自动转换开关电器ATSE的现状选择与应用

中心论题：

• 国内外ATSE产品现状
• 产品结构分析对比及ATSE的选择
• ATSE产品的应用
• 新一代PC级ATSE产品简介

解决方案：

• ATSE一般由开关电器本体和控制器两部分组成
• PC级ATSE是理想的电源转换开关产品

国内外ATSE产品现状 

自动转换开关电器（ATSE）主要用在紧急供电系统，是将负载电路从一个电源自动换接至另一个（备用）电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行。因此，ATSE常常应用在重要用电场所，其产品可靠性尤为重要。转换一旦失败将会造成以下二种危害之一：电源间的短路或重要负荷断电（甚至短暂停电），其后果都是严重的。这不仅仅会带来经济损失（使生产停顿、金融瘫痪），也可能造成社会问题（使生命及安全处于危险之中）。因此，工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点加以限制与规范。 
　　
我国自动转换开关电器的研制和生产在90年代初还处于空白状态，也无国家标准。国内所需的双电源转换装置往往由设计、成套部门用接触器、断电器等产品组合而成来替代。这种方案性产品往往因没有经过测试检验，其可靠性、安全性存在较大隐患（尤其是用两台接触器作为两路电源转换，电气连锁极不可靠，锁极一旦失败，将造成两台电源变压器并联，电源并联形成的系统潮流严重的可催毁整个供电系统）。之后由天津低压电器公司开发了由断路器+机械连锁+控制器构成自动转换开关电器。它的进步是由产品替代方案，并按一定技术规范进行产品试验验证，产品的可靠性、安全性大大提高。90年代中期，针对国内市场急需高性能、高可靠自动转换开关电器产品的现状，日本、法国、德国、美国等自动转换开关电器先后打入中国市场，在一定程度上缓解了我国市场需求。
　　
近几年，我国的自动转换开关电器生产企业（尤其是生产CB级ATSE企业）迅速增加，其产品性能及产品质量不一，给设计、使用部门选用造成一定困难，也由于对ATSE使用和选用不当，给国家财产造成很大损失。为了规范自动转换开在电器（ATSE）产品的生产与选用，国家质检总局于2002年12月颁布了GB/T14048.11-2002《自动转换开关电器》（等同IEC60947.6.1-1998）国家标准，2003年4月1日实施。该标准将是今后ATSE生产制造；企业、设计使用单位、商业活动共同遵循的一部技术性法规文件，也将是3C认证依据的技术法规。
　　
自动转换开关电器（ATSE）分PC有与CB级两种。代表PC级的具有世界先进水平的产品有美国的ASCO及ONAN。
　　
代表CB级的有德国穆勒的ATS-NZM、法国的施耐德。
　　
目前，国内生产CB级ATSE产品的企业约几十家，如天津低压电器公司、常熟开关厂、温州三开及穆勒电气（上海）有限公司等。生产PC级ATSE产品的企业有上海上江电器制造有限公司,广东奇正、北京第一低压电器、上海环奇等。
生产电动式刀开关（用于双电源切换）产品的企业也有5-6家，如法国朔高美等。
　　
ATSE一般由两部分组成：①开关电器本体；②控制器。

a.开关电器本体 

开关电器本体又分两类：第一类为CB级,它是由两台断路器加机械连锁组成，具有短路保护功能；第二类为PC级，一体式结构（三点式）。它是双电源切换的专用开关，具有结构简单、体积小、自身连锁、转换速度快（0.2s内）、安全、可靠等优点，但需要配备短路保护电器。

b.控制器 

控制器也有两种形式：一种由传统的电磁式继电器构成；另一种是数字电子型智能化产品。它具有性能好，参数可调及精度高，可靠性高，使用方便等优点。

产品结构分析对比及ATSE的选择
目前，国内市场上用于两路电源切换的大致有三种开关电器：①CB级ATSE；②PC级 ATSE；③刀开关（电动）。
　　
下面从产品结构、性能及所遵循的标准三个方面，分别将CB级与PC级ATSE；PC级ATSE与刀开关（电动）进行对比和分析。从中不难发现，PC级ATSE是理想的两路电源切换电器产品。

a.CB级与PC级ATSE两者有以下区别 

两者机械设计理念不同——CB级是由断路器组成，而断路器是以分断电弧为已任，要求它的机械应快速脱扣。因而断路器的机构存在滑扣、再扣问题；而PC级产品不存在该方面问题。PC级产品的可靠性远高于CB级产品。

断路器不承载短路耐受电流，触头压力小——供电电路发生短路时，当触头被斥开产生限流作用，从而分断短路电流；而PC级ATSE应承受20Ie及以上过载电流。触头压力大不易被斥开，因而触头不易被熔焊。这一特性对消防供电系统尤为重要。

两路电源在转换过程中存在电源叠加问题——PC级ATSE充分考虑了这一因素。PC级ATSE的电气间隙、爬电距离的180%、150%（标准要求）。因而PC级ATSE安全性更好。

触头材料的选择角度不同——断路器常常选择银钨、银碳化钨材料配对，这有利于分断电弧。但该类触头材料易氧化，备用触头长期暴露在外，在其表现易形成阻碍导电、难驱除的氧化物，当备用触头一但投入使用，触头温升增高易造成开关烧毁甚至爆炸；而PC级ATSE充分考虑了触头材料氧化带来的后果。

b.PC级ATSE与刀开关（电动）区别 

两者遵循的标准不同——PC级ATSE符合GB/T14048.11《自动转换开关电器》。刀开关（电动）符合GB14048.3《开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器》。

灭弧系统不同——PC级ATSE充分考虑了在电源转换过程中可能出现的二次电弧击穿问题，所以对触头开距有一定要求，而且要求电弧的游离气体应迅速排放。否则，易造成电源相间短路。

两者电气性能要求不同——PC级ATSE是在6In电流，1.05Ue电压下，接通/分断循环次数为12次；而刀开关是在3Ie/1Ue下，接通/分断5次。两者的电气寿命、机械寿命也不同。PC级ATSE的电气寿命是在2In/1.05Ue条件下至少操作循环1000次，机械寿命5000次；而刀开关的电气寿命仅在1In/1Ue条件下操作200次，机械寿命800次。两者电气可靠性不同。

转换速度不同——PC级ATSE转换速度一般小于0.3s；而刀开关用于双电源轩换时转换速度不少于1s。

试验方法不同——在进行接通与分断试验时，PC级ATSE是在不同的电源相序下进行（灭弧能力考核较严）；而刀开关对相序无要求。
　　
通过上述对比可知PC级ATSE是理想的电源转换开关产品。

ATSE产品的应用 

随着经济发展，现代生活和现代工业对断电的容忍能力越来越差。国外工业发达国家（尤其是美国）把ATSE产品视为电源的一部分，对ATSE产品选择与使用都很慎重。在双电源紧急供电系统首先PC级产品，且开关在转换过程中不允许中间停留（即不带零位）。其目的是增加电源的可靠性。 
　　
由于备用电源种类不同，ATSE选择也应有所不同。
　　
目前，国内备用电源有三种形式：电网；发电机组；EPS（蓄电池组逆变）。当备用电源为发电机组或EPS时，其容量一般仅是常用电源容量的20%~30%。ATSE的控制器一般应有非重要负荷选择功能（如图1所示）。QT由控制器控制。QT在ATSE转换前断开，在ATSE返回后闭合。

注：Un为常用电源（电网）；Ug为备用电源（发电机）；Qg为熔断器隔离器；QT为负荷选择开关，由控制器操作；DN为控制器。
　　
当ATSE使用在电路末端且用于消防电源转换时，负荷过载应有报警提示功能。其熔断器（Qg）保护特性应与负载要求相匹配。
　　
ATSE一般是不允许带大电动机或高感抗负载转换。如大电动机负载在运行中切换，电源相位差距较大时它将受到巨大的机械应力。同时由电动机产生的反电势引起的过电流可能造成熔断器熔断或断路器脱扣。解决方法常采用电阻吸收或减负荷方式。
　　
图1是ATSE在紧急供电系统中理想的使用线路图。图中的Qg在电路中起两个作用，一是短路保护；二是维修隔。

新一代PC级ATSE产品简介
为了向广大用户提供理想的ATSE产品，上海上江电器制造有限公司与国内多家企业联合开发出我国新一代PC级ATSE产品——SHK系列自动转换开关电器。该产品是目前国内第一家完全依据新的国家标准设计、生产并通过检测的PC级ATSE产品。该系列产品有40A、63A、125A、160A、200A、250A,400Ａ，630Ａ，800Ａ，1000Ａ，1250Ａ，1600Ａ，2000Ａ

a.SHK产品特点：符合GB/T14048.11-2002《自动转换开关电器》标准；产品适应环境强，具有较强的可靠性：工作环境温度宽：+55℃/~25℃，
工作电压范围广：70%Ue~120%Ue，电磁环境1：公共电网；开关本体结构为积木式，体积小，是同规格CB级ATSE体积的1/3~1/2；主触头系统为单刀双掷（三点式）结构，自身连锁，不会同时接通两路电源；操作机构为单线圈双向操作，机构简单，转换动作速度快，时间小于100ms；主触头切换容量大，可以带6Ie切换，而且是在两路电源相序不同下切换；带非优先线路选择开关（加卸负荷）；产品有2极、3极、4极之分，第4极（N极）有闭路转换和开路转换两种。

b.控制器产品特点:控制器是以CPU为核心，具有对电压、频率故障进行检测与判断，并可以实现启动、关闭发电机组、相位角监测、暂态停留控制、非优先线路选择、遥控、通讯功能，带有液晶显示。