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摘要：介绍了ATSE的构成，阐述了电气设计中ATSE的类型、转换时间和级数的选择，分析了ATSE可否作为隔离电气使用。指出在电气设计中，应综合考虑各方面因素合理选用ATSE。
关键词：电气设计，ATSE，转换时间，级数
Type Selection and Application of ATSE in Power Supply System Design
LIU Lifang
(Zhejiang Greentown Oriental Architects & Design Co. Ltd, Hang Zhou, 310012, China)
Abstract: The structure of automatic transfer switching equipments was introduced. The selection of use categories, transfer time and pole was expounded. In addition, the problem that whether ATSE can be selected as electrical isolation equipment was analyzed. It was pointed out that the suitable ATSE should be selected from multi-aspects and multi-angles.
Key words: power supply system design; automatic transfer switching equipment (ATSE); transfer time; pole
F407.6
引言
《供配电系统设计规范》中要求：一级负荷应由两路电源供电，当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏；二级负荷宜由两回路供电。另外，《高层民用建筑设计防火规范》中规定：高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟风机等的供电，应在最末一级配电箱处设置自动转换装置。基于以上规范的要求，在电气设计中为了保证重要负荷供电的可靠性和连续性，要经常采用双电源自动切换装置（Automatic Transfer Switching Equipment, ATSE）。
ATSE简介
ATSE是由一个或多个开关设备构成的电器。该电器用于从一路电源断开负载电路并自行连接至另外一路电源上。ATSE是电力系统中特殊并且重要的部分，它是给重要负载供电的最后的配电设备，因此ATSE的安装位置要离被保护的负载尽可能的近。
ATSE的构成及类型
ATSE一般由两部分组成：开关本体和控制器。ATSE共分为三种类型：
（1）PC级ATSE：能够接通、承载但不用于分断短路电流。该级ATSE是以负荷隔离开关作为开关主体，加装电动操作机构、机械连锁机构、自动控制单元等一体化组装而成。PC级ATSE能够快速接通、分段电路或进行电路的转换，操作性能可靠。
（2）CB级ATSE：配备过电流脱扣器的ATSE。该级ATSE的主触头能够接通并用于分断短路电流。控制器主要用来检测被监测电源（两路）工作状况，当被监测的电源发生故障（如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差）时，控制器发出动作指令，开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源。CB级ATSE结构复杂，可靠性低于PC级ATSE。
（3）CC级ATSE：能够接通、承载，但不用于分断短路电流（受短路电流冲击后，主触头允许熔断）。该级ATSE是用的最早的一种，其主体部分由两个接触器组合而成。其线路简单，价格便宜，但是可靠性差，工作接触器线圈长期带电工作，耗电大，目前设计行业已基本不采用这种切换装置，故本文对于该种ATSE的选择不予介绍。
CB和PC類型的选择
图1所示的是ATSE主要的应用场合，一般情况下，CB级和PC级的ATSE在系统中是可以相互替代的。
例如当负荷是重要的二级负荷：生活泵、排污泵等，如图2所示。当A点发生短路故障时，根据选择性要求，Q3脱扣，切除故障保护负载设备，B点发生短路故障时，上级短路电流保护器动作，切除故障，此时，ATSE检测到电源状态的变化，控制器发出指令，ATSE切换到备用电源，保证对负载持续供电。（PC级
当负载是一级负荷时，例如：消防水泵等。此时设备的安全和供电的连续性相比已不再是首要考虑的因素。此时，选用CB级ATSE就不适合设备要求，当过负载时，CB级ATSE保护动作，常用电源开关脱扣，但ATSE不转换，选用PC级ATSE则能很好的解决这个问题，当过负载时，PC级进线端保护电器脱扣，电源状态发生变化，ATSE切换至备用电源，保证了供电的连续性。而且《低压开关设备和控制设备固定式消防泵驱动器的控制器》中也明确规定：用于消防泵的ATSE应选用PC级ATSE。
当负载为照明类负荷时，一般的系统图如图3所示。此类负载一般采用树干式配电方式，即在一条配电干线分布着不同层的应急照明或事故照明负载，这种树干式的配电系统应选用CB级ATSE产品。当某一层的某一路负载发生故障时，CB级产品的保护特性将保证配电干线不受影响，如果选用PC级产品，则必须在进线端加过电流保护电器，加大了箱体的尺寸和造价，同时易出现故障状态下的重合闸，扩大事故的影响范围。
转换时间的选择
ATSE的转换时间由以下几部分组成：
（1）触头转换时间
从第一组主触头断开常用电源起至第二组主触头闭合备用电源为止的时间；
（2）转换动作时间
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（含机构动作时间），不包括特意引入（控制器）的延时；
（3）总动作时间
转换动作时间与特意引入（控制器）的延时之和。
（4）断电时间off-time
从各相电弧最终熄灭的瞬间起至主触头闭合另一个电源为止的转换过程时间，包括特意引入的延时。
较大的系统通常都配置超过三级ATSE，每级ATSE的转换需要有一个时间差，通常情况下，前级转换时间要比后级转换时间快约0.5s。
我们在设计过程中应注重ATSE的“总动作时间”或者“转换动作时间”，以满足不同配电系统使用要求。
需要说明的是，ATSE的转换时间并不是越快越好。对于感性负载，当ATSE从常用电源切换到备用电源时，负载会产生反电势，此反电势和备用电源电势叠加在一起，有可能产生大的冲击电流，负载设备将受到极大的机械应力，同时造成熔断器熔断或断路器脱扣。
另外，从备用电源恢复到常用电源的时候，不希望常用电源刚刚恢复就立即转换，而需要在常用电源恢复正常一定时间后，ATSE再切换到常用电源。延时复位的目的在于确保常用电源正常，避免因为常用电源短时间恢复后再次故障，导致频繁转换或者柴油机频繁启动。
ATSE的级数选择
带剩余电流动作保护的ATSE应选用四级。
正常供电电源与备用发电机之间的ATSE应选用四级。
两个不同接地系统间的ATSE应选用四级。
ATSE可否作为隔离电器使用
对于CB级ATSE，因其采用分体式结构，且断路器带有隔离功能，只需要在控制器上解除主、备断路器间的联锁，即可令ATSE处于“双分”状态，从而起到使负载与电源完全隔离的作用，因此CB级ATSE可以作为隔离电器使用。
对于PC级ATSE，其开关本体和操作机构为一体化结构。对二位式ATSE，主触头有两个工作位置，即常用电源和备用电源，非此即彼，因此负载始终带电；对于三位式ATSE，虽然有中间断开位置即“零位”，但其主要作用是当负载为高感抗或大电动机负载时，为防止在运行中切换产生的反电动势而引起的冲击电流，而作暂态停留之用，并非用于隔离作用，所以PC级ATSE不能作为负载检修时的隔离电器使用。
由于ATSE通常用于重要负荷或消防负荷的供电回路中，因此其重要性是显而易见的。因此在电气设计中应综合考虑各方面因素合理选用ATSE。
参考文献
[1] GB /T 21208 2007 低压开关设备和控制设备固定式消防泵驱动器的控制器[ S] .
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：电气设计，ATSE，转换时间，级数
Type Selection and Application of ATSE in Power Supply System Design
LIU Lifang
(Zhejiang Greentown Oriental Architects & Design Co. Ltd, Hang Zhou, 310012, China)
Abstract: The structure of automatic transfer switching equipments was introduced. The selection of use categories, transfer time and pole was expounded. In addition, the problem that whether ATSE can be selected as electrical isolation equipment was analyzed. It was pointed out that the suitable ATSE should be selected from multi-aspects and multi-angles.
Key words: power supply system design; automatic transfer switching equipment (ATSE); transfer time; pole
F407.6
引言
《供配电系统设计规范》中要求：一级负荷应由两路电源供电，当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏；二级负荷宜由两回路供电。另外，《高层民用建筑设计防火规范》中规定：高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟风机等的供电，应在最末一级配电箱处设置自动转换装置。基于以上规范的要求，在电气设计中为了保证重要负荷供电的可靠性和连续性，要经常采用双电源自动切换装置（Automatic Transfer Switching Equipment, ATSE）。
ATSE简介
ATSE是由一个或多个开关设备构成的电器。该电器用于从一路电源断开负载电路并自行连接至另外一路电源上。ATSE是电力系统中特殊并且重要的部分，它是给重要负载供电的最后的配电设备，因此ATSE的安装位置要离被保护的负载尽可能的近。
ATSE的构成及类型
ATSE一般由两部分组成：开关本体和控制器。ATSE共分为三种类型：
（1）PC级ATSE：能够接通、承载但不用于分断短路电流。该级ATSE是以负荷隔离开关作为开关主体，加装电动操作机构、机械连锁机构、自动控制单元等一体化组装而成。PC级ATSE能够快速接通、分段电路或进行电路的转换，操作性能可靠。
（2）CB级ATSE：配备过电流脱扣器的ATSE。该级ATSE的主触头能够接通并用于分断短路电流。控制器主要用来检测被监测电源（两路）工作状况，当被监测的电源发生故障（如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差）时，控制器发出动作指令，开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源。CB级ATSE结构复杂，可靠性低于PC级ATSE。
（3）CC级ATSE：能够接通、承载，但不用于分断短路电流（受短路电流冲击后，主触头允许熔断）。该级ATSE是用的最早的一种，其主体部分由两个接触器组合而成。其线路简单，价格便宜，但是可靠性差，工作接触器线圈长期带电工作，耗电大，目前设计行业已基本不采用这种切换装置，故本文对于该种ATSE的选择不予介绍。
CB和PC類型的选择
图1所示的是ATSE主要的应用场合，一般情况下，CB级和PC级的ATSE在系统中是可以相互替代的。
例如当负荷是重要的二级负荷：生活泵、排污泵等，如图2所示。当A点发生短路故障时，根据选择性要求，Q3脱扣，切除故障保护负载设备，B点发生短路故障时，上级短路电流保护器动作，切除故障，此时，ATSE检测到电源状态的变化，控制器发出指令，ATSE切换到备用电源，保证对负载持续供电。（PC级
当负载是一级负荷时，例如：消防水泵等。此时设备的安全和供电的连续性相比已不再是首要考虑的因素。此时，选用CB级ATSE就不适合设备要求，当过负载时，CB级ATSE保护动作，常用电源开关脱扣，但ATSE不转换，选用PC级ATSE则能很好的解决这个问题，当过负载时，PC级进线端保护电器脱扣，电源状态发生变化，ATSE切换至备用电源，保证了供电的连续性。而且《低压开关设备和控制设备固定式消防泵驱动器的控制器》中也明确规定：用于消防泵的ATSE应选用PC级ATSE。
当负载为照明类负荷时，一般的系统图如图3所示。此类负载一般采用树干式配电方式，即在一条配电干线分布着不同层的应急照明或事故照明负载，这种树干式的配电系统应选用CB级ATSE产品。当某一层的某一路负载发生故障时，CB级产品的保护特性将保证配电干线不受影响，如果选用PC级产品，则必须在进线端加过电流保护电器，加大了箱体的尺寸和造价，同时易出现故障状态下的重合闸，扩大事故的影响范围。
转换时间的选择
ATSE的转换时间由以下几部分组成：
（1）触头转换时间
从第一组主触头断开常用电源起至第二组主触头闭合备用电源为止的时间；
（2）转换动作时间
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（含机构动作时间），不包括特意引入（控制器）的延时；
（3）总动作时间
转换动作时间与特意引入（控制器）的延时之和。
（4）断电时间off-time
从各相电弧最终熄灭的瞬间起至主触头闭合另一个电源为止的转换过程时间，包括特意引入的延时。
较大的系统通常都配置超过三级ATSE，每级ATSE的转换需要有一个时间差，通常情况下，前级转换时间要比后级转换时间快约0.5s。
我们在设计过程中应注重ATSE的“总动作时间”或者“转换动作时间”，以满足不同配电系统使用要求。
需要说明的是，ATSE的转换时间并不是越快越好。对于感性负载，当ATSE从常用电源切换到备用电源时，负载会产生反电势，此反电势和备用电源电势叠加在一起，有可能产生大的冲击电流，负载设备将受到极大的机械应力，同时造成熔断器熔断或断路器脱扣。
另外，从备用电源恢复到常用电源的时候，不希望常用电源刚刚恢复就立即转换，而需要在常用电源恢复正常一定时间后，ATSE再切换到常用电源。延时复位的目的在于确保常用电源正常，避免因为常用电源短时间恢复后再次故障，导致频繁转换或者柴油机频繁启动。
ATSE的级数选择
带剩余电流动作保护的ATSE应选用四级。
正常供电电源与备用发电机之间的ATSE应选用四级。
两个不同接地系统间的ATSE应选用四级。
ATSE可否作为隔离电器使用
对于CB级ATSE，因其采用分体式结构，且断路器带有隔离功能，只需要在控制器上解除主、备断路器间的联锁，即可令ATSE处于“双分”状态，从而起到使负载与电源完全隔离的作用，因此CB级ATSE可以作为隔离电器使用。
对于PC级ATSE，其开关本体和操作机构为一体化结构。对二位式ATSE，主触头有两个工作位置，即常用电源和备用电源，非此即彼，因此负载始终带电；对于三位式ATSE，虽然有中间断开位置即“零位”，但其主要作用是当负载为高感抗或大电动机负载时，为防止在运行中切换产生的反电动势而引起的冲击电流，而作暂态停留之用，并非用于隔离作用，所以PC级ATSE不能作为负载检修时的隔离电器使用。
由于ATSE通常用于重要负荷或消防负荷的供电回路中，因此其重要性是显而易见的。因此在电气设计中应综合考虑各方面因素合理选用ATSE。
参考文献
[1] GB /T 21208 2007 低压开关设备和控制设备固定式消防泵驱动器的控制器[ S] .
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。