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按规范标准设置自动转换开关电器

2007/9/3 14:05:00

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本文对配电系统中如何设置自动转换开关电器进行探讨,提出无末端切换要求的一、二级负荷ATSE主要应用在低压配电系统的主电源切换,对要求双电源末端互投的负荷应按有关规范的规定设置,同时应重视负荷对切换时间的要求。建议各类民用建筑电气设计规范对要求双电源末端互投的重要负荷作出统一,明确的规定。 自动转换开关电器ATSE经常应用于额定电压交流不超过1000V的常用电源和备用电源之间的切换,以保证对重要负载的不间断供电。由于国家标准对ATSE的应用场合尚无明确、统一的规范规定。因此,在民用建筑电气设计中,随意设置ATSE的现象比较普遍,任意扩大应急用电的范围、过多的建设电源线路,造成浪费,由于增加了供电级数,使保护选择性不可靠而引发事故的情况也有实例发生。根据以往接触国内外的工程经验,对民用建筑电气设计中ATSE的选择和应用作一探讨。
无末端切换要求的一、二级负荷ATSE
其主要应用在低压配电系统的主电源切换,按照《供配电系统设计规范》GB50052—1995的有关规定,电力负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响分为一级、二级和三级负荷。同时规定,一级负荷应由两个电源供电,当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏。近年来供电系统的运行实践经验证明,从电力网引接两回路电源进线加备用自投(BZT)的供电方式,不能满足一级负荷中特别重要负荷对供电可靠性及连续性的要求。因此,对一级负荷中特别重要的负荷要求由与电网不并列的独立的应急电源供电。应急电源类型的选择,应根据一级负荷中特别重要负荷的容量、允许中断供电的时间,以及要求的电源为交流或直流等条件来进行。《供配电系统设计规范》GB50052—1995条文说明第3.0.3条指出,多年运行经验证明,变压器和线路都是可靠的供电元件。因此,对无末端切换要求的一、二级负荷ATSE主要应用在低压配电系统的主电源切换,如图1所示。

图1
图1 ATSE应用在主电源切换

国家规范除了对部分重要的一、二级负荷例如消防设备有明确的双电源末端切换要求外,对大部分一、二级负荷没有要求双电源末端切换。若过多的建设电源线路和双电源切换装置,不但造成大量浪费而且由于元器件的增加,事故也终难避免。笔者就曾接触到一个工程,由于双电源末端切换CB级开关的选择性设置不当,致使一个开关柜内照明灯的故障引起冷却水泵
的ATSE两路电源全部断开、大容量发电机组停机的事故。因此,并非设置了ATSE供电就可靠,配电系统中串联元件过多,因元件故障和操作错误而产生事故的可能性也随之增加。所以复杂的配电系统可靠性不一定高。
按规范要求设置负载端的ATSE
对于民用建筑,目前规范最明确要求双电源在最末一级配电箱处设置自动切换装置的规定是《高层民用建筑设计防火规范》GB50045—1995(2005年版)中第9.1.2条。该条文规定,高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟风机的供电,应在最末一级配电箱处设置自动切换装置。该条文是在国家1983年试行的《高层民用建筑设计防火规范》GBJ45—1982第8.1.2条的基础上修订而来的。82规范原条文规定,消防用电设备的两个电源或两回线路,应在最末一级配电箱处自动切换。95规范条文说明9.1.2条第3款指出,规范在执行过程中,不少设计人员对原条文太笼统提出异议,即原规范条文规定在最末一级配电箱处自动互投是指全部消防设备还是指部分消防设备,不明确。如指所有消防设备,配电箱处均要求切换,实际上执行有困难,如:火灾应急照明和疏散指示标志就难以执行;还有最末一级配电箱是什么部位应明确。根据上述意见,GB50045—1995作了修改,第一,重点是高层建筑的消防控制室、消防电梯、防排烟风机等。第二,切换部位是指各自的最末一级配电箱,如消防水泵应在消防水泵房配电箱处切换:又如消防电梯应在电梯机房配电箱处切换等等。据了解,双电源末端切换在国外是极少采用及提及的,在境外的一些电气设计中,主要采用提高供电线路的耐火等级,例如采用氧化镁防火电缆等手段来保证火灾时供电线路的连续供电需要,而极少采用双电源末端互投。随着国内电线电缆生产水平的提高和技术进步,应该逐步减少对双电源末端切换的要求,而提高对重要负荷供电电缆连续供电的可靠性要求。目前在民用建筑中部分设计规范要求采用双电源末端切换,初步统计见表1。


图2是《高层民用建筑设计防火规范》GB50045—1995中条文说明9.1.1的附图,从图中可以看出,双电源末端互投的配电级数很少,只有保证了双电源互投上、下级保护开关的选择性,才可谈重要负荷的供电可靠性。
图2
图2 北京长城饭店消防用电设备供电线路示意图

选用ATSE应重视转换动作时间
自动转换开关电器的动作时间在GB/T14048.11-2002标准中,是指“由常用电源转换至备用电源或由备用电源转换到常用电源的转换动作总时间,如果包括任何延时或断电时间,均应在制造厂规定的时间内”。
《供配电系统设计规范》GB50052—1995第2.0.4条第2款规定,“自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的,可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路”。
受开关物理特性和制造工艺的限制,并考虑到“电弧短路”的问题(实验测定可靠的灭弧时间约120ms),机械式ATSE的转换动作时间在一百多毫秒至几秒钟,在目前生产工艺条件下,ATSE的动作时间见表2。


设计选型时,应根据负载允许供电中断时间及负载特性选定ATSE总动作时间。各类负载允许中断供电时间见表3。


对允许中断供电时间在1.5S以内的负载及重要场所的应急备用电源,根据《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16—1992第6.3.1.2条(2)、(3)条的规定,应设置不间断电源装置。
结束语
由于国家标准对ATSE的应用场所尚无明确、统一的规范规定,在各类民用建筑的相关规范中对末端双电源切换的规定尺度不统一,表述各异,有的甚至互相矛盾。致使当前电气设计人员对ATSE的设置随意性较大,过多的建设电源线路,造成浪费,配电系统多级保护开关的设置甚至引发事故。因此,在对自动转换开关电器产品标准及应用深入讨论的同时要重视各类民用建筑对要求双电源末端互投的重要负荷范围的界定,在工程的配电系统设计中,电气设计人员要严格按照国家的规范标准要求设置自动转换开关电器。

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