自动转换开关电器(ATSE)合理应用.doc

自动转换开关电器（ATSE）合理应用随着我国现代化建设高速发展，在民用建筑，地铁，轨道交通等各项工程中，对电源的要求越来越高，无论是电源的质量，可靠性还是连续性都有严格要求，因此合理准确应用自动转换开关电器（ATSE）是保证电源可靠性，连续性的关键。1 对ATSE转换时间的要求：1.1 ATSE在低压配电系统中总动作时间的要求：以地铁环控设备供电为例，图1是环控电控室末端切换方案。 图1 环控设备供电系统图 当电源为双路电源供电，两路电源同时工作，变配电低压配电系统为单母线分段运行，并设有联络开关时，ATSE（图1中切换控制箱）总动作时间应与变电室母联开关转换时间整定值相匹配，应大于母联开关转换动作时间0.5s以上。变电室母联开关的动作时间一般为2.5s，那么图1中切换控制箱中ATSE整定时间大于3s。如果切换控制箱ATSE整定时间小于3s，那么在母线开关动作时，切换控制箱ATSE将会切换两次，造成误动作。 所以ATSE上下级总动作时间应有配合，即在低压配电系统中上级ATSE总动作时间短，下级ATSE总动作时间长。ATSE上，下级总动作时间配合是指各级ATSE转换控制时间没有重合，保证在上级ATSE转换未动作时，下级ATSE转换控制不能进行。 1.2 ATSE在切换配电系统末端消防泵，喷淋泵，防排烟风机，隧道风机，消防电梯，应急照明的时间要求：由于ATSE在转换期间中断对负载供电，其转换时间及特意引入延时时间的设定对负载断电时间有一定的影响，下面结合国家标准GB/T 14048.11-2008低压开关设备和控制设备 转换开关电器，分析一下 ATSE的转换时对消防泵，喷淋泵，防排烟风机，隧道风机，消防电梯应急照明灯具的正常工作的影响。ATSE的操作程序常用电源被监测到出现偏差时，ATSE自动将负载从常用电源转换至备用电源；如果常用电源恢复正常时，则自动将负载返回到常用电源。注 ：转换时可有特意引入的延时。转换动作时间 （tg）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，不包括特意引入的延时。总动作时间 （tz ）转换动作时间与特意引入的延时之和。断电时间 （td）在产生最长燃弧时间的条件下，从各相电弧最终熄灭的瞬间起至主触头闭合另一个电源的转换过程中测量的时间。 注： 断电时间包括任何特意引入的延时时间。特意引入延时时间（ti）为躲避电源（电网）参数的暂态变化（系统干扰）引入的延时。图2所示为ATSE的各动作时间及延时。 注：特意引入延时时间为：ti=tz-tg。图2 ATSE动作时间示意图ATSE转换条件是二维的，即电压和转换时间。而一般ATSE都有两个转换时间，特意引入延时时间（ti）和转换动作时间 （tg）。特意引入延时时间主要为了避免电网电源来自高压侧干扰的误转换而引入的延时，它是由控制器设定的（可调），一般在100ms -5s范围；而转换动作时间是机械开关（主体部分）固有的动作时间，它与开关的结构有关，一般在50ms -3s（不可调）。所以，一个ATSE总动作时间（注：在实际工程应用中总动作时间=断电时间，即tz= td）一般不会小于150 ms。 对于系统末端消防泵，喷淋泵，防排烟风机，隧道风机，消防电梯等负载，其电路如图1中切换控制箱。ATSE输出端通过接触器向电机供电。表1列出交流接触器基本参数。表1 CJX2系列交流接触器参数 从表1中可看出CJX2系列交流接触器释放时间为5-23ms，因此由于ATSE在实际工程应用中总动作时间一般不会小于150ms，所以ATSE在转换过程中交流接触器会因线圈失电而释放，不能保证系统末端消防泵，喷淋泵，防排烟风机，隧道风机，消防电梯等负载持续运转。因此，电磁操纵ATSE可以保证转换过程中接触器不释放是不可能的，是一种商业忽悠。同理，应急照明灯具断电时间大于520ms的话就要再启动，目前，无论国产的ATSE还是美国进口的ATSE其转换期时的断电时间均达不到上述要求，除非电子式ATSE（tg 5 ms）可以满足应急照明灯具的要求。为了防止应急照明灯具的再启动，一般在供电系统中加EPS或UPS（如图3所示），目的是解决ATSE在转换期间电源的中断，造成照明因熄灭而产生的可能事故。但EPS或UPS容量有限（经济性、耗能等原因），ATSE在供电系统中主要是对EPS或UPS起充电作用(见图2)。 图3 图4 图4是较为理想的应急照明供电电路，EPS电源仅在电源（Un、Ur）出现故障时及ATSE在转换过程中向负载供电，其它情况由静态开关和ATSE将常用电源（Un）或备用电源（Ur）引向负载。这样即可以减少EPS或UPS的容量（供电时间不大于10-30min），也可以降低EPS或UPS维修成本。因此，在应急照明系统中（如图3或图4所示）选用的ATSE，对其转换速度（转换时间）没有较高的要求，ATSE总的转换时间在3-5s内完成即可。1.3 ATSE在电动机和高感性负载时对转换时间要求：电磁铁操作的ATSE通常以小于0.5s的动作时间快速转换，因此在切换电动机负荷或高感性负荷，要考虑电动机端部残压与正在给电动机切换的电源不同相，切换时，这种电源相位差可导致电动机严重损坏，电动机吸收过大的电流可导致过电流装置脱扣。根据理论分析，常用电源出现故障，如果在0.30.5s间隔转换电源，常用电源残压与备用电源电压之间的相角差接近180O。根据国外对感应电动机电源切换的分析，电源切换为200ms500ms时，电动机可能受损坏。对于对于水泵和压缩机惯性负荷需要ATSE配置卸载装置，这个装置在切换ATSE前断开电动机并在切换后当电动机残压显著下降时，重新合上电动机，ATSE控制器可以延时1-3s等待电动机残压下降，再控制ATSE完成转换动作，也可以在控制器配备相位监控器，在两个电源相位未达到同步时，禁止ATSE切换，达到保护电机负载与电路功能。在EPS或UPS负荷中，ATSE也选用延时来确保整流电路和电池系统正常运行。2ATSE在配电线路中选择性要求：对CB级ATSE而言，可以根据生产厂家提供的数据进行选型，实现选择性；对PC级产品而言，就需要在ATSE的进线端加装短路电流保护器：熔断器或断路器，来实现选择性的要求。由电路预期短路电流和PC级ATSE短时耐受电流来选择短路保护电器。同时，在故障（短路电流）被查清楚之前，转换开关必须保持它的可操作性，这样才能从另外一路备用电源处继续为重要负荷供电。这意味着短路电流保护电器的保护时间必须和PC级ATSE的耐受电流值相匹配。图3是美国ASCO公司提供的ATSE在配电线路中选择性示意图。 图5：ATSE在配电线路中选择性示意图图 5 中故障点 B 所在 Ll 支路断路器的负载侧，如果系统的断路器具有合适的选择性， Ll 支路的断路器或熔断器将在上级断路器或熔断器之前跳闸。而ATSE必须能够承受这个故障电流直到断路器或熔断器动作排除故障。现在许多的ATSE都有一个标准的控制电路时间，延时 0 . 5 秒或更长而越过瞬间电压的变化，这对于任何过电流保护设备来说是有足够的时间来确定故障并动作使系统电压回到正常值，从而避免转换开关的误动作。故障发生在图 3中的 A 点，ATSE负载侧的断路器没有发现故障电流，上级断路器（ F2 ）和瞬间脱扣元件将动作。ATSE的控制器没有检测到有效电压从而给出一个转换操作信号，转换开关现在在故障条件下需要闭合，直到发电机的过电流设备确认故障。所以PC级ATSE在使用时如果没有足够的短时耐受电流，故障电流将对其产生剧烈的损害和潜在的火灾危险。 在1989年版的UL1008中，一个主要的内容是允许了对于短时耐受电流（Icw）和短路接通电流（Icm）等级测试有一个可选等级的范围。它的目的是允许转换开关生产厂商在没有过电流保护装置下进行测试。在最大故障电流10kA等级下使用400A及以下等级的转换开关，故障电流时间必须少于25ms，（60Hz电源，若是50Hz电源是30ms）在最大故障电流在10kA 以上使用400A以上等级的转换开关，故障电流时间必须少于50ms，（60Hz电源，若是50Hz电源是60ms）如果测试成功，生产厂商可以标志出此开关可以使用在等级内的任意断路器处。 如果转换开关生产厂商不接受这种测试，则必须给出与之配合的过电流保护器的类型，以便选型使用。GB/T14048.11-2002标准中4.3.6.1额定短时耐受电流条款中短时耐受电流是制造厂规定的最短通电时间为：额定工作电流小于等于400A时，交流为额定频率的3个半波，直流为0.025S;额定工作电流大于400A时，交流为额定频率的3个周波，直流为0.05S。值得注意的是：额定电流小于等于100A的PC级ATSE，特别是一体化PC级ATSE。额定短时耐受电流普遍小于5KA,因此在认证中仅提供额定限制短路电流参数，即指定短路保护电器，（SCPD）而不进行短时耐受试验。一