ATS轉(zhuǎn)換開關(guān)的最新應(yīng)用

1、ATS自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的最新技術(shù)與應(yīng)用前言在當(dāng)今高度工作化的時代下對于用電的需求和供電的穩(wěn)定性日益增強，而在電力系統(tǒng)供電的領(lǐng)域中由于自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（Automatic Transfer Switches）的發(fā)明，斷電已不再會對生產(chǎn)造成嚴(yán)重的危害，如醫(yī)院、辦公大樓、機場、捷運及高鐵場站、通訊系統(tǒng)及軍事設(shè)施等場所也同樣如此。為提高配電系統(tǒng)供電的可靠度及縮短因事故停電的電力中斷時間及復(fù)電時間，在現(xiàn)今的配電系統(tǒng)中已越來越多的設(shè)計采用了控制切換正常/緊急電源的自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。為此，本文將介紹和探討關(guān)于自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的最新技術(shù)與相關(guān)應(yīng)用。緊急轉(zhuǎn)換的類型（一）同步轉(zhuǎn)換=零轉(zhuǎn)換時間在此類轉(zhuǎn)換中，主要電源（例如：市電臺電

2、）和備用電源（例如：柴油發(fā)電機）可以同步轉(zhuǎn)換，其條件是：1、他們彼此的電壓相位角必須相同2、他們彼此的頻率和電壓幅值都必須相等（二）準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)換=150ms等級的轉(zhuǎn)換時間此類電力轉(zhuǎn)換可用于非同步電動機的不停機恢復(fù)供電。該類轉(zhuǎn)換的主要問題在于當(dāng)斷電時，由于電動機的殘磁感應(yīng)而使三相交流的頻率和電壓幅值減小。如果電動機恢復(fù)供電較快而又無特別保護措施的話，會因備用電源與電動機所使用的主要電源反相而導(dǎo)致斷電。（三）固定時間轉(zhuǎn)換=轉(zhuǎn)換時間在0.5-30秒之間此類電力轉(zhuǎn)換是最常用的，大多數(shù)的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)屬于此類轉(zhuǎn)換，主要是用于取代手動的轉(zhuǎn)換操作。此類自動轉(zhuǎn)換開關(guān)通常用于正常/緊急的電力轉(zhuǎn)換。主要電源一般為低壓

3、配電網(wǎng)，而備用電源為另一路低壓配電網(wǎng)或柴油發(fā)電機。正常應(yīng)急的轉(zhuǎn)換次序轉(zhuǎn)換次序（正常側(cè)至緊急側(cè)及返回正常側(cè)）需要通過電壓的監(jiān)測來進行，如圖1。圖1正常側(cè)電源電壓失去檢測和轉(zhuǎn)換次序主要電源側(cè)的輸出電壓瞬間失去或降低是允許的。主要電源的電壓檢測計時器輸出的動作通?？稍O(shè)置（0.4-10秒）的延遲時間。此外，如果備用側(cè)電源為發(fā)電機組，那就要等發(fā)電機的電壓達到要求以后（幾秒鐘）才能發(fā)出轉(zhuǎn)換命令。轉(zhuǎn)換問題及注意事項以下詳細研究電源自動轉(zhuǎn)換過程中的若干問題：1.在下游側(cè)電網(wǎng)出現(xiàn)故障當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的下游側(cè)出現(xiàn)故障（短路、過載等）而主要電源跳脫時，建議不要進行電源的轉(zhuǎn)換。在此情況下，應(yīng)該根據(jù)下游電路的保護裝置所發(fā)出的

4、信號來切離自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制回路轉(zhuǎn)換功能。2.備用電源的特性備用電源的特性與主要電源的特性（額定功率、短路電流等）會有很大的差異。必須詳細研究并進行選擇，以便保證備用電源能正常發(fā)揮功能（例如：主要電源為800kVA,380V,Icc=20kA，Icc=20kA的變壓器，那么，備用發(fā)電機組緊急電源應(yīng)為200kVA，Icc=1kA）。3.兩電源間的機械連鎖兩電源間的機械連鎖和禁止兩路電源同時供電這種情況的發(fā)生需加以考慮，并且應(yīng)用在所有的電路中。4.轉(zhuǎn)換次序的實現(xiàn) SOCOMEC ATyS6系列自動轉(zhuǎn)換開關(guān)可完全實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換次序的功能要求。轉(zhuǎn)換開關(guān)的應(yīng)用要從一路電源轉(zhuǎn)換到另一路電源時就需要使用轉(zhuǎn)換開

5、關(guān)，通常用正常/緊急來表示此一功能。轉(zhuǎn)換的概念主要應(yīng)用于兩組電源間的轉(zhuǎn)換，其中一路作為主要電源而另一路則作為緊急電源或備用電源。正常/緊急應(yīng)用大多數(shù)安裝自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的場所都是為了當(dāng)主要電源故障時能轉(zhuǎn)換到另一路備用電源緊急供電。1.電網(wǎng)/發(fā)電機轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要配置了緊急電源系統(tǒng)來保證系統(tǒng)安全供電。在實際應(yīng)用中此種形式的供電方式是為了保證系統(tǒng)安全供電，并且保證與故障系統(tǒng)隔離。2.電網(wǎng)/電網(wǎng)轉(zhuǎn)換此種形式的供電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于照明、警報系統(tǒng)、煙霧偵測系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、空氣壓縮機、升降機設(shè)備等。其他應(yīng)用1.在一路電源供電下負載與備用負載間的切換2.電路的短接和接地以保護設(shè)備和電氣專業(yè)人員的操作安全。3.三相

6、電源相序的切換以控制馬達的正反轉(zhuǎn)4.UPS不斷電系統(tǒng)的旁路應(yīng)用轉(zhuǎn)換類型根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇不同的轉(zhuǎn)換方式來實現(xiàn)二路電源的轉(zhuǎn)換。先斷后通（0位）（如圖2-1）圖2-1從一路電源轉(zhuǎn)換到第二路電源經(jīng)過0位以避免電源互相重疊。在0位的停頓時間是為了在轉(zhuǎn)換前先釋放負載剩余電壓，使得其在非臨界值以下。負載從一路電源快速轉(zhuǎn)換到另一路電源將會引起負載與電源之間大功率轉(zhuǎn)換，這有可能損壞設(shè)備材料因而引起保護裝置作動從而切斷電源，造成損失。在0位的停頓時間必須根據(jù)實際要求設(shè)定。同步轉(zhuǎn)換（如圖2-2）圖2-2主電源和緊急電源可以并聯(lián)使用。兩路電源必須同步才可以允許轉(zhuǎn)換：1.兩路電源的相位角一致2.兩路電源的頻率和電

7、壓幅度相等在這種情況下供電不會因轉(zhuǎn)換電源而有中斷的現(xiàn)象。非同步轉(zhuǎn)換（如圖2-3）圖2-3這類的轉(zhuǎn)換方式典型應(yīng)用于大容量的非同步電動機上。要求快速轉(zhuǎn)換以限制電動機轉(zhuǎn)速，并且允許不需停頓直接轉(zhuǎn)換的要求。轉(zhuǎn)換時間通常不超過0.2秒。在轉(zhuǎn)換前必須檢查頻率和相序，確保符合轉(zhuǎn)換條件。在大多數(shù)應(yīng)用中，SOCOMEC ATyS6系列自動轉(zhuǎn)換開關(guān)專門應(yīng)用于轉(zhuǎn)換之間需要先斷后通的轉(zhuǎn)換要求。電源的種類電源可按下列所述加以區(qū)分：1.一路電源作為優(yōu)先電源（主要電源）是由一個或幾個變壓器并聯(lián)供電的一個電網(wǎng)。2.一路緊急電源電源供應(yīng)設(shè)備（發(fā)電機、燃料電池、不斷電設(shè)備UPS）。（圖3）圖3發(fā)電機電源的種類緊急電源包括發(fā)電機是

8、依據(jù)主要電源故障后備用電源開始提供電力，按其所需時間不同可如表1所示。表1負載的種類有些負載允許電源可以短暫中斷而其他負載則不允許，一般有如圖4的幾種負載，并分述如下：圖41.關(guān)鍵設(shè)備如果市電中斷須由UPS繼續(xù)供應(yīng)電力的負載，由于UPS提供電力的時間是有限的，一般由負載大小，蓄電池容量和日常維護要求決定。2.次關(guān)鍵設(shè)備市電中斷后需要快速供應(yīng)電力的負載（從幾秒鐘到數(shù)分鐘）。3.一般設(shè)備市電中斷后可以等待市電恢復(fù)供電再切換回市電上的負載。電源轉(zhuǎn)換順序1.在實際應(yīng)用中，大多數(shù)場合在市電中斷以后會發(fā)生短時間停頓的狀況。2.在電源切換前，計時器能夠?qū)﹄娫粗袛鄷r間和電源是否可用進行監(jiān)測。電源切換時間等于不

9、同功能計時器的計時總和。（圖5）圖5SOCOMEC ATyS 6系列自動轉(zhuǎn)換開關(guān)已包含了當(dāng)市電中斷后電機的啟動控制程序。電源監(jiān)控正常/緊急電源的自動轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)，提供了市電和備用電源的監(jiān)控以確定其可用性。電壓監(jiān)控電壓監(jiān)控必須至少包含以下內(nèi)容：（如圖6）圖61.監(jiān)測于使用電源的所有故障（電壓不足或超限）和自動啟動及轉(zhuǎn)換程序。2.驗證備用電源是否允許轉(zhuǎn)換。（1）一路電源完全失去電壓則表示上一級保護系統(tǒng)有跳脫動作或電源中斷。（2）電壓過高或過低而超出規(guī)定范圍，可能是由于在電路中無效功率過高或者是在有欠載條件時（電容性無效電力過多）無穩(wěn)壓系統(tǒng)的補償所引起。頻率監(jiān)控在發(fā)電機供電情況下，需要針對電壓頻率監(jiān)

10、控以提高電源供給的品質(zhì)。（如圖7）圖7在供電系統(tǒng)中，電網(wǎng)的頻率與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速是相關(guān)聯(lián)的。頻率過高或過低就會顯示電網(wǎng)的過載或欠載的有效功率是電感性或者是電容性的。此外頻率的變動也可能是由調(diào)速系統(tǒng)故障所造成的。應(yīng)用等級電源的功率容量，其阻抗特性和校正系統(tǒng)將影響電壓和頻率的暫態(tài)特性。不同等級的電壓和頻率在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)時的變化范圍如表2所示。表21.等級G1：低要求標(biāo)準(zhǔn)（例如照明負載）2.等級G2：能夠接受的暫態(tài)波動（例如方波）3.等級G3：對于偏差和波形有嚴(yán)格要求4.等級G4：特別嚴(yán)格要求暫態(tài)情況控制電路必須能夠?qū)Ω鞣N穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的情況不同給予補償，主要針對負載的適用條件與否。1.帶有時間延遲的高，低限

11、值，定義了對負載穩(wěn)定供電的可用范圍，過電壓和欠電壓的恢復(fù)值是表示電源恢復(fù)到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)，并可避免任何因檢測引起的設(shè)備誤動作。（圖8）圖82.相序監(jiān)測對三相電力系統(tǒng)是非常重要的，特別是在電源進線電纜連接須保持相序的一致，尤其是對轉(zhuǎn)動的負載最為重要。（圖9）圖9轉(zhuǎn)換周期主電源中斷1.轉(zhuǎn)換程序的啟動是先從穩(wěn)定的位置開始，一般是正常或者是優(yōu)先電源位置，如果市電故障（門限值+延遲計時器）就會自動轉(zhuǎn)換到緊急電源或備用電源上。2.當(dāng)監(jiān)測到電源中斷（主要電源中斷），接著控制啟動緊急電源的輔助接點閉合。此時備用電源的發(fā)電機被啟動，若備用電源為變壓器時則不需使用。3.當(dāng)監(jiān)測到緊急電源（門限值+延遲）為可用時，

12、系統(tǒng)就開始從正常位置轉(zhuǎn)換到緊急位置。4.電源轉(zhuǎn)換可以在0位停頓。在0位停頓的時間可以根據(jù)實際應(yīng)用而調(diào)整。返回主要電源的順序1.自動轉(zhuǎn)換開關(guān)在緊急電源位置，并且等待主要電源恢復(fù)正?？捎脮r，轉(zhuǎn)換開關(guān)就會自動轉(zhuǎn)換回主要電源。2.此種轉(zhuǎn)換順序和市電中斷轉(zhuǎn)換到緊急電源一樣。啟動發(fā)電機的控制接點保持閉合直到冷卻發(fā)電機的計時器結(jié)束后重返回轉(zhuǎn)換開關(guān)開始啟動并允許發(fā)電機安全冷機（空載運行）。3.舉例：電網(wǎng)/電網(wǎng)轉(zhuǎn)換順序流程圖如圖10。圖10測試周期自動轉(zhuǎn)換開關(guān)需要具備以下的設(shè)備才能完成轉(zhuǎn)換：1.轉(zhuǎn)換機構(gòu)2.緊急電源當(dāng)需要時轉(zhuǎn)換設(shè)備必須有效自動運轉(zhuǎn)。帶負載測試完整的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)測試可以定期或者在帶負載預(yù)防性維護作業(yè)時

13、進行測試。這種測試一般稱為帶負載測試，它模擬了完整的轉(zhuǎn)換過程。緊急電源（發(fā)電機）啟動的應(yīng)用，并可停止由停機計時器送出的指令。（圖11）適用標(biāo)準(zhǔn)IEC60947-6-1/GB14048.11-2002標(biāo)準(zhǔn)1.轉(zhuǎn)換開關(guān)必須依照應(yīng)用場合、電氣設(shè)備的架構(gòu)、負載類型和操作頻率來選擇。2.IEC60947-6-1/GB14048.11-2002產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是適用于正常/緊急方式的自動轉(zhuǎn)換。3.此標(biāo)準(zhǔn)適用于自動轉(zhuǎn)換和導(dǎo)電連接材料及在轉(zhuǎn)換過程中負載電源被中斷的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。4.IEC60947-6-1/GB14048.11-2002標(biāo)準(zhǔn)包含了自動轉(zhuǎn)換規(guī)范的特殊要求。5.此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了不同的使用種類，在不同的應(yīng)用場合和

14、電氣設(shè)備將需要不同的轉(zhuǎn)換順序。6.按照操作使用頻率可區(qū)分為A和B級。7.IEC60947-6-1/GB14048.11-2002標(biāo)準(zhǔn)同時規(guī)定了完整的轉(zhuǎn)換順序，包括計時器和門限值提供給終端用戶，以滿足各種設(shè)備應(yīng)用的需要。8.完整的應(yīng)用分析對于按照實際電氣需求以確定設(shè)備的類型是必需的。這對于在一個標(biāo)準(zhǔn)的正常/緊急自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)上直接轉(zhuǎn)換為高電感性負載或?qū)嵭蟹聪虿僮魇怯行У?。SOCOMEC ATyS6系列自動轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備完全符合以上的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。ATS系統(tǒng)特性及功能要求（一）一般特性1.ATS系統(tǒng)基本上有3極和4極的分別，為有效縮減系統(tǒng)尺寸則要先依據(jù)需要被轉(zhuǎn)換的電纜數(shù)量進行規(guī)劃。2.在實際應(yīng)用中，轉(zhuǎn)換系

15、統(tǒng)和相關(guān)的保護系統(tǒng)都要通過短路電流的短時沖擊耐受測試。3.在運行中，開關(guān)的通電接點要在各種環(huán)境下保持動作自如，并且能夠自我清潔以提高此通電接點的接觸能力。4.轉(zhuǎn)換開關(guān)通電接點的斷開與閉合必須快速動作，并且與自動驅(qū)動機構(gòu)無關(guān)（通電接點的斷開與閉合速度與電動及手動切換操作無關(guān)）。5.系統(tǒng)的位置和通電接點狀態(tài)應(yīng)不受環(huán)境振動或供電電源的電壓波動影響（系統(tǒng)位置的穩(wěn)定狀態(tài)無需電源供電=在穩(wěn)定位置沒有電源消耗）。（二）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的安全1.轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須整合電氣及機械連鎖的控制，其目的是為了避免同時接通另一路電源而造成意外事故。2.轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須在兩路電源之間以及進線及出線端之間整合成安全斷開功能。3.在沒有電源供

16、電或在電氣指令失效的情況下，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須可以用手動操作（在1，0或2位置皆可以）。4.在手動模式下，自動模式/手動模式的功能選擇器必須能抑制任何自動控制指令。此外還必須可有配備附鑰匙的功能選擇器以確保安全地進行操作模式的選擇。5.轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須包含在0位的鎖定，如果需要還必須可以在3個位置的鎖定。6.在進入手動操作模式時自動模式或鎖定位置必須被禁止，在手動操作（操作手柄已就位）中或在鎖定位置時，必須避免自動模式被啟動。（三）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的自動控制1.轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須包含正常/緊急轉(zhuǎn)換順序的自動控制功能。轉(zhuǎn)換系統(tǒng)應(yīng)配備發(fā)電機控制（啟動和停止操作）以便依照變壓器/發(fā)電機類型應(yīng)用的ATS運行。2.在自動轉(zhuǎn)換流

17、程圖中可以清楚地看到，電源正?？捎脿顟B(tài)和轉(zhuǎn)換開關(guān)所在位置的指示。3.轉(zhuǎn)換系統(tǒng)應(yīng)可以通過人機對話介面輕松進行參數(shù)設(shè)定。而進入?yún)?shù)設(shè)定程序必須通過密碼的安全驗證。4.轉(zhuǎn)換系統(tǒng)應(yīng)可以透過本地或遠端控制方式來選擇優(yōu)先電源（主要電源）。5.在主要和備用電源中，三相供電線路的檢測須保證安全監(jiān)視。6.需有對電壓及頻率量測值進行監(jiān)控和顯示的功能。7.電壓和頻率的最大及最小限定值以及相關(guān)的回復(fù)值應(yīng)能設(shè)定以避免任何因檢測過程而觸發(fā)不正常的轉(zhuǎn)換。8.相序監(jiān)測功能應(yīng)永久保證系統(tǒng)中兩路電源的相序是正確的。9.正常/緊急電源轉(zhuǎn)換順序應(yīng)包含以下計時器：（1）在啟動主要電源中斷轉(zhuǎn)換順序前，主要電源中斷計時器將驗證主要電源是否中斷。（2）在切換前，轉(zhuǎn)換計時器（緊急電源可