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《自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器ATSE可靠性分析》
作者：中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院李炳華先生（100044）
摘要: 本文剖析了CB級(jí)ATSE和PC級(jí)ATSE的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了ATSE的可靠性，并用ATSE返修率驗(yàn)證其可靠性。從中 得出PC級(jí)ATSE的可靠性高于CB級(jí)ATSE，雙電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的CB級(jí)ATSE可靠性高于單電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的CB級(jí)ATSE。
關(guān)鍵詞:自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器ATSE CB級(jí) PC級(jí) 可靠性 返修率
Abstract: The construction and principle of ATSE will be anatomized in order to analyze the reliability of ATSE in this thesis. And the reliability will be validated by studying ratio of repairing ATSE. The conclusion will be given, that is, the reliability of Class PC is better than Class CB’s, Class CB with two motors is better than one motor’s.
Keywords: ATSE Class CB Class PC Reliability Ratio of repairing ATSE
1.概述:
ATSE學(xué)名自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器，英文名稱：Automatic Transfer Switching Equipment，ATSE是其英文名稱的縮寫(xiě)。根據(jù) GB/T14048.11-2002《自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器》的定義，ATSE是由一個(gè)（或幾個(gè)）轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器和其它必需的電器組成，用于監(jiān)測(cè) 電源電路，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)換至另一個(gè)電源的電器。ATSE可分為PC級(jí)和CB級(jí)，PC級(jí)ATSE能夠接通 、承載、但不用于分?jǐn)喽搪冯娏鞯腁TSE，CB級(jí)ATSE配備過(guò)電流脫扣器的ATSE,它的主觸頭能夠接通并用于分?jǐn)喽搪冯娏鳌Ｈ绾?正確選用ATSE？許多專家發(fā)表了不少文章說(shuō)明自己的觀點(diǎn)。筆者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究，從分析ATSE可靠性入手，給讀者從另一 角度認(rèn)識(shí)ATSE，以便正確、合理選用ATSE。
請(qǐng)讀者倍加注意：使用ATSE的負(fù)荷都是重要負(fù)荷，至少是二級(jí)負(fù)荷。因此，分析ATSE的可靠性十分必要。
2. CB級(jí)ATSE的特點(diǎn):
2.1 單電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)CB級(jí)ATSE的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
2.1.1 結(jié)構(gòu)及工作原理：
圖1為單電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)CB級(jí)的ATSE，它通常由二個(gè)斷路器、一個(gè)操作電動(dòng)機(jī)、減速齒輪、連桿機(jī)構(gòu)、操作推桿、檢測(cè)電路、 控制器及附屬器件組成。
單電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)CB級(jí)ATSE的工作原理如下：首先閉合常用電源,檢測(cè)電路8檢測(cè)到常用電源參數(shù)正常，電動(dòng)機(jī)2（在板的背面） 轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)齒輪運(yùn)動(dòng)。一般電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1500轉(zhuǎn)/分鐘以上,經(jīng)減速齒輪3（在板的背面）轉(zhuǎn)速變?yōu)榧s15轉(zhuǎn)/分鐘。齒輪帶動(dòng)連桿 機(jī)構(gòu)4旋轉(zhuǎn),致使一個(gè)推桿5推動(dòng)一個(gè)斷路器1手柄10至"合"位置,另一個(gè)推桿推動(dòng)另一個(gè)斷路器手柄至"分"位置。當(dāng)斷路器手柄 到位時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)6動(dòng)作，斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)控制回路，電動(dòng)機(jī)停止。機(jī)械鎖扣件7保證兩個(gè)斷路器不能同時(shí)合閘。
電源切換時(shí),電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)機(jī)械各部件也向相反方向運(yùn)動(dòng),斷路器手柄在推桿的作用下做相反操作,即原來(lái)合閘的斷 路器變?yōu)榉珠l,分閘的斷路器變?yōu)楹祥l,從而完成雙電源的切換。
2.1.2 故障類型：
1.機(jī)械偏差造成操作卡死:
單電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的CB級(jí)ATSE有很復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，機(jī)械部件較多，機(jī)械之間的連接和定位會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間使用而出現(xiàn)變形、松動(dòng) ，久而久之，機(jī)械系統(tǒng)偏差越來(lái)越大，結(jié)果造成斷路器合閘、分閘不到位，更有甚者機(jī)械系統(tǒng)卡死。
圖2 為機(jī)械故障之一，由于機(jī)械系統(tǒng)的偏差，推桿從斷路器操作手柄中脫開(kāi)，即使斷路器質(zhì)量很好，但就ATSE而言，圖中所 示的ATSE不能可靠工作，ATSE的可靠性遠(yuǎn)低于斷路器。
2.電動(dòng)機(jī)及減速齒輪損壞比例較高:
正如前面所述，機(jī)械系統(tǒng)的偏差造成微動(dòng)開(kāi)關(guān)的損壞或微動(dòng)開(kāi)關(guān)因不到位而不動(dòng)作，結(jié)果電動(dòng)機(jī)的控制回路不能正常斷電， 該停止的時(shí)候電動(dòng)機(jī)不能停止，而出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)載或堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，如果過(guò)載或堵轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)會(huì)縮短壽命，嚴(yán)重情況下 電動(dòng)機(jī)會(huì)被燒毀。
這種情況下，減速齒輪也要承受巨大能量，同樣其壽命將大打折扣，嚴(yán)重時(shí)齒輪損壞也就不足為怪。
3.電器件損壞:
ATSE內(nèi)的電動(dòng)機(jī)過(guò)載或堵轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生另一惡果，保護(hù)、控制電動(dòng)機(jī)的電子器件會(huì)因此而損壞。常見(jiàn)的問(wèn)題有繼電器燒毀、熔斷 器燒壞等。這類問(wèn)題占ATSE損壞的比例較高，僅排在電動(dòng)機(jī)損壞、齒輪故障之后，位于第三高故障率。
2.2 雙電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)CB級(jí)ATSE的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理
圖3所示為雙電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的CB級(jí)ATSE，從結(jié)構(gòu)上看，它比單電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)要簡(jiǎn)單的多，有兩個(gè)斷路器1、兩個(gè)電動(dòng)機(jī)操作機(jī) 構(gòu)2、一個(gè)控制器3、一個(gè)機(jī)械鎖扣件4組成。
鎖扣件可以保證只有一個(gè)斷路器處于合閘的位置，但可保證兩個(gè)斷路器均在分閘位置。
2.2.2 故障分析
簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)造就了雙電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)CB級(jí)ATSE的高可靠性。表1匯總了國(guó)內(nèi)多家廠家CB級(jí)ATSE返修情況，從另一個(gè)側(cè)面驗(yàn)證了雙 電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的CB級(jí)ATSE可靠性要高于單電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的CB級(jí)ATSE。
表中返修數(shù)量不包括退貨的數(shù)量，故障比例為某類故障的ATSE數(shù)與總故障數(shù)之比，返修率為返修的ATSE數(shù)與該時(shí)期ATSE銷售 數(shù)量之比。由此可見(jiàn)，單電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的CB級(jí)ATSE返修率是雙電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的1.95倍，可靠性高低一目了然。
表1 CB級(jí)ATSE故障分類
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序號(hào) |
故障類型及原因 |
雙電操ATSE故障比例（％） |
單電操ATSE故障比例（％） |
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1 |
機(jī)械類故障(微動(dòng)開(kāi)關(guān)故障、電機(jī)、齒輪等) |
7.86 |
92.31 |
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2 |
控制器類故障（繼電器損壞等） |
82.34 |
3.85 |
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3 |
電源類故障（如保險(xiǎn)燒壞，電源線接錯(cuò)等） |
9.80 |
3.84 |
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4 |
返修率總計(jì) |
0.37 |
0.72 |
2.3 CB級(jí)ATSE固有的特點(diǎn)
CB級(jí)ATSE固有的特點(diǎn)就是具有短路保護(hù)，它實(shí)現(xiàn)了雙電源切換和短路保護(hù)兩個(gè)功能，減少了連接點(diǎn)。因此，在歐洲CB級(jí)ATSE 被廣泛使用。據(jù)介紹，額定電流在630A以上的ATSE，歐洲只采用CB級(jí)；630A以下的ATSE約60％使用CB級(jí)，40％使用PC級(jí)； ATSE沒(méi)有100A以下的產(chǎn)品。
CB級(jí)ATSE除了具有上述優(yōu)點(diǎn)外，還存在許多不足。
①由斷路器構(gòu)成的CB級(jí)ATSE有滑扣的危險(xiǎn)。
圖4所示斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，低壓斷路器由觸頭、滅弧裝置、操作機(jī)構(gòu)和保護(hù)裝置等組成。在斷路器中靜觸頭和動(dòng)觸頭被用來(lái) 實(shí)現(xiàn)電路接通或分?jǐn)啵瑪嗦菲鞑賱?dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和脫扣機(jī)構(gòu)兩大部分，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有手動(dòng)傳動(dòng)、杠桿傳動(dòng)、電磁鐵傳動(dòng)、 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。從上面可知，CB級(jí)的ATSE斷路器用電動(dòng)方式操作斷路器的手柄，手柄處于“合閘”位置時(shí)，有時(shí)動(dòng)觸頭和靜觸 頭不能有效的閉合，這種現(xiàn)象叫做斷路器滑扣。滑扣將導(dǎo)致電路不能正常接通。
②由斷路器構(gòu)成的CB級(jí)ATSE存在無(wú)選擇性保護(hù)現(xiàn)象，停電面積擴(kuò)大，不能滿足重要負(fù)荷供電要求。
圖5所示，當(dāng)支路A點(diǎn)發(fā)生短路故障，由于保護(hù)選擇性較難滿足要求，斷路器Q1和ATSE均跳閘。此時(shí)電源正常供電，沒(méi)有出現(xiàn) 電源偏差，ATSE不切換。因此，故障回路被切除的同時(shí)，本箱（柜）內(nèi)其它非故障支路也停電，停電范圍被擴(kuò)大。要知道， 這些負(fù)荷都是重要負(fù)荷，雙電源沒(méi)有給這些負(fù)荷帶來(lái)更高的供電可靠性。
3 PC級(jí)ATSE的特點(diǎn)
3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理
圖6為二段式ATSE的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸4帶動(dòng)動(dòng)觸頭3轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)動(dòng)觸頭與上面的靜觸頭閉合時(shí)，接通上面的電源；相反，當(dāng)動(dòng)觸頭與下 面的靜觸頭閉合時(shí)，下面的電源被接通。可以很容易的看出，這種ATSE結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，可靠性十分高，兩個(gè)電源只能接通一 個(gè)，機(jī)械結(jié)構(gòu)保證了雙電源的連鎖關(guān)系，同時(shí)控制器還配有電氣連鎖。
具有零位的三段式ATSE結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，可靠性不必懷疑，讀者可以放心使用。
3.2 故障類型
根據(jù)調(diào)查，圖6、7所示的PC級(jí)ATSE機(jī)械故障比率極低，在銷售的34378臺(tái)ATSE中，因機(jī)械故障而返修的僅7臺(tái)，返修率，約為 萬(wàn)分之二；因控制器故障而返修的為43臺(tái)，返修率為千分之一點(diǎn)二五；因其它原因而返修的4臺(tái)，返修率為萬(wàn)分之一點(diǎn)二，總 的返修率不足千分之一點(diǎn)六。返修率只有雙電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)CB級(jí)ATSE的43％，不足單電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)CB級(jí)ATSE的四分之一。機(jī)械 結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是PC級(jí)ATSE高可靠性的根本保證，如果在控制器元器件的選擇、線路優(yōu)化等方面下功夫，PC級(jí)ATSE可靠性還可進(jìn)一步提高。
4 結(jié)論
綜上所述，我們可以得出以下結(jié)論：
結(jié)論1：一體化結(jié)構(gòu)PC級(jí)ATSE的可靠性高于CB級(jí)ATSE。
一體化結(jié)構(gòu)指的是專門(mén)設(shè)計(jì)的、結(jié)構(gòu)上是整體的ATSE，它對(duì)應(yīng)由分立元器件組成的ATSE，后者分立元器件之間的過(guò)多連接造 成其可靠性比一體化結(jié)構(gòu)的ATSE要低。圖6二段式和圖7三段式ATSE屬于一體化結(jié)構(gòu)的PC級(jí)ATSE。
在北美洲，ATSE只有PC級(jí)，不采用可靠性相對(duì)較低的CB級(jí)ATSE。
結(jié)論2：雙電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的CB級(jí)ATSE的可靠性高于單電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的CB級(jí)ATSE。
在歐洲，CB級(jí)ATSE約99％采用雙電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的CB級(jí)ATSE，它由斷路器、電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、機(jī)械——電氣連鎖裝置、控制器等 組成。
中國(guó)ATSE標(biāo)準(zhǔn)等效了IEC標(biāo)準(zhǔn)，PC級(jí)和CB級(jí)都可采用，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都容許它們存在，只要符合GB/T 14048.11-2002即可使用。PC 級(jí)和CB級(jí)能夠在IEC共存，是歐洲與美洲妥協(xié)的結(jié)果，希望讀者根據(jù)可靠性合理、科學(xué)的選擇ATSE。
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