具有中性线重叠转换功能的ATSE

具有中性线重叠转换功能的ATSE

市场调查报告

一、背景

ATSE具有中性线重叠转换功能在近年国内很多地铁、通讯场所等项目的低压原器件招标技术文件中被重点要求。如：

1、不能有预定的第三位置即中间位置。对于3相4极切换开关要求有中性线重叠转换功能，即在非转换期间为4极开关，在转换过程中两路电源中性线重叠。中性线切换采用先接后离得操作，避免切换过程中由于负载不平衡所产生的电压突波

——摘自深圳地铁2号线招标文件低压开关柜元件技术要求——2、ATS开关为3相4级、中性线重叠转换型，即在非转换期间为4极开关，在转换过程中两路电源中性线重叠；

——摘自中央国家机关公务员住宅建设中心配电设备采购项目招标文件低压开关柜/技术特征第20.3款

3、中性线在ATSE切换过程中因断零产生的零线漂移电压（高达几十伏甚至上百伏）可能直接导致服务器重启或烧坏等，给IT 设备造成重大运行隐患，为解决这一问题，有如下两种方法：

A.零线重叠切换方案，即采用带有零线重叠切换的ATSE，在切换过程中，ATSE 输出零线始终与输入电网的零线相连，UPS 零地电压始终保持相对较低值遥。（另外一种略）——摘自艾默生网络能源有限公司内部技术期刊文章《ATSE在通讯系统中的应用》上述技术要求和技术文章可以看出有关具有中性线重叠转换功能ATSE已经在业内受到普遍重视。

二、必要性

ATSE应用于非常重要的配电场所，能够检测当一路电源发生如断电、缺相、过压、欠压等故障时能够自动切换至正常的备用电源，保证用电的连续性。因而在现代配电系统应用越来越广泛。根据配电系统的的不同我们可以选择不同的开关极数，一般认为对同一类型、同容量的电源之间，如两个公用电网、两个发电机组等这些零线不切断的或共零线的交流三相供电系统即两套系统中性线（零线）有共同的接地点（零线地线短接点）选择三极的ATSE 就可以满足要求；而对于两套输入电源来自于两套不同的接地系统，两套系统的中性线接地点不同，如TN-C-S、TN-S、TT、IT系统中则应采用四极ATSE，采用四极式ATSE 的目的，是保证两个系统运行中做到完全的隔离，独立运行，如果选用四极ATSE，普通的ATSE在两路电源的切换过程中不可避免的会出现短时间的中性线断开的现象，而很多配电系统都不允许两路电源中性点断开。我们以三段位普通ATSE为例来说明：

根据三段式四极型开关切换输出“A 和B 电源均能切断,有OFF 位置”控制功能,满足市电、油机自动切换控制技术的要求。如:市电故障ATSE自动检测控制切断市电电源,同时也不直接切换到油机侧,处于OFF 状态;此时油机空载启动,可延时,当ATSE 检测到油机电压正常时,再正常切换到油机侧,从而起到保护作用。由于设备供电安全运行对零地电位差和三相五线制供电电源技术指标要求,在实际应用中应充分考虑对三段式四极型开关切换输出控制过程对零地电位的影响。如果零线切换与相线切换采用同样的方法,则零线在切换过程将出现短暂的腾空现象(如图1 所示) 。

由于目前数据设备在各种民用和公共建筑中大量应用,尤其是地铁监控中心，体育场馆计分系统和智能楼宇中数据设备一般采用UPS 不间断电源供电,当零线腾空时，分析如下图所示

数据设备对于零地电压Un-pe 有一个特殊要求，如HP（一种服务器名称）要求零地电压不超过相电压1%，即2.2V。由于地线电压基准值为0，正常情况下，系统由常用电源供电，UPS 输出零地电压接近于电网输入端零地电压，一般不超过3V，当在常用电源异常，启动备用电源，ATSE 执行切换操作过程中，ATSE 后端设备相线及零线与前面两路输入电源系统有一个断开过程，即ATSE 输出部分与输入部分完全断开，在这个短时间内，UPS 通过蓄电池放电给负载供电，保证服务器不断电运行，由于UPS 输出零线来源于电网零线，而电网零线已经断开，那么，UPS 输出零线处于野悬浮冶状态，零线电位产生漂移，UPS 输出端零地电压有可能高达几十伏甚至上百伏，这样的零地电压可能直接导致服务器重启或烧坏等，给设备造成重大运行隐患，

所以常规的ATSE结构无法满足中性极在转换过程中闭合转换的要求。

而采用三段式带零线重叠切换的四极型开关的ATSE （工作步骤和原理同上）解决了零线在切换过程将出现的腾空现象,消除了零地电位漂移安全隐患问题(如图2 所示) 。?

因此具有中性线重叠转换功能的ATSE很好的解决了普通型ATSE在两路电源间切换过程中所产生的零线腾空现象，能有效防止切换过程中瞬间异常电压的产生，在现代智能化程度较高的供电场所能够较明显的展示其优势。

三、市场状况

目前市场上具有中性线重叠转换功能的ATSE厂商主要集中在一些国际知名品牌产品如ASCO、GE、高田等，

从上表可以看出，市场上拥有中性线重叠转换功能的主要ATSE厂商基本参数和其普通标准的ATSE（不具有中性线重叠转换功能）相同，只是在原有产品的基础上增加一项中性线重叠转换功能。

四、有关三段位还是两段位选择问题

由于ASCO、GE等国际知名品牌的ATSE为两段位，而对于ATSE具体使用几段位本人认为要根据转换开关电器（TSE）选择、使用导则来做具体分析应用环境来选择，因为在市电、油机两路电源的系统中就要用三段位的产品。分析如下：根据IEC465. 1. 5 条的规定和转换开关电器（TSE）选择、使用导则,正常市电供电电源与备用发电机之间的转换开关应采用四极型开关。再根据市电、油机自动切换控制技术的要求,应用在市电和柴油机之间切换的ATSE应具有市电过压、欠压、缺相自动检测告警和切断负载保护功能,同时能延时启动传送指令给优先主用机组为自启动控制指令(延时启动机组运行时间,可根据用户使用需求设定)

为确保负载设备运行安全供电也决不允许机组直接带载启动运行。所以作为在市电、柴油机两路电源间转换的ATSE采用两段式（其控制输出“非A 即B 电源侧”的工作原理）。无论对市电异常(特别是缺相、过压、低压) 和机组启动运行的控制转换,以及如上所分析的自动切换时机组运行输出异常和市电异常的等情况,均不能达到安全供电标准和有效的控制保护功能。而对于用UPS的配电中心中却要求使用两段位的ATSE。并且在此次调查中发现要求有中性线重叠转换功能的ATSE主要集中在一路市电一路发电机的配电场所和连接UPS的数据中心项目中。

五、结论

根据上述分析与调查，我们可以得出在现代智能化程度较高的供电场所，在如地铁运行监控中心，体育场馆计分系统和智能楼宇中推广使用具有中性线重叠转换功能的ATSE应用前景将会十分广泛，在保障用电设备的安全也很有必要性