浅谈CB级和PC级双电源自动转换开关（ATSE）选择

□卢家涛 □鞠向楠(南水北调中线建管局河南直管建管局)

1.ATSE发展过程

ATSE在我国已经历了四个发展阶段：第一代为接触器式转换开关，是我国最早生产的双电源转换开关，它的基本构成是两台交流接触器及其机械和电气连锁装置，其缺点是机械连锁不可靠、耗电量大等，在工程中已经基本不再使用；第二代为断路器式转换开关，是我国国家标准和IEC标准中所谓的CB级ATSE，它的基本构成是由两台断路器及其相关附件组成，虽然具有过电流和短路保护功能，但同样存在机械连锁不可靠的缺点，是目前使用最广泛的ATSE；第三代为负荷开关式转换开关，它的基本构成是由两台负荷开关及其相关附件组合而成，机械连锁可靠，是早期的PC级ATSE；第四代为双投式转换开关，它是电磁力驱动、内置的机械连接保持状态、单刀双投一体化的转换开关，具有结构简单、体积小、自身连锁、转换速度快、安全可靠等优点，是完全重新设计的一体式PC级ATSE，也是未来ATSE的发展方向。文章针对一体式PC级和CB级双电源切换装置进行比较。

2.ATSE的重要性

双电源自动转换开关（ATSE）主要用在重要供电系统，是将负载电路从常用电源自动换接至备用电源的开关，以确保重要负荷连续、可靠运行。一旦转换失败将造成以下两种危害：一是电源间的短路；二是重要负荷断电(甚至短暂停电)。不仅仅会带来经济损失，使系统瘫痪、生产停顿，也可能造成社会问题，使生命及安全处于危险之中。因此，ATSE的可靠性和合理使用尤为重要。

3.CB级和PC级ATSE的对比

CB级ATSE能够接通并用于分断短路电流，PC级ATSE能够接通和承载，但不用于分断短路电流，短路电流的分断由断路器实现，是真正意义的双电源自动转换开关。除以上区别外，还包括以下几个方面的不同：

3.1 可靠性与安全性

CB级ATSE：开关本体由两个断路器、分/合闸线圈、储能电机、辅助接点及外置机械连锁等分立元器件组合而成，每个分立元器件均可成为故障点，增加了系统的故障率；连锁机构一旦失灵，直接导致两路电源短接或重要负荷断电，系统可靠性低；电机驱动储能操作限位开关调整不好时，易导致电机堵转烧毁，造成无法合闸的严重后果。

PC级ATSE：开关本体为一体化设计，零件数量少，可靠性高；触头结构具备连锁功能，将两路电源短接的可能降为零；机构由直流线圈驱动，瞬间激磁操作，即正常情况下线圈不通电，只有转换的时候瞬间通电，通电时间不超过100ms，这种机构设计为业界公认为最可靠的驱动系统；PC级ATSE的安全间隙与爬电距离大约是CB级ATSE的2倍。

3.2 触头材料

CB级ATSE：为了分断电弧，触头采用了在空气中极易氧化银钨材料，ATSE的功能决定了有一主触头长期暴露在空气中，触头的氧化直接导致接触电阻增大，转换过程中产生的热量必然缩短触头寿命。

PC级ATSE：触头材料为特殊银合金材料，降低了氧化程度；触头的拍合式设计使其具有自动去除氧化物功能，即使使用10年后，触头电阻也仅仅增加6%左右；主触头附带灭弧触头，灭弧触头转移了弧电流，保护了主触头，使得开关本体寿命可达25年。

3.3 切换速度

CB级ATSE：切换时间为2～3s，其切换时间受断路器限制。

PC级ATSE：切换时间<100ms，不受断路器影响。对非常重要的用户（如银行、金融中心、数据中心等等）而言，这点非常重要。

3.4 电气寿命

CB级ATSE：1In/1Ue条件下操作200次，机械寿命1400次。

PC级ATSE：2In/1.05Ue条件下操作循环1000次，机械寿命5000次。

3.5 操作机构

CB级ATSE：电动操作机构一般是通过微电机带动减速齿轮机构对断路器进行分合工作。众所周知，微电机堵转后，其寿命会大大降低。因而，CB级ATSE电动操作机构可靠性较低。

PC级ATSE：电动操作机构一般为短时工作电磁铁，由于电磁铁结构简单，工作可靠，所以PC级ATSE电动操作机构的可靠性较高。

3.6 转换类型

CB级ATSE：一般只提供开路和延时转换模式。

PC级ATSE：可根据不同客户不同负载环境，提供开路转换、闭合转换及延时转换产品。对于重要场合，还可提供旁路-隔离型产品，可实现负载不断电情况下，进行ATSE测试与故障处理。

4.ATSE的选用

目前自动转换开关（ATSE）的应用领域非常广泛，且往往用在重要场所，所以它的可靠性就显得至关重要。从以上两种ATSE的对比可知，合理选择ATSE对保证重要负荷的连续供电非常关键。下面就从几个方面谈一下如何合理选用ATSE：

4.1 负荷的重要性

对于消防负荷、一级负荷或特别重要的负荷，是不允许采用具有过载保护功能的CB级ATSE，而应选用PC级ATSE为自动转换开关。对于普通的二级负荷，可以选用CB级ATSE，在条件允许的情况下，建议优先选用PC级ATSE。

4.2 转换时间

CB级ATSE的总动作时间一般在2000～3000ms，PC级（二位式）ATSE一般在50～250ms，三位式一般在350～600ms。所以对于转换时间要求比较高的场所，如医疗、商业、数据及金融交易中心等，应采用PC级自动转换开关。其他对转换时间要求不太高的负荷可选用CB级ATSE。

4.3 供电方式

当负荷容量大又比较集中时，需要在低压配电室的母线上直接放射做双电源转换，或因电源进线后需要直接做双电源转换的场合，如消防水泵房等，这类转换方案宜选用PC级的ATSE，而不宜选用CB级的ATSE，以避免因其本体故障而影响电源的转换，造成重大损失，若需要加装保护电器时可另外选择。

4.4 市电+柴油发电组型

当两路转换电源分别为市电和柴油发电机组时，应考虑到发电机组的特殊性，发电机组首先确认市电断电后才能自启动，待发电机组电源各项指标达到稳定后才能输出，并具有互联装置。转换一般都在低压配电室的母线上集中装设，以便于使用和维护，由于发电机组输出柜已装保护电器，所以这类转换方案宜选用PC级的ATSE。南水北调中线干线工程重要负荷点采用了此种供电方式，设计中应选用PC级ATSE来保证供电的可靠性。

5.结语

综上所述,笔者认为,需要两路电源保障的负荷都是比较重要的负荷,对供电可靠性的要求比较高,因此应慎用CB级ATSE。一体式PC级ATSE前加载保断路器可以在各种供电方案中可靠地发挥功能,是理想的电源转换方案,更适合未来对供电保障越来越高的要求。