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简介： 您工厂的公用设施停电会导致生产成本下降，并且每关灯一分钟都有设备损坏的风险。发电机系统的自动转换开关将转换时间从几分钟缩短到几秒钟。本指南解释了发电机 ATS 的工作原理、安装前要检查的内容以及 ATS 面板出现故障的原因。
自动转换开关（或 ATS 开关）可检测主电网电压或频率何时低于可接受的限值。然后它会自动启动备用发电机。一旦发电机达到稳定的电压和频率，ATS 就会将您的设施连接到发电机电源。当市电恢复并在预设延迟时间内保持稳定时，开关会将负载转移回市电。发电机在冷却周期后关闭。
如果没有 ATS 自动转换开关，您的员工必须亲自步行到发电机房，手动启动发动机，然后启动手动转换开关。在工厂或矿山加工厂中，此手动序列很容易需要 5 到 15 分钟。如果晚上或换班期间没有人在现场，停机时间就会无限期延长。
用于备用发电机的自动转换开关可将这种转换时间缩短至 3 至 15 秒，具体取决于发电机启动时间和控制器中编程的延迟设置。这个速度很重要，因为即使是 2 分钟的停电也会导致生产线堵塞、水泵气蚀或需要数小时才能重置的 HVAC 系统锁定。
自动传输操作遵循固定顺序，由 ATS 面板内基于微处理器的逻辑控制器控制。了解此顺序有助于您解决问题并验证您的安装承包商是否已正确配置交换机。
第 1 步：公用事业监控。 电压传感继电器或数字控制器对输入市电的所有三相进行连续采样。它检查欠压（通常低于标称值的 80%）、过压（高于 110% 至 120%）、缺相和相序反转。如果任何参数超过阈值并超过可配置的时间延迟，控制器将宣布市电故障。
步骤2：发动机启动信号。 控制器向发电机的自动启动电路发送干触点闭合信号。这通常是两线启动信号。发电机转动、启动并升至额定速度。
步骤 3：发电机监控。 ATS 控制器现在监控发电机输出。它会等到发电机电压和频率稳定在可接受的限度内，通常是标称值的 90% 到 110%。在允许负载转移之前，标准的预热延迟为 3 至 10 秒。
步骤4：负载转移。 ATS 转换开关以机械方式断开与市电的连接并建立与发电机电源的连接。在开放式转换交换机中，您的设备会在短时间内与两个信号源断开连接，通常为 50 到 150 毫秒。
第5步：公用事业返还和重新转移。 当市电恢复并稳定一段可配置的时间（通常为 5 到 30 分钟）以避免在不稳定的电网上跳动时，ATS 会将负载切换回市电。发电机空载运行一段时间冷却，然后关闭。
该序列从开始到结束都是自动的。您的设施操作员不需要接触任何东西，这就是为什么电网连接不可靠的非洲工厂可以通过安装发电机 ATS 获得最快的投资回报。
当您打开正确构建的 ATS 面板的门时，您应该看到组织良好的组件。每个组件都有特定的工作。如果其中任何一个发生故障，整个自动传输功能就会中断。
主开关装置。 ATS 的核心是切换机制本身。对于 63A 至 800A 的额定值，这通常是一对电动断路器或专用转换开关机构。 800A 以上，空气断路器或电动塑壳开关是标准配置。 Giantele ATS 面板使用具有机械联锁功能的 ABB 或施耐德电动断路器，即使电气联锁失效，也能防止两个电源同时连接。
微处理器控制器。 这是发电机 ATS 的大脑。它从两个源读取电压和频率，执行传输逻辑，并向发电机发送启动/停止命令。工业 ATS 面板中常见的控制器品牌包括 Deep Sea Electronics (DSE)、ComAp 和 SmartGen。这些控制器管理从市电故障检测到发电机冷却的完整传输序列。控制器还记录传输计数、中断持续时间和故障情况等事件。
电压传感和保护继电器。 这些提供原始测量数据。对于三相系统，您需要对所有三相以及中性线进行感应。缺相继电器和相序继电器增加了针对单相和错误旋转的保护。
控制电源。 ATS 控制器和电机操作器需要稳定的控制电压，通常为 24V DC 或 230V AC。这由控制变压器或直流电源供电。它由公用电源和发电机供电，因此无论哪个电源处于活动状态，ATS 都会保持供电。
接线端子和接线。 ATS 面板与发电机、火灾报警系统和 BMS/SCADA 接口之间的每个控制信号都终止于带有清晰标签的端子块上。端子工作不良、螺钉松动或控制接线尺寸过小是 ATS 调试问题的主要原因。
并非所有自动转换开关的工作方式都相同。切换机制类型决定了您的设施如何经历转换，为您的应用程序选择错误的类型会导致操作麻烦。
开放式转换（先断后通）。 这是最常见、最经济的类型。开关在连接到发电机之前断开与市电的连接，从而产生 50 至 150 毫秒的短暂死总线。对于大多数工厂来说，这种短暂的中断是可以接受的。电机继续通过惯性惯性滑行，而带有 UPS 备用电源的控制系统则可以克服间隙。开放式过渡 ATS 面板是一般工业负载的默认选择。
闭合过渡（先合后断）。 在传输过程中，开关会暂时将发电机和公用设施并联长达 100 毫秒，因此您的设施永远不会出现停顿的总线。这需要两个来源之间的同步并获得当地公用事业公司的批准。封闭式过渡对于数据中心、医院和玻璃制造至关重要。在这些行业中，即使是半秒的中断也会导致产品损失或安全隐患。
延迟过渡。 在从一个电源断开连接到另一个电源连接之间，开关暂停在中间关闭位置。该延迟通常为 1 至 30 秒，为大型电机负载提供了残余电压衰减的时间。它可以防止异相重连损坏。如果您的设施拥有大于 50 马力且无法承受快速重新连接的电机，则您需要此功能。
旁路隔离。 这种类型在自动转换机构旁边添加了手动旁路开关。如果自动部分发生故障或需要维护，您可以手动绕过它，而无需中断设施的电源。旁路隔离 ATS 面板的成本比标准开放式过渡单元高 40% 至 80%。但它们是医院和关键基础设施的标准配置。在这些设置中，ATS 本身不会成为单点故障。
对于大多数非洲工业设施来说，开放式转型是切实可行的选择。它以最低的成本覆盖了80%的应用。如果您的工厂有大型电机，请添加延迟过渡。仅当您的流程确实无法容忍任何中断时，才应投资封闭式过渡或旁路隔离。
自动转换开关的尺寸与断路器的尺寸不同。 ATS 必须连续承载您的全部设施负载，在上游保护所需的时间内承受故障电流，并处理电机浪涌而不会出现误跳闸。
额定电流。 ATS 连续电流额定值必须等于或超过设施的最大需求电流，而不仅仅是发电机额定值。如果您的设施峰值负载为 400A，但发电机为 500A，则 ATS 的规格至少为 400A。一个常见的错误是将 ATS 与发电机尺寸相匹配，而忽略实际连接的负载。对于环境温度高于 35°C 的非洲设施，请根据制造商的温度校正表将 ATS 电流额定值降低 5% 至 10%。
额定电压。 标准工业 ATS 面板适用于 400V/415V 三相、50Hz，符合乌干达、肯尼亚和安哥拉的电网标准。订购前请与当地公用事业公司确认。 60Hz 设备无法在 50Hz 电网上正常工作，反之亦然。
短路承受能力。 ATS 必须在下游故障中存活足够长的时间，以便上游保护能够清除故障。如果您的设施配电盘 ATS 端子处的预期短路电流为 50kA，则 ATS 在上游断路器跳闸时间内必须具有至少 50kA 的短路耐受额定值。 IEC 61439-1 要求组件经过型式测试并具有经过验证的短路耐受能力。
极数。 大多数工业 ATS 面板都是 4 极，带开关中性线。仅当您的接地系统设计明确允许时，才可以使用带有实心中性线的 3 极 ATS。切换中性极可防止公用设施和发电机中性点接地连接之间出现循环接地电流。
控制电压。 指定发电机启动信号是 12V DC、24V DC 还是干触点闭合。 ATS 和发电机之间的控制电压不匹配是一个令人头痛的调试问题，会在现场浪费数小时的时间。
安装 ATS 不仅仅是在墙上安装面板并连接电缆。这六项检查可防止调试后的回调和失败。
1. 安装位置。 ATS 面板需要清洁、干燥、通风的空间，工作温度通常为 0°C 至 40°C。将其安装在室内，除非外壳特别适合室外使用，达到 IP65 等级。在灰尘和潮湿的非洲工厂环境中，IP54 最低室内防护等级可保护控制器电子设备免受污染。面板门前至少留出 800mm 的间隙，以便维护检修。
2. 电缆尺寸和端接。 电源电缆的尺寸应满足 ATS 的全部额定电流，加上非洲环境温度降额的 25% 余量。使用带有适当压缩工具的压接接线片，而不是锤击接线片。按照制造商的规格对每个电源连接施加扭矩，并在相邻母线或端子上标记每个扭矩值。电源连接松动会在负载下发热，是 ATS 端子烧毁的首要原因。
3、发电机启动信号接线。 ATS 和发电机之间的两线启动连接必须是专用控制电缆，而不是电源电缆束的一部分。与电源线保持至少 300mm 的距离，以防止感应耦合导致误启动信号。在电噪声环境中使用屏蔽电缆。
4、接地。 ATS 外壳必须连接到设施接地系统。使用符合当地规范尺寸的专用接地导体。它通常不小于相导体横截面的一半。公用设施和发电机的接地连接必须参考相同的接地电极系统。浮动或单独的发电机接地是一个严重的安全隐患。
5. 相位旋转检查。 通电之前，请验证 ATS 线路端子处的市电和发电机相位旋转是否匹配。相序不匹配会导致设施中的每个三相电机在转换后反向运行。这是一种常见且容易避免的调试错误。使用相位旋转计，而不是假设。
6.负载下的功能测试。 安装后，通过打开上游市电断路器来模拟市电故障。验证 ATS 启动发电机、转移负载并在实际设施负载下运行至少 15 分钟。确认其在市电恢复时重新传输，并在冷却后关闭发电机。记录传输时间并验证其是否符合编程设置。使用模拟缺相和欠压条件再次进行测试。
非洲工业设施中的苯丙胺类兴奋剂故障遵循可预测的模式。了解它们可以让您在问题导致您的运营中断之前预防问题。
电压尖峰导致控制器故障。 开关事件和雷击期间的电网电压尖峰可能会损坏 ATS 微处理器控制器。在 ATS 面板的市电和发电机供电侧安装电涌保护装置。输入市电电源上额定电流为 40kA 或更高的 2 型 SPD 可保护控制器。瞬态过电压在非洲架空配电线路电网中很常见。
接触器或断路器机构磨损。 由于电网不稳定，ATS 每月切换 20 次，其切换机构每年磨损 240 次。标准电动断路器的额定机械操作次数为 5,000 至 10,000 次，按此速度可使用 20 至 40 年。但如果您的电网每天都跳闸，则使用寿命会降至 14 年以下。安排对主触点的点蚀、变色和接触电阻进行年度检查。当电阻超过制造商的限制（对于螺栓连接来说通常为 50 微欧）时，请更换触点。
控制线路故障。 随着时间的推移，振动、热量和啮齿动物会损坏控制线路。热循环导致的端子螺丝松动会导致间歇性运行，由于问题时有时无，因此很难诊断。年度维护期间，对每个控制端子进行扭矩检查。更换任何出现绝缘层破裂或变色的电线。
发电机启动电池耗尽。 发电机电池充电器是 ATS 系统的一部分，尽管它位于发电机处。如果电池充电器出现故障并且没有人注意到，则当 ATS 发出启动信号时，发电机将不会启动。当实际故障是发电机电池没电时，这是 ATS 出现故障的最常见原因。安装一个电池电压监视器，其报警触点连接到您设施的 BMS 或 SCADA 系统。
灰尘和昆虫进入。 在非洲工厂环境中，灰尘在 ATS 外壳内积聚的速度比清洁环境中的速度要快。控制器电路板上的灰尘会积聚水分并导致 PCB 走线出现漏痕。昆虫在温暖的外壳中筑巢会导致裸露端子短路。安装在采矿或农业加工设施中的 ATS 面板的维护计划应包括每 6 个月而不是每年进行一次内部清洁。
ATS 和手动转换开关有什么区别？
ATS 检测电源故障并自动切换，无需人工干预。手动转换开关需要有人亲自操作手柄。对于停机成本超过每小时 500 美元的设施，ATS 和手动开关之间的价格差异将在第一次避免的停机中得到补偿。
我可以将自动转换开关与便携式发电机一起使用吗？
可以，但前提是便携式发电机具有两线自动启动功能。大多数 10 kVA 以下的小型便携式发电机都缺乏此功能。对于具有电启动和自动启动控制器的便携式发电机，您可以连接额定为发电机输出的紧凑型 ATS。 Giantele 生产 63A 以上的小型 ATS 面板，可与固定式工业发电机和带有远程启动终端的便携式装置配合使用。
ATS 开关需要多长时间才能传输电力？
从市电故障到发电机供电的总时间是发电机启动时间加上 ATS 转换时间。发电机通常会在 3 到 10 秒内启动。对于开放式转换开关，ATS 传输本身需要 50 到 150 毫秒。对于正确维护的系统来说，总中断时间大约为 5 到 15 秒。
如果市电和发电机电源同时可用会发生什么？
ATS 控制器可防止这种情况发生。机械和电气联锁确保开关不能同时连接到两个电源。闭合转换 ATS 可以在传输过程中暂时并行两个源，但这需要同步，并且通常持续不到 100 毫秒。
我应该多久测试一次自动转换开关？
对于关键设施每月进行一次负载测试，对于一般工业应用则每季度进行一次负载测试。每次测试应包括完整的传输序列，其中设施使用发电机电源运行至少 30 分钟。记录传输时间、电压读数和任何警报。仅运行发电机而不实际转移负载的每月测试并不能验证 ATS 切换机制。
自动转换开关适用哪些标准？
IEC 60947-6-1 涵盖低压应用的转换开关设备。 IEC 61439-1 管理整个 ATS 组件，包括外壳、母线和内部接线。对于受北美影响的市场的设施，UL 1008 和 NFPA 110 也适用于应急和备用电源系统。您的设施保险公司和当地电力部门可能需要带有验证证书的型式测试组件。 Giantele ATS面板具有IEC 61439型式测试认证和ISO 9001制造质量认证。
如何为计划未来扩展的发电机确定 ATS 的尺寸？
根据您预计的最大需求而不是当前负载调整 ATS 的大小。额定电流为 630A、电流负载为 400A 的 ATS 留有 57% 的余量。这会稍微增加前期成本，但可以避免在您的工厂增加生产线时更换整个 ATS 面板。初次购买时扩大 ATS 的增量成本远低于更换成本加上改造期间的停机时间。
一台ATS可以控制两台发电机吗？
是的，使用双发电机控制器或外部 PLC 管理逻辑。 ATS 面板需要额外的输入来获取第二台发电机的电压和状态信号。对于具有两台不同尺寸发电机的设施，可以对控制器进行编程，以在轻负载时启动较小的发电机，并在需求超过阈值时启动较大的发电机。这需要定制工程，并且不是标准的现成配置。
自动转换开关可保护您的设施在 15 至 25 年内免受停电损失。如果尺寸、安装和维护正确，它可以无故障运行数十年。请参阅我们的 ATS 面板产品页面 或 索取 与您的站点相匹配的技术提案的报价。
