近年來，眾多民用建筑的低壓配電系統(tǒng)，為了提高供電可靠性，大部分采用了雙電源進線，并選用了雙電源自動切換裝置。當兩路電源有一路發(fā)生故障時，可以將有故障的電源用雙路電源切換裝置自動切換到沒有故障的電源上。這種雙電源的切換，無須人工操作，能保證主要用電負荷供電的可靠性、安全性和連續(xù)性。民用建筑設計規(guī)范對建筑內的消防用電負荷有主要由兩路電源供電，并明確說明，在最末一級配電處實行自動切換，也要用切換裝置。
1、各型ATSE工作過程介紹
在國內外市場較理想的雙電源切換開關產品是自動轉換開關電器，英文名稱為“AutomaticTransferSwicthingEquipment”，ATSE是其英文名稱的縮寫。它適用于交流不超過1000V或直流不超過1500V的供電系統(tǒng)，用于兩路電源切換，在轉換過程中向中斷的負荷供電。
ATSE產品中有以下幾個類型：電動機操作的斷路器型、電動機操作的負荷開關型、電磁操作的一體化開關型。國內目前普遍使用的ATSE產品都是機電一體化的產品，是由機械部分和電子部分組成，其中控制器部分是電子部分，執(zhí)行機構是機械部分。當常用電源出現故障時，控制器檢測到電源故障，發(fā)出指令使執(zhí)行機構動作，執(zhí)行機構完成從常用電源切換到備用電源的操作。一臺ATSE產品的可靠性由兩方面決定。即控制器的可靠性和執(zhí)行機構的可靠性，控制器是一個電子產品，目前據廠家資料介紹各種控制器的構成和原理大同小異，其可靠性取決于控制器的設計水平和電子元件的選用，如果控制器電路設計合理。電子元件選用質量優(yōu)質，則控制器就有較高的可靠性。為此，只要以優(yōu)化設計電路，采用高質量的電子元件來保證，可靠性就不用擔心了。ATSE產品的壽命是以執(zhí)行結構所帶負荷動作的最大次數，或者說是電氣壽命來衡量的，所以機械部分的可靠性是整個ATSE產品可靠性的關鍵。根據機械原理和概率輪中的理論：一個機械可靠性和這個機械零件數量成反比，零件數量越少，機構越簡單，出現故障的幾率就會小，可靠性就會高;反之，機構越復雜，零件數量越多，出現故障的幾率就會大，可靠性就會低，根據這一原理，就能決定ATSE動作情況、穩(wěn)定性能、制作加工質量等來衡量可靠性的重要因素。下面根據產品廠家資料介紹各種ATSE的工作過程。
1.1電動機型的ATSE
在ATSE產品中，由各斷路器加電動機操作機構構成的ATSE和負荷開關加電動機操作機構構成的ATSE均是采用電動機作為執(zhí)行機構的動力源，電動機的轉速比較高，電動機通電后產生運動的軌跡是一個轉動方向固定的連續(xù)圓周運動，而在ATSE產品中實現觸電轉換的運動軌跡是一個距離比較短的往復式運動，從這點上來看，電動機所產生的運動并不能直接實現ATSE產品中實現觸點轉換的運動，要增加一套比較復雜的機械機構才能實現開關觸點接通和分斷的動作。其工作過程如下：
控制器檢測到電源出現需要切換的情況時，控制器輸出一個指令使電動機轉動，電動機通電后產生高速圓周運動，首先要通過齒輪減速，再驅動一個機構使斷路器手柄動作，或是驅動負荷開關的刀臂動作，使觸點接通或斷開，動作到位后，形成開關接通，控制器檢測到形成開關的信號后再發(fā)出指令使電動機斷電。在這種ATSE里，電動機還要具有反向轉動的可能性，以便使斷路器手柄或者負荷開關的刀臂復位。所以，控制器不僅要監(jiān)測兩路電源的狀況，還要能控制電動機正轉和反轉，同時要檢測形成開關的狀態(tài)，控制器的電路也會比較負責。由此可見，這類ATSE的機電部件較多，機構比較負雜。
1.2電磁操作的一體化開關型
這種ATSE由一臺控制器加一個一體化電磁操作的開關本體組成，其開關本體有模具專門制造，主觸點類似于斷路器，這種ATSE內部機械動作的動力來自電磁線圈帶電后對銜鐵產生電磁力，銜鐵動作，帶動相應的機構動作，完成相應的動作功能，由于線圈通電后吸引銜鐵所產生的運動軌跡是一種直線型的短距離往復式運動，適合于實現ATSE中主觸點的閉合與分斷，這種ATSE的執(zhí)行機構相對于電動機型的ATSE要簡單一些。
其工作過程是：在開關本體內部有三個線圈，分別是合閘主線圈、導向線圈、分閘線圈。合閘主線圈的作用是使開關產生合閘的動作;導向線圈的作用是為了區(qū)分投常用電源還是備用電源;分閘線圈的作用是使開關產生斷開兩路電源觸點的動作。當控制器檢測到電源出現需要轉換的情況時，控制器首先發(fā)出指令使導向線圈動作或不動作，帶動與導向線圈相關的機構動作，完成區(qū)分是投常用電源還是投備用電源的動作，然后控制器再發(fā)出指令給合閘線圈，使其動作，帶動相應的機構動作，使相應的電源觸點接通。當控制器需要使兩路電源分斷時，控制器發(fā)出指令使分閘線圈通電動作，帶動相應的機構動作，使兩路電源觸點均分斷。這種電磁操作的一體化開關合閘時，需要導向線圈和合閘線圈以及有關的機構協(xié)調配合動作，才能實現投常用電源或者投備用電源的動作;當需要分閘時，需要分閘線圈及其附屬機構的協(xié)調配合，才能完成分閘的動作。
1.3主觸點采用接觸器的ATSE
這種開關是采用兩個獨立的接觸器作為兩路電源主回路的開關元件，通過控制兩個接觸器的吸合與釋放來實現兩路電源之間的切換。接觸器是一種使用歷史很長，制造技術非常成熟的電氣元件，接觸器的主要用途是控制電動機等用電設備的頻繁啟停，接觸器的結構簡單而且有很長的機械壽命。
其工作過程是：在“山”字形的靜鐵芯中間的鐵芯上有一個線圈，靜鐵芯的上方有一塊也是由硅鋼片做的銜鐵，在銜鐵上還固定了一組觸點，接觸器線圈中沒有通電的時候，銜鐵在兩個彈簧的彈力作用下，和靜鐵芯保持一定距離，動觸點不與靜觸，外電路處于分斷狀態(tài)。當靜鐵芯上的線圈通電后，由于電流的效應，靜鐵芯產生的電磁場會對銜鐵產生吸引力，使銜鐵克服彈簧的彈力和靜鐵芯吸合在一起，銜鐵運動的同時，固定在銜鐵上的動觸點也會隨之運動，動觸點與兩個靜觸點接觸，外電路接通。當線圈失電后，靜鐵芯吸引銜鐵的力消失，銜鐵在彈簧力的作用下彈起，動觸點也會隨銜鐵一起運動，于兩個靜觸分離，外電路分斷。這種產品從工作過程來看，接觸器可運動部件很少，僅僅與銜鐵相關的部件，運動部件的行程短，接觸器的機構非常簡單，所以，接觸器發(fā)生機械故障的可能非常小，機械壽命可達500萬次，電氣壽命可達50萬次。此外，由于僅僅通過控制一個線圈通電與否，就可以控制外部電路的接觸點接通與否，就可以控制外部電路的接觸點接通與分斷，不需要行程開關來檢測運動部件所處的位置，控制器的電路也會簡單一些，越簡單的機械就會越可靠。這種基于接觸器的ATSE的機械可靠性是比較高的。從以上概述的歸納ATSE一般由兩部分組成：開關本體+控制器。開關本體用來完成主回路轉換。控制器用來檢測兩路電源工資哦狀況，當被監(jiān)測的常用電源發(fā)生故障(如任一相斷相、欠壓、失壓或頻率出現偏差)時，控制器發(fā)出動作指令，使開關本體自動從常用電源轉換至備用電源。此時，備用電源為可用電源;當常用電源恢復后，ATSE返回到常用電源側。實際上也可互為備用。控制器與開關本體的進線端相連?？刂破饕灿欣^電器式、電子式、數字式和智能通訊型之分。
2、 ATSE作為負載轉換的應用
ATSE開關本體按照規(guī)范氛圍PC級與CB級兩個級別：
PC級：能夠接通、承載，但不用于分斷短路電流的ATSE;CB級：配備過電流的脫扣器的ATSE，它的主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流。
ATSE產品現狀：
(1)短路能力。PC級ATSE只有轉換功能，沒有短路及過載保護功能;CB級ATSE的開關執(zhí)行斷路器本身帶熱磁保護，它的主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流。
(2)應用方面。CB級ATSE前端可以設置隔離電器或隔離開關，不必再設短路保護電器;而PC級ATSE前端需要設計短路保護器，且該短路保護器應與上一級配合的要求。
(3)電源轉換時間。PC級ATSE為100ms～200ms;CB級ATSE為1.5s左右，PC級、CB級ATSE均考慮電弧擊穿問題。他們的電氣壽命、機械壽命、電氣可靠性、接通分斷電流值的考慮指標均大于電動式刀開關。
3、民用建筑電氣設計中ATSE選用
3.1PC級與CB級的選用
《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ16-2008第7.5.4條，采用PC級和CB級有如下要求;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，且ATSE的額定電流不應小于回路計算電流的125%;當采用CB級ATSE為消防用電負荷供電時，應采用僅具有短路保護的斷路器組成的ATSE，其保護選擇性應與上下級保護電器相配合。假如系統(tǒng)要求ATSE有短路、過負荷等保護功能，而PC級就不能滿足負荷過載保護，就得用“PC級+斷路器”的ATSE(見圖1所示)，或直接采用CB級。假如按照圖1接線，具有斷路器所能包含有短路、過載功能，又具備了“轉換和保護”的雙重功能。但是如果消防用電負荷回路發(fā)生了過電流故障，反而有過載功能的CB級ATSE不動作，這是因為控制器檢測到正常電源依然有電壓，達不到ATSE本身的功能。如圖2，由于ATSE的動作輸入信號是取自ATSE的上口，當正常電源側的電壓或頻率都正常時，由于斷路器因過流而脫扣器動作造成用電負荷失電，ATSE并不會動作，ATSE只是作為正常電源故障時轉換到備用電源的。從這個角度來講，用CB級的保護功能在供電系統(tǒng)中的運行是不利的。由此，ATSE的使用可以考慮三點：
(1)設置ATSE的目的，是雙路電源轉換而不是作為線路分斷和線路保護;
(2)因為雙路電源轉換時沖擊電流很大，要具備沖擊電流的能力;
(3)應具備可頻繁操作的特性和控制器浪涌電壓的影響。
圖1圖2
3.2ATSE選三極還是四極
三極與四極的ATSE主要區(qū)別就是是否斷N線(三極是不斷N線)，三極主要用于同種性質電源，一般是指同一電網下不同變壓器或不同線路等。四極主要指不同性質電源，一般是指市電對自備發(fā)電機，市電對變頻電壓，不同電網對不同電網，因為各自的零線上都有不同的零序電壓存在，如零線不斷開將會形成環(huán)流，對電氣設備危害很大。采用三極或四極ATSE要根據四極電器的選擇原則確定。《民用建筑電氣設計規(guī)范》7.5.3條針對三相四線制系統(tǒng)中四極開關的選用，做出一些規(guī)定：
(1)保證電源轉換的功能性開關電氣應作用于所有帶電導體，且不得使這些電源并聯(lián);
(2)TN-C-S、TN-S系統(tǒng)中的電源轉換開關，應采用切斷相導體和中性導體的四極開關;
(3)正常供電電源與備用發(fā)電機之間，其電源轉換開關應采用四極開關;
(4)TT系統(tǒng)的電源進線開關應采用四極開關;
(5)IT系統(tǒng)中當有中性導體時應采用四極開關。
總之，選擇三極還是四極要根據具體情況，按系統(tǒng)要求確定。
3.3 ATSE工作位的選擇
3.3.1兩個工作位選擇
ATSE開關主觸頭僅有兩個工作位，即“常用電源位”與“備用電源位”，用電負荷不會出現長時間斷電情況，ATSE轉換開關過程中一次動作到位，供電可靠性高、轉換動作時間快。
3.3.2三個工作位選擇
