中性线重叠转换功能的双电源转换开关

根据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,目前国内四极ATSE 在自动转换过程中存在零线腾空现象,从而导致设备损坏。为了降低此风险,宜在双电源倒换前将N线先行倒换后再将其余相电源进行倒换。

自动转换开关电器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。

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。但对于4级双电源而言,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,但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。

中性线重叠转换功能的双电源转换开关
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3 V。

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。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。

中性线重叠转换功能的双电源转换开关
图2 数据设备供电方式

解决零线腾空的的问题主要保证双电源的N相在自动转换过程中始终是接通的,即转换开关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,负载端零线没有出现分断的情况。

由于现有接地系统接地电阻< 1 Ω,2 路电源N 线的电压差很小,一般只有几伏,因此,2 路电源零线的等电位不会影响负载电路运行的稳定性和安全性。

中性线重叠转换功能的双电源转换开关
图3 中性线重叠转换原理

中性线重叠技术有效解决零线腾空,对于不同系统的电源倒换起到了重要作用。

目前采用该项技术的有泰永长征,扬州新菱,ASCO,GE等厂家。

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