ATSE

1.1 雙電源轉換開關電器（轉換開關）Transfer Switching Device (Transfer Switch)

將一個或幾個負載電路從一個電源轉換至另一個電源的電器。

1.2 自動轉換開關電器(ATSE) Automatic Transfer Switching Equipment (ATSE)

由一個（或幾個）轉換開關電器和其它必需的電器組成，用於監測電源電路、並將一個或幾個負載電路從一個電源自動轉換至另一個電源的電器。電氣行業中簡稱為“雙電源自動轉換開關”或“雙電源開關”。

徠ATSE 可分為兩個級別：PC 級和CB 級。

PC級ATSE ：只完成雙電源自動轉換的功能，不具備短路電流分斷（僅能接通、承載）的功能；

CB級ATSE ：既完成雙電源自動轉換的功能，又具有短路電流保護（能接通並分斷）的功能。

電源切換系統類產品發展大體經歷了三類：接觸器類、塑殼斷路器類/負荷隔離開關類、一體式自動轉換開關電器類。

3.1 接觸器類

此類電源切換系統以接觸器為切換執行部件，切換功能用中間繼電器或邏輯控制模塊組成二次迴路完成控制功能，一般為非標產品，缺點是主迴路接觸器工作需要二次迴路長期通電，容易產生溫升發熱、觸點粘結、線圈燒毀等故障。因為是非標產品，其組成元器件較多，產品質量受元器件、製造工藝制約，故障率較高，現已逐漸被新產品代替。

3.2 塑殼斷路器類

此類電源切換系統以塑殼式斷路器為切換執行部件，切換功能用ATS自動控制單元完成，有機械和電氣連鎖，功能完善，操作性能好，使用壽命高，組成元器件較少，安裝方便。該類屬CB級轉換開關電器，由兩個斷路器作為電流分斷單元，並配備電流脫扣器，具備一定的保護能力，斷路器的接通/分斷能力比繼電器高很多。

該類產品穩態時由機械結構進行保持，由於斷路器同負荷隔離開關本身的區別，在過電流狀況下的應用效果不如PC級產品。

3.3 負荷隔離開關類

負荷隔離開關型轉換開關電器是在兩個負荷隔離開關的基礎上加裝電動操作機構、機械連鎖機構、自動控制單元等一體化組裝而成。電流的分斷單元為負荷隔離開關，其觸頭滅弧系統是以分斷一次電弧要求設計的，不具備電路的保護功能，這一類產品屬於PC級產品，它因採用了彈簧儲能、瞬時釋放的加速機構，能快速接通、分斷電路或進行電路的轉換，產品操作性能可靠。

3.4 一體式自動轉換開關電器類

此類電源轉換系統是集開關與邏輯控制於一體，無需外加控制器，真正實現機電一體化的自動轉換開關。此類電源切換系統產品的觸頭系統採用“單刀雙擲”設計，為統一設計製造，體積小，結構簡單。該產品不具備電流保護功能，屬於PC級轉換開關電器產品。該類產品一般轉換時間比較小，開關切換驅動採用電機驅動，切換平穩可靠，操作器電機驅動只在開關切換瞬間有電流通過，穩態時無需提供工作電流，節能顯著。產品無溫升發熱、觸點粘結、線圈燒毀現象。開關帶有機電聯鎖裝置，可實現自投自復、自投不自復、失壓、欠壓、斷相保護、手動－自動轉換、延時控制等，為電源切換類主流產品。

4.1. ATSE型式選擇：

ATSE有PC級和CB級兩種型式，CB級ATSE比PC級ATSE多一個短路保護功能，在選擇時，應注意下列問題：

4.1.1 PC級ATSE的可靠性高於CB級ATSE：到目前為止，世界上CB級ATSE都是由兩個斷路器構成本體，是各種ATSE解決方案中結構最複雜的方案（運動部件比PC級ATSE多一倍以上），按照“結構越複雜，可靠性越低”的原則，CB級ATSE的可靠性低於PC級ATSE的可靠性（就如同斷路器的可靠性低於負荷開關的可靠性一樣的道理）。另外，世界著名的ATSE專業廠商，例如ASCO、GE、溯高美等，只製造PC級ATSE，不生產CB級ATSE（儘管CB級ATSE功能更多，技術開發更加簡單，成本也更低），也說明PC級ATSE是更加合理的ATSE方案。

4.1.2 所有需要設置ATSE的地方，都可以採用PC級ATSE（如果系統需要短路保護 功能，只需在PC級ATSE前端設置短路保護電器即可）；

4.1..3 按照《IEC62091固定式消防泵控制器》標準，用於消防泵的ATSE只能夠採用PC級。

4.2PC級ATSE；

4.2.1 最新送審的《民規》已經明確提出：“微斷不宜用作CB級ATSE的主開關”。

同時明確規定：“當採用CB級ATSE為消防負荷供電時，應採用僅具有短路保護功能的斷路器組成的ATSE，其保護選擇性應與上下級保護電器相配合。”

4.2.2 PC級ATSE要校驗額定限制短路電流：ATSE是重要開關，必需具備抵抗安裝地點電流衝擊的能力。ATSE標準是用Icw或者額定限制短路電流（其概念是指ATSE前端SCPD保護動作完成後，ATSE仍然能夠可靠的轉換和導電）表示開關的抗電流衝擊能力。

註：直接用Icw參數，不容易校驗ATSE是否能夠抵抗衝擊，實際上，ATSE所在地點短路電流的大小和時間，取決於前端SCPD，所以，額定限制短路電流是更加有效的參數，可以直接使用（例如ASCO、GE的ATSE產品，僅提供額定限制短路電流參數，不提供Icw）。

由於不同SCPD短路電流的時間差異很大（例如GE產品資料就顯示，對熔斷器、普通斷路器、特殊斷路器，同樣的ATSE具有不同的額定限制短路電流），所以，選擇時要注意廠商資料提供的SCPD型式。

4.2.3 CB級ATSE，實際上就是一個斷路器，要按照選擇斷路器的原則和方式，選擇CB級ATSE斷路器的參數。如果決定選擇某一個品牌，一定要校驗該品牌採用的斷路器是否符合安裝位置對斷路器的要求。基於本文前述理由，建議選擇僅有短路保護功能的MCCB作為CB級ATSE本體開關。

註：這一點往往被忽視，大多數設計師選用CB級ATSE時，僅僅標註產品的型號、電流等級和級數，忽視了其所用斷路器的型號、規格等。如果CB級ATSE所用的斷路器不合適，就相當於錯誤使用斷路器，危害很大。

4.3. ATSE參數選擇：

明確ATSE選擇的參數，是正確選擇ATSE的首要條件，按照ATSE標準，要合理的選擇ATSE，就必需明確：額定工作電壓Ue、額定工作電流Ie、頻率、相數、額定限制短路電流、轉換條件、使用類別、轉換時間等。

4.3.1 額定工作電壓、頻率、電流和相數：這些參數僅僅表明ATSE滿足作為“導體”最基本的要求，ATSE必需能夠滿足所在地的電壓、頻率、電流和相數要求，一般電氣工程師已經很熟悉。

註：電壓、頻率、相數通常由ATSE所在位置的相應參數決定。額定電流按照《IEC62091固定式消防泵控制器》標準規定，用於消防泵的ATSE，額定電流不得低於電機額定電流的115%，從安全的角度考慮，建議ATSE的額定電流統一採用負荷電流的125%（新民規也建議為125%）。

4.3.2 轉換條件：我們需要ATSE的目的，就是需要在“特定”的條件下ATSE能夠自動可靠的轉換。這個“特定條件”就是ATSE的轉換條件，或轉換前提，是選擇ATSE首要考慮要素。

4.3.3 如果常用電源沒有故障，ATSE就不能夠轉換。這是許多用戶（甚至廠家）都忽視的問題。ATSE的控制器必需能夠識別各種電壓的瞬間波動，包括非電源故障的短時失壓。例如，變電室低壓配電母聯開關切換屬於正常的電源中斷，ATSE不應該將母聯開關切換時的斷電判定為電源故障，ATSE需要能夠判定這種“正常”的斷電。ATSE控制器必須通過EMC試驗，不能夠在外部電磁干擾下誤動作。

註：轉換條件由控制器的功能決定，對電源故障的判斷方式（包括故障類型的識別）是控制器的核心技術，一般產品資料是不會介紹的，完全看製造商的研發水平和行業經驗，需要設計師了解產品的判斷機理。

4.3.5 在電源故障狀況下必需轉換。但由於電源故障種類很多（十幾種），所以，需要明確那些故障必需轉換。因為用戶需求的複雜性，一般供應商都提供多種功能的控制器，所以，設計時必需根據負載對電源質量的要求明確註明轉換條件，否則，因為ATSE市場供應的混亂以及業主對ATSE了解不多，導致最後使用的產品往往就只能夠在完全失電一種條件下才能夠轉換，而其它電源故障（包括缺相、過欠電壓等）不會轉換，失去裝設ATSE的意義。

註：因為ATSE 產品功能還沒有標準化，設計僅標註產品型號，並不能夠保證用戶了解所選型號的轉換條件，導致實際選用的產品與設計要求相差較大，建議設計註明轉換條件。例如任意相缺相、過壓、欠壓、頻率偏差、諧波等，其中，任意一相斷相必需轉換是最低的要求。高端的控制器，甚至能夠綜合檢查兩路電源的質量，自動接入電能質量較高的一路電源。

4.3.6 轉換時間：ATSE每一次轉換都是一個斷電過程，會對系統產生一些影響。從ATSE標準看，ATSE有五種轉換時間概念，有兩種轉換時間概念最有使用價值：一個是最小斷電時間（由開關本體的機構決定），一個是總轉換時間（即本體轉換時間+控制器延時時間）。不同的負載和電源狀況，有不同的要求，需要給予注意。在確認轉換時間時，要注意有兩種時間轉換狀態，一種是從常用電源到備用電源，一種是從備用電源返回到常用電源。

從常用電源轉換到備用電源，需要考慮不同負載允許的斷電時間，參見下表：

負荷情況 負荷允許中斷的動作時間（s）

計算機系統、通信系統等 A級 ≤0.004

B級 ≤0.2

C級 ≤1.5

應急照明 一般場所 ≤5

高危險區 ≤0.25

醫療設備 0級（不間斷） 0（不間斷自動供電）

0.15級（極短時間隔） ≤0.15

0.5級（短時間隔） ≤0.5

15級（中等間隔） ≤15

大於15級（長時間隔） ≥15

註：ATSE最小斷電時間由開關本體的固有轉換速度決定，ATSE有三種結構：（以100A以下電流等級ATSE為例）STS最快轉換時間可以小於5ms；勵磁驅動的PC級ATSE，最小轉換時間可以小於0.1s；電動機驅動的ATSE（CB級和利用負荷開關作為本體的PC級ATSE），轉換時間一般大於1.5s。因為不同的ATSE斷電時間不同，所以，對要求斷電時間小於1.5s的場合，應特別註明轉換時間要求。

從備用電源恢復到常用電源（即複位），並不是因為備用電源故障。通常不希望常用電源一恢復就立即轉換（這一點常常被忽視），而需要在常用電源恢復正常一定時間后（IEC62091固定式消防泵控制器建議複位時間在5min－30min之間可調），ATSE再切換到常用電源（延時複位的目的在於確保常用電源正常，避免因為常用電源短時間再次出故障，導致頻繁轉換或者柴油機頻繁啟動，所以，返回時間需要延時）。

對某些複雜系統（例如ATSE數量多以及ATSE超過三級串聯的系統），上

下級ATSE之間，無序轉換或者一起轉換都會造成系統的不穩定，因此，需要ATSE轉換時間“有序”，一般建議下級ATSE比上級轉換時間延遲1s。

註：勵磁驅動的ATSE有兩工位和三工位兩種結構，兩工位在延時時，開關是保持原來的接通狀態，三工位延時，開關即可以保持在原來的狀態，也可以停留在中間位置（兩路同時斷開）。電動機驅動的ATSE（CB級和用負荷開關組成的PC級ATSE），在自動轉換時，是直接轉換到另一電源，這種結構延時過程中，觸頭是停留在原來的位置。所以，如果延時過程中需要觸頭停留在中間位置（例如高感抗負載），只能夠選擇勵磁驅動的三工位ATSE。

為了滿足延時要求，設計（或者技術標書）可以規定ATSE延時切換時間具備現場可調功能，調節時間在0－30min之間。

使用類別：使用類別反映ATSE能夠在什麼電流條件下可靠的轉換，這是目前最被忽略，也是市場上潛在隱患最多的問題。使用類別由開關本體（觸頭材料、觸頭壓力、分離速度、滅弧方式、觸頭開距等材料和結構要素）決定。

使用類別國家ATSE標準有明確的規定，見下表：

電流性質 使用類別 典 型 用 途

頻繁操作 不頻繁操作

交流 AC-31A AC-31 B 無感或微感負載

AC-33A AC-33 B 電動機負載或包含電動機、電阻負載和30%以下白熾燈負載的混合負載

AC-35 A AC-35 B 放電燈負載

AC-36 A AC-36 B 白熾燈負載

直流 DC-31 A DC-31 B 電阻負載

DC-33 A DC-33 B 電動機負載或包含電動機的混合負載

DC-36 A DC-36 B 白熾燈負載

使用類別為AC－33的開關，能夠接通和分斷6Ie（IEC新標準增加為10Ie），而AC－31接通和分斷能力僅為1.5Ie。真正能夠通過AC－33使用類別的廠商不多，所以，需要用戶特別注意，應在設計和標書中明確規定。

4.4 其它需要考慮的要素：

4.4.1 重要場合優選可靠性高的PC級ATSE。特別重要場合，選擇通過AC－33A使用類別的PC級ATSE。

註：這個指標是ATSE最苛刻的技術指標，是國內企業與國際領先專業廠商技術指標差距所在，也是諸如北京機場這樣重要場合標書明確註明的指標。

4.4.2 如果備用電源是發電機，而發電機的啟動信號來自ATSE的控制器，就要求ATSE控制器具有蓄電池作為第三電源的功能，保證控制器在常用電源出現失電狀況下能夠給發電機發出啟動信號。

註：有些複雜的系統，ATSE有數百台，不可能每一台都可以控制發電機的啟動，建議系統設計時，要明確那種狀態下才能夠啟動發電機，由什麼信號控制發電機的啟動。市電－發電系統首端ATSE和給特別重要負荷供電的ATSE，建議配備能夠滿足本條要求的控制器。

4.4.3 消防電源的可靠性要求很高，消防設備一旦啟動，就必須連續運行，不得停機，因此，用於消防設備的ATSE，需要同時滿足下列要求：

a) 選擇PC級ATSE：按照IEC《IEC62091固定式消防泵控制器》標準，用於消防泵的ATSE只能夠採用PC級ATSE

b) 如果消防設備沒有啟動，就應該隨時接通到正常電源（具有自投自復功能），而一旦消防設備啟動，無論供電電源是常用還是備用電源，只要電源正常，就不能夠轉換（即自復功能自動取消），因為每一次轉換都會導致接觸器跳閘，意味著消防設備停止運行，需要重新啟動，這不符合消防的要求。

c) 消防設備一旦啟動，如果出現電源故障，就必需立即轉換，由於ATSE轉換會導致接觸器跳閘，消防電機停機，所以即使轉換成功，也需要重新啟動。如果希望消防電機在ATSE轉換后自動連續運行，就要求ATSE具有輔助觸點，利用輔助觸點在ATSE完成轉換后自動啟動接觸器，保證負載自動連續運行；

d) 消防設備一旦啟動，就必須確保連續運行，為保證消防設備電機運行時電源出現斷相故障的轉換，ATSE應具有電動機帶載運行缺相轉換功能。

註：ATSE標準規定在空載條件下檢查斷相轉換功能，此條要求超出標準要求，理由是，消防設備遇火災正在工作時，如果電源出現斷相，ATSE就必須能夠轉換到另一電源以確保消防設備電機持續的運行，否則連續在斷相下工作，消防電機很快會燒毀）

● 周圍空氣溫度 ○ 周圍空氣溫度上限+40℃;○ 周圍空氣溫度下限-5℃;○ 周圍空氣溫度24h的平均值不超過+35℃。 ● 海拔：安裝地點的海拔不超過2000m。 ● 大氣條件：大氣相對濕度在周圍空氣溫度為+40℃時不超過50%;在較底溫度下可以有較高的相對濕度；最濕月的月平均最大相對濕度為90%,同時該月的月平均最低溫度+25℃,並考慮到因溫度變化發生在產品表面上的凝露。 ● 污染等級：污染等級為3級。