為工廠設施選擇合適的轉換開關時,工程師需要考慮諸多因素,如系統安裝、運行模式和切換機構等,以避免斷電時停機事件的發生。
許多商業和工業設施需要連續運行,即使在斷電時也要保持業務的連續性。因此,這些設備需要依靠配電設施,如轉換開關,將電力供應安全的在正常和應急電源之間切換。
然而,并非所有的轉換開關都是相同的。在系統設計中,可用的選項和配置模式紛繁復雜,數量之多令工程師們望而生畏。正因為如此,工程師們需要了解相關的可用配置,才能知道哪些轉換開關技術才是最合適應用需求的。
系統常見的安裝類型
工程師首先需要了解系統安裝類型,以選擇最適合的轉換開關。美國國家電氣法規 (NEC)定義了四種類型的轉換開關:應急系統、法律要求的系統、關鍵運行電源系統和可選的備用系統。
應急系統
在火災和類似的災難中,系統所用的應急系統供電、自動配電和控制系統對生命安全至關重要。它們包括火災探測器、警報、應急燈、電梯、公共安全通信系統和通風系統。常見的應用場合包括酒店、劇院、競技場和醫院等。它們由政府機構管理,必須在10秒內完成從正常電源到應急電源的平穩切換。
法律規定的系統
和應急系統一樣,法律要求的系統由政府管理,但它們旨在自動為一系列受管制但不是應急系統的系統供電。這些系統提供的功能包括關鍵加熱、制冷、通信、通風和照明,如果電力供應不穩定,可能會導致危險或干擾救援、消防任務。正常電源和此類電源之間的電力切換必須在60秒內完成。
關鍵運營電源系統
當正常電源故障時,這些系統在指定的控制區供應、分配和控制電力。包括暖通空調、火警、保安、通訊、信號及其它當局(有時是政府機構)認為對國家安全、經濟或公共衛生和安全有重要意義的服務。
可選的備用系統
在電力故障時,運行備用系統不需要自動運行。它們為對健康或生命安全沒有直接影響的負載提供電力。這些系統包括最常見的商業建筑、農場和住宅。
了解轉換類型
轉換開關在正常和應急電源之間轉換負載,有兩種基本的方式:打開或關閉。在選擇合適類型的切換方式時,給定負載所執行的特定功能,以及這些功能對于安全性或安保智能的重要性,在確定需要哪種類型的轉換中起著重要的作用。
開路切換
開路切換,是一種“在切換前斷開”的切換方式,這意味著轉換開關在連接到另一個電源之前斷開其與電源的連接。在斷、開之間這段時間,正常電源和應急電源都無法為下游負荷供電。有兩種開式過渡:開式延遲切換和開式同相切換。
延遲切換
在開式延遲切換中,轉換開關在斷開當前的電源和連接到其它電源之間有一個停頓。延遲時間,通常為預先設定的時長,或者負荷電壓下降到低于預先設定的電壓值所需的時間。
同相切換
在開式同相切換中,自動控制器使用內置的智能算法,在正常和應急電源的相位、電壓和頻率同相時,進行切換。如果在該時間跨度內不能實現相位同步,有些轉換開關有能力自動轉換為默認的故障安全延遲切換。
并聯切換
并聯切換是一種“先連接后斷開”的切換,這就意味著轉換開關是在斷開與原動力源之前連接到新電源上。由于在斷開、閉合之間保持連接,這樣在整個切換過程中就可以持續為下游負荷提供電力。
通常情況下,配置為并聯切換的轉換開關,一旦相位、電壓和頻率同步后,就會自動完成電源的切換。兩個電源同時連接或“并聯”的時間,通常不超過100毫秒,以符合本地電網互連的要求。
轉換開關可以配置為多種方式,以滿足不同的應用需求。
切換機構的類型
開關機構是轉換開關的一部分,它實際負責攜帶額定電流并將負載從一個電源切換到另一個電源。低壓開關技術分為接觸器型和斷路器型兩種。斷路器切換機構可進一步分為兩種子類型:塑殼斷路器和電源箱。
接觸器類型的切換機構
接觸器類型的切換機構是最常見且最經濟實惠的。接觸器通常為雙擲開關,在該雙擲開關中,運行人員打開一組觸點,就會閉合第二組觸點。在開式切換設計中,通常采用機械聯鎖來防止兩個觸點同時閉合。在并聯切換設計中,并沒有機械連鎖機構。接觸器切換機構的設計,支持三種切換類型:開式延遲,開式同相和并聯。切換機構不包括過電流保護,因此,電源接觸無法自我保護。
塑殼切換機構
塑殼切換機構,通常用于在正常和非正常情況下閉合和中斷電路。它們支持在中心開關或電機上完成機械操作。轉換開關配置時,一對塑殼開關通過聯鎖的機械機構操作,該機械連接可以手動或自動驅動。由于不需要額外的上游保護設備,因此該機構提供了一種緊湊、經濟高效和入門級的解決方案。
配電箱機構
配電箱機構比塑殼機構更大、更快、更強大。它們使用的兩步儲能技術可以通過機械和電動操作,某些型號的還具有過電流保護功能,這與一般的塑殼設計類似。高分斷能力,使配電箱非常適合于那些容易受高故障電流影響的應用。
操作模式
動力切換涉及兩個過程:啟動和操作。啟動是開始切換,而操作則是完成切換。大多數轉換開關可以支持多種操作模式,主要通過添加可配置選項來完成操作模式的選擇。
手動模式
在手動操作中,啟動和操作由手動完成,通常按下按鈕或移動手柄,從而使操作者最大限度地控制切換。手動操作的優點是,無論是塑殼還是電源箱的設計,如果自動控制器受到損壞或無法操作,可以在負載工況下以故障安全形式完成切換。
非自動模式
在非自動模式下,操作者通過按下按鈕或旋轉開關來手動啟動切換,內部機電設備以電動方式操作開關機構。該設備的切換要比手動模式更快。
自動模式
自動模式包括完全管理啟動和操作的轉換開關控制器,與手動和非自動模式相比,可以減少延遲時間。當自動控制器感知電源不可用或斷電時,就觸發啟動,操作通常由電磁或電動機執行器完成。盡管模式可以在最短的時間內完成切換,并且不依賴于人工操作人員,但自動轉換開關的成本往往高于單純的手動或非自動模式。
旁路隔離模式
旁路隔離模式,允許用戶在不損害可用性的情況下,安全地完成切換工作。傳統的轉換開關只有一個切換機構,但旁路隔離轉換開關包括為關鍵應用提供的冗余雙開關機構。主開關機構在日常情況下為負載分配電力,而次交換機構則提供了備用功能。在修理或維修過程中,技術人員可以旁路電源的主切換機構,而次切換機構則確保關鍵負載重主電源無中斷。
選擇合適的配置
轉換開關支持多種操作模式和切換類型,并具有多種不同的切換機構。了解配置,選擇合適的開關控制,控制工程師就可以保證設備在斷電事故發生的情況下仍能運行,從而幫助企業獲益。
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