상담 시, 엔지니어들은 지락 보호가 어떻게 수행되는지 논의하기 위해 릴레이, 차단기 또는 전류 변환기(CT)를 언급할 수 있습니다. 그러나 고장 강도와 전체 시설이 중단되는지 또는 단일 피더만 중단되는지에 대한 실제 결정은 저항기에 의해 이루어집니다. 중성 접지 저항기(NER)는 중전압(MV) 시스템과 관련된 가장 중요한 구성 요소 중 하나로 간주되지만, 전기 공학 외부의 사람들에게는 이에 대한 정보가 거의 없습니다. 이 기사는 NER이 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 그 구성 요소, NER 선택 방법 및 비용에 대해 다룹니다.
간단한 답변: NER/NGR 또는 중성 접지 저항기는 발전기 또는 변압기의 중성을 접지에 연결하는 저항기를 의미합니다. 이 장치는 단상 단락 지락 전류를 수용 가능하고 관리 가능한 한도 내로 제한하기 위해 설계되었으며, 즉 수천 앰프가 아닌 수십 또는 수백 앰프의 범위 내에 있습니다.
중성 접지 저항기란 무엇인가?
중성 접지 저항기는 말 그대로 발전기 또는 변압기의 중립점과 접지 사이에 연결된 저항기입니다. 이는 중성 도체(와이 연결 권선)가 있는 시스템에서 사용됩니다. 이는 한 상이 접지에 닿을 때 지락 전류 흐름을 제한하기 위해 회로에 삽입된 요소입니다. 제한된 전류의 양은 릴레이가 반응할 수 있을 만큼 충분히 크고, 전력 케이블이나 사람에게 피해를 주지 않을 만큼 충분히 작습니다.
중성 접지 저항기는 두 가지 극단, 즉 고장 전류가 수천 앰페어에 이를 수 있는 단단히 접지된 시스템과 의도적으로 접지된 중성이 없는 비접지 시스템 사이의 중간 위치를 차지합니다. 중성 접지 저항기는 지락 전류의 흐름을 제어하고, 감지 가능한 고장 및 과전압 과도 현상을 가능하게 합니다.
변압기 중성이 접지되는 이유와 방법에 대한 더 넓은 접지 그림은 우리의 변압기 접지 기초 기사에서 다루어지며, NER은 특정 접지 철학이 작동하도록 만드는 구성 요소입니다.
작동 방식
Y형으로 연결된 변압기에서 상 C-접지 고장이 발생하는 상황을 고려해 보십시오. 고장 전류의 경로는 고장 지점, 접지, NER, 변압기의 중성 및 상 C 권선으로 구성됩니다. NER에는 저항기가 있으며, 옴의 법칙에 따라 해결책은 명백합니다.
적절한 공식에 따르면 (실제로 IEEE Std 32): R = Vln / (√3 × If), 여기서 Vln은 상 간의 시스템 선 전압을 나타내고 If는 원하는 접지 고장 전류 값을 나타냅니다. 다시 말해, 저항이 10 Ohm인 저항 연결을 가진 6kV 시스템의 경우를 계산하면, 고장 전류가 1000 A에서 효과적으로 접지된 시스템으로 약 346 A로 떨어지며, 이는 릴레이를 트립하기에 여전히 충분하지만 케이블, 스위치기어 및 고장 영역이 손상에도 불구하고 복구 가능할 정도로 낮습니다.
고장 사건 동안 동시에 발생하는 세 가지 일이 있습니다. 전류는 저항에 의해 제한되고, 전압은 고장 릴레이가 고장을 제대로 감지할 수 있도록 적절한 NER 유닛에 의해 결정되며, 고장 에너지는 저항에서 열의 형태로 소산되어 NER이 짧은 시간 동안만 정격이 가능하다는 사실을 증명합니다.
NER의 유형
NER은 허용하는 고장 전류의 양에 따라 분류되며, NER 유형의 선택은 비용보다는 보호 철학에 의해 결정됩니다:
| 유형 | 고장 전류 | 고장 시 동작 | 일반적인 응용 |
|---|---|---|---|
| 저항성 NER (LRG) | 100-1,000A (일부 설계는 2,500A까지) | 릴레이가 빠르게 트립됨; 피더 격리됨 | MV 유틸리티 및 산업 네트워크, 발전기 접지 |
| 고저항 NER (HRG) | ≤10A | 트립 없음; 경고만; 시스템 계속 작동 | 고장이 정전보다 더 나쁜 연속 공정 플랜트 |
| 영구적으로 연결됨 | — | 항상 회로에 있음 | 변전소 및 민감한 산업 네트워크 |
| 일시적으로 연결됨 / 휴대용 | — | 고장 시 전환되거나 테스트에 사용됨 | 시운전, 유지보수, 현장 작업 |
LRG와 HRG 사이에서 결정을 내릴 때 답해야 할 질문은 정전이 고장보다 더 나쁜지 여부입니다. 유틸리티 피더가 짧은 중단을 감당할 수 있다면 빠르고 선택적인 LRG를 선택할 것입니다. 화학 공장이 계획되지 않은 정전이 물질 고화로 이어질 수 있는 활동에 관여하고 있다면, HRG를 선택하여 시설이 질서 있는 정전을 준비하는 동안 고장을 인식할 수 있도록 합니다. 이러한 선택에 대한 보호 조정에 대해, 우리의 지락 보호 기본 사항 기사는 저항 값과 릴레이 설정이 어떻게 함께 작용하는지를 보여줍니다.
구성 요소 및 구조
현대 NER 시스템은 인클로저에 포장된 저항 요소 이상으로 구성됩니다. 전형적인 유닛은 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다:
- 저항 요소: 대부분의 경우 스테인리스 스틸 (304/316/316L) 그리드, 도전적인 영역을 위한 니켈-크롬 합금 (Cr20Ni80) 또는 경제적인 설계를 위한 철-크롬-알루미늄 (FeCrAl). 스테인리스 스틸 요소는 760ºC (IEEE 32) 이하의 단기 모드에서 작동할 수 있으며, 연속 작동 시 ≤385ºC에서 작동할 수 있습니다.
- 절연 시스템: 시스템은 전압 요구 사항을 충족해야 하며, 네트워크 특성에 따라 전력 주파수 내전압 및 기본 임펄스 수준 (BIL)에서 효과적이어야 합니다 (예: 10 kV의 NER은 전력 주파수에서 42 kV 및 75 kV 임펄스를 견딜 수 있어야 합니다).
- 인클로저: 실내용 IP20/IP23 및 실외용 루버 통풍이 있는 IP54/IP55.
- 모니터링 장치: 고장 전류 측정을 위한 전류 변압기, NER을 분리하기 위한 절연기 또는 진공 접촉기, 개방 회로 저항, 온도 PT100 및 이벤트 기록기가 포함된 NGR 모니터링 장치.
NER을 구매할 때 내부의 전류 변압기는 작지만 중요한 부분입니다 — 이것이 릴레이가 읽는 것입니다, 그리고 전류 변압기 제품군 CT 계열 및 그 등급을 설명합니다.
기호 및 회로 위치
일선 다이어그램에서 중성 접지 저항기(NER)는 저항기 표기(직사각형 또는 지그재그)로 표시되어 한 단자를 변압기 또는 발전기의 중성점과 연결하고 다른 단자를 접지 기호(세 개의 선으로 이루어진 삼각형 모양)와 연결합니다. 중성점이 없는 경우(델타 연결) 접지 변압기를 사용하여 중성점을 생성한 후 NER이 해당 중성점에 연결됩니다. 모든 경우에 저항기는 항상 중성점과 접지 사이에 연결되며, 절대적으로 상 전도체와 직렬로 연결되지 않습니다.
변압기 프로젝트나 발전기의 도면을 보면 NER은 중성 접지 다이어그램에서 중성 전류 변압기(CT), 접지 스위치 및 중성 버스바 보호와 함께 찾아볼 수 있으며, 이는 접지 개념을 즉시 입증합니다.
NER의 크기 조정 및 선택 방법
적절한 장치를 선택하는 것은 여섯 단계의 과정이며, 이 중 하나라도 생략하면 안전이 위협받거나 막대한 비용이 발생할 수 있습니다:
- 정격 전압 — 시스템에서 접지에서 상까지 측정된 전압(Vln)과 설치 요구 사항에 맞는 임펄스 내전압.
- 고장 전류 목표(If)는 시스템의 정전 용량 충전 전류보다 높아야 하며(아크 또는 공진 과전압을 피하기 위해) 케이블 및 장비의 열 용량 한계보다 낮아야 하며, 여전히 릴레이 작동보다 상당히 높아야 합니다(10A 이상).
- 저항 값 = R = Vln / (√3 × If).
- 시간 정격 = LRG의 경우 10s-30s, HRG의 경우 연속이며 열 설계 및 I²t 에너지 정격의 결정을 이끌어냅니다(예: 10kA/0.4s에서 400 kA²s를 견딜 수 있음).
- 요소의 재료 = 일반 용도의 스테인리스 스틸, 해안 지역에서 사용하기 위한 니켈-크롬 합금.
- 인클로저 및 모니터링 = 실내 또는 실외 여부와 통합된 CT 및 모니터링 장치의 값 (IP 보호 등급).
또한, IEEE 32에서 건강한 시스템의 연속 정격 사용에 대한 실용적인 권장 사항이 있습니다 = 5%-10%의 정격 전류는 지속적으로 연결된 설치를 위한 것입니다. 장치를 선택할 때 항상 지속 시간을 명시하십시오: “10초 정격, 400A”는 “연속, 10A”와는 완전히 다른 제품입니다 – 사양 오류의 예입니다. 시스템 연구를 구성 요소 사양으로 전환하는 데 도움이 필요하면, 저희 엔지니어링 팀에 문의하십시오. 귀하의 전압, 접지 철학 및 보호 설정을 알려주십시오.
이점 및 다른 접지와의 비교
고체 접지 시스템이나 접지 시스템이 없는 시스템 대신 NER을 사용할 때의 장점은 무엇입니까?
| 접지 방법 | 고장 전류 | 고장 감지 | 과전압 제어 | 연속성 |
|---|---|---|---|---|
| 고체 접지 | 매우 높음 (1,000s A) | 우수함 | 좋음 | 고장 시 차단 |
| NER (LRG) | 100-1,000A | 우수함 | 양호 (아크 억제) | 고장 시 선택적으로 차단 |
| NER (HRG) | ≤10A | 경고 기반 | 우수함 | 계속 작동 |
| 접지되지 않음 | 없음 (첫 번째 고장) | 불량 | 불량 — 아크 과전압 | 작동하지만 위험하게 |
NER을 사용할 때의 주요 장점은 안전성입니다 (최대 접촉 전압은 IEC 60479에 따라 50V 미만), 장비 손상 방지 (킬로볼트 수준의 과전압이 발생하지 않음), 고장 발생 시 손상 제한 (고장 전류가 제한됨), 선택적 보호 (릴레이가 불필요한 작동 없이 작동) 및 시스템의 안정성 (비고장 단계의 전압이 정상 전압의 10%까지 동일하게 유지됨, 즉 시스템의 90% 이상이 작동함). 비즈니스에 다운타임이 허용되지 않는 경우, NER의 사용은 계획되지 않은 중단과 제어된 경고 발생의 차이를 만듭니다.
가격 범위
NER 가격은 전압, 전류 정격 및 시간 정격의 정도, 그리고 필요한 액세서리에 따라 달라집니다.
| 구성 | 일반 가격 |
|---|---|
| 저전압 HRG 장치 (소형, 실내) | $1,500-5,000 |
| 중전압 NER, 10초 정격, 기본 인클로저 | $3,000-12,000 |
| CT + 모니터링 장치가 포함된 중전압 NER | $8,000-20,000 |
| 고사양 장치 (35kV 클래스, NiCr 요소, 실외 IP55, 전체 모니터링) | $15,000-30,000+ |
또한, 면허가 있는 팀을 고용하고, 케이블 종단 및 시운전 테스트와 같은 설치 비용이 발생하며, 이 모든 것이 총 비용에 약 10%-25%를 추가할 것입니다. 또한, 저항기와 릴레이를 단일 공급원에서 구매하면 시스템의 부품 호환성을 보장할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
접지와 중성 저항의 차이는 무엇입니까?
접지는 시스템의 중성점, 프레임 및 인클로저를 연결하여 안전을 위한 연결을 만드는 일반적인 관행을 나타냅니다. 반면, 중성 저항은 중성과 접지 사이에 저항기를 사용하여 지락 전류를 제한하는 방법입니다. 저항 접지는 접지 철학의 한 유형이며, 다른 유형으로는 고체 접지, 임피던스 접지 및 비접지 시스템이 포함됩니다.
중성 접지 저항을 어떻게 계산하나요?
계산은 다음 공식을 사용하여 수행해야 합니다: R=Vln/(√3 × If), 여기서 Vln은 전원 공급 장치의 두 상 사이의 전압이고 If는 선택된 지락 전류입니다. 선택된 지락 전류는 시스템의 용량 전류보다 커야 하며, 케이블 및 장비의 한계를 초과하지 않아야 하며, 릴레이가 감지한 전류보다 상당히 커야 합니다. 이후, 장치의 I²t 에너지 한계는 고장의 길이에 해당해야 합니다.
중성과 접지 사이에 230V가 발생하는 이유는 무엇인가요?
정상 작동 조건에서 중성-접지 전압은 중성이 접지에 연결되어 있기 때문에 0이어야 합니다. 장시간 동안 관찰된 230볼트 값은 중성-접지 연결의 손실 또는 높은 저항, 다선 회로에서의 중성 결함 또는 적절히 접지된 시스템에서의 중성 단절을 나타냅니다. 이러한 모든 상황은 자격을 갖춘 전기기사 또는 엔지니어가 점검해야 합니다.
중성 접지의 목적은 무엇인가요?
중성 접지는 시스템의 전압을 일부 기준점과 연결하여 상과 접지 간의 전압을 예측하고 결함을 감지할 수 있도록 합니다.
참고 문헌
- OMO — 중성 접지 저항기 기술에 대한 심층 가이드
- DiGi Electronics — 중성 접지 저항기 가이드
- Orion Resistors — 중성 접지 저항기 계산 (6kV-35kV)
- Captech — 중성 접지 저항기란 무엇인가요?
- IEEE Std 32 — 중성 접지 장치에 대한 요구 사항, 용어 및 시험 절차
결론
중성 접지 저항기는 접지 결함의 운명을 결정하는 눈에 띄지 않는 장치로, 아크 발생이나 전체 플랜트 정전과는 달리 관리 가능하고 인식 가능한 사건인지 여부를 판단합니다. 중성 접지 저항기의 본질은 오옴의 법칙으로 간단히 설명할 수 있습니다 — R = Vln / (√3 × If). 또한, 중성 접지의 원리는 두 가지 방법으로 이루어집니다. 첫 번째 방법은 100-1,000 A에서 작동하는 저항 접지 시스템이며, 두 번째 방법은 10 A 이하에서 작동하여 사용자에게 경고를 하지만 프로세스를 중단하지 않는 고저항 시스템입니다. 전반적으로 안전하고 효율적인 중성 접지 저항기를 선택할 때 고려해야 할 여섯 가지 매개변수가 있습니다: 전압, 결함 전류, 저항, 시간 등급, 구성 요소의 재료 및 케이스 재료; 따라서 매개변수 중 하나라도 잘못되면 안전 장치가 화재 위험 요소가 됩니다. 중성 접지 저항기의 가격은 소형 LV 장치의 경우 약 $1,500이며, 완전 모니터링된 35kV 시스템의 경우 $30,000 이상으로, 이는 전기 에너지 시스템에 대한 보험 형태 중 가장 저렴한 것 중 하나로, 귀중한 발전기와 변압기를 보호하고 이들을 파괴할 수 있는 사고 발생 문제를 해결할 수 있습니다.