Công tắc chuyển pha tự động là một thiết bị tự động quét các sự cố mất điện và chuyển sang nguồn điện dự phòng mà không cần sự can thiệp của con người, đảm bảo tải điện của bạn vẫn hoạt động ngay cả khi các nguồn cung cấp chính bị lỗi. Ngoài việc bảo vệ tải điện, thiết bị còn cho phép tải điện duy trì liên tục trong khoảng thời gian ngắn (thường chỉ vài giây hoặc phần nhỏ của giây) cần thiết để thực hiện việc chuyển đổi. Một trong những hiểu lầm chính của khách hàng về Công tắc chuyển pha tự động là thời gian cần thiết để thực hiện việc chuyển pha. Tuy nhiên, biến số khác mà khách hàng cần quan tâm là số cực trong thiết bị; điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn và chi phí của hệ thống, cũng như yêu cầu lắp đặt và bảo trì đối với thợ điện.
Công tắc chuyển pha là một thiết bị chuyển đổi tự động, chuyển (hoặc truyền) dòng điện từ một nguồn (đầu vào) sang một nguồn khác (đầu ra) trong số hai hoặc nhiều nguồn. Công tắc chuyển pha có các loại vận hành thủ công, vận hành bằng động cơ hoặc tự động, và loại tự động có thể bao gồm một chế độ chuyển đổi thủ công dễ vận hành để phục vụ cho các quy trình bảo trì và sửa chữa. Khi xem xét cấu hình ba pha, mỗi pha yêu cầu bốn cực; một cho mỗi pha và một cực riêng biệt cho trung tính/đất. Thời gian chuyển đổi của công tắc sẽ quyết định xem nó được phân loại thuộc loại nào: tùy thuộc vào độ nhạy của thiết bị được kết nối, nó thường có thời gian chuyển đổi dưới 60 micro giây đối với các thiết bị nhạy cảm và thời gian chuyển đổi khoảng từ 1 giây đến 3 giây đối với máy phát điện.
Những gì thiết bị thực sự làm
Có hai thành phần bên trong công tắc chuyển pha mà mọi người thường bỏ qua: 1, một rơ le điều khiển giám sát và theo dõi các lỗi trong nguồn điện đầu vào, và 2, một cặp tiếp điểm liên khóa cho phép thực hiện việc chuyển đổi vật lý tức là mở và đóng các tiếp điểm. Thành phần điều khiển giám sát các lỗi trong nguồn điện đầu vào như điện áp thấp, mất pha, lỗi pha và sai thứ tự pha. Ngay khi phát hiện lỗi, logic điều khiển đảm bảo rằng tiếp điểm liên quan đến nguồn điện tốt được mở trước và sau đó tiếp điểm của nguồn điện đầu vào được đóng lại. Tính liên khóa của các tiếp điểm đảm bảo rằng hai nguồn điện không bao giờ được kết nối đồng thời tại bất kỳ thời điểm nào.
Có hai cấu hình mà công tắc chuyển pha thường hoạt động. Cấu hình tự động là chế độ vận hành bình thường, trong đó công tắc tự thực hiện việc chuyển đổi hoặc chuyển pha. Chế độ bypass là chế độ bảo trì, trong đó bộ điều khiển bị vô hiệu hóa và kỹ thuật viên sử dụng tay cầm bảo trì để vận hành công tắc. Tuy nhiên, chế độ bypass là một chế độ vận hành rất quan trọng; nếu không có nó, kỹ thuật viên sẽ phải ngắt toàn bộ nguồn điện chỉ để thay một tiếp điểm trên bảng điều khiển đang hoạt động.
Một lựa chọn cũ hơn thường xuất hiện trong các thông số kỹ thuật là công tắc chuyển mạch thủ công: cùng phần cứng, không có điện tử phát hiện. Nó rẻ hơn, và là câu trả lời đúng khi nguồn điện đầu vào là nguồn duy nhất có thể bị lỗi và có người đứng đó. Nó là câu trả lời sai cho thang máy hoặc phòng máy chủ.
Nơi công tắc chuyển mạch được sử dụng, và xu hướng nhu cầu
Công nghệ hiện tại đã lỗi thời và không hấp dẫn: bơm, thang máy, máy phát điện, cấp nước cho nồi hơi và các đơn vị đầu vào nhà máy. Các hệ thống này đáng tin cậy. Thực tế, sự tăng trưởng trong ngành đến từ các nguồn khác.
Hiện tại, trung tâm dữ liệu và colocation chiếm vị trí hàng đầu vì việc chuyển đổi pha đơn chỉ trong vài mili giây giúp giá đỡ không bị tắt trong trường hợp mất điện, thay vì sử dụng bộ pin đủ lớn cho tất cả các sự cố có thể xảy ra ở phía trên. Y tế đứng thứ hai, vì việc giữ nguồn điện liên tục là yêu cầu chứ không phải lựa chọn trong các khu vực chăm sóc quan trọng. Thang máy đứng thứ ba khi các chuyển động có khả năng được công nghệ mới tiếp quản, khi một bộ điều khiển sẽ điều khiển một nhóm thang máy.
Các vấn đề pháp lý và một số xu hướng nhỏ hơn cần được giải quyết. Các tòa nhà khách hàng đang tích hợp hệ thống PV và pin, sử dụng chuyển mạch ba chiều thay vì chỉ hai chiều. Các phương tiện điện lớn gây ra tiêu thụ điện năng lớn mà lưới điện không phải lúc nào cũng quản lý được dẫn đến việc kết nối trực tiếp với nguồn điện thay vì liên tục chuyển đổi.
Nói chung, ba pha so với một pha không phải là sự lựa chọn bạn có thể có khi tải vượt quá khoảng 7 kW, và sự phân biệt được đề cập trong giải thích một pha so với ba pha.
Các loại và lớp
Việc học ký hiệu tắt trong sổ dữ liệu cho ba nguyên tắc của công tắc chuyển mạch ba pha là rất quan trọng.
Ở chiều đầu tiên – số cực, công tắc 3 cực tắt ba pha trong khi giữ trung tính kết nối. Công tắc 4 cực tắt cả trung tính. Khi trung tính và đất được tách riêng, ví dụ trong hệ thống TT, giữ trung tính kết nối làm mất mục đích của việc tách riêng — trung tính vẫn kết nối với điện cực đất. Sử dụng công tắc 4 cực hoặc công tắc có ngắt trung tính liên kết là cách làm phù hợp với hầu hết các thiết lập ngoài Hoa Kỳ.
Chiều công nghệ liên quan đến tốc độ chuyển mạch. Các nhà cung cấp sử dụng thuật ngữ này theo cách khác nhau. Theo tiêu chuẩn IEC 60947-4-1, có các lớp I (hai lần ngắt và chuyển mạch) và lớp II (ba lần ngắt bao gồm chuyển mạch). Lớp Q có nghĩa là chuyển mạch mất tối đa mười mili giây và nên được sử dụng trong trường hợp thiết bị điện tử. Schneider và ABB có các bộ giá trị lớp khác nhau dựa trên thời gian chuyển mạch.
Kích thước cấu tạo liên quan đến các đặc điểm chính của cơ chế – giải phóng điện áp thấp với khóa điện, loại solenoid với khóa cơ học, hoặc loại động cơ trả lại bằng lò xo, đây là công nghệ chuyển mạch duy nhất đưa cơ chế về nguồn chính tự động khi xảy ra mất điện. Điều này quan trọng trong nhiều tình huống không phải lúc nào cũng rõ ràng: cơ chế trả lại bằng lò xo trở về hoạt động bình thường, trong khi các loại khác giữ tải của bạn trên máy phát cho đến khi có người đến tắt nó.
Khi công tắc chỉ chuyển điện giữa nguồn chính A và nguồn chính B, và cả hai nguồn điện luôn có sẵn, công tắc tĩnh là giải pháp tốt nhất, vì nó không có bộ phận chuyển động và chuyển mạch trong vòng chưa đến 10 ms giữ cho cả hai nguồn hoạt động. Tuy nhiên, lựa chọn này đắt hơn và yêu cầu hai kết nối riêng biệt để hoạt động đúng.
Các thông số kỹ thuật quyết định việc mua hàng
| Tham số | Những gì người mua chỉ định | Ghi Chú |
|---|---|---|
| Dòng điện định mức | 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 800, 1000, 1250, 1600 A | Kích thước theo dòng tải đầy đủ, sau đó kiểm tra dòng khởi động nếu động cơ đang kết nối trên bus |
| 1P+N, 2P, 3P, 3P+N, 4P | 3P hoặc 4P | 4P ở nơi trung tính và đất được tách riêng |
| Thời gian chuyển mạch | Lớp Q dưới 60 ms; các lớp PC 0,5–5 s | Máy phát cần vài giây, thiết bị điện tử cần mili giây |
| Phát hiện | Điện áp thấp/cao, mất pha, thứ tự pha, mất cân bằng pha, mất trung tính | Phát hiện mất trung tính chỉ có trên các thiết bị 4 cực |
| Phạm vi cài đặt | Thông thường 0,7–1,3 lần điện áp định mức | Độ dung sai quan trọng hơn khi nguồn yếu |
| Khả năng chịu ngắn mạch | Icw, thường 50–100 kA tùy theo khung | Phải phối hợp với bộ ngắt mạch phía trên |
| Vỏ bảo vệ | Khung mở IP20, tủ IP54/65 | Lắp đặt trên bàn cần tủ trong phòng máy |
| Phê duyệt | IEC 61439-2, CE, và UL khi công trình ở Bắc Mỹ | UL 508A áp dụng cho bảng điều khiển, không phải riêng công tắc |
Khả năng chịu ngắn mạch là thông số cuối cùng mọi người tranh luận, và đây là nơi mối quan hệ với các bộ ngắt mạch xung quanh công tắc trở nên rõ ràng: khả năng chịu phải được phối hợp với thiết bị phía trên, và thuật ngữ cho phần còn lại của bảng điều khiển được đề cập trong cách công tắc liên quan đến các bộ ngắt mạch xung quanh nó. Hai thông tin bổ sung nên để đến khi kỹ sư vận hành có mặt. Thứ nhất, chỉ định thời gian sụt áp IEC 61000-4-11 mà bạn đang bảo vệ; một công tắc báo phục hồi trong 200 ms sẽ không thể bắc cầu cho sụt áp 500 ms. Thứ hai, ghi rõ bằng văn bản cách bố trí trung tính trên sơ đồ.
Ưu điểm và nhược điểm
| Ưu điểm | Nhược điểm |
|---|---|
| Không gián đoạn tải vượt quá thời gian chuyển mạch đã công bố, không cần giám sát | Đây là thiết bị cơ học với số lần chuyển mạch hữu hạn, thường từ 50.000 đến 100.000 lần vận hành |
| Có khóa liên động, nên hai nguồn không thể đóng cùng lúc | Mechanism wear is invisible until it fails, and then the load drops |
| Spring-return versions recover without anyone attending | Non-return versions need a manual reset after every outage |
| Detects phase failure and sequence errors that a simple fuse arrangement would miss | 4-pole versions cost more and need a neutral to be brought to the switch |
| Remote status reporting is available on most modern controllers | Remote reporting needs a supply and a communications route; on an isolated site it is a cost with no payback |
| A manual bypass allows maintenance without dropping the load | Bypass in manual position is a state an operator can forget to leave, which is a real risk in a plant room |
Before reading a firsthand account, one should always check out the second column. Its importance lies in two things: the transfer switch guards you against loss of supply but not against failure of the system itself through wearing out; wearing out translates into the switch having to be operated manually, whether you like it or not.
Brands, and what they cost
North American and European operators are the main ones occupying the specification market: Schneider Electric has introduced its Prisma and Compact ranges and NGOs like ABB, Eaton, Siemens, Hager and Legrand operate at the same level. They have considerable control range, current monitoring capabilities in their controllers, and install all of that for customer charges that do not include brand attributes.
Asian manufacturers are working in the same field, but their prices are lower. The gap is not insignificant, as illustrated by the following quotes for a motorized device without housing with over/undervoltage detection.
The price for three poles with 63 Amps capacity is from $250 to $600. The price for four poles with 100 Amps is between $400 and $900, and the price for devices with 400 Amps is $1,500–4,000. As for devices with 4-poled design and capacity of 1600 Amps, they will cost more than $10,000. Adding spring return, bypass position or remote contacts will make the price for the device higher.Independent of supplier, the cost of one unit at 600 A is set out in the 600 A four-pole price breakdown.
The company HUYU produces automatic transfer switches that cover the same current range, with three-phase devices and circuits built on a molded case circuit breaker cover frame for larger currents. The business model is simple: all units are based on the same IEC 60947-4-1 mechanism class, produced according to Chinese prices, and the volume is enough for proper victory in the project quotation.
How to choose
Commence with the load rather than the switch. Full load current establishes the frame; the presence of any motors on the bus determines whether a greater short circuit withstand is required than what the data sheet indicates.
Then there is the timing. If the load consists of a lift controller, a server, laboratory test bench or anything with capacitor banks, the transfer must be done in less than 60 milliseconds and a Q-type device will have to be specified. If it is a generator set, a boiler feed pump, or some sort of workshop, one-second delays are acceptable and a less sophisticated spring return type of device being easier to use.
Lastly, the neutral must be discussed. Determine whether the neutral and the protective earth is joined at some point upgraded. If yes, then one can use three pole devices. If no, four-pole devices or a neutral disconnection device will be the right solution, and that makes more impact than any feature in the features list.
What will happen on the way back also needs to be determined. A spring return to the grid or a hold of generator unit until instructed to switch off. Both options exist and need to be specified specifically, as default might not correspond to what you need.
Finally, decide how much you will test, and ask for the model number early. A compact frame such as the automatic changeover switch in the 32 to 63 A band covers small panels and small generators; above about 125 A you are into a different frame family with different short-circuit ratings, and the datasheet has to match the panel. A changeover switch needs to be operated under load when it is commissioned and then regularly. The interval of operation is far more critical than any monitoring feature of the switch and is often the missing item in the maintenance schedule, thereby causing the mechanism to reach its limit without being noticed.
Câu hỏi thường gặp
What does an automatic changeover switch do?
The device is able to monitor a single power source, determining when the source has gone out of range or failed, allowing for the transfer of the load to another power source automatically. The transfer is interlocked, which eliminates the possibility of connecting the two power sources. Also, in most units, it is able to detect the occurrence of phase failure, phase sequence error and in some cases, a loss of neutral in four pole machines.
What is the best automatic changeover switch for a home?
An automatic changeover switch is seldom the answer for homes. Most single-phase residences don’t have a backup supply to switch to, and where one exists, an interlocked changeover for one or two key circuits is sufficient. The genuine domestic scenario is where there is a generator in place where a changeover for the heating, refrigeration, lighting, and one socket circuit solves all the problems for a lot less than a full-on automatic system.
What does automatic changeover do?
The load is transferred instantly from one source to another once detected, and mostly transferred back again automatically. The key term here is automatic; although manual switching looks almost the same from outside, it requires human intervention. The automatic switching equipment is the type used in the situations where continuity of load needs to remain in operation without any attendance such as elevators, fire alarm systems, data centers, water pumps, and critical circuits in hospitals.
How do you connect an automatic changeover switch?
Two incoming connections land on two supply terminals, load connects to common connectors and control connection connects to control terminals. One must decide if neutral has to connect on a 3 pole or a 4 pole unit before pulling the cable. Connection is done using terminals or lugs specified by the manufacturer, and torque is given at the prescribed value while verifying the rated transfer time while connected.
Tài liệu tham khảo
- Schneider Electric — automatic transfer switch ranges and transfer-class terminology
- ABB — low-voltage switchgear including automatic transfer switches
- Hager — changeover and transfer switch product families
- Legrand — switchgear and distribution board solutions
- Eaton — IEC 61439 low-voltage assemblies and North American switchgear
- International Electrotechnical Commission — IEC 60947-4-1 (transfer switches), IEC 61439 (assemblies), IEC 61000-4-11 (voltage dips)
Kết luận
If you ignore technical considerations for an automatic phase changeover switch, it is easy to understand the operation of its switch. There are essentially two points you must consider regarding the switching mechanism: the speed at which the changeover occurs and the number of poles involved in the switching operation. Once you have confirmed that the switch has the correct pole number and changeover speed, it will be much easier to understand how the rest of the switch works. However, if you confirm a switch has the wrong pole number, it will pass the torque test but fail the safety test which can be a much higher expense.
