Apa perbedaan antara trafo grounding dan trafo konvensional?

Apa itu Grounding Transformer?

Grounding transformer, yang disingkat sebagai "grounding transformer," dapat diklasifikasikan menjadi tipe terendam minyak dan tipe kering berdasarkan media pengisinya; dan menjadi grounding transformer tiga fasa dan satu fasa berdasarkan jumlah fasa.

Perbedaan antara Grounding Transformers dan Trafo Konvensional

Tujuan dari grounding transformer adalah untuk menciptakan titik netral buatan untuk menghubungkan koil pemadam busur atau resistor ketika sistem dihubungkan dalam konfigurasi delta (Δ) atau wye (Y) tanpa titik netral yang dapat diakses. Trafo ini menggunakan koneksi gulungan zigzag (atau "tipe Z"). Perbedaan utama dari trafo konvensional adalah setiap gulungan fasa dibagi menjadi dua kelompok yang digulung dalam arah berlawanan pada lengan inti magnetik yang sama. Desain ini memungkinkan aliran fluks magnetik nol urutan melalui lengan inti, sementara pada trafo konvensional, fluks nol urutan bergerak sepanjang jalur bocor. 

Oleh karena itu, impedansi nol urutan dari grounding transformer tipe Z sangat rendah (sekitar 10 Ω), sementara impedansi nol urutan dari trafo konvensional jauh lebih tinggi. Menurut peraturan teknis, ketika menggunakan trafo konvensional untuk menghubungkan koil pemadam busur, kapasitas koil tidak boleh melebihi 20% dari kapasitas nominal trafo. Sebaliknya, trafo tipe Z dapat membawa koil pemadam busur sebesar 90%–100% dari kapasitasnya sendiri. Selain itu, grounding transformers dapat mensuplai beban sekunder dan berfungsi sebagai trafo stasiun, sehingga menghemat biaya investasi.

Prinsip Kerja Grounding Transformers

Grounding transformer secara buatan menciptakan titik netral dengan resistor grounding, yang biasanya memiliki resistansi sangat rendah (umumnya diperlukan kurang dari 5 ohm). Selain itu, karena karakteristik elektromagnetiknya, grounding transformer menunjukkan impedansi tinggi terhadap arus urutan positif dan negatif, hanya memungkinkan arus eksitasi kecil mengalir di dalam gulungan. Pada setiap lengan inti, dua bagian gulungan digulung dalam arah berlawanan. Ketika arus nol urutan yang sama mengalir melalui gulungan-gulungan ini pada lengan yang sama, mereka menunjukkan impedansi rendah, menghasilkan penurunan tegangan minimal. 

Selama terjadi gangguan ground, gulungan mengalirkan arus urutan positif, negatif, dan nol. Gulungan menunjukkan impedansi tinggi terhadap arus urutan positif dan negatif, tetapi impedansi rendah terhadap arus nol urutan karena, dalam fasa yang sama, dua gulungan tersebut dihubungkan seri dengan polaritas berlawanan—gaya elektromotif yang diinduksi sama besar tetapi berlawanan arah, sehingga saling meniadakan.

Banyak grounding transformer digunakan hanya untuk menyediakan titik netral dengan resistansi rendah dan tidak mensuplai beban sekunder apa pun; oleh karena itu, banyak yang dirancang tanpa gulungan sekunder. Selama operasi grid normal, grounding transformer beroperasi hampir dalam keadaan tanpa beban. Namun, selama terjadi gangguan, ia hanya mengalirkan arus gangguan untuk waktu yang singkat. Dalam sistem grounding resistansi rendah, ketika terjadi gangguan ground satu fasa, perlindungan nol urutan yang sangat sensitif dengan cepat mengidentifikasi dan mengisolasi sementara feeder yang bermasalah. 

Grounding transformer aktif hanya selama interval singkat antara terjadinya gangguan dan operasi perlindungan nol urutan feeder. Selama waktu ini, arus nol urutan mengalir melalui resistor grounding netral dan grounding transformer, mengikuti rumus: IR = U / R₁, di mana U adalah tegangan fase sistem dan R₁ adalah resistansi grounding netral.

Konsekuensi Ketika Busur Ground Tidak Dapat Dipadamkan Secara Andal

• Pemadaman dan penyalaan ulang busur ground satu fasa yang berulang-ulang menghasilkan tegangan over busur-ground dengan amplitudo mencapai 4U (di mana U adalah tegangan puncak fase) atau bahkan lebih, berlangsung untuk durasi yang lama. Hal ini menimbulkan ancaman serius terhadap isolasi peralatan listrik, potensial menyebabkan kerusakan pada titik isolasi yang lemah dan mengakibatkan kerugian yang signifikan.

• Pembusuran yang berkelanjutan mengionisasi udara sekitarnya, merusak sifat isolasinya dan meningkatkan kemungkinan terjadinya pendek sirkuit antar fasa.

• Overtegangan ferroresonan mungkin terjadi, mudah merusak trafo tegangan dan pelindung petir—potensial bahkan menyebabkan ledakan pelindung. Konsekuensi-konsekuensi ini sangat mengancam integritas isolasi peralatan grid dan mengancam operasi aman seluruh sistem tenaga listrik.

Apa Itu Arus Urutan Positif, Negatif, dan Nol?

• Arus urutan negatif: Fase A tertinggal 120° dari Fase B, Fase B tertinggal 120° dari Fase C, dan Fase C tertinggal 120° dari Fase A.

• Arus urutan positif: Fase A unggul 120° dari Fase B, Fase B unggul 120° dari Fase C, dan Fase C unggul 120° dari Fase A.

• Arus urutan nol: Ketiga fasa (A, B, C) berfase sama—tidak ada fasa yang unggul atau tertinggal dari fasa lainnya.

Selama gangguan pendek sirkuit tiga fasa dan operasi normal, sistem hanya mengandung komponen urutan positif.
Selama gangguan ground satu fasa, sistem mengandung komponen urutan positif, negatif, dan nol.
Selama gangguan pendek sirkuit dua fasa, sistem mengandung komponen urutan positif dan negatif.
Selama gangguan pendek sirkuit dua fasa ke ground, sistem mengandung komponen urutan positif, negatif, dan nol.

Karakteristik Operasional Grounding Transformers

Transformator penghantar beroperasi dalam kondisi tanpa beban selama operasi grid normal dan mengalami overload jangka pendek selama gangguan. Secara ringkas, fungsi transformator penghantar adalah untuk menciptakan titik netral buatan untuk menghubungkan resistor penghantar. Selama gangguan penghantar, ia menunjukkan impedansi tinggi terhadap arus urutan positif dan negatif tetapi impedansi rendah terhadap arus urutan nol, memastikan operasi yang andal dari perlindungan gangguan penghantar.

Penghantaran Netral melalui Sistem Koil Penghilang Busur

Ketika terjadi gangguan penghantar fase tunggal sementara di grid karena isolasi peralatan yang buruk, kerusakan eksternal, kesalahan operator, tegangan internal yang berlebihan, atau sebab lainnya, arus gangguan penghantar mengalir melalui koil penghilang busur sebagai arus induktif, yang berlawanan arah dengan arus kapasitif. Hal ini dapat mengurangi arus di titik gangguan menjadi nilai yang sangat kecil atau bahkan nol, sehingga memadamkan busur dan menghilangkan ancaman terkait. Gangguan tersebut hilang secara otomatis tanpa memicu perlindungan relai atau pemutusan pemutus sirkuit, meningkatkan ketersediaan pasokan listrik secara signifikan.

Tiga Mode Operasi Kompensasi

Ada tiga mode operasi kompensasi yang berbeda: under-kompensasi, full kompensasi, dan over-kompensasi.

• Under-kompensasi: Arus induktif setelah kompensasi kurang dari arus kapasitif.

• Over-kompensasi: Arus induktif setelah kompensasi lebih besar dari arus kapasitif.

• Full kompensasi: Arus induktif setelah kompensasi sama dengan arus kapasitif.

Mode Kompensasi yang Digunakan dalam Penghantaran Netral melalui Sistem Koil Penghilang Busur

Dalam sistem dengan penghantaran netral melalui koil penghilang busur, full kompensasi harus dihindari. Terlepas dari besarnya tegangan tidak seimbang sistem, full kompensasi dapat menyebabkan resonansi seri, mengenakan tegangan yang sangat tinggi pada koil penghilang busur. Oleh karena itu, over-kompensasi atau under-kompensasi diterapkan dalam praktik, dengan over-kompensasi menjadi mode yang paling umum digunakan.

Alasan Utama Mengadopsi Over-Kompensasi

Dalam sistem under-kompensasi, tegangan overtinggi dapat mudah terjadi selama gangguan. Misalnya, jika sebagian jalur diputuskan karena gangguan atau alasan lain, sistem under-kompensasi mungkin beralih ke full kompensasi, menyebabkan resonansi seri dan menghasilkan tegangan penempatan netral yang sangat tinggi dan overvoltage. Penempatan netral yang besar dalam sistem under-kompensasi juga mengancam integritas isolasi—kelemahan yang tidak dapat dihindari selama under-kompensasi digunakan.

Selama operasi normal sistem under-kompensasi dengan ketidakseimbangan tiga fase yang signifikan, overvoltage ferroresonan yang sangat tinggi mungkin terjadi. Fenomena ini timbul dari resonansi ferromagnetik antara koil penghilang busur under-kompensasi (di mana ωL > 1/(3ωC₀)) dan kapasitansi jalur (3C₀). Resonansi semacam itu tidak terjadi dengan over-kompensasi.

Sistem tenaga listrik terus berkembang, dan kapasitansi grid terhadap tanah meningkat sesuai. Dengan over-kompensasi, koil penghilang busur yang telah dipasang dapat tetap beroperasi untuk beberapa waktu—meskipun akhirnya beralih ke under-kompensasi. Namun, jika sistem dimulai dengan under-kompensasi, setiap ekspansi segera memerlukan kapasitas kompensasi tambahan.

Dengan over-kompensasi, arus yang mengalir melalui titik gangguan bersifat induktif. Setelah busur padam, laju pemulihan tegangan fase yang bermasalah lebih lambat, membuat re-ignisi busur kurang mungkin terjadi.

Dalam over-kompensasi, penurunan frekuensi sistem hanya sementara meningkatkan derajat over-kompensasi, yang tidak menjadi masalah selama operasi normal. Sebaliknya, under-kompensasi ditambah dengan frekuensi yang berkurang mungkin membawa sistem mendekati full kompensasi, menyebabkan peningkatan tegangan penempatan netral.

Ringkasan

Transformator penghantar juga berfungsi sebagai transformator layanan stasiun, menurunkan tegangan 35 kV menjadi tegangan rendah 380 V untuk mensuplai daya untuk pengisian baterai, kipas SVG, penerangan perawatan, dan beban pembantu stasiun umum.

Dalam jaringan listrik modern, kabel secara luas menggantikan garis overhead. Karena arus penghantar kapasitif fase tunggal dari garis kabel jauh lebih besar daripada garis overhead, penghantaran netral melalui koil penghilang busur sering gagal memadamkan busur gangguan dan menekan overvoltage resonan yang berbahaya. Oleh karena itu, substation kami mengadopsi skema penghantaran netral resistansi rendah. Pendekatan ini mirip dengan sistem netral yang solidly grounded dan memerlukan instalasi perlindungan penghantar fase tunggal yang beroperasi untuk memutus sirkuit. Ketika terjadi penghantar fase tunggal, feeder yang bermasalah segera dipisahkan.