Mengapa Jaringan Tegangan Menengah Membutuhkan Transformator Pentanahan Tipe Kering?

Apa itu Transformator Pembumian?

Transformator pembumian (sering disebut sebagai "bank pembumian") dirancang untuk menyediakan titik netral buatan bagi sistem tenaga listrik yang tidak memilikinya. Hal ini memungkinkan penghubungan gulungan penekan busur api (gulungan Petersen) atau pembumian hambatan rendah. Tujuan utamanya adalah untuk membatasi arus kapasitif selama gangguan tanah, sehingga meningkatkan keandalan jaringan distribusi.

Tantangan dalam Sistem yang Tidak Dipbumikan

Pada jaringan 6kV, 10kV, dan 35kV, titik netral sering kali tidak dipbumikan. Karena sisi tegangan rendah transformator utama biasanya dihubungkan secara Delta, tidak ada titik netral fisik yang tersedia untuk pembumian.

Meskipun sistem yang tidak dipbumikan dapat mentolerir gangguan tanah satu fase selama 1-2 jam, jaringan perkotaan modern dengan perkabelan yang luas telah meningkatkan arus kapasitif secara signifikan. Ketika arus ini melebihi 10A, beberapa risiko muncul:

• Busur Api Intermiten: Hal ini dapat menyebabkan tegangan lebih yang mencapai hingga 4 kali tegangan puncak normal, yang mengancam isolasi peralatan.
• Resonansi: Hal ini dapat memicu feroresonansi, yang berpotensi merusak transformator tegangan dan arrester lonjakan.
• Hubungan Pendek Antar Fase: Busur api dapat mengionisasi udara di sekitarnya, yang menyebabkan hubungan pendek yang lebih parah.

Penggunaan Global dan Koneksi-Z

• Di Tiongkok: Transformator pentanahan biasanya menggunakan koneksi Zig-Zag (Z). Untuk menghemat ruang dan investasi, belitan tersier sering ditambahkan untuk menyuplai daya ke peralatan bantu gardu induk.
• Secara Internasional: Transformator koneksi-Z juga banyak digunakan dalam sistem 10kV yang tidak ditanahkan. Transformator ini menghadirkan impedansi tinggi terhadap arus urutan positif dan negatif namun impedansi rendah terhadap arus urutan nol, memastikan operasi proteksi pentanahan yang andal.

Unit Tiga Fase vs. Satu Fase

• Tiga Fase (Koneksi-Z): Berbeda dengan transformator standar, setiap kumparan fase dibagi menjadi dua kelompok yang dililitkan dalam arah berlawanan pada kaki inti yang berbeda. Hal ini memungkinkan fluks urutan nol mengalir melalui kaki inti, sehingga menghasilkan impedansi urutan nol yang sangat rendah (sekitar 10Ω). Akibatnya, transformator koneksi-Z dapat membawa kumparan penekan busur api dengan kapasitas 90%–100% dari ratingnya.
• Satu Fase: Ini terutama digunakan untuk menciptakan titik netral bagi kabinet resistor pentanahan netral generator atau transformator, yang membantu mengurangi ukuran dan biaya paket resistor.

Karakteristik Operasi Utama

1. Impedansi Urutan Nol Rendah: Memastikan keluaran arus urutan nol yang efektif.
2. Impedansi Eksitasi Tinggi: Meminimalkan arus tanpa beban.
3. Rugi-Rugi Tanpa Beban Rendah: Meningkatkan efisiensi energi selama operasi sehari-hari.

Perbandingan Metode Koneksi

• Koneksi YNyn:
  Menggunakan inti tiga kaki. Namun, fluks urutan nol tidak dapat bersirkulasi di dalam inti dan harus melewati tangki dan klem, yang menyebabkan panas berlebih lokal. Peraturan membatasi secara ketat kumparan penekan busur api yang terhubung hingga 20% dari rating transformator.
• Koneksi YNd:
  Sekunder Delta menyediakan jalur untuk arus urutan nol, sehingga mengurangi impedansi. Namun, sulit untuk menyuplai beban penerangan dan daya campuran dari belitan Delta. Kapasitas untuk kumparan penekan busur api dibatasi hingga 50% jika sekunder dibebani penuh.

• Koneksi ZNyn (Standar Industri):
  Ini adalah konfigurasi yang paling umum digunakan secara global. Koneksi Zig-Zag meniadakan gaya gerak magnet urutan nol pada kaki inti yang sama, menghasilkan fluks bocor yang minimal dan impedansi yang sangat rendah.

Kapasitas: Dapat mendukung kumparan penekan busur yang setara dengan ratingnya sendiri.

Daya Bantu: Sekunder yn memungkinkan penyediaan beban lokal atau layanan stasiun (biasanya 80-200 kVA).

Catatan Desain: Karena susunan vektor, koneksi-Z memerlukan sekitar 1,15 hingga 1,16 kali lebih banyak lilitan dibandingkan koneksi Bintang standar untuk tegangan yang sama.

Prinsip Kerja

Selama gangguan tanah satu fasa (misalnya, Fasa C), arus gangguan mengalir melalui bumi ke titik netral. Kemudian arus tersebut terbagi secara merata ke ketiga fasa transformator pentanahan.