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(xiàn)通過(guò)市電進(jìn)線(xiàn)柜接地)

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

(2)發(fā)電機(jī)組中性線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)在市電進(jìn)線(xiàn)柜和發(fā)電機(jī)兩處接地，會(huì)引起中性線(xiàn)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(xiàn)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(guò)自故障點(diǎn)至發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的PE線(xiàn)、發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)和公共的中性線(xiàn)N返回市電中性點(diǎn)，因而沒(méi)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(wèn)題：中性線(xiàn)電流IN被分流。如圖所示，IN有一部分經(jīng)公共中性線(xiàn)、發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)和發(fā)電機(jī)組的接地線(xiàn)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(wú)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(xiàn)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(xiàn)獨(dú)立接地)中性線(xiàn)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(xiàn)的轉(zhuǎn)換電路，無(wú)論發(fā)電機(jī)的中性線(xiàn)在何處接地，市電和發(fā)電機(jī)的中性線(xiàn)都是固定連接的。因而出現(xiàn)了接地故障電流和中線(xiàn)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(jiàn)，為了避免上述種種問(wèn)題，應(yīng)該進(jìn)行中性線(xiàn)的轉(zhuǎn)換，使市電和發(fā)電機(jī)組完全隔離。轉(zhuǎn)換中性線(xiàn)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(kāi)關(guān)應(yīng)采用4極開(kāi)關(guān);帶接地故障保護(hù)的雙電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)采用4極開(kāi)關(guān)。

4極ATS有中性線(xiàn)斷開(kāi)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和中性線(xiàn)觸頭重疊轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)兩種。

(1) 采用中性線(xiàn)斷開(kāi)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(xiàn)外，還利用第四個(gè)極轉(zhuǎn)換中性線(xiàn)。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(xiàn)和機(jī)座在發(fā)電機(jī)處獨(dú)立接地，與市電中性線(xiàn)沒(méi)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(xiàn)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(xiàn)斷開(kāi)的4極ATS采用“先斷后合”的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，兩個(gè)電源接地的中線(xiàn)沒(méi)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(xiàn)轉(zhuǎn)換極與相線(xiàn)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(xiàn)極先于相線(xiàn)極斷開(kāi)，在中性線(xiàn)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(xiàn)相對(duì)于相線(xiàn)，最后斷開(kāi)，最先閉合;即所謂中性線(xiàn)較相線(xiàn)“先合后分”，以減少轉(zhuǎn)換中性線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生電壓瞬變的可能性。這種轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的中性線(xiàn)極的結(jié)構(gòu)與相線(xiàn)極的結(jié)構(gòu)相同，即中性線(xiàn)觸頭與相線(xiàn)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(guò)程仍有中性線(xiàn)瞬時(shí)斷開(kāi)現(xiàn)象。

圖6 采用4極ATS的轉(zhuǎn)換電路(中性線(xiàn)先斷后合)

(2) 采用中性線(xiàn)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(xiàn)觸頭的4極ATS。這種轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，市電和發(fā)電機(jī)的中性線(xiàn)是重疊接在電路中的，即以“先合后斷”的方式進(jìn)行中性線(xiàn)轉(zhuǎn)換?；蚍Q(chēng)為“中性線(xiàn)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(xiàn)，然后轉(zhuǎn)換3個(gè)相線(xiàn)，再斷開(kāi)市電的中性線(xiàn)，最后，ATS的4極開(kāi)關(guān)與發(fā)電機(jī)電源連接。反之亦然，即轉(zhuǎn)換過(guò)程中負(fù)載的中性線(xiàn)同時(shí)與市電和發(fā)電機(jī)的中性線(xiàn)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(xiàn)連接，實(shí)現(xiàn)了市電和發(fā)電機(jī)的中性線(xiàn)完全隔離。這個(gè)電路，由于在轉(zhuǎn)換過(guò)程中中性線(xiàn)始終沒(méi)有斷開(kāi)，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(xiàn)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(xiàn)觸頭開(kāi)距較小，觸頭壓力不高，不配備滅弧室，中性線(xiàn)觸頭材料與相線(xiàn)觸頭的材料也不盡相同。重疊中性線(xiàn)觸頭容量一般可以比相線(xiàn)轉(zhuǎn)換極小些，故比較經(jīng)濟(jì)。因此，這種轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)有時(shí)也稱(chēng)為具有重疊中性線(xiàn)觸頭的3極ATS。

圖7轉(zhuǎn)換電路的缺點(diǎn)，是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中兩個(gè)電源的中性線(xiàn)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(xiàn)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(guò)轉(zhuǎn)換過(guò)程兩個(gè)電源的中性線(xiàn)重疊時(shí)間間隔。