当供配电系统采用柴油发电机组，作为一级负荷的备用电源或一级负荷中特别重要的负荷的应急电源（第三电源）时，需要采用双电源自动转换开关电器（ATSE）将发电机电源与市电进行切换后，再向这些重要负荷供电。
在ATSE设计选型中，设计师通常只关注ATSE的额定电流、极数、使用类别、转换时间等，而不太关注ATSE的短路性能参数，这样的设计有可能给供电系统埋下安全隐患，特别是针对处于备用电源或应急电源供电系统中电源位置的ATSE（本文称电源级ATSE），只有通过合理选择其短路性能参数并与上级保护电器进行紧密配合，才能确保备用电源或应急电源供电系统的安全。本文结合现行的国家标准、设计规范的相关规定，对电源级ATSE短路性能参数的选择进行分析、讨论。
电源级ATSE选型时需要关注的主要性能参数
额定工作电流（
Ie
）
额定工作电流是指对应于特定使用类别及额定电压下的不间断电流。PC级产品的额定工作电流通常按照不低于负荷计算电流的1.25倍选取，若需考虑将来负荷扩容，则还应按照扩容的可能性适当加大。
额定冲击耐受电压（
Uimp
）
额定冲击耐受电压应大于等于ATSE安装处可能产生的瞬态过电压值，按照相关规定，在220 / 380 V系统中，电源级ATSE的额定冲击耐受电压（Uimp）不应小于6 kV，即过电压类别不低于Ⅳ类。
使用类别
目前主流的ATSE产品使用类别都在AC - 33i以上，可通断电阻电感混合型负载，包含笼型电动机及阻性负载，接通与分断能力试验时要通以6倍的额定电流；建议电源级ATSE的使用类别选择AC - 33，即可以通断高感性负载或混合性负载中包含大量电动机类负载，接通与分断能力试验时要通以10倍的额定电流，该项性能优于AC - 33i。
电器级别
根据GB / T 14048.11 - 2016《低压开关设备和控制设备 第6 - 1部分：多功能电器 转换开关电器》（简称《标准》）的规定，ATSE的电器级别分为PC级、CB级、CC级。CC级产品本体是按照接触器标准生产，不适用于对重要用电负荷的电源转换；CB级ATSE因配置有过电流脱扣器，在完成电源转换的同时，也提供相应的过载和短路保护功能，但其保护脱扣后将不能进行电源转换，对供电连续性有不利影响，另外，当用于电源位置时，还会增大与上下级保护电器间选择性配合的难度，故仅适用于对一般性保障负荷的备用电源转换；PC级ATSE的主要功能是电源转换，能接通和承载短路电流，但不能分断短路电流，适用于对供电连续性要求高的应急负载的电源转换，电源级ATSE应首选PC级产品。
短路性能参数
——
Icn
、
Icm
、
Icw
、
tcw
、
Iq
CB级ATSE的短路性能参数为额定短路分断能力（Icn）。PC级ATSE不能分断，但能接通短路电流，并在一定时间内承受短路电流而不致损坏，当仅考虑由其自身能力来承受短路冲击能量时，衡量其短路性能的参数有：额定短路接通能力(Icm)、额定短时耐受电流（Icw）及其通电时间（本文以tcw表示）；当在PC级ATSE的电源侧，设置有由制造商指定的短路保护电器（SCPD）时，衡量其短路性能的参数为额定限制短路电流（Iq）。
《标准》对PC级ATSE短路性能的规定
根据《标准》要求，如果制造商未特别规定，将按照《标准》规定的试验参数对ATSE进行短路性能试验验证，如果制造商规定的性能参数高于《标准》要求，则应按照制造商的规定值进行验证。由此可见，《标准》规定值就是产品的最低性能要求。
额定短时耐受电流（
Icw
）及通电时间（
tcw
）
额定短时耐受电流（Icw）是指在规定的试验条件下，PC级ATSE能够短时承载的预期短路电流值。如果制造商未特别规定，这类产品将在没有短路保护电器的情况下，按照《标准》第8.2.5.1条规定的试验电流进行试验验证，其试验电流值见表1、表2。表2的试验电流值较表1有一定幅度的提高，但《标准》认为表1、表2都符合要求。
在试验时，《标准》规定的最短通电时间（tcw）为：
—— 额定电流小于等于400 A时，交流为额定频率的1.5个周波，直流为0.025 s；
——额定电流大于400 A时，交流为额定频率的3个周波，直流为0.05 s。
额定短路接通能力（
Icm
）
额定短路接通能力（Icm）是指在规定的条件下，ATSE应能接通的短路电流值，用最大预期峰值电流表示。根据《标准》要求，如果制造商未特别规定，则应按照表1或表2的试验电流进行短路接通能力试验。由于Icm用电流峰值表示，故其试验电流应为表中数据乘以比率n，国标GB 14048.1 - 2012《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》的表16对比率n作出了规定。前述Icw也是按照表1、表2的电流进行试验验证，所以，我们可以认为，同一台ATSE的Icm满足Icm = n×Icw。根据GB 14048.1 - 2012中表16的规定，可以得出这样的结论：当产品的Icw大于10 kA时，Icm的数值是Icw的2 ~ 2.2倍。实际上，这正是各制造商产品选型样本上一个规律性的数据。
额定限制短路电流（
Iq
）
在ATSE的电源侧，设置由制造商指定的短路保护电器（SCPD），在规定的试验条件下该保护电器动作时，ATSE能够承受的预期短路电流即是额定限制短路电流（Iq）。如果制造商未特别规定，将按照表1、表2的电流进行验证，但实际上，绝大多数制造商规定了Iq值，并远高于表中的要求，特别是当SCPD采用快速熔断器时，甚至达到100 kA以上。
电源级ATSE短路性能参数的选择方法
电源级
ATSE
的安装位置特征
GB / T 31142 - 2014《转换开关电器（TSE）选择和使用导则》（简称《导则》）规定，ATSE的安装位置划分为电源位置、配电位置和负载位置。安装于电源位置的ATSE是应急电源、备用电源供电系统中的关键设备，同时，相对于其他位置的ATSE，将承受更大的短路冲击能量，其短路性能的正确选择是确保供电可靠性的关键，需要设计师重点关注。
电源级ATSE在低压配电系统中的典型接线如图1所示，市电和发电机主进线断路器QA1 ~ QA3、母联断路器QA1 - 2等，一般均采用框架式断路器（ACB）。从系统接线上分析，在市电和发电机分别供电的不同模式下，这几台断路器都将成为ATSE电源侧的短路保护电器。通常在系统设计时，为了实现上下级断路器之间的选择性配合，上述框架式断路器的短路保护通常设置为短路短延时，而各馈电出线回路的断路器设置为短路瞬时保护，在这种情况下，一旦ATSE负荷侧备用 / 应急母线段出现短路故障，将由电源侧框架式断路器（ACB）切断短路电流。
基于配电系统对线路的短路保护要求，配电位置和负载位置ATSE前端都设置有带瞬动保护的短路保护电器（SCPD），与之相比，由上述ACB保护的电源级ATSE所承受的预期短路电流更大，持续时间更长，对短路性能的要求更加苛刻。
实际工程中，电源级ATSE有采用CB级也有采用PC级的，但基于本文1.4条的原因，电源级ATSE应优先采用主要功能为电源转换的PC级产品，故本文重点讨论PC级ATSE与上级保护电器的配合及短路性能参数的选择。
国家标准规范对
PC
级
ATSE
短路性能的相关规定
a. GB 50054 - 2011《低压配电设计规范》第3.1.1条第5款规定，低压配电设计所选用的电器“应满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求”；
b. GB 51348 - 2019《民用建筑电气设计标准》第7.5.4条第3款规定：“当采用PC级自动转换开关电器时，应能耐受回路的预期短路电流”；
c. 《导则》第8.3.1条，对处于电源位置的TSE（包括MTSE、RTSE、ATSE等）的短路性能规定如下：
“e）选用PC级TSE应注意的事项：
……
1）TSE的短时耐受电流（Icw）应大于或等于电路的预期短路电流，其通电时间应大于电路中的保护电器的短延时（如框架式断路器）或熔断时间（如熔断器）。
2）当制造商只给定TSE的额定限制短路电流（Iq）值时，应注意短路保护电器（SCPD）的型式 —— 断路器或熔断器，并注意SCPD的型号、额定值、特性，电路中的短路保护电器应选择与制造商指定的SCPD型号或性能一致。其额定限制短路电流（Iq）应大于或等于电路的预期短路电流，只有当TSE允许通过的I2t大于SCPD的I2t时，才允许SCPD互换。”
动、热稳定性校验的简化公式
由ATSE制造商提供的额定短路接通能力（Icm）、额定短时耐受电流（Icw）、耐受通电时间（tcw）及额定限制短路电流（Iq）等，是用于评价ATSE短路性能的重要参数，上述标准、规范对ATSE的动、热稳定的要求，可以用下面公式表示：
电源级
ATSE
短路性能参数的选择方法
电源级ATSE的典型接线见图1，与电源侧保护电器配合，进行动、热稳定性校验，是电源级ATSE短路性能参数选择的基本思路。结合上述公式，可将这样的配合、选择方法归纳如下：
a. 方法一：直接与电源侧的ACB进行配合，要求所选ATSE的额定短路接通能力Icm大于等于安装处的短路电流峰值 iq，同时，可耐受的热效应I2cw×tcw大于等于短路热效应I2t，即分别满足公式（1）、（2）的要求。
b. 方法二：在电源侧增设能分断安装处短路电流的限流型SCPD，要求所选ATSE可耐受的热效应I2cw×tcw大于等于SCPD的允通能量（I2t），即满足公式（2）的要求。
c. 方法三：在电源侧增设由制造商指定的SCPD，要求所选ATSE的额定限制短路电流 Iq大于等于预期短路电流I，即满足公式（3）的要求。
除电源侧已设有ACB以外，方法二、三都需在ATSE电源侧另外增设可快速分断的短路保护电器（SCPD），以提高ATSE的短路耐受性能，在这种情况下，当备用 / 应急母线段上任一馈电出线回路发生短路故障时，都可能导致该SCPD无选择性动作，使ATSE所供重要负荷全部中断供电，这样的供配电系统可靠性较低。
笔者认为，应优先采用方法一来选择电源级ATSE。与其他方法比较，该方法所选的ATSE是以自身的性能来承受短路冲击能量，相应的配电系统不需要另外增设保护电器，不影响配电系统上下级保护的选择性，系统更简洁，供电可靠性更高。这3种方法的特点对比见表3。
方法一和方法二都需要满足I2cw×tcw ≥ I2t的要求，但这两种方法中 I2t的含义是不同的，前者， I2t是通过计算所得的ATSE安装处的短路热效应；后者， I2t是限流型SCPD相应于预期短路电流的允通能量，是由SCPD的制造商提供。
电源级ATSE短路性能参数选择的具体措施
按照上述方法一进行短路性能参数选择，首先需要计算ATSE安装处的预期短路电流、短路热效应，并根据计算结果进行动、热稳定校验，选择合适的ATSE产品。
预期短路电流及热效应的计算
按照图1接线，当ATSE负荷侧的备用 / 应急母线段出现短路故障时，针对不同变压器容量、短路电流持续时间 t，预期短路电流有效值I、短路电流峰值 ip及短路热效应I2t的计算结果见表4，其计算条件为：
a. I、 ip按照《工业与民用供配电设计手册》（第4版）公式4.3 - 1和公式4.3 - 16进行计算；
b. 变压器高压侧系统短路容量取300 MVA；
c. ATSE安装位置距变压器5 m，其中3 m为母线槽，2 m为铜排；
d. ACB的短延时时间（tsd）分别取0.1 s、0.2 s、0.3 s、0.4 s，在计入其固有动作时间0.04 s后，相应的短路电流持续时间（t）分别为0.14 s、0.24 s、0.34 s、0.44 s。
通过表4可以看出，变压器容量越大，短路电流越大；ACB短延时时间越长，短路热效应越大，对ATSE的冲击能量越大。
短路性能参数的选择
设计师可根据表4中I、 ip、I2t等数据，按照公式（1）、（2）的条件，对ATSE的短路性能参数进行选择，也可以采用下面相对简洁的方法进行选择。
>>>>
基于最简原则的选择方法
进行ATSE选型最简单、最直接的方法是：所选ATSE的性能参数Icm、Icw、tcw直接对应于表4中 ip、I、t的数值，并同时满足Icm ≥ ip、Icw＞ I及tcw ≥ t的要求。这样的选型方法看似简单，但是对ATSE产品的短路性能要求很高，能满足上述条件的产品数量会受到一定限制，特别是当ATSE应用于变压器容量大、ACB短延时整定为0.4 s的供电系统中时，能满足要求的高性能产品寥寥无几。
有没有一个适用范围更广的简便方法，对ATSE的短路性能参数进行快速选择呢？笔者通过对目前市面上常用产品的技术参数的研究、整理，提出采用性能参数组合来满足设计师快速选择的方法。
>>>>
基于性能参数组合（Icw / tcw）的快速选择方法
笔者将市面上常见的22个PC级ATSE产品作为研究样本，对其短路性能参数（包括Icm、Icw、tcw）的常用数值进行分析、整理，并按照表4中动、热稳定性指标（ ip、I2t）对这些参数进行逐一校验，将其中满足动、热稳定要求（即Icm ≥ ip、I2cw×tcw ≥ I2t）的性能参数组合（Icw / tcw）列于表5，供设计师在快速选型时参考。
针对不同变压器容量、ACB的短延时时间的每一个应用场景，表5推荐了2 ~ 3组最小可用的性能参数组合（Icw / tcw），这些参数来源于不同的研究样本，当设计师所选ATSE的参数大于等于任一组合的数值时，则该ATSE满足相应应用场景下的动、热稳定性要求。经过对研究样本的数据分析，表中Icw所对应的Icm值已经满足动稳定（Icm ≥ ip）要求，故未将Icm值单独列出。
给制造商和设计师的提示
民用建筑中电源级ATSE的常用电流等级为400 ~ 2 500 A，从表5的数据来看，如果不考虑产品造价，仅从方便设计选型和提高产品应用范围的角度出发，最理想的电源级ATSE产品一定是额定电流为400 ~ 2 500 A，且短路性能参数组合（Icw / tcw）达到55 kA / 0.4 s或65 kA / 0.3 s及以上要求的产品，这是电源级ATSE高性能产品的发展思路，目前这样的产品是凤毛麟角。
表5的数据显示，变压器容量越大，要求ATSE的Icw数值越大，Icw的大小除直接影响产品的热稳定性能以外，由于与Icm间的比率关系（见本文2.2条），也间接影响到产品的动稳定性能，可以说，Icw是决定ATSE动、热稳定性能的关键指标，从提高ATSE产品应用范围的角度来看，无论电流等级大小，Icw的数值越大越好。另一方面，电源侧ACB的短延时时间越长，短路热效应I2t越大，就目前的产品现状来看，满足要求的产品就越少。这也给设计师一个启示，在进行配电系统设计时，可以通过适当缩短ACB短延时时间（tsd），来提高ATSE产品的选择范围。
表中每一应用场景都有2 ~ 3个可选的参数组合，但这并不意味着产品的选择范围很宽，实际上，绝大部分PC级ATSE产品，电流等级越小，性能参数越低，只有很少一部分产品的小电流等级（如400 ~ 630 A）能满足较大容量系统的选型要求。
针对ATSE电源侧框架式断路器（ACB）选择的优化建议
供配电系统的接线见图1，在供电系统短路容量及变压器容量已经确定的情况下，ATSE安装处的短路热效应（I2t）的大小主要由短路电流持续时间（t）决定，该时间为ACB的短延时时间（tsd）与固有动作时间之和，但主要取决于短延时时间（tsd）。
在实际工程项目中常常会遇到这样的情况，同一项目采用多个容量等级的变压器，同一等级变压器的系统又采用大小不同电流等级的ATSE，这就对同一品牌ATSE产品的适应能力提出了较高的要求。通过前述对电源级ATSE安装处电路的短路特征和对ATSE产品性能、现状的分析，将ATSE电源侧ACB的短延时时间（tsd）整定为0.1 ~ 0.2 s，在确保系统可靠性的前提下，有利于扩大ATSE产品的选择范围，也有利于提高同一品牌的产品在同一项目中的适应能力。为此，提出两条优化建议：
a. 按照图1的接线，在不增设任何保护电器的情况下，直接将QA1 ~ QA3的短延时时间整定为0.2 s，如果没有备自投要求，母联开关QA1 - 2可直接关断短延时保护，仅保留长延时保护功能。这样的做法使得配电系统最为简洁，同时满足与上下级保护电器间的选择性配合要求。
b. 如果按照某些地区的习惯做法，将市电和发电机主进线断路器QA1 ~ QA3的短延时时间tsd整定为0.4 s，母联断路器QA1 - 2的tsd为0.2 s，则可在ATSE的电源侧另外增设一台ACB作为ATSE的短路保护电器，并将其短延时时间设定为0.1 s或0.2 s。这样的做法能满足与上下级保护电器间的选择性配合要求，但系统不够简洁，在有些设计图中比较常见。
结语
电源级ATSE是应急电源、备用电源供电系统中的关键设备，从供电系统的安全性、可靠性出发，与电源侧ACB配合，进行动、热稳定性校验，是其短路性能参数选择的基本思路，配合和选择的要点归纳如下：
a. 电源级ATSE应首选主要功能为电源转换的PC级产品；
b. 建议采用本文3.4条所述的方法一，与电源侧ACB配合并进行动、热稳定校验。推荐设计师采用本文4.2.2条，基于性能参数组合（Icw / tcw）的方法，对ATSE的短路性能参数进行快速选择；
c. 适当缩短ATSE电源侧ACB的短延时时间（tsd）整定为0.1 ~ 0.2 s，可扩大ATSE产品的选择范围，提高设计的适应能力。
,
