电工必备常识 | 自动转换开关:选择哪种配置最好?
摘要 为工厂设施选择合适的转换开关时,工程师需要考虑诸多因素,如系统安装、运行模式和切换机构等,以避免断电时停机事件的发生。 许多商业和工业设施需要连续运行,即使在断电时也要保持业务的连续性。因此,这些设备需要依靠配电设施,如转换开关,将电力供应安全的在正常和应急电源之间切换。 然而,并非所有的转换开关都是相同的。 在系统设计中,可用的选项和配置模式纷繁复杂,数量之多令工程师们望而生畏。正因为如此,工程师们需要了解相关的可用配置,才能知道哪些转换开关技术才是最合适应用需求的。 系统常见的安装类型 工程师首先需要了解系统安装类型,以选择最适合的转换开关。 美国国家电气法规 (nec)定义了四种类型的转换开关:应急系统、法律要求的系统、关键运行电源系统和可选的备用系统。 应急系统 在火灾和类似的灾难中,系统所用的应急系统供电、自动配电和控制系统对生命安全至关重要。 它们包括火灾探测器、警报、应急灯、电梯、公共安全通信系统和通风系统。常见的应用场合包括酒店、剧院、竞技场和医院等。它们由政府机构管理,必须在10秒内完成从正常电源到应急电源的平稳切换。 法律规定的系统 和应急系统一样,法律要求的系统由政府管理,但它们旨在自动为一系列受管制但不是应急系统的系统供电。 这些系统提供的功能包括关键加热、制冷、通信、通风和照明,如果电力供应不稳定,可能会导致危险或干扰救援、消防任务。正常电源和此类电源之间的电力切换必须在60秒内完成。 关键运营电源系统 当正常电源故障时,这些系统在指定的控制区供应、分配和控制电力。 包括暖通空调、火警、保安、通讯、信号及其它当局(有时是政府机构)认为对国家安全、经济或公共卫生和安全有重要意义的服务。 可选的备用系统 在电力故障时,运行备用系统不需要自动运行。 它们为对健康或生命安全没有直接影响的负载提供电力。这些系统包括最常见的商业建筑、农场和住宅。 了解转换类型 转换开关在正常和应急电源之间转换负载,有两种基本的方式:打开或关闭。 在选择合适类型的切换方式时,给定负载所执行的特定功能,以及这些功能对于安全性或安保智能的重要性,在确定需要哪种类型的转换中起着重要的作用。 开式切换 开式切换,是一种"在切换前断开"的切换方式,这意味着转换开关在连接到另一个电源之前断开其与电源的连接。 在断、开之间这段时间,正常电源和应急电源都无法为下游负荷供电。有两种开式过渡:开式延迟切换和开式同相切换。 开式延迟切换 在开式延迟切换中,转换开关在断开当前的电源和连接到其它电源之间有一个停顿。 延迟时间,通常为预先设定的时长,或者负荷电压下降到低于预先设定的电压值所需的时间。 开式同相切换 在开式同相切换中,自动控制器使用内置的智能算法 ,在正常和应急电源的相位、电压和频率同相时,进行切换。如果在该时间跨度内不能实现相位同步,有些转换开关有能力自动转换为默认的故障安全延迟切换。 并联切换 并联切换是一种"先连接后断开"的切换,这就意味着转换开关是在断开与原动力源之前连接到新电源上。 由于在断开、闭合之间保持连接,这样在整个切换过程中就可以持续为下游负荷提供电力。 通常情况下,配置为并联切换的转换开关,一旦相位、电压和频率同步后,就会自动完成电源的切换。两个电源同时连接或"并联"的时间,通常不超过100毫秒,以符合本地电网互连的要求。 切换机构的类型 开关机构是转换开关的一部分,它实际负责携带额定电流并将负载从一个电源切换到另一个电源。 低压开关技术分为接触器型和断路器型两种。断路器切换机构可进一步分为两种子类型:塑壳断路器和电源箱。 接触器类型的切换机构 接触器类型的切换机构是最常见且最经济实惠的。 接触器通常为双掷开关,在该双掷开关中,运行人员打开一组触点,就会闭合第二组触点。在开式切换设计中,通常采用机械联锁来防止两个触点同时闭合。在并联切换设计中,并没有机械连锁机构。接触器切换机构的设计,支持三种切换类型:开式延迟,开式同相和并联。切换机构不包括过电流保护,因此,电源接触无法自我保护。 塑壳切换机构 塑壳切换机构,通常用于在正常和非正常情况下闭合和中断电路。 它们支持在中心开关或电机上完成机械操作。转换开关配置时,一对塑壳开关通过联锁的机械机构操作,该机械连接可以手动或自动驱动。由于不需要额外的上游保护设备,因此该机构提供了一种紧凑、经济高效和入门级的解决方案。 配电箱机构 配电箱机构比塑壳机构更大、更快、更强大。 它们使用的两步储能技术可以通过机械和电动操作,某些型号的还具有过电流保护功能,这与一般的塑壳设计类似。高分断能力,使配电箱非常适合于那些容易受高故障电流影响的应用。 操作模式 动力切换涉及两个过程:启动和操作。 启动是开始切换,而操作则是完成切换。大多数转换开关可以支持多种操作模式,主要通过添加可配置选项来完成操作模式的选择。 手动模式 在手动操作中,启动和操作由手动完成, 通常按下按钮或移动手柄,从而使操作者最大限度地控制切换。手动操作的优点是,无论是塑壳还是电源箱的设计,如果自动控制器受到损坏或无法操作,可以在负载工况下以故障安全形式完成切换。 非自动模式 在非自动模式下,操作者通过按下按钮或旋转开关来手动启动切换 ,内部机电设备以电动方式操作开关机构。该设备的切换要比手动模式更快。 自动模式 自动模式包括完全管理启动和操作的转换开关控制器,与手动和非自动模式相比,可以减少延迟时间。 当自动控制器感知电源不可用或断电时,就触发启动,操作通常由电磁或电动机执行器完成。尽管模式可以在最短的时间内完成切换,并且不依赖于人工操作人员,但自动转换开关的成本往往高于单纯的手动或非自动模式。 旁路隔离模式 旁路隔离模式,允许用户在不损害可用性的情况下,安全地完成切换工作。 传统的转换开关只有一个切换机构,但旁路隔离转换开关包括为关键应用提供的冗余双开关机构。主开关机构在日常情况下为负载分配电力,而次交换机构则提供了备用功能。在修理或维修过程中,技术人员可以旁路电源的主切换机构,而次切换机构则确保关键负载重主电源无中断。 选择合适的配置 转换开关支持多种操作模式和切换类型,并具有多种不同的切换机构。 了解配置,选择合适的开关控制,控制工程师就可以保证设备在断电事故发生的情况下仍能运行,从而帮助企业获益。 本文来自于《控制工程中文版》( control engineering china )2018年1-2月刊《技术文章》栏目,原标题为:转换开关:选择哪种配置最好？