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。然而这种转换电路在转换过程仍有中性线瞬时断开现象。
图6 采用4极ATS的转换电路(中性线先断后合)
(2) 采用中性线触头重叠的4极ATS的转换电路
隔离市电和发电机电源的另一个办法，是采用带重叠中性线触头的4极ATS。这种转换开关在转换过程中，市电和发电机的中性线是重叠接在电路中的，即以“先合后断”的方式进行中性线转换。或称为“中性线重叠转换”。如图7示，当从市电向发电机转换时，首先接上发电机的中性线，然后转换3个相线，再断开市电的中性线，最后，ATS的4极开关与发电机电源连接。反之亦然，即转换过程中负载的中性线同时与市电和发电机的中性线连接，转换后只与市电或发电机一个电源的中性线连接，实现了市电和发电机的中性线完全隔离。这个电路，由于在转换过程中中性线始终没有断开，故不会产生异常的转换瞬变电压和电弧，因而中性线的触头不会因电弧而腐蚀。这个好处在有较大感性负载时特别明显。这种ATS的中性线触头开距较小，触头压力不高，不配备灭弧室，中性线触头材料与相线触头的材料也不尽相同。重叠中性线触头容量一般可以比相线转换极小些，故比较经济。因此，这种转换开关有时也称为具有重叠中性线触头的3极ATS。
图7转换电路的缺点，是在转换过程中两个电源的中性线有一段时间连接在一起，在此期间整个转换电路相当于采用3极ATS的转换电路(图3)，中性线电流的分流现象有可能造成接地故障电流检测错误和断路器异常跳闸(图4，图5)。为此，可适当调节接地故障保护装置的响应时间，躲过转换过程两个电源的中性线重叠时间间隔。
图7 采用带重叠中性线触点的4极转换开关的转换电路
3.3 采用3极ATS和采用4极ATS的转换电路的性能分析
综上所述，当前电信和数据中心低压配电电路中，采用的市电/发电机组转换电路主要有4种，这4种转换电路的性能比较见表1。
表1 各种转换电路的性能
序
号转换电路 对GFP的影响 转换过程中性线中断 性能评价
13极ATS(发电机中性线经市电中性线接地)见图1。在有两个以上ATS 的场合有影响。 无 在只有一个ATS 的系统中为理想的转换电路。
23极ATS(发电机中性线在发电机处独立接地)见图3。影响严重。 无市电中性线在市电进线柜和发电机两处接地，违反TN-S系统要求。
34极ATS(中性线先断后合转换)见图6。无影响。 有转换过程中性线有中断，对下游负载有影响。
44极ATS(中性线先合后断转换或中性线重叠转换)见图7。在中性线重叠期间有影响，但可通过调节GFP动作时间解决。 无对GFP和中性线中断均无影响，是较理想的转换电路。
图1的3极ATS转换电路在只有一个ATS的场合，是比较理想的转换电路。
图3的3极ATS转换电路，在市电变压器和发电机两处接地，必然引起接地故障电流和中性线电流的分流，造成接地故障保护异常。此电路在工程中偶有所见，但属于设计或施工的失误，在市电低压进线开关采用接地保护的场合，应避免采用图3的转换电路。
图6和图7的4极ATS转换电路，解决了3极转换关电路对接地故障保护装置的影响的问题，近年来应用日益增多。但由于采用的中性线转换方案的不同，尚存在着转换过程中性线中断的问题，值得注意和研究，谨慎采用。图6的电路转换过程中性线有中断现象，对下游电路特别是UPS有严重影响。图7的转换电路在中性线重叠期间对GFP装置有影响，因此，要求中性线重叠时间不宜过长，同时应适当调节GFP的响应时间。
下面着重讨论4极ATS转换过程引起的UPS 输入电源中性线中断对UPS的影响及解决办法。
4 输入电源中性线中断对UPS的影响
4.1 UPS的接地系统和中性线基准
UPS对其所连接的负载而言是一个交流电源，对市电电源而言是一个负载。也就是说，UPS涉及到两个低压供电系统，即上游供电系统和下游供电系统。上游接地系统是指市电至UPS输入端的低压接地系统，下游接地系统是指UPS输出端至关键负载的低压接地系统。
用于电信和数据中心、计算机系统的UPS，其上游和下游接地系统均应采用TN-S系统。如前所述，TN-S是电信系统最理想的低压接地系统，通信局(站)的低压配电系统都采用
TN-S 系统，也就是说安装在通信局站UPS的上游接地系统必然是TN-S系统。UPS的下游是为关键负载ICT(信息和通信技术设备)供电的，也应采用TN-S系统。
图8是当前普遍采用的、有输出变压器的双变换UPS的电路图。如图所示，UPS的上游接地系统为TN-S，UPS的下游接地系统也是TN-S。UPS的主输入和旁路输入均由副边为Y型接法、中性点接地的市电变压器供给，UPS输出中性线和负载中性线固定接到市电
图8 有变压器UPS 的接地系统
电源的中性线，市电电源的中性线在低压进线柜中连接到接地极上。因此，UPS电源的输出中性线不是独立接地，而是通过上游电源的中性线接地。即UPS输出中性线是由其输出变压器产生，而中性线的基准(接地)是从市电的中性线取得的。
图9是无变压器UPS中性线连接的示意图，市电输入中性线与逆变器输出的中性点(即蓄电池的中心点)连接，其余与图8完全能相同。因此，UPS 的中性线也是通过市电的中性线接地的。
图9 无变压器UPS 接地系统
UPS中性线基准从市电输入电源的中性线取得是比较经济的方法，但UPS的中性线基准依赖于市电输入电源中性线的基准。当UPS 上游电源转换采用中性线先断后合的4极ATS，或UPS 上游低压进线柜和UPS交流输入配电屏采用4极断路器时，就可能引起UPS 系统的中性线基准断开，导致UPS 和负载设备的工作异常。
