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摘要：ATS是自動轉換開關電器的簡稱，是Automatic transfer switching equipment的縮寫，也稱之為雙電源轉換柜。國家標準GB/T 14048.11-2002《低壓開關設備和控制設備第6部分：多功能電器第1篇:自動轉換開關電器》定義為：由一個（或幾個）轉換開關電器和其它必需的電器組成，用于檢測電源電路，并將一個或多個負荷電路從一個電源自動轉換到另一個電源的電器。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所，需將負載電路從一個電源自動換接至柴油發電機組緊急供電系統，以確保重要負荷連續、可靠運行。

 

一、市電與發電轉換應用方案

 

1、發展的歷程

      ATS的產品發展經歷三個階段：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

　　此類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。優點是價格低、制造工藝要求低；缺點是主回路接觸器工作需要二次回路長期通電，線圈長期通電耗能易燒毀，產品的接通分斷能力低，觸頭易抖動、熔焊，其產品故障率較高、可靠性很低。這類產品在國外已被淘汰并禁止使用，國內仍然有少量使用，此類產品本文不作討論。

（2）空氣斷路器類（CB級）

　　此類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；缺點是體積大，存在電機堵轉情況，空氣斷路器多采用進口空氣斷路器，特別是大電流回路，價格較高，現被廣泛應用。

（3）一體化設計的ATS（PC級）

　　此類電源轉換系統是集開關與邏輯控制于一體，無需外加控制器，真正實現機電一體化的自動切換開關。此類電源切換系統產品，為統一設計制造，體積小，結構簡單，開關切換驅動采用電機驅動，切換平穩可靠，克服了其它產品缺點，是目前國內外市場主要的雙電源轉換產品。

2、常見方案

      ATS轉換開關接至兩路進線電源，方案如圖1所示，切換時序如圖2所示：

（1）兩路電源均來自中-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，接線圖如圖3所示。

3、參數要求

      ATS轉換開關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轉換開關將認為電源發生了故障。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，它也會看作電源發生了故障。

 

圖1  柴油發電機與市電切換電路簡圖

圖2  柴油發電機與市電啟動切換時序圖

 

 表1    ATS轉換柜基本零件清單

 

圖3  柴油發電機與市電轉換接線圖（兩種方式）

  

二、ABB開關轉換柜功能

 

      柴油發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、自動功能

       如果LN1發生了故障，ATS轉換開關將執行以下切換程序：

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

（2）啟動發電機（如果設置為使用發電機的話）;

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

（4）固有延時TF（3.5S）;

（5）發出閉合CB2指令，如果發出指令5秒后，CB2仍然斷開，則發出‘閉合CB2失敗’報警，通過Alarm LED和CB2 LED同時閃爍來表示，按RESET按鈕清除報警和重啟自動控制邏輯。

      如果CB1的初始狀態為斷開，則從從第4步開始執行。如果LN1恢復正常，ATS轉換開關將執行以下切換程序：

（1）延時Ts；

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

（2）固有延時TF（3.5S）;

（4）發出閉合CB1指令，如果發出指令5秒后，CB1仍然斷開，則發出‘閉合CB1失敗’報警，通過Alarm LED和CB2 LED同時閃爍來表示，按RESET按鈕清除報警和重啟自動控制邏輯；

（5）延時TGOFF（5，10，15，20，25，30秒或5分鐘）；

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

 

圖4  ATS轉換柜外觀示意圖

圖5  轉換開關功能操作流程圖

 

2、手動功能

      在手動模式下斷路器可由CB1和CB2按鈕控制分合。如果斷路器沒有執行相應的指令，則ATS轉換開關發出與自動運行模式一樣的報警。

按CB1按鈕：

（1）如CB1閉合，發出斷開CB1指令：

（2）如CB1和CB2均斷開，則發出閉合CB1指令；

（3）如果CB1斷開且CB2閉合，則不執行任何操作。

按CB2按鈕：

（1）如CB2閉合，發出斷開CB2指令：

（2）如CB1和CB2均斷開，則發出閉合CR2指令；

（3） 如果CB2斷開且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市電一應急柴油發電機組自動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，隔離開關為電動時，應增加聯鎖，當斷路器處于合閘位置時，該回路上的上、下隔離開關不能打開；當斷路器處于打開位置時，該回路上、下隔離開關可以分閘。

 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-應急柴油發電機組自動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，隔離開關為電動時，應增加聯鎖，當斷路器處于合閘位置時，該回路上的上、下隔離開關不能打開；當斷路器處于打開位置時，該回路上、下隔離開關可以分閘。

  

圖6   ATS轉換柜系統接線圖（630A以下）

圖7  ATS轉換柜系統接線圖（800A以上）

  

三、施耐德開關轉換柜功能

 

      柴油發電機采用施耐德開關的轉換柜配置選型如表4、表5所列，配電接線如圖8所示。

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

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

3．施耐德雙電源轉換裝置具有過負荷、短路、缺相等保護功能。

4．轉換開關在自動位置，裝置自動運行；在手動（停止）位置，UA自動切除，可在KIT上手動分合斷路器；在R位置，可強行啟動柴油發電機組；在N位置，可強行停柴油發電機組。N、R位置可用于檢修時倒換負荷。

5．市電與發電柴油發電機組電源轉換時間調節范圍為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，電路中需加隔離開關。

 

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  施耐德轉換開關接線圖

 

四、西門子轉換柜功能

 

      柴油發電機采用西門子開關的轉換柜配置選型如表6所列，配電接線如圖9所示。

      圖9為額定電流250A～1250A市電一應急柴油發電機組自動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，隔離開關為電動時，應增加連鎖，當斷路器處于合閘位置時，該回路上的上、下隔離開關不能打開；當斷路器處于打開位置時，該回路上、下隔離開關可以分閘。

表6    西門子開關應急電源轉換裝置配置表 

 

圖9  西門子轉換開關接線圖

 

 

總結：

　　 電源自動轉換開關電器ATS作為一種電源切換系統產品，隨著技術的不斷發展和進步，必然向大電流、切換可靠性更高、功能更全面的方向發展，在柴油發電機組中將得到更廣泛的應用。電源自動轉換開關電器ATS尚無專門的國家標準，目前適用的國家標準GB/T 14048.11-2002《低壓開關設備和控制設備 第6部分：多功能電器第1篇:自動轉換開關電器》，已經不能對ATS給予準確、全面的定義，可以說是已經不適用了。為以后同類產品檢驗、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切換裝置國家標準。同時康明斯公司建議國家標準應規定電源自動轉換開關（PSATS）具有隔離功能，以便電源自動轉換開關應用更方便、更廣泛。

 

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