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(shè)備絕緣要求高的缺點。在此基礎(chǔ)上，通過對船舶IT 配電系統(tǒng)的應(yīng)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(shè)備配置。

　　關(guān)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(wǎng)廣泛采用。對于船舶低壓電力系統(tǒng)而言，電網(wǎng)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(wǎng)配電線路較短，電氣設(shè)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(chǎn)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(guān)系；次字母表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與地的關(guān)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(jīng)高電阻接地的同時，電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)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(shè)備的外露可導(dǎo)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(shè)備外露可導(dǎo)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(nèi)N線與PE線是合一的； TN-S表示系統(tǒng)內(nèi)N線和PE線是分開的；TN-C-S為TN-C與TN-S的結(jié)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(chǎn)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(dǎo)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(dǎo)體對地容抗XC和外露可導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體對地電容，F(xiàn)

　　由圖6可見，公式中的C值為相導(dǎo)體對地電容。由于相導(dǎo)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(dǎo)體阻抗、電氣設(shè)備外殼接地電阻、電源裝置接地電阻及電源內(nèi)阻構(gòu)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(dǎo)體阻抗、PE線導(dǎo)體阻抗和電源內(nèi)阻構(gòu)成。由于導(dǎo)體阻抗、接地電阻及電源內(nèi)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(shè)備外露導(dǎo)電部分及大地之間形成的電壓降較大，容易導(dǎo)致電擊事故；若故障持續(xù)時間過長，故障電流在回路導(dǎo)體產(chǎn)生的異常高溫將增加引起電氣火災(zāi)的危險。因此當發(fā)生接地故障時，過電流保護電器應(yīng)迅速切斷電源，導(dǎo)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(cè)中性點與地絕緣或經(jīng)高阻抗接地，所以人體只要不同時觸及不同的導(dǎo)電部分就構(gòu)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(chǎn)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(yīng)。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(zāi)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(shè)備外露可導(dǎo)電部分產(chǎn)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(shè)備外殼會導(dǎo)致間接接觸電擊事故，若不及時切斷電源，更易引起火災(zāi)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(shè)備供電中斷，導(dǎo)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(shè)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(nèi)無法直接提供上述設(shè)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(shè)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(wǎng)對地電壓的升高。 因此IT配電系統(tǒng)對線路和設(shè)備絕緣水平要求比其他兩種配電系統(tǒng)高，增加了建設(shè)初期的設(shè)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(yīng)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(yīng)急配電板AC380V、AC220V。在每組匯流排上均應(yīng)設(shè)有絕緣監(jiān)測儀（簡稱為IMD）以持續(xù)監(jiān)測船舶電網(wǎng)絕緣狀態(tài)，如圖9所示。

　　為避免船上廚房、洗衣設(shè)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(shè)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(yīng)發(fā)出報警信號，提醒相關(guān)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(yù)期接觸電壓不得超過50V，這就要求在設(shè)計時必須注意到系統(tǒng)內(nèi)線纜的長度以及電氣設(shè)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(shè)備，大大降低了對地絕緣電阻，目前海上船舶動力網(wǎng)對地絕緣正常值大多在1MΩ上下，照明電網(wǎng)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(dǎo)體不接地，只作設(shè)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(yīng)等效為無窮大；當系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障時，系統(tǒng)導(dǎo)線與外殼直接接觸，則導(dǎo)致系統(tǒng)與地直接連接，此時的Rf理論上應(yīng)等效0。絕緣監(jiān)測儀向系統(tǒng)注入直流信號，經(jīng)過Rf進入絕緣監(jiān)測儀構(gòu)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(yīng)設(shè)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(wǎng)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(yīng)特別注意其接地導(dǎo)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(wǎng)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(shè)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(dǎo)電部分均為單獨接地，所以保護電器應(yīng)符合式（2）要求：

　　RA1×Ia ≤50V

　　RA2×Ia ≤50V（2）

　　式中： RA1、RA2 —— —電氣設(shè)備外露可導(dǎo)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(chǎn)安全構(gòu)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(chǎn)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(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域如礦井、玻璃廠、電爐和試驗設(shè)備、冶金廠、化工廠、爆炸危險場所、計算機中心及應(yīng)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(guān)人員排查故障。產(chǎn)品的設(shè)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(yīng)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(chǎn)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(yīng)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(shè)備、冶金廠、化工廠、爆炸危險場所、計算機中心以及應(yīng)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(guān)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(yīng)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(jié)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(shè)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(yīng)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(yīng)用。