船用隔离变压器在IT系统中实现中性点引出及单相供电的技术方案

船舶电力系统普遍采用三相三线IT系统（不接地系统），不提供中性线（N），导致船用单相220V设备无法直接取电。本文基于电磁感应与绕组联结原理，提出一种采用Dyn11联结组别的船用隔离变压器，将输入400V（三相三线）转换为输出380V（三相四线），并通过二次侧星形接法中点引出零线，同时满足单相/三相混合负载需求。文章详细分析了中性点漂移机理、容量分配原则、接地保护措施及TUV/UL认证要求，并给出工程应用实例。

关键词： 船用变压器；IT系统；中性点引出；Dyn11；TUV认证；单相供电

0 引言

现代船舶电气系统依据IEC 60092标准，多采用IT接地系统（即电源端不直接接地，设备外壳通过船体接地）。该系统最大的优点是单相接地故障时，故障电流极小，不会引起跳闸，保障船舶连续运行。然而，IT系统仅提供三根相线（L1/L2/L3），系统电压通常为400V或440V，无中性线（N）输出。而船上生活区照明、导航仪器、控制电源、检修插座等均为220V单相设备，必须获得相电压。

直接使用380/220V三相四线变压器时，一次侧需要接入零线——但船上没有。因此，如何从无零线的400V三相电源中，通过变压器自身拓扑结构“制造”一根稳定的零线，是船用电气改造与设计的常见技术难题。本文给出一种成熟、合规的解决方案。

1 船舶IT系统对变压器接线的特殊要求

1.1 IT系统结构特点

变压器或发电机中性点不接地或经高阻抗接地。

系统单相接地后，非故障相对地电压升高至线电压（约400V），但不中断供电。

对地电容电流很小，人身触电危险性相对较低。

1.2 常规变压器无法直接使用的原因

若采用普通Yyn0联结组别的三相变压器（一次侧星形接法要求中性点接地或接入零线），在一次侧无零线的IT系统中，中性点电位无法固定，导致一次侧相电压不对称，磁路饱和，变压器发热甚至烧毁。因此，必须选用一次侧为三角形（D）接法的变压器，以适应无零线输入。

2 技术方案：Dyn11隔离变压器实现中性点引出

2.1 绕组联结方式选择

推荐采用 Dyn11 联结组别：

一次侧（高压侧400V）：三角形（D）接法
优点：无中性点要求，可承受三相不平衡励磁电流，能抑制三次谐波。

二次侧（低压侧380V）：星形（Y）接法，中性点直接引出
获得三相四线制：L1、L2、L3、N。
线电压 ULL=380VULL​=380V；相电压 ULN=380V/3≈220VULN​=380V/3​≈220V。

2.2 工作原理简述

当一次侧施加对称三相400V线电压时，铁心中产生旋转磁通，在二次侧绕组中感应出电动势。由于二次侧星形接法，三个绕组尾端连接在一起构成中性点（N）。该点对地电位理论上为零（在平衡负载下）。将此中性点引出即得到零线。

2.3 关键参数计算

匝比计算：

U1LLU2LL=N1N2(D→Y 时线电压直接与匝比相关)

 时线电压直接与匝比相关)

例：输入400V，输出380V，匝比 k=400/380≈1.0526k=400/380≈1.0526。

容量分配（混合负载）：
设三相总视在功率 STST​ (kVA)，其中三相动力负载为 S3ϕS3ϕ​，单相负载总容量为 S1ϕS1ϕ​。则：

​

同时需满足：单相负载尽量均匀分配至三相，每相最大单相负载 S1ϕ,max≤ST/3S1ϕ,max​≤ST​/3。

中性线电流计算：

在极端不平衡时，中性线电流可能接近相电流，因此中性线截面积应与相线相同，且变压器中性点引出端子需按100%相电流设计。

3 工程实施中的关键技术要点

3.1 中性点漂移抑制与电压稳定性

由于单相负载的存在，中性点电位可能偏移，导致三相相电压不对称。抑制措施：

限制单相负载容量不超过变压器额定容量的30%（视产品设计，高级别可达50%）。

采用平衡电抗器或自动调压装置（对于精密负载）。

更优方案：在二次侧加装中性点接地电阻（NGR），将中性点通过电阻接至船体，既限制故障电流，又稳定电位。电阻值选择依据船级社规范（如DNG，通常 R=Uph/IlimitR=Uph​/Ilimit​，IlimitIlimit​ 限制在10~30A）。

3.2 接地保护与绝缘监测

船用IT系统中，变压器二次侧引出的中性线（N）是否接地需慎重：

若二次侧中性点直接接地，系统变为TN或TT，失去IT系统单相故障不停机的优点。但可稳定相电压，适用于对电压稳定要求高的区域（如控制室）。

多数船用方案：变压器二次侧中性点不接地，仅作为零线提供220V，同时装设绝缘监测仪（IMD） 监视对地绝缘。或者经高阻抗（>1000Ω）接地。

认证要求：TUV认证的船用变压器需通过IEC 60076-16（船用变压器标准）和IEC 60364-7-702（特殊装置）。UL认证适用于出口北美，需满足UL 1561。

3.3 单相故障穿越能力

当某一相发生金属性接地时，IT系统非故障相电压会升至线电压（~400V），而变压器二次侧星形接法的中性点对地电压也会升高。此时接在L-N之间的220V设备将承受过电压（可能接近400V），必须配置浪涌保护器（SPD） 或采用隔离变压器+二次侧不接地的方案，并在各单相回路中加装过电压脱扣器。

4 工程实例：某散货船照明改造

船型： 57000DWT散货船，原配电系统为440V/60Hz（三相三线）。需增加220V/50Hz照明插座系统。

方案： 选用一台 TUV认证船用隔离变压器，参数如下：

额定容量：50kVA

一次侧：440V/60Hz，三角形接法（实际输入400V/50Hz时降额使用，按 S′=S×(400/440)S′=S×(400/440) 约45.5kVA）

二次侧：380V/50Hz，星形接法，中性点引出

防护等级：IP44，H级绝缘

船级社认证：CCS、DNV

负载分配：

三相空调机组：15kW

单相照明/插座：总10kW，分配至A相4kW，B相3kW，C相3kW

实测中性线电流：约18A（额定相电流约76A），满足要求。

接地方式： 二次侧中性点经100Ω电阻接船体，同时装设绝缘监测仪（IMD）报警。运行一年，无电压异常或跳闸事故。

5 产品认证与选型建议

在选购此类船用变压器时，应重点关注：

项目	要求
认证	TUV (IEC 60076)，船用型式认可（如DNV、ABS、CCS）
联结组别	Dyn11 或 Dzn0（曲折形，抗不平衡能力更强）
防护等级	IP44及以上（机舱）/ IP56（露天甲板）
温升等级	船用要求环境温度45℃，温升限值按F级（105K）或H级（125K）
中性点端子	必须明确引出，且接线排机械强度满足短路电动应力

卓尔凡 可提供上述要求的TUV认证船用变压器及UL认证工业变压器。
产品特点：

输入电压：400V（三相三线，无零线）

输出电压：380V（三相四线，带零线）

可定制容量（1kVA ~ 1000kVA）、不同防护等级、非标电压频率

提供完整认证文件，满足船检与海外项目需求

如需选型计算或技术方案，请联系：

黄小姐
负责卓尔凡品牌UL/TUV认证变压器销售与技术对接。

6 结论

在无零线的船舶IT系统中，采用一次侧三角形接法、二次侧星形接法且中性点引出的Dyn11船用隔离变压器，可以从400V三相输入获得380V（线）/220V（相）的三相四线输出，完美解决单相设备供电问题。工程实施中需注意中性点漂移、接地方式、故障过电压及容量分配。选择具备TUV船用认证的产品，并遵循船级社规范，即可实现安全、稳定、合规的船上单相用电改造。

审核编辑 黄宇