电工必备常识 | 自动转换开关：选择哪种配置最好？
为工厂设施选择合适的转换开关时，工程师需要考虑诸多因素，如系统安装、运行模式和切换机构等，以避免断电时停机事件的发生。
许多商业和工业设施需要连续运行，即使在断电时也要保持业务的连续性。因此，这些设备需要依靠配电设施，如转换开关，将电力供应安全的在正常和应急电源之间切换。
然而，并非所有的转换开关都是相同的。在系统设计中，可用的选项和配置模式纷繁复杂，数量之多令工程师们望而生畏。正因为如此，工程师们需要了解相关的可用配置，才能知道哪些转换开关技术才是最合适应用需求的。
系统常见的安装类型
工程师首先需要了解系统安装类型，以选择最适合的转换开关。美国国家电气法规 (NEC)定义了四种类型的转换开关：应急系统、法律要求的系统、关键运行电源系统和可选的备用系统。
在火灾和类似的灾难中，系统所用的应急系统供电、自动配电和控制系统对生命安全至关重要。它们包括火灾探测器、警报、应急灯、电梯、公共安全通信系统和通风系统。常见的应用场合包括酒店、剧院、竞技场和医院等。它们由政府机构管理，必须在10秒内完成从正常电源到应急电源的平稳切换。
和应急系统一样，法律要求的系统由政府管理，但它们旨在自动为一系列受管制但不是应急系统的系统供电。这些系统提供的功能包括关键加热、制冷、通信、通风和照明，如果电力供应不稳定，可能会导致危险或干扰救援、消防任务。正常电源和此类电源之间的电力切换必须在60秒内完成。
当正常电源故障时，这些系统在指定的控制区供应、分配和控制电力。包括暖通空调、火警、保安、通讯、信号及其它当局(有时是政府机构)认为对国家安全、经济或公共卫生和安全有重要意义的服务。
在电力故障时，运行备用系统不需要自动运行。它们为对健康或生命安全没有直接影响的负载提供电力。这些系统包括最常见的商业建筑、农场和住宅。
了解转换类型
转换开关在正常和应急电源之间转换负载，有两种基本的方式：打开或关闭。在选择合适类型的切换方式时，给定负载所执行的特定功能，以及这些功能对于安全性或安保智能的重要性，在确定需要哪种类型的转换中起着重要的作用。
开式切换，是一种“在切换前断开”的切换方式，这意味着转换开关在连接到另一个电源之前断开其与电源的连接。在断、开之间这段时间，正常电源和应急电源都无法为下游负荷供电。有两种开式过渡：开式延迟切换和开式同相切换。
在开式延迟切换中，转换开关在断开当前的电源和连接到其它电源之间有一个停顿。延迟时间，通常为预先设定的时长，或者负荷电压下降到低于预先设定的电压值所需的时间。
在开式同相切换中，自动控制器使用内置的智能算法，在正常和应急电源的相位、电压和频率同相时，进行切换。如果在该时间跨度内不能实现相位同步，有些转换开关有能力自动转换为默认的故障安全延迟切换。
并联切换是一种“先连接后断开”的切换，这就意味着转换开关是在断开与原动力源之前连接到新电源上。由于在断开、闭合之间保持连接，这样在整个切换过程中就可以持续为下游负荷提供电力。
通常情况下，配置为并联切换的转换开关，一旦相位、电压和频率同步后，就会自动完成电源的切换。两个电源同时连接或“并联”的时间，通常不超过100毫秒，以符合本地电网互连的要求。
转换开关可以配置为多种方式，以满足不同的应用需求。图片来源：Eaton
切换机构的类型
开关机构是转换开关的一部分，它实际负责携带额定电流并将负载从一个电源切换到另一个电源。低压开关技术分为接触器型和断路器型两种。断路器切换机构可进一步分为两种子类型：塑壳断路器和电源箱。
接触器类型的切换机构是最常见且最经济实惠的。接触器通常为双掷开关,在该双掷开关中,运行人员打开一组触点，就会闭合第二组触点。在开式切换设计中，通常采用机械联锁来防止两个触点同时闭合。在并联切换设计中，并没有机械连锁机构。接触器切换机构的设计，支持三种切换类型：开式延迟，开式同相和并联。切换机构不包括过电流保护，因此，电源接触无法自我保护。
塑壳切换机构，通常用于在正常和非正常情况下闭合和中断电路。它们支持在中心开关或电机上完成机械操作。转换开关配置时，一对塑壳开关通过联锁的机械机构操作，该机械连接可以手动或自动驱动。由于不需要额外的上游保护设备，因此该机构提供了一种紧凑、经济高效和入门级的解决方案。
配电箱机构比塑壳机构更大、更快、更强大。它们使用的两步储能技术可以通过机械和电动操作，某些型号的还具有过电流保护功能，这与一般的塑壳设计类似。高分断能力，使配电箱非常适合于那些容易受高故障电流影响的应用。
操作模式
动力切换涉及两个过程：启动和操作。启动是开始切换，而操作则是完成切换。大多数转换开关可以支持多种操作模式，主要通过添加可配置选项来完成操作模式的选择。
在手动操作中，启动和操作由手动完成，通常按下按钮或移动手柄，从而使操作者最大限度地控制切换。手动操作的优点是，无论是塑壳还是电源箱的设计，如果自动控制器受到损坏或无法操作，可以在负载工况下以故障安全形式完成切换。
在非自动模式下，操作者通过按下按钮或旋转开关来手动启动切换，内部机电设备以电动方式操作开关机构。该设备的切换要比手动模式更快。
自动模式包括完全管理启动和操作的转换开关控制器，与手动和非自动模式相比，可以减少延迟时间。当自动控制器感知电源不可用或断电时，就触发启动，操作通常由电磁或电动机执行器完成。尽管模式可以在最短的时间内完成切换，并且不依赖于人工操作人员，但自动转换开关的成本往往高于单纯的手动或非自动模式。
旁路隔离模式，允许用户在不损害可用性的情况下，安全地完成切换工作。传统的转换开关只有一个切换机构，但旁路隔离转换开关包括为关键应用提供的冗余双开关机构。主开关机构在日常情况下为负载分配电力，而次交换机构则提供了备用功能。在修理或维修过程中，技术人员可以旁路电源的主切换机构，而次切换机构则确保关键负载重主电源无中断。
选择合适的配置
转换开关支持多种操作模式和切换类型，并具有多种不同的切换机构。了解配置，选择合适的开关控制，控制工程师就可以保证设备在断电事故发生的情况下仍能运行，从而帮助企业获益。
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China）2018年1-2月刊《技术文章》栏目，原标题为：转换开关：选择哪种配置最好？
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