中性线的转换对UPS电源性能的影响和对策

接并在市电进线柜处接地。发电机组的中性线在发电机处不接地，发电机组的机座通过PE线在市电进线柜接地。

在这种转换电路中，因为电源系统的中性线仅在市电进线柜一处接地，对于接地故障的检测是安全可靠的。在市电供电的情况下，如果发生了接地故障，接地故障保护装置(GFP)将会正确地检测出接地故障电流，发出信号，使市电进线开关断开。

应该指出，图1是采用3极ATS时的正确电路，过去曾长期应用，一般情况下是比较理想的。但是，随着配电电路对接地故障保护的需求，图1 的3极ATS 转换电路暴露出一些缺点，例如：因为发电机的中性线不在发电机处接地，在发电机侧不能实现接地故障检测(注：目前发电机输出断路器一般不设接地保护，但当有接地故障时应告警，故需要进行接地故障检测)。

值得特别注意的是，如果供电系统中有多个转换开关,有可能造成中性线电流的分流，使接地故障的检测出现错误，导致接地故障断路器在无接地故障时异常跳闸。如图2所示，在市电供电时，中性线电流会在市电和发电机的中线之间分配，流经3极ATS-2的中性线电流有一部分通过市电中性线返回市电电源，其余电流将流向发电机的中性线，并经另一个转换开关(3极ATS-1)返回市电电源。因为这部分电流未经过GFP-2检测电路，被认为是接地故障电流，故可能引起接地故障保护断路器K2在无接地故障时异常跳闸。

图1 采用3极ATS市电和发电机转换电路(发电机中性线通过市电进线柜接地)

图2 具有多个3极转换开关的转换电路(市电供电时中线电流的分流的情况)

(2)发电机组中性线在发电机处接地的转换电路

图3示出采用3 极ATS，而发电机中性线在发电机处单独接地的转换电路。由发电机中性点引出的中性线与市电的中性点连接，发电机组的机座与中性点连接并在发电机处接地。在这种转换电路中，由于市电电源系统中性线在市电进线柜和发电机两处接地，会引起中性线电流和接地故障电流的分流，影响接地故障保护装置的正常工作。

图3 采用3极ATS 的市电和发电机转换电路(发电机中性线在发电机处独立接地)

图4示出在市电供电的情况下，当发生接地故障时，故障电流IGF分流的情况。IGF有一部分通过自故障点至发电机中性点的PE线、发电机组中性点和公共的中性线N返回市电中性点，因而没有被GFP检测到。这可能造成有接地故障时接地故障保护装置拒动。

图5 示出这种转换电路的另一个问题：中性线电流IN被分流。如图所示，IN有一部分经公共中性线、发电机的中性点和发电机组的接地线返回市电电源。这将可能出现GFP检测器的对故障电流的误检测，造成在无接地故障时接地保护装置误动。

图4 采用3极ATS(发电机中性线独立接地)接地故障电流分流的情况

图5 采用3极ATS(发电机中性线独立接地)中性线电流分流的情况

3.2 采用4极ATS的转换电路

如前所述，传统的市电/发电机转换电路采用3极ATS，是不转换中性线的转换电路，无论发电机的中性线在何处接地，市电和发电机的中性线都是固定连接的。因而出现了接地故障电流和中线电流的分流现象，导致接地故障电流的检测错误。显而易见，为了避免上述种种问题，应该进行中性线的转换，使市电和发电机组完全隔离。转换中性线的市电和发电机转换电路采用4极ATS。JGJ/T16-2008《民用建筑电气设计规范》规定：正常供电电源与备用发电机之间的转换开关应采用4极开关;带接地故障保护的双电源转换开关应采用4极开关。

4极ATS有中性线断开的转换开关和中性线触头重叠转换的转换开关两种。

(1) 采用中性线断开的4极ATS的转换电路

在图6的电路中采用4极ATS，除了转换三个相线外，还利用第四个极转换中性线。实现了市电和发电机的完全隔离。发电机的中性线和机座在发电机处独立接地，与市电中性线没有连接。因此，发电机是“独立系统”。这个电路消除了由于中性线多点接地而引起的接地故障检测错误和断路器的异常跳闸(图4，图5)。此外，在发电机输出也可以进行接地故障检测和告警。

中性线断开的4极ATS采用“先断后合”的方式进行转换，在转换过程中，两个电源接地的中线没有连接到一起，不会引起接地故障检测的错误。中性线转换极与相线转换极同时动作，以防止在感性负载的存在的情况下，如果中性线极先于相线极断开，在中性线上产生瞬变高压和电弧、触头腐蚀的现象。

有的4 极ATS设计为中性线相对于相线，最后断开，最先闭合;即所谓中性线较相线“先合后分”，以减少转换中性线时产生电压瞬变的可能性。这种转换开关的中性线极的结构与相线极的结构相同，即中性线触头与相线触头具有相同的电流容量。然而