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具有中性线重叠转换功能的自动转换开关电器 时间：2011-10-14 18:45 编辑：胡明忠 　　0 引言 　　自动转换开关电器(AutomaticTransferSwitchingEquipment，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、欠压等故障时能否自动切换至正常的备用电源，保证用电的连续性，因此在现代配电系统应用越来越广泛。根据配电系统的不同，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2个公用电网、2个发电机组等零线不切断的或共零线的交流三相供电系统，即2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;对于2个输入电源来自于2套不同的接地系统，2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2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2路电源的切换过程中就不可避免地会出现短时间的中性线断开的现象，而很多配电系统在转换过程中都不允许出现中性点断开的情况。 　　1 零线腾空 　　现有市场上，三端位和两端位的ATSE在自动转换过程中，都是在完全切断一路电源的前提下再闭合另外一路电源，这样处理的好处是避免2路电源短路的情况出现。但是，对四极ATSE而言，则会引发一个新的问题，即2路电源系统确实做到了完全隔离，而转换过程中负载端中性线却完全断开，称为零线腾空现象，如图1所示。 　??????????????????????? 　????????? (a)常电工作?????????????????????????????????????????????????????????????????? (b)转换中(零线腾空) 　　(c)备电工作 　　图1零线腾空现象示意图 　　数据设备在各种民用和公共建筑中得到大量应用，特别是在地铁监控中心、体育场馆计分系统和智能楼宇等方面。数据设备一般采用前端配置ATSE双电源，并辅助以UPS不间断电源的方式供电，其原理如图2所示。正常情况下，数据设备由常用电源供电，UPS输出零地电压UN-PE接近于电网输入端零地电压，一般不超过3V。当常用电源异常时，ATSE执行转换启动备用电源过程中ATSE后端数据设备相线及零线与前端2路输入电源断开，此时UPS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输出零线电位处于悬浮状态，其输出端零地电压有可能高达几十V甚至上百V，可能直接导致服务器重启甚至烧坏，给设备安全运行造成重大隐患。 　　图2数据设备供电方式 　　重燃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，实际应用中应充分考虑对三段位四极型开关切换输出控制过程对零地电位的影响，而常规的ATSE结构又无法满足中性极在转换过程中闭合转换的要求，因此，必须采用一种新的结构克服零线腾空现象。 　　2 中性线重叠转换 　　解决零线腾空的关键点就是要保证ATSE的N极在自动转换过程中始终是接通的，即ATSE输出零线始终与输入电网的零线相连，从而消除了零地电位漂移安全隐患问题，具体的实现原理如图3所示。动作过程如下:分断一路电源A、B和C相时，该路电源N极不分断，同时将另一路电源的N极闭合;然后，闭合另一路电源A、B和C相，同时断开原电源N极，实现一次2路电源的转换。转换过程中，2路电源中性线N在闭合时间上出现了一定时间的重叠，负载端N线没有出现分断的情况。由于现有接地系统接地电阻1Ω，2路电源N线的电压差很小，一般只有几V，因此，2路电源N线的等电位不会影响负载电路运行的稳定性和安全性。 　　(a)常用电源工作 　　(b)转换中(中性线重叠) 　　(c)备用电源工作 　　图3中性线重叠转换原理 　　根据上述基本工作原理，在TBBQ6系列产品的基础上对N级转换部分进行了新的结构设计，如图4、图5所示。常用电源方轴上依次安装有:轴套、N级齿摆(Ⅱ)、N级齿摆(Ⅰ);备用电源方轴上依次安装有:N级齿摆(Ⅰ)、N级齿摆(Ⅱ)、轴套。其中，轴套的方孔与方轴配合，套在方轴上，不能相互转动;N级齿摆(Ⅱ)与动触头连接，套在轴套上，与轴套相互转动配合;N级齿摆(Ⅰ)的方孔与方轴配合，套在方轴上，不能相互转动;中轴固定于塑壳上，上装有2个齿轮，齿轮与轴间转动配合，一侧方轴上的N级齿摆(Ⅰ)和其中一个齿轮咬合，该齿轮又和另一侧方轴上的N级齿摆(Ⅱ)咬合，这样，就构成了2套由一边方轴N级齿摆(Ⅰ)向另一边方轴上的N级齿摆(Ⅱ)传递转动的系统。其中，N级齿摆(Ⅰ)上设计有一凸起，N级齿摆(Ⅱ)上设计有一扇形孔，装配后，N级齿摆(Ⅰ)上的凸起在N级齿摆(Ⅱ)上的