중성 접지 저항기(NER) 가이드: 작동 원리, 설계 및 응용

중성 접지 저항기(NER)는 최신 전력 시스템의 기본 안전 장치로, 장비 보호와 작업자 안전을 모두 보장합니다. NER은 저항을 통해 변압기 또는 발전기의 중성점을 접지에 연결함으로써 고장 전류를 효과적으로 제한하고 과전압을 제어합니다. 이들의 적용은 신뢰성, 규정 준수 및 결함 관리가 타협할 수 없는 중전압 및 고전압 네트워크에 필요합니다.

씨1. 중성 접지 저항기 개요

씨2. 중성 접지 저항기의 기능

씨3. 중성 접지 저항기 작동 원리

Figure 1. Neutral Earthing Resistor

중성 접지 저항 개요

NGR(중성 접지 저항기)이라고도 하는 중성 접지 저항기(NER)는 전력 시스템에 사용되는 중요한 안전 장치입니다. 저항을 통해 변압기 또는 발전기의 중성점을 접지에 연결합니다. 이 설정은 특히 단일 라인-접지 오류 중에 오류 전류를 제어하는 데 도움이 되며, 그렇지 않으면 사람에게 해를 끼치거나 장비를 손상시킬 수 있습니다. 매우 높은 고장 전류를 허용하는 견고한 접지와 달리 NER은 전류를 더 안전한 수준으로 제한합니다. 안전을 보장하고 장비를 보호하며 신뢰성을 향상시키기 위해 중전압 및 고전압 시스템에 널리 사용됩니다.

중성 접지 저항기의 기능

중성 접지 저항기의 주요 기능은 단락 또는 접지 오류 중에 흐르는 고장 전류의 양을 제한하는 것입니다. 경로에 저항을 추가함으로써 전류를 안전한 수준으로 유지하여 케이블, 변압기 및 개폐 장치를 과열이나 손상으로부터 보호합니다. 또한 낙뢰, 아크 또는 절연 고장으로 인한 전압 스파이크를 제어하여 고전압이 시스템을 통해 확산되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

또한 NER은 보호 릴레이가 결함을 보다 정확하게 감지하여 빠른 격리 및 수리를 가능하게 합니다. 또한 결함을 억제하고 장비에 대한 스트레스를 줄여 시스템 신뢰성을 향상시킵니다. IEEE, IEC 및 NEC와 같은 안전 표준을 충족하도록 제작된 NER은 안전성과 안정성을 유지하면서 전기 시스템을 접지하는 간단하고 비용 효율적인 방법을 제공합니다.

중성 접지 저항기 작동 원리

Figure 2. Neutral Earthing Resistors Working Principle

NER은 중성선과 접지 사이에 제어된 저항을 삽입하여 접지 오류에 대한 저항 경로를 생성하는 방식으로 작동합니다.

• 결함에 대한 저항 경로 – 지락 중에 전류가 접지로 직접 흐르는 대신 저항을 통해 흐르므로 크기가 제한됩니다.

• 감지를 위한 전압 강하 – 저항은 측정 가능한 전압 차이를 도입하여 보호 계전기가 오류를 정확하게 감지하도록 합니다.

• 열 방출 – 오류 에너지는 저항 내에서 열로 변환되며 적절한 설계를 통해 관리해야 합니다.

• 오류 지속 시간 제어 – NER은 영구적인 손상 없이 단기 결함을 견딜 수 있도록 평가되었습니다.

중성 접지 저항기의 종류

중성 접지 저항기(NER)는 다양한 전기 시스템의 요구 사항에 맞게 여러 형태로 제작됩니다. 각 유형은 고장 전류를 관리하고 안전성을 향상시키는 고유한 방법을 제공합니다.

저저항 NER(LNER)

이 유형은 높은 오류 전류를 안전한 수준으로 잠시 제한하도록 설계되었습니다. 보호 릴레이가 결함을 신속하게 감지하고 제거할 수 있도록 충분한 전류가 흐를 수 있습니다. 저저항 NER은 장비를 보호하기 위해 빠른 오류 격리가 필요한 고압 시스템에 가장 일반적으로 적용됩니다.

고저항 NER(HNER)

고저항 장치는 지락 전류를 매우 낮은 값, 종종 몇 암페어로 제한합니다. 즉각적인 종료를 강제하는 대신 결함이 모니터링되는 동안 계속 작동할 수 있습니다. 이는 일반적으로 즉각적인 분리보다 절연 모니터링 및 프로세스 연속성이 더 중요한 저전압 시스템 및 네트워크에 사용됩니다.

영구적으로 연결된 NER

이름에서 알 수 있듯이 이 유형은 항상 연결된 상태로 유지됩니다. 시스템을 중단 없이 안전하게 접지하여 지속적인 보호를 보장합니다. 영구적으로 연결된 NER은 일관된 신뢰성과 과전압 제어가 필수인 민감한 산업 네트워크 및 변전소에서 선호됩니다.

임시로 연결된 NER

이는 오류가 발생할 때만 서비스로 전환됩니다. 비정상적인 조건에서만 작동함으로써 불필요한 마모를 줄이고 지속적인 에너지 손실을 방지합니다. 임시 연결 설계는 접지 오류가 드물거나 확률이 낮은 것으로 간주되는 시스템에 적합합니다.

휴대용 NER

휴대용 저항기는 이동성과 유연성을 위해 제작되었습니다. 영구 접지 장비를 사용할 수 없는 현장 작업, 시운전 또는 테스트 시나리오 중에 사용할 수 있습니다. 운송이 용이하여 유지 관리 설정 및 임시 설치에 유용합니다.

NER의 설계 및 선택

NER(Neutral Earthing Resistor)의 적절한 설계와 선택은 안정적인 성능과 긴 서비스 수명을 보장하는 데 도움이 됩니다. 한 측면을 간과하면 보호와 비용 효율성이 모두 저하될 수 있으므로 여러 요소를 함께 고려해야 합니다.

• 시스템 전압 및 오류 전류: NER 설계의 첫 번째 단계는 시스템의 작동 전압과 제어해야 하는 최대 오류 전류를 이해하는 것입니다. 저항 값은 기본 관계 R = V/I를 사용하여 계산되며, 여기서 V는 라인-접지 전압이고 I는 원하는 고장 전류입니다. 이렇게 하면 시스템이 안전한 한계 내에 유지되면서 릴레이에 대해 감지 가능한 전류를 생성합니다.

• 저항 값 및 열용량: 단순한 저항을 넘어 장치의 열용량은 고장 시 발생하는 열을 견딜 수 있는지 여부를 결정합니다. NER은 저항 요소의 손상, 왜곡 또는 성능 저하 없이 지락에서 에너지를 흡수할 수 있어야 합니다. 단기 오류의 경우 이는 제한된 시간(예: 10초) 동안 고전류를 처리하도록 저항을 설계하는 것을 의미하는 경우가 많습니다.

• 환경 조건: NER은 습기, 먼지, 염분 또는 부식성 가스가 존재하는 실외, 변전소 또는 산업 환경에 설치되는 경우가 많습니다. 조기 고장을 방지하기 위해 인클로저는 보호 코팅이 된 스테인리스 스틸, 아연 도금 강철 또는 알루미늄으로 제작될 수 있습니다. 밀봉 또는 환기 하우징은 우선 순위가 냉각인지 환경 보호인지에 따라 선택됩니다.

• 크기 조정의 정확성: 올바른 크기가 중요합니다. 대형 저항기는 안전 요구 사항을 충족할 수 있지만 불필요한 비용, 설치 공간 및 무게가 발생합니다. 크기가 작은 설계는 과열되거나 조기에 고장날 수 있으며 결함 발생 시 안전 위험을 초래할 수도 있습니다. 정격의 정확성은 신뢰성과 비용 효율성을 모두 보장합니다.

• 표준 준수: 국제 표준은 저항기 성능, 테스트 및 인증에 대한 명확한 지침을 제공합니다. IEEE 32 및 IEC 60076은 저항 허용 오차, 온도 상승, 절연 수준 및 단시간 정격 전류에 대한 허용 가능한 한계를 정의합니다. 이러한 표준을 따르면 NER은 설계 기대치를 충족할 뿐만 아니라 전 세계 안전 규정을 준수할 수 있습니다.

중성 접지 저항기의 응용

Figure 3. Power Generation

• 발전: 발전소에서 NER은 터빈, 교류 발전기, 승압 변압기와 같은 대형 회전 기계를 보호합니다. 단일 라인-접지 오류를 제어함으로써 권선이나 절연체를 손상시킬 수 있는 파괴적인 오류 전류를 방지합니다. 이를 통해 장기적인 신뢰성이 보장되고 발전 시설의 비용이 많이 드는 가동 중지 시간이 최소화됩니다.

Figure 4. Industrial Facilities

• 산업 시설: 철강 제조, 시멘트 생산, 펄프 및 제지 공장, 화학 처리 공장과 같은 중공업에서는 지락에 민감한 고전압 모터와 개폐 장치를 운영합니다. NER은 결함을 파악하고, 장비 스트레스를 줄이고, 생산 라인을 안정적으로 유지하는 데 도움이 되며, 이는 연속 공정 산업에서 특히 중요합니다.

Figure 5. Renewable Energy Systems

• 재생 에너지 시스템: 풍력 발전소, 태양광 발전소, 배터리 에너지 저장 시스템을 포함한 최신 재생 가능 네트워크는 제어된 결함 수준을 유지하기 위해 NER에 의존하는 경우가 많습니다. 이러한 시스템에서는 절연 모니터링이 유용하며 NER은 전체 네트워크를 종료하지 않고도 고장 전류에 대한 안전한 경로를 제공합니다. 이를 통해 중단 없는 청정 에너지 공급이 보장됩니다.

Figure 6. Oil & Gas, Marine, and Rail

• 석유 및 가스, 해양 및 철도: 해양 석유 플랫폼, 석유화학 플랜트, 선박 및 전기 철도 시스템에서는 열악한 조건에서의 신뢰성과 안전성이 지배적입니다. 이러한 환경의 NER은 갑작스러운 접지 오류로부터 보호하여 화재, 폭발 또는 서비스 중단의 위험을 줄입니다. 견고한 인클로저는 이러한 분야에서 흔히 발생하는 염분, 습기 및 진동을 견딜 수 있도록 설계되었습니다.

Figure 7. Critical Infastructure

• 중요 인프라: 병원, 공항 및 데이터 센터는 지속적인 가동 시간과 안전한 전원 공급을 요구합니다. 이러한 시설의 접지 결함은 생명을 위협하거나 비용이 많이 드는 고장으로 이어질 수 있습니다. NER을 사용함으로써 이러한 인프라는 오류 전류를 제한하고 전력 품질을 유지하며 불필요한 종료를 일으키지 않고 보호 시스템이 올바르게 응답하도록 할 수 있습니다.

설치 및 유지 관리

중성 접지 저항기(NER)가 서비스 수명 전반에 걸쳐 효과적으로 작동하도록 하려면 적절한 설치와 정기적인 유지 관리가 필요합니다.

설치 모범 사례

• 올바른 크기 조정. NER이 시스템의 라인-접지 전압 및 최대 허용 오류 전류에 대해 정격인지 항상 확인하십시오. 크기를 작게 만들면 과열 위험이 있는 반면, 크기를 초과하면 이점 없이 비용이 증가합니다.

• 표준 준수. 설치는 IEEE 32, IEC 60076 및 NEC 조항과 같은 인정된 지침을 따라야 합니다. 이 표준은 최소 안전 간극, 절연 요구 사항 및 단시간 정격 전류를 정의합니다.

• 환경 보호. 실외 설치 또는 부식성 장소의 경우 비바람에 견디는 인클로저, 자외선 방지 또는 밀봉된 인클로저를 사용하십시오. 해안 또는 화학 공장 환경에서는 스테인리스 스틸 또는 에폭시 코팅 설계가 추가적인 내구성을 제공합니다.

• 안전한 접지. 모든 접지 케이블의 크기가 올바르고, 볼트로 단단히 고정되어 있으며, 기계적으로 강화되었는지 확인하십시오. 접지 불량으로 인해 안전하지 않은 터치 전압이나 시스템 오작동이 발생할 수 있습니다.

• 위치 및 접근성. NER은 공기 흐름이 냉각에 충분하고 검사 또는 교체를 위해 쉽게 접근할 수 있는 곳에 배치하십시오. 열을 가두는 밀폐된 공간을 피하십시오.

유지 관리 지침

• 저항 모니터링. 보정된 기기로 저항 값을 주기적으로 측정하여 허용 오차를 초과하지 않았는지 확인하십시오. 안정성은 예측 가능한 결함 성능의 핵심입니다.

• 육안 검사. 과열, 탄 자국, 단열재 균열 또는 표면 부식의 징후가 있는지 정기적으로 확인하십시오. 느슨한 단자나 커넥터는 즉시 조여야 합니다.

• 부식 방지. 습기, 염분 또는 산업 오염 물질에 노출된 현장에는 보호 코팅을 적용하거나 스테인리스강 부품을 선택하십시오. 예방 조치는 서비스 수명을 연장합니다.

• 릴레이 조정 테스트. 일상적인 시스템 테스트를 수행하여 보호 계전기가 예상대로 NER 제한 오류를 감지하는지 확인합니다. 이를 통해 결함이 있는 회로의 적절한 조정과 빠른 격리가 보장됩니다.

• 예정된 유지 보수. 제조업체 권장 사항 및 현장 조건에 따라 유지 관리 일정을 수립합니다. 열악하거나 고부하 작업의 환경에서는 더 자주 검사가 필요할 수 있습니다.

일반적인 문제 및 문제 해결

문제	원인	솔루션
과열	오류 전류가 설계 허용 오차를 초과하거나 NER의 크기가 작습니다. 장기간의 열 응력은 저항 요소와 절연체를 손상시킵니다.	적절한 열 용량을 갖춘 더 높은 등급의 NER을 선택하십시오. 공기 흐름을 개선하거나 방열 인클로저를 사용하십시오.
부식	습기, 염분이 함유된 공기 또는 산업용 화학 물질에 노출되면 녹이 발생하고 재료가 열화됩니다.	스테인리스 스틸 또는 에폭시 코팅 인클로저를 사용하십시오. 열악한 환경에 대해 밀봉 또는 비바람에 견디는 보호 장치를 적용하십시오.
잘못된 크기	설계 중에 오류 전류 또는 시스템 매개변수가 잘못 계산되어 저항이 너무 크거나 작아집니다.	시스템 전압 및 최대 오류 전류를 재평가합니다. 올바른 저항 및 열 등급을 선택하십시오.
느슨한 연결	진동, 설치 불량 또는 열 순환은 단자와 접지 조인트를 느슨하게 하여 핫스팟과 안전하지 않은 전압을 생성합니다.	정기 검사 중에 단자를 조이고 다시 점검하십시오. 안정성을 위해 진동 방지 와셔 또는 클램프를 사용하십시오.

NER과 다른 접지 방법 비교

Figure 8. NERs vs Other Grounding Methods

방법	장점	단점
견고한 접지	• 간단하고 저렴함 • 즉각적인 결함 감지 제공	• 매우 높은 고장 전류 • 아크 플래시 위험 증가 • 보호 장치 및 장비에 대한 과도한 스트레스
접지 변압기	• 중성점이 없는 시스템에 중성점 제공 • 제로 시퀀스 전류 감지 가능 • 접지되지 않은 네트워크에 유연성 제공	• 더 큰 물리적 크기 • 더 높은 설치 및 유지 보수 비용 • 더 많은 공간과 구조적 지지가 필요합니다
NER 접지	• 고장 전류를 안전하고 측정 가능한 수준으로 제한 • 변압기보다 작고 설치가 용이함 • 아크 에너지 및 과전압 감소	• 정확한 크기 조정 및 정확한 열 등급 필요 • 잘못 적용 시 과열 또는 고장 있음 • 표준 준수 필요(IEEE/IEC)

안전 고려 사항

고전압 네트워크에서 중성 접지 저항기(NER)를 사용하려면 규율 있는 안전 관행이 필요합니다. 이러한 장치는 고장 전류 및 시스템 접지와 직접 상호 작용하기 때문에 설계, 설치 또는 취급 실수로 인해 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.

• 사전 설치: NER을 설치하기 전에 전기 정격이 시스템의 라인-접지 전압 및 예상 오류 전류와 일치하는지 확인해야 합니다. IEEE 32 및 IEC 60076과 같은 인정된 표준을 준수하면 장비가 안전한 작동을 위해 테스트되었습니다. 시운전 전에 항상 문서 검토 및 공장 테스트 보고서를 확인해야 합니다.

• 설치 안전: 설치 또는 개조 전에 모든 회로의 전원을 완전히 차단해야 합니다. 엄격한 LOTO(Lockout/Tagout) 절차는 작업 중 우발적인 전원을 방지합니다. NER은 인력 및 장비에 대한 노출을 최소화하기 위해 적절한 등급의 인클로저(가급적이면 실외 또는 고위험 현장의 경우 내후성 및 아크 방지 기능이 있는 것이 바람직함)에 장착해야 합니다.

• 인명 보호: 절연 장갑, 아크 등급 의복 또는 정장, 안면 보호대, 유전체 신발을 포함한 적절한 개인 보호 장비(PPE)를 착용해야 합니다. NER 패널 또는 저항 뱅크에 대한 접근은 훈련되고 승인된 직원으로만 제한되어야 하며, 이는 전류가 흐르는 부품과의 우발적인 접촉 위험을 줄여야 합니다.

• 작동 안전: 서비스 중에는 특히 결함 조건에서 저항기 온도를 지속적으로 모니터링해야 합니다. 보호 계전기는 지정된 간격 시간 내에 결함을 올바르게 감지하고 격리하는지 테스트해야 합니다. 클리어런스 시간이 지연되면 위험한 과열 또는 절연 손상이 발생할 수 있습니다. NER의 전류 정격에 대한 적절한 릴레이 조정이 필요합니다.

• 정기 유지 관리: 장기적인 안전을 위해서는 정기적인 검사가 필요합니다. 점검에는 단자 또는 인클로저의 부식, 진동 또는 열팽창으로 인한 기계적 응력 징후, 시간 경과에 따른 저항 값의 안정성이 포함되어야 합니다. 예방적 유지 보수를 통해 NER은 고위험 결함 조건에서 신뢰성을 유지하고 작동 중 예기치 않은 오류를 방지할 수 있습니다.

중성 접지 저항기의 미래 동향

전력 시스템이 발전함에 따라 중성 접지 저항기(NER)도 현대적인 요구 사항을 충족하도록 조정되고 있습니다. 초점은 보다 스마트한 모니터링, 모듈성 및 지속 가능성으로 이동하고 있습니다.

IoT 지원 모니터링

미래의 NER에는 고장 전류, 저항 온도 및 절연 상태를 실제로 측정할 수 있는 센서와 통신 모듈이 점점 더 많이 장착되고 있습니다. 데이터는 감독 시스템이나 클라우드 플랫폼으로 전송될 수 있으므로 사후 복구 대신 예측 유지 관리가 가능합니다. 이를 통해 가동 중지 시간이 최소화되고 장비 수명이 연장됩니다.

마이크로그리드 통합

재생 에너지의 증가로 인해 마이크로그리드 및 하이브리드 AC/DC 네트워크에는 다양한 오류 조건을 처리할 수 있는 접지 솔루션이 필요합니다. NER은 풍력, 태양열 및 배터리가 많은 시스템을 지원하는 적응형 기능을 갖추고 개발되어 변동하는 발전 및 부하 프로필을 수용하는 동시에 안정성을 보장합니다.

컴팩트한 모듈식 설계

특히 해양 석유 굴착 장치, 선박 및 이동식 변전소의 공간 및 무게 제약으로 인해 모듈식 NER을 향한 혁신이 주도되고 있습니다. 이러한 디자인은 더 가볍고 운반이 쉬우며 모듈을 결합하여 다양한 등급으로 구성할 수 있어 다양한 설치 환경에 유연성을 제공합니다.

친환경 소재

지속 가능성은 디자인 우선 순위가 되고 있습니다. 재활용 가능한 합금, 저독성 코팅 및 에너지 효율적인 생산 방법을 사용할 수 있습니다. 미래의 NER은 해안, 사막 또는 산업 현장과 같은 열악한 조건에서도 내구성을 유지하면서 환경에 미치는 영향이 낮을 것으로 예상됩니다.

결론

중성 접지 저항기는 견고한 접지와 접지되지 않은 시스템 간의 균형 잡힌 솔루션을 제공하여 제어된 오류 전류 제한, 향상된 신뢰성 및 연장된 장비 수명을 제공합니다. 적절한 설계, 설치 및 유지 관리를 통해 NER은 산업 전반에 걸쳐 전력 인프라를 보호하는 데 여전히 필요합니다. 미래 추세가 더욱 스마트하고 컴팩트하며 친환경적인 설계로 추진함에 따라 NER은 안전하고 효율적인 전기 네트워크를 발전시키는 데 계속해서 도움이 될 것입니다.