自动转换开关在低压配电中的应用

自动转换开关在低压配电中的应用自动转换开关在低压配电中的应用 由于产品的技术水平高低以及先进性和可靠性 将直接影 响各重要场所用电的安全与可靠 ats 已成为低压配电系统中 一个不可缺少的重要组成部分 因此在工程设计中应引起高度 重视 并很有必要熟悉和了解其类型 组成与工作原理 主要 特点及功能等 以便正确选择和合理应用 ats 主要适用于交流不超过 1000v 的紧急供电系统 在换 接电源期间中断向负载供电 根据 iec 国际标准定义 由一个 或多个转换开关电器和其他必须的电器组成 用于检测电源电 路 并将一个或多个负载电路从一个电源转换至另一个电源的 自动电器 当存在常用电源和备用电源两个电源的情况时 ats 应指定一个常用电源位置 其操作程序由两个自动转换过程组 成 如果常用电源被检测到出现偏差时 则自动将负载从常用 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 载返回换接到常用电源 换接时间可有预定的延时或无延时 并可处于一个断开位置 这类电器产品已在建筑电气行业中得 到了认可 简称为 双电源自动转换开关 ats 根据 iec 60947 6 国际标准规定 ats 分 pc 或 cb 两个级别 pc 级能够接通 承载 但不用于分断短路电流的 ats 其负荷 开关和接触器双投型的 ats 都属于这一类产品 本体只能作为 ats 使用 不具备过载和短路以及其他保护功能 cb 级配备过 电流脱扣器的 ats 其主触头能接通并用于分断短路电流 其 断路器和控制保护器投切型的 ats 都属于这类产品 除本体作 为 ats 使用外 还具备过载 短路以及其他保护功能 从而实 现对负载的两段或三段及其他保护功能等 ats 的主要特点及功能 针对目前国内生产不同类型的 ats 从安全性 可靠性 保护性等诸多方面分析其主要特点及功能 并简述其优缺点 供设计选用时参考 断路器投切型 ats 这种 ats 由两台断路器为基础 外加单 双 微型可逆电机组 成电动操作机构来实现双电源自动转换与控制 所以断路器的 取材广泛 从国产到合资生产以及进口的断路器都能进行组装 断路器投切型 ats 的主要优点 1 从结构形式上采用了两台断路器 绝缘等级高 且具 有电气与机械双重联锁功能 防止两台断路器任何状态下都不 能同时合闸 很好地保证了其安全性 2 二次控制回路采用智能控制器组成 在弱电控制 无 触点化 功能强大等方面具有先进性 减少了外围元器件 为 供电的连续性提供了可靠的保障 基本符合有关可靠性要求 3 为负载提供了完整的过载与短路保护 可实现两段或 三段保护功能 并可根据需要增加接地等其他保护功能 另外 还具有限流强 选择性能好 级联配合以及能量保护等功能 在选择性能上表现极为突出 4 具有电源各种故障保护 故障报警指示 运行参数可 调及电源电压显示等功能 并防止故障电源向负载供电 由于 不同用户或设备对供电电压及转换时间有不同的要求 可通过 数字整定可调功能 大大方便用户使用 并且为实现 四遥 提 供了前提条件 经通信接口适用于智能化网络的集中控制 其主要缺点 1 由于采用两台断路器为基础 体积大 造价高 因采用 微型可逆电机驱动 故转换时间长 至少 1 5s 以上 2 当采用两台断路器 微断或塑壳式 时 在其手柄上加装 一套微型可逆电机组成的电动操作机构 使两只手柄同时逆向 操作 这种方法较原始 操作手柄容易受损 动作位置调整也 很困难 还会因振动等原因影响正常的分合闸操作 当采用两 套微型可逆电机组成的电动操作机构时 同样存在操作和联锁 机构复杂 不容易调整及易发生故障等问题 因此 可靠性在 一定程度上受到影响 发现这类缺陷后 对产品操作机构进行 了研究改进 使其传动简捷 故障点少 寿命长 负荷开关双投型 ats 这种 ats 由两套负荷开关拼装为一体 依靠一套微型可逆 电机组成电动操作机构 并通过齿轮变速箱传动完成双电源的 自动转换与控制 动作方式与单电机驱动的断路器投切型 ats 基本类似 负荷开关双投型 ats 的主要优点 1 由于本身的运动 传动机械简单 紧凑 除电气联锁外 还可通过机械齿轮传动结构完成机械联锁功能 安全性得到保 证 2 二次控制回路大部分产品都集开关与逻辑控制于一体 由于采用电子产品 故障隐患减少 基本满足了可靠性要求 3 受结构形式限制 不具备过载和短路等保护 所以体积 适中 外观整齐统一 价格适中 其主要缺点 1 因不具备任何保护功能 且耐受短路导通容量小 主触 头系统无灭弧栅 切换时拉弧时间长 容易影响触头的使用寿 命 2 采用微电机驱动和齿轮变速传动机构 所以转换时间长 其机械传动机构装置同样存在易发生故障而影响可靠性等问题 需进一步改进 完善 3 不适宜频繁的转换与操作 否则将影响整体使用寿命 这种 ats 采用直流电磁线圈作为动力 经电磁激励脉冲操作完 成整个转换动作过程 接触器双投型 ats 的主要优点 1 在结构形式上由 v 型主触头和电气机械双重联锁控制组 成 采用直流线圈激励直线驱动完成转换过程 因此外型体积 偏小 结构简单紧凑 运行安全性能好 2 二次控制回路大多数产品都集开关与逻辑控制为一体 并通过机械部分直线定位 定位精度高 抗震动 不受安装方 向和角度的影响 另外 依靠电气与 v 型机械自锁装置的作用 确保两路电源在任一时刻都不会同时接通 可靠性较高 3 不具备过载和短路保护功能 但短路接通容量大 因为 主触头为平面型接触 具备独立的灭弧室并配有灭弧栅 具有 很高的载流量 能够带负荷或频繁转换操作 4 采用电磁瞬时激励驱动 故转换时间快 且完成转换后 线圈不带电 达到了节电消除噪音的目的 其主要缺点是 需进一步改进和完善二次控制回路 最好 采用智能控制器 尽量减少与有关操作和信号指示的外围元器 件 提高该装置的先进性 使其动作更加安全可靠 控制保护器投切型 ats 这种 ats 主要由 kbo 系列主电路基本模块和其他辅助模块 组成 控制保护器投切型 ats 的主要优点 1 由于采用了模块化结构 在单一的结构形式上实现了集 成化 内部协调配合的控制与保护 具有断路器 接触器及热 继电器的各种功能与优点 并通过内部电气与机械联锁功能 依靠电磁线圈吸引驱动来完成自动转换过程 无须再外加其它 操作和转换机构 故结构简单紧凑 转换速度快 安全性能好 2 目前该产品在国内是独家生产 其二次控制回路无论采 用集开关与逻辑控制于一体 还是采用智能控制器 都能较好 地满足可靠性的要求 3 可为负载提供完整的过载与短路保护 其他功能及特点 与断路器投切型的 ats 基本相同 不再详述 4 具有过载 短路以及故障直接报警功能 当选用消防型 电子脱扣器时 在过载情况下其本身具备只报警不跳闸功能 可满足消防设备的特殊使用要求 其主要缺点 1 主电路容量小 最大为 100a 不能完全符合双电源转换 需求 应进一步研发大容量产品 以满足大中型工程的使用要 求 2 采用电磁线圈吸引驱动 其线圈长期带电会产生噪音 应考虑增加直流无声运行辅助模块 减少噪音污染 达到节电 节能目的 ats 在低压配电系统中的应用 在低压配电系统中 依据国家与行业现行规范要求 对于 一些较重要的一 二级负荷 应采用双电源供电 对消防用电 设备 除采用双电源供电外 还应在最末一级配电箱处做自动 切换 因此 ats 的使用范围将更加广泛 如何正确选择和使 用 ats 也成为设计所关注的焦点 在一些工程设计中 往往由 于不了解 ats 的类型 组成与动作原理 特点及功能等 而单 纯以价格作为衡量标准 盲目地选择和使用 忽视了其本身的 安全性和可靠性 使低压配电系统扩大了配电级数 增加了故 障点 直接影响了供电的连续性和可靠性 从本质上说 ats 只是能完成双电源自动转换功能电力设备的统称 并不拘限于 某种类型 但必须符合国家与国际标准的检验要求 作为双电 源自动转换使用的 ats 开关设备 除了完成负载在两路电源间 的选择和转换功能外 还必须考虑供电回路中的种种复杂情况 如短路电流的冲击 过负荷 设备频繁操作等 所以 ats 本身 还必须具有很好的自我保护能力和适用性 随着我国 iec 标准 的推广 ats 的选择和使用应逐步向正规化 合理化趋势发展 在实际工程设计中 对 ats 的选择应从技术角度出发 必须充 分考虑供电系统的配电方式 转换时间及负载使用性质等实际 情况 供电要求苛刻的场所应使用高可靠性转换的 ats 并以 短路电流校验 ats 的遮断电流 以市电的可靠性决定 ats 转换 的频繁性 现就正确选择和使用 ats 需要注意的问题进行分析 低压配电系统应遵循的原则 为了保证供电的连续性和可靠性 对于电源供电的线路一 般都取自变配电所 或配电室 低压侧的两段母线上 消防设备供 电还要求专路供电 并应对该线路加装过载和短路保护 其配 电方式分别采用树干式和放射式或两者相结合的方式 对于负 荷比较分散并需要向各楼层或各分区供电的负荷 宜采用树干 式供电 对于容量较大且负荷集中或重要负荷宜采用放射式供 电 在确定配电方案时 应遵循以下原则 1 民用建筑电气设计规范 jgj t16 92 以下简称为民规 第 8 1 4 条规定 自变压器二次侧至用电设备的低压配电级数 不宜超过三级 非重要负荷供电时 可超过三级 对于双电源 供电的线路 无论采用树干式或放射式供电 应尽量减少配电 级数 因为都是重要负荷 不宜超过三级 2 民规第 8 6 6 2 条规定 保护电器应装设在被保护线路 与电源线路的连接处 但为了维护与操作方便可设置在离开连 接点的地方 并应符合下列要求 线路长度不超过 3m 此 规定主要适用于树干式供电的线路 并确定在电源线与分支线 的连接处是否要加装保护电器 当分支线的截面减小或与电源 线等截面时 只要长度不超过 3m 则无须在该分支线上加装保 护电器 直接在负荷侧出线回路上加装保护电器即可 3 民规第 8 6 6 3 条规定 从高处的干线向下引接分支线 路 为了操作维护的方便需将分支线路的保护电器装设在距连 接点的线路长度大于 3m 的地方时 应符合下列要求 在该 分支线装设保护电器前的那一段线路发生单相 或两相 短路时 离短路点最近的一级保护电器应能保证动作 此规定主要适 用于树干式供电的线路 当分支线从电源干线连接引下时 其 分支线长度大于 3m 但截面不减小同电源线截面 可直接在负 荷侧加装保护电器 当分支线截面需要减小时 应首先在分 支线长度不超过 3m 处加装保护电器 然后在大于 3m 的负荷侧 另外加装保护电器 4 民规第 8 1 7 条规定 由放射式线路供电的配电箱 其 进线开关宜采用不带短路保护和过负荷保护的隔离电器 对于 放射式供电的线路 因在上一级已加装了过载和短路保护 并 向终端配电箱供电 其配电箱的进线开关宜采用不带保护功能 的隔离开关即可 双电源树干式供电时 ats 的选择和使用 双电源树干式供电分水平和垂直树干式两种 当采用水平 树干式供电时 其线路不应跨越防火分区连接用电设备 垂直 树干式供电线路应在专用的电气竖井或沿封闭式防火桥架敷设 下面对树干式供电时 ats 的选择和使用情况进行分析 1 采用双电源树干式供电 这种方案有两种情况 一种情 况是分支线路无论是截面减小 一般不宜小于电源干线截面的两 个等级 或与电源干线等截面 只要距分支连接点的长度不超过 3m 可直接加装不带保护的 pc 级 ats 然后在负荷侧各出线回 路上加装保护电器 另一种情况是分支线路不变截面与电源干 线等截面 且距分支连接点的长度大于 3m 或远远大于 3m 同 样也可在用电设备处直接加装不带保护的 pc 级 ats 另外在负 荷侧各出线回路上加装保护电器 上述两种情况都能满足配电 系统的原则要求 主要适用于需要末端转换的场所 其 ats 和 负荷侧各出线回路的保护电器装在同一箱 柜 内 也可分别设箱 并列安装 当 ats 转换后负荷侧需要总电源隔离时 可利用 ats 本体具有的手动隔离功能实现 或另外加装总隔离开关 2 采用双电源树干式供电 这种方案是分支线路需要大大 减小截面 且距分支连接点的长度远远大于 3m 时 首先应在 不超过 3m 处加装电源配电箱并内装保护电器 然后分支线路 按负荷侧额定电流要求减小截面 引至用电设备处再加装 ats 这时应采用不带保护的 pc 级产品 另外在负荷侧各出线 回路上加装保护电器 该方案主要适用于需要末端转换的场所 且电源配电箱和 ats 箱应安装在同一层或同一分区内的不同地 方 3 采用双电源树干式供电 这种方案主要适用于不需要末 端转换的场合 ats 与负荷出线箱分别设置并安装在同一层或 同一分区内的不同地方 但该方案有两种情况 一种情况是当 分支线从电源干线连接引下时 无论是距分支连接点的长度不 超过 3m 或大于 3m 其分支线路截面均不减小与电源干线等截 面 在该分支线路上加装 ats 时应采用不带保护的 pc 级产品 从 ats 转换后引出至负荷出线箱的线路也不应减小截面 然后 在各出线回路上加装保护电器 并按所需选择线路截面引出 另一种情况是加装 ats 的要求与前一种情况相同 只是在 ats 转换后引出的线路截面大大减小 所以应加装保护电器 然后 引出至负荷出线箱 并在各出线回路上另外加装保护电器 选 择合适的线路截面引出 根据以上对双电源树干式供电时加装 ats 的情况分析 在 一般配电系统中应采用 1 3wp 1 3bwp 干线方案 不宜采用 2 4wp 2 4bwp 干线方案 但个别特殊情况除外 因为此方案 的配电级数超过了 3 级 对于双电源树干式供电线路 从安全 和可靠角度出发 应尽量减少连接点 避免故障隐患 并应考 虑线路长截面过大会给制造和安装施工带来一定的困难等因素 建议每路双电源树干式供电线路所加装的 ats 数量不宜超过 5 台 其干线的最大整定电流不宜超过 250a 干线最好选用电缆 或预分支电缆 有条件时应优先选用预分支电缆 双电源放射式供电时 ats 的选择和使用 1 当双电源采用放射式供电时 因干线已在上一级加装了 过载和短路保护 并向终端配电箱供电 在加装 ats 时应采用 不带保护的 pc 级产品 另外在负荷各出线回路上加装保护电器 这种方案主要适用于需要在末端转换的场所 其 ats 和负荷各 出线的保护电器装在同一箱 柜 内 也可以分别设箱并列安装 当在双电源放射式线路上加装 ats 但不需要末端转换时 可 将 ats 和负荷出线箱分别设置 并安装在同一层或同一分区内 的不同地方 其干线至负荷出线箱的部分不应减小截面 在负 荷出线箱内各路加装保护电器后 再按需选择相应截面出线 2 当消防负荷容量大且比较集中时 需要在低压配电室的 母线上直接放射进行双电源转换 或因电源进线后需要直接进 行双电源转换的场合 如消防水泵房等 这类转换方案仍可选用 pc 级的 ats 而不宜采用 cb 级的 ats 以避免因本体故障而影 响电源的转换 若需要加装保护电器时可另外选择 市电与发电机电源转换时 ats 选择与使用 当市电与发电机电源转换时 首先应考虑发电机的特殊性 确认市电断电后 发电机自启动 待发电机电源各项指标达到 稳定值后才能输出 并具有互联装置 这类双电源的转换生产 厂家专门规定了产品型号 以示区别 由于转换容量较大 一 般都在低压配电室的母线上集中加装 以便使用和维护 这类 双电源转换仍可选用 pc 级的 ats 若需要加装保护电器可另外 选择 1 根据国家与行业有关规范要求 对于消防设备的双电源 转换 其转换时间越快越好 但考虑目前我国的供电技术条件 规定在 30s 以内 当消防设备处于运转期间 若突然出现断电 势必引起电源的转换 由于转换时间长会使消防设备停止运转 而影响使用 因此 必须增加二次启动控制环节保证消防设备 继续工作 故在选择 ats 时应优先选择转换时间快的产品 2 对于应急照明 根据目前我国设计的实际做法 一般采 用城市电网的电源作为应急照明供电 为了满足使用需要和利 于安全 允许使用城市电网供电 但是采用 ats 作为应急照明 时 在正常电源断电后 其电源转换时间应当满足 疏散照明 15s 有条件时宜缩短转换时间 备用照明 15s 金融商品交易 场所 1 5s 安全照明 0 5s 3 当采用发电机组作为应急照明电源时 发电机的启动和 转换的全部时间不应大于 15s 四极型 ats 的选择与使用 1 根据 iec465 1 5 条规定 正常供电电源与备用发电机之 间的转换开关应用四极型开关 2 带漏电保护的双电源转换开关应采用四极型开关 两个 电源开关带漏电保护时 其下级电源转换开关应采用四极型开 关 3 两种不同接地系统间的电源转换开关应采用四极型开关 4 tn s tn c s 系统一般不需要设四极型开关 但 tn s 系 统的一些特殊情况 三相严重不平衡及高次谐波含量较高 是否采 用四极型开关应作进一步研究 根据上述要求 在选择 ats 时 应按具体使用功能和要求确定是否采用四极型 ats 但四极型 ats 需慎用 带漏电保护 ats 的选择 ats 是否要加装漏电保护 主要取决于负载的使用性质和 特点 为了防触电和确保人身安全 需要加装漏电保护 但在 消防负载时为了保证电源的连续性和可靠性 又不希望加装漏 电保护 这两者相互矛盾 笔者建议非消防使用的 ats 在电源 侧和负载侧不宜加装总漏电保护 若必须加装时最好加装在转 换后各自出线的支路上 消防使用的 ats 电源侧和负载侧不应 加装漏电保护 ats 过电压保护的选择 为了防止雷电的影响和分合闸所造成的过电压 ats 应加 装过电压浪涌保护 具体做法如下 1 远离低压配电室设置在各楼层与分区及设备末端的 ats 应在双电源转换后加装