當供配電系統采用柴油發電機組，作為一級負荷的備用電源或一級負荷中特别重要的負荷的應急電源（第三電源）時，需要采用雙電源自動轉換開關電器（ATSE）将發電機電源與市電進行切換後，再向這些重要負荷供電。

在ATSE設計選型中，設計師通常隻關注ATSE的額定電流、極數、使用類别、轉換時間等，而不太關注ATSE的短路性能參數，這樣的設計有可能給供電系統埋下安全隐患，特别是針對處于備用電源或應急電源供電系統中電源位置的ATSE（本文稱電源級ATSE），隻有通過合理選擇其短路性能參數并與上級保護電器進行緊密配合，才能确保備用電源或應急電源供電系統的安全。本文結合現行的國家标準、設計規範的相關規定，對電源級ATSE短路性能參數的選擇進行分析、讨論。

電源級ATSE選型時需要關注的主要性能參數

額定工作電流（

Ie

）

額定工作電流是指對應于特定使用類别及額定電壓下的不間斷電流。PC級産品的額定工作電流通常按照不低于負荷計算電流的1.25倍選取，若需考慮将來負荷擴容，則還應按照擴容的可能性适當加大。

額定沖擊耐受電壓（

Uimp

）

額定沖擊耐受電壓應大于等于ATSE安裝處可能産生的瞬态過電壓值，按照相關規定，在220 / 380 V系統中，電源級ATSE的額定沖擊耐受電壓（Uimp）不應小于6 kV，即過電壓類别不低于Ⅳ類。

使用類别

目前主流的ATSE産品使用類别都在AC - 33i以上，可通斷電阻電感混合型負載，包含籠型電動機及阻性負載，接通與分斷能力試驗時要通以6倍的額定電流；建議電源級ATSE的使用類别選擇AC - 33，即可以通斷高感性負載或混合性負載中包含大量電動機類負載，接通與分斷能力試驗時要通以10倍的額定電流，該項性能優于AC - 33i。

電器級别

根據GB / T 14048.11 - 2016《低壓開關設備和控制設備 第6 - 1部分：多功能電器 轉換開關電器》（簡稱《标準》）的規定，ATSE的電器級别分為PC級、CB級、CC級。CC級産品本體是按照接觸器标準生産，不适用于對重要用電負荷的電源轉換；CB級ATSE因配置有過電流脫扣器，在完成電源轉換的同時，也提供相應的過載和短路保護功能，但其保護脫扣後将不能進行電源轉換，對供電連續性有不利影響，另外，當用于電源位置時，還會增大與上下級保護電器間選擇性配合的難度，故僅适用于對一般性保障負荷的備用電源轉換；PC級ATSE的主要功能是電源轉換，能接通和承載短路電流，但不能分斷短路電流，适用于對供電連續性要求高的應急負載的電源轉換，電源級ATSE應首選PC級産品。

短路性能參數

——

Icn

、

Icm

、

Icw

、

tcw

、

Iq

CB級ATSE的短路性能參數為額定短路分斷能力（Icn）。PC級ATSE不能分斷，但能接通短路電流，并在一定時間内承受短路電流而不緻損壞，當僅考慮由其自身能力來承受短路沖擊能量時，衡量其短路性能的參數有：額定短路接通能力(Icm)、額定短時耐受電流（Icw）及其通電時間（本文以tcw表示）；當在PC級ATSE的電源側，設置有由制造商指定的短路保護電器（SCPD）時，衡量其短路性能的參數為額定限制短路電流（Iq）。

《标準》對PC級ATSE短路性能的規定

根據《标準》要求，如果制造商未特别規定，将按照《标準》規定的試驗參數對ATSE進行短路性能試驗驗證，如果制造商規定的性能參數高于《标準》要求，則應按照制造商的規定值進行驗證。由此可見，《标準》規定值就是産品的最低性能要求。

額定短時耐受電流（

Icw

）及通電時間（

tcw

）

額定短時耐受電流（Icw）是指在規定的試驗條件下，PC級ATSE能夠短時承載的預期短路電流值。如果制造商未特别規定，這類産品将在沒有短路保護電器的情況下，按照《标準》第8.2.5.1條規定的試驗電流進行試驗驗證，其試驗電流值見表1、表2。表2的試驗電流值較表1有一定幅度的提高，但《标準》認為表1、表2都符合要求。

在試驗時，《标準》規定的最短通電時間（tcw）為：

—— 額定電流小于等于400 A時，交流為額定頻率的1.5個周波，直流為0.025 s；

——額定電流大于400 A時，交流為額定頻率的3個周波，直流為0.05 s。

額定短路接通能力（

Icm

）

額定短路接通能力（Icm）是指在規定的條件下，ATSE應能接通的短路電流值，用最大預期峰值電流表示。根據《标準》要求，如果制造商未特别規定，則應按照表1或表2的試驗電流進行短路接通能力試驗。由于Icm用電流峰值表示，故其試驗電流應為表中數據乘以比率n，國标GB 14048.1 - 2012《低壓開關設備和控制設備 第1部分：總則》的表16對比率n作出了規定。前述Icw也是按照表1、表2的電流進行試驗驗證，所以，我們可以認為，同一台ATSE的Icm滿足Icm = n×Icw。根據GB 14048.1 - 2012中表16的規定，可以得出這樣的結論：當産品的Icw大于10 kA時，Icm的數值是Icw的2 ~ 2.2倍。實際上，這正是各制造商産品選型樣本上一個規律性的數據。

額定限制短路電流（

Iq

）

在ATSE的電源側，設置由制造商指定的短路保護電器（SCPD），在規定的試驗條件下該保護電器動作時，ATSE能夠承受的預期短路電流即是額定限制短路電流（Iq）。如果制造商未特别規定，将按照表1、表2的電流進行驗證，但實際上，絕大多數制造商規定了Iq值，并遠高于表中的要求，特别是當SCPD采用快速熔斷器時，甚至達到100 kA以上。

電源級ATSE短路性能參數的選擇方法

電源級

ATSE

的安裝位置特征

GB / T 31142 - 2014《轉換開關電器（TSE）選擇和使用導則》（簡稱《導則》）規定，ATSE的安裝位置劃分為電源位置、配電位置和負載位置。安裝于電源位置的ATSE是應急電源、備用電源供電系統中的關鍵設備，同時，相對于其他位置的ATSE，将承受更大的短路沖擊能量，其短路性能的正确選擇是确保供電可靠性的關鍵，需要設計師重點關注。

電源級ATSE在低壓配電系統中的典型接線如圖1所示，市電和發電機主進線斷路器QA1 ~ QA3、母聯斷路器QA1 - 2等，一般均采用框架式斷路器（ACB）。從系統接線上分析，在市電和發電機分别供電的不同模式下，這幾台斷路器都将成為ATSE電源側的短路保護電器。通常在系統設計時，為了實現上下級斷路器之間的選擇性配合，上述框架式斷路器的短路保護通常設置為短路短延時，而各饋電出線回路的斷路器設置為短路瞬時保護，在這種情況下，一旦ATSE負荷側備用 / 應急母線段出現短路故障，将由電源側框架式斷路器（ACB）切斷短路電流。

基于配電系統對線路的短路保護要求，配電位置和負載位置ATSE前端都設置有帶瞬動保護的短路保護電器（SCPD），與之相比，由上述ACB保護的電源級ATSE所承受的預期短路電流更大，持續時間更長，對短路性能的要求更加苛刻。

實際工程中，電源級ATSE有采用CB級也有采用PC級的，但基于本文1.4條的原因，電源級ATSE應優先采用主要功能為電源轉換的PC級産品，故本文重點讨論PC級ATSE與上級保護電器的配合及短路性能參數的選擇。

國家标準規範對

PC

級

ATSE

短路性能的相關規定

a. GB 50054 - 2011《低壓配電設計規範》第3.1.1條第5款規定，低壓配電設計所選用的電器“應滿足短路條件下的動穩定與熱穩定的要求”；

b. GB 51348 - 2019《民用建築電氣設計标準》第7.5.4條第3款規定：“當采用PC級自動轉換開關電器時，應能耐受回路的預期短路電流”；

c. 《導則》第8.3.1條，對處于電源位置的TSE（包括MTSE、RTSE、ATSE等）的短路性能規定如下：

“e）選用PC級TSE應注意的事項：

……

1）TSE的短時耐受電流（Icw）應大于或等于電路的預期短路電流，其通電時間應大于電路中的保護電器的短延時（如框架式斷路器）或熔斷時間（如熔斷器）。

2）當制造商隻給定TSE的額定限制短路電流（Iq）值時，應注意短路保護電器（SCPD）的型式 —— 斷路器或熔斷器，并注意SCPD的型号、額定值、特性，電路中的短路保護電器應選擇與制造商指定的SCPD型号或性能一緻。其額定限制短路電流（Iq）應大于或等于電路的預期短路電流，隻有當TSE允許通過的I2t大于SCPD的I2t時，才允許SCPD互換。”

動、熱穩定性校驗的簡化公式

由ATSE制造商提供的額定短路接通能力（Icm）、額定短時耐受電流（Icw）、耐受通電時間（tcw）及額定限制短路電流（Iq）等，是用于評價ATSE短路性能的重要參數，上述标準、規範對ATSE的動、熱穩定的要求，可以用下面公式表示：

電源級

ATSE

短路性能參數的選擇方法

電源級ATSE的典型接線見圖1，與電源側保護電器配合，進行動、熱穩定性校驗，是電源級ATSE短路性能參數選擇的基本思路。結合上述公式，可将這樣的配合、選擇方法歸納如下：

a. 方法一：直接與電源側的ACB進行配合，要求所選ATSE的額定短路接通能力Icm大于等于安裝處的短路電流峰值 iq，同時，可耐受的熱效應I2cw×tcw大于等于短路熱效應I2t，即分别滿足公式（1）、（2）的要求。

b. 方法二：在電源側增設能分斷安裝處短路電流的限流型SCPD，要求所選ATSE可耐受的熱效應I2cw×tcw大于等于SCPD的允通能量（I2t），即滿足公式（2）的要求。

c. 方法三：在電源側增設由制造商指定的SCPD，要求所選ATSE的額定限制短路電流 Iq大于等于預期短路電流I，即滿足公式（3）的要求。

除電源側已設有ACB以外，方法二、三都需在ATSE電源側另外增設可快速分斷的短路保護電器（SCPD），以提高ATSE的短路耐受性能，在這種情況下，當備用 / 應急母線段上任一饋電出線回路發生短路故障時，都可能導緻該SCPD無選擇性動作，使ATSE所供重要負荷全部中斷供電，這樣的供配電系統可靠性較低。

筆者認為，應優先采用方法一來選擇電源級ATSE。與其他方法比較，該方法所選的ATSE是以自身的性能來承受短路沖擊能量，相應的配電系統不需要另外增設保護電器，不影響配電系統上下級保護的選擇性，系統更簡潔，供電可靠性更高。這3種方法的特點對比見表3。

方法一和方法二都需要滿足I2cw×tcw ≥ I2t的要求，但這兩種方法中 I2t的含義是不同的，前者， I2t是通過計算所得的ATSE安裝處的短路熱效應；後者， I2t是限流型SCPD相應于預期短路電流的允通能量，是由SCPD的制造商提供。

電源級ATSE短路性能參數選擇的具體措施

按照上述方法一進行短路性能參數選擇，首先需要計算ATSE安裝處的預期短路電流、短路熱效應，并根據計算結果進行動、熱穩定校驗，選擇合适的ATSE産品。

預期短路電流及熱效應的計算

按照圖1接線，當ATSE負荷側的備用 / 應急母線段出現短路故障時，針對不同變壓器容量、短路電流持續時間 t，預期短路電流有效值I、短路電流峰值 ip及短路熱效應I2t的計算結果見表4，其計算條件為：

a. I、 ip按照《工業與民用供配電設計手冊》（第4版）公式4.3 - 1和公式4.3 - 16進行計算；

b. 變壓器高壓側系統短路容量取300 MVA；

c. ATSE安裝位置距變壓器5 m，其中3 m為母線槽，2 m為銅排；

d. ACB的短延時時間（tsd）分别取0.1 s、0.2 s、0.3 s、0.4 s，在計入其固有動作時間0.04 s後，相應的短路電流持續時間（t）分别為0.14 s、0.24 s、0.34 s、0.44 s。

通過表4可以看出，變壓器容量越大，短路電流越大；ACB短延時時間越長，短路熱效應越大，對ATSE的沖擊能量越大。

短路性能參數的選擇

設計師可根據表4中I、 ip、I2t等數據，按照公式（1）、（2）的條件，對ATSE的短路性能參數進行選擇，也可以采用下面相對簡潔的方法進行選擇。

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基于最簡原則的選擇方法

進行ATSE選型最簡單、最直接的方法是：所選ATSE的性能參數Icm、Icw、tcw直接對應于表4中 ip、I、t的數值，并同時滿足Icm ≥ ip、Icw＞ I及tcw ≥ t的要求。這樣的選型方法看似簡單，但是對ATSE産品的短路性能要求很高，能滿足上述條件的産品數量會受到一定限制，特别是當ATSE應用于變壓器容量大、ACB短延時整定為0.4 s的供電系統中時，能滿足要求的高性能産品寥寥無幾。

有沒有一個适用範圍更廣的簡便方法，對ATSE的短路性能參數進行快速選擇呢？筆者通過對目前市面上常用産品的技術參數的研究、整理，提出采用性能參數組合來滿足設計師快速選擇的方法。

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基于性能參數組合（Icw / tcw）的快速選擇方法

筆者将市面上常見的22個PC級ATSE産品作為研究樣本，對其短路性能參數（包括Icm、Icw、tcw）的常用數值進行分析、整理，并按照表4中動、熱穩定性指标（ ip、I2t）對這些參數進行逐一校驗，将其中滿足動、熱穩定要求（即Icm ≥ ip、I2cw×tcw ≥ I2t）的性能參數組合（Icw / tcw）列于表5，供設計師在快速選型時參考。

針對不同變壓器容量、ACB的短延時時間的每一個應用場景，表5推薦了2 ~ 3組最小可用的性能參數組合（Icw / tcw），這些參數來源于不同的研究樣本，當設計師所選ATSE的參數大于等于任一組合的數值時，則該ATSE滿足相應應用場景下的動、熱穩定性要求。經過對研究樣本的數據分析，表中Icw所對應的Icm值已經滿足動穩定（Icm ≥ ip）要求，故未将Icm值單獨列出。

給制造商和設計師的提示

民用建築中電源級ATSE的常用電流等級為400 ~ 2 500 A，從表5的數據來看，如果不考慮産品造價，僅從方便設計選型和提高産品應用範圍的角度出發，最理想的電源級ATSE産品一定是額定電流為400 ~ 2 500 A，且短路性能參數組合（Icw / tcw）達到55 kA / 0.4 s或65 kA / 0.3 s及以上要求的産品，這是電源級ATSE高性能産品的發展思路，目前這樣的産品是鳳毛麟角。

表5的數據顯示，變壓器容量越大，要求ATSE的Icw數值越大，Icw的大小除直接影響産品的熱穩定性能以外，由于與Icm間的比率關系（見本文2.2條），也間接影響到産品的動穩定性能，可以說，Icw是決定ATSE動、熱穩定性能的關鍵指标，從提高ATSE産品應用範圍的角度來看，無論電流等級大小，Icw的數值越大越好。另一方面，電源側ACB的短延時時間越長，短路熱效應I2t越大，就目前的産品現狀來看，滿足要求的産品就越少。這也給設計師一個啟示，在進行配電系統設計時，可以通過适當縮短ACB短延時時間（tsd），來提高ATSE産品的選擇範圍。

表中每一應用場景都有2 ~ 3個可選的參數組合，但這并不意味着産品的選擇範圍很寬，實際上，絕大部分PC級ATSE産品，電流等級越小，性能參數越低，隻有很少一部分産品的小電流等級（如400 ~ 630 A）能滿足較大容量系統的選型要求。

針對ATSE電源側框架式斷路器（ACB）選擇的優化建議

供配電系統的接線見圖1，在供電系統短路容量及變壓器容量已經确定的情況下，ATSE安裝處的短路熱效應（I2t）的大小主要由短路電流持續時間（t）決定，該時間為ACB的短延時時間（tsd）與固有動作時間之和，但主要取決于短延時時間（tsd）。

在實際工程項目中常常會遇到這樣的情況，同一項目采用多個容量等級的變壓器，同一等級變壓器的系統又采用大小不同電流等級的ATSE，這就對同一品牌ATSE産品的适應能力提出了較高的要求。通過前述對電源級ATSE安裝處電路的短路特征和對ATSE産品性能、現狀的分析，将ATSE電源側ACB的短延時時間（tsd）整定為0.1 ~ 0.2 s，在确保系統可靠性的前提下，有利于擴大ATSE産品的選擇範圍，也有利于提高同一品牌的産品在同一項目中的适應能力。為此，提出兩條優化建議：

a. 按照圖1的接線，在不增設任何保護電器的情況下，直接将QA1 ~ QA3的短延時時間整定為0.2 s，如果沒有備自投要求，母聯開關QA1 - 2可直接關斷短延時保護，僅保留長延時保護功能。這樣的做法使得配電系統最為簡潔，同時滿足與上下級保護電器間的選擇性配合要求。

b. 如果按照某些地區的習慣做法，将市電和發電機主進線斷路器QA1 ~ QA3的短延時時間tsd整定為0.4 s，母聯斷路器QA1 - 2的tsd為0.2 s，則可在ATSE的電源側另外增設一台ACB作為ATSE的短路保護電器，并将其短延時時間設定為0.1 s或0.2 s。這樣的做法能滿足與上下級保護電器間的選擇性配合要求，但系統不夠簡潔，在有些設計圖中比較常見。

結語

電源級ATSE是應急電源、備用電源供電系統中的關鍵設備，從供電系統的安全性、可靠性出發，與電源側ACB配合，進行動、熱穩定性校驗，是其短路性能參數選擇的基本思路，配合和選擇的要點歸納如下：

a. 電源級ATSE應首選主要功能為電源轉換的PC級産品；

b. 建議采用本文3.4條所述的方法一，與電源側ACB配合并進行動、熱穩定校驗。推薦設計師采用本文4.2.2條，基于性能參數組合（Icw / tcw）的方法，對ATSE的短路性能參數進行快速選擇；

c. 适當縮短ATSE電源側ACB的短延時時間（tsd）整定為0.1 ~ 0.2 s，可擴大ATSE産品的選擇範圍，提高設計的适應能力。

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