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[摘 要]IT系统、TT系统、TN系统作为常用的供电系统，机车车辆的三相总线一般采用IT系统或TT系统的供电方式，由于每种系统都有各自的优缺点，故没有最佳系统，倘若遵照规则，这些供电系统都是良好的、可靠的。本文主要针对IT，TT系统的电气特点，通过理论说明并分析机车车辆采用IT，TT系统的技术特点及设计理念。
[关键词]IT系统 TT系统，机车车辆 接地 安全
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0352-02
通过建筑领域、工业领域等各行业的长期运营经验，认为IT 供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。此供电系统一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如连续生产装置、大医院的手术室等处，但是此供电系统出现多次绝缘故障时处理繁琐。TT供电系统配置剩余电流保护器的设计方式，一致被认为安全可靠，并对漏电保护非常灵敏，能有效保护人身安全，迅速隔离支路产生的绝缘故障点。机车车辆的用电需求是连续性的，并且机车车辆供电系统的设计，除满足设备最基本的供电需求外，应能保证旅客、司乘人员和设备的用电安全；而且，用电安全不仅要体现在正常工况，除防止电气装置在合理使用中可能发生的危险或损害外，也须防止异常状态下外漏可导电部分造成的危险。IT供电系统和TT供电系统各有优缺点，鱼与熊掌，如何兼得？列车供电系统的供电网络下集成了各个用电系统，以及保护装置等，它的应用必将是一个综合性设计，用以兼容不同工况的供电和安全需求。
轨道交通行业机车车辆的三相总线一般为三相三线和三相四线，其中三相三线一般采用IT系统的供电设计，亦即电源系统中所有带电部分与地隔离或者一点通过阻抗接地，电气装置的外露可导电部分或独立或集中地接地或与系统的接地点相连，如图1所示。在机车车辆的低压配电系统中，设备的安装是分散的，如安装在车顶、车底、车内电气柜中等位置，没有统一的单独的接地线，采用TN系统的难度很大；另外根据安全要求，设备的保护接地都是在满足TB/T3153《铁路应用 机车车辆布线规则》基础上的就近接地，保护导体的直流阻抗不超过50豪欧。这也是采用三相三线制交流总线的机车通常为IT系统的原因。
机车车辆低压配电的三相总线采用IT系统有诸多优点。如上描述的设备保护地就近接地的理念，可以省掉一根N线，直接在车体接地。这使设计和生产上考虑保护接地时非常便利，但显然的优点是能减小三相总线线束的重量，特别是近几年来，动车组的设计运行速度越来越高，列车减重的需求也显而易见。
从电气原理上，IT供电系统的另一个显著优点就是：一旦整个供电系统中出现一次设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡。如图2所示，当IT系统内某电气电子设备的绝缘损坏导致相线（如W相）与外壳短路时，回到电源中性点的接地故障电流仅为通过中性点对地阻抗的非故障相线对地的电容电流，其电流值很小，不需要立即切断故障回路，保证供电的连续性。
IT供电系统虽有独特的优点，但它一般不引出中性线，不能提供照明、控制等需用的220V 电源，且其维护管理较复杂，加上其他原因，使其应用受到限制，它适用于对供电不间断和防电击要求很高的场所。为弥补机车车辆采用IT系统的弱点，比如为完全可控的保证人体安全，有漏电时迅速隔离危险供电源，机车车辆人体可直接接触的负载，如旅客插座等，通常的设计，是通过从IT系统中增加隔离变压器，并把隔离变压器的N线接地，构成局部TT系统，在插座和隔离变压器之间安装剩余电流保护器，如图3所示，当设备有漏电时，剩余电流保护器立即断开相关负载，完全隔离电源。
IT供电系统根据标准GB16895.21_2011《低压电气装置 第4-41部分：安全防护 电击防护》的规定，安装使用绝缘监控装置和保护器，为防止一次故障时剩余电流保护器不动作，绝缘监控装置必须有效发出故障信息或动作指令，避免故障继续扩大造成影响。IT供电系统的故障排查比较困难，这也是其应用受限制的重要原因。
TT供电系统是指电源中性线直接接地，并引出中性线N，构成三相四线制供电总线，负载设备的外露可导电部分通过各自的保护线单独接地的系统，如图4所示。本系统广泛应用于公用低压电网供电网络，特别适用于对接地要求较高的数据处理和电子设备的供电，这也是机车车辆特别是动车组选用TT系统的一个原因。不同于建筑行业采用TT系统时，须占用更多的钢材搭建接地点的费料缺陷，本身车体为金属结构的机车车辆，当辅助交流供电是三相四线制时，TT系统在实际应用上会更加便利。比如，交流供电负载的外露可导电部分作为保护接地点，可就近与车体连接，而不必从电源端专门引入PE线。根据标准GB16895.21_2011《低压电气装置 第4-41部分：安全防护 电击防护》的规定，在TT系统中通常采用剩余电流保护器（RCD）作故障保护；若故障回路的阻抗足够小，且能确保阻抗值可靠又保持稳定，也可选用过电流保护电器作故障保护。实际设计和生产，为保证稳妥，机车车辆的保护措施一般选用30mA漏电保护的RCD。
机车车辆采用TT系统加RCD对交流负载供电和保护的这种结构，不同于IT系统的允许一次故障，如果负载侧线对地有绝缘不良，可立即断开相应负载供电支路的供电，切断不良负载。这种设计理念，可满足机车车辆负载分布广的安装需求，以及通过支路保护的方式，便于查找具体故障点的优点。
在采用TT系统时，为避免极少发生的三相总线线对地的绝缘不良的一次故障造成的车辆辅助交流供电瘫痪，机车车辆的N线接地在设计时，采用功率电阻和接触器并联的方式，一起接入N线对地的回路中，一旦有三相总线的线对地不良，将命令正常工作的接触器断开，此时之前被接触器短接的功率电阻串入N线对地的回路中，整车三相总线由TT系统转换为IT系统，可允许一次故障，保证列车的正常供电和继续运营。
综合上文描述，根据机车车辆个性鲜明的金属车体结构，依据车体构架的金属连接良好的等电势效果，有利于分布范围广大的负载保护就近接地。机车车辆的供电接地系统设计，如果采用三相三线的低压配电网络，可充分利用IT系统能连续工作的优点，以及兼顾部分设备漏电安全，采用局部TT系统的方式，配合合理的绝缘监控装置，灵活的设计出安全可靠、能保证列车持续运行的以IT系统为主的机车车辆供电系统。如果采用三相四线的低压配电网络，根据不同负载安装分布，以及不同支路负载特性，安装剩余电流保护器，负载级别的保护设计将会十分便利，同时为解决故障率极低的三相总线的绝缘问题，可在TT系统基础上充分利用IT系统的优点，设计为故障模式下的接地系统由TT变为IT的系统转换，用于维持列车持续运行。
机车车辆的供电系统接地设计的应用，无论选用IT供电系统或者TT供电系统，在保证持续供电需求的基礎上，应优先考虑供电安全性。随着近年来我国轨道交通的迅速发展，机车车辆供电接地技术也得到更深入的研究和应用，工程技术人员利用时代给与的舞台，加强自身综合设计能力，为世界设计出更安全、更可靠的机车车辆而不断努力！
参考文献
[1] GB16895.21 2011《低压电气装置 第4-41部分：安全防护 电击防护》
[关键词]IT系统 TT系统，机车车辆 接地 安全
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0352-02
通过建筑领域、工业领域等各行业的长期运营经验，认为IT 供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。此供电系统一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如连续生产装置、大医院的手术室等处，但是此供电系统出现多次绝缘故障时处理繁琐。TT供电系统配置剩余电流保护器的设计方式，一致被认为安全可靠，并对漏电保护非常灵敏，能有效保护人身安全，迅速隔离支路产生的绝缘故障点。机车车辆的用电需求是连续性的，并且机车车辆供电系统的设计，除满足设备最基本的供电需求外，应能保证旅客、司乘人员和设备的用电安全；而且，用电安全不仅要体现在正常工况，除防止电气装置在合理使用中可能发生的危险或损害外，也须防止异常状态下外漏可导电部分造成的危险。IT供电系统和TT供电系统各有优缺点，鱼与熊掌，如何兼得？列车供电系统的供电网络下集成了各个用电系统，以及保护装置等，它的应用必将是一个综合性设计，用以兼容不同工况的供电和安全需求。
轨道交通行业机车车辆的三相总线一般为三相三线和三相四线，其中三相三线一般采用IT系统的供电设计，亦即电源系统中所有带电部分与地隔离或者一点通过阻抗接地，电气装置的外露可导电部分或独立或集中地接地或与系统的接地点相连，如图1所示。在机车车辆的低压配电系统中，设备的安装是分散的，如安装在车顶、车底、车内电气柜中等位置，没有统一的单独的接地线，采用TN系统的难度很大；另外根据安全要求，设备的保护接地都是在满足TB/T3153《铁路应用 机车车辆布线规则》基础上的就近接地，保护导体的直流阻抗不超过50豪欧。这也是采用三相三线制交流总线的机车通常为IT系统的原因。
机车车辆低压配电的三相总线采用IT系统有诸多优点。如上描述的设备保护地就近接地的理念，可以省掉一根N线，直接在车体接地。这使设计和生产上考虑保护接地时非常便利，但显然的优点是能减小三相总线线束的重量，特别是近几年来，动车组的设计运行速度越来越高，列车减重的需求也显而易见。
从电气原理上，IT供电系统的另一个显著优点就是：一旦整个供电系统中出现一次设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡。如图2所示，当IT系统内某电气电子设备的绝缘损坏导致相线（如W相）与外壳短路时，回到电源中性点的接地故障电流仅为通过中性点对地阻抗的非故障相线对地的电容电流，其电流值很小，不需要立即切断故障回路，保证供电的连续性。
IT供电系统虽有独特的优点，但它一般不引出中性线，不能提供照明、控制等需用的220V 电源，且其维护管理较复杂，加上其他原因，使其应用受到限制，它适用于对供电不间断和防电击要求很高的场所。为弥补机车车辆采用IT系统的弱点，比如为完全可控的保证人体安全，有漏电时迅速隔离危险供电源，机车车辆人体可直接接触的负载，如旅客插座等，通常的设计，是通过从IT系统中增加隔离变压器，并把隔离变压器的N线接地，构成局部TT系统，在插座和隔离变压器之间安装剩余电流保护器，如图3所示，当设备有漏电时，剩余电流保护器立即断开相关负载，完全隔离电源。
IT供电系统根据标准GB16895.21_2011《低压电气装置 第4-41部分：安全防护 电击防护》的规定，安装使用绝缘监控装置和保护器，为防止一次故障时剩余电流保护器不动作，绝缘监控装置必须有效发出故障信息或动作指令，避免故障继续扩大造成影响。IT供电系统的故障排查比较困难，这也是其应用受限制的重要原因。
TT供电系统是指电源中性线直接接地，并引出中性线N，构成三相四线制供电总线，负载设备的外露可导电部分通过各自的保护线单独接地的系统，如图4所示。本系统广泛应用于公用低压电网供电网络，特别适用于对接地要求较高的数据处理和电子设备的供电，这也是机车车辆特别是动车组选用TT系统的一个原因。不同于建筑行业采用TT系统时，须占用更多的钢材搭建接地点的费料缺陷，本身车体为金属结构的机车车辆，当辅助交流供电是三相四线制时，TT系统在实际应用上会更加便利。比如，交流供电负载的外露可导电部分作为保护接地点，可就近与车体连接，而不必从电源端专门引入PE线。根据标准GB16895.21_2011《低压电气装置 第4-41部分：安全防护 电击防护》的规定，在TT系统中通常采用剩余电流保护器（RCD）作故障保护；若故障回路的阻抗足够小，且能确保阻抗值可靠又保持稳定，也可选用过电流保护电器作故障保护。实际设计和生产，为保证稳妥，机车车辆的保护措施一般选用30mA漏电保护的RCD。
机车车辆采用TT系统加RCD对交流负载供电和保护的这种结构，不同于IT系统的允许一次故障，如果负载侧线对地有绝缘不良，可立即断开相应负载供电支路的供电，切断不良负载。这种设计理念，可满足机车车辆负载分布广的安装需求，以及通过支路保护的方式，便于查找具体故障点的优点。
在采用TT系统时，为避免极少发生的三相总线线对地的绝缘不良的一次故障造成的车辆辅助交流供电瘫痪，机车车辆的N线接地在设计时，采用功率电阻和接触器并联的方式，一起接入N线对地的回路中，一旦有三相总线的线对地不良，将命令正常工作的接触器断开，此时之前被接触器短接的功率电阻串入N线对地的回路中，整车三相总线由TT系统转换为IT系统，可允许一次故障，保证列车的正常供电和继续运营。
综合上文描述，根据机车车辆个性鲜明的金属车体结构，依据车体构架的金属连接良好的等电势效果，有利于分布范围广大的负载保护就近接地。机车车辆的供电接地系统设计，如果采用三相三线的低压配电网络，可充分利用IT系统能连续工作的优点，以及兼顾部分设备漏电安全，采用局部TT系统的方式，配合合理的绝缘监控装置，灵活的设计出安全可靠、能保证列车持续运行的以IT系统为主的机车车辆供电系统。如果采用三相四线的低压配电网络，根据不同负载安装分布，以及不同支路负载特性，安装剩余电流保护器，负载级别的保护设计将会十分便利，同时为解决故障率极低的三相总线的绝缘问题，可在TT系统基础上充分利用IT系统的优点，设计为故障模式下的接地系统由TT变为IT的系统转换，用于维持列车持续运行。
机车车辆的供电系统接地设计的应用，无论选用IT供电系统或者TT供电系统，在保证持续供电需求的基礎上，应优先考虑供电安全性。随着近年来我国轨道交通的迅速发展，机车车辆供电接地技术也得到更深入的研究和应用，工程技术人员利用时代给与的舞台，加强自身综合设计能力，为世界设计出更安全、更可靠的机车车辆而不断努力！
参考文献
[1] GB16895.21 2011《低压电气装置 第4-41部分：安全防护 电击防护》