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IT系统接地故障防护

文档作者：焦建雷许琪文档来源：北京达瑞化工工程设计有限责任公司九江职业技术学院		点击数：	更新时间： 2022年07月28日
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IT系统接地故障防护
焦建雷(北京达瑞化工工程设计有限责任公司，北京市 100101)
许琪(九江职业技术学院，江西省九江市332007)
IT System Protection against Earth Fault
JIAO Jianlei(Beijing Darui Chemical Engineering Design Co．，Ltd．，Beijing 100101，China)
XU Qi(Jiujiang Vocational and Technical College，Jiujiang 332007，Jiangxi Province，China)
Abstract：The circuit parameters during normal
operation of IT system， the earth fault current in
case of single fault and double faults， the prospective
touch voltage and choice of protective devices are
introduced； and corresponding conclusion is made：in
the first fault，IT system may keep normal operation；
but the insulation monitoring device must alarm to
avoid power failure caused by the second fault．
Key words： IT system ； single fault； double
faults； earth fault； fault current； single-phase earth
fault； fault circuit resistance； prospective touch
voltage
摘 要：介绍IT系统正常运行时的线路参数，
一次故障、二次故障时的接地故障电流、预期接触
电压及保护电器的选择。并得出相应的结论．即IT
系统发生一次接地故障时还可正常运行，但绝缘监
测装置须报警，以免发生第二次接地故障引发断电。
关键词：IT系统；一次故障；二次故障：接地
故障； 故障电流：单相接地故障；故障回路电阻：
预期接触电压
中图分类号：TU856 文献标识码：A
doi：10．3969／i．issn．1003—8493．2015．04．004
IT电源系统所有带电部分应与地隔离或某一点
经高阻抗接地。配电变压器低压侧绕组星接时，公
共结点不接地或经高阻抗接地。配电变压器绕组低
压侧为三角形接法时，三相均不接地或某相经高阻
抗接地。
1 正常运行电路参数
1．1 电路分析
IT系统等值电路如图1所示。
I1
： ： ：
图1 IT系统等值电路
Fig．1 IT system equivalent circuit
各相对地电容电流：
，a。=Ua j∞C = ( + )j C
／b。=Ub j ccJ Cb=( + )J Cb
=Uc j C。=(Uc+ )j∞C。
其中 为中性点对地电压，V； 、c，b、 为各
相电压，V； 、 、 为各相对地电压。
三相对地电容电流之和为0．即：
，a +，h +Io =0
令 =U‘ph， b= ph， =0 ph，n=e j ∞。，
由节点电压法得：
作者信息
焦建雷，男，北京达瑞化工工程设计有限责任公司，工程师，电气总工程师。
许琪，女， 九江职业技术学院，讲师。
30
● ! ． ～ ～4
234 http：／／www．jzdq．net．cn
，，一一j ±j ±
。‘
J C +j Cb+j C。
=一 一 n P
其中Uph为相电压，V；P为电网不平衡度：
D ： ± ±
。
C +Cb+C。
＼／业 等等一
可见中性点对地电压取决于三相对地电容，
三相对称， 即C =Cb=C 时， =0 V。通常可取
lpl=0．035。在220／380V系统中：
Un：0．035 h=0．035×220=7．7 V
此时中性点对地电压可忽略不计。
1。2 特征
IT系统正常运行时．各相泄漏电流为对地电容
电流．取决于线路标称电压和每相线路及接人电气设
备的对地电容。中性点电压可看作0V。
2 单相接地故障
2．1 电路分析
IT系统单相接地故障时故障电流如图2所示。
图2 IT系统单相接地故障时故障电流回路
Fig．2 Fault current circuit in case of single—phase
earth fault of IT system
C相接地故障时对地电压：
f= + =0
中性点对地电压：fin =一f7c
非故障相对地电压：
= + =Ua—t)c=X／3-Uc e J卯。
= + = 一 =、／丁Uc e J 。
睁 翻
设C =Cb=C，则各相对地电容电流：
- jx = = c 。
一
。
一
。
。
一～ ～
nJ乙
Ibc- = J = CUee 2oo
— j e-i9。。
。
： f=一( 。+ 。)=3oJCuphe j m。
。= =3wCVoh=3／c0
其中，co= C h， 为正常运行时一相对地电容电
流，A。
2．2 IT系统单相接地故障时特征
a． 故障电流为正常时每相对地电容电流的3倍。
故障相对地电压为0V，线电压与正常时相同。可确
保设备正常运行，此时绝缘监测装置应发出报警信
号， 电击防护应满足GB 50054—2011《低压配电设
计规范》式5．2．19要求。
绝缘监测装置报警阈值一般不大于100 n／V
(详见参考文献[10])，爆炸危险区域不大于50n／V
(详见GB 3836．3—2010《爆炸性环境第3部分：
由增安型⋯e’保护的设备》附录D)，且不小于正常
运行时对地绝缘故障。根据具体情况，轮船IT系统
通常取20 kll(经验值)，局部医疗IT系统则设为
50 klq(详见GB 16895：24—2005《建筑物电气装置
第7—710部分：特殊装置或场所的要求医疗场所》
710．413．1．5)。绝缘监测装置要求见IEC 61557—8：
2007(Electrical safety in low voltage distribution systems
up to 1 000 V a．c and 1 500 d．C．一Equipment fortesting．
measuring or monitoring of protective measures——Part 8：
Insulation monitoring devices for IT systems)，绝缘故障
定位要求见IEC 61557—9：2009(Electrical safety in
low voltage distribution systems up to 1 000 V a．c and
1 500 d． C． 一Equipment for testing， measuring or
monitoring of protective measures—— Part 9： Equipment
for insulation fauh location in IT systems)o
b． 非故障相对地电压升高为线电压．中性点对
地电压升高为相电压。由此可见，IT系统对配电装置
及设备耐压要求较TN、TT系统要高。选用电缆时．
带电导体对地电压不低于线电压．在220／380 V系
统中，电缆绝缘水平0．6／1 kV即满足要求。
31
堕芝～ 一 !l
http：／／WWW．jzdq．net．vii 235
建筑电乞。
— —-—I_—__——_-■ BUILDlNG
2口1 5 年第4 期I LECtRIClTY
3 设备共用接地时二次接地故障
3．1 电路分析
IT系统二次接地故障时的等值电路如图3所示。
A B
图3 IT系统二次接地故障时等值电路
Fig．3 Equivalent circuit in case of secondary
earch faulty of IT system
图3为IT系统中设备A、B共同接地。图中：
— — 变压器或发电机单相绕组阻抗，Q； — — 设
备A线路相导体阻抗，Q；m A—— 设备A PE导
体阻抗，n；zLB— — 设备B线路相导体阻抗，n；
B— — 设备B PE导体阻抗，Q。
设C为线路参数：
。： ( ± ( ± 2 <1
． 通常取0．8。
2zo+ZLA(1+，na)+ZLB(1+mb)
由欧姆定律可知接地故障电流：
—
2go+—ZLA(—1 4- ma)+Z—
LB(1+mb)
T U
： r1)
zI．A(1+m )+ZLB(1+mb)
式中： —— 故障回路电压，V。
3．2 接地故障电流分析
3．2．1 若为TN系统时，故障处金属性接地故障电
流计算
m
；
zLA(1+ ) ZLB (1 + mb )
式中： 、，hf— — 接地故障电流，A。
设备导体阻抗比 ： > 时：
1+m
一
／af
一 △( ± 2
，af ZLA(1+ma)+ZLB(1+mb)
32
●—■■■一 ! ⋯vo 一墼一
236 http： I1 ww w． Izdq． net． cn
： — —
1+ ( )
1+m
即，df>吉，afo
> 吉
z： < ± 时：
ZlIJB 1+m
／df 一 (1+m )
，bf。 A(1+m )+ZLB(1+mb)
1 > 1
l+兰( ± 2 z
1+mb
即／df> 1 Ibf。
3．2．2 保护电器动作特性推导
设：c=1；ma=mb，z ≥l，则：
f： — — — — ≥ — —
： ： 旦
2 ZI．+ZpE 2
式中：zL— — 相应于参照点的供电点下游所考虑线路
带电导体的阻抗，n；
— — 参照点下游保护导体的阻抗，n。
由此可知二次故障回路小截面线路保护电器可靠
动作，则可切断故障回路，该IT系统的防护条件就
得到了满足。
，a≤ 1 u1≤ ，df，，a ≤吉 = (2)
式中：厶— — 接地故障保护电器在规定时间内切断
故障回路的动作电流，A；
— — 相电压，V；
— — 线电压，Ul=x／3 Uo，V。
此式即GB 50054—2011式5．2．24—1。
引出中性线时：
，a≤ 1 uo≤ ，df
，
，a ≤ 1 Uo (3)
此式即GB 50054—2011式5．2．24—2。
注意引出中性线时满足式(3)， 自然满足式(2)，
保护灵敏度系数按照最小故障短路电流考虑。灵敏度
提高的同时供电可靠性降低了，所以IEC强烈建议
IT系统不引出中性线。设计实践中可设380，220 V
变压器来解决220 V设备用电，详见参考文献[10]。
3．2．3 解析法局限性
尽管可从理论上推导出二次接地故障电流。但是
在多回路IT系统中，导体截面积多样，故障点位置
随机．加之考虑非金属性故障，配电装置过电流保护
整定十分困难。
3．3 预期接触电压分析
UtA=ma r
一 8兰!
(1+ma)+(1+mb)
UtB=mb r
一 !
z(1+，n )+(1+mb)
式中： A— — 设备A预期接触电压，V；
B— — 设备B预期接触电压，V。
： ： a
B m b m b B
设ma=mb=m， =1，则：
吉cu
自动切断故障时间应满足GB 16895．21—2011《低
压电气装置第4—4l部分：安全防护电击防护》
411．3．2或图4要求。
4 设备分别接地时二次接地故障
类似TT系统，保护动作特性应满足GB 50054
— 2011式5．2．15。自动切断故障时间应满足GB
16895．21—2011第411．3．2条的要求。
暑
厘
苗
脚
咧
、
l I
l ＼ ＼
＼ 。＼
NL2 ＼L1
、 ＼
、
{
预期接触电压Ut／V
图4 干燥和潮湿条件下预期接触电压和
允许最大持续通电时间的关系
Fig．4 Relationship between prospective touch voltage
and maximum allowable power—on duration
under dry and damp conditions
5 结语
综上所述，IT系统发生一次接地故障时可正常运
行，但绝缘监测装置必须报警，对故障线路定位，及
时排除故障，以免发生第二次接地故障引发断电。
[1] 中机中电设计研究院有限公司． GB 50054
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[2] 中机中电设计研究院有限公司． GB 16895．21
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北京：中国标准出版社．2011．
[4] International Electrotechnical Commission． IEC
61200—413： 1996 Electrical installation guide——Part 413：
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supply[S]，1996．
f 5] International Electrotechnical Commission． IEC
61557—8：2007 Electrical safety in low voltage distribution
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measuring or monitoring of protective measures —— Part 8：
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[6] International Electrotechnieal Commission． IEC
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testing，measuring or monitoring of protective measures——Part 9：
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2014—09—22来稿
2015—03—26修回

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