摘要：闡述了自動轉換開關電器ATSE的定義、分類、結構型式、相關標準、主要性能指標，低壓配電系統中選擇可靠性ATSE的重要意義。從ATSE內部結構、市場返修率的角度，對不同類別的ATSE可靠性進行分析，得出PC級ATSE的可靠性高于CB級ATSE。提出了PC級ATSE在設計應用中的技術要點；工程設計文件中，ATSE應該標注的基本內容。
　　關鍵詞：自動轉換開關電器，可靠性，PC級，CB級，選擇與應用
　　
　　1 概述
　　ATSE即自動轉換開關電器，是由一個(或幾個）轉換開關電器和其它必需的電器組成，用于監測電源電路、并將一個或幾個負載電路從一個電源自動轉換到另一個電源的電器。按短路分斷能力，ATSE可分PC級和CB級。PC級ATSE為能夠接通、承載，但不用于分斷短路電流的ATSE；CB級ATSE為配備過電流脫扣器的ATSE，它的主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流。傳統的接觸器類是非標產品，其組成元器件繁多，產品質量受元器件、制造工藝制約，故障率較高、能耗大，現已逐漸被新產品代替；現行標準不再將其納入分類范圍，本文也不再對其進行論述。
　　按現行的供配電系統設計規范，ATSE多應用在二級及以上重要用電場所。用電負荷的重要性決定了ATSE的安全可靠性是其設計、制造和選用的最關鍵指標。由ATSE故障造成電源間的短路或重要負荷斷電，其后果都是嚴重的。這不僅僅會帶來經濟損失、人員傷亡，而且也可能造成社會問題。因此，ATSE的生產、使用應列為國家重點產品加以限制與規范。
　　2 ATSE可靠性分析
　　可靠性是產品在規定的條件下和規定的時間內，實現規定功能的能力；可靠性的概率度量稱可靠度。本文擬從ATSE的內部結構特點來闡述其可靠性，并利用產品市場返修率來證實不同類別ATSE可靠性差別。
　　2.1ATSE內部結構概述
　　目前市場上符合《GB/T14048.11-2008》標準的ATSE，按其內部結構，可分為三類。①單電動操作結構的CB級ATSE：其結構通常由兩個斷路器、一個操作電動機、減速齒輪、連桿機構、操作推桿、檢測電路、控制器及附屬器件等10個主要部件組成。②雙電動操作結構的CB級ATSE：其結構通常由兩個斷路器、兩個電動操作機構、一個控制器、一個機械鎖扣件等4個主要部件組成。③PC級ATSE：其結構通常由驅動裝置、觸頭、控制器等3個主要部件組成；其機械機構為單刀雙擲結構，簡單的結構，可完美的實現雙電源切換的機械連鎖關系。
　　2.2ATSE可靠性分析及結論
　　ATSE是否具有高可靠性，需要看其是否符合“功能單一、結構簡單、設計周到、品控嚴格”的可靠性原則。ATSE是由若干個子系統組成的串聯系統，評價其可靠性的可靠度可按公式進行理論計算，其中Ri（Ri≤1）為裝置各部件的可靠度。對于上述三類ATSE，可靠度可分別表達為、、；計算結果顯示，三類ATSE的可靠度高低排序為：RS.PC＞RS.Cb2＞RS.Cb1。
　　具市場調查，PC級ATSE總的返修率不足1.6‰，其返修率只有雙電動操作結構CB級ATSE的43%，僅有單電動操作結構CB級ATSE的25%。其中，PC級ATSE故障，80%以上由其控制器造成的；如果在控制器元件的選擇、線路優化方面下功夫，其整體可靠性還有很大的提升空間。相反，CB級ATSE可能因脫扣因素造成ATSE不轉換，進步降低其配電可靠性。
　　基于以上論述，我們有兩點結論：①一體化結構的PC級ATSE可靠性高于CB級ATSE，②雙電動操作結構的CB級ATSE可靠性高于單電動操作結構的CB級ATSE。
　　3 PC級ATSE的選用
　　國家行業標準《民用建筑電氣設計規范JGJ16-2008》中，將ATSE電器選擇的首要條件規定為“高可靠性、特性滿足現行GB/T14048.11標準要求”。篇幅所限，本文僅對高可靠性PC級ATSE選用中的幾個主要指標展開論述。
　　3.1二工位、三工位的選用
　　二工位：開關主觸頭僅有兩個工作位，即“常用電源位”與“備用電源位”，負載不會出現長期斷電情況，供電可靠性高，轉換動作時間短（50～250ms）。三工位：開關主觸頭有三個工作位，較二工位多個“零位”，負載斷電時間相對較長（350～600ms）。兩者結構相比較，二工位結構較三工位簡單，可靠性更高，轉換動作時間更短。
　　對于市電與發電機轉換的ATSE，當正常電源發生一相斷相時，由于柴油發電機啟動、穩定供電需要一定的時間，在發電機啟動過程中，ATSE不能將負荷轉換到備用電源，結果造成非故障兩相電壓異常升高，有可能造成電器設備損壞。在該供配電節點，宜采用三工位ATSE；在切換的過程中，將ATSE置于“零位”，待發電機啟動并穩定送電后，再將負荷切換到備用電源位置，避免電器設備損壞。對于ATSE為大容量電動機負荷供電時，為避免切換時產生弧光短路，應適當調整轉換時間，宜采用三工位ATSE。
　　對于配電或末端級ATSE，按《全國民用建筑工程設計技術措施-電氣2009》要求，消防負荷的ATSE不應有零位，應采用最為可靠的二工位ATSE。而非消防類重要負荷，考慮火災時要求切除非消防負荷，筆者建議采用三工位ATSE，以便利用“零位”，達到火災時切除非消防電源的目的。
　　3.2ATSE級數的選用
　　近年來，為防止因中性線斷線、各相用電負荷不均衡，造成用電負荷因過電壓燒毀，盡量減少使用四極開關的意見越來越多。基于電源轉換時，切斷中性導體可以避免中性導體產生分流(包括在中性導體流過的三次諧波及其他高次諧波)，這種分流會使線路上的電流矢量和不為零，以致在線路周圍產生電磁場及電磁干擾；而ATSE采用四極(或二極)開關，可避免該類現象發生。最新的國際標準IEC60364-4-46、國家行業標準JGJ16-2008，均明確規定三相電源轉換采用四極開關，單相電源轉換采用雙極開關。
　　3.3ATSE總動作時間、上下級總動作時間配合
　　根據《供配電系統設計規范-2009》第3.0.5條規定“自投裝置的動作時間能滿足允許中斷供電時間的，可選用帶有自動投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路”。對ATSE而言，所選ATSE轉換總動作時間必須小于其所供電負荷的允許中斷供電時間；否則，必須輔以UPS、EPS供電的措施。我國現行的《電子計算機機房設計規范》、《消防應急照明燈具》、《綜合醫院建筑設計規范》等設計規范，均明確規定了其負荷允許的最大斷電時間。ATSE設計選型時應根據負荷特點，對照相關的設計規范來確定其轉換總動作時間，使其滿足負荷允許的最大斷電時間的要求。同時，還需根據電源質量的優劣，控制轉換總動作時間，使其能躲過電源電壓的閃變、瞬變等干擾，切不可一味的追求ATSE的快速切換。
　　為滿足供電連續、可靠性要求，低壓ATSE的使用不應超過兩級；上下級ATSE的總動作時間應相互配合，保證兩者切換控制延時時間沒有重疊，以免連續切換。當低壓配電線路故障時，因線路故障不可能瞬間恢復，要求末端ATSE快速切換。當電源斷電時，電源端ATSE與下級ATSE間的總動作時間關系應掌握兩個原則（如圖示）：①當市電為雙路電源同時工作、分段運行，下級ATSE2總動作時間較上級母聯開關轉換動作時間延時0.3～0.5s。②當市電為雙路電源同時工作、分段運行，且由市電向柴油發電機轉換后給應急母線供電，下級ATSE3較電源端ATSE1總動作時間延時0.7～1.0s，電源端ATSE1總動作時間較柴油發電機達到供電條件的時間長。需注意的是，對于線路故障與電源斷電，下級ATSE總動作時間要求是不同的。實現該功能必須采用智能型控制器，控制器帶通訊接口、遠程控制功能，通過中心計算機對電源信號采樣分析，判斷故障類別，控制ATSE延時或快速切換。增加此項功能，造價會有所增加；所以，一般的項目不一定如此嚴要求，可將所有故障簡化為電源斷電考慮。實際工程中，ATSE延時切換時間，應結合工程特點具備現場可調功能。
　　3.4ATSE額定電流及使用類別的選用
　　為保證ATSE有一定的正常工作余量，標準JGJ16-2008規定，PC級ATSE的額定電流不應小于回路計算電流的125％。使用類別反映ATSE正常運行時、能夠在什么電流條件下可靠地轉換。使用類別由開關本體性能決定，應對照現行GB/T14048.11要求、選用與負載特性一致的ATSE。目前國內生產廠只有AC-31和AC-33類產品，選擇時應多加注意。
　　3.5ATSE前短路保護電器(SCPD)及隔離電器的選用
　　PC級ATSE不具備短路電流分斷的能力，必須校驗其安裝地點的短路耐受電流。短路耐受電流有兩個重要參數：額定短時耐受電流（ICW）和額定限制短路電流（制造廠規定的、在規定試驗條件下，被指定的SCPD分斷前、ATSE應承受的短路電流）。直接用ICW參數，不容易校驗ATSE是否能夠抵抗沖擊；實際上，ATSE所在地點短路電流的大小和時間，完全取決于前端選用的SCPD（GB/T14048.11規定：指定了SCPD的，不需再做ICW試驗）。所以，額定限制短路電流是更加有效的參數，可以直接使用，選擇時要注意廠商資料提供的SCPD型式及參數。也就是說，PC級ATSE前的SCPD應按產品供應商的要求選擇。
　　PC級ATSE本體沒有檢修隔離功能，從安全考慮，其進線端應加裝具有隔離功能的電器，隔離電器應符合現行GB14048.3標準的要求。筆者在設計中，常采用熔斷器式隔離開關，以同時滿足ATSE的短路保護與隔離要求。
　　4 結束語
　　關于ATSE，國家雖已頒布有產品標準GB/T14048.11-2008和設計標準JGJ16-2008，可至今仍沒有統一的驗收標準。同時，絕大多數設計師在設計中，對選用的ATSE基本參數標注不全，常導致ATSE應用中的質量失控，給項目留下重大的安全隱患。
　　為了讓設計文件最為有效的指導施工、控制質量，設計圖中，ATSE至少應標注以下內容：①采用符合GB/T14048.11-2008標準的產品，②額定電流，③級別，④級數，⑤位數，⑥總動作時間，⑦適用類別，⑧PC級ATSE前SCPD的型式及參數，⑨轉換條件，⑩額定工作電壓、頻率、電流、相數等基本指標。
　　
　　參考文獻
　　李炳華等.自動轉換開關電器ATSE設計應用導則.智能建筑電氣技術，2006（2）：5-6