相談された際、エンジニアはリレー、遮断器、または電流トランスフォーマー（CT）を挙げて、接地故障に対する保護がどのように行われるかを議論することができます。しかし、故障の強度や施設全体が停止するか、または1つのフィーダーのみが停止するかの実際の決定は抵抗器によって行われます。中性接地抵抗器（NER）は、中電圧（MV）システムに関連する最も重要なコンポーネントの1つと見なされていますが、電気工学の外部の人々にとってはそれに関する情報はほとんどありません。この記事では、NERとは何か、どのように機能するか、その部品、NERの選び方、そしてそのコストについて説明します。.
簡単な回答：NER/NGRまたは中性接地抵抗器は、発電機またはトランスの中性を接地に接続する抵抗器を意味します。この装置は、単相短絡接地故障電流を許容可能で管理可能な範囲、すなわち数十または数百アンペアの範囲内に制限することを目的としています。.
中性接地抵抗器とは何ですか？
中性接地抵抗器は、その名の通り、発電機またはトランスの中性点と接地の間に接続された抵抗器です。これは、中性導体（ワイ接続巻線）を持つシステムにおいて、1つの相が接地に接触した場合の接地故障電流の流れを制限するために回路に挿入される要素です。制限された電流の量は、リレーが反応するのに十分大きく、電力ケーブルを損傷させたり、人に影響を与えたりしないほど小さいです。.
中性接地抵抗器は、接地故障からの故障電流が数千アンペアに達する固接地システムと、意図的に接地された中性を持たない接地されていないシステムという2つの極端な位置の中間に位置しています。中性接地抵抗器は、接地故障電流の流れを制御し、検出可能な故障や過電圧トランジェントを管理できるようにします。.
トランスの中性がどのように接地されるかという広範な接地の状況は、私たちの トランス接地の基本 記事で取り上げられています。NERは、特定の接地哲学を機能させるコンポーネントです。.
仕組み
Y形状に接続されたトランスにおいて、相Cから接地への故障が発生した場合を考えてみてください。故障電流の経路は、故障点、接地、NER、トランスの中性、相C巻線で構成されています。NERには抵抗器があり、オームの法則に従って、解決策は明らかです。.
適切な式（実際にはIEEE Std 32）によると：R = Vln / (√3 × If)、ここでVlnは相間のシステム線間電圧を表し、Ifは所望の地絡電流値を指します。言い換えれば、抵抗値が10オームの抵抗性接続器を持つ6kVシステムの場合を計算に用いると、故障電流は1000Aの効果的に接地されたシステムから約346Aに低下し、これはリレーをトリップさせるのに十分でありながら、ケーブル、開閉装置、および故障箇所が損傷にもかかわらず回復可能なレベルに低く抑えられています。.
故障時には同時に三つのことが起こります。電流は抵抗器によって制限され、適切なNERユニットによって電圧が決定され、保護リレーが故障を正確に検出できるようになり、故障エネルギーは抵抗器内で熱として消散されます。これにより、NERは短時間定格のみで連続運転には適さないことが証明されます。.
NERの種類
NERは許容する故障電流の大きさに応じて分類され、NERの種類の選択はコストよりも保護哲学に基づいて決定されます。
| タイプ | 故障電流 | 故障時の挙動 | 一般的な用途 |
|---|---|---|---|
| 低抵抗NER（LRG） | 100～1,000A（一部設計は2,500Aまで） | リレーが迅速にトリップし、フィーダーが隔離される | 中圧の公共および産業用ネットワーク、発電機接地 |
| 高抵抗NER（HRG） | ≤10A | トリップなし、警報のみ、システムは稼働継続 | 停止が故障よりも悪影響を及ぼす連続プロセスプラント |
| 常時接続型 | — | 常に回路内にある | 変電所および感度の高い産業用ネットワーク |
| 一時接続型／携帯型 | — | 故障時に投入されるか、試験に使用される | 試運転、保守、現場作業 |
LRGとHRGの選択においては、停止が故障よりも悪いかどうかが判断基準となります。公共のフィーダーが短時間の中断を許容できる場合は、迅速かつ選択的なLRGを選択します。化学プラントのように、計画外の停止が材料の固化を招く可能性がある場合は、HRGを選択して故障を認識しつつ、施設が秩序ある停止準備を行えるようにします。これらの選択に関する保護調整については、当社の 接地故障保護の基本 記事で抵抗値とリレー設定がどのように連携するかを示しています。.
コンポーネントと構造
現代のNERシステムは、単に抵抗素子をエンクロージャに収めたもの以上のものです。典型的なユニットは以下のような構成です：
- 抵抗素子：ほとんどの場合はステンレス鋼（304/316/316L）グリッド、過酷な環境にはニッケルクロム合金（Cr20Ni80）、経済的設計には鉄クロムアルミニウム（FeCrAl）を使用。ステンレス鋼素子は短時間モードで760ºC以下（IEEE 32）、連続運転では385ºC以下で動作可能です。.
- 絶縁システム：システムは電圧要件を満たし、ネットワーク特性に応じて電力周波数耐圧および基本インパルスレベル（BIL）に効果的でなければなりません（例：10 kVのNERは電力周波数で42 kV、インパルスで75 kVに耐えられる必要があります）。.
- エンクロージャー：屋内用のIP20/IP23および屋外用のルーバー通気付きIP54/IP55。.
- 監視デバイス：故障電流測定用の電流トランス、NERを切り離すためのアイソレーターまたは真空接触器、開回路抵抗、温度PT100、およびイベントレコーダーを備えたNGR監視デバイスを含む。.
NERを購入すると、内部の電流トランスは小さいが重要な部分です — それはリレーが読み取るものであり、 電流トランス製品範囲 CTファミリーとその定格を説明します。.
シンボルと回路位置
一線図では、中性接地抵抗器（NER）は、トランスまたは発電機の中性点と接続された一端子と接地シンボル（三本線の三角形）を接続する抵抗器の表記（長方形またはジグザグ）で表されます。中性点が存在しない場合（デルタ接続）、接地トランスを使用して中性点を作成し、その後NERがその中性点に接続されます。いずれの場合でも、抵抗器は常に中性点と接地の間に接続され、相導体と直列には接続されません。.
トランスプロジェクトや発電機の図面を見ると、NERは中性接地図とともに中性電流トランス（CT）、接地スイッチ、および中性バスバー保護と共に見つかり、接地概念を一度に証明します。.
NERのサイズと選定方法
適切なユニットを選ぶことは、6つのステップのプロセスであり、そのいずれかを省略すると安全が脅かされるか、巨額のコストが発生する可能性があります：
- 定格電圧 — システム内の地面から相への電圧（Vln）および設置の要件に合ったインパルス耐圧。.
- 故障電流目標（If）は、システムの容量性充電電流よりも高く（アークや共振過電圧を避けるため）、ケーブルおよび機器の熱容量の限界よりも低く、リレーの作動を大幅に上回る必要があります（10A未満ではない）。.
- 抵抗値 = R = Vln / (√3 × If)。.
- 時間定格 = LRGの場合は10秒〜30秒、HRGの場合は連続で、熱設計およびI²tエネルギー定格の決定につながります（例：10kA/0.4秒で400 kA²sに耐えることができる）。.
- 要素の材料 = 一般用途向けのステンレス鋼、沿岸地域での使用向けのニッケルクロム合金。.
- エンクロージャーと監視 = 屋内または屋外のいずれになるか、CTおよび統合された監視ユニットの価値（保護のIP等級）。.
さらに、IEEE 32からの実用的な推奨事項があり、健全なシステムの連続定格の使用に関するもので、常に接続されている設置のためのフルロード電流5%-10%です。デバイスを選択する際は、常に持続時間を示してください：「10秒定格、400A」は「連続、10A」とは全く異なる製品であり、仕様エラーの例です。システムスタディをコンポーネント仕様に変換するための支援が必要な場合、, 当社のエンジニアリングチームにお問い合わせください。 電圧、接地哲学、および保護設定をお知らせください。.
利点と他の接地との比較
固体接地システムまたは接地なしのシステムの代わりにNERを使用する利点は何ですか？
| 接地方法 | 故障電流 | 故障検出 | 過電圧制御 | 連続性 |
|---|---|---|---|---|
| 確実に接地された | 非常に高い（1,000s A） | 優れた | 良好 | 故障時にトリップ |
| NER（LRG） | 100-1,000A | 優れた | 良好（アーク抑制） | 故障時に選択的にトリップ |
| NER（HRG） | ≤10A | アラームベース | 優れた | 動作し続ける |
| 非接地 | なし（最初の故障） | 不良 | 不良 — アーク過電圧 | 動作するが危険 |
NERを使用する主な利点は安全性です（最大接触電圧はIEC 60479に従い50V未満）、機器への損傷からの保護（キロボルトオーダーの過電圧は発生しません）、故障発生時の損傷の制限（故障電流は制限されます）、選択的保護（リレーは不必要な動作なしに作動します）およびシステムの安定性（故障していない相は正常電圧の10%まで等しい電圧を持ち、システムの90%以上が動作します）。ビジネスにとってダウンタイムが許容できない場合、NERの使用は計画外のシャットダウンと制御されたアラーム発生の違いとなります。.
価格帯
NERの価格は電圧の程度、電流定格、時間定格、および必要なアクセサリーに依存します。.
| 構成 | 典型的な価格 |
|---|---|
| 低電圧HRGユニット（小型、屋内） | $1,500-5,000 |
| 中電圧NER、10秒定格、基本エンクロージャー | $3,000-12,000 |
| CT + 監視ユニット付き中電圧NER | $8,000-20,000 |
| 高仕様ユニット（35kVクラス、NiCr要素、屋外IP55、完全監視） | $15,000-30,000+ |
また、ライセンスを持つクルーの雇用、ケーブル端末処理、試運転テストなどの設置コストがかかり、これらは総コストに約10%-25%を追加します。さらに、抵抗器とリレーを単一のソースから購入することで、システム内の部品の互換性が確保されます。.
よくある質問
接地と中性抵抗の違いは何ですか？
接地は、安全のために中性点、フレーム、およびシステムのエンクロージャーを接続する通常の慣行を表します。一方、中性抵抗は、接地故障電流を制限するために中性と接地の間に抵抗器を使用する方法です。抵抗接地は接地哲学の一種であり、他には固体接地、インピーダンス接地、非接地システムが含まれます。.
中性接地抵抗を計算する方法は？
計算は次の式 R=Vln/(√3 × If) を使用して行う必要があります。ここで、Vlnは電源の2つの相間の電圧であり、Ifは選択された接地故障電流です。選択された接地故障電流は、システムの容量性電流より大きく、ケーブルおよび機器の限界を超えず、リレーが検出する電流よりも大幅に大きい必要があります。その後、ユニットのI²tエネルギー制限は故障の長さに対応する必要があります。.
なぜ中性と接地の間に230Vが発生するのですか？
適切な作業条件下での中性から接地への電圧は、接地への中性の接続によりゼロであるべきです。長時間にわたって見られる230ボルトの値は、中性から接地への接続の喪失または高抵抗、または多線回路における中性の欠如、または適切に接地されたシステムにおける中性の切断を示しています。これらの状況はすべて、資格を持つ電気技師またはエンジニアによって確認されるべきです。.
中性接地の目的は何ですか？
中性接地は、システムの電圧をいくつかの基準点にリンクさせることを可能にし、相間および接地間の電圧を予測し、故障を検出できるようにします。.
参考文献
- OMO — 中性接地抵抗器技術の詳細ガイド
- DiGi Electronics — 中性接地抵抗器ガイド
- Orion Resistors — 中性接地抵抗器の計算 (6kV-35kV)
- Captech — 中性接地抵抗器とは？
- IEEE Std 32 — 中性接地装置の要件、用語、および試験手順
結論
中性接地抵抗器は、接地故障の運命を決定する目立たない装置であり、アークや全体のプラント停止とは異なり、管理可能で認識可能な発生であるかどうかを判断します。中性接地抵抗器の本質は、オームの法則に基づいて簡潔に説明できます — R = Vln / (√3 × If)。また、中性接地の原則は2つの方法で達成されます。最初の方法は、100-1,000 Aでトリップする低抵抗接地システムであり、2番目の方法は、10 A未満で動作し、ユーザーに警告を発しながらプロセスを停止しない高抵抗システムです。全体として、安全で効率的な中性接地抵抗器を選定する際には、電圧、故障電流、抵抗、時間定格、部品の材料およびケース材料の6つのパラメータを考慮する必要があります。したがって、いずれかのパラメータが誤っている場合、安全装置は火災の危険となります。中性接地抵抗器の価格は、小型LVデバイスで約$1,500、完全監視された35kVシステムで$30,000以上であり、これは電力エネルギーシステムの保険の中で最も安価な形態の1つであり、貴重な発電機や変圧器を救い、破壊される可能性のある事故の発生を解決することができます。.