PC级ATS与CB级的区别及特点.doc

摘要:本文通过对断路器、刀开关(电动式)和自动转换开关三种产品在结构、性能及标准等方面进行分析与对比,指出用在双路电源切换的理想产品为PC级ATS.
关键词:转换开关 现状 选择应用

一、国内外ATS产品现状  
双电源自动转换开关(ATS)主要用在紧急供电系统,是将负载电路从一个(常用)电源自动换接至另一个(备用)电源的开关,以确保重要负荷连续、可靠运行.因此,ATS常常应用在重要用电场所,其产品可靠性尤为重要.转换一旦失败将会造成以下两种危害之一:电源间的短路或重要负荷断电(甚至短暂停电),其后果都是严重的.这不仅仅会带来经济损失(使生产停顿、金融瘫痪),也可能造成社会问题(使生命及安全处于危险之中).因此,工业发达国家都把双电源自动转换开关以及配套的转换开关电器的生产、使用列为重点加以限制与规范.  
我国双电源自动转换开关的研制和生产在90年代初还处于空白状态,也无国家标准.国内所需的双电源转换装置往往由设计、成套部门用接触器、断路器等产品组合而成来替代.这种方案性产品往往因没有经过测试检验,其可靠性、安全性存在较大隐患(尤其是用两台接触器作为两路电源转换,电气连锁极不可靠,锁极一旦失败,将造成两台电源变压器并联,电源并联的后果严重的可催毁整个供电系统.之后由天津低压电器公司开发了由断路器+机械连锁+控制器构成自动转换开关电器.它的进步是由产品替代方案,并按一定技术规范进行产品试验验证,产品的可靠性、安全性大大提高.90年代中期,针对国内市场急需高性能、高可靠自动转换开关电器产品的现状,日本、法国、德国、美国等自动转换开关先后打入中国市场,在一定程度上缓解了我国市场需求.  
近几年,我国的双电源自动转换开关生产企业(尤其是生产CB级ATS企业)迅速增加,其产品性能及产品质量不一,给设计、使用部门选用造成一定困难,也由于对ATS使用和选用不当,给国家财产造成很大损失.为了规范双电源自动转换开关(ATS)及配套电器产品的生产与选用,国家质检总局于2002年12月颁布了GB/T14048.11-2002《自动转换开关电器》(等同IEC60947.6.1-1998)国家标准,2003年4月1日实施.该标准将是今后ATS生产制造企业、设计使用单位、商业活动共同遵循的一部技术性法规文件,也将是3C认证依据的技术法规.  
双电源自动转换开关(ATS)分PC有与CB级两种.代表PC级的具有世界先进水平的产品有美国的ASCO及日本共立.  
代表CB级的有法国的施耐德等.  
目前,国内生产CB级ATS产品的企业约几十家,如天津低压电器公司、天津万高、等公司.生产PC级ATS产品的企业有无锡韩光、北京第一低压电器、上海超韩等.生产电动式刀开关(用于双电源切换)产品的企业也有5-6家,如法国朔高美等.  
自动转换开关电器(ATSE)一般由两部分组成:①自动转换开关本体;②控制器.
1.1自动转换开关本体又分两类:  
第一类为CB级.它是由两台断路器加机械连锁组成,具有短路保护功能;  
第二类为PC级,一体式结构(三点式).它是双电源切换的专用开关,具有结构简单、体积小、自身连锁、转换速度快(0.2s内)、安全、可靠等优点,但需要配备短路保护电器.
1.2控制器  
控制器也有两种形式:一种由传统的电磁式继电器构成;另一种是数字电子型智能化产品.它具有性能好,参数可调及精度高,可靠性高,使用方便等优点.  
国内外常见的几种ATS产品及电动式刀开关产品的对比见表1.
常见ATS产品与电动式刀开关产品的对比表1
生产厂家 电器级别 连锁 操作方式 触头系统 转换时间 控制器 控制发电机组 加载负荷 符合IEC60947-6-1标准
美国ASCO PC级 无需 单线圈 单刀双投式 170ms 智能型 有 无 符合
日本共立 PC级 机械连锁 单线圈 单刀双掷式 30~80ms 智能型 有 无 符合
韩国DACO PC级 机械连锁 单线圈 单刀双掷式 120ms 智能型 有 无 符合
香港斯沃 PC级 机械连锁 单线圈 单刀双掷式 150ms 智能型 有 无 符合
法国施耐德 电动开关 机械连锁 两台电操 断路器 1.5s 智能型 有 有 仅符合GB14048.2
天津低压 CB级 机械连锁 单台电操 断路器 2.5s 外接 有 有 符合
法国朔高美 刀开关 机械连锁 直流电机 双刀双掷式 1s ―― ―― ―― 仅符合GB14048.3

二、产品结构分析对比及ATS的选择  
目前,国内市场上用于两路电源切换的大致有三种开关:①CB级ATS;②PC级 ATS;③刀开关(电动).  
下面从产品结构、性能及所遵循的标准三个方面,分别将CB级与PC级ATS;PC级ATS与刀开关(电动)进行对比和分析.从中不难发现,PC级ATS是理想的双电源切换开关.
2.1 CB级与PC级ATS两者有以下区别
2.1.1两者机械设计理念不同  
CB级是由断路器组成,而断路器是以分断电弧为已任,要求它的机械应快速脱扣.因而断路器的机构存在滑扣、再扣问题;而PC级产品不存在该方面问题.PC级产品的可靠性远高于CB级产品.
2.1.2断路器不承载短路耐受电流,触头压力小  
供电电路发生短路时,当触头被斥开产生限流作用,从而分断短路电流;而PC级ATS应承受20Ie及以上过载电流.触头压力大不易被斥开,因而触头不易被熔焊.这一特性对消防供电系统尤为重要.
2.1.3双电源在转换过程中存在电源叠加问题  
PC级ATS充分考虑了这一因素.PC级ATS的电气间隙、爬电距离的180%、150%(标准要求).因而PC级ATS安全性更好.
2.1.4触头材料的选择角度不同  
断路器常常选择银钨、银碳化钨材料配对,这有利于分断电弧.但该类触头材料易氧化,备用触头长期暴露在外,在其表现易形成阻碍导电、难驱除的氧化物,当备用触头一但投入使用,触头温升增高易造成开关烧毁甚至爆炸;而PC级ATS充分考虑了触头材料氧化带来的后果,尤其是日本共立的ATS其接点有硅合金制成,高度抗燃烧,而且当开关运行时,每一次接触自滑触点可以清理灰尘和氧化,这大大提高了ATS的使用寿命,降低了风险.
2.2PC级ATS与刀开关(电动)区别
2.2.1两者遵循的标准不同  
PC级ATS符合GB/T14048.11《自动转换开关电器》.刀开关(电动)符合GB14048.3《开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器》.
2.2.2灭弧系统不同  
PC级ATS充分考虑了在电源转换过程中可能出现的二次电弧击穿问题,所以对触头开距有一定要求,而且要求电弧的游离气体应迅速排放.否则,易造成电源相间短路.
2.2.3两者电气性能要求不同  
PC级ATS是在6In电流,1.05Ue电压下,接通/分断循环次数为12次;而刀开关是在3Ie/1Ue下,接通/分断5次.两者的电气寿命、机械寿命也不同.PC级ATS的电气寿命是在2In/1.05Ue条件下至少操作循环1000次,机械寿命5000次;而刀开关的电气寿命仅在1In/1Ue条件下操作200次,机械寿命800次.两者电气可靠性不同.
2.2.4切换速度不同
PC级ATS切换速度一般小于0.3s;而刀开关用于双电源转换时切换速度不少于1s.
2.2.5试验方法不同  
在进行接通与分断试验时,PC级ATS是在不同的电源相序下进行(灭弧能力考核较严);而刀开关对相序无要求.  
通过上述对比可知PC级ATS是理想的双电源转换开关.
三、ATS产品的应用  
随着经济发展,现代生活和现代工业对断电的容忍能力越来越差.国外工业发达国家(尤其是美国和日本)把ATS及配套产品视为电源的一部分,对ATS产品选择与使用都很慎重.在双电源紧急供电系统首选PC级产品,且开关在转换过程中不允许中间停留(即不带零位).其目的是增加电源的可靠性.  
由于备用电源种类不同,ATS选择也应有所不同.  
目前,国内备用电源有三种形式:(1)电网;(2)发电机组;(3)EPS(蓄电池组逆变).当备用电源为(2)或(3)时,其容量一般仅是常用电源容量的20%~30%.  
ATS一般是不允许带大电动机或高感抗负载转换.如大电动机负载在运行中切换,电源相位差距较大时它将受到巨大的机械应力.同时由电动机产生的反电势引起的过电流可能造成熔断器熔断或断路器脱扣.解决方法常采用电阻吸收或减负荷方式.  
在ATS的应用电路中一般采用熔断器隔离器,它们在电路中起两个作用,一是短路保护;二是维修隔离.
四、公司PC级ATS产品简介  
为了向广大用户提供理想的ATS产品,上海超玛进出口有限公司与日韩两国此类产品的生产厂商长期合作,目前是日本共立和韩国DACO ATS的国内总代理.该产品完全符合国家标准及相应的国际标准的PC级ATS.日本共立SSK-MZ系列产品有30A、60A、100A、150A、300A、400A、500A、600A、800A、1000A、1200A、1400A、1800A、2000A、3000A;韩国DACO ATS M型产品有:400A、600A、800A、1000A、1200A、1400A、2000A、2500A、3200A、4000A;DACO ATS T型产品有:100A、200A、400A.
SSK-MZ型产品特点
1)足够的接触开放时间,以避免在转换过程中可能出现的电弧放电.
2)板簧保证接触压力不变,因此在电压变换的情况下接触导电率不变.
3)因为机械闭锁装置的存在,在转换之后,无需操作电流.
4)接点有硅合金制成,高度抗燃烧.
5)当开关运行时,每一次接触自滑触点可以清理灰尘和氧化.
6)共立SSK系列双电源转换开关的时间转换等级:MZ为30ms~80ms、ES为3~8ms;可满足要求比较高的计算机控制系统、通信系统以及医疗设备等两路电源的切换.