一、什么是ATSE

ATSE是Automatic Transfer Switching Equipment(自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器)的縮寫，習(xí)慣上稱為ATS，由一個(gè)（或幾個(gè)）轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器和其他必需的電器組成，用于監(jiān)測(cè)電源電路（失電壓、過(guò)電壓、欠電壓、斷相、頻率偏差等），并將一個(gè)或幾個(gè)負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換至另外一個(gè)電源的電器。

ATS作為一個(gè)獨(dú)立的低壓開(kāi)關(guān)種類，被廣泛用于兩路電源間的自動(dòng)切換，以確保重要負(fù)載電源的連續(xù)供應(yīng)。主要適用于低壓供電系統(tǒng)，即額定電壓交流不超過(guò)1000V，直流電壓不超過(guò)1500V。數(shù)據(jù)中心中ATS主要應(yīng)用于緊急供電系統(tǒng)，一般單獨(dú)或組網(wǎng)完成市電之間或市電與柴油發(fā)電機(jī)之間的電源切換。作為數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)中重要的配電設(shè)備，自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的可靠性將直接影響到供電系統(tǒng)的冗余架構(gòu)是否能夠發(fā)揮作用，關(guān)系到整個(gè)配電系統(tǒng)的可靠性。

二、ATSE結(jié)構(gòu)分析及工作原理

ATSE一般由開(kāi)關(guān)本體、驅(qū)動(dòng)/保持機(jī)構(gòu)、控制器三部分組成。

1、開(kāi)關(guān)本體：指主觸頭的結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)靜觸頭連接方式、觸頭壓力、同步性、超程、動(dòng)觸頭開(kāi)啟速度、滅弧方式等。

2、驅(qū)動(dòng)/保持機(jī)構(gòu)：使觸頭完成閉合、開(kāi)啟的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它有3種方式：電磁直接啟動(dòng)/保持(如接觸器)、勵(lì)磁+連桿傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)/機(jī)械保持、減速電動(dòng)機(jī)+傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)/機(jī)械保持。

3、控制器：從僅有單相缺相相控制功能到具有超過(guò)ATSE預(yù)設(shè)定的參數(shù)要求的參數(shù)檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定、顯示、帶同通信接口等功能，差別很大。

一個(gè)高可靠性的ATSE，必須是以上3個(gè)部分都同時(shí)達(dá)到相應(yīng)水平，任何一個(gè)部分的缺陷就是整個(gè)ATSE的缺陷。

ATSE操作程序由兩個(gè)自動(dòng)切換過(guò)程組成，如果常用電源被檢測(cè)到出現(xiàn)偏差，就自動(dòng)將負(fù)載從常用電源切換至備用電源；如果常用電源恢復(fù)正常，則自動(dòng)將負(fù)載轉(zhuǎn)換到常用電源。轉(zhuǎn)換時(shí)可有預(yù)定的延時(shí)或無(wú)延時(shí)，并可處于一個(gè)斷開(kāi)位置。在存在常用電源和備用電源的情況下，ATSE應(yīng)制定一個(gè)常用常用電源位置。

按照ATSE的定義，電源自投、復(fù)歸(自動(dòng)復(fù)歸或自動(dòng)延時(shí)復(fù)歸)切換過(guò)程是全自動(dòng)的。

三、ATSE的分類

根據(jù)GB/T14048.11-2016，ATSE可分為PC級(jí)或CB級(jí)兩個(gè)級(jí)別。

◎PC級(jí)：能夠接通、承載，但不用于分?jǐn)喽搪冯娏鞯腁TSE。

◎CB級(jí)：配備過(guò)電流脫扣器的ATSE，其主觸頭能夠接通并用于分?jǐn)喽搪冯娏鳌?/p>

這兩個(gè)級(jí)別的主要區(qū)別就是有無(wú)短路電流分?jǐn)嗄芰�。詳�?xì)點(diǎn)說(shuō)就是CB型ATSE由兩臺(tái)斷路器加機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)組成，具有短路保護(hù)功能；PC型ATSE為一體式結(jié)構(gòu)(三位式：常用、0位、備用1)，是雙電源切換的專用開(kāi)關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、自身連鎖、轉(zhuǎn)換速度快(0.2s）、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)，能夠接通、承載但不能用于分?jǐn)喽搪冯娏鳎�需要配備短路保護(hù)電器。

CB級(jí)ATSE配備過(guò)電流脫扣器，其主觸頭能夠接通/分?jǐn)喽搪冯娏�。它是由兩臺(tái)斷路器加機(jī)械連鎖組成，具有短路保護(hù)功能；控制器用來(lái)檢測(cè)（兩路）被監(jiān)測(cè)電源的工作狀況。當(dāng)被監(jiān)測(cè)的電源發(fā)生故障（任意一相斷相、欠電壓、失電壓或頻率出現(xiàn)偏差）時(shí)，控制器發(fā)出動(dòng)作指令，開(kāi)關(guān)本體帶著負(fù)載從一個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換至另一個(gè)電源。

四、ATSE的切換

按照最新IEC標(biāo)準(zhǔn)60947-6-1:2013，根據(jù)操作方式和恢復(fù)供電后開(kāi)關(guān)復(fù)歸方式的不同，可分為手動(dòng)操作轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(Manually Operated Transfer Switching Equipment, MTSE)和遠(yuǎn)程操作轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器(Remote Operated Transfer Switching Equipment,RTSE)兩類，統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器(Transfer Switching Equipment, TSE)。無(wú)論是PC級(jí)還是CB級(jí),都必須有可靠的電氣與機(jī)械聯(lián)鎖，保證常用電源和備用電源不會(huì)同時(shí)接通，而且相與相之間要有效隔離，避免相間短路。

1、二段式與三段式選擇

根據(jù)主觸頭數(shù)量，PC級(jí)ATS可以分為二段式和三段式。

二段式ATSE開(kāi)關(guān)主觸頭僅有兩個(gè)工作位，即“常用電源位”與“備用電源位”，負(fù)載不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)期斷電情況，供電可靠性高，轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間快。

三段式ATSE開(kāi)關(guān)主觸頭有3個(gè)工作位，多了一個(gè)“零位”，即主觸頭處于空檔，負(fù)載斷電時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，是二段式斷電時(shí)間的2—3倍。

三段式的“零位”主要用于ATSE帶高感抗或大電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)換時(shí)，為避免沖擊電流做“暫態(tài)停留”之用，而非用于負(fù)載維修時(shí)隔離之用。維修時(shí)的隔離一定要選擇隔離開(kāi)關(guān)。

市電與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換用ATSE，常見(jiàn)三段式ATSE�？紤]到柴油發(fā)電機(jī)在接收到啟動(dòng)型號(hào)后，到能夠輸出平穩(wěn)的電能這個(gè)過(guò)程需要一個(gè)時(shí)間，而具體到某個(gè)機(jī)房是該用二段式還是三段式，還應(yīng)根據(jù)自身的情況來(lái)考慮。

2、ATSE動(dòng)作時(shí)間選擇

衡量一臺(tái)ATSE轉(zhuǎn)換速度有5種動(dòng)作時(shí)間。ATSE應(yīng)向用戶至少提供一種動(dòng)作時(shí)間，以便用戶依據(jù)使用要求進(jìn)行選擇。

1)觸頭轉(zhuǎn)換時(shí)間：測(cè)定從第一組主觸頭斷開(kāi)常用電源起至第二組主觸頭閉合備用電源為止的時(shí)間。

2)轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間：測(cè)定從主電源被監(jiān)測(cè)到偏差的瞬間起至主觸頭閉合備用電源為止的時(shí)間(含機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間)，不包括特意引入(控制器)延時(shí)。

3)總動(dòng)作時(shí)間：轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間與特意引入(控制器)的延時(shí)之和。

4)返回轉(zhuǎn)換時(shí)間：從常用電源完全恢復(fù)正常的瞬間起至一組主觸頭閉合常用電源的瞬間為止的時(shí)間

5)斷電時(shí)間：測(cè)定從各相電弧最終熄滅的瞬間起至主觸頭閉合另一個(gè)電源為止的轉(zhuǎn)換過(guò)程時(shí)間，包括特意引入的延時(shí)。

一般用戶應(yīng)注重“總動(dòng)作時(shí)間”或“轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間”，以滿足不同配電系統(tǒng)使用要求。

二位式PC級(jí)ATSE總動(dòng)作時(shí)間一般在50—250ms。

三位式PC級(jí)ATSE總動(dòng)作時(shí)間一般在350—600ms。

CB級(jí)ATSE總動(dòng)作時(shí)間一般在2000—3000ms。

3、三極與四極的選擇

ATS按切換開(kāi)關(guān)極數(shù)主要分三極和四極，所謂三極還是四極，指的是轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是不是轉(zhuǎn)換零線，其中四極中還分零線非重疊切換功能和帶零線重疊切換功能。

在數(shù)據(jù)中心，給IT設(shè)備供電的路徑基本為：ATSE+ UPS+IT設(shè)備。零線非重疊切換功能的ATSE，在主用電源異常、啟動(dòng)備用電源、ATSE執(zhí)行切換操作的過(guò)程中，ATSE后端設(shè)備相線及零線與前面兩路輸入電源系統(tǒng)有一個(gè)斷開(kāi)過(guò)程，即ATSE輸出部分與輸入部分完全斷開(kāi)。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)UPS通過(guò)蓄電池放電給負(fù)載供電，保證IT負(fù)載不斷電運(yùn)行。由于UPS輸出端零線一般是直接接輸入端，來(lái)源于電網(wǎng)零線，而電網(wǎng)零線已經(jīng)斷開(kāi)，那么UPS輸出零線處于“懸浮”狀態(tài)，零線電位產(chǎn)生漂移，因此零電位懸浮會(huì)直接反應(yīng)到后端的IT設(shè)備上，極有可能造成IT設(shè)備工作異�；蛘邤嚯�。

在數(shù)據(jù)中心一般選擇PC級(jí)三段式帶零線重疊切換的四極ATSE開(kāi)關(guān)。這是因?yàn)殚_(kāi)關(guān)中的零線切換，是與相線切換不同的。相線切換采用的是先斷后通策略，零線切換采用的是先通后斷的策略。避免出現(xiàn)零地電位瞬時(shí)漂移。

五、數(shù)據(jù)中心ATSE常見(jiàn)組網(wǎng)形式

數(shù)據(jù)中心ATSE的應(yīng)用主要集中在不同市電之間、柴油發(fā)電機(jī)之間的切換。下面列出在工程實(shí)踐中最為常見(jiàn)的4種情況。

1、單一市電與單一備用發(fā)電機(jī)切換方案

2、一路市電與兩臺(tái)備用發(fā)電機(jī)切換方案

3、兩路市電與單一備用發(fā)電機(jī)切換方案

4、兩路市電與多臺(tái)備用發(fā)電機(jī)切換方案

六、ATSE的應(yīng)用

1、ATSE對(duì)于數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用場(chǎng)景，我們一般是在UPS前端或制冷系統(tǒng)供電前端外市電切換或者柴油機(jī)切換。對(duì)切換時(shí)間的容忍程度比較高，從幾十毫秒的量級(jí)到幾秒的量級(jí)也是可以承受的。

2、在數(shù)據(jù)中心，基本上都采用TN-S三相五線制接地系統(tǒng)，即三根相線L，零線N，保護(hù)地線PE。三極式ATSE只切換相線，四極式ATSE同時(shí)切斷相線和零線。如果兩路輸入電源來(lái)自同一接地系統(tǒng)(兩套系統(tǒng)中性線有共同接地點(diǎn))，那么ATSE可以選用三極式；如果兩套輸入電源來(lái)自兩套不同的接地系統(tǒng)(兩套系統(tǒng)的中性線接地點(diǎn)不同),應(yīng)采用四極ATSE。

3、ATSE作為重要的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)備，對(duì)可靠性要求極高，一旦ATSE故障，可能產(chǎn)生較大范圍影響。為解決ATSE單點(diǎn)故障，首選在供電方案上可以采用系統(tǒng)冗余方案，保證出現(xiàn)任何一個(gè)故障系統(tǒng)依然可以安全運(yùn)行。其次在ATSE部分提高產(chǎn)品可靠性，在大型數(shù)據(jù)中心的電源切換部分，推薦采用帶旁路隔離開(kāi)關(guān)型ATSE，在ATSE故障情況下，臨時(shí)利用隔離旁路給負(fù)載供電，而故障ATSE本體可以維修，系統(tǒng)不會(huì)斷電。

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上PC級(jí)ATSE存在兩種常用類別：AC-31和AC-33。AC-31的接通能力為1.5Ie,一般為配電電器常用的使用類別；而AC-33的接通能力為10Ie，一般為控制電器常用的使用類別。

因此，在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用中，考慮到UPS輸入端呈感性負(fù)載特性，尤其是工頻UPS設(shè)備，其前端的ATS還是選擇AC-33A更為可靠一些，而對(duì)于空調(diào)供電系統(tǒng)切換的ATS設(shè)備，就更應(yīng)該選用AC-33A了。