Metode Penyambungan dan Parameter Trafo Pengaman Tanah

Konfigurasi Gulungan Trafo Penyambung Tanah

Trafo penyambung tanah diklasifikasikan berdasarkan koneksi gulungan menjadi dua jenis: ZNyn (zigzag) atau YNd. Titik netralnya dapat dihubungkan ke koil pemadam busur atau resistor penyambung tanah. Saat ini, trafo penyambung tanah tipe zigzag (Z-type) yang terhubung melalui koil pemadam busur atau resistor nilai rendah lebih umum digunakan.

1. Trafo Penyambung Tanah Tipe Z
Trafo penyambung tanah tipe Z tersedia dalam versi isolasi minyak dan kering. Di antaranya, pengecoran resin adalah jenis isolasi kering. Dari segi struktur, ia mirip dengan trafo daya tiga fasa inti standar, dengan perbedaan bahwa pada setiap kaki fase, gulungan dibagi menjadi dua bagian dengan jumlah putaran yang sama—atas dan bawah. Ujung satu bagian dihubungkan secara seri dengan polaritas berlawanan dengan ujung gulungan fase lainnya. 

Dua bagian gulungan memiliki polaritas yang berlawanan, membentuk fase baru dalam konfigurasi zigzag. Terminal awal dari gulungan atas—U1, V1, W1—dikeluarkan dan dihubungkan ke garis pasokan AC tiga fasa A, B, dan C, masing-masing. Terminal awal dari gulungan bawah—U2, V2, W2—diikat bersama untuk membentuk titik netral, yang kemudian dihubungkan ke resistor penyambung tanah atau koil pemadam busur, seperti ditunjukkan pada gambar. Bergantung pada metode koneksi spesifik, trafo penyambung tanah tipe Z lebih lanjut dikategorikan menjadi konfigurasi ZNvn1 dan ZNyn11.

Trafo penyambung tanah tipe Z juga dapat dilengkapi dengan gulungan tegangan rendah, biasanya terhubung dalam bentuk bintang dengan netral yang dipenyambung tanahkan (yn), memungkinkannya berfungsi sebagai trafo layanan stasiun.

2. Trafo Penyambung Tanah Tipe Z
Keuntungan dari koneksi zigzag pada trafo tipe Z:

1. Selama terjadi korsleting satu fasa, arus gangguan penyambung tanah sekitar merata didistribusikan di antara tiga gulungan fasa. Gaya magnetomotif (MMF) dari dua gulungan pada setiap kaki inti berlawanan arah, sehingga tidak ada efek redaman, memungkinkan arus mengalir bebas dari titik netral ke garis yang mengalami gangguan.

2. Tidak ada komponen harmonisa ketiga dalam tegangan fase karena, dalam bank trafo tiga fasa tunggal yang terhubung zigzag, harmonisa ketiga memiliki magnitudo dan arah yang identik sebagai vektor. Karena susunan gulungan, gaya elektromagnetik harmonisa ketiga pada setiap fase saling menghilangkan, menghasilkan tegangan fase yang hampir sinusoidal.

Pada trafo penyambung tanah tipe Z, arus urutan nol pada dua setengah gulungan pada kaki inti yang sama mengalir dalam arah yang berlawanan; oleh karena itu, reaktansi urutan nol sangat rendah, dan tidak menghambat arus urutan nol. Prinsip di balik impedansi urutan nol yang rendah adalah sebagai berikut: pada masing-masing tiga kaki inti trafo penyambung tanah, terdapat dua gulungan dengan jumlah putaran yang sama, masing-masing terhubung ke tegangan fase yang berbeda. 

Ketika tegangan tiga fasa positif atau negatif yang seimbang diterapkan pada terminal garis trafo penyambung tanah, MMF pada setiap kaki inti adalah hasil penjumlahan vektor dari MMF dari dua gulungan yang terhubung ke fase yang berbeda. MMF hasil pada kaki inti individu bergeser 120°, membentuk set tiga fasa yang seimbang. MMF satu fasa dapat membentuk sirkuit magnetik di seluruh tiga kaki inti, menghasilkan reluktansi magnetik rendah, fluks magnetik besar, gaya elektromotif induksi tinggi, dan oleh karena itu impedansi magnetisasi yang sangat tinggi.

Namun, ketika tegangan urutan nol diterapkan pada terminal garis tiga fasa, MMF yang dihasilkan oleh dua gulungan pada setiap kaki inti memiliki magnitudo yang sama tetapi arah yang berlawanan, menghasilkan MMF bersih nol per kaki—sehingga tidak ada MMF urutan nol di tiga kaki inti. MMF urutan nol hanya dapat menyelesaikan jalurnya melalui tangki dan medium sekitarnya, yang menampilkan reluktansi magnetik sangat tinggi; akibatnya, MMF urutan nol sangat kecil, mengarah pada impedansi urutan nol yang sangat rendah.

3. Parameter Trafo Penyambung Tanah
Untuk memenuhi persyaratan jaringan distribusi yang menggunakan kompensasi penyambung tanah dengan koil pemadam busur, serta memenuhi kebutuhan beban layanan stasiun untuk daya dan penerangan di substasi, trafo tipe Z dipilih, dan parameter kunci trafo penyambung tanah harus disetel dengan tepat.

3.1 Kapasitas Nominal
Kapasitas sisi primer trafo penyambung tanah harus sesuai dengan kapasitas koil pemadam busur. Berdasarkan peringkat kapasitas koil pemadam busur standar, disarankan agar kapasitas trafo penyambung tanah disetel menjadi 1,05–1,15 kali kapasitas koil pemadam busur. Misalnya, koil pemadam busur 200 kVA akan dipasangkan dengan trafo penyambung tanah 215 kVA.

3.2 Arus Kompensasi Titik Netral
Total arus yang mengalir melalui titik netral trafo selama terjadi gangguan satu fasa

Dalam rumus di atas:

U adalah tegangan garis jaringan distribusi (V);
Zx adalah impedansi koil pemadam busur (Ω);
Zd adalah impedansi urutan nol sisi primer trafo penyambung tanah (Ω/fase);
Zs adalah impedansi sistem (Ω).

Durasi arus kompensasi titik netral harus sama dengan waktu operasi berkelanjutan koil pemadam busur, yang ditentukan selama 2 jam.

3.3 Impedansi Sekuensial Nol
Impedansi sekuensial nol adalah parameter kritis dari transformator grounding dan sangat mempengaruhi pengaturan perlindungan relai untuk membatasi arus gangguan tanah satu fase dan menekan overvoltage. Untuk transformator grounding zigzag (tipe Z) tanpa gulungan sekunder, serta yang memiliki koneksi bintang/delta terbuka, hanya ada satu impedansi—yaitu, impedansi sekuensial nol—yang memungkinkan produsen untuk memenuhi persyaratan utilitas.

3.4 Kerugian
Kerugian adalah parameter kinerja penting dari transformator grounding. Untuk transformator grounding yang dilengkapi dengan gulungan sekunder, kerugian tanpa beban dapat dibuat setara dengan transformator dua gulungan dengan peringkat yang sama. Terkait kerugian beban, ketika sisi sekunder beroperasi pada beban penuh, sisi primer membawa beban yang relatif ringan; oleh karena itu, kerugiannya lebih rendah dibandingkan dengan transformator dua gulungan dengan kapasitas sisi sekunder yang sama.

3.5 Kenaikan Suhu
Berdasarkan standar nasional, kenaikan suhu transformator grounding diatur sebagai berikut:

1. Kenaikan suhu pada arus kontinu nominal harus sesuai dengan ketentuan dalam standar nasional untuk transformator daya umum atau transformator tipe kering. Ini terutama berlaku untuk transformator grounding yang sisi sekundernya sering terbeban.

2. Ketika arus beban singkat bertahan tidak lebih dari 10 detik (skenario yang biasanya terjadi ketika titik netral terhubung ke resistor), kenaikan suhunya harus sesuai dengan batas yang ditentukan dalam standar nasional untuk transformator daya dalam kondisi hubungan singkat.

3. Ketika transformator grounding beroperasi bersama dengan koil penghilang busur, kenaikan suhunya harus sesuai dengan persyaratan kenaikan suhu untuk koil penghilang busur:

• Untuk gulungan yang secara terus-menerus membawa arus nominal, kenaikan suhunya dibatasi hingga 80 K. Ini terutama berlaku untuk transformator grounding yang terhubung bintang/delta terbuka.

• Untuk gulungan dengan durasi arus maksimum 2 jam (seperti yang ditentukan untuk arus nominal), kenaikan suhu yang diperbolehkan adalah 100 K. Kondisi ini sesuai dengan mode operasi sebagian besar transformator grounding.

• Untuk gulungan dengan durasi arus maksimum 30 menit, kenaikan suhu yang diperbolehkan adalah 120 K.

Penyediaan ini didasarkan pada jaminan bahwa, dalam kondisi operasi paling parah, suhu titik panas gulungan tidak melebihi 140 °C hingga 160 °C, sehingga menjamin operasi isolasi yang aman dan menghindari penurunan drastis umur isolasi.