Sélection et principales exigences techniques du commutateur de transfert automatique

L'ATSE (Automatic Transfer Switch Equipment) est un dispositif de commutation électrique couramment utilisé. Sa fonction principale est de sélectionner une alimentation électrique sûre et fiable pour alimenter la charge entre deux sources d'alimentation disponibles afin d'assurer la continuité de la consommation électrique de la charge. Depuis l'apparition des systèmes de distribution d'énergie à double alimentation, les commutateurs de transfert automatiques à double alimentation ont été largement utilisés. Les autorités compétentes de mon pays ont promulgué la norme nationale GB/T14048.11 relative à l'ATSE le 8 octobre 2002 et l'ont mise en œuvre le 1er avril 2003. Cette norme est équivalente à la norme CEI 60947-6-1 de la Commission électrotechnique internationale. Cet article s'appuiera étroitement sur la norme GB/T14048.11, analysera en détail les problèmes de conception et d'utilisation, notamment les exigences et les limites de l'ATSE dans les spécifications techniques des appels d'offres, et présentera les développements et discussions préliminaires suivants.

1. Définition du commutateur de transfert automatique
Définition GB/T14048.11 : Un appareil électrique à commutation automatique (ATSE) est composé d'un ou plusieurs appareils électriques à commutation automatique et d'autres appareils électriques nécessaires. Il permet de surveiller le circuit d'alimentation et de transférer automatiquement un ou plusieurs circuits de charge d'une source d'alimentation à une autre pour les appareils électriques. Cette définition permet de comprendre ce qui suit :
(1) L'ATSE est un commutateur électrique indépendant
Il est parallèle aux commutateurs électriques tels que les disjoncteurs, les interrupteurs de charge, les fusibles et les contacteurs, et possède des exigences de paramètres électriques correspondantes.
(2) L'ATSE est composé d'un commutateur de transfert et des circuits électroniques de surveillance, de contrôle et autres circuits électroniques correspondants
En d’autres termes, seul un commutateur principal ATS complet et un contrôleur correspondant peuvent constituer un ATSE.
(3) Le mécanisme de contrôle fourni par l'ATSE surveille lui-même l'état des deux alimentations électriques
Il est généralement admis que les principaux paramètres de l'alimentation électrique à surveiller sont la tension et la fréquence. Cependant, la norme n'indique pas clairement si la tension/fréquence surveillée doit être triphasée ou monophasée. Pour les concepteurs, si l'ATSE doit disposer d'une fonction de conversion de perte de phase, le contrôleur ATSE doit être doté d'une fonction de détection triphasée à deux canaux.
(4) Ce processus de conversion est effectué automatiquement
Le contrôleur d'ATSE comparera l'état réel de l'alimentation à double canal détectée avec les paramètres préenregistrés du contrôleur et émettra un jugement logique, puis émettra une commande de contrôle pour déterminer s'il faut piloter la conversion.
(5) Cette conversion est réalisée entre deux alimentations
Dans le système d'alimentation électrique actuel, la plupart des charges de secours disposent de deux alimentations, l'une en service et l'autre en veille. Cependant, il existe également des systèmes à trois alimentations, dont une en service et deux en veille. Dans ce type de système, un seul ATSE ne suffit pas à réaliser la conversion. La solution consiste à utiliser deux ATSE pour la réaliser, ou à utiliser trois disjoncteurs (vérifier s'ils sont dotés d'un verrouillage mécanique), une commande externe et un verrouillage électrique.

2. Classification ATSE
Selon les normes nationales, l'ATSE n'utilise qu'une seule méthode de classification : les niveaux PC et CB. Actuellement, les ATSE « à deux niveaux » et « à trois niveaux » couramment utilisés sur le marché sont des titres irréguliers.
L'ATSE de niveau PC ne complète que la fonction de conversion automatique des alimentations doubles, mais n'a pas la fonction de coupure de courant de court-circuit ; l'ATSE de niveau CB peut compléter la conversion d'alimentation double et a la fonction de protection contre les courants de court-circuit.
Les ATSE de niveau PC et de niveau CB présentent chacun leurs avantages et inconvénients, et il est impossible de déterminer précisément lequel est le plus performant. Les concepteurs et les utilisateurs peuvent choisir le niveau ATSE en fonction des habitudes d'utilisation et des exigences système de la région, et le combiner avec d'autres composants électriques pour créer un système d'alimentation de secours.

3. Paramètres techniques de base de l'ATSE
En tant qu'interrupteur électrique, l'ATSE présente des paramètres et exigences techniques de base. Ce sont également les détails à prendre en compte lors de la conception et les points techniques à inclure dans la préparation des dossiers d'appel d'offres. Les principaux sont :
(1) Niveau
Pour choisir et utiliser l'ATSE, vous devez d'abord déterminer son niveau, qu'il s'agisse du niveau PC ou du niveau CB. Cela influencera le choix des caractéristiques de court-circuit de l'ATSE à l'avenir.
(2) Tension nominale, courant de fonctionnement nominal, fréquence nominale, nombre de pôles de commutation
Ces paramètres techniques électriques sont les mêmes que ceux du disjoncteur que nous connaissons, nous n'entrerons donc pas dans les détails ici.
(3) Catégorie d'utilisation
Les catégories d'utilisation sont des classifications des types de charges. Selon les normes nationales, la classification spécifique est présentée dans le tableau 1.
Tableau l Catégories d'utilisation de l'ATSE
Dans les normes nationales, au moins deux indicateurs ATSE importants, le pouvoir de fermeture et de coupure nominal et les performances opérationnelles, sont étroitement liés à la catégorie d'utilisation.
Le pouvoir de fermeture et de coupure nominal est spécifié par le fabricant et désigne la valeur du courant que l'ATSE peut établir et interrompre dans des conditions spécifiées. Pour les charges purement résistives, le courant d'établissement et de coupure correspond au courant nominal. Cependant, en pratique, les charges purement résistives sont rares, et la plupart sont des charges mixtes inductives, capacitives et résistives. Par exemple, pour la conversion de charges de type moteur, la plupart des ATSE utilisent une conversion « coupure d'abord, puis connexion », c'est-à-dire que, pendant le processus de conversion, pour la charge moteur, il s'agit en réalité d'un processus de remise sous tension et de redémarrage. L'ATSE doit alors avoir des pouvoirs de fermeture et de coupure suffisants pour supporter le courant d'appel au démarrage. Les normes nationales imposent des limites et des conditions expérimentales spécifiques pour ce paramètre (voir tableau 2).
Tableau 2 Conditions expérimentales de création et de rupture de l'ATSE
Comme le montre le tableau ci-dessus, le pouvoir de fermeture de l'AC-31 avec des charges non inductives ou légèrement inductives est très faible, et ses capacités nominales de fermeture et de coupure ne représentent que 1,5 fois le courant nominal. En principe, l'impact du redémarrage des charges inductives ou capacitives n'est pas pris en compte. Pour la plupart des charges, l'AC-33 doit être envisagé, ce qui signifie qu'il peut répondre aux exigences de six fois le courant nominal pour les conditions de fermeture et de coupure (car le courant de démarrage de la plupart des moteurs est de six à huit fois le courant nominal, donc dans le pays, dans la norme, pour le type de charge AC-33, six fois le courant nominal est utilisé pour les expériences).
Lors de la conception et de l'utilisation, il est important de bien distinguer la catégorie d'utilisation II. Même si vous choisissez de respecter les exigences de la norme IEC60947-6-1 (norme IEC équivalente à la norme GBl4048.11), cette norme ne convient qu'à la catégorie d'utilisation des charges AC-3l. Pour les charges de type moteur, le courant d'impact généré par le contact instantané provoquera la fusion et le collage des contacts ATS.
Par conséquent, il est recommandé aux concepteurs et aux utilisateurs de choisir l'ATSE en fonction des charges de type AC-33 A ou 33 B lorsqu'ils ne sont pas sûrs du type de charge.
Un autre indicateur technique ATSE étroitement lié à la catégorie d'utilisation est la performance opérationnelle. Voir le tableau 3 pour les exigences des normes nationales pertinentes.
Tableau 3 Vérification des performances de fonctionnement de l'ATSE correspondant aux conditions de fermeture et de fermeture pour différentes catégories d'utilisation
Comme expliqué ci-dessus, en raison des différentes catégories d'utilisation de charge, les conditions expérimentales de la charge de type AC-33 sont plus strictes que celles de la charge de type AC-3l et sont plus adaptées aux types complexes de charges réelles.
(4) Caractéristiques de court-circuit
1) Courant nominal de courte durée admissible ICW
Pour l'ATSE de niveau PC, il effectue uniquement la conversion et ne dispose pas de protection contre les courts-circuits. Sa propre protection contre les courts-circuits repose sur le disjoncteur (ou fusible) d'entrée. Ce disjoncteur ou fusible n'est pas conçu pour protéger uniquement l'ATSE, mais l'ensemble du circuit. L'ATSE est également un composant électrique du circuit et est donc également protégé.
Lorsqu'un ATSE de niveau PC subit un courant de court-circuit, il doit être capable de supporter un certain impact de courant de court-circuit pendant une durée déterminée jusqu'à l'intervention du disjoncteur de protection. Cette capacité de résistance correspond au courant nominal de courte durée admissible, qui comprend deux notions : « durée de tenue » et « valeur du courant de tenue ». Les dispositions relatives au courant nominal de courte durée admissible dans les normes nationales sont présentées dans le tableau 4.
Tableau 4 Résistance électrique nominale pendant le pavage. Réglementations relatives au débit
Remarque : tenez compte du courant alternatif 50 Hz
L'ATSE actuellement sur le marché chinois répond globalement à cette exigence. Deux points méritent d'être précisés :
(1) Le courant nominal de tenue de courte durée est spécifié par le fabricant. ICW, ICU et ICS sont des concepts différents.
Le pouvoir de coupure ultime en court-circuit (ICU) est également indiqué par le fabricant. Il s'agit du paramètre technique standard du disjoncteur, indiquant le courant de court-circuit maximal que le disjoncteur peut supporter et couper.
Le pouvoir de coupure nominal en court-circuit (ICS) est également l'indicateur technique de base du disjoncteur, indiquant l'intensité du courant de court-circuit qu'il peut couper en fonctionnement. Il est exprimé en pourcentage du pouvoir de coupure ultime en court-circuit (ICU), généralement : 50 %, 75 %, 100 %.
Le courant de tenue assigné de courte durée ICW est, en premier lieu, le paramètre technique de base des composants électriques dépourvus de fonctions de protection, tels que les interrupteurs de charge, les contacteurs, les ATSE de niveau PC, etc. Il n'existe pas de relation de conversion entre ICW et ICU, mais la valeur ICW du disjoncteur doit être inférieure à la valeur ICU. Par exemple, l'interrupteur de la série NS a une valeur ICU nominale de 800 A pouvant atteindre 75 kA, mais la valeur ICW n'est que de 25 kA (1 s). Ces valeurs numériques sont issues des expériences des fabricants et sont utilisées pour mesurer les paramètres de différents équipements électriques. Dans la conception et l'utilisation techniques réelles, ces deux exigences numériques doivent être calculées par le concepteur et respectées par le fabricant.
En termes simples, le composant principal d'un ATSE est les contacts de l'interrupteur. Il existe de nombreuses façons de les commander et de les verrouiller. La valeur ICW dépend principalement de la qualité du contact. On sait que la chaleur générée par un conducteur sous tension est proportionnelle au carré du courant circulant et du temps. Pour augmenter la valeur ICW et éviter la fusion des contacts par surchauffe, il est nécessaire d'augmenter leur point de fusion et d'utiliser des contacts en alliage à point de fusion élevé, ainsi qu'une surface de contact plus importante, afin de réduire la résistance du conducteur.
(2) La valeur ICW conforme aux exigences nationales peut ne pas nécessairement correspondre aux exigences d'utilisation des projets réels. Pour des disjoncteurs de même courant nominal, leur pouvoir de coupure en court-circuit est divisé en deux niveaux : élevé, moyen et faible. Par conséquent, les concepteurs doivent spécifier le courant de tenue aux courts-circuits lors de l'ATES en fonction de leurs propres calculs. Cette valeur est souvent supérieure aux exigences nationales. Les normes sont très strictes. Par exemple, un circuit d'une capacité nominale de 150 A est directement tiré du jeu de barres basse tension du poste pour être utilisé par le poste lui-même. La capacité nominale de l'ATSE sélectionnée est de 150 A, mais la tenue aux courts-circuits peut être supérieure à 40 kA. L'ATSE de 150 A correspondant à la norme nationale est suffisante.
2) Capacité de création de courts-circuits
Similaire à la capacité de fermeture nominale évoquée précédemment, si le transfert se produit lors d'un défaut de court-circuit, comme un disjoncteur déclenchant l'alimentation normale en raison d'un court-circuit et mettant hors tension le côté alimentation normale de l'ATSE, les contacts de l'ATS résisteront à un courant maximal lors de l'établissement du contact. L'endurance de l'ATSE est mesurée par sa capacité de connexion en court-circuit.
3) L'indicateur technique du pouvoir de fermeture et de coupure nominal en court-circuit d'un ATSE de niveau disjoncteur est facile à comprendre. Il s'agit en fait du pouvoir de fermeture et de coupure nominal en court-circuit du disjoncteur ; je n'entrerai donc pas dans les détails ici.

4 Conclusion
La norme nationale GB/T14048.11 constitue uniquement une norme générale et une exigence minimale pour le développement, la production, la conception et l'utilisation des ATSE. D'autres problèmes peuvent survenir lors de la conception et de l'utilisation réelles, ainsi que des problèmes de contrôle et de jugement logique des ATSE. Nous espérons que cette introduction permettra aux lecteurs de comprendre les indicateurs techniques des ATSE et de sélectionner et d'utiliser ces équipements plus facilement et plus facilement en fonction de leurs conditions d'ingénierie réelles, tout en proposant des spécifications techniques conformes aux normes nationales.