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摘要：ATS是自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器的簡(jiǎn)稱(chēng)，是Automatic transfer switching equipment的縮寫(xiě)，也稱(chēng)之為雙電源轉換柜。國家標準GB/T 14048.11-2002《低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備第6部分：多功能電器第1篇:自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器》定義為：由一個(gè)（或幾個(gè)）轉換開(kāi)關(guān)電器和其它必需的電器組成，用于檢測電源電路，并將一個(gè)或多個(gè)負荷電路從一個(gè)電源自動(dòng)轉換到另一個(gè)電源的電器。ATSE主要用在低壓供電系統中，一些重要用電負荷如消防、醫院、銀行、工藝流程不能停電等供電場(chǎng)所，需將負載電路從一個(gè)電源自動(dòng)換接至柴油發(fā)電機組緊急供電系統，以確保重要負荷連續、可靠運行。

 

一、市電與發(fā)電轉換應用方案

 

1、發(fā)展的歷程

      ATS的產(chǎn)品發(fā)展經(jīng)歷三個(gè)階段：接觸器組成的ATS、空氣斷路器組成的ATS、一體化設計的ATS。

（1） 接觸器類(lèi)

　　此類(lèi)電源切換系統以接觸器為切換部件，切換功能用中間繼電器或邏輯控制模塊組成二次回路完成控制功能。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、制造工藝要求低；缺點(diǎn)是主回路接觸器工作需要二次回路長(cháng)期通電，線(xiàn)圈長(cháng)期通電耗能易燒毀，產(chǎn)品的接通分斷能力低，觸頭易抖動(dòng)、熔焊，其產(chǎn)品故障率較高、可靠性很低。這類(lèi)產(chǎn)品在國外已被淘汰并禁止使用，國內仍然有少量使用，此類(lèi)產(chǎn)品本文不作討論。

（2）空氣斷路器類(lèi)（CB級）

　　此類(lèi)電源切換系統以塑殼空氣斷路器為切換部件，切換功能用ＡＴＳ自動(dòng)控制單元完成，有機械和電氣連鎖，功能完善，組成元器件較少，安裝方便，能夠接通、承載、但不用于分斷短路電流；缺點(diǎn)是體積大，存在電機堵轉情況，空氣斷路器多采用進(jìn)口空氣斷路器，特別是大電流回路，價(jià)格較高，現被廣泛應用。

（3）一體化設計的ATS（PC級）

　　此類(lèi)電源轉換系統是集開(kāi)關(guān)與邏輯控制于一體，無(wú)需外加控制器，真正實(shí)現機電一體化的自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)。此類(lèi)電源切換系統產(chǎn)品，為統一設計制造，體積小，結構簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)切換驅動(dòng)采用電機驅動(dòng)，切換平穩可靠，克服了其它產(chǎn)品缺點(diǎn)，是目前國內外市場(chǎng)主要的雙電源轉換產(chǎn)品。

2、常見(jiàn)方案

      ATS轉換開(kāi)關(guān)接至兩路進(jìn)線(xiàn)電源，方案如圖1所示，切換時(shí)序如圖2所示：

（1）兩路電源均來(lái)自中-低壓變壓器的低壓側（市電a-市電b），LN2用作應急電源；

（2）一路常用電源和一路備用電源，接線(xiàn)圖如圖3所示。

3、參數要求

      ATS轉換開(kāi)關(guān)連續監測與分析兩路電源以下參數：

（1）頻率（1.1fn>f>0.9fn）;

（2）電壓（決定于Lim的設置）;

（3）相間不平衡電壓（決定于Lim的設置）。

      如果測量電壓值與額定電壓值的差異大于Lim設置的極限值，那么ATS轉換開(kāi)關(guān)將認為電源發(fā)生了故障。同理，Lim設置的極限值也適用于相間的最高電壓與最低電壓之間的差值。如果電源頻率超出了（1.1fn>f>0.9fn）范圍，它也會(huì )看作電源發(fā)生了故障。

 

圖1  柴油發(fā)電機與市電切換電路簡(jiǎn)圖

圖2  柴油發(fā)電機與市電啟動(dòng)切換時(shí)序圖

 

 表1    ATS轉換柜基本零件清單

 

圖3  柴油發(fā)電機與市電轉換接線(xiàn)圖（兩種方式）

  

二、ABB開(kāi)關(guān)轉換柜功能

 

      柴油發(fā)電機配套的雙電源轉換柜外形如圖4所示，基本功能流程如圖5所示。

1、自動(dòng)功能

       如果LN1發(fā)生了故障，ATS轉換開(kāi)關(guān)將執行以下切換程序：

（1）延時(shí)Ts（由Ts延時(shí)旋鈕設置：0，5，10，15，20，25，30秒）;

（2）啟動(dòng)發(fā)電機（如果設置為使用發(fā)電機的話(huà)）;

（3）如果LN2正常，則發(fā)出斷開(kāi)CB1命令，如果5秒鐘后CB1仍然閉合，則發(fā)出‘斷開(kāi)CB1失敗’報警，通過(guò)Alarm LED閃爍和CB1 LED亮來(lái)表示，按RESET按鈕清除報警和重啟自動(dòng)控制邏輯；

（4）固有延時(shí)TF（3.5S）;

（5）發(fā)出閉合CB2指令，如果發(fā)出指令5秒后，CB2仍然斷開(kāi)，則發(fā)出‘閉合CB2失敗’報警，通過(guò)Alarm LED和CB2 LED同時(shí)閃爍來(lái)表示，按RESET按鈕清除報警和重啟自動(dòng)控制邏輯。

      如果CB1的初始狀態(tài)為斷開(kāi)，則從從第4步開(kāi)始執行。如果LN1恢復正常，ATS轉換開(kāi)關(guān)將執行以下切換程序：

（1）延時(shí)Ts；

（2）發(fā)出斷開(kāi)CB2命令，如果5秒鐘后CB2仍然閉合，則發(fā)出‘斷開(kāi)CB2失敗’報警，通過(guò)Alarm LED閃爍和CB1 LED亮來(lái)表示，按RESET按鈕清除報警和重啟自動(dòng)控制邏輯；

（2）固有延時(shí)TF（3.5S）;

（4）發(fā)出閉合CB1指令，如果發(fā)出指令5秒后，CB1仍然斷開(kāi)，則發(fā)出‘閉合CB1失敗’報警，通過(guò)Alarm LED和CB2 LED同時(shí)閃爍來(lái)表示，按RESET按鈕清除報警和重啟自動(dòng)控制邏輯；

（5）延時(shí)TGOFF（5，10，15，20，25，30秒或5分鐘）；

（6）停止發(fā)電機（如果設置為使用發(fā)電機的話(huà)）。如果CB2的初始狀態(tài)為斷開(kāi)，則從從第4步開(kāi)始執行。

 

圖4  ATS轉換柜外觀(guān)示意圖

圖5  轉換開(kāi)關(guān)功能操作流程圖

 

2、手動(dòng)功能

      在手動(dòng)模式下斷路器可由CB1和CB2按鈕控制分合。如果斷路器沒(méi)有執行相應的指令，則ATS轉換開(kāi)關(guān)發(fā)出與自動(dòng)運行模式一樣的報警。

按CB1按鈕：

（1）如CB1閉合，發(fā)出斷開(kāi)CB1指令：

（2）如CB1和CB2均斷開(kāi)，則發(fā)出閉合CB1指令；

（3）如果CB1斷開(kāi)且CB2閉合，則不執行任何操作。

按CB2按鈕：

（1）如CB2閉合，發(fā)出斷開(kāi)CB2指令：

（2）如CB1和CB2均斷開(kāi)，則發(fā)出閉合CR2指令；

（3） 如果CB2斷開(kāi)且CB1閉合，則不執行任何操作。

3、電路系統圖

（1）容量200A~630A

      圖6為額定電流200A～630A市電一應急柴油發(fā)電機組自動(dòng)轉換塑殼斷路器控制電路圖。控制電路僅示斷路器為抽屜式安裝。當斷路器為固定式安裝時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)為電動(dòng)時(shí)，應增加聯(lián)鎖，當斷路器處于合閘位置時(shí)，該回路上的上、下隔離開(kāi)關(guān)不能打開(kāi)；當斷路器處于打開(kāi)位置時(shí)，該回路上、下隔離開(kāi)關(guān)可以分閘。

 表2    ATS轉換柜功能表（200A~630A）

 

（2）容量800A~2500A

       圖7為額定電流800A～2500A 市電-應急柴油發(fā)電機組自動(dòng)轉換空氣斷路器控制電路圖。控制電路僅示斷路器為抽屜式安裝。當斷路器為固定式安裝時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)為電動(dòng)時(shí)，應增加聯(lián)鎖，當斷路器處于合閘位置時(shí)，該回路上的上、下隔離開(kāi)關(guān)不能打開(kāi)；當斷路器處于打開(kāi)位置時(shí)，該回路上、下隔離開(kāi)關(guān)可以分閘。

  

圖6   ATS轉換柜系統接線(xiàn)圖（630A以下）

圖7  ATS轉換柜系統接線(xiàn)圖（800A以上）

  

三、施耐德開(kāi)關(guān)轉換柜功能

 

      柴油發(fā)電機采用施耐德開(kāi)關(guān)的轉換柜配置選型如表4、表5所列，配電接線(xiàn)如圖8所示。

1．市電為正常電源，柴油發(fā)電機組應急備用，當市電故障時(shí)，UA發(fā)出信號啟動(dòng)柴油發(fā)電機組；當市電恢復時(shí)，UA發(fā)出信號停柴油發(fā)電機組，恢復正常供電。

2．如柴油發(fā)電機組容量不足時(shí)，UA可發(fā)出信號卸掉次要負載；當市電恢復時(shí)，UA可發(fā)出信號恢復被卸掉負載。如柴油發(fā)電機組容量足夠，卸載、加載接線(xiàn)端子不接線(xiàn)即可。

3．施耐德雙電源轉換裝置具有過(guò)負荷、短路、缺相等保護功能。

4．轉換開(kāi)關(guān)在自動(dòng)位置，裝置自動(dòng)運行；在手動(dòng)（停止）位置，UA自動(dòng)切除，可在KIT上手動(dòng)分合斷路器；在R位置，可強行啟動(dòng)柴油發(fā)電機組；在N位置，可強行停柴油發(fā)電機組。N、R位置可用于檢修時(shí)倒換負荷。

5．市電與發(fā)電柴油發(fā)電機組電源轉換時(shí)間調節范圍為0.1秒～240秒。

6．本裝置為模塊化結構，在運行時(shí)可更換或檢修其他部件。

7．斷路器如采用固定式，電路中需加隔離開(kāi)關(guān)。

 

表4   施耐德應急電源轉換裝置配置表（框架）

 

表5   施耐德應急電源轉換裝置配置表（塑殼）

 

圖8  施耐德轉換開(kāi)關(guān)接線(xiàn)圖

 

四、西門(mén)子轉換柜功能

 

      柴油發(fā)電機采用西門(mén)子開(kāi)關(guān)的轉換柜配置選型如表6所列，配電接線(xiàn)如圖9所示。

      圖9為額定電流250A～1250A市電一應急柴油發(fā)電機組自動(dòng)轉換空氣斷路器控制電路圖。圖9控制電路僅示斷路器為抽屜式安裝。當斷路器為固定式安裝時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)為電動(dòng)時(shí)，應增加連鎖，當斷路器處于合閘位置時(shí)，該回路上的上、下隔離開(kāi)關(guān)不能打開(kāi)；當斷路器處于打開(kāi)位置時(shí)，該回路上、下隔離開(kāi)關(guān)可以分閘。

表6    西門(mén)子開(kāi)關(guān)應急電源轉換裝置配置表 

 

圖9  西門(mén)子轉換開(kāi)關(guān)接線(xiàn)圖

 

 

總結：

　　 電源自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器ATS作為一種電源切換系統產(chǎn)品，隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，必然向大電流、切換可靠性更高、功能更全面的方向發(fā)展，在柴油發(fā)電機組中將得到更廣泛的應用。電源自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器ATS尚無(wú)專(zhuān)門(mén)的國家標準，目前適用的國家標準GB/T 14048.11-2002《低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備 第6部分：多功能電器第1篇:自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器》，已經(jīng)不能對ATS給予準確、全面的定義，可以說(shuō)是已經(jīng)不適用了。為以后同類(lèi)產(chǎn)品檢驗、檢測及國家強制的3C認證提供依據，康明斯公司認為應及早起草新的低壓雙電源自動(dòng)切換裝置國家標準。同時(shí)康明斯公司建議國家標準應規定電源自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)（PSATS）具有隔離功能，以便電源自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)應用更方便、更廣泛。

 

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