自动转换开关电器（ATSE）标准、结构、选用

关键词:  双电源转换开关、ATS、自动转换开关电器、 ATSE 标准

        目前，双电源自动转换开关(ATS)在国内已经有几十年的运用历史，在没有标准之前，各种开关（接触器、断路器、隔离开关等）都被运用在双电源自动转换开关上面。自从国家标准GB/14048.11实施以来，双电源自动转换开关（ATS）作为一个独立的低压开关种类，被广泛用于两路电源间的自动转换，以确保重要负载电源的连续供应。目前有多种型式的双电源转换开关，本文从标准、结构、选用等方面，给予探讨，也希望能给广大用户和爱好者提供参考。

一、 标准：　　
◆国家标准：GB/T14048.11-2002
　IEC标准：IEC60947－6－1：1998　
  低压开关设备和控制设备 第6部分：多功能电器 第一篇：自动转换开关电器　
◆国家标准的定义：由一个（或几个）转换开关电器和其它必需的电器组成，用于检测电源电路，并将一个或多个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源的电器。　　
◆中文标准名称：自动转换开关电器 英文标准名称：Automatic Transfer Switching Equipment (ATSE)　　
◆PC级ATSE：能够接通、承载、但不用于分断短路电流的ATSE。　　
CB级ATSE：配备过电流脱扣器的ATSE，它的主触头能够接通并用于分断短路电流　　
◆认证情况：中国、IEC、UL都对ATSE制订专门的标准（几个标准完全等同），所以，就必须选择符合标准的ATSE，由于我国ATSE没有实行CCC认证，所以，目前符合国家标准的唯一依据就是获得由中国质量认证中心按照GB/T14048.11标准颁发的CQC证书。
◆特别说明：
•  在没有国家标准之前，只要具有失电自动转换功能，都被用于两路电源间的自动转换，最早的就是用两个接触器加一个逻辑电路控制器组合而成的产品。在有了国家标准之后，选择ATSE就必须以国家标准为最低要求设计、制造、选择和使用。目前，由于ATSE没有实施CCC认证，所以，能够证明一个开关是否符合ATSE国家标准的唯一依据就是CQC认证（按照GB/14048.11标准）；
•  ATSE标准分PC级和CB级两种类别，国标里其进行CQC认证的型式试验的内容是不一样的，所发的CQC证书也是不同的，不能够互相代替，也不能够混淆；
•  ATSE是一个装置，由开关本体和检测控制器组成，能够实时检测两路电源的状态，当常用电源出现故障时（一相或者多相断相、欠压、过压、频率偏差等），能够将开关自动转换到备用电源。控制器是其必不可少的组成部分，也是ATSE与其它低压开关的主要区别，对其功能、可靠性必须给予高度重视。

二、 结构分析：　　
◆ATSE一般由三部分组成：开关本体（ATS）、驱动/保持机构、控制器　　
◆开关本体：指主触头的结构、材料、动静触头连接方式、触头压力、同步性、超程、动触头开启速度、灭弧方式等等构成。　　
◆驱动/保持机构：使触头完成闭合、开启的传动机构。有三种方式，电磁直接驱动/保持（例如接触器）；励磁＋连杠传动驱动/机械保持；减速电机＋传动机构驱动/机械保持。　　
◆控制器：从仅有单相缺相控制功能到具有超过ATSE预设定的参数要求的参数检测、现场设定、显示、带通讯接口等功能，差别很大。　　
◆提示：一个真正技术先进、可靠性高的ATSE，必须是以上三个部分都同步达到相应的水平。一个部分的缺陷，就是整个ATSE的缺陷。选择高可靠性的ATSE，也必须从以上三个方面综合判断。　　
◆下面就目前国内市场供应的产品，进行分析：
•  开关本体(ATS)：开关本体是ATSE的核心，ATSE的电气性能基本取决于此。目前市场上销售的ATSE，有两种本体结构：一种是直接采用标准的开关（接触器、断路器、隔离（负荷）开关）作为本体，市场90%以上的ATSE是此类结构。其特点是：利用现有已经非常成熟的开关，所以开发、制造成本低，开发风险小、投入少，产品上市速度快，国内有许多专门从事此类产品OEM贴牌的厂商。需要用户注意，这种结构的开关，其电气性能基本取决于所选用的本体开关的电气性能。另一种是完全独立单独设计（以ASCO、KRC共立为代表）的本体结构。因为是专门设计，所以触头材料、压力、开启速度、灭弧等开关的所有性能都可以按照要求设计（特别是高于国家标准要求或者特殊用途，例如AC－33A、耐高电流冲击能力等）。这类产品的缺点是：开发周期长、成本高；产品成本高。　　
本体结构的选择依据，主要取决于使用类别（负载类型）。例如，用于消防水泵、风机和电梯的ATSE，属于电感性负载，所以要求选用使用类别为AC－33B的ATSE产品。美国ASCO、日本共立KRC的ATSE产品甚至达到AC－33A的要求。尽管ATSE是非频繁操作的开关，但按照AC－33A的要求制造，体现产品更高的可靠性。　
按照国标GB/T14048.11-2002交流自动转换开关使用类别分类如下：　
电流性质 使用类别 典型用途
 频繁操作 不频繁操作 
交流 AC-31A AC-31B 无感或微感负载
 AC-33A AC-33B 电动机负载或包含电动机、电阻负载和30%以下白炽灯负载的混合负载
 AC-35A AC-35B 放电灯负载
 AC-36A AC-36B 白炽灯负载

       根据本产品的研发经验，要满足AC－33使用类别标准，开关就必须采用特殊的触头材料（银合金）、开启速度要快（＞0.5m/s）、要有专门的灭弧装置快速灭弧。一般采用铜材作触头材料、用电机驱动（开启速度慢）、没有特别灭弧装置的开关，是很难通过真正严格按照AC－33使用类别，同时满足ATSE机械、电气寿命等国家标准要求试验的。　　
•  .驱动/保持机构：因为采用的本体结构不同，所以导致驱动/保持的结构也不同。采用现成的断路器和隔离（负荷）开关作为本体，驱动机构是减速电机＋传动连杆，机械连锁、机械保持，保持状态无需电能。这种结构的特点是：转换速度较慢、触头分离速度慢（相对于励磁直接驱动）。专门设计的ATSE，采用的是励磁驱动＋连杆传动，机械保持、结构连锁，这种结构转换速度快，触头分离速度快（100A以下可以达到0.75m/s以上）。　　
•  控制器：控制器是ATSE必不可少的组成部分，ATSE能否在关键时刻发挥作用，控制器的可靠性是关键，这也是ATSE区别于其它低压开关的最重要之处。一般用户（包括一些制造商）往往只关注ATSE的电气性能，忽视了控制器的功能和可靠性。实际上，ATSE在使用过程中，绝大部分故障是控制器故障。因为只有控制器是连续工作的器件，所以其设计、制造、检验都要严格控制。　　
       目前市场上供应的ATSE控制器，最简单的是只能检测一路电源的断相，复杂的可以检测除电源故障（一相或者多相断相、欠压、过压、频率偏差等）以外，还可以检测发电机的多个参数、可以提供发电机控制信号和通讯接口等等。选用什么样的控制器，需要考虑系统设计和负载。　　
◆特别提示：
•  在一个系统中，各级ATSE的转换时间要有一个合理的“顺序”，这就要求ATSE的控制器可以在现场设定ATSE的转换时间；
•  带通讯接口的控制器，需要能够提供与上位机通讯记录的检测报告，因为只有通讯接口（硬件）不能保证能够正常通讯（软件）。

三、 选用注意事项
•  必须选择满足国家ATSE标准要求的产品，具备CQC认证（按照GB/14048.11标准）是目前唯一的依据；
•  从结构可靠性来讲，PC级ATSE可靠性高于采用断路器组成的CB级ATSE，所以，高可靠性要求的场所，宜选用PC级ATSE（美国ASCO、GE，日本共立KRC、爱知，法国溯高美等国际知名专业ATSE厂商只提供PC级ATSE也是佐证）；
•  设计时选用PC级还是CB级，考虑的出发点不应是是否需要短路保护功能（PC级前面加上短路保护电气，系统就具备与CB级同样的保护功能），而是可靠性和成本。可靠性要求高，宜选用PC级产品；要求成本低可选用CB级。
•  断开故障电源的时间，不同结构的产品是不同的，对故障电源（例如断相）敏感度高的负载，就需要注意，应选用能够快速断开故障电源的励磁驱动式ATSE。采用断路器的CB级ATSE和采用隔离（负荷）开关的ATSE，是用减速电机驱动（电机转速一般为15-20rpm，开关需要转动到一定转角后触头才能断开），以100A以下电流等级开关为例，控制器发出转换指令后，需要1秒以上的时间，故障电源才会断开，而采用励磁直接驱动的ATSE，只需要大约30毫秒，故障电源就可以断开。
•  PC级前端是否需要加短路保护电器取决于PC级ATSE能否承受前端短路保护电器保护电流的冲击。如果能够承受，切换箱内就不需要再加短路保护电器，如果不能承受，就需要加一个保护电流低于PC级ATSE额定限制短路电流的保护电器，这需要制造商提供ATSE额定限制短路电流的保护电器类型和参数。PC级ATSE的额定限制短路电流必须与前端保护电器类型和参数匹配，此点需要特别注意。
•  要注意选择适合负载特性的ATSE，此点非常重要，否则可能一次切换就导致开关损坏。带电感负载的ATSE宜选用具有AC－33使用类别的ATSE。符合这种要求的开关，触头材料应当是银合金，开启速度要较快，还必须有专门的灭弧装置。
•  要充分注意操作、维护、更换的方便性：因为ATSE在国内还是较新的电器，使用时间短、范围小，一般用<