摘要：自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（ATSE）在我國已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，中國建筑學(xué)會建筑電氣分會在北京舉辦技術(shù)交流會，專門探討ATSE的設(shè)計和選用，會議的主題就是“簡單、可靠、安全是ATSE設(shè)計、選用的關(guān)鍵”，這一觀念得到與會專家的一致認(rèn)同?？煽啃允茿TSE設(shè)計、選擇最主要的依據(jù)，成為會議最重要的結(jié)論之一。但是，什么樣的ATSE才是高可靠性的ATSE，是一個懸而未決的問題，許多設(shè)計師還不了解如何判斷ATSE的可靠性，如何比較不同結(jié)構(gòu)ATSE的可靠性。本文給出一些建議供參考。 關(guān)鍵詞：ATSE 標(biāo)準(zhǔn) 可靠性 1. 概述： ATSE作為保證重要負(fù)載連續(xù)供電的開關(guān)電器，GB 、IEC、UL都制定了相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)（IEC 60947-6-1于2005年8月已經(jīng)發(fā)布第二版）。因為ATSE只在電源出現(xiàn)故障才轉(zhuǎn)換，是不經(jīng)常工作的開關(guān)，所以，不被一些用戶重視，甚至認(rèn)為只要具備轉(zhuǎn)換功能就可以使用。另一方面，ATSE產(chǎn)品還處于發(fā)展的初期階段，各種解決方案都在應(yīng)用，也影響客戶的選擇。實際上，作為一個決定能否保證負(fù)載電源連續(xù)供應(yīng)的開關(guān)，可靠性的要求應(yīng)該高于其它低壓開關(guān)（沒有電源，一切用電設(shè)備都沒有意義）。仔細(xì)研究ATSE標(biāo)準(zhǔn)，也可以發(fā)現(xiàn)ATSE的可靠性要求是很高的。所以，選擇ATSE，出發(fā)點不是能否使用，而應(yīng)該是：（1）符合標(biāo)準(zhǔn)；（2）更加安全可靠。本文分析各種解決方案的可靠性，供業(yè)內(nèi)人士參考。 2. 關(guān)于符合標(biāo)準(zhǔn)： （1）一種開關(guān)只有首先符合ATSE標(biāo)準(zhǔn)，才能稱為ATSE，由于ATSE還沒有進行CCC認(rèn)證，所以，目前能夠證明開關(guān)符合ATSE標(biāo)準(zhǔn)的唯一依據(jù)是獲得CQC認(rèn)證（按照GB/14048.11產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)）。沒有通過按照ATSE標(biāo)準(zhǔn)要求進行試驗并證明達(dá)到（超過）標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品，不能夠稱為是ATSE，也無所謂ATSE的可靠性問題，本文討論的是具有CQC認(rèn)證的ATSE。 （2）按照標(biāo)準(zhǔn)，PC級和CB級ATSE的型式試驗要求是不同的，所發(fā)的CQC證書也是不同的，不能混淆，不能替代。 （3）按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（標(biāo)準(zhǔn)A.3條），如果接觸器和斷路器經(jīng)過試驗，符合有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，且試驗條件的嚴(yán)酷程度不低于ATSE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時，可不加特殊改進用作ATSE的主觸頭開關(guān)電器。所以，如果要利用接觸器、斷路器作為ATSE的主觸頭開關(guān)電器，必須證明符合該項規(guī)定要求。 （4）從概念講，只要開關(guān)的主觸頭能夠分?jǐn)喽搪冯娏?，就是CB級ATSE，但目前市場上供應(yīng)的CB級ATSE，都是采用斷路器作ATSE主觸頭開關(guān)，所以本文討論的CB級ATSE是基于斷路器作為主觸頭開關(guān)的ATSE。 （5）從概念講，接觸器組成的ATSE是PC級ATSE，但由于用接觸器組成的ATSE都是成套廠自行組裝，目前沒有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，公布通過CQC認(rèn)證的產(chǎn)品，也沒有基于接觸器結(jié)構(gòu)的ATSE。所以，基于接觸器的解決方案，無法證明是否符合ATSE標(biāo)準(zhǔn)。 特別提示： 所有開關(guān)都具有接通、分?jǐn)唷⒊休d的基本功能（斷路器還具有過載和短路脫扣獨有功能），之所以分為接觸器、斷路器、隔離開關(guān)、ATSE幾種類別并用不同的標(biāo)準(zhǔn)給予詳細(xì)規(guī)定，就是因為各種開關(guān)的接通和分?jǐn)鄺l件不同，在線路中所起的作用不同。ATSE不僅象其它開關(guān)一樣，具有接通、分?jǐn)嗪统休d能力，還具有電源檢測、自動轉(zhuǎn)換功能，所以，不能夠象其它開關(guān)一樣，只看ATSE的額定電流和級數(shù)（大多數(shù)圖紙只標(biāo)注這兩項指標(biāo)），還要看其控制器的功能并了解其可靠性。 3. ATSE的轉(zhuǎn)換能力： ATSE的轉(zhuǎn)換能力由電源故障檢測能力、轉(zhuǎn)換能力、分?jǐn)嗪徒油芰θ糠謽?gòu)成。 電源故障檢測能力：取決于控制器能否具有電源故障的檢測功能，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最低的要求是檢測一相或者多相斷相，至于其它電源故障（例如頻率變化、電壓波動、波型失真等）是否需要檢測，要根據(jù)負(fù)載對電源質(zhì)量的需求而定。這是ATSE獨有的功能，用戶需要仔細(xì)了解廠商提供的產(chǎn)品說明。 轉(zhuǎn)換能力：取決于ATSE轉(zhuǎn)換機構(gòu)的可靠性，從驅(qū)動機構(gòu)到觸頭分?jǐn)嘟油ǖ恼麄€機構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)是通過操作循環(huán)次數(shù)來反映。以100A電流等級為例，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機械、電氣壽命為6000次。盡管ATSE不是經(jīng)常動作的開關(guān)（可能是動作頻率最低的開關(guān)），但其壽命要求遠(yuǎn)高于負(fù)荷開關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（2000次）和MCB（4000次），從側(cè)面反映對ATSE的可靠性要求高于負(fù)荷開關(guān)。 接通與分?jǐn)嗄芰Γ焊鞣N開關(guān)都有接通與分?jǐn)嗄芰Γ鞣N開關(guān)之間的差別，在于在什么條件下、什么時候分?jǐn)啵ń油ǎ?。?biāo)準(zhǔn)是用使用類別來反映接通和分?jǐn)嗄芰Φ?。ATSE是在電源出現(xiàn)故障（CB級還包括短路）時分?jǐn)喙收想娫床⒆詣咏油▊溆秒娫?，由于電源故障發(fā)生的時間和故障類型的不確定性，所以無法預(yù)知ATSE轉(zhuǎn)換時的電流特性。理論上講，ATSE可能在任何狀態(tài)下分?jǐn)嚯娏?，這一點不同于其它開關(guān)電器，我們可以預(yù)知分?jǐn)嗪徒油〞r的電流狀況。所以要從最“嚴(yán)酷”的狀態(tài)考慮ATSE的接通和分?jǐn)鄺l件（例如電機剛剛啟動時分?jǐn)嗷蛘呓油ǎEC60947－6-1標(biāo)準(zhǔn)將AC－33的接通和分?jǐn)嚯娏鲝脑瓉淼?Ie提高到10Ie，也反映這個觀點。 4. ATSE的分類： 無論什么型式的ATSE，從結(jié)構(gòu)看，都是由三部分構(gòu)成：開關(guān)本體（或者稱為主觸頭系統(tǒng)）；傳動機構(gòu)（包括驅(qū)動機構(gòu)和傳動機構(gòu)）；控制器。因為不同解決方案最大的區(qū)別在于開關(guān)本體，所以可以按照不同開關(guān)本體將ATSE分為以下四類： 以接觸器為開關(guān)本體的ATSE：由兩個接觸器，一個機械連鎖機構(gòu)，一個控制電路組成 以斷路器為開關(guān)本體的CB級ATSE：由兩個斷路器，一個或者兩個減速電機為驅(qū)動力的操作機構(gòu)，一個機械自鎖，一個控制電路（控制器）組成 以隔離（負(fù)荷）開關(guān)為本體的PC級ATSE：由兩個隔離（負(fù)荷）開關(guān)，一個減速電機為驅(qū)動力的操作機構(gòu)，一個控制電路（控制器）組成 開關(guān)本體重新設(shè)計的PC級ATSE：由一個（或者兩個）動觸頭，兩個靜觸頭和相應(yīng)的滅弧機構(gòu)組成主觸頭開關(guān)，以勵磁為驅(qū)動力的操作機構(gòu)，一個控制器組成 5. ATSE可靠性分析 關(guān)于ATSE的可靠性，有許多需要澄清的觀念： 錯誤觀念：我們使用某種開關(guān)作為ATSE的本體，使用時間已經(jīng)五年多，沒有發(fā)生任何問題，所以說這種結(jié)構(gòu)的開關(guān)作為ATSE的本體是可靠的。 正確認(rèn)識：ATSE的可靠性，不能夠從使用多久來衡量，而要看在各種電源故障下能否可靠轉(zhuǎn)換。如果從未發(fā)生電源故障，就是使用十年，也不能夠證明是可靠的ATSE。 錯誤觀念：ATSE的動作次數(shù)極少，標(biāo)準(zhǔn)6000次的壽命要求無實際意義。 正確認(rèn)識：這是一個非常普遍的錯誤觀念，不能以實際可能工作次數(shù)很少為理由，降低對ATSE可靠性的要求。標(biāo)準(zhǔn)對操作次數(shù)的規(guī)定，就是對可靠性的要求，盡管ATSE是極少工作的開關(guān)，但I(xiàn)EC規(guī)定了6000次（300A以下）的操作循環(huán)次數(shù)?？煽抗ぷ鞯拇螖?shù)越多，可靠性越高。 錯誤觀念：ATSE使用類別AC－33要求接通和分?jǐn)嚯娏鳛?Ie，要求太高，可以低一些. 正確認(rèn)識：這個觀點是假定ATSE在最正常的狀態(tài)分?jǐn)嚯娏?，實際上，ATSE轉(zhuǎn)換時的電流狀態(tài)無法預(yù)測（不同于斷路器、接觸器和負(fù)荷開關(guān)可以預(yù)測分?jǐn)嗯c接通電流）。從安全的角度，必需按照最“嚴(yán)酷”的條件考慮（比如正好在電機啟動或者堵轉(zhuǎn)時發(fā)生電源故障等）。IEC 60947-6-1標(biāo)準(zhǔn)，將該項指標(biāo)由1998版的6Ie增加到2005版的10Ie，也反映這個觀點 不完全正確觀點：只要質(zhì)量好，可靠性就高?？煽啃院唾|(zhì)量是不同的概念，質(zhì)量好可靠性就高只能是針對同樣的結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)就不能比較（質(zhì)量很高的飛機，可靠性也低于一般質(zhì)量的自行車）?？煽啃员仨毷侵瓿赏环N功能，按照同一種標(biāo)準(zhǔn)來比較才有意義。 ATSE的可靠性，由本體可靠性，傳動機構(gòu)可靠性和控制器可靠性構(gòu)成，可以簡單理解為： ATSE可靠性＝本體可靠性×傳動機構(gòu)可靠性×控制器可靠性 ATSE可靠性判別依據(jù)： （1）可靠性只能在同一個標(biāo)準(zhǔn)（試驗條件）下進行對比才有意義； （2）電氣可靠性主要由開關(guān)本體決定，電氣可靠性遵循：導(dǎo)電性能好的觸頭材料，可靠性高于導(dǎo)電性能較差的觸頭材料（銀合金可靠性高于銅合金）；觸頭壓力越大大，可靠性越高；觸頭分離速度快可靠性高于觸頭分類速度慢；有專門滅弧機構(gòu)的可靠性高于沒有專門的滅弧機構(gòu)。 （3）機構(gòu)可靠性遵循：結(jié)構(gòu)越簡單，可靠性越高的原則。以此原則，PC級ATSE的可靠性高于CB級ATSE。許多行業(yè)人員不理解這一點，實際上，換一種說法，就是，同一家公司的斷路器，其可靠性一定低于其隔離開關(guān)，就是這個道理。 （4）能夠經(jīng)受嚴(yán)酷條件試驗的產(chǎn)品，可靠性高于僅通過較好條件試驗的產(chǎn)品。所以，工業(yè)級開關(guān)可以要在民用環(huán)境，而家電類開關(guān)，不可以用在工業(yè)環(huán)境（可靠性沒有保障）。MCCB的可靠性高于MCB。MCB不能夠用于ATSE。 （5）能夠通過嚴(yán)酷電氣試驗條件的開關(guān)，可靠性高于僅能夠通過較低電氣試驗條件的開關(guān)。所以，通過AC－33使用類別的開關(guān)，可靠性高于僅通過AC－31使用類別的開關(guān)。通過AC－33A的開關(guān)，可靠性高于僅通過AC－33B的開關(guān)。 （6）其它條件一致，機械和電氣壽命長的開關(guān)，可靠性高于壽命短的開關(guān)。例如，按照斷路器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，125A電氣壽命為1000次，機械壽命為7000次即達(dá)到要求，但ABB的S1系列斷路器，電氣壽命達(dá)到8000次，機械壽命達(dá)到25000次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求，表明其可靠性更高。 ATSE的可靠性分析，應(yīng)該按照保證ATSE功能的實現(xiàn)為前提，結(jié)合上述可靠性判別依據(jù)，進行分析。 ATSE的核心功能是保證負(fù)載電源的連續(xù)供應(yīng)，這個核心功能要求開關(guān)具備： 只要電源沒有故障，就保證電源供應(yīng)，不允許自動切斷電源。 如果電源出現(xiàn)故障，在最嚴(yán)酷的條件下，保證轉(zhuǎn)換到備用電源。 我們可以通過如何保證這兩個功能，來分析各種解決方案的可靠性。 5.1 只要電源沒有故障，就保證電源供應(yīng)，不允許自動切斷電源 這項功能要求ATSE具備（1）不能夠不經(jīng)控制器的指揮而自動切斷電源；（2）不能夠因為過電流而輕易損壞（也就是需要很高的耐受電流沖擊能力，標(biāo)準(zhǔn)用Icw和額定限制短路電流表示） 采用接觸器：存在電壓的波動、線圈老化、燒毀等故障，不經(jīng)控制器而自行分?jǐn)嚯娐返目赡苄?；耐受過載電流沖擊能力差（標(biāo)準(zhǔn)允許觸頭過載燒毀），作為ATSE的本體，可靠性很差。 采用斷路器：過載脫扣切斷電源供應(yīng)顯然不是ATSE所需要的，所以首先必需明確，必需采用沒有過載保護功能的斷路器作為ATSE本體。短路保護，盡管不屬于電源故障，但卻是規(guī)范規(guī)定必需切斷電源的范疇。 采用隔離（負(fù)荷）開關(guān)：只要控制器不發(fā)出指令，任何時候不會自行分?jǐn)嚯娐?，如果采用插入式觸頭接觸方式，還可以獲得很高的Icw，是各種結(jié)構(gòu)中這項指標(biāo)最有保證的。 完全重新設(shè)計本體：只要控制器不發(fā)出指令，任何時候不會自行分?jǐn)嚯娐罚驗椴捎门暮鲜?，接觸方式，要獲得很高的Icw，必需增加觸頭的彈簧壓力，結(jié)構(gòu)上有一定的難度。 5.2 如果電源發(fā)生故障，在最嚴(yán)酷的條件下，保證轉(zhuǎn)換到備用電源 這項指標(biāo)，考核的是（1）ATSE的接通與分?jǐn)嗄芰?；?）驅(qū)動操作機構(gòu)的可靠性。 采用接觸器：接通與分?jǐn)嗄芰Γ軌蜻_(dá)到10Ie的水平，機械和電氣壽命也遠(yuǎn)高于ATSE的要求，驅(qū)動和操作機構(gòu)是各種方案中最簡單、可靠性最高的方案。 采用斷路器：斷路器的接通和分?jǐn)嗄芰?，因為機構(gòu)的原因（觸頭分類速度最快，滅弧效果好），是各種開關(guān)中最高的。從驅(qū)動操作機構(gòu)看，斷路器方案是各種方案中最復(fù)雜的方案（一個MCB構(gòu)成的單電操CB級ATSE，有超過88個復(fù)雜的運動部件，一個部件出現(xiàn)故障，就會導(dǎo)致整個ATSE不能正常工作），所以其結(jié)構(gòu)可靠性最低。另一方面，斷路器必需首先保證可靠的分?jǐn)啵ǚ駝t就不是CB級ATSE了），按照ATSE標(biāo)準(zhǔn)（第A.3條），只有符合GB14048.2，同時試驗條件的嚴(yán)酷程度不低于ATSE標(biāo)準(zhǔn)要求的斷路器才能夠用作ATSE的本體，所以，必需采用MCCB作為ATSE的本體開關(guān)，不能夠采用不符合GB14048系列的MCB。MCCB的機械和電氣壽命，能夠滿足ATSE的標(biāo)準(zhǔn)要求。 采用隔離（負(fù)荷）開關(guān)：接通和分?jǐn)嗄芰θQ于選用的本體開關(guān)和傳動機構(gòu)。從隔離（負(fù)荷）開關(guān)的使用功能來講，其核心功能是：“徹底分?jǐn)嚯娏鳎ＷC用電設(shè)備安全維護”，不是接通和斷開負(fù)載電路。盡管從標(biāo)準(zhǔn)看，負(fù)荷開關(guān)也能夠做到10Ie接通和分?jǐn)嗄芰Γㄊ褂妙悇e為AC－23），但這種開關(guān)是帶儲能機構(gòu)，開關(guān)的觸頭、滅弧也有特別的設(shè)計。目前，采用負(fù)荷開關(guān)作為ATSE本體的世界領(lǐng)先企業(yè)，2006-2007年產(chǎn)品樣本顯示，其能夠通過ATSE標(biāo)準(zhǔn)（GB14048.11）的使用類別是AC－31B，能夠提供的最大電流等級是1600A。也許是因為成本或者結(jié)構(gòu)原因，導(dǎo)致直接采用負(fù)荷開關(guān)作為ATSE的本體，難以達(dá)到AC－33的使用類別要求。因為實際ATSE使用的負(fù)載，大多數(shù)是電動機負(fù)載，需要AC－33使用類別的ATSE。所以，如何突破使用類別的限制，是采用隔離（負(fù)荷）開關(guān)為本體的解決方案最為迫切的任務(wù)。另外，直接采用隔離開關(guān)為ATSE本體的另外一個需要解決的問題是開關(guān)本體的可靠性。以100A為例，達(dá)到隔離開關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB14048.3）的隔離開關(guān)，機械電氣壽命是2000次，僅有ATSE的1/3（6000次），機械電氣壽命是可靠性的重要指標(biāo)。插入式的觸頭連接方式，是隔離開關(guān)普遍采用的方式，盡管可以獲得較高（超過ATSE標(biāo)準(zhǔn)要求）的Icw，但這種結(jié)構(gòu)非常不利于分?jǐn)嚯娏?，也不利于機械電氣壽命（磨損嚴(yán)重），所以通常只能用于AC－31使用類別，并作為隔離開關(guān)（機械電氣壽命要求低）的解決方案。 完全重新設(shè)計的ATSE：因為本體是重新設(shè)計，觸頭的材料、壓力、分離速度、滅弧等決定開關(guān)接通和分?jǐn)嗄芰Φ闹匾蛩囟甲孕锌紤]。從獲得CQC的產(chǎn)品看，這類產(chǎn)品的使用類別均達(dá)到AC－33B的要求。從驅(qū)動操作機構(gòu)看，重新設(shè)計的ATSE，采用勵磁驅(qū)動，勵磁驅(qū)動是最簡單可靠的驅(qū)動機構(gòu)，可靠性高于采用減速電機。按照泰永科技的研發(fā)經(jīng)驗，泰永TBBQ3這樣的結(jié)構(gòu)，可以從25A做到5000A。也證明了驅(qū)動操作機構(gòu)的高可靠性。 綜上所述，每一種解決方案，從可靠性的方面講，都有其優(yōu)勢的地方，每一種方案，精心設(shè)計、制造都可以達(dá)到一定的可靠性，全面平衡各項指標(biāo)，可以得出下列結(jié)論： 1. 從保證接通狀態(tài)的可靠性來講（即只要電源沒有故障，就確保電源的連續(xù)供應(yīng)）。采用插入式觸頭連接方式的隔離開關(guān)可靠性最高。其次是重新設(shè)計的ATSE（觸頭壓力大于斷路器和接觸器）。和斷路器，接觸器最差。 2. 從轉(zhuǎn)換可靠性來講，最好的是接觸器，其次是重新設(shè)計的ATSE，斷路器最差（結(jié)構(gòu)最復(fù)雜）。 3. 從接通和分?jǐn)嗄芰χv，斷路器最好，重新設(shè)計的ATSE其次，負(fù)荷開關(guān)方案最差（很難達(dá)到AC－33使用類別要求） [B]結(jié)論： 1. 接觸器作為ATSE的本體開關(guān)，是最早的解決方案，具有價格低的優(yōu)勢。但因為需要持續(xù)通電保持，同時耐受沖擊電流能力較弱，作為ATSE的主觸頭開關(guān)電器，可靠性很低。另外，沒有專門廠商制造，沒有第三方認(rèn)證，作為可靠性要求極高的ATSE，接觸器已經(jīng)逐漸退出市場。 2. 采用斷路器作為ATSE的本體，是目前CB級ATSE唯一的解決方案。斷路器的規(guī)格多種多樣，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最低必須采用MCCB，作為電動機保護時，還必須選擇電動機保護性的MCCB否則，CB級ATSE的可靠性將得不到保證。因為結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，所以，CB級ATSE轉(zhuǎn)換機構(gòu)的可靠性低于PC級ATSE（用在ATSE中的斷路器，除了必須具備斷路器的短路保護功能，還必須在機構(gòu)操作下可靠性分?jǐn)嗪徒油ǎy度大于一個普通的斷路器）. 3. PC級ATSE，機構(gòu)可靠性較高，電氣可靠性取決于觸頭材料、壓力、分離速度和滅弧方式。從目前市場供應(yīng)的產(chǎn)品看，采用負(fù)荷開關(guān)作為ATSE本體世界領(lǐng)先企業(yè)的使用類別為AC－31B。這是負(fù)荷開關(guān)作為ATSE本體需要解決的問題。重新設(shè)計的ATSE，可靠性取決于設(shè)計制造水平。需要從產(chǎn)品的零部件設(shè)計、制造和認(rèn)證、試驗等方面進行評估。 4. 泰永科技PC級ATSE，3200A以下均通過CQC認(rèn)證，使用類別全部是AC－33B。100A以下產(chǎn)品還通過了AC－33A的試驗，是目前國內(nèi)經(jīng)試驗驗證可靠性最高的產(chǎn)品之一。[/B]