Gdy w centrum danych, szpitalu lub zakładzie przemysłowym zawiedzie zasilanie z sieci, automatyczny przełącznik zasilania (ATS) staje się cichym strażnikiem między katastrofalnym przestojem a płynną ciągłością. W ciągu milisekund do sekund to krytyczne urządzenie musi wykryć awarię, ocenić dostępność generatora rezerwowego i przełączyć obciążenia elektryczne – często przenoszące setki amperów – bez uszkodzenia wrażliwego sprzętu lub przerwania działania systemów podtrzymywania życia.
Jednak specyfikacja ATS obejmuje więcej niż tylko wybór prądu znamionowego i napięcia. Dwie podstawowe klasyfikacje – klasa PC (Programmed Control) i klasa CB (Circuit Breaker) – określają, jak przełącznik radzi sobie z zwarciami, jakie obciążenia może chronić i gdzie znajduje się w hierarchii dystrybucji energii. Rozróżnienie to nie jest ani arbitralne, ani czysto akademickie: przełącznik ATS klasy PC zainstalowany tam, gdzie wymagana jest ochrona przed zwarciem, naraża system na zagrożenia; urządzenie klasy CB określone tam, gdzie najważniejsza jest szybkość przełączania, może wprowadzić niepotrzebne koszty i złożoność.
Dla inżynierów elektryków projektujących krytyczne systemy zasilania, kierowników obiektów odpowiedzialnych za infrastrukturę awaryjnego zasilania rezerwowego oraz wykonawców instalujących przełączniki zasilania, zrozumienie klas PC i CB jest niezbędne. Ten przewodnik wyjaśnia techniczne różnice między tymi klasyfikacjami ATS, dekoduje obowiązujące normy (UL 1008 i IEC 60947-6-1) i zapewnia praktyczne kryteria wyboru do dopasowania klasy ATS do rzeczywistych zastosowań w centrach danych, szpitalach, budynkach komercyjnych i zakładach przemysłowych.
Co to jest automatyczny przełącznik zasilania?
An automatyczny przełącznik zasilania (ATS) to samoczynne urządzenie przełączające, które monitoruje dostępność dwóch niezależnych źródeł zasilania i automatycznie przełącza obciążenia elektryczne z jednego źródła na drugie, gdy główne źródło zawiedzie lub wykracza poza dopuszczalne parametry napięcia/częstotliwości. W większości instalacji ATS przełącza się między zasilaniem z sieci (źródło normalne) a awaryjnym generatorem na miejscu (źródło awaryjne), chociaż może również przełączać się między dwoma zasilaniami z sieci, systemami UPS lub innymi konfiguracjami zasilania.
Podstawowa rola ATS jest trojaka: ciągłe monitorowanie obu źródeł zasilania pod kątem napięcia, częstotliwości i integralności faz; automatyczne wykrywanie awarii źródła lub degradacji poza ustawione progi; oraz szybkie, bezpieczne przełączenie podłączonych obciążeń na alternatywne źródło bez tworzenia niebezpiecznych warunków lub uszkodzenia sprzętu.
W przeciwieństwie do ręcznych przełączników zasilania, które wymagają interwencji człowieka, ATS działa autonomicznie w oparciu o zaprogramowaną logikę i sygnały wejściowe z czujników. Gdy napięcie sieci spadnie poniżej 85-90% wartości nominalnej lub przekroczy 110%, sterownik ATS inicjuje sekwencję przełączania: sygnalizuje uruchomienie generatora, czeka, aż napięcie i częstotliwość generatora ustabilizują się w dopuszczalnych granicach (zwykle 10-30 sekund), otwiera stycznik lub wyłącznik sieci, czeka przez krótki otwarty przedział przejściowy, aby zapobiec cofaniu się zasilania lub połączeniu poza fazą, a następnie zamyka stycznik generatora, aby przywrócić zasilanie.
Gdy zasilanie z sieci powróci i ustabilizuje się, ATS wykonuje sekwencję powrotnego przełączenia – zwykle z celowym opóźnieniem czasowym (często 5-30 minut), aby zapobiec uciążliwym przełączeniom z powodu chwilowego przywrócenia zasilania z sieci – przełączając obciążenia z powrotem na sieć i sygnalizując zatrzymanie generatora.
To automatyczne działanie jest niezbędne w obiektach, w których czas reakcji człowieka jest niedopuszczalny: sale operacyjne w szpitalach, obciążenia serwerów w centrach danych, sprzęt telekomunikacyjny, przemysłowe systemy sterowania procesami, pompy pożarowe i inne zastosowania związane z bezpieczeństwem życia lub o znaczeniu krytycznym. ATS zapewnia ciągłość zasilania w ciągu kilku sekund, na długo zanim personel obiektu mógłby ręcznie interweniować.
Zrozumienie norm ATS: UL 1008 i IEC 60947-6-1
Automatyczne przełączniki zasilania podlegają dwóm podstawowym normom, które określają wymagania bezpieczeństwa, testy wydajności i systemy klasyfikacji: UL 1008 w Ameryce Północnej i IEC 60947-6-1 na arenie międzynarodowej.
UL 1008: Urządzenia przełączające
UL 1008 to norma amerykańsko-kanadyjska opublikowana przez Underwriters Laboratories dla automatycznych, ręcznych i obejściowych przełączników zasilania o prądzie znamionowym do 10 000 amperów. Norma ustanawia rygorystyczne wymagania testowe obejmujące trwałość elektryczną (10 000 cykli przełączania przy obciążeniu znamionowym), limity wzrostu temperatury, wytrzymałość dielektryczną i, co najważniejsze, wytrzymałość zwarciową i zdolność załączania zwarciowego (WCR).
WCR określa maksymalny prąd zwarciowy, który ATS może bezpiecznie wytrzymać po zamknięciu na zwarcie, oraz prąd zwarciowy, który może załączyć bez tworzenia niebezpiecznych warunków. UL 1008 wymaga, aby każdy wymieniony ATS miał oznaczoną wartość WCR, którą można wyrazić na dwa sposoby:
- Ocena czasowa: ATS może wytrzymać określony prąd zwarciowy (np. 65 kA) przez określony czas (zwykle 3 cykle lub ~50 milisekund przy 60 Hz), pod warunkiem że urządzenie zabezpieczające po stronie zasilania usunie zwarcie w tym czasie.
- Ocena dla konkretnego urządzenia: ATS jest testowany z określonymi wyłącznikami lub bezpiecznikami po stronie zasilania; w przypadku zainstalowania z jednym z tych wymienionych urządzeń, ATS osiąga wyższą wartość WCR niż sama ocena czasowa.
Oceny dla konkretnych urządzeń są na ogół wyższe, ponieważ większość wyłączników usuwa zwarcia szybciej niż 3 cykle w rzeczywistych warunkach testowych. Pozwala to na stosowanie mniejszych ramek ATS, gdy urządzenie zabezpieczające po stronie zasilania jest znane i wymienione, co zmniejsza koszty i powierzchnię instalacji. Siódma edycja UL 1008 (aktualna wersja) zaostrzyła wymagania dotyczące dodawania wyłączników do tabel dla konkretnych urządzeń, wymagając porównania z rzeczywistymi czasami wyzwalania z testów zwarciowych UL, a nie z opublikowanymi przez producentów maksymalnymi czasami wyzwalania.
W celu zapewnienia zgodności z instalacją, dostępny prąd zwarciowy na zaciskach liniowych ATS nie może przekraczać oznaczonej wartości WCR ATS, a jeśli stosowana jest ocena czasowa, inżynier musi sprawdzić, czy wybrane urządzenie po stronie zasilania usuwa zwarcia szybciej niż znamionowy czas trwania przy tym poziomie prądu.
IEC 60947-6-1: Urządzenia przełączające (TSE)
IEC 60947-6-1 to międzynarodowa norma dla urządzeń przełączających (TSE) o napięciu znamionowym do 1000 V AC lub 1500 V DC. Podczas gdy UL 1008 koncentruje się na bezpieczeństwie i wytrzymałości zwarciowej poprzez koordynację WCR, IEC 60947-6-1 wprowadza funkcjonalny system klasyfikacji oparty na zdolności ATS do radzenia sobie ze zwarciami:
- Klasa PC (z IEC 60947-3, przełączniki i rozłączniki): TSE zaprojektowane do załączania i wytrzymywania prądów zwarciowych, ale nie do przerywania ich. Urządzenia klasy PC polegają na urządzeniu zabezpieczającym przed zwarciem (SCPD) po stronie zasilania, które przerywa prądy zwarciowe.
- Klasa CB (z IEC 60947-2, wyłączniki): TSE zaprojektowane do załączania, wytrzymywania i przerywania prądów zwarciowych. Urządzenia klasy CB zawierają własne wyzwalacze przeciążeniowe i mogą niezależnie przerywać zwarcia.
- Klasa CC (z IEC 60947-4-1, styczniki): Podobna do klasy PC; oparta na blokowanych stycznikach, może załączać i wytrzymywać, ale nie przerywać prądów zwarciowych.
Te klasyfikacje IEC opisują wewnętrzny mechanizm przełączania i filozofię ochrony. W praktyce wielu producentów używa terminologii “klasa PC” i “klasa CB” nawet dla produktów z listy UL 1008 w Ameryce Północnej, ponieważ rozróżnienie mechanizmu (opartego na stycznikach w porównaniu z wyłącznikami) jest zgodne z definicjami IEC. Należy jednak pamiętać, że sama nomenklatura PC/CB nie jest formalną etykietą UL 1008 – krytycznym wymaganiem UL jest ocena WCR i jej koordynacja z urządzeniami zabezpieczającymi po stronie zasilania.
Dla inżynierów specyfikujących urządzenia ATS obie normy mają znaczenie: lista UL 1008 i koordynacja WCR zapewniają zgodność z przepisami i bezpieczeństwo w Ameryce Północnej, a zrozumienie klasyfikacji IEC 60947-6-1 PC/CB wyjaśnia podstawowy mechanizm i pomaga przewidzieć charakterystyki operacyjne, takie jak prędkość przełączania, kompatybilność obciążenia i wymagania dotyczące koordynacji ochrony.
ATS klasy PC (Programmed Control)
Klasa PC automatyczne przełączniki zasilania to dedykowane urządzenia do przełączania obciążenia zbudowane wokół styczników, przełączników z napędem silnikowym lub mechanizmów przełączających. Oznaczenie “PC” pochodzi z IEC 60947-6-1 i jest czasami rozszerzane jako “Power Control” lub “Programmed Control”, chociaż formalna definicja IEC wiąże je z wymaganiami IEC 60947-3 dotyczącymi przełączników i rozłączników. Cechą charakterystyczną: ATS klasy PC może załączania i wytrzymywania prądy zwarciowe, ale nie jest przeznaczony do przerywania ich.
Mechanizm wewnętrzny i działanie
ATS klasy PC zazwyczaj wykorzystuje dwa wytrzymałe styczniki – elektromagnetyczne urządzenia przełączające ze stykami ze stopu srebra, zaprojektowane z myślą o dużej obciążalności prądowej i długiej żywotności mechanicznej. Styczniki te są elektrycznie i mechanicznie blokowane, aby zapobiec jednoczesnemu podłączeniu obu źródeł (co spowodowałoby cofanie się zasilania lub stan równoległy poza fazą). Pojedynczy mechanizm sterujący lub siłownik z napędem silnikowym napędza przełączanie, otwierając jeden stycznik przed zamknięciem drugiego w sekwencji przerwa-przed-załączeniem (otwarte przejście).
Konstrukcja stycznika priorytetowo traktuje szybkie, niezawodne przełączanie. Czasy przełączania dla ATS klasy PC wynoszą zwykle 30-150 milisekund, w zależności od wielkości stycznika i logiki sterowania. Ta prędkość sprawia, że dobrze nadają się do zastosowań, w których chwilowa przerwa w zasilaniu jest dopuszczalna, ale szybkie przywrócenie jest niezbędne, takich jak zasilacze serwerów z kondensatorami podtrzymującymi, obciążenia zasilane z UPS lub obwody dystrybucyjne o znaczeniu niekrytycznym.
Brak zintegrowanego zabezpieczenia nadprądowego
Krytyczne ograniczenie ATS klasy PC: nie zapewniają one ochrony przed przeciążeniem lub zwarciem. Jeśli zwarcie wystąpi za ATS, styki stycznika mogą zamknąć się na prąd zwarciowy i wytrzymać go przez krótki czas, aż urządzenie zabezpieczające po stronie zasilania (wyłącznik lub bezpiecznik) usunie zwarcie, ale sam ATS nie może przerwać zwarcia.
To znaczy, że ATS klasy PC muszą być zawsze chronione przez urządzenia zabezpieczające przed zwarciem (SCPD) po stronie zasilania. SCPD – zazwyczaj wyłącznik kompaktowy (MCCB) lub bezpiecznik – musi być skoordynowany z wytrzymałością zwarciową ATS, aby zapewnić usunięcie zwarć, zanim styki ATS zostaną uszkodzone. W przypadku jednostek klasy PC z listy UL 1008 koordynacja ta jest weryfikowana poprzez ocenę WCR i tabele czasowe lub dla konkretnych urządzeń.
Kompatybilność obciążenia i zastosowania
Ponieważ ATS klasy PC nie mają wbudowanej ochrony termicznej przed przeciążeniem, są wszechstronne w szerokim zakresie typów obciążenia:
- Szybkie przełączanie dla obciążeń IT: Panele dystrybucyjne centrów danych zasilające szafy serwerowe, sprzęt sieciowy i systemy pamięci masowej korzystają z czasów przełączania poniżej 100 ms.
- Obwody poddystrybucyjne: Panele odgałęzione w budynkach komercyjnych, szpitalach i zakładach przemysłowych, w których główne zabezpieczenie nadprądowe jest już zapewnione po stronie zasilania.
- Obciążenia mieszane i rezystancyjne: Obwody oświetleniowe, sterowanie HVAC, ogólne gniazda zasilania i inne obciążenia niestanowiące silników.
- Obciążenia silnikowe: ATS klasy PC mogą obsługiwać prąd rozruchowy silnika (zwykle 6-8× prąd pełnego obciążenia), ponieważ MCCB lub bezpiecznik po stronie zasilania jest dobrany do pracy silnika, a nie samego ATS. Dzięki temu nadają się do obwodów pomp, wentylatorów i sprężarek.
- Projekty wrażliwe na koszty: Jednostki klasy PC są zazwyczaj o 20-40% tańsze niż odpowiedniki ATS klasy CB, co czyni je ekonomicznym rozwiązaniem dla instalacji wielopanelowych.
Poleganie na zabezpieczeniu nadrzędnym zapewnia również przewagę w selektywności: w przypadku prawidłowej koordynacji, nadrzędne urządzenie SCPD może być ustawione tak, aby umożliwić usunięcie zwarć w obwodach podrzędnych bez wyzwalania zasilania głównego, co poprawia niezawodność systemu.
Typowe wartości prądów znamionowych i formy fizyczne
ATS klasy PC są dostępne w zakresie od 30A do 4000A, z typowymi rozmiarami 100A, 260A, 400A, 600A, 800A, 1200A, 1600A, 2000A i 3000A. Są produkowane zarówno w konfiguracji z otwartym przejściem (standardowe rozłączenie przed załączeniem), jak i z zamkniętym przejściem (załączenie przed rozłączeniem), przy czym modele z zamkniętym przejściem są stosowane tam, gdzie krótkotrwała przerwa w zasilaniu w przypadku otwartego przejścia jest niedopuszczalna.
Kryteria wyboru dla klasy PC
Określ ATS klasy PC, gdy:
- Wyłączniki lub bezpieczniki nadrzędne zapewniają ochronę przed zwarciem i są skoordynowane z WCR ATS
- Priorytetem jest szybki czas przełączania (50-150 ms)
- Rodzaje obciążenia obejmują sprzęt IT, oświetlenie, mieszane rozdzielnice ogólne lub silniki z odpowiednim zabezpieczeniem nadrzędnym
- Pożądana jest selektywna koordynacja z urządzeniami nadrzędnymi
- Optymalizacja kosztów jest ważna dla instalacji wielojednostkowych
- Aplikacja jest zgodna z obowiązkami podrozdzielni lub obwodu odgałęzionego
Nie używaj klasy PC gdy ATS musi zapewnić własne zabezpieczenie przed zwarciem (np. główne zasilanie przychodzące bez nadrzędnego SCPD) lub gdy normy kodeksowe lub zakładowe wymagają zintegrowanego zabezpieczenia nadprądowego w samym przełączniku.
ATS klasy CB (wyłącznik automatyczny)
Klasa CB automatyczne przełączniki zasilania są zbudowane wokół wyłączników automatycznych i integrują zarówno funkcje przełączania, jak i zabezpieczenia nadprądowego w jednym urządzeniu. Oznaczenie “CB” pochodzi z normy IEC 60947-6-1 i jest powiązane z wymaganiami normy IEC 60947-2 dotyczącymi wyłączników kompaktowych i wyłączników mocy. Cechą charakterystyczną: ATS klasy CB może załączania, wytrzymywania i przerywania zwierać prądy zwarciowe niezależnie, bez polegania na nadrzędnych urządzeniach zabezpieczających.
Mechanizm wewnętrzny i działanie
ATS klasy CB składa się z dwóch wyłączników kompaktowych (MCCB) lub wyłączników powietrznych (ACB) połączonych mechanicznie i elektrycznie, aby zapobiec jednoczesnemu podłączeniu obu źródeł. Każdy wyłącznik zawiera termiczne i magnetyczne elementy wyzwalające nadprądowo, które mogą wykrywać i przerywać przeciążenia i zwarcia.
Mechanizm przełączania jest bardziej złożony niż styczniki klasy PC. Gdy sterownik ATS wyda polecenie przełączenia, jeden wyłącznik musi się otworzyć (wyzwolić lub zostać otwarty), a po krótkiej przerwie w przejściu otwartym drugi wyłącznik zamyka się. Ponieważ wyłączniki są przeznaczone do przerywania zwarć, a nie do szybkiego załączania/wyłączania przy normalnym obciążeniu, czasy przełączania klasy CB są zazwyczaj 100-300 milisekund—wolniejsze niż w przypadku jednostek klasy PC, ale nadal akceptowalne dla większości zastosowań zasilania awaryjnego.
Istnieją również ATS klasy CB z zamkniętym przejściem, ale są one mniej powszechne ze względu na złożoność chwilowego łączenia równoległego dwóch wyłączników; statyczne przełączniki zasilania (urządzenia półprzewodnikowe bez ruchomych części) są często preferowane tam, gdzie wymagane jest przełączanie w cyklu podrzędnym.
Zintegrowana ochrona nadprądowa
Kluczowa zaleta ATS klasy CB: każdy wyłącznik zapewnia własne zabezpieczenie termiczne przed przeciążeniem i magnetyczne przed zwarciem. Jeśli zwarcie wystąpi za ATS lub jeśli obciążenie przekroczy ustawienie wyzwalania wyłącznika, wyłącznik otworzy się automatycznie, aby usunąć zwarcie — niezależnie od jakiegokolwiek urządzenia nadrzędnego.
To samowystarczalne zabezpieczenie sprawia, że ATS klasy CB nadają się do głównych zasilaczy przychodzących gdzie nie ma nadrzędnego urządzenia zabezpieczającego między wejściem zasilania a ATS lub gdzie przepisy zakładowe wymagają dedykowanego zabezpieczenia nadprądowego w punkcie przełączania. W szpitalnych systemach elektrycznych Essential (NFPA 99) i innych zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem życia ATS klasy CB zapewniają dodatkową warstwę niezawodności, ponieważ nie zależą od koordynacji z urządzeniami nadrzędnymi.
Zgodnie z normą UL 1008, ATS klasy CB mają wartości WCR, podobnie jak klasa PC, ale wartości te są często wyższe, ponieważ zintegrowane wyłączniki mogą szybko przerywać zwarcia, umożliwiając mechanizmowi ATS wytrzymanie wyższych spodziewanych prądów zwarciowych. Dodatkowo jednostki klasy CB mogą mieć wartości wytrzymałości na zwarcie w krótkim czasie przeznaczone do koordynacji z nadrzędnymi przekaźnikami zabezpieczającymi lub celowymi opóźnieniami czasowymi w schematach selektywnej koordynacji.
Kompatybilność obciążenia i zastosowania
ATS klasy CB są przeznaczone do krytycznych zastosowań, w których niezbędna jest zintegrowana ochrona i samodzielna zdolność usuwania zwarć:
- Główne zasilacze przychodzące: Podstawowy ATS na wejściu zasilania lub wyjściu generatora, zasilający całe systemy dystrybucji w szpitalach, centrach danych i zakładach przemysłowych.
- Obciążenia infrastruktury krytycznej: Pompy pożarowe, obwody bezpieczeństwa życia, oświetlenie awaryjne i zasilanie sal operacyjnych w szpitalach, gdzie NFPA 110 i NFPA 99 nakazują niezależną ochronę.
- Środowiska o wysokim prądzie zwarciowym: Lokalizacje w pobliżu transformatorów lub wyjść generatora, gdzie spodziewane prądy zwarciowe przekraczają to, co sama koordynacja nadrzędna może bezpiecznie obsłużyć.
- Zasilanie wind i schodów ruchomych: Gdzie przepisy wymagają dedykowanego zabezpieczenia nadprądowego dla urządzeń transportu pionowego.
- Obiekty wymagające redundantnej ochrony: Gdzie filozofia projektowania systemu wymaga wielu warstw zabezpieczenia nadprądowego, aby zminimalizować pojedyncze punkty awarii.
Ponieważ zintegrowane wyłączniki zapewniają ochronę przed przeciążeniem, ATS klasy CB nadają się również do obciążeń silnikowych, chociaż wolniejszy czas przełączania (w porównaniu z klasą PC) może spowodować, że niektóre urządzenia napędzane silnikiem wybiegną i będą wymagały ponownego uruchomienia po przełączeniu.
Typowe wartości prądów znamionowych i formy fizyczne
ATS klasy CB są dostępne w zakresie od 100A do 4000A, z typowymi wartościami znamionowymi 225A, 400A, 600A, 800A, 1200A, 1600A, 2500A, 3200A i 4000A. Są one fizycznie większe i cięższe niż odpowiedniki klasy PC ze względu na mechanizmy wyłączników i komory przerywania łuku. Obudowy są zazwyczaj NEMA 1 dla instalacji wewnętrznych, z opcjami NEMA 3R lub NEMA 4/4X dla środowisk zewnętrznych lub trudnych.
Kryteria wyboru dla klasy CB
Określ ATS klasy CB, gdy:
- ATS jest zainstalowany na głównym zasilaniu przychodzącym bez nadrzędnego urządzenia zabezpieczającego
- Normy kodeksowe lub zakładowe (NFPA 110, NFPA 99, NEC Artykuł 700/701/702) wymagają zintegrowanego zabezpieczenia nadprądowego w punkcie przełączania
- Krytyczne obciążenia (pompy pożarowe, szpitalne obwody bezpieczeństwa życia, windy) wymagają niezależnej zdolności usuwania zwarć
- Wysokie prądy zwarciowe lub złożone schematy selektywnej koordynacji wymagają wartości wytrzymałości na zwarcie w krótkim czasie
- Filozofia projektowania systemu podkreśla redundantne warstwy ochrony
- Aplikacja uzasadnia dodatkowy koszt (zazwyczaj o 30-50% wyższy niż w przypadku klasy PC) za zintegrowaną ochronę
Nie używaj klasy CB gdy krytyczna jest szybkość przełączania (użyj klasy PC lub statycznych przełączników zasilania dla przełączania <100 ms) lub gdy nadrzędne wyłączniki zapewniają już odpowiednią ochronę i selektywność (klasa PC oferuje lepszą ekonomię i szybkość w tych scenariuszach).
Kluczowe różnice techniczne: Klasa PC vs CB
Wybór między klasą PC i CB ATS zależy od kilku różnic technicznych, które bezpośrednio wpływają na projekt systemu, koszt i wydajność operacyjną.
Mechanizm przełączania i konstrukcja wewnętrzna
| Cecha | Klasa PC | Klasa CB |
| Podstawowy komponent | Styczniki lub przełączniki z napędem silnikowym | Wyłączniki kompaktowe lub powietrzne |
| Złożoność mechanizmu | Proste styki elektromagnetyczne lub z napędem silnikowym | Mechanizm wyzwalania wyłącznika z elementami termicznymi/magnetycznymi |
| Fizyczny Rozmiar | Kompaktowy; mniejsza powierzchnia dla równoważnej wartości znamionowej | Większe ze względu na mechanizmy wyłączników i komory łukowe |
| Waga | Lżejsze (20-40% lżejsze niż klasa CB) | Cięższe ze względu na konstrukcję wyłącznika |
Ochrona i obsługa zwarć
| Cecha | Klasa PC | Klasa CB |
| Ochrona przed przeciążeniem prądowym | Brak; polega wyłącznie na zabezpieczeniach nadprądowych (SCPD) znajdujących się powyżej w torze zasilania | Zintegrowane zabezpieczenie termiczne przeciążeniowe i magnetyczne zwarciowe |
| Przerywanie zwarć | Nie może przerywać prądów zwarciowych | Może niezależnie przerywać prądy zwarciowe |
| Koordynacja WCR (Wytrzymałość zwarciowa) | Wymaga koordynacji z wyłącznikami/bezpiecznikami znajdującymi się powyżej w torze zasilania | Wyższe wartości znamionowe WCR dzięki zintegrowanej zdolności wyłączania |
| Filozofia ochrony | Zależy od koordynacji na poziomie systemu | Samowystarczalna; ochrona autonomiczna |
Charakterystyka działania
| Cecha | Klasa PC | Klasa CB |
| Prędkość przełączania | 30-150 milisekund (szybko) | 100-300 milisekund (umiarkowanie) |
| Wytrzymałość elektryczna | Zazwyczaj ponad 100 000 operacji | 10 000-50 000 operacji (zależne od wyłącznika) |
| Zgodność obciążenia | Wszystkie typy obciążeń (z zabezpieczeniem powyżej w torze zasilania) | Wszystkie typy obciążeń; obciążenia silnikowe mogą wymagać ponownego uruchomienia |
| Rozruch silnika | Obsługuje prądy rozruchowe poprzez dobór zabezpieczenia nadprądowego (SCPD) znajdującego się powyżej w torze zasilania | Zintegrowany wyłącznik musi być dobrany do prądu rozruchowego |
Zastosowanie i instalacja
| Cecha | Klasa PC | Klasa CB |
| Typowa instalacja | Panele podrozdzielcze, obwody odgałęzione | Główne zasilania przychodzące, infrastruktura krytyczna |
| Zabezpieczenie powyżej w torze zasilania | Obowiązkowe | Opcjonalne (może być autonomiczne) |
| Wymagania dotyczące kodu | Odpowiednie, gdy obecne jest zabezpieczenie nadprądowe (SCPD) powyżej w torze zasilania | Wymagane, gdy ATS musi zapewniać niezależną ochronę |
| Selektywność | Lepsza selektywność dzięki koordynacji z urządzeniami znajdującymi się powyżej w torze zasilania | Ochrona w punkcie przełączania; może ograniczać selektywność urządzeń znajdujących się powyżej w torze zasilania |
Koszty i czynniki ekonomiczne
| Cecha | Klasa PC | Klasa CB |
| Koszt sprzętu | Niższy (bazowy) | 30-50% wyższe niż w przypadku równoważnej klasy PC |
| Koszt instalacji | Niższe; prostsze okablowanie | Wyższe; większe obudowy i mocowania |
| Konserwacja | Minimalne; kontrola/wymiana stycznika | Wymagane testowanie i kalibracja wyłącznika |
| Projekty wieloobiektowe | Ekonomiczne dla wielu paneli | Wyższy koszt całkowity dla systemów wielopanelowych |
Konsekwencje niewłaściwego zastosowania
Użycie niewłaściwej klasy ATS powoduje przewidywalne tryby awarii:
- Klasa PC na głównym zasilaniu przychodzącym bez zabezpieczenia nadprądowego (SCPD) powyżej w torze zasilania: ATS nie może usunąć zwarć. Podczas zwarcia stycznik zamknie się na zwarcie i pozostanie zamknięty, polegając na zabezpieczeniu sieci lub generatora — które może nie koordynować się prawidłowo, powodując uszkodzenie sprzętu lub ryzyko pożaru.
- Klasa CB tam, gdzie krytyczne jest szybkie przełączanie: Dłuższy czas przełączania (100-300 ms) może przekroczyć czas podtrzymania wrażliwego sprzętu IT, powodując resetowanie serwerów lub utratę danych. Lepiej nadają się statyczne przełączniki transferowe lub ATS klasy PC.
- Klasa PC bez odpowiedniej koordynacji WCR: Jeśli zabezpieczenie nadprądowe (SCPD) znajdujące się powyżej w torze zasilania jest niedowymiarowane lub zbyt wolne, prądy zwarciowe mogą przekroczyć wytrzymałość ATS, powodując spawanie styków lub katastrofalną awarię.
- Klasa CB w schematach selektywnej koordynacji bez uwzględnienia: Zintegrowane wyłączniki dodają kolejną warstwę ochrony, która musi być skoordynowana z urządzeniami znajdującymi się powyżej i poniżej w torze zasilania; nieprawidłowa koordynacja może powodować niepożądane wyłączenia lub utratę selektywności.
Przewodnik po zastosowaniach: Centra danych, szpitale i zakłady przemysłowe
Różne typy obiektów nakładają odmienne wymagania na automatyczne przełączniki zasilania. Zrozumienie tych specyficznych dla aplikacji potrzeb wyjaśnia, kiedy klasa PC lub CB jest właściwym wyborem.
Centra danych i obiekty IT
Główne obawy: Maksymalny czas sprawności (dostępność 99,99%), szybkie przełączanie w celu zminimalizowania zakłóceń serwerów, selektywna koordynacja w celu izolowania zwarć bez kaskadowych awarii.
Typowa architektura ATS:
- Główne zasilanie przychodzące: Często używa się ATS klasy CB (400A-4000A) na złączu sieć/generator zasilającym cały obiekt. Zapewnia niezależną ochronę i wysokie wartości znamionowe WCR dla ogromnych prądów zwarciowych w pobliżu wejścia zasilania.
- Dystrybucja do obciążeń IT: ATS klasy PC (100A-600A) na poziomie PDU (jednostki dystrybucji zasilania) lub rzędu. Szybkie przełączanie (50-100 ms) utrzymuje serwery online dzięki kondensatorom podtrzymującym, a wyłączniki MCCB znajdujące się powyżej w torze zasilania zapewniają koordynację zwarciową i selektywność.
- Statyczne przełączniki transferowe (STS): W centrach danych Tier III/IV, półprzewodnikowe przełączniki STS o czasie przełączania <5ms są używane między podwójnymi wyjściami UPS, aby uniknąć przerw w zasilaniu obciążenia IT. Są to technicznie inna klasa urządzeń, ale służą podobnym celom redundancji.
Szpitale i placówki opieki zdrowotnej
Główne obawy: Zgodność z przepisami bezpieczeństwa życia (NFPA 99, NFPA 110), 10-sekundowe przywrócenie zasilania dla krytycznych obwodów, niezależna ochrona dla podstawowych systemów elektrycznych, możliwość konserwacji bez przerywania pracy.
Typowa architektura ATS:
- Główne przyłącze zasilania do podstawowego systemu elektrycznego (EES): ATS klasy CB (800A-3000A) jest standardem. NFPA 99 nakazuje, aby EES był zdolny do niezależnej pracy, a klasa CB zapewnia wymaganą zintegrowaną ochronę. Ten ATS zasila obwody bezpieczeństwa życia, krytyczne i sprzętowe.
- Obwód bezpieczeństwa życia (oświetlenie awaryjne, alarmy pożarowe, oświetlenie dróg ewakuacyjnych): Dedykowany ATS klasy CB (100A-400A) zapewnia niezależną ochronę dla obwodów wymaganych przez przepisy, które muszą pozostać zasilane podczas sytuacji awaryjnych.
- Obwód krytyczny (sale operacyjne, OIOM, oddział ratunkowy): ATS klasy CB lub klasy PC w zależności od projektu obiektu. Zamknięte przejście klasy PC jest powszechne dla zasilania sal operacyjnych, aby zapobiec przerwom w zasilaniu sprzętu podtrzymującego życie; koordynacja nadrzędna jest starannie zaprojektowana, aby spełnić wymagania selektywności NFPA.
- Obwód sprzętowy (HVAC, windy, obciążenia niekrytyczne): ATS klasy PC (200A-800A) jest ekonomiczny i zapewnia szybkie przełączanie dla mniej krytycznych systemów, gdzie akceptowalna jest ochrona nadrzędna.
Budynki komercyjne
Główne obawy: Zgodność z przepisami dla systemów awaryjnych/rezerwowych (NEC Artykuł 700/701/702), efektywność kosztowa, możliwość konserwacji, odpowiednia ochrona dla pomp pożarowych i oświetlenia dróg ewakuacyjnych.
Typowa architektura ATS:
- Główne przyłącze budynku: Może używać ATS klasy CB (600A-2000A) jeśli ATS znajduje się przy wejściu zasilania bez nadrzędnego zabezpieczenia, lub Klasa PC jeśli znajduje się za głównym wyłącznikiem zasilania.
- Pompa pożarowa: NEC Artykuł 695 wymaga dedykowanej ochrony nadprądowej; ATS klasy CB (100A-400A) jest typowe, aby zapewnić, że obwód pompy pożarowej ma niezależną zdolność usuwania zwarć.
- Oświetlenie awaryjne/dróg ewakuacyjnych: ATS klasy PC (30A-100A) jest ekonomiczne i zgodne z przepisami, gdzie wyłączniki nadrzędne zapewniają ochronę.
- HVAC i ogólne obciążenia rezerwowe: ATS klasy PC dla efektywności kosztowej i szybkiego przełączania.
Obiekty przemysłowe i produkcyjne
Główne obawy: Ciągłość procesu, obsługa obciążenia silnikowego, wysokie prądy zwarciowe w pobliżu transformatorów, selektywna koordynacja w celu uniknięcia przestojów w produkcji, solidna konstrukcja dla trudnych warunków.
Typowa architektura ATS:
- Główne zasilanie zakładu: ATS klasy CB (1200A-4000A) na uzwojeniu wtórnym transformatora lub punkcie przyłączenia generatora, zapewniając wysokie wartości WCR i niezależną ochronę dla miejsc o wysokiej wartości prądu zwarciowego.
- Sterowanie procesem i zasilanie PLC: ATS klasy PC (60A-200A) z szybkim przełączaniem, aby utrzymać systemy sterowania online i uniknąć przerw w procesie.
- Obciążenia silnikowe (pompy, sprężarki, przenośniki): ATS klasy PC dobrane do prądu rozruchowego silnika, z nadrzędnymi wyłącznikami MCCB zapewniającymi ochronę przed przeciążeniem i zwarciem. Przełączenie może spowodować wybieg silnika i wymagać ponownego uruchomienia, co jest akceptowalne w większości zastosowań przemysłowych.
Praktyczny przewodnik wyboru: Wybór między klasą PC i CB
Krok 1: Określ lokalizację instalacji i kontekst ochrony
Czy ATS znajduje się przy głównym wejściu zasilania bez nadrzędnego urządzenia zabezpieczającego?
- TAK → Wymagana klasa CB. Bez nadrzędnej ochrony, ATS musi zapewnić własną zdolność usuwania zwarć.
- NIE (ATS znajduje się za głównym wyłącznikiem zasilania lub wyłącznikiem zasilającym) → Klasa PC jest wykonalna; przejdź do kroku 2.
Krok 2: Zidentyfikuj wymagania kodeksu i obiektu
Czy obowiązujące przepisy (NFPA 99, NFPA 110, NEC Artykuł 695, lokalne wymagania AHJ) nakazują zintegrowaną ochronę nadprądową w punkcie przełączania?
- TAK (szpitale EES, pompy pożarowe, obwody bezpieczeństwa życia) → Wymagana klasa CB.
- NIE → Przejdź do kroku 3.
Krok 3: Oblicz prąd zwarciowy i zweryfikuj koordynację WCR
- Określ dostępny prąd zwarciowy na zaciskach liniowych ATS.
- Zidentyfikuj nadrzędne urządzenie zabezpieczające (MCCB, bezpiecznik lub nadrzędny ATS).
- Dla kandydatów klasy PC: Sprawdź, czy urządzenie nadrzędne jest wymienione w tabelach WCR specyficznych dla urządzenia ATS, lub potwierdź, że usuwa zwarcia szybciej niż czas trwania WCR oparty na czasie ATS.
- Dla kandydatów klasy CB: Sprawdź, czy oznaczona wartość WCR ATS przekracza dostępny prąd zwarciowy.
Jeśli nie można osiągnąć koordynacji WCR z klasą PC → Użyj klasy CB (zazwyczaj dostępne wyższe wartości WCR).
Krok 4: Oceń wymagania dotyczące prędkości przełączania
Czy obciążenie wymaga przełączania szybszego niż 100 milisekund?
- TAK (zasilanie serwerów z ograniczonym podtrzymaniem, systemy sterowania procesami, sprzęt IT) → Klasa PC (przełączanie 30-150 ms) lub statyczne przełączniki transferowe (<5 ms).
- NIE (ogólna dystrybucja, obciążenia silnikowe, oświetlenie) → Zarówno klasa PC, jak i CB są akceptowalne.
Krok 5: Oceń typ obciążenia i potrzeby operacyjne
- Wrażliwe obciążenia IT, krytyczne szybkie przełączanie → Klasa PC
- Obciążenia silnikowe z akceptowalnym ponownym uruchomieniem po przełączeniu → Klasa PC (ekonomiczna z nadrzędnym SCPD)
- Mieszane obciążenia wymagające niezależnej ochrony → Klasa CB
- Urządzenia o wysokim prądzie rozruchowym (duże silniki, transformatory) → Klasa PC (łatwiejsza koordynacja poprzez dobór zabezpieczeń nadprądowych wyższego rzędu)
Krok 6: Rozważ czynniki ekonomiczne i projektowe systemu
- Instalacje wielopanelowe lub projekty wrażliwe na koszty? → Klasa PC oferuje oszczędności kosztów rzędu 20-40% na jednostkę.
- Pojedynczy, krytyczny ATS lub budżet jest drugorzędny w stosunku do solidności zabezpieczeń? → Klasa CB zapewnia dodatkową warstwę ochrony.
- Filozofia selektywnej koordynacji? → Klasa PC pozwala na lepszą koordynację z zabezpieczeniami wyższego rzędu; klasa CB zapewnia niezależną ochronę w punkcie przełączania.
Wnioski
Rozróżnienie między automatycznymi przełącznikami zasilania klasy PC i CB nie jest arbitralne ani kwestią prostych preferencji – definiuje fundamentalną filozofię ochrony, mechanizm przełączania i charakterystykę operacyjną urządzenia. Przełączniki ATS klasy PC, zbudowane w oparciu o styczniki lub przełączniki silnikowe, zapewniają szybkie, ekonomiczne przełączanie obciążenia, ale polegają całkowicie na urządzeniach zabezpieczających wyższego rzędu w zakresie wyłączania zwarć. Przełączniki ATS klasy CB, zbudowane z wyłączników automatycznych, integrują zabezpieczenie nadprądowe i wyłączanie zwarć w samym przełączniku, dzięki czemu nadają się do głównych zasilaczy i zastosowań, w których wymagana lub preferowana jest niezależna ochrona.
Dla inżynierów elektryków projektujących krytyczne systemy zasilania, decyzja zależy od lokalizacji instalacji, wymagań kodeksowych, koordynacji prądów zwarciowych, potrzebnej szybkości przełączania i względów ekonomicznych. Główne przyłącza zasilania bez zabezpieczeń wyższego rzędu wymagają klasy CB; panele rozdzielcze z obciążeniami IT wymagającymi szybkiego przełączania preferują klasę PC. Szpitale i obwody bezpieczeństwa życia często wymagają klasy CB ze względu na zgodność z przepisami; centra danych PDU priorytetowo traktują klasę PC ze względu na szybkość i selektywność. Zrozumienie klasyfikacji IEC 60947-6-1 i ram koordynacji UL 1008 WCR pozwala inżynierom dokonywać świadomych wyborów, które równoważą ochronę, wydajność i koszty.
VIOX Electric produkuje automatyczne przełączniki zasilania zaprojektowane zgodnie z normami UL 1008 i IEC 60947-6-1 w konfiguracjach klasy PC i CB, z prądami znamionowymi od 30A do 4000A dla centrów danych, szpitali, budynków komercyjnych i obiektów przemysłowych. W celu uzyskania wskazówek dotyczących specyfikacji, badań koordynacji WCR lub konsultacji technicznych dotyczących wymagań przełączania zasilania krytycznego, skontaktuj się z zespołem inżynierów VIOX.
Określ właściwą klasę ATS dla niezawodnego zasilania krytycznego. Kontakt VIOX Electric aby omówić wymagania dotyczące automatycznego przełącznika zasilania.
