC级ATS与刀开关（电动）进行对比和分析。从中不难发现，PC级ATS是理想的两路电源切换电器产品。2.1CB级与PC级ATS两者有以下区别2.1.1两者机械设计理念不同CB级是由断路器组成，而断路器是以分断电弧为已任，要求它的机械应快速脱扣。因而断路器的机构存在滑扣、再扣问题；而PC级产品不存在该方面问题。PC级产品的可靠性远高于CB级产品。2.1.2断路器不承载短路耐受电流，触头压力小供电电路发生短路时，当触头被弹开产生限流作用，从而分断短路电流；而PC级ATS应承受20Ie及以上过载电流。触头压力大不易被弹开，因而触头不易被熔焊。这一特性对消防供电系统尤为重要。2.1.3两路电源在转换过程中存在电源叠加问题PC级ATS充分考虑了这一因素。PC级ATS的电气间隙为爬电距离的180%、150%（标准要求）。在此基础上，美国ASCOATS更是在行业内率先具备了相角同步侦测切换功能。因而PC级ATS安全性更好。2.1.4触头材料的选择角度不同断路器常常选择银钨、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，在其表现易形成阻碍导电、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ATS充分考虑了触头材料氧化带来的后果。2.2PC级ATS与刀开关（电动）区别2.2.1两者遵循的标准不同PC级ATS符合GB/T14048.11自动转换开关电器。刀开关（电动）符合GB14048.3开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器。2.2.2灭弧系统不同PC级ATS充分考虑了在电源转换过程中可能出现的二次电弧击穿问题，所以对触头开距有一定要求，而且要求电弧的游离气体应迅速排放。否则，易造成电源相间短路。刀开关（电动）在这方面的考虑并不充分。2.2.3两者电气性能要求不同PC级ATS是在6In电流，1.05Ue电压下，接通/分断循环次数为12次；而刀开关是在3Ie/1Ue下，接通/分断5次。两者的电气寿命、机械寿命也不同。PC级ATS的电气寿命是在2In/1.05Ue条件下至少操作循环1000次，机械寿命5000次；而刀开关的电气寿命仅在1In/1Ue条件下操作200次，机械寿命800次。两者电气可靠性不同。2.2.4转换速度不同PC级ATS转换速度一般小于0.3s；而刀开关用于双电源轩换时转换速度不少于1s。2.2.5试验方法不同在进行接通与分断试验时，PC级ATS是在不同的电源相序下进行（灭弧能力考核较严）；而刀开关对相序无要求。通过上述对比可知PC级ATS是理想的电源转换开关产品。3、ATS在实际应用中遇到的问题以及相应产品解决方案随着经济发展，现代生活和现代工业对断电的容忍能力越来越差。国外工业发达国家（尤其是美国）把ATS产品视为电源的一部分，对ATS产品选择与使用都很慎重。在双电源紧急供电系统首先选择PC级产品，且开关在转换过程中不允许中间停留（即不带零位）。其目的就是增加电源的可靠性。由于备用电源种类及应用环境有所不同，ATS选择也应有所不同。31问题一： 切换同步问题普通的ATS不允许带大电动机或高感抗负载转换。如大电动机负载在运行中切换，电源相位差距较大时它将受到巨大的机械应力。同时由电动机产生的反电势引起的过电流可能造成熔断器熔断或断路器脱扣。解决方法：如果选择具备相角同步侦测切换功能的ATS，在两路电源同时存在的情况下切换前侦测两路电源是否同步，当同步检测合格，才允许ATS切换，此时确保反电势与即将投入使用的电源电势同步，也就不会产生冲击电流导致熔断器熔断或断路器脱扣。32问题二：零线切换问题普通的三相ATS都有三极四极的分类，但是三极开关不能满足我国供电系统对于进线端ATS必须四极切换、四极隔离的要求。四极ATS虽然可以满足上述要求，但是却未考虑到实际使用中四极同时切换的ATS对于用户的负载特别是单相负载带来的不利影响。由于ATS需要带载切换，实际使用中切换瞬间会由于相线与零线灭弧时间不同步，导致零线瞬时开路，严重时可以导致单相负载因电压瞬间升高而烧毁。如果选择具备零线重叠切换（后离先合技术）功能的ATS，当切换开始过程中相线端拉弧的同时，该结构可以保证零线暂不分离；而当切换即将结束过程中相线端拉弧的同时，该结构可以保证零线已经可靠接触了。整个切换过程中不会发生零线腾空的现象。33问题三：维护及检修问题普通ATS一旦投入使用，产生故障便需要整体更换，如果能够选择模块化设计的ATS,开关出现故障，只需要把故障部位的模块更换掉就可以恢复正常使用，这样便可以大大减少后期维护的成本。有些重要负载，为保证不间断供电，即使是ATS故障，也不允许停电更换开关。如果选用旁路隔离式ATS开关即可实现不停电更换故障ATS。总之，随着ATS技术的逐步发展，必将带给用户更多更合理的双电源、多电源切换方案。自动转换开关是一种电源切换系统类新产品，随着技术的进步，必然向电流更大、电压等级更多、切换可靠性更高、功能更完善的方向发展，在工业与民用建筑中将得到更广泛的应用。