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自動轉換開關電器ATS的現狀,與UPS配套選擇與應用

1、國內外ATS產品現狀

  自動轉換開關(ATS)主要用在緊急供電係統,是將負載電路從一個電源自動換接至另一個(備用)電源的開關電器,以確保重要負荷連續、可靠運行。因此,ATS常常應用在重要用電場所,其產品可靠性尤為重要。轉換一旦失敗將會造成以下危害:電源間的短路或重要負荷斷電,其後果都是嚴重的。這不僅僅會帶來經濟損失(使生產停頓、金融癱瘓),也可能造成社會問題(使生命及安全處於危險之中)。因此,工業發達國家都把自動轉換開關電器的生產、使用列為重點,加以限製與規範。

  為了規範自動轉換開在電器(ATS)產品的生產與選用,國家質檢總局於200212月頒布了GB/T14048.11-2002《自動轉換開關電器》(等同IEC60947.6.1-1998)國家標準,200341日實施。該標準將是今後ATS生產製造;企業、設計使用單位、商業活動共同遵循的一部技術性法規文件,也將是3C認證依據的技術法規。隨著用戶設備的日趨重要,單獨配置UPS已不滿足用戶的需求,雙路電源也越來越多,所以ATSUPS的配套選型尤為重要。

  自動轉換開關電器(ATS)分PC有與CB級兩種。代表PC級的具有世界先進水平的產品有美國的ASCO等;代表CB級的有德國的穆勒、法國的施耐德等。

  ATS一般由兩部分組成:開關電器本體;控製器。

1.1開關電器本體

開關電器本體又分兩類:

  第一類為CB級。它是由兩台斷路器加機械連鎖組成,具有短路保護功能;

  第二類為PC級,一體式結構。它是雙電源切換的專用開關,具有結構簡單、體積小、自身連鎖、轉換速度快(0.2s內)、安全、可靠等優點,但需要配備短路保護電器。

1.2控製器

  控製器也有兩種形式:一種由傳統的電磁式繼電器構成;另一種是數字電子型智能化產品。它具有性能好,參數可調及精度高,可靠性高,使用方便等優點。

  國內外常見的幾種ATS產品及電動式刀開關產品的對比見表1

常見ATS產品與電動式刀開關產品的對比表1

生產廠

電器級別

連鎖

操作方式

觸頭係統

轉換時間

原廠控製器

符合ATS標準GB/T14048.11

美國ASCO

PC

無需

單線圈

單刀雙擲式

150ms

智能型

符合GB/T14048.11

穆勒電氣

CB

機械連鎖

兩台電操

斷路器

1.2s

僅符合GB14048.2

法國施耐德

CB

機械連鎖

兩台電操

斷路器

1.5s

僅符合GB14048.2

2、產品結構分析對比及ATS的選擇

  目前,國內市場上用於兩路電源切換的大致有三種開關電器:①CBATS②PC ATS

  下麵從產品結構、性能及所遵循的標準三個方麵,分別將CB級與PCATS進行對比和分析。從中不難發現,PCATS是理想的兩路電源切換電器產品。

2.1.兩者機械設計理念不同

  CB級是由斷路器組成,而斷路器是以分斷電弧為已任,要求它的機械應快速脫扣。因而斷路器的機構存在滑扣、再扣問題;而PC級產品不存在該方麵問題。PC級產品的可靠性遠高於CB級產品。

2.2斷路器不承載短路耐受電流,觸頭壓力小

  供電電路發生短路時,當觸頭被彈開產生限流作用,從而分斷短路電流;而PCATS應承受20Ie及以上過載電流。觸頭壓力大不易被彈開,因而觸頭不易被熔焊。這一特性對消防供電係統尤為重要。

2.3兩路電源在轉換過程中存在電源疊加問題

  PCATS充分考慮了這一因素。PCATS的電氣間隙為爬電距離的180%150%(標準要求)。在此基礎上,美國ASCO ATS更是在行業內率先具備了相角同步偵測切換功能。因而PCATS安全性更好。

2.4觸頭材料的選擇角度不同

  斷路器常常選擇銀鎢、銀碳化鎢材料配對,這有利於分斷電弧。但該類觸頭材料易氧化,備用觸頭長期暴露在外,在其表現易形成阻礙導電、難驅除的氧化物,當備用觸頭一但投入使用,觸頭溫升增高易造成開關燒毀甚至爆炸;而PCATS充分考慮了觸頭材料氧化帶來的後果。

3ATS在實際應用中遇到的問題以及相應產品解決方案

  隨著經濟發展,現代生活和現代工業對斷電的容忍能力越來越差。國外工業發達國家(尤其是美國)把ATS產品視為電源的一部分,對ATS產品選擇與使用都很慎重。在雙電源緊急供電係統首先選擇PC級產品,且開關在轉換過程中不允許中間停留(即不帶零位)。其目的就是增加電源的可靠性,對於UPS更是如此。

  由於備用電源種類及應用環境有所不同,ATS選擇也應有所不同。

3.1問題一: 切換同步問題

  普通的ATS不允許帶大電動機或高感抗負載轉換。如大電動機負載在運行中切換,電源相位差距較大時它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電流可能造成熔斷器熔斷或斷路器脫扣。

解決方法:

如果選擇具備相角同步偵測切換功能的ATS,在兩路電源同時存在的情況下切換前偵測兩路電源是否同步,當同步檢測合格,才允許ATS切換,此時確保反電勢與即將投入使用的電源電勢同步,也就不會產生衝擊電流導致熔斷器熔斷或斷路器脫扣。

3.2問題二:與UPS配套時零線切換問題

普通的三相ATS都有三極四極的分類,但是三極開關不能滿足我國供電係統對於進線端ATS必須四極切換、四極隔離的要求。四極ATS雖然可以滿足上述要求,但是卻未考慮到實際使用中四極同時切換的ATS對於用戶的負載特別是單相負載帶來的不利影響。由於ATS需要帶載切換,實際使用中切換瞬間UPS由於零線缺失,出現虛點位,會出現自動切換到旁路導致負載掉電,若還在電池態嚴重時可以導致單相負載因電壓瞬間升高而燒毀。

如果選擇具備零線重疊切換(後離先合技術)功能的ATS,當切換開始過程中相線端拉弧的同時,該結構可以保證零線暫不分離;而當切換即將結束過程中相線端拉弧的同時,該結構可以保證零線已經可靠接觸了。整個切換過程中不會發生零線騰空的現象。

3.3問題三:維護及檢修問題

普通ATS一旦投入使用,產生故障便需要整體更換,如果能夠選擇模塊化設計的ATS,開關出現故障,隻需要把故障部位的模塊更換掉就可以恢複正常使用,這樣便可以大大減少後期維護的成本。

有些重要負載,為保證不間斷供電,即使是ATS故障,也不允許停電更換開關。如果選用旁路隔離式ATS開關即可實現不停電更換故障ATS

總之,隨著ATS技術的逐步發展,必將帶給用戶更多更合理的雙電源、多電源切換方案。自動轉換開關是一種電源切換係統類新產品,隨著技術的進步,必然向電流更大、電壓等級更多、切換可靠性更高、功能更完善的方向發展,在工業與民用建築中與UPS配套將得到更廣泛的應用。