自动转换开关在低压配电系统中的应用

王殿亮

摘要：本人通过多年的施工实践，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。

关键词：ATS、功能、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，在换接电源期间中斷向负载供电。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。下面介绍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。

一、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。

二、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。

三、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。

结束语：本文就ATS的类型、组成、工作原理、主要特点及功能等进行了分析，主要是为了在工程设计、选择和应用时引起大家的高度重视，合理地选择和使用ATS。特别是在低压配电系统中，应首先满足一级负荷配电级数不宜超过3级的要求，选择时无论是双电源树干式或放射式供电，都不宜采用带过载和短路保护的ATS，只需达到自动转换的目的，避免因主体结构故障及增加保护而引起的负载侧断电现象。在选择四极型和带漏电保护的ATS时，要谨慎考虑，应以保证使用功能为主，避免因选择不当而影响供电的连续性和可靠性。在选择ATS时，为了保证安全供电，应按要求加装过电压浪涌保护，避免因雷电和分合闸过电压而造成影响。随着现代化建设的不断深入发展，ATS应向机电一体化智能型方向发展，自动化程度会更高，安全可靠性能会更好，具有较高的检测精度和宽带参数设定范围，具备良好的电磁兼容性，应能承受主回路电压波动和电磁干扰的影响，具有转换时间快，延时可靠，并能提供各种信号及消防联动的通信接口，通过总线与计算机联网实现“四遥”功能。主体结构应简捷可靠，具有较高的抗冲击电流能力，通过自身的机械与电气联锁，确保任何情况下都不能并联运行，并具备零位功能和独特的触点分合技术，隔离距离大，能够承受更高电压的冲击，进一步提高主体的可靠性和稳定性。尽管微型计算机的发展和应用已相当普及，但机电一体化智能型ATS应用在我国尚属初级阶段，目前还有许多技术问题需要进一步探讨和解决，产品质量也需要进一步完善与提高，由于具有明显的优势，相信它会逐步取代传统的转换开关，而被广大工程设计人员认可，并得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1]林俊陆.10kV开关储能回路的改进方法[J].大众用电，2012（05）.

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