Laporan Pasar Global Transformator Keadaan Padat (SST) Tegangan Menengah – Cakupan Penuh Tegangan Primer

1. Latar Belakang dan Ruang Lingkup

Laporan ini memberikan tinjauan sistematis terhadap persyaratan tegangan sisi primer (sisi jaringan) untuk Transformator Solid-State (SST)—yang juga disebut sebagai Transformator Elektronik Daya (PET)—di pasar global di luar Tiongkok.

Definisi Inti:

• Tegangan Primer / Sisi Jaringan: Tingkat distribusi tegangan menengah tempat SST terhubung. Ini adalah dasar fundamental untuk desain isolasi, jumlah modul daya yang terhubung seri, pemilihan arrester, kepatuhan EMC, dan sertifikasi koneksi jaringan.

• Tegangan Nominal (U): Tegangan nominal sistem (misalnya, 11 kV, 13,8 kV).

• Tegangan Tertinggi untuk Peralatan (Um): Tegangan referensi untuk desain isolasi, biasanya 10%–20% di atas tegangan nominal.

• Level Impuls Petir Dasar (BIL): Kemampuan tahan isolasi terhadap tegangan lebih akibat petir.

• Tegangan Tahan Frekuensi Daya: Tegangan tahan durasi pendek pada frekuensi daya, diterapkan melintasi isolasi dan melintasi celah kontak (kontak terbuka).

Definisi Standar Tegangan Menengah:

• Sistem IEC (IEC 60038 / IEC 60076 / IEC 62271): Tegangan menengah didefinisikan sebagai 1 kV hingga 35 kV. IEC 60038 Edisi 7.1 (2009 + AMD1:2021), Tabel 3, membagi sistem tiga fase 1 kV–35 kV menjadi Seri I (serbaguna, 50/60 Hz) dan Seri II (Amerika Utara, khusus 60 Hz). Nilai dalam tanda kurung (misalnya, 15 kV, 17,5 kV) ditetapkan sebagai "tidak disukai" dan tidak direkomendasikan untuk sistem baru.

• Sistem IEEE/ANSI (ANSI C84.1 / IEEE C57 / IEEE C37): Tegangan menengah umumnya didefinisikan sebagai >1 kV dan <100 kV, dengan tegangan distribusi biasanya berkisar dari 2,4 kV hingga 34,5 kV. Peralatan diklasifikasikan berdasarkan Kelas Tegangan daripada tegangan nominal untuk tujuan isolasi.

Lanskap Frekuensi Jaringan:

• Sekitar 70% negara/wilayah menggunakan 50 Hz (didominasi IEC).

• Sekitar 30% menggunakan 60 Hz (didominasi IEEE, termasuk Amerika Utara, Amerika Latin, dan sebagian Asia).

• Beberapa negara memiliki operasi 50/60 Hz ganda (Jepang, beberapa negara Karibia).

Seri RW Transformator Solid-State

2. Lanskap Tegangan Primer Global – Cakupan Penuh 13 Tingkat

Menggabungkan standar IEC 60038 dan ANSI C84.1/IEEE, tegangan primer tegangan menengah global dapat diringkas menjadi 13 tingkat kunci berikut. Agar SST mencapai "cakupan penuh global," setiap platform isolasi harus ditangani secara individual.

Tingkat 1: 3,3 kV / 3,6 kV (Kelas Bawah IEC)

• Um = 3,6 kV, BIL ≈ 20–40 kV.

• Aplikasi: Jaringan distribusi industri di beberapa negara, pertambangan, pabrik industri besar. Diklasifikasikan dalam IEC 60038 sebagai "tidak direkomendasikan untuk sistem distribusi publik baru."

• Wilayah: Instalasi historis di Austria, Belgia, dan negara-negara Eropa lainnya; sebagian Eropa Timur dan sistem yang dipengaruhi Rusia. Permintaan SST kecil; dapat diserap ke dalam platform 7,2 kV melalui kompatibilitas ke bawah.

Tingkat 2: 6,6 kV / 7,2 kV (Kelas IEC 7,2 kV)

• Um = 7,2 kV, BIL = 60 kV, Tegangan tahan frekuensi daya = 20 kV.

• Frekuensi: Koeksistensi 50/60 Hz.

• Wilayah: Jepang (primer Jepang Timur), Korea Selatan (industri), Australia, Selandia Baru, sebagian Eropa Timur (Rusia 6 kV), Afrika Selatan (historis).

• Catatan: Dalam IEC 60038, 6,6 kV sesuai dengan Um = 7,2 kV dan merupakan tingkat "serbaguna".

Tingkat 3: 10 kV / 11 kV (Kelas IEC 12 kV)

• Um = 12 kV, BIL = 75 kV, Tegangan tahan frekuensi daya = 28 kV.

• Frekuensi: Terutama 50 Hz.

• Wilayah: Inti dari sistem Inggris dan Persemakmuran/kolonial bekas Inggris; salah satu tingkat yang paling banyak digunakan secara global—India, Australia, Selandia Baru, Afrika Selatan, Mesir, Kenya, Nigeria, UEA (DEWA/ADDC), Qatar, Kuwait, Oman, Bangladesh, Nepal, Malaysia, Sri Lanka, dll.

• Catatan: IEC 60038 mencantumkan kedua 10 kV (sistem Eropa Kontinental yang lebih lama) dan 11 kV (sistem Inggris). Peralatan dirancang secara seragam untuk platform Um = 12 kV / BIL = 75 kV.

Tingkat 4: 12,47 kV / 13,2 kV / 13,8 kV (Kelas IEEE 15 kV)

• Um ≈ 15 kV, BIL = 95 kV (110 kV opsional dalam beberapa kasus), Ketahanan frekuensi daya ≈ 36 kV.

• Frekuensi: 60 Hz.

• Wilayah: Tulang punggung mutlak Amerika Utara (AS, Kanada), mencakup >60% beban tegangan menengah AS; Amerika Latin (Brasil, Meksiko, Argentina, Chili); Filipina.

• Catatan: 12,47 / 13,2 / 13,8 kV semuanya termasuk dalam "Kelas Isolasi 15 kV" yang sama di bawah ANSI C84.1. Isolasi, penangkal petir, dan kabel dipilih berdasarkan Kelas, bukan berdasarkan tegangan nominal. Ini adalah aturan universal dalam distribusi Amerika Utara.

Tingkat 5: 15 kV (Sistem IEC, Nilai Tidak Disukai) – [Penambahan Kunci]

• Um = 17,5 kV, BIL = 95 kV, Ketahanan frekuensi daya = 38 kV (rating kabel: 8,7/15 kV).

• Frekuensi: 50 Hz.

• Referensi Standar: Dalam IEC 60038 Seri I, (17,5) — (15) ditampilkan dalam tanda kurung sebagai nilai "tidak disukai", tetapi tetap merupakan tegangan yang diakui.

• Wilayah Aplikasi Inti – Afrika Timur (Tanduk Afrika):

  • Etiopia: Tulang punggung distribusi tegangan menengah terdiri dari tingkat ganda 15 kV dan 33 kV. Jaringan distribusi dipasok oleh trafo penurun tegangan 132/33 kV, 132/15 kV, dan 45/15 kV. Ethiopian Electric Power (EEP) telah memulai penggantian massal peralatan sakelar 15 kV dan 33 kV di beberapa gardu induk (misalnya, Haramaya II, Chellenko II, Woliso, dll., pada 132/33/15 kV). Sebagian besar saluran penyulang di Addis Ababa beroperasi pada 15 kV.

  • Kenya: Jaringan historis mencakup 15 kV di samping sistem 11/33 kV.

  • Tanzania, Uganda, dan anggota Komunitas Afrika Timur lainnya: Beberapa aplikasi 15 kV ada karena koordinasi jaringan regional.

  • Turki: Tegangan menengah mencakup 15 kV (di samping 6,3 / 11 / 20 / 34,5 kV).

  • Afrika Utara / Timur Tengah: Beberapa sistem warisan lama di negara-negara tertentu beroperasi pada 15 kV.

• ⚠️ Peringatan Desain Kritis (Kesalahan Umum untuk Eksportir SST):

  • IEC 15 kV memiliki Um = 17,5 kV, sedangkan IEEE 13,8 kV "Kelas 15 kV" memiliki Um ≈ 15 kV. Meskipun keduanya memiliki BIL = 95 kV, tegangan tertinggi untuk peralatan berbeda.

  • Tegangan sisa penangkal petir, jarak rayapan, penyeimbangan tegangan modul daya, dan isolasi kabel harus dihitung untuk 17,5 kV.

  • Jangan menggunakan platform perangkat keras IEEE 15 kV untuk aplikasi IEC 15 kV—margin isolasi akan tidak memadai, yang mengarah pada risiko kerusakan jangka panjang. Sebaliknya, menggunakan platform IEC 17,5 kV di Amerika Utara menghasilkan biaya yang berlebihan.

  • Oleh karena itu, IEC 15 kV (Um = 17,5 kV) dan Kelas IEEE 15 kV (Um ≈ 15 kV) harus diperlakukan sebagai dua platform isolasi yang sama sekali independen.

Tingkat 6: 20 kV / 24 kV (Kelas IEC 24 kV)

• Um = 24 kV, BIL = 125 kV, Ketahanan frekuensi daya = 50 kV.

• Frekuensi: Terutama 50 Hz.

• Wilayah: Distribusi standar Eropa Daratan—Jerman, Prancis, Belanda, Belgia, Austria, Swiss, Denmark, Norwegia, Swedia, Finlandia, Spanyol, Portugal, Italia; juga bagian dari Amerika Latin (Brasil memiliki distribusi 20 kV campuran).

• Catatan: IEC 60038 mencantumkan kedua 20 kV dan 24 kV (20 kV sebagai nilai rated, 24 kV sebagai Um). Peralatan dirancang secara seragam untuk Um = 24 kV / BIL = 125 kV. Prancis menggunakan kedua 20 kV dan 33 kV.

Tingkat 7: 22 kV (Standar De Facto Regional)

• Um = 24 kV, BIL = 125 kV, Ketahanan frekuensi daya = 50 kV.

• Frekuensi: 50 Hz.

• Wilayah: Indonesia, Thailand, Vietnam (negara-negara sistem IEC Asia Tenggara); Korea Selatan juga mencakup 22 kV (tegangan distribusi standar KEPCO adalah 22.900 V, yaitu 22,9 kV, 60 Hz); Jepang Barat menggunakan 22 kV.

• ⚠️ Peringatan Kritis: 22 kV tidak berada dalam urutan pilihan IEC 60038; ini adalah tegangan penyimpangan operasional regional. Namun, peralatan harus dirancang untuk Um = 24 kV, BIL = 125 kV. Ketidakcocokan akan menyebabkan kegagalan dalam pengujian petir/impuls di lokasi di Asia Tenggara. IEC 60038 mencatat bahwa 22,9 kV (dengan Um = 24,2 atau 25,8 kV) digunakan di "beberapa negara"—secara khusus merujuk pada Korea Selatan.

Seri RW Transformator Keadaan Padat AC-DC Hibrida

Tingkat 8: 24,94 kV / 26,4 kV (Kelas IEEE 25 kV)

• Um = 27 kV, BIL = 125 kV (150 kV opsional), Ketahanan frekuensi daya ≈ 50 kV.

• Frekuensi: 60 Hz.

• Wilayah: Amerika Utara (suburban AS, penyulang panjang pedesaan beban ringan, sesuai dengan 24,94 kV GrdY/14,4 kV); sebagian Amerika Latin.

• Catatan: Diklasifikasikan sebagai "Kelas 25 kV" di bawah ANSI C84.1. Tingkat isolasi mendekati IEC 24 kV, namun toleransi tegangan sistem berbeda.

Tingkat 9: 30 kV / 33 kV (Kelas IEC 36 kV)

• Um = 36 kV, BIL = 170 kV, Ketahanan frekuensi daya = 70 kV.

• Frekuensi: 50 Hz.

• Wilayah: Daratan Inggris (distribusi primer 33 kV), India (33 kV HT), Afrika Selatan (Eskom), Mesir, Kenya, Nigeria dan negara-negara Afrika lainnya, Australia, Selandia Baru (33 kV), Teluk Timur Tengah (UEA, Arab Saudi, Qatar, dll.), Ethiopia (33 kV bersama 15 kV sebagai tulang punggung).

• Catatan: IEC 60038 mencantumkan 30 kV dan 33 kV secara paralel; keduanya dirancang untuk Um = 36 kV / BIL = 170 kV. Beberapa negara Afrika mengklasifikasikan 33 kV sebagai "tegangan tinggi" untuk tujuan tarif.

Tingkat 10: 34,5 kV (Kelas IEEE 35 kV)

• Um = 38 kV (atau kelas 36 kV), BIL = 200 kV (150 kV opsional), Ketahanan frekuensi daya = 80 kV.

• Frekuensi: 60 Hz.

• Wilayah: Amerika Utara (AS, Kanada – penyulang panjang pedesaan, interkoneksi energi terbarukan), Brasil, Meksiko, Amerika Latin lainnya (distribusi sekunder/sub-transmisi), Filipina (34,5 kV).

• Catatan: Diklasifikasikan sebagai "Kelas 35 kV" di bawah ANSI C84.1. Ini adalah tegangan arus utama untuk interkoneksi pembangkit listrik terbarukan di Amerika Utara.

Tingkat 11: 35 kV (IEC, Beberapa Negara)

• Um = 40,5 kV, BIL = 200 kV (145 kV tingkat lebih rendah dalam beberapa kasus).

• Frekuensi: 50 Hz.

• Wilayah: Prancis, sebagian Eropa Utara, Eropa Timur, sistem yang dipengaruhi Rusia, Vietnam (35 kV), sebagian Amerika Selatan.

• Catatan: Ini adalah ujung atas IEC 60038 Seri I. Meskipun secara numerik mendekati IEEE 34,5 kV, isolasi (Um = 40,5 vs. 38 kV) dan frekuensi (50 vs. 60 Hz) berbeda. SST harus diadaptasi secara terpisah.

Tingkat 12: 45 kV / 66 kV (Transisi Distribusi–Transmisi)

• Um = 52 kV / 72,5 kV, BIL ≈ 250 kV / 325 kV masing-masing.

• Wilayah: Ethiopia (45 kV, 66 kV sub-transmisi), Inggris (66 kV), Afrika Selatan (66 kV), Selandia Baru (66 kV), Amerika Utara (69 kV).

• Catatan: Ini mendekati batas MV/HV. Jika SST diterapkan di sini, desain harus mengikuti kelas 72,5 kV. Laporan ini terutama berfokus pada tegangan hingga 38 kV.

Tingkat 13: Single-Wire Earth Return (SWER) – Kasus Khusus

• Tabel 7 IEC 60038: Um = 24 kV sesuai dengan tegangan sistem 13,9 kV / rated 12,7 kV; Um = 36 kV sesuai dengan 20,8 kV / 19,1 kV. Terutama digunakan di daerah terpencil di Australia dan Selandia Baru (12,7 kV / 19,1 kV SWER).

• Aplikasi SST terbatas, namun isolasi tetap mengacu pada kelas 24 kV / 36 kV.

3. Rincian berdasarkan Sistem Standar

3.1 Sistem Standar IEC (Seri I, Sebagian Besar 50 Hz)

Urutan tegangan pengenal pilihan IEC 60038 Seri I (1–35 kV):

3.3 — 6.6 — 11 — (15) — 22 — 33 — (35) kV

Urutan Um yang sesuai:

3.6 — 7.2 — 12 — (17.5) — 24 — 36 — (40.5) kV

Pengelompokan Regional:

• Eropa Kontinental (sistem 20/24 kV): Jerman, Prancis, Belanda, negara-negara Nordik, dll. Isolasi: Um = 24 kV / BIL = 125 kV.

• Sistem Inggris & Persemakmuran (urutan 11/33 kV): Inggris, India, Australia/Selandia Baru, Afrika Selatan, Timur Tengah, sebagian besar Asia Tenggara. Sesuai dengan Um = 12 kV (BIL 75) dan Um = 36 kV (BIL 170).

• Campuran 22 kV Asia Tenggara: Indonesia, Thailand, Vietnam – berpatokan pada platform Um = 24 kV.

• Sistem 15 kV Afrika Timur (Fokus Utama): Ethiopia (tulang punggung 15+33 kV), Kenya, Tanzania, dll. 15 kV beroperasi sebagai platform independen pada Um = 17,5 kV / BIL = 95 kV. Ini adalah aplikasi dunia nyata paling signifikan dari nilai 15 kV non-preferensi IEC secara global.

Seri RW Transformator Keadaan Padat SST 40,5 kV

3.2 Sistem Standar IEEE/ANSI (Seri II / C84.1, 60 Hz)

Tegangan Amerika Utara berasal dari progresi 120 V × √3 (2,4 → 4,16 → 12,47 → 13,8 → 24,94 → 34,5 kV), yang secara fundamental berbeda dari basis 220 V Eropa (3,3/6,6/11 kV).

Kelas Isolasi (Kelas Tegangan) menurut ANSI C84.1 + IEEE C57.12.00:

• Kelas 5 kV: Mencakup 4,16 kV, Um ≈ 4,76 kV, BIL = 60 kV.

• Kelas 15 kV: Mencakup 12,47 / 13,2 / 13,8 kV, Um ≈ 15 kV, BIL = 95 kV (110 kV opsional).

• Kelas 25 kV: Mencakup 24,94 kV, Um = 27 kV, BIL = 125 kV (150 kV opsional).

• Kelas 35 kV: Mencakup 34,5 kV, Um = 38 kV, BIL = 200 kV (150 kV opsional).

Wilayah Utama:

• Inti Amerika Utara (13,8 kV + 34,5 kV): AS, Kanada.

• Amerika Latin (13,8/34,5 kV): Brasil, Meksiko, Argentina, Chili, dll.

• Asia-Pasifik 60 Hz (Sistem IEEE): Filipina (13,8/23/34,5 kV), Korea Selatan (22,9/34,5 kV, 60 Hz), Arab Saudi (sebagian pada 13,8 kV, 60 Hz untuk minyak/gas/kotamadya).

⚠️ Peringatan Kritis: "Kelas 15 kV" Amerika Utara adalah konsep kelas isolasi, di mana 12,47/13,2/13,8 kV berbagi platform isolasi yang sama. Ini tidak boleh disamakan dengan IEC 15 kV (Um = 17,5 kV).

3.3 Kasus Campuran dan Khusus

• Jepang (Koeksistensi 50/60 Hz – satu-satunya pembagian frekuensi Timur-Barat di dunia):

  • Jepang Timur (Tokyo, Hokkaido, dll., 50 Hz): primer 6,6 kV, dengan 22 kV di pusat Tokyo dan untuk pengguna besar (SST memerlukan platform 22 kV).

  • Jepang Barat (Kansai, Kyushu, dll., 60 Hz): primer 22 kV.

  • Rentang tegangan menengah: 6,6 kV hingga 66 kV; tulang punggung distribusi sekitar 740.000 km. Saling terhubung melalui 4 stasiun konverter frekuensi HVDC.

  • Strategi SST: Memerlukan platform 7,2 kV dan 24 kV + pengalihan firmware dual-frekuensi 50/60 Hz.

• Korea Selatan (60 Hz, Hibrida Tegangan IEC + Frekuensi IEEE):

  • Tegangan distribusi standar: 22.900 V (22,9 kV); juga memiliki 6,6 kV dan 34,5 kV.

  • 22,9 kV diklasifikasikan di bawah IEC sebagai mendekati kelas 24 kV (Um = 24,2/25,8 kV), BIL = 125 kV.

  • Strategi SST: Platform 24 kV + 60 Hz; harus mematuhi spesifikasi teknis koneksi grid KEPCO (terutama anti-islanding, harmonisa, injeksi DC <0,5%, faktor daya >90%).

• Afrika Selatan, Australia: Secara nominal IEC, tetapi memiliki beberapa tegangan yang hidup berdampingan (11/22/33 kV), dan Australia memiliki SWER 12,7/19,1 kV.

4. Isolasi Primer SST dan Pemetaan Parameter Kunci

SST menggunakan konversi elektronik daya (AC-DC-AC + transformator isolasi frekuensi tinggi). Koordinasi isolasi primer harus memenuhi kedua hal berikut: (a) standar tegangan tahan sisi jaringan, dan (b) tegangan lebih saat pemutusan modul IGBT/MOSFET/SiC internal serta penyeimbangan tegangan.

Pemetaan Isolasi Utama: