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060311ATSE的设计应用导则详解


解读《自动转换开关电器ATSE设计应用导则》
中国建筑设计研究院 李炳华 庞传贵 王苏阳 甄毅 (100044) 1 ATSE选择的一般原则 1.1 ATSE 技术参数的选用应根据具体使用环境(海拔高度、温度、湿度、污染程度 等),依据国家现行标准、规范选用安全可靠的产品。 说明:本条有两部分内容,第一,使用环境对 ATSE 的选用会产生影响,尤其 海拔高度容易被忽略,应引起注意。第二,作为一般原则,特别强调 ATSE 应“安全 可靠”,这是因为 ATSE 用在二级及以上负荷,负荷的重要性决定了 ATSE 应安全可 靠。

1.2

建议 ATSE 的开关主体满足污染等级Ⅲ级(工业级)的要求。

说明:GB/T 14018.1-2000 将污染分为四个等级。其中,污染等级Ⅲ级为工业 级用于工厂厂房等场所,污染等级Ⅱ级为家用级,用于家用和类似用途的电器。Ⅲ 级污染等级环境较Ⅱ级差,因此,这些场所对电器要求也越高。民用建筑中,许多 ATSE 应用在水泵房、风机房等场所,类似工业厂房,故此,建议 ATSE 开关主体(如 塑壳断路器、一体化 PC 级 ATSE 等)满足Ⅲ级污染等级的要求。 应该说明,按标准分类,微型断路器为家用级即Ⅱ级污染等级,其可靠性相对 塑壳断路器而言要低,不建议采用微型断路器组合成的 ATSE。

1.3 ATSE的额定电压应与所在回路额定电压(交流为均方根值)相适应, 应考虑正常 工作时可能出现的最高或最低电压。 1.4 ATSE 的额定电流应大于所在回路的预期工作电流,还应承载异常情况下可能 的过电流。 1.5 ATSE 的额定频率必须与所在电源回路的频率相适应。

说明:1.3~1.5 对 ATSE 的额定电压、额定电流、额定频率的要求,为低压电 器通用条款,这部分参考了《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-92 低压电器相关 条款。

1.6 ATSE 应满足短路条件下的动稳定与热稳定要求。 级的 ATSE 应满足短路条件 CB 下的分断能力,PC 级的 ATSE 应承载短路耐受电流的要求。

说明: ①CB 级 ATSE 配备过电流脱扣器,它的主触头能够接通并用于分断短路电 流,其额定短路分断能力是一项很重要的参数,额定短路分断能力用 Icn 表示,国 标对该参数有如下定义:额定短路分断能力(Icn)是制造厂规定的,在额定工作电 压、 额定频率与规定的功率因数 (或时间常数) 电器的短路分断能力值。 Icn 表 下, 示 CB 级 ATSE 应能分断额定短路分断能力及以下的任何电流。 ②考核 PC 级 ATSE 的重要指标为短路耐受电流,短路耐受电流有两个参数:额 定短时耐受电流或额定限制短路电流,两者取其一。 额定短时耐受电流 Icw 是在规定的试验条件下,电器能够承载的短时耐受电流 值。最短通电时间为:A—额定工作电流小于等于 400A 时,交流为额定频率的 3.5 个周波;B—额定工作电流大于 400A 时,交流为额定频率的 3 个周波。 额定限制短路电流是在规定的试验条件下, 被指定的短路保护电器保护的 ATSE 在短路保护电器动作之前足以承受的预期短路电流值。

1.7 当日常维护及损坏维修仍要确保连续供电时,建议选 用旁路隔离型、旁路抽出型ATSE或采取其它相应措施。 说明:民用建筑和一般工业建筑中,当日常维护及损 坏维修时仍要继续供电的负荷,其供电可靠性和连续性要 求极高,金融、保险、通信等行业有此类重要负荷,这类 负荷不仅要考虑ATSE的检修问题,UPS还要进行冗余设计, 供电可靠性可见一斑。 图1.7所示为旁路隔离型ATSE的应用示例。正常情况下 旁路开关BS置于2位,双路电源通过ATSE向负荷供电。当 图 1.7 带旁路开关的 ATSE 方案 ATSE需要检修时,旁路开关BS投到1位,此时电流通过旁路 线路经旁路开关BS继续向负荷供电(图中红线所示),将 隔离开关QS1、QS2断开,即可检修ATSE,实现了不停电检修ATSE。 1.8 1.9 一级负荷中的特别重要负荷宜采用一体化结构的PC级ATSE。 一级负荷建议采用PC级ATSE。 说明:重要负荷应采用可靠性高的ATSE,一级负荷可适当降低要求,推荐采用 PC级ATSE。 二级负荷不做具体要求,可以选用PC级,也可以选用CB级。 1.10 若干个ATSE链接时,应符合《低压配电设计规范》规定的线路保护要求。 说明:《低压配电设计规范》第 4.5.2 条 保护电器应装设在被保护线路与 电源线路的连接处,但为了操作与维护方便可设置在离开连接点的地方,并应符合 下列规定: 一、线路长度不超过 3m; 二、采取将短路危险减至最小的措施;

三、不靠近可燃物。 第 4.5.3 条 当将从高处的干线向下引接分支线路的保护电器装设在距连接 点的线路长度大于 3m 的地方时,应满足下列要求: 一、 在分支线装设保护电器前的那一段线路发生短路或接地故障时, 离短路点 最近的上一级保护电器应能保证符合本规范规定的要求动作; 二、该段分支线应敷设于不燃或难燃材料的管、槽内。 由此可见,PC级ATSE之前应装设保护电器,不管分支线长度是否大于3米(参见 图1.10)。CB级ATSE由于自身有过电流脱扣器,其之前不必再设保护电器。

图 1.10 ATSE 链接时保护电器的设置

1.11 当采用CB级ATSE向电动机供电时,应满足电动机的保护要求。 说明:参见《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93第2.4.4条和第2.4.6条, 当采用CB级ATSE兼作短路保护电器向电动机供电时,其保护宜为保护电动机型。断 电导致损失比过载更大时, CB级ATSE不宜装设过载保护, 或使过载保护动作于信号。 1.12 市电与发电机转换用的ATSE宜采用PC级、一体化结构、三位式的ATSE。当采 用自投自复的ATSE时,自动复归应有适当的延时,延时时间可调,并与发电机停机

图 1.12 市电与发电机转换示意图

时间相匹配。 说明:针对本条进行三方面说明。 第一,为什么采用一体化结构PC级的ATSE?从可靠性、结构特点、返修率统计 等三方面分析都表明一体化结构PC级ATSE有很高的可靠性。 第二,为什么要用三位式ATSE?如果采用两位式ATSE,当正常电源发生一相断 电时, 由于柴油发电机起动、 稳定送电需要一定的时间, 在发电机起动过程中, ATSE 不能将负荷转换到备用电源, 结果造成非故障两相电压升高, 有可能造成设备损坏。 如果采用三位式ATSE,此时将ATSE置于零位,待发电机起动并稳定送电后,ATSE再 将负荷切换到备用电源位置。 第三,自动复归延时时间根据系统要求确定,应确保市电可靠恢复供电并稳定 后才能复归。并且先复归,后停柴油发电机。 1.13 当需要自动切断电源、或带高感抗、或大电动机负载转换时,ATSE应采用三 位式;其它场所可根据需要选择二位式或三位式ATSE。 说明:三位式ATSE主触头有三个工作位置,两个电源位、一个零位,即主触头 可以处在空挡。例如,在火灾时,需要切除非消防类的重要负荷,此时可以使用三 位式ATSE,当火灾发生时,自动将ATSE切换到零位,达到切断电源之目的。 三位式的ATSE另一个用途是用于带高感抗或大电动机负载转换时,为易熄灭电 弧和避免冲击电流,使ATSE经零位转换至电源位。 二位式ATSE主触头只有两个工作位置,即常用电源位和备用电源位,转换动作 时间短。 1.14 根据实际工程需要选择合理的ATSE动作时间, 且ATSE应能躲过电源电压闪变、 瞬变等干扰。ATSE总的动作时间宜参考表1.14。 表1.14 负荷允许最大中断供电时间(s) 负荷允许中断的动作时间 负荷情况 (s) A级 ≤0.004 计算机系统、通信系统等 B级 ≤0.2 C级 ≤1.5 一般场所 ≤5 应急照明 高危险区 ≤0.25 0级(不间断) 0(不间断自动供电) 0.15级(极短时间隔) ≤0.15 0.5级(短时间隔) ≤0.5 医疗设备 15级(中等间隔) ≤15 大于15级(长时间隔) ≥15 说明:电网存在电压闪变或电源瞬态波动,如果 ATSE 不能有效地躲过电压闪 变或瞬态波动,会造成 ATSE 的误动作。因此,一味追求 ATSE 的快速切换是不足取 的, 应根据实际情况合理选择动作时间。 当两路电源电压较稳定时 (如采用稳压器) ,

可采用动作时间短的 ATSE;如果电源质量不高,ATSE 应有适当的延时。 表 1.14 的负荷允许中断供电时间与相关规范的要求一致, 计算机系统、 通信系 统所用的负荷允许中断供电时间与 GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》一致, 应急照明所用的负荷允许中断供电时间与《消防应急照明灯具》GB 17945-2000 一 致,医疗设备允许中断供电时间与 IEC60364-5-55 一致,我国正在制定的《综合医 院建筑设计规范》也与 IEC 一致。 表 1.14 中所表明的负荷允许中断供电时间可以由 ATSE 实现, ATSE 不能满足 当 要求时,应采用其它措施,如采用 UPS、EPS 等。 1.15 ATSE 上下级动作时间应根据系统要求进行配合。

图 1.15 ATSE 上下级动作时间配合

说明:图 1.15 说明了 ATSE 上下级动作时间配合关系。当电源断电(故障、检 修等)时,上级 ATSE 动作时间短,下级 ATSE 动作时间长,保证电源先转换。当低 压配电线路故障时,要求末端 ATSE 快速切换。

1.16 三相四线制(0.4/0.23kV)电力系统中 ATSE 极数的选用原则: 1.16.1 同一接地系统中,带漏电保护的两个电源回路下级的 ATSE,三相四线供电 应采用四极 ATSE,单相供电应采用两极 ATSE。 1.16.2 两种不同接地系统 (包括两个不同中性线接地点的 TN-S 系统) 间电源转换 的 ATSE,三相四线供电应采用四极 ATSE,单相供电应采用两极 ATSE。 1.16.3 正常供电电源与备用发电机之间,当采用不同的接地方式时其转换开关应 采用四极 ATSE。 1.16.4 IT 系统中当引出中性线时, 三相四线供电应采用四极 ATSE, 单相供电应采

用两极 ATSE。 1.16.5 在有总等电位联结的情况下,TN-S、TN-C-S 系统除原则 1.16.1、1.16.2、 1.16.3 的情况外一般不需要设四极 ATSE。 1.16.6 TN-C 系统严禁采用四极 ATSE。 说明:1.16 各条参考《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16 修订版(报审稿) 7.5.4 条编制而成。 2 ATSE的使用要求 2.1 ATSE的使用类别应与负载特性相一致,满足表2.1的要求。 表2.1 使用类别 使用类别 电流性 典 型 用 途 不频繁操 质 频繁操作 作 AC-31A AC-31 B 无感或微感负载 电动机负载或包含电动机、 电阻负载和 30%以下 AC-33A AC-33 B 白炽灯负载的混合负载 交流 AC-35 A AC-35 B 放电灯负载 AC-36 A AC-36 B 白炽灯负载 DC-31 A DC-31 B 电阻负载 直流 DC-33 A DC-33 B 电动机负载或包含电动机的混合负载 DC-36 A DC-36 B 白炽灯负载 说明: 表2.1引自GB/T14048.11-2002。 目前国内生产厂商只有使用类别为AC-31 和AC-33的产品,用于气体放电灯的AC-35和用于白炽灯的AC-36尚没有相应的产品。 2.2 当用电设备需要断电维护、测试、检修时,配电回路应设置隔离电器。如果ATSE 满足隔离电器的要求,ATSE可兼作隔离电器,否则应加装隔离电器。 说明:《低压配电设计规范》GB 50054-95第2.1.3条规定,当维护、测试和 检修设备需断开电源时,应设置隔离电器。《通用用电设备配电设计规范》GB 50055-93第2.5.1条规定,隔离电器的装设应符合下列规定: 一、每台电动机的主回路上应装设隔离电器,当符合下列条件之一时,数台电动机 可共用一套隔离电器: 1.共用一套短路保护电器的一组电动机; 2.由同一配电箱(屏)供电且允许无选择地断开的一组电动机。 二、电动机及其控制电器宜共用一套隔离电器。符合隔离要求的短路保护电器可兼 作隔离电器。移动式和手握式设备可采用插头和插座作为隔离电器。 两个规范给出两点重要信息: 第一, 设置隔离电器的目的是用于检修用电设备。 如果要检修ATSE是否要在其前面加隔离电器呢?很显然这种方法不足取,因为,如 果隔离电器要检修怎么办,是否要隔离电器之前再加隔离电器?!这种情况可以按 照本导则1.7的要求采用旁路隔离型或旁路抽出型ATSE; 第二, 符合隔离要求的ATSE 可以兼作隔离电器。 目前,许多CB级ATSE具有隔离功能,这主要取决于断路器是否具有隔离功能;

由控制与保护电器CPS构成的ATSE具有隔离功能;大多数PC级ATSE不具有隔离功能。 2.3 在同一级配电保护中,CB级ATSE之前不应设置短路保护电器。 说明: CB级的ATSE本身已具有短路保护功能, 如果其前面再加装短路保护电器, 会增加保护级数,不利于保护选择性配合。《低压配电设计规范》GB 50054-95第 4.1.2条对此有明确的要求:“配电线路采用的上下级保护电器,其动作应具有选 择性;各级之间应能协调配合。但对于非重要负荷的保护电器,可采用无选择性切 断。” 2.4 当PC级ATSE供电回路需装设保护电器时,保护电器宜设在ATSE的进线侧(如图 2.4-1所示),当用于负载侧保护时,可装在ATSE的出线侧(如图2.4-2所示)。

图 2.4-1 图 2.4-2 图 2.4-3 图2.4 PC级ATSE的短路保护电器宜设置在ATSE的进线侧 说明:图 2.4-1 可靠性相对较高。图 2.4-2,可靠性比图 2.4-1 低,但少一个 短路保护电器,当用于负荷侧保护时,也可采用图 2.4-2 接线。图 2.4-3 为 CB 级 ATSE,可靠性比前两个方案低。 2.5 ATSE控制器电源应取自ATSE进线侧。

图 2.5-1

图 2.5-2 图 2.5 ATSE 控制器的电源

图 2.5-3

说明:图2.5-1控制器电源取自保护电器之前,监测了电源的状态,完全符合 ATSE标准要求。但ATSE本体和控制器由生产厂商提供,接线要在板厂完成,施工接 线要求较高,出问题责任不好划分。图2.5-2,控制器电源取自保护电器之后、ATSE 之前,故障造成保护电器动作,导致ATSE切换,超出制造标准的要求。但是该方案 便于工厂生产,用户不必单独为控制器接线,责任明确。图2.5-3为CB级ATSE控制器 电源接线,电源取自于ATSE之前,反映了电源的状态。

3 其它 3.1 图纸中,ATSE应至少标注以下内容: 1 额定电流 2 类型,PC级或CB级 3 极数 4 总动作时间 5 位数 6 使用类别 7 当为CB级ATSE时,尚应标注脱扣器或熔体整定电流 说明:ATSE应在图纸上标注的内容,图3.1所示实例,供参考。
TOT=0.5s

TBBQ3-2000/4P Icw=50kA,0.06s TOT=20s 使用类别:AC-33B TBBQ3-160/4P Icw=25kA,0.06s TOT=1s 使用类别:AC-33B TBBQ3-250/3P Icw=25kA,0.06s TOT=1s 使用类别:AC-33B

图 3.1 图纸上应标注 ATSE 的主要参数 3.2 PC级ATSE应注意额定限制短路电流或额定短时耐受电流Icw。 说明:见1.6条说明。


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