浅谈双电源切换开关的应用及选择

刘勇

摘 要：双电源切换开关是保证供电可靠性的开关器件之一，文章从结构、原理、使用上分析和比较了PC级和CB级两类开关的不同，为各行各业使用上的选择提供了参考。

关键词：双电源切换开关；CB级；PC级

引言

持续的电力供应是企业的安全生产最重要的外在条件，其质量与稳定性也直接关系到经济效益，如何确保日常用电安全，保证对重要负载的不间断供电，显得尤为重要。根据GB50052-2009《供配电系统设计规范》，一级、二级负荷需要设置双路电源，以保证重要负荷的供电可靠性，末端双电源自动切换装置ATSE作为转换电源的关键性电气元器件，在行业供配电系统中占据了非常特殊的地位。

1 双电源自动转换开关的介绍和比较

自动转换开关电器（AutomaticTransferSwitchingEquipment，简称ATSE），根据标准GB14048.11定义：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，并连接至另外一路电源上。IEC60947-6-1定义：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转换至另一个电源的自动电器。为了保证供电负荷的可靠性，现在交流额定電压不超过1000V的重要负荷一般由两个电源供电，一个是常用电源，一个是备用电源。常用电源故障时，转换开关能够自动将一个普通负载转换到备用电源侧，并且当常用电源恢复时，能够自动将负载从备用侧转回到常用电源侧。

1.1 自动转换开关分类

目前国内市场常见的ATSE设备主要有两类，CB级和PC级，PC级可细分为派生PC级和专业PC级。

CB级：通常是有两个断路器机械连锁组成，配备过电流脱扣器，触头能够接通并用于分断短路电流。既能实现双电源自动切换的功能，又具有短路电流保护的功能。由于具备选择性的保护功能，能够对末端的负荷和电缆线路进行短路和过载保护。

PC级：能够接通和承载，但不用于分断短路电流，只能实现双电源的自动切换功能，不具备短路电流分断能力。但具备较高的耐受和接通能力，并且有结构简单、体积小、转换速度快、动作可靠等优点，使用时需要配备短路保护的开关。而派生式PC级ATSE，都只是在CB级ATSE的基础上把本体开关由断路器换成了负荷隔离开关，只摘除了断路器的过电流脱扣器，并没有解决其结构复杂、可靠性差、触头耐受故障电流值低的问题。

1.2 CB级和PC级自动转换开关比较

1.2.1 机械结构不同。CB级ATSE是由断路器组成，而断路器是以分断电弧为主，要求它的机构能够快速脱扣，因而存在滑扣、再扣问题。另外机械连锁复杂，基本上是由两个断路器、电动机、机械传动机构来操作分断和闭合，实现电路转换。一个功能需要三个独立的单元共同配合完成，任何一个故障，都导致转换失败。PC级ATSE采用励磁机构，可靠性远高于CB级产品。

1.2.2 触头材料不同。CB级断路器常用银钨、银碳化钨材料配对，有利于分断电弧。但该材料易氧化，备用触头长期暴露在外，表面氧化后，增大接触电阻。备用触头一旦投入使用，触头温升增高易烧毁开关。而PC级ATS充分考虑了触头材料氧化带来的后果，采用银合金，高度抗燃烧。而且当开关闭合时，每一次接触自滑触点可以清理灰尘和氧化，这大大提高了ATSE的使用寿命。触头可承受20Ie及以上过载电流，触头压力大，不易斥开，也易被熔焊，这一特性对于消防应急系统供电非常重要。

1.2.3 故障时对线路的影响不同。CB级ATSE采用的断路器有过载保护功能，在出口侧发生过载或短路故障时，CB级ATSE仅锁定故障，断路器跳闸，但不自动转换。而PC级ATSE没有保护功能，可以从故障线路切换到另一路电源，可以保证线路的持续供电。如图所示。

对于民用建筑，《高层民用建筑设计防火规范》（2005）第9.1.2条规定，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切换装置。经过上述比较，对于不可因为线路过流而中断供电的用电负荷，均应该选用一体化PC级ATSE。对于消防负荷国标强制使用PC级ATSE；另外高档办公楼、酒店、医院（手术室、ICU、血透等）公共建筑配电首选PC级ATSE；通讯设备，数据机房配电等也首选PC级ATSE。

2自动转换开关的应用功能

目前，大多数ATSE是集开关与逻辑控制于一体，无需外加控制器，真正实现机电一体化。由于ATSE的控制器标准没有统一规定，同一供应商一般都有多种型号，不同供应商之间的差别更大，所以需要有选择的使用，通常控制器具有以下功能：（1）适用于宽广的电压范围（如适用于AC100～480V），较宽的频率范围（如适用于50Hz和60Hz之外的其他频率）。适用于各类型负载，电动机负载或包含电动机、电阻性负载和30%以下白炽灯负载的混合负载，控制器上能够显示常用参数。（2）可以带载转换，耐受一定的故障电流，一般都不需要外界独立电源。（3）电源转换模式为下列三种模式之一，控制器都可以手动设置：a.自投不自复。当常用电源参数超出设定值时，控制器发出指令，分断常用电源切换到备用电源并保持此状态；b.自投自复。当常用电源因故障切换到备用电源，而常用电源恢复正常后，控制器发出指令，从备用电源切换回常用电源；c.互为备用。常用电源故障时，控制器发出指令，切换到备用电源。当备用电源故障时，控制器发出指令，令操作机构切换回常用电源。（4）转换条件。ATSE标准强制规定失压、任意一相缺相必须转换。另外，欠压、过压、频率偏差、谐波、电压波动、线路噪声这几项参数是否属于故障电源状态，取决于用电设备对电源质量的要求和敏感度。（5）切换时间的设定。在常用电源转换至备用电源时，为防止备用电源在市电瞬态波动或失压，ATSE具有延时检测功能。目前这一指标设计规范中没有给出明确指标，可根据用电负荷的类型进行设定，普遍厂家均有1～300s范围内调整，部分厂家可以0～999s内设定，最快的切换可以达到毫秒级，并且可以同相位切换。（6）级数的选择。根据IEC456.1.5规定，正常供电电源与备用发电机之间若不是同一接地网络时，转换开关应该选用四极开关，N线应完全隔离。目的是防止ATSE切换时，不同系统中N线电位漂移，影响系统供电质量。

3 结束语

随着经济的发展，各行各业对电力供应的连续性要求越来越高，ATSE是保证供电可靠性的电器元件之一。所以具备结构简单、承载能力高、切换快、不带零位等性能的一体化专业PC级ATSE是双电源紧急供电系统中的首要选择。现在有的厂商已经不生产CB级自带断路器的ATSE产品，其目的也是增加电源的可靠性，主要实现切换功能，而不是保护功能。进几年自动切换开关的技术发展较快，新型产品已在不断涌现，发展趋势也必然向大电流、更多电压等级、更高的可靠性、控制功能更完善的方向发展。所以在实际应用中，应依据国家相应标准或规范对重要用负荷按照等级的分类及要求，并切合实际需求设计选用合适的ATSE，提供安全、优质、可靠的电力供应。