自动转换开关电器ATSE的设计应用

【摘要】文章通过对自动转换开关ATSE的不同产品的工作原理的分析，并说明如何选择ATSE及PC级和CB级的ATSE在实际设计中如何应用。

【关键词】自动转换开关；PC级；CB级；电源末端切换

近几年来，随着城市高层建筑的不断涌现，消防设计越来越重要。而在消防设计中有一个重要的电器开关——双电源自动转换开关也渐渐引起人们的重视。本文从工程的设计中阐述双电源自动转换开关ATSE的选择与应用。

1. 概述

1.1自动转换开关是由一个（或几个）转换开关电器和其他必需的电器组成，用于监视电源电路，并将一个或几个负载电路从一个电源自动切换至另一电源的电器。电气行业中简称为“双电源自动转换开关”，简称为ATSE。它主要用于电源的首端，即市电与柴油机电之间的切换，而随着规范的不断完善和消防要求的不断提高，这几年双电源自动转换开关ATSE在工业与民用建筑行业应用越来越多。在我国，ATSE产品90%主要用于消防供电线路的电源末端的切换。

1.2ATSE随着在工业与民用建筑工程应用的广泛，生产技术也不断提高，配电系统中采用的双电源转换技术，已经由电器元件组装式双电源自投箱过渡到一体化的自动转换开关电器（ATSE）。ATSE一般由两部分组成：开关本体+控制器。而开关本体又分为PC级（整体式）与CB级（断路器）：（1）PC级：一体化结构（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，能够接通承载，但不能用于分析短路电流，需要配备短路保护电器。（2）CB级：配备过电流脱扣器的ATSE。它的主触头能够接通并用于分断短路电流，它是由两台断路器加机械连锁组成，具有短路保护功能。

2. 同类产品结构分析与对比

2.1CB级与PC级两者在结构设计理念不同。CB级是由断路器组成，而断路器是以分断电弧为己任，要求机构快速脱扣，因而可能存在滑扣、再扣不可靠因素；而PC级产品不存在该方面的问题，PC级产品的可靠性远远高于CB级产品。

2.2断路器（MCCB）一般不承受短时耐受电流，触头压力较小。当供电线路发生短路时，断路器的动触头被斥开并产生限流作用，从而分断短路电流；而PC级ATSE应承受20Ie及以上过载电流，触头压力要求较大，因而ATSE触头不易被斥开，也不易被熔焊。这个特性对消防供电系统尤为重要。

2.3两路电源在转换过程中存在电流叠加问题。

PC级ATSE充分考虑了这一因素，PC级ATSE的电气间隙、爬电距离一般是断路器的电气间隙，爬电距离的180%、150%（标准要求），因而PC级的ATSE安全性更好。

2.4触头材料的不同。断路器经常选用银钨、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，在其表面易形成阻碍导电、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。

3. ATSE在低压配电系统中的应用

3.1在低压配电系统中，按照规范要求，对于一些重要的一、二级负荷，应采用双电源供电；对消防用电设备，除采用双电源外，还应在最末一级配电箱处做自动切换。

3.2为了保证供电的连续性和可靠性，对于电源供电的线路一般都取自配电所（或配电室）低压侧的两段母线上，按规定要求，消防设备供电还要求专路供电，并应对该线路加装过载和短路保护，其配电方式分别采用树干式和放射式或两者相结合的方式。在低压配电中，对于双电源供电的线路，无论采用树干式或放射式供电，应尽量减少配电级数，因为都是重要负荷，不宜超过三级。

4. ATSE选择的原则

（1）ATSE的额定电流应大于所在回路的预期工作电流，还应承载异常情况下可能的过电流。

（2）ATSE应满足短路条件下的动稳定与热稳定要求。CB级的ATSE应满足短路条件下的分断能力，PC级的ATSE应承载短路耐受电流的要求。

（3）当日常维护及损坏维修仍要确保连续供电时，应选用旁路隔离型、旁路抽出型ATSE或采取其它相应措施。

（4）一级负荷中的特别重要的负荷宜采用一体化结构的PC级ATSE。

（5）一级负荷建议采用PC级ATSE。

（6）当采用CB级ATSE向电动机供电时，应满足电动机的保护要求。

5. PC级与CB级ATSE在选用时应注意的问题

（1）由于PC级的可靠性高于CB级，重要场所应选用PC级，如果需要短路保护只需在只需要在PC级ATSE前端设置短路保护。

（2）用于消防泵的ATSE应符合PC级的要求。

（3）在选用PC级的ATSE时，应注意执行《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008中7.5.4第三款的要求，即ATSE额定电流不应小于回路计算电流的125%，以保证自动转换开关电器有一定的余量。

（4）当采用CB级ATSE为消防负荷供电时，应采用仅具有短路保护功能的断路器组成的ATSE，保护应与上下级保护电器具有选择性配合。

（5）PC级的转换时间一般为100ms，CB级一般为1～3s。当ATSE用于应急照明系统，如正常照明断电，安全照明投入的时间不应大于0.25s。此时，PC级的ATSE能满足，而CB级则不能。

（6）市电与发电机转换的ATSE宜采用PC级，一体化结构、三位式的ATSE。

6. 三相四线制（0.4/0.23KV）电力系统中ATSE级数的选用原则

（1）同一接地系统中，带漏电保护的两个电源回路下级的ATSE，三相四线供电应采用四级ATSE，单相供电应采用两级ATSE。

（2）两种不同接地系统（包括两个不同中性线接地点的TN-S系统）间电源转换的ATSE，三相四线供电应采用四极ATSE，单相供电应采用两极ATSE。

（3）正常供电电源与备用发电机之间，当采用不同的接地方式时其转换开关应采用四极ATSE。

（4）IT系统中当引出中性线时，三相四线供电应采用四极ATSE，单相供电应采用两极ATSE。

（5）在有总等电位联结的情况下，TN-S、TN-C-S系统除原则1、2、3条的情况外一般不需要设四极ATSE。

（6）TN-C系统严禁采用四极ATSE。

7. 结束语

自动转换开关（ATSE）是一种电源系统类新产品。随着技术的不断发展和进步，ATSE应向机电一体化智能性发展，自动化程度及安全可靠性会更好，产品质量也会进一步完善和提高。由于ATSE具有明显的优势，会逐渐被广大设计人员认可，在工业与民用建筑中得到更广泛的推广和应用。

参考文献

[1]《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008.

[2]《自动转换开关电器ATSE设计应用导则》全国智能建筑技术情报网.

[3]《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045-95（2005年版）.