安科瑞 鮑靜君

　　摘要：介紹了電工委員會對于IT 、TT 、TN配電系統(tǒng)的定義。根據(jù)IT 、TT 、TN 三種配電系統(tǒng)的接地型式不同，比較了IT系統(tǒng)與TT及TN 配電系統(tǒng)的特點，分析歸納了IT 配電系統(tǒng)供電連續(xù)性較高、供電安全性較好的優(yōu)勢以及供電靈活性較低、設備絕緣要求高的缺點。在此基礎上，通過對船舶IT 配電系統(tǒng)的應用案例，探討了IT配電系統(tǒng)發(fā)生一次和二次接地故障時需采取的保護措施，介紹了船舶IT 配電系統(tǒng)的設備配置。

　　關鍵詞：IT 配電系統(tǒng)；絕緣監(jiān)測；接地故障

　　0 前言

　　根據(jù)電工委員會（IEC）的標準，低壓配電系統(tǒng)按照其保護接地的型式，可以分為IT 、TT 、TN三種配電系統(tǒng)。其中IT配電系統(tǒng)具有供電連續(xù)性及安全性高的優(yōu)勢，但由于系統(tǒng)成本較高，且不適用于長距離電力傳輸，因此并未被陸地電網廣泛采用。對于船舶低壓電力系統(tǒng)而言，電網供電連續(xù)性對航行安全有著非常重要的作用，且船舶電網配電線路較短，電氣設備比較有限，因此初期投入成本的影響因素相對有限。若船舶運輸危險貨物，IT 系統(tǒng)相對其他系統(tǒng)而言產生的電弧或電火花較小，從安全性角度來說有一定的優(yōu)勢。綜上所述，目前船舶低壓電力系統(tǒng)廣泛采用 IT 配電系統(tǒng)。

　　1 IT 、TT、TN 配電系統(tǒng)的定義

　　電工委員會（IEC）對于IT 、TT 、TN 三種配電系統(tǒng)的定義是根據(jù)各系統(tǒng)保護接地的型式。系統(tǒng)名稱中首字母表示電源端與地的關系；次字母表示電氣裝置的外露可導電部分與地的關系，字母具體含義如表1所示。

　　由表1可見，IT配電系統(tǒng)即電源中性點不接地或經高電阻接地的同時，電氣設備的外露可導電部分直接接地的配電系統(tǒng)。船舶低壓IT配電系統(tǒng)通常電源中性點不接地，其系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

　　TT配電系統(tǒng)即電源中性點直接接地，電氣設備的外露可導電部分直接接地的配電系統(tǒng)，其系統(tǒng)示意圖見圖2。

　　TN配電系統(tǒng)即電源中性點直接接地，電氣設備外露可導電部分用中性線（N線）及保護接地線（PE線）與電源端接地點連接的配電系統(tǒng)，其中根據(jù)N線及PE接地線的不同組合， TN 系統(tǒng)又分為TN-C 、TN-S 、TN-C-S三種子系統(tǒng)。TN-C 表示系統(tǒng)內N線與PE線是合一的； TN-S表示系統(tǒng)內N線和PE線是分開的；TN-C-S為TN-C與TN-S的結合型式，表示系統(tǒng)中N 線與PE線部分合一部分分開。上述三種子系統(tǒng)的示意圖分別見圖 3、圖4 及圖 5

2 IT配電系統(tǒng)的特點

　　2.1 供電連續(xù)性

　　IT 配電系統(tǒng)發(fā)生一個接地故障時故障電流較小，因此通常不跳閘，只產生報警信號。 其原理如圖6所示，當發(fā)生圖示的接地故障時，因故障電流沒有返回電源的直接通路，只能通過兩非故障相的帶電導體對地的電容電流返回電源，因此接地故障的故障回路阻抗僅包括非故障相導體對地容抗XC和外露可導電部分保護接地的接地電阻RA。由于XC垌RA，故障電流主要取決于導體對地電容的容抗XC，因此可以按式（1）計算三相交流回路：

　　Id = 2 √3πfUC（1）

　　式中： Id —— —故障電流， A ；

　　f —— —系統(tǒng)標稱頻率，Hz ；

　　U —— —單相時為回路標稱電壓，三相時為相間標稱電壓，V ；

　　C —— —非故障帶電導體對地電容，F(xiàn)

　　由圖6可見，公式中的C值為相導體對地電容。由于相導體對地絕緣，其對地電容值很小，因此通過上述公式計算所得的故障電流值很小，不足以引發(fā)電氣事故。此時保護電器不動作，在發(fā)生故障后可持續(xù)運行，以保證供電的不間斷。因此，IT系統(tǒng)適用于對供電連續(xù)性要求較高的場所。

　　TT 配電系統(tǒng)發(fā)生接地故障的示意圖如圖7所示。故障回路阻抗主要由相導體阻抗、電氣設備外殼接地電阻、電源裝置接地電阻及電源內阻構成。TN配電系統(tǒng)以TN-S配電系統(tǒng)為例，其發(fā)生接地故障的示意圖如圖8所示，故障回路阻抗主要由相導體阻抗、PE線導體阻抗和電源內阻構成。由于導體阻抗、接地電阻及電源內阻值均較小，因此上述兩種配電系統(tǒng)的故障電流值較大，在帶電設備外露導電部分及大地之間形成的電壓降較大，容易導致電擊事故；若故障持續(xù)時間過長，故障電流在回路導體產生的異常高溫將增加引起電氣火災的危險。因此當發(fā)生接地故障時，過電流保護電器應迅速切斷電源，導致供電連續(xù)性較低。

2.2 供電安全性

　　由于IT配電系統(tǒng)電源側中性點與地絕緣或經高阻抗接地，所以人體只要不同時觸及不同的導電部分就構不成故障回路。如圖6所示，當系統(tǒng)發(fā)生一次接地故障時產生的故障電流Id極小，接觸電壓Ut = RA×Id，一般小于人體接觸交流電壓限值（50V），該電壓對人體不會造成危險的病理生理反應。如果出現(xiàn)電弧或電火花其能量也很小，不足以引發(fā)電擊、火災或其他電氣事故。

　　TT及TN配電系統(tǒng)若發(fā)生接地故障時，帶電設備外露可導電部分產生的接觸電壓大于人體接觸交流電壓限值，若此時人體觸及到帶電設備外殼會導致間接接觸電擊事故，若不及時切斷電源，更易引起火災等其他電氣事故，相對IT系統(tǒng)而言安全性較低。

　　2.3 供電靈活性

　　IT配電系統(tǒng)若引出中性線，絕緣監(jiān)測儀無法探測到中性線接地故障，致使故障持續(xù)存在，若此時發(fā)生二次接地故障則保護將起作用直接切斷電源，致使重要用電設備供電中斷，導致嚴重后果。因此船舶IT配電系統(tǒng)通常不引出中性線。系統(tǒng)提供AC380V或 AC440V線電壓。對于船舶上設有大量的單相交流220V負荷，如照明、電加熱器及控制電源等，由于系統(tǒng)內無法直接提供上述設備的電源，必須采用配置變壓器方式來滿足負荷需求。 由此可見，IT配電系統(tǒng)的靈活性較低。TT與TN配電系統(tǒng)均可引出中性線，可靈活地提供三相交流380V電源及單相交流220V電源。供電靈活性比IT系統(tǒng)高。

　　2.4 絕緣要求

　　IT配電系統(tǒng)的單相發(fā)生接地故障時，另兩相對地電壓將升高為220V的 √3倍，升高為380V。如果系統(tǒng)帶故障長時間運行，則會加快電氣設備及電纜的絕緣老化，使之收到不同程度的損壞。TT及TN配電系統(tǒng)中，由于電源中性點直接接地，在發(fā)生單相接地故障時能夠抑制電網對地電壓的升高。 因此IT配電系統(tǒng)對線路和設備絕緣水平要求比其他兩種配電系統(tǒng)高，增加了建設初期的設備成本。綜上所述，根據(jù)IT、TT、TN 配電系統(tǒng)接地型式的不同，可以得出IT配電系統(tǒng)與其他兩種配電系統(tǒng)的主要特點比較，如表2所示。

3 船舶低壓IT配電系統(tǒng)的應用

　　3.1 船舶低壓IT 配電系統(tǒng)的配置

　　通常，船舶低壓IT配電系統(tǒng)由發(fā)電機組、配電板（包括絕緣監(jiān)測儀）、變壓器組成。

　　以交流380 V、50Hz電制的運輸船舶為例，低壓配電系統(tǒng)主要由4組匯流排組成，分別為主配電板AC380V、AC220V、應急配電板AC380V、AC220V。在每組匯流排上均應設有絕緣監(jiān)測儀（簡稱為IMD）以持續(xù)監(jiān)測船舶電網絕緣狀態(tài)，如圖9所示。

　　為避免船上廚房、洗衣設備因潮濕而引起的絕緣保護誤動作，部分船舶采用隔離變壓器的方式，既可解決此問題，同時還可確保船上重要設備供電的連續(xù)性，如圖 10所示。

3.2 接地故障的保護

　　IT配電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測器發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障后，應發(fā)出報警信號，提醒相關操作人員根據(jù)信號進行故障排除， 此時IT配電系統(tǒng)仍正常運行。但是預期接觸電壓不得超過50V，這就要求在設計時必須注意到系統(tǒng)內線纜的長度以及電氣設備的數(shù)量，以減少接地故障時的故障電流Id 或降低保護接地的接地電阻RA，使系統(tǒng)接地故障時無需切斷電源。

　　船上IT配電系統(tǒng)，為了提高供電不間斷性，通常不等發(fā)生接地故障而是利用絕緣監(jiān)測儀在電氣裝置絕緣水平降低到整定值時即發(fā)出報警信號，以便及早去掉絕緣隱患。 該整定值只需小于IT配電系統(tǒng)負載*運作時的對地絕緣電阻即可。因 IT 配電系統(tǒng)投入使用后接用了大量用電設備，大大降低了對地絕緣電阻，目前海上船舶動力網對地絕緣正常值大多在1MΩ上下，照明電網對地絕緣電阻正常值大多在0.4~0.8 MΩ。

　　絕緣監(jiān)測儀一般安裝在三根相線與地之間，如圖11所示為直流法絕緣監(jiān)測儀原理圖。 圖11中R1為分壓電阻，Rf為絕緣監(jiān)測儀監(jiān)測的對象—— —系統(tǒng)對地電阻，電源端的帶電導體不接地，只作設備外殼的保護接地。正常情況下系統(tǒng)與地是絕緣的，此時Rf在理論上應等效為無窮大；當系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障時，系統(tǒng)導線與外殼直接接觸，則導致系統(tǒng)與地直接連接，此時的Rf理論上應等效0。絕緣監(jiān)測儀向系統(tǒng)注入直流信號，經過Rf進入絕緣監(jiān)測儀構成一個閉合回路， 通過簡單的歐姆定律即可算出Rf的大小。直流法絕緣監(jiān)測儀簡單可靠，適用于不含直流分量的IT配電系統(tǒng)，又因采用直流信號可以避免系統(tǒng)電容造成的影響，使其測量的阻抗具有較高的準確度。

　　對于絕緣監(jiān)測儀的配置，各船級社均有明確的要求，用于電力、電熱和照明的絕緣配電系統(tǒng)，無論是一次系統(tǒng)還是二次系統(tǒng)，均應設有連續(xù)監(jiān)測絕緣電阻、且能在絕緣電阻異常低時發(fā)出聽覺或視覺報警信號的絕緣電阻監(jiān)測報警器。 可見絕緣監(jiān)測儀對于船舶電網的持續(xù)安全運行起著十分重要的作用，因此對其可靠性也有較高的要求。在絕緣監(jiān)測儀的安裝、檢驗和維護管理中應特別注意其接地導通的良好。否則當IT配電系統(tǒng)發(fā)生接地故障時將無法報警，從而使 IT 配電系統(tǒng)不能體現(xiàn)其高供電可靠性。

　　3.3 二次接地故障的保護

　　當電網中不同相線上發(fā)生二個接地故障會造成線間短路，電流流向如圖12中虛線所示，短路電流不僅會發(fā)生人身危險，對電氣設備的損壞非常嚴重，如發(fā)生在發(fā)電機端會燒毀發(fā)電機，造成船上大面積停電。 這對于航行是十分危險的。 因此，當發(fā)生二個接地故障時，必須通過漏電保護器或過電流保護電器及時地切斷電源。由于船用電氣裝置的外露導電部分均為單獨接地，所以保護電器應符合式（2）要求：

　　RA1×Ia ≤50V

　　RA2×Ia ≤50V（2）

　　式中： RA1、RA2 —— —電氣設備外露可導電部分接地極的接地電阻，Ω ；

　　Ia —— —保護電器切斷故障回路的動作電流， A

4 安科瑞工業(yè)用絕緣監(jiān)測儀介紹

　　4.1 概述

　　隨著工業(yè)科技的發(fā)展，漏電流對工業(yè)生產安全構成了很大的威脅。為了提高供電的連續(xù)性和可靠性，許多重要生產場所采用了不接地供電系統(tǒng)。安科瑞AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測儀主要應用于工業(yè)領域如礦井、玻璃廠、電爐和試驗設備、冶金廠、化工廠、爆炸危險場所、計算機中心及應急電源等的交流不接地系統(tǒng)中，用來實時監(jiān)測系統(tǒng)對地的絕緣狀況，當系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時，及時報警，提醒相關人員排查故障。產品的設計嚴格按照國家標準和規(guī)范進行。

　　4.2 AIM-T系統(tǒng)工業(yè)用絕緣監(jiān)測儀介紹

　　AIM-T系列絕緣監(jiān)測儀主要應用在工業(yè)場所IT配電系統(tǒng)中，用來監(jiān)測IT系統(tǒng)對地絕緣狀況，在系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障時及時報警，以提醒電氣維護人員對故障及時排查。產品主要包括AIM-T300AIM-T500兩大系列，其中兩款絕緣監(jiān)測裝置除去適用電壓等級不同以外，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

　　4.3 AIM-T系列絕緣監(jiān)測儀應用

　　AIM-T300絕緣監(jiān)測儀主要適用于在450V以下交流、直流以及交直流混合的不接地系統(tǒng)中；AIM-T500絕緣監(jiān)測儀主要適用于800V以下交流、直流以及交直流混合的不接地系統(tǒng)中。用于給礦井、玻璃廠、電爐和試驗設備、冶金廠、化工廠、爆炸危險場所、計算機中心以及應急電源等場所的IT系統(tǒng)中，實時監(jiān)測IT系統(tǒng)對地的絕緣狀況。同時AIM-T500支持雙套IT系統(tǒng)母線互聯(lián)功能，即當兩套IT系統(tǒng)通過母聯(lián)合為一套IT系統(tǒng)時，只有1臺絕緣監(jiān)測儀工作，另一臺在檢測到母聯(lián)開關閉合后，自動停止絕緣監(jiān)測功能。絕緣監(jiān)測裝置在主配電系統(tǒng)中的應用示意圖如下所示。

4.4 安科瑞工業(yè)用絕緣檢測儀選型

5 結束

　　IT 配電系統(tǒng)的供電連續(xù)性與安全性相對其他系統(tǒng)具有*的優(yōu)勢，特別是針對船舶低壓電力系統(tǒng)，對于船舶電氣設備的供電連續(xù)性及安全性有很高的要求。目前船舶低壓電力系統(tǒng)的應用方案也已十分成熟，很好地彌補了其不足之處，因此 IT配電系統(tǒng)在船舶低壓電力系統(tǒng)中得到廣泛的應用。