安科瑞 鮑靜君

　　摘要：介紹了電工委員會對于IT 、TT 、TN配電系統的定義。根據IT 、TT 、TN 三種配電系統的接地型式不同，比較了IT系統與TT及TN 配電系統的特點，分析歸納了IT 配電系統供電連續性較高、供電安全性較好的優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 配電系統的應用案例，探討了IT配電系統發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 配電系統的設備配置。

　　關鍵詞：IT 配電系統；絕緣監測；接地故障

　　0 前言

　　根據電工委員會（IEC）的標準，低壓配電系統按照其保護接地的型式，可以分為IT 、TT 、TN三種配電系統。其中IT配電系統具有供電連續性及安全性高的優勢，但由于系統成本較高，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而言，電網供電連續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 系統相對其他系統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勢。綜上所述，目前船舶低壓電力系統廣泛采用 IT 配電系統。

　　1 IT 、TT、TN 配電系統的定義

　　電工委員會（IEC）對于IT 、TT 、TN 三種配電系統的定義是根據各系統保護接地的型式。系統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。船舶低壓IT配電系統通常電源中性點不接地，其系統示意圖如圖1所示。

　　TT配電系統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，其系統示意圖見圖2。

　　TN配電系統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，其中根據N線及PE接地線的不同組合， TN 系統又分為TN-C 、TN-S 、TN-C-S三種子系統。TN-C 表示系統內N線與PE線是合一的； TN-S表示系統內N線和PE線是分開的；TN-C-S為TN-C與TN-S的結合型式，表示系統中N 線與PE線部分合一部分分開。上述三種子系統的示意圖分別見圖 3、圖4 及圖 5

2 IT配電系統的特點

　　2.1 供電連續性

　　IT 配電系統發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

　　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，不足以引發電氣事故。此時保護電器不動作，在發生故障后可持續運行，以保證供電的不間斷。因此，IT系統適用于對供電連續性要求較高的場所。

　　TT 配電系統發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配電系統以TN-S配電系統為例，其發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，導致供電連續性較低。

2.2 供電安全性

　　由于IT配電系統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，當系統發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。如果出現電弧或電火花其能量也很小，不足以引發電擊、火災或其他電氣事故。

　　TT及TN配電系統若發生接地故障時，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系統而言安全性較低。

　　2.3 供電靈活性

　　IT配電系統若引出中性線，絕緣監測儀無法探測到中性線接地故障，致使故障持續存在，若此時發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配電系統通常不引出中性線。系統提供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配電系統的靈活性較低。TT與TN配電系統均可引出中性線，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系統高。

　　2.4 絕緣要求

　　IT配電系統的單相發生接地故障時，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配電系統中，由于電源中性點直接接地，在發生單相接地故障時能夠抑制電網對地電壓的升高。 因此IT配電系統對線路和設備絕緣水平要求比其他兩種配電系統高，增加了建設初期的設備成本。綜上所述，根據IT、TT、TN 配電系統接地型式的不同，可以得出IT配電系統與其他兩種配電系統的主要特點比較，如表2所示。

3 船舶低壓IT配電系統的應用

　　3.1 船舶低壓IT 配電系統的配置

　　通常，船舶低壓IT配電系統由發電機組、配電板（包括絕緣監測儀）、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測儀（簡稱為IMD）以持續監測船舶電網絕緣狀態，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性，如圖 10所示。

3.2 接地故障的保護

　　IT配電系統絕緣監測器發現系統出現接地故障后，應發出報警信號，提醒相關操作人員根據信號進行故障排除， 此時IT配電系統仍正常運行。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內線纜的長度以及電氣設備的數量，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，使系統接地故障時無需切斷電源。

　　船上IT配電系統，為了提高供電不間斷性，通常不等發生接地故障而是利用絕緣監測儀在電氣裝置絕緣水平降低到整定值時即發出報警信號，以便及早去掉絕緣隱患。 該整定值只需小于IT配電系統負載*運作時的對地絕緣電阻即可。因 IT 配電系統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測儀原理圖。 圖11中R1為分壓電阻，Rf為絕緣監測儀監測的對象—— —系統對地電阻，電源端的帶電導體不接地，只作設備外殼的保護接地。正常情況下系統與地是絕緣的，此時Rf在理論上應等效為無窮大；當系統出現絕緣故障時，系統導線與外殼直接接觸，則導致系統與地直接連接，此時的Rf理論上應等效0。絕緣監測儀向系統注入直流信號，經過Rf進入絕緣監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。直流法絕緣監測儀簡單可靠，適用于不含直流分量的IT配電系統，又因采用直流信號可以避免系統電容造成的影響，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，無論是一次系統還是二次系統，均應設有連續監測絕緣電阻、且能在絕緣電阻異常低時發出聽覺或視覺報警信號的絕緣電阻監測報警器。 可見絕緣監測儀對于船舶電網的持續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配電系統發生接地故障時將無法報警，從而使 IT 配電系統不能體現其高供電可靠性。

　　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，短路電流不僅會發生人身危險，對電氣設備的損壞非常嚴重，如發生在發電機端會燒毀發電機，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 安科瑞工業用絕緣監測儀介紹

　　4.1 概述

　　隨著工業科技的發展，漏電流對工業生產安全構成了很大的威脅。為了提高供電的連續性和可靠性，許多重要生產場所采用了不接地供電系統。安科瑞AIM-T系列工業用絕緣監測儀主要應用于工業領域如礦井、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中，用來實時監測系統對地的絕緣狀況，當系統出現接地故障時，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范進行。

　　4.2 AIM-T系統工業用絕緣監測儀介紹

　　AIM-T系列絕緣監測儀主要應用在工業場所IT配電系統中，用來監測IT系統對地絕緣狀況，在系統出現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。

　　4.3 AIM-T系列絕緣監測儀應用

　　AIM-T300絕緣監測儀主要適用于在450V以下交流、直流以及交直流混合的不接地系統中；AIM-T500絕緣監測儀主要適用于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系統中，實時監測IT系統對地的絕緣狀況。同時AIM-T500支持雙套IT系統母線互聯功能，即當兩套IT系統通過母聯合為一套IT系統時，只有1臺絕緣監測儀工作，另一臺在檢測到母聯開關閉合后，自動停止絕緣監測功能。絕緣監測裝置在主配電系統中的應用示意圖如下所示。

4.4 安科瑞工業用絕緣檢測儀選型

5 結束

　　IT 配電系統的供電連續性與安全性相對其他系統具有*的優勢，特別是針對船舶低壓電力系統，對于船舶電氣設備的供電連續性及安全性有很高的要求。目前船舶低壓電力系統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配電系統在船舶低壓電力系統中得到廣泛的應用。