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　工業(yè)與民用建筑中的重要負(fù)荷對(duì)供電電源的連續(xù)性要求, 促進(jìn)了主要用于供電末端的低壓雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器及其成套設(shè)備(簡(jiǎn)稱雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)或ATSE) 的發(fā)展。近年來, ATSE 在新技術(shù)應(yīng)用、新產(chǎn)品開發(fā)研制、標(biāo)準(zhǔn)制訂、宣傳與推廣應(yīng)用等方面都得到了很大的發(fā)展。以下對(duì)ATSE 主要的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行分析綜述后, 介紹典型集成化KB0S 型ATSE 產(chǎn)品的研制與應(yīng)用, 并探討ATSE面臨的問題和發(fā)展趨勢(shì)。

ATSE的發(fā)展概況

發(fā)展歷史

　　雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的歷史悠久, 在將電作為主要能源后, 由于對(duì)重要負(fù)載的供電存在不同電源間的轉(zhuǎn)換問題, ATSE 必然會(huì)得到應(yīng)用。但由于ATSE 需求量有限, 以往并未把ATSE 作為一種獨(dú)立的或者說是某一種特定的大類產(chǎn)品來看待。以往的ATSE 一般都是由設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、電氣成套企業(yè)或用戶直接用接觸器、繼電器、刀開關(guān)或由斷路器、機(jī)械聯(lián)鎖、控制器構(gòu)成雙電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 。

　　伴隨各種用戶或用電系統(tǒng)對(duì)提高自動(dòng)化程度的需求和新技術(shù)的應(yīng)用, 雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)逐漸得到發(fā)展和應(yīng)用。特別是20 世紀(jì)80 年代以后, 國(guó)外公司推出的不同型式的ATSE 紛紛進(jìn)入市場(chǎng)。我國(guó)在20 世紀(jì)90 年代中期, 針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求, 眾多研究開發(fā)單位和生產(chǎn)制造企業(yè)開始專門研究開發(fā)和生產(chǎn)營(yíng)銷ATSE , 使ATSE 得到快速發(fā)展, 經(jīng)歷了以低壓電器分立元件構(gòu)成ATSE , 以模擬電路應(yīng)用為主的機(jī)電一體化產(chǎn)品, 以高性能的新型電器元件為基礎(chǔ)并采用以CPU 為核心的智能型專用控制器的發(fā)展歷程。

　　目前的ATSE 已作為大類產(chǎn)品獨(dú)立存在和發(fā)展, 并已有自身標(biāo)準(zhǔn), 即國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60947 —6 —1 : 1998 和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T4048.11 —2002[2 ] 。ATSE 正是這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)給出的名稱, 也就是自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(設(shè)備) Automatic Transfer Switching Equipment 的英文縮寫。可以明確看出, ATSE 不同于電子技術(shù)中常用的ATS (自動(dòng)轉(zhuǎn)換電源) 和UPS (不間斷電源) 。該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是生產(chǎn)制造、設(shè)計(jì)使用、商業(yè)投保等單位應(yīng)共同遵循的技術(shù)性法規(guī)文件, 其頒布與實(shí)施, 改變了ATSE 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不一、產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊、給設(shè)計(jì)院選用和用戶使用帶來極大不便的局面, 大大促進(jìn)了ATSE 的發(fā)展。

ATSE的主要構(gòu)成及其特點(diǎn)

　　從ATSE 的結(jié)構(gòu)構(gòu)成來看, 產(chǎn)品形式如下:
1. 以傳統(tǒng)的刀開關(guān)為基礎(chǔ)提高性能指標(biāo)并增加雙投功能, 構(gòu)成基于刀開關(guān)的ATSE。目前有三種投切方式: 第一種是最簡(jiǎn)單的兩個(gè)位置的雙擲開關(guān), 第二種是帶有延時(shí)的轉(zhuǎn)換方案, 第三種是閉路轉(zhuǎn)換。按主電路的極數(shù)分, 為6 極或8 極, 開關(guān)自帶機(jī)械聯(lián)鎖。通過加裝電動(dòng)控制裝置, 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換功能, 并且轉(zhuǎn)換速度較快。由于這種開關(guān)的通斷能力所限, 本身不具備短路保護(hù)性能, 為此在其應(yīng)用的系統(tǒng)中, 必須另加短路保護(hù)電器, 如斷路器、熔斷器或其組合電器。
2. 用兩臺(tái)接觸器拼裝或直接在可逆接觸器的基礎(chǔ)上增加控制電路附件, 構(gòu)成基于接觸器的ATSE。這種ATSE 的轉(zhuǎn)換速度快, 同樣由于接觸器的通斷能力所限, 在其應(yīng)用的系統(tǒng)中, 必須另加短路保護(hù)器件。
3 . 由兩臺(tái)斷路器組成的基于斷路器的ATSE。除兩臺(tái)斷路器外, 一般還有一臺(tái)或兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)及操作機(jī)械和控制器組成, 兩臺(tái)斷路器之間裝有機(jī)械聯(lián)鎖和電氣聯(lián)鎖雙重保護(hù)。這種ATSE 的功能因選配的控制器不同而有很大差異。借助高性能的控制器, ATSE 除了能夠?qū)﹄娫吹那穳骸⑹�壓、過壓、斷相、頻率等進(jìn)行檢測(cè)并提供轉(zhuǎn)換功能外,還可提供負(fù)載端的短路、過載等保護(hù)功能。但這一類產(chǎn)品的體積大、動(dòng)作速度慢。

根據(jù)ATSE 的IEC 標(biāo)準(zhǔn)和GB 標(biāo)準(zhǔn), ATSE 可分為PC 級(jí)或CB 級(jí)兩個(gè)級(jí)別。即:
1. PC 級(jí)　能夠接通、承載, 但不用于分?jǐn)喽搪冯娏鞯腁TSE。如上述的形式(1) 、(2) 。
2. CB 級(jí)　配備過電流脫扣器的ATSE , 它的主觸頭能夠接通并用于分?jǐn)喽搪冯娏鳌Ｈ缟鲜龅男问?3) 。

　　ATSE 存在的主要問題如下:
　　1.PC 級(jí)的ATSE 或基于接觸器的ATSE 需要另加短路保護(hù)電器, 增大了安裝面積, 使設(shè)計(jì)院在工程設(shè)計(jì)時(shí)選用的產(chǎn)品品種規(guī)格增加, 用戶需增加備品備件, 維護(hù)工作量增大。
2).基于斷路器的CB 級(jí)的ATSE 由于操作機(jī)構(gòu)的固有動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng), 導(dǎo)致轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng), 一般需數(shù)秒至十余秒, 不能滿足快速轉(zhuǎn)換的要求。加之安置面積較大, 性價(jià)比不高。

　　應(yīng)用方式
　　根據(jù)電源系統(tǒng)的不同, 以及控制負(fù)載對(duì)電源切換方式和電源恢復(fù)后的復(fù)位方式的不同要求, ATSE 在應(yīng)用中又可分為如下幾種:
1.自投自復(fù)(R)：對(duì)兩路電源(分別稱為常用電源和備用電源) 進(jìn)行自動(dòng)切換。正常狀態(tài)時(shí)由常用電源供電, 當(dāng)常用電源出現(xiàn)異常時(shí), 經(jīng)已設(shè)定的延時(shí)后自動(dòng)切換至備用電源; 當(dāng)常用電源恢復(fù)正常后, 經(jīng)已設(shè)定的延時(shí)后自動(dòng)返回至常用電源。
2.自投手復(fù)(S)：對(duì)兩路電源進(jìn)行自動(dòng)切換, 在常用電源出現(xiàn)異常時(shí), 經(jīng)已設(shè)定的延時(shí)后自動(dòng)切換至備用電源, 但當(dāng)常用電源恢復(fù)正常后, 不能自動(dòng)回復(fù), 而是當(dāng)備用電源再現(xiàn)異常才進(jìn)行切換。　　
3.電網(wǎng)- 發(fā)電( F)：對(duì)電網(wǎng)和發(fā)電兩路電源進(jìn)行自動(dòng)切換, 發(fā)電設(shè)備通常為柴油發(fā)電機(jī)組。在電網(wǎng)電壓低于設(shè)定值時(shí)(一般為85 %額定電壓) , 經(jīng)發(fā)電延時(shí)指令發(fā)出發(fā)電指令(以一組常開常閉觸點(diǎn)控制) 。當(dāng)發(fā)電電壓達(dá)到85 %額定電壓時(shí), 先從電網(wǎng)斷開負(fù)載電路, 經(jīng)延時(shí)發(fā)出卸載指令, 卸去次要負(fù)載(以另一組常開常閉觸點(diǎn)控制) ,再經(jīng)延時(shí)接通發(fā)電電源。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常(達(dá)到85 %額定電壓以上) 后, 經(jīng)延時(shí)將負(fù)載電路從發(fā)電電源斷開, 再經(jīng)延時(shí), 自動(dòng)切換到電網(wǎng)供電。

新型集成化KB0S 型ATSE的研制

　　 研制背景
　　新型集成化ATSE 產(chǎn)品開發(fā)來源于新技術(shù)發(fā)展與市場(chǎng)的需求。從標(biāo)準(zhǔn)來看, IEC60947 —6 標(biāo)準(zhǔn)由兩部分構(gòu)成, 分別適用于兩大類電器產(chǎn)品, 即IEC60947 —6 —1 的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(ATSE) 和IEC60947 —6 —2 的控制與保護(hù)開關(guān)電器(CPS :Cont rol and Protective Switching Device) 。我國(guó)對(duì)應(yīng)IEC947 —6 —2 的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB14048.9 —1998 。
也就是說, ATSE 和CPS 都屬于多功能電器, 分別具有特定的控制和保護(hù)功能。后者的典型產(chǎn)品如國(guó)內(nèi)開發(fā)成功的KB0 系列CPS , 可以將斷路器、接觸器、熱繼電器以及隔離器的主要功能融為一體, 以一種模塊化的單一結(jié)構(gòu)形式的多功能集成電器為低壓配電與控制系統(tǒng)提供新型的理想的基礎(chǔ)元件。應(yīng)用這種新型電器, 可減少線路中所需的元件品種、規(guī)格、數(shù)量, 從根本上解決各電器之間的協(xié)調(diào)配合問題, 克服由于采用不同考核標(biāo)準(zhǔn)的電器產(chǎn)品之間組合在一起使用時(shí), 保護(hù)特性、控制特性配合不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象。KB0 系列產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用表明, 已經(jīng)具有了ATSE 的控制與保護(hù)功能特征, 如果添加適當(dāng)?shù)膶?duì)電源參數(shù)的檢測(cè)功能, 則完全可以構(gòu)成新型的集成化的KB0S 型ATSE。

　　系統(tǒng)特性的協(xié)調(diào)配合與運(yùn)行可靠性　　
從系統(tǒng)的構(gòu)成來看, 系統(tǒng)中串聯(lián)的器件越少則系統(tǒng)的可靠性就越高。眾所周知, 當(dāng)電路中出現(xiàn)大的故障電流時(shí), 往往導(dǎo)致用戶端的電壓下降。對(duì)于靠電磁力保持的電器, 電壓的下降將影響其保持在閉合狀態(tài)的能力, 除非其電源不是取自產(chǎn)品本身的主觸頭上。譬如靠電磁力保持的接觸器就很可能會(huì)在此期間打開, 導(dǎo)致觸頭的破壞或者至少是觸頭的熔焊。接觸器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 進(jìn)行與短路電流相關(guān)的試驗(yàn)時(shí)允許操作線圈有其他單獨(dú)的外部電源供電, 而ATSE 的標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定控制線圈必須由相同的負(fù)載電源供電, 采用這種更加嚴(yán)酷的方法進(jìn)行試驗(yàn)的實(shí)際意義就在于驗(yàn)證系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合特性, 確保最終用戶使用中能夠避免性能下降特別是運(yùn)行可靠性方面的降低。　　
根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn), 對(duì)有保持閉合要求的開關(guān)電器, 機(jī)械保持力的典型設(shè)計(jì)值為20 倍的連續(xù)電流或更高值。如果系統(tǒng)的ATSE 為前述的形式(1)或(2) , 伴隨大電流的出現(xiàn), 很有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸頭斷開, 毀壞系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合特性。
實(shí)際應(yīng)用中, ATSE 為形式(1) 或(2) 的系統(tǒng)中由于必須另加短路保護(hù)電器, 構(gòu)成兩組串聯(lián)的觸頭系統(tǒng), 分屬不同的電器。而KB0S 將上述兩組串聯(lián)的觸頭系統(tǒng)合二為一, 靠一組高性能的觸頭滅弧系統(tǒng)同時(shí)具有了斷路器的高短路分?jǐn)嗄芰�和控制轉(zhuǎn)換電器的長(zhǎng)壽命指標(biāo), 不存在一組觸頭進(jìn)行短路電流分?jǐn)嗟耐瑫r(shí), 另一組觸頭保持閉合狀態(tài)的要求, 也就從根本上避免了不同產(chǎn)品帶來的特性配合問題。顯而易見, 這種單一的集成化的ATSE , 能夠提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

新型ATSE研制及其主要模塊介紹

　為提高產(chǎn)品的可靠性并縮小體積, 新研制的KB0S 型ATSE 的所有零部件集成在一個(gè)塑料絕緣外殼中, 以兩臺(tái)KB0 主體合二為一的形式出現(xiàn)。總體結(jié)構(gòu)主要包括: 兩組進(jìn)線接線端, 一組出線接線端, 承擔(dān)主電路的接通與分?jǐn)嗖⑻峁┒搪繁Ｗo(hù)功能的主電路接觸組, 用于轉(zhuǎn)換與自動(dòng)控制的電磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 電源監(jiān)控模塊, 控制電路和報(bào)警電路的輔助電路接觸組, 面板操作機(jī)構(gòu)等。
在產(chǎn)品內(nèi)部的兩組相對(duì)獨(dú)立的電磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中安置雞斗米結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械聯(lián)鎖裝置。電磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由線圈、鐵心、控制觸點(diǎn)及基座等組成, 能接受通斷操作指令, 控制主電路接觸組中的主觸頭接通或分?jǐn)嘀麟娐贰?br /> 電壓繼電器的設(shè)計(jì)為模塊化、電子式方案, 包括一常開一常閉無源觸點(diǎn), 并具有單相、兩相、三相不同的采電檢測(cè)方式, 分別適用于220V、380V和三相電源場(chǎng)合的雙電源失電、欠壓切換。由于采用電子器件, 對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的電磁兼容( EMC)合格驗(yàn)證。
一個(gè)單獨(dú)的操作機(jī)構(gòu)包括旋鈕和一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 能接受每極主電路接觸組的短路信號(hào)和來自其他脫扣器的故障信號(hào), 通過串聯(lián)在線圈回路的控制觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷開與閉合。
根據(jù)電源切換方式和復(fù)位方式的不同要求, 對(duì)ATSE 自帶的輔助觸頭接觸組進(jìn)行接線, 構(gòu)成所需的控制電路, 就可分別實(shí)現(xiàn)前述的三種轉(zhuǎn)換方式。　　　　

　　KB0S 主要參數(shù)
　　(1) 兩個(gè)外形尺寸的框架等級(jí): 45A 框架代號(hào)為C、100A 框架代號(hào)為D。
(2) 主電路極數(shù): 3 極、4 極。
(3 ) 短路電流整定值: 16A、32A、45A、63A、100A。
(4) 短路分?jǐn)嗄芰Φ燃?jí): 經(jīng)濟(jì)(C) 型35kA ,標(biāo)準(zhǔn)( Y) 型50kA , 高分?jǐn)?H) 型80kA。
(5) 過載保護(hù)整定電流范圍: 最小整定電流0.16A , 最大整定電流100A。
(6) 電壓故障檢測(cè): 單相、兩相、三相欠壓或掉電。

KB0S 的應(yīng)用

　　KB0S 主要應(yīng)用在不允許中斷電源的一類或部分二類重要供電場(chǎng)所, 特別是要求轉(zhuǎn)換速度快、安裝結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合, 如醫(yī)院、銀行、化工、高層樓宇、郵電通信、軍事設(shè)施等。　 　　

KB0S 面臨的問題和發(fā)展趨勢(shì)

　　KB0S 在主電路的控制保護(hù)方面有很大的發(fā)展, 但在控制器方面還不夠完善, 需進(jìn)一步開展以應(yīng)用電子、CPU 為核心技術(shù)的智能化的各種功能檢測(cè)、選擇性控制、友好的人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)化與遙控、遙信等方面的研究開發(fā)工作。同時(shí), 還要盡快開發(fā)更大電流規(guī)格特別是200～630A 的產(chǎn)品, 以滿足市場(chǎng)需求。