消防供配电系统中自动转换开关设备的选用

桂 斌

(昆明消防指挥学校，云南昆明 650208)

0 引言

在建筑物、构筑物中消防供配电系统承担着火灾发生时消防负荷连续、可靠用电的使命和任务。为了使消防供配电系统更经济、合理，消防负荷参照电力负荷等级划分的方法以及各种建筑物、构筑物的使用性质、重要性、火灾危险性和火灾扑救难度的不同将消防负荷进行了分级。GB 50045—2005《高层民用建筑设计防火规范》将消防负荷分为一级、二级;GB 50016—2014《建筑设计防火规范》将消防负荷分为一级、二级和三级;GB 50160—2012《石油化工企业设计防火规范》将消防负荷分为一级、二级。这些规范针对不同级别的消防负荷提出了连续、可靠供电的要求，同时对不同级别的消防负荷在火灾发生时消防负荷电源或回路的自动转换进行了不同的规定和要求。

1 ATSE分类

自动转换开关设备(Automatic Transfer Switching Equipment，ATSE)是由一个(或几个)转换开关电器和其他必要的电器组成，用于监测电源电路，并将一个或多个负载电路从一个电源(回路)转至另一个电源(回路)的电器。

GB 14048—2012《低压开关设备和控制设备》将ATSE分成PC级、CB级和CC级。根据采用结构形式的不同，PC级分为负荷开关双投型和接触器双投型，CB级分为断路器投切型和控制保护器投切型。ATSE分类如图1所示。

图1 ATSE分类

(1)PC级ATSE，能够接通、承载，但不用于分断短路电流，以负荷隔离开关为主体开关，能快速接通分断电路或进行电路的转换。

(2)CB级ATSE，配备过电流脱扣器，其主触头能够接通并用于分断短路电流，以断路器作为主体开关。

(3)CC级ATSE，能够接通、承载，但不用于分断短路电流(受短路电流冲击后，主触头允许熔焊)，主体部分由接触器构成。CC级ATSE触头允许熔焊，在长期通电、频繁动作时易发生熔焊，因此 CC级 ATSE一般不用于消防供配电系统。

2 ATSE可靠性分析

2.1 PC级ATSE

PC级ATSE开关本体是负荷开关，当ATSE下端存在短路故障时，消防供配电系统可能会投切到短路故障线路上。

由于ATSE下端存在短路故障的可能，而PC级又不具备切断短路电流的能力，其前端常需要设置短路保护电器。PC级ATSE电路如图2所示。

图2 PC级ATSE电路

图2中，当ATSE下端(P3点以下)发生故障，如母线短路或出线短路而其开关或保护拒动，上端装设的QF1过电流保护动作而跳闸，控制器KZ检测到P1点失电，发出ATSE转换指令，S2合闸，接通短路电流。所以，在选择PC级时需要注意以上情况的出现。

2.2 CB级ATSE

CB级ATSE电路如图3所示。

图3中，当ATSE下端(P3点以下)发生短路故障，QF1因其过电流保护动作而跳闸，控制器KZ未检测到P1点失电，不会发出转换指令，造成负载失电。CB级ATSE因保护脱扣造成ATSE不转换，在正常电源并未发生改变的情况下，使消防供配电系统不能保证消防负荷的连续供电，从而达不到高压线路中工作回路上的电压消失时自动装置均应延时动作而保证自动投入装置只动作一次的要求。此外，CB级ATSE开关主体为断路器，断路器的操作机构存在滑扣、再扣的问题，降低了消防供配电系统供电的可靠性。

图3 CB级ATSE电路

因此，从各级ATSE可靠性分析中可以得到以下结论:

(1)在消防供配电系统中选用PC级ATSE时，考虑了人的安全因素，能够承受冲击电流。

(2)CB级ATSE可能因脱扣因素造成ATSE不转换，使消防供配电系统不能连续供电，因此不能直接用于消防供配电系统。

(3)CC级ATSE一般不用于消防供配电系统。

3 ATSE工作位

根据ATSE是否提供置零的情况，将ATSE工作位分为二工作位和三工作位。

3.1 二工作位

二工作位ATSE只有正常和备用两种工作位置，除转换过程中必有一路电源处于接通状态，不会因任何原因导致中位停滞，要求其操作机构不应使负载电路与常、备用电源长期断开。

3.2 三工作位

ATSE主触头有三个工作位，即常用电源位、备用电源位及断开位置。三工作位的ATSE可作为延时转换型ATSE。根据负荷性质调节延时时间，达到安全转换的目的，可以减少大功率感性负荷在转换时产生的冲击电流;对大容量的高感性负载(如变压器、大容量的电动机等负载)原则上不进行直接转换，应采用具有隔离性质的三工作位ATSE。

根据ATSE的工作位特点，二工作位ATSE可以用于二线式配电的消防负荷供电，三工作位ATSE可以用于三线式配电的消防负荷供电。

4 ATSE转换时间

ATSE每一次转换都会对应一个断电过程，对消防供配电系统的可靠供电产生一定的影响，因此在消防供配电系统中选用ATSE时，要结合不同的负载和电源考虑。

4.1 ATSE动作时间

ATSE总动作时间为人为设定的延时时间+上下级级差时间+ATSE转换动作时间。人为设定的延时时间是由电力设计人员根据系统需要完成规定操作所需时间设定的;上下级级差时间是由于ATSE在完成自动转换过程中，可能存在需要上下级间配合完成的情况，对于ATSE的级间配合转换，上下级间需要有一个时间差，一般前级转换快于后级的约为0.5 s;ATSE转换动作时间是由驱动机构确定的，在目前生产工艺条件下，PC级、CB级 ATSE转换动作时间如表1所示。

表1 PC级、CB级ATSE转换动作时间

4.2 消防负荷允许中断供电时间

消防负荷允许中断供电时间如表2所示。

表2 消防负荷允许中断供电时间

从动作时间来看，可以通过ATSE转换动作时间计算出ATSE总动作时间。当总动作时间满足消防负荷允许中断供电时间要求时，可以把此级的ATSE运用到消防供配电系统中，用于对消防负荷的供电。

4.3 ATSE使用类别

为保证ATSE在火灾发生时能进行可靠的转换，还需要考虑ATSE的试验电流、电压、功率因数或时间常数、操作循环次数、通电时间、断电时间等参数，从而确定 ATSE使用类别，如表3所示。

文献［9］根据不同用途和操作频率的ATSE选择进行了明确规定，因此在消防供配电系统中选用ATSE时只需对照选择即可。

表3 ATSE使用类别

5 结语

ATSE在消防供配电系统中起着非常重要的作用，在选用时从可靠性、消防负荷的配电方式以及消防负荷允许中断供电时间和ATSE类别上进行考虑，这样才能保证消防供配电系统的正常供电以及消防负荷的正常用电。

［1］ GB 50045—2005 高层民用建筑设计防火规范［S］.

［2］ GB 50016—2014 建筑设计防火规范［S］.

［3］ GB 50160—2012 石油化工企业设计防火规范［S］.

［4］ GB/T 50083—2014 汽车库、修车库、停车场设计防火规范［S］.

［5］ GB 50098—1999 人民防空工程设计防火规范［S］.

［6］ GB 50116—2013 火灾自动报警系统设计规范［S］.

［7］ GB 14048—2012 低压开关设备和控制设备［S］.

［8］ GB 17945—2010 消防应急灯具［S］.

［9］ 戴瑜兴，黄铁兵，梁志超.民用建筑电气设计手册［M］.2版，北京:中国建筑工业出版社，2007.