圖1 采用3極ATS市電和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換電路(發(fā)電機(jī)中性線通過市電進(jìn)線柜接地)

圖2 具有多個(gè)3極轉(zhuǎn)換開關(guān)的轉(zhuǎn)換電路(市電供電時(shí)中線電流的分流的情況)

(2)發(fā)電機(jī)組中性線在發(fā)電機(jī)處接地的轉(zhuǎn)換電路

圖3示出采用3 極ATS，而發(fā)電機(jī)中性線在發(fā)電機(jī)處單獨(dú)接地的轉(zhuǎn)換電路。由發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)引出的中性線與市電的中性點(diǎn)連接，發(fā)電機(jī)組的機(jī)座與中性點(diǎn)連接并在發(fā)電機(jī)處接地。在這種轉(zhuǎn)換電路中，由于市電電源系統(tǒng)中性線在市電進(jìn)線柜和發(fā)電機(jī)兩處接地，會(huì)引起中性線電流和接地故障電流的分流，影響接地故障保護(hù)裝置的正常工作。

圖3 采用3極ATS 的市電和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換電路(發(fā)電機(jī)中性線在發(fā)電機(jī)處獨(dú)立接地)

圖4示出在市電供電的情況下，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流IGF分流的情況。IGF有一部分通過自故障點(diǎn)至發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的PE線、發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)和公共的中性線N返回市電中性點(diǎn)，因而沒有被GFP檢測(cè)到。這可能造成有接地故障時(shí)接地故障保護(hù)裝置拒動(dòng)。

圖5 示出這種轉(zhuǎn)換電路的另一個(gè)問題：中性線電流IN被分流。如圖所示，IN有一部分經(jīng)公共中性線、發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)和發(fā)電機(jī)組的接地線返回市電電源。這將可能出現(xiàn)GFP檢測(cè)器的對(duì)故障電流的誤檢測(cè)，造成在無接地故障時(shí)接地保護(hù)裝置誤動(dòng)。

圖4 采用3極ATS(發(fā)電機(jī)中性線獨(dú)立接地)接地故障電流分流的情況

圖5 采用3極ATS(發(fā)電機(jī)中性線獨(dú)立接地)中性線電流分流的情況

3.2 采用4極ATS的轉(zhuǎn)換電路

如前所述，傳統(tǒng)的市電/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換電路采用3極ATS，是不轉(zhuǎn)換中性線的轉(zhuǎn)換電路，無論發(fā)電機(jī)的中性線在何處接地，市電和發(fā)電機(jī)的中性線都是固定連接的。因而出現(xiàn)了接地故障電流和中線電流的分流現(xiàn)象，導(dǎo)致接地故障電流的檢測(cè)錯(cuò)誤。顯而易見，為了避免上述種種問題，應(yīng)該進(jìn)行中性線的轉(zhuǎn)換，使市電和發(fā)電機(jī)組完全隔離。轉(zhuǎn)換中性線的市電和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換電路采用4極ATS。JGJ/T16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：正常供電電源與備用發(fā)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)采用4極開關(guān);帶接地故障保護(hù)的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)采用4極開關(guān)。

4極ATS有中性線斷開的轉(zhuǎn)換開關(guān)和中性線觸頭重疊轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換開關(guān)兩種。

(1) 采用中性線斷開的4極ATS的轉(zhuǎn)換電路

在圖6的電路中采用4極ATS，除了轉(zhuǎn)換三個(gè)相線外，還利用第四個(gè)極轉(zhuǎn)換中性線。實(shí)現(xiàn)了市電和發(fā)電機(jī)的完全隔離。發(fā)電機(jī)的中性線和機(jī)座在發(fā)電機(jī)處獨(dú)立接地，與市電中性線沒有連接。因此，發(fā)電機(jī)是“獨(dú)立系統(tǒng)”。這個(gè)電路消除了由于中性線多點(diǎn)接地而引起的接地故障檢測(cè)錯(cuò)誤和斷路器的異常跳閘(圖4，圖5)。此外，在發(fā)電機(jī)輸出也可以進(jìn)行接地故障檢測(cè)和告警。

中性線斷開的4極ATS采用“先斷后合”的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過程中，兩個(gè)電源接地的中線沒有連接到一起，不會(huì)引起接地故障檢測(cè)的錯(cuò)誤。中性線轉(zhuǎn)換極與相線轉(zhuǎn)換極同時(shí)動(dòng)作，以防止在感性負(fù)載的存在的情況下，如果中性線極先于相線極斷開，在中性線上產(chǎn)生瞬變高壓和電弧、觸頭腐蝕的現(xiàn)象。

有的4 極ATS設(shè)計(jì)為中性線相對(duì)于相線，最后斷開，最先閉合;即所謂中性線較相線“先合后分”，以減少轉(zhuǎn)換中性線時(shí)產(chǎn)生電壓瞬變的可能性。這種轉(zhuǎn)換開關(guān)的中性線極的結(jié)構(gòu)與相線極的結(jié)構(gòu)相同，即中性線觸頭與相線觸頭具有相同的電流容量。然而這種轉(zhuǎn)換電路在轉(zhuǎn)換過程仍有中性線瞬時(shí)斷開現(xiàn)象。

圖6 采用4極ATS的轉(zhuǎn)換電路(中性線先斷后合)

(2) 采用中性線觸頭重疊的4極ATS的轉(zhuǎn)換電路

隔離市電和發(fā)電機(jī)電源的另一個(gè)辦法，是采用帶重疊中性線觸頭的4極ATS。這種轉(zhuǎn)換開關(guān)在轉(zhuǎn)換過程中，市電和發(fā)電機(jī)的中性線是重疊接在電路中的，即以“先合后斷”的方式進(jìn)行中性線轉(zhuǎn)換。或稱為“中性線重疊轉(zhuǎn)換”。如圖7示，當(dāng)從市電向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換時(shí)，首先接上發(fā)電機(jī)的中性線，然后轉(zhuǎn)換3個(gè)相線，再斷開市電的中性線，最后，ATS的4極開關(guān)與發(fā)電機(jī)電源連接。反之亦然，即轉(zhuǎn)換過程中負(fù)載的中性線同時(shí)與市電和發(fā)電機(jī)的中性線連接，轉(zhuǎn)換后只與市電或發(fā)電機(jī)一個(gè)電源的中性線連接，實(shí)現(xiàn)了市電和發(fā)電機(jī)的中性線完全隔離。這個(gè)電路，由于在轉(zhuǎn)換過程中中性線始終沒有斷開，故不會(huì)產(chǎn)生異常的轉(zhuǎn)換瞬變電壓和電弧，因而中性線的觸頭不會(huì)因電弧而腐蝕。這個(gè)好處在有較大感性負(fù)載時(shí)特別明顯。這種ATS的中性線觸頭開距較小，觸頭壓力不高，不配備滅弧室，中性線觸頭材料與相線觸頭的材料也不盡相同。重疊中性線觸頭容量一般可以比相線轉(zhuǎn)換極小些，故比較經(jīng)濟(jì)。因此，這種轉(zhuǎn)換開關(guān)有時(shí)也稱為具有重疊中性線觸頭的3極ATS。

圖7轉(zhuǎn)換電路的缺點(diǎn)，是在轉(zhuǎn)換過程中兩個(gè)電源的中性線有一段時(shí)間連接在一起，在此期間整個(gè)轉(zhuǎn)換電路相當(dāng)于采用3極ATS的轉(zhuǎn)換電路(圖3)，中性線電流的分流現(xiàn)象有可能造成接地故障電流檢測(cè)錯(cuò)誤和斷路器異常跳閘(圖4，圖5)。為此，可適當(dāng)調(diào)節(jié)接地故障保護(hù)裝置的響應(yīng)時(shí)間，躲過轉(zhuǎn)換過程兩個(gè)電源的中性線重疊時(shí)間間隔。