自动电源转换开关电器(ATSE)综述

自动电源转换开关电器（ATSE）综述An overview of Automatic Transfer Switching Equipment（ATSE）[摘要]自动电源转换开关电器(ATSE) 作为保障连续可靠供电的一种电气开关设备，已得到广泛应用。

本文详细阐述了A TSE的定义、发展现状、分类、结构形式等，并比较分析各类型A TSE的特点及其应用的技术要求。

在设计、使用中更合理的选用双电源自动转换装置，保证供电的可靠性。

[Abstract] As a electric switch equipment for guaranteeing of a continuous and reliable power supply, Automatic Transfer Switching Equipment(ATSE) has been used widely. This paper describes the definition, development status, classification and structure of the ATSE. Furthermore, the characteristics of various types of ATSE and application of technical requirements are analyzed comparatively. More rational ATSE used in project are very important for the reliability of electricity supply.[关键词]自动转换开关电器；发展；现状；应用[Key Words]Automatic Transfer Switching Equipment; Development; Status; Application0引言随着电力事业的发展，电力质量日益受到人们的重视。

而供电的连续性是电力质量中一个重要的方面，对于一些重要的用电部门如医院、机场、大型生产线、发电厂、银行、高层建筑、军事设施等重要场所[1]，一旦失电会造成巨大损失。

保证供电连续性，通常的解决办法是给供电对象提供主、备两路独立的电源。

由此推动了转换开关电器ATSE的发展。

ATSE（Automatic transfer switching equipment的缩写）是自动转换开关电器的简称，即由一个（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。

随着工业的发展、自动化程度的普及、人们对电源可靠性的要求越来越迫切，由此双电源转换开关的重要性日益提高。

ATSE已成为低压配电系统中一个不可缺少的重要组成部分。

1ATSE的现状双电源自动转换开关的历史悠久，在将电能作为主要能源后，由于对重要负载的供电存在不同电源间的转换问题，ATSE必然会得到应用。

自动转换开关电器（A TSE）早在100年前在美国就得到应用，UL1008(1903)是世界上最早的一部有关ATSE产品标准[2]。

国际电工委员会（IEC）于1989年6月发布了第一版《自动转换开关电器》标准（IEC60947.6.1）。

目前，国外ATSE有3大代表产品：以法国为代表的欧式组合式（断路器式、刀开关式）产品、以日韩为代表的励磁隔离（负荷）型产品、以美国为代表的一体式转换开关型产品。

从产品的技术参数、产品性能及机构等方面对比,美国的A TSE产品引领着当今世界的潮流（如美国ASCO产品）[3,4]。

我国自动转换开关电器的研制和生产在20世纪90年代初还处于空白状态，也无国家标准。

国内许多需双电源切换场所不得不采用普通接触器作为投切电器或采用手动双投刀开关、两只塑壳开关及断路器联合使用达到双电源转换这一目的。

这种产品可靠性、安全性存在较大隐患。

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的现状，日本、法国、德国、美国等国外的自动转换开关电器先后进入中国市场，在一定程度上满足了我国市场的需求[5]。

目前国内生产ATSE产品的企业约几十家，但由于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A TSE使用和选用不当，给国家财产造成一定损失。

为了规范自动转换开关电器（A TSE）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[6]。

该标准是生产制造、设计使用、商业投保等单位共同遵循的技术性法规文件，其颁布与实施改变了ATSE 产品标准不一、质量良莠不齐、给设计院选用和用户使用带来极大不便的局面，大大促进了A TSE 的发展。

2 ATSE 的组成ATSE 一般由开关本体和控制器两部分组成。

开关本体接在主电路上作为ATSE 的执行机构，不同类型的ATSE 本体差别较大，一般由接触器、断路器、负荷开关等设备组成，是ATSE 的核心[7] 。

其具有电气上和机械上的可靠联锁，以防常用电源与备用电源同时接通。

本体的性能取决于主触头的结构、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， A TSE 的电气性能基本取决于此。

图1为自动电源转换开关典型应用示意图。

ATSE 控制器用来检测被监测电源（两路）工作状况，有两种形式:一种是由传统的电磁式继电器构成；另一种是数字化智能产品。

后者具有性能好、参数可调及精度高、可靠性高和使用方便等优点，因此得到较为广泛的应用。

智能化控制器工作原理为：在单片机中存储判断电路信号正常或异常的标准值，将采集的信号与之进行比较，当被监测的电源发生故障（如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差）时，控制器发出动指令，开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源[8,9]。

n 备图1 自动转换开关典型应用 图2 双电源转换开关控制器的原理框图双电源自动转换器是具有自动检测自身故障、自动测量、自动控制、自动调节与远方控制中心通信功能的智能电器设备。

其装置的智能性通常需要以下几个部分来联合实现：输入检测部分，信号处理与控制部分（MCU ），反馈检测，执行部分和电源部分。

双电源自动转换器的原理框图如图2。

由图2可见，输入检测部分在自动电源转换器中起着重要的作用。

双电源自动转换控制器根据传感器输入的检测信号情况进行动作，因此传感器应该将智能电器所需要的信号变换成信号处理单元所能够识别的电信号。

信号处理与控制部分主要由微处理器及软件组成，是自动转换器的关键技术。

它能够存储判断信息，控制执行机构的动作，又可以对检测部分送来的数据进行监测。

控制执行机构是按照系统切换负载的要求来执行动作，是转换器实现对用电设备进行控制和保护的主要形式之一[10]。

自动电源转换开关的发展包括控制器和开关本体部分的发展。

控制器的发展集数字化、智能化、网络化于一身，具有可编程、自动测量、数字通讯等功能。

当今ATSE 控制器的智能化发展对于处理单元的实际设计、制造中有多种选择。

如Microchip 公司的基于精简指令集（RISC ）的PIC 系列单片机PIC18F65J10，它具有低电压、低功耗及易于使用等特点，并且PIC 系列之间的无缝产品移植路径为嵌入式控制设计提供了完全的向上兼容性。

采用Samsung 公司的S3C44BOX 作为微处理器，在高性能、低代码规模、低功耗和小的硅片 尺寸方面取得良好的平衡。

减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置，从而最小化系统的成本。

采用ATMEL 公司的89C51系列单片机作为微处理器，大大提高了转换电压和时间精度，还具有设置方便、应用范围广等优点，提供了一种灵活性高且价格低廉的选择[11]。

ATSE 本体应具备很高的抗冲击电流能力，可频繁转换，具有可靠的机械连锁。

双电源转换开关发展融合了现代材料、机电、测量、控制和微机技术。

产品不断更新换代，技术性能不断提升，促进双电源转换开关向大容量、高分断方向发展。

当前国际上双电源转换开关的发展趋势是:小体积、大容量、短路分断能力高，结构模块化、操作安全可靠、产品性能智能化等。

开关本体决定ATSE的电气特性，控制器决定A TSE的转换特性。

一个技术先进、可靠性高的ATSE 必须在开关本体部分和控制器部分都达到相应的水平，任一部分的不足，都是整个A TSE的缺陷。

3ATSE的分类及比较3.1. 根据有无短路电流分断能力分类IEC60947.6.1标准对自动转换器分类的描述为：按自动转换器有无短路电流分断能力（short-circuit capability）将其分为PC级和CB级，二者的差别主要在于本体。

PC级ATSE采用接触器或负荷开关作主开关，能够接通、承载线路负载，不能分断短路电流。

CB级ATSE采用带有电动操作机构的塑壳式断路器（或万能式断路器）作主开关，既能接通、承载线路负载，又能够接通、分断短路电流。

PC级具有结构简单、自身连锁、转换速度快（可达50ms）、可频繁操作等优点，并且可承受20I e及以上短路电流，触头压力大不易被斥开，触头不易被熔焊。

CB级动作较慢（2000-3000ms左右），出现非电源故障（如过载、短路）时会自动切断电源，供电可靠性不高。

因此PC级ATSE具有更广泛的发展空间，但是CB级接线简单，相对于PC级不需要加装限流设备，适合对电源转换时间要求不高的场合[12,13]。

CB级ATSE的可靠性不一定完全低于PC级。

一款由上海汉萨·欧雅斯电气有限公司推出的OYQ1一体化自动转换开关就具有较高的可靠性。

OYQ1系列自动转换开关是一种以双电源转换为目的而专门设计的转换开关电器，其外形采用一体化设计，与一般的PC级ATSE相似，很好地解决了转换时间（毫秒级）、触头压力等问题。

可见A TSE的可靠性并不取决于是PC型还是CB型，而是取决于该ATSE是不是采用专门设计的一体化结构。

合理的设计、简单的结构、快速的动作、良好的触头材料才是A TSE可靠性的重要保证[14]。

3.2. 根据触头工位分类ATSE按工位可以分为二位式和三位式见图3。

二位式ATSE开关主触头仅有两个工作位（也称二段式），即“常用电源位”与“备用电源位”，负载不会出现长期断电情况，供电可靠性高，转换动作时间快。

三位式ATSE开关主触头有三个工作位（也称三段式），多一个“零位”。

主触头可处于空挡，即主触头由“常用电源位”转到“零位”，再由“零位”转到“备用电源位”[15]。

备用两位式正常备用三位式正常2主电源备用电源2（a）（b）图3 两位式和三位式结构图图4 负载转换应用由图3可以看出，三位式的A TSE在两个电源切换之间有一个零位，可以较长时间切断对电源的供电，这一点有时很有用处。