Pengembangan Prototipe Trafo Distribusi Fasa Tunggal 20 kV

1. Desain Trafo Distribusi Satu Fasa 20 kV

Sistem distribusi 20 kV biasanya menggunakan jalur kabel atau jaringan campuran kabel-jalur udara, dan titik netralnya sebagian besar di-ground melalui tahanan kecil. Ketika terjadi grounding satu fasa, tidak akan ada masalah bahwa tegangan fasa akan naik lebih dari √3 kali seperti pada kasus gangguan satu fasa dalam sistem 10 kV. Oleh karena itu, trafo distribusi satu fasa sistem 20 kV dapat mengadopsi jenis grounding ujung kumparan. Ini dapat mengurangi isolasi utama trafo distribusi satu fasa, sehingga volume dan biaya trafo distribusi satu fasa 20 kV tidak berbeda banyak dengan trafo 10 kV.

2. Pemilihan Tegangan Impuls dan Uji

Untuk tingkat impuls dasar (BIL) dan tingkat uji isolasi trafo distribusi satu fasa 20 kV, pertimbangannya adalah sebagai berikut:

Standar Nasional Amerika ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) menetapkan bahwa tingkat impuls dasar (BIL) sisi tegangan tinggi (20 kV) adalah 125 kV; tegangan nominal komponen tegangan tinggi adalah 15.2 kV, dan tegangan tahanan AC (60 Hz/min) adalah 40 kV.

Uji isolasi menetapkan bahwa uji tegangan yang diterapkan tidak diperlukan, tetapi uji tegangan induksi harus dilakukan. Selama uji, setelah menerapkan tegangan ke terminal keluaran satu kumparan, tegangan setiap terminal keluaran tegangan tinggi ke tanah mencapai 1 kV ditambah 3.46 kali tegangan nominal kumparan trafo. Dengan kata lain, dalam uji induksi (uji frekuensi ganda dan tegangan ganda), tegangan tinggi adalah:

2.1 Sisi Tegangan Rendah (240/120 V)

• Tingkat Impuls Dasar (BIL): 30 kV

• Tegangan Tahanan AC (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Menurut Peraturan Pengawasan dan Uji Kualitas Trafo Nasional China

• Sisi tegangan tinggi:

• Tingkat Impuls Dasar (BIL): 125 kV (gelombang penuh), 140 kV (gelombang terpotong)

• Tegangan Tahanan Induksi AC (200 Hz/min): 40 kV

• Sisi tegangan rendah:

• Tegangan yang Diterapkan (50 Hz/min): 4 kV

3. Struktur dan Fitur Trafo Distribusi Satu Fasa 20 kV

Dua spesifikasi (50 kVA dan 80 kVA) diprototipe, keduanya mengadopsi struktur luar besi. Untuk mengurangi isolasi utama, struktur isolasi ujung ditambahkan. Busi tunggal digunakan untuk pengeluaran. Ujung kumparan tegangan tinggi di-ground dan terhubung ke tangki. Kumparan tegangan rendah memiliki struktur kumparan tunggal.

3.1 Perbandingan Kinerja Teknis antara Trafo Distribusi Satu Fasa 20 kV dan 10 kV yang Diprototipe

• Perbandingan kerugian antara 20 kV dan 10 kV (dengan contoh 50 kVA dan 80 kVA) ditunjukkan dalam Tabel 1.

• Perbandingan berat antara 20 kV dan 10 kV (dengan contoh 50 kVA dan 80 kVA) ditunjukkan dalam Tabel 2.

4. Trafo Distribusi Dual-Tegangan 20 kV∥10 kV Satu Fasa

Peningkatan sistem distribusi 10 kV menjadi 20 kV melibatkan penggantian peralatan kunci seperti trafo distribusi. Penggantian yang mahal dan pemadaman daya yang mengganggu produksi membuat desain trafo dual-tegangan (10 kV/20 kV) satu fasa menjadi solusi untuk mengatasi masalah ini.

4.1 Desain

Berdasarkan trafo distribusi satu fasa inti gulungan 10 kV, varian dual-tegangan ini memanfaatkan hubungan 20 kV = 2×10 kV, menggunakan kumparan primer seri-paralel. Dengan dua kumparan tegangan tinggi paralel, dua kolom inti mendapatkan kumparan tegangan tinggi/rendah (kumparan tegangan tinggi paralel). Dua kumparan tegangan rendah seri pada “titik tengah” mengeluarkan ±220 V - ground untuk dua pengguna. Misalkan W₁ (jumlah putaran tegangan tinggi) dan W₂ (jumlah putaran tegangan rendah). Dalam paralel, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220V, dan arus total tegangan tinggi dua kali lipat dari satu kumparan. Dalam seri, arus input tegangan tinggi sama dengan arus kumparan.

4.2 Aplikasi Switching

Kapasitas tetap konsisten untuk input tegangan tinggi 20 kV atau 10 kV. Pada input 20 kV, dua kumparan tegangan tinggi seri berarti masing-masing menanggung 10 kV. Dengan arus tegangan tinggi I₁, kapasitas S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA). Beralih ke 10 kV, kumparan tegangan tinggi paralel memberikan arus input 2I₁, sehingga S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Dengan demikian, S₁ = S₂).

4.3 Struktur

• Struktur sesuai dengan trafo inti gulungan satu fasa (paten No. 4612429).

• Switching tegangan 10 kV/20 kV menggunakan perubah tap dengan kontak strip yang andal.

• Isolasi memenuhi standar trafo 20 kV IEC (tegangan impuls nominal: 125 kV).

• Kebisingan sesuai dengan spesifikasi teknis IEC dan perusahaan listrik terkait.

4.4 Keuntungan Trafo Dual-Tegangan Satu Fasa

• Konservasi Energi：Kerugian garis sistem distribusi 20 kV adalah 25% dari sistem distribusi 10 kV, mencapai penghematan energi 75%. Dengan mengadopsi teknologi inti gulungan satu fasa dalam desain ini, kerugian tanpa beban trafo 30% lebih rendah dibandingkan trafo distribusi tipe S11 yang saat ini digunakan.

• Hemat Biaya Konstruksi：Selama peningkatan dari 10 kV ke 20 kV, hanya diperlukan switch over untuk beralih tegangan. Ini mengurangi waktu pemadaman daya, dan seluruh proses operasi dapat diselesaikan dalam beberapa menit saja.

5. Kesimpulan

• Sebagian besar titik netral sistem 20 kV di-ground melalui sistem tahanan kecil. Oleh karena itu, lebih mudah menangani isolasi utama trafo satu fasa pada level 20 kV dibandingkan dengan level 10 kV.

• Kerugian beban trafo satu fasa kelas 20 kV berada pada level yang sama dengan trafo kelas 10 kV; beratnya juga berada pada level yang dapat dibandingkan. Dalam hal kerugian tanpa beban, 20 kV lebih rendah daripada 10 kV. Terkait impedansi, trafo satu fasa 20 kV 20% lebih tinggi daripada trafo 10 kV.

• Trafo satu fasa 20 kV relatif ekonomis. Harganya tidak akan berbeda signifikan dengan trafo satu fasa kelas 10 kV.

• Trafo distribusi dual-tegangan 20 kV∥10 kV satu fasa dapat digunakan dalam sistem distribusi 10 kV dan 20 kV. Saat meningkatkan sistem 10 kV menjadi 20 kV, tidak perlu mengganti trafo; cukup beralih switch over. Ini adalah metode yang relatif ekonomis dan praktis.