Pemutusan arus yang tidak sefase pada Pemutus Sirkuit Tegangan Tinggi

Edwiin

Bidang: Saklar daya

China

Ketika dua bagian dari jaringan listrik dengan tegangan operasi yang sama dihubungkan, fenomena perpindahan fase terjadi jika sumber setara mereka memiliki sudut fase yang berbeda, dengan beberapa atau semua fasa berada 180° out of phase. Selama operasi switching, circuit breaker menghadapi tegangan sumber dengan sudut fase yang berbeda, menyebabkan adanya arus perpindahan fase dalam koneksi. Arus-arus ini harus dapat diputus secara andal oleh circuit breaker di kedua sisi koneksi.

Secara khusus, perbedaan sudut fase antara vektor putaran yang mewakili tegangan sumber menghasilkan bentuk gelombang tegangan instan yang tidak sinkron, menyebabkan arus transien dan stres tegangan yang signifikan pada saat switching. Untuk Transient Recovery Voltage (TRV), tugas switching ini ditandai oleh sumber daya aktif di kedua sisi circuit breaker, meningkatkan kompleksitas dan tantangan operasi switching.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, asumsikan bahwa sumber daya S1 dan S2 mewakili dua sumber dengan sudut fase yang berbeda. Ketika circuit breaker beralih antara kedua sumber ini, perbedaan sudut fase dapat menyebabkan peningkatan substansial pada arus transien, menimbulkan tuntutan pemutusan yang lebih tinggi pada circuit breaker. Oleh karena itu, circuit breaker harus memiliki kemampuan yang cukup untuk menangani kondisi stres tinggi, memastikan operasi switching yang aman dan andal.

Ringkasan Poin Utama

Switching Perpindahan Fase: Terjadi ketika beralih antara dua sumber dengan sudut fase yang berbeda.
Arus Transien: Arus transien yang signifikan dihasilkan karena perbedaan sudut fase.
Transient Recovery Voltage (TRV): Tugas switching melibatkan sumber daya aktif di kedua sisi circuit breaker, meningkatkan kompleksitas.
Persyaratan Circuit Breaker: Circuit breaker harus mampu menangani kondisi stres tinggi untuk memastikan operasi switching yang aman dan andal.

Dalam tugas switching gangguan yang telah dibahas sebelumnya, komponen Transient Recovery Voltage (TRV) pada sisi beban akhirnya meredam menjadi nol. Namun, dalam switching perpindahan fase, komponen TRV pada sisi S2 meredam secara bertahap ke tegangan pemulihan frekuensi daya (RV) dari sumber S2. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, diasumsikan bahwa perbedaan fase tegangan antara kedua sumber adalah 90°, dan reaktor short-circuit memiliki impedansi yang sama.

Oleh karena itu, ciri utama operasi switching perpindahan fase adalah puncak TRV yang sangat tinggi, sementara Rate of Rise of Restriking Voltage (RRRV) dan arus tetap relatif moderat. Mengingat puncak TRV dalam kondisi perpindahan fase adalah yang tertinggi di antara semua operasi switching, biasanya digunakan sebagai patokan untuk mengevaluasi kondisi switching kompleks lainnya, seperti membersihkan gangguan pada garis transmisi jarak jauh atau menangani gangguan pada garis yang dikompensasi seri.

Ringkasan Poin Utama:

TRV Sisi Beban: Dalam semua kasus, komponen TRV pada sisi beban meredam menjadi nol. TRV Sisi S2 dalam Perpindahan Fase: Meredam ke tegangan pemulihan frekuensi daya (RV) dari sumber S2.
Puncak TRV: Sangat tinggi dalam switching perpindahan fase.
RRRV dan Arus: Tetap relatif moderat.
Standar Referensi: Puncak TRV dalam kondisi perpindahan fase adalah yang tertinggi, menjadikannya referensi umum untuk mengevaluasi kondisi switching kompleks lainnya.

Ciri Khas TRV dalam Switching Perpindahan Fase

Dalam skenario switching gangguan yang telah dibahas sebelumnya, komponen Transient Recovery Voltage (TRV) pada sisi beban meredam menjadi nol dalam semua kasus. Namun, dalam switching perpindahan fase, komponen TRV pada sisi $S_{2}$ meredam menjadi tegangan pemulihan frekuensi daya (RV) dari sumber $S_{2}$ . Perilaku ini ditunjukkan pada Gambar 2, di mana diasumsikan bahwa perbedaan fase tegangan antara kedua sumber adalah 90°, dan reaktor short-circuit dianggap sama.

Deskripsi Rinci

Dalam skenario switching gangguan yang telah dibahas sebelumnya, komponen Transient Recovery Voltage (TRV) pada sisi beban selalu meredam menjadi nol. Namun, dalam switching perpindahan fase, komponen TRV pada sisi $S_{2}$ meredam menjadi tegangan pemulihan frekuensi daya (RV) dari sumber $S_{2}$ . Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, ini mengasumsikan perbedaan fase 90° antara kedua sumber daya dan reaktor short-circuit yang sama.

Oleh karena itu, ciri khas utama operasi switching perpindahan fase adalah:

Puncak TRV Sangat Tinggi: Nilai puncak TRV jauh lebih tinggi dibandingkan mode switching lainnya.
RRRV dan Arus Moderat: Rate of Rise of Restriking Voltage (RRRV) dan tingkat arus tetap moderat, meskipun puncak TRV tinggi.

Mengingat puncak TRV dalam kondisi perpindahan fase adalah yang tertinggi di antara semua mode switching, skenario ini sering digunakan sebagai referensi untuk mengevaluasi kondisi switching khusus lainnya, seperti:

Membersihkan gangguan pada garis transmisi panjang
Menangani gangguan pada garis yang dikompensasi seri

Ringkasan Poin Utama:

TRV Sisi Beban: Selalu meredam menjadi nol dalam semua skenario switching gangguan.
$S_{2}$ -side TRV dalam Perpindahan Fase: Meredam menjadi tegangan pemulihan frekuensi daya (RV) dari sumber $S_{2}$ .
Puncak TRV: Sangat tinggi dalam switching perpindahan fase.
RRRV dan Arus: Tetap relatif moderat.
Standar Referensi: Puncak TRV dalam kondisi perpindahan fase adalah yang tertinggi, menjadikannya patokan umum untuk mengevaluasi kondisi switching kompleks lainnya.

Gambar 3 menggambarkan dua skenario yang dapat menyebabkan kondisi perpindahan fase. Dalam skenario pertama (gambar kiri), generator secara tidak sengaja terhubung ke jaringan dengan circuit breaker pada sudut fase yang salah. Dalam skenario kedua (gambar kanan), bagian-bagian berbeda dari jaringan transmisi kehilangan sinkronisasi, seringkali karena terjadinya short circuit di suatu tempat dalam jaringan.

Dalam kedua kasus, arus perpindahan fase mengalir melalui jaringan, yang harus diputus secara andal oleh circuit breaker. Situasi ini menimbulkan tantangan signifikan bagi sistem tenaga, karena perpindahan fase dapat menghasilkan arus dan tegangan transien yang tinggi, memerlukan circuit breaker untuk menangani kondisi ekstrem ini secara efektif.

Ringkasan Poin Utama:

Skenario 1 (Gambar Kiri): Generator terhubung ke jaringan pada sudut fase yang salah, menyebabkan perpindahan fase.
Skenario 2 (Gambar Kanan): Bagian-bagian berbeda dari jaringan transmisi kehilangan sinkronisasi, biasanya karena terjadinya short circuit, menyebabkan perpindahan fase.
Arus Perpindahan Fase: Dalam kedua skenario, arus perpindahan fase mengalir melalui jaringan.
Persyaratan Circuit Breaker: Circuit breaker harus dapat memutus arus perpindahan fase ini secara andal untuk mempertahankan stabilitas dan keamanan sistem.

Switching Antara Generator dan Sistem

Ketika menggunakan trafo step-up, switching antara generator dan sistem tenaga dapat terjadi di sisi tegangan tinggi (HV) atau sisi tegangan menengah (MV) trafo. Switching ini dapat terjadi tidak hanya selama gangguan sistem atau trip pembangkit, tetapi juga selama sinkronisasi dan desinkronisasi.

Keparahan kondisi out-of-phase tergantung pada:

Perbedaan Sudut Fase: Semakin besar perbedaan sudut fase antara generator dan jaringan, semakin parah kondisi out-of-phase.
Kondisi Eksitasi Rotor: Tingkat eksitasi pada rotor generator juga mempengaruhi keparahan kondisi out-of-phase. Biasanya, sistem kontrol eksitasi akan mengurangi kekuatan medan magnet rotor dengan cepat untuk meminimalkan dampak kondisi out-of-phase.

Untuk mengatasi tantangan ini, pembangkit listrik dilengkapi dengan berbagai perangkat perlindungan dan kontrol:

Perangkat Perlindungan Out-of-Step: Ini mendeteksi dan mencegah generator kehilangan sinkronisasi dengan jaringan.
Perangkat Pemeriksaan Sinkronisasi: Ini memastikan bahwa generator terhubung ke jaringan pada sudut fase yang benar, mencegah kondisi out-of-phase.
Perangkat Kontrol Sinkronisasi: Ini membantu mencapai sinkronisasi yang mulus antara generator dan jaringan.

Gambar 4 menggambarkan layout ini, menunjukkan koneksi antara trafo step-up, generator, dan sistem tenaga, serta konfigurasi perangkat perlindungan dan kontrol yang terkait.

Ringkasan Poin Utama:

Lokasi Switching: Switching antara generator dan sistem tenaga dapat terjadi di sisi tegangan tinggi (HV) atau sisi tegangan menengah (MV) trafo step-up.
Kondisi Out-of-Phase: Keparahan kondisi out-of-phase tergantung pada perbedaan sudut fase dan kondisi eksitasi rotor.
Perangkat Perlindungan dan Kontrol: Pembangkit listrik dilengkapi dengan perangkat perlindungan out-of-step, perangkat pemeriksaan sinkronisasi, dan perangkat kontrol sinkronisasi untuk memastikan operasi switching yang aman dan andal.

2-Switching antara Dua Sistem:

Switching antara dua sistem tenaga biasanya terjadi dalam situasi dengan ketidakseimbangan daya dan ketidakstabilan sistem. Contoh merujuk pada gangguan sistem besar, situasi selama pemulihan sistem, dan karena kesalahan operasi sistem perlindungan.

Garis transmisi yang lebih penting mungkin dilengkapi dengan blocking out-of-phase dalam sistem perlindungannya dan/atau perlindungan sistem-wide khusus mungkin diterapkan untuk mencegah pemisahan sistem dalam kondisi out-of-phase yang parah.

Kesimpulan Fenomena Out-of-Phase:

Arus out-of-phase yang dinominalkan telah diajukan sebesar 25% dari arus short-circuit nominal. Untuk alasan ekonomi dan statistik, nilai puncak minimum dari analisis TRV telah diajukan: RV sebesar 2.0 p.u. dan overshoot sebesar 25%.
Seiring pemisahan sistem dengan tripping berantai jalur udara dan karenanya peningkatan impedansi sistem, nilai maksimum 25% dari arus short-circuit nominal tampaknya masih masuk akal, bahkan hari ini. Nilai maksimum arus out-of-phase adalah parameter penting untuk kemampuan circuit breaker tegangan tinggi.
Gangguan besar menunjukkan sudut out-of-phase yang jauh lebih besar daripada nilai 105 derajat hingga 115 derajat yang terkait dengan nilai puncak TRV dalam standar. Ini berlaku baik untuk jaringan radial maupun jaringan meshed; namun, peristiwa historis telah menunjukkan bahwa sudut out-of-phase yang besar dapat terjadi pada saat yang sama dengan tegangan operasi rendah. Kombinasi sudut out-of-phase yang besar dan tegangan operasi rendah menghasilkan nilai puncak TRV yang serupa dengan yang disebutkan dalam standar untuk situasi dengan sudut out-of-phase yang relatif rendah dan tegangan nominal (tegangan operasi maksimum).
Circuit breaker sistem transmisi yang digunakan untuk menghubungkan atau memutuskan pembangkit listrik konvensional juga dapat mengalami switching out-of-phase. Untuk memutuskan pembangkit listrik selama ayunan daya yang tidak stabil, pertimbangan yang sama seperti untuk pemisahan sistem berlaku, meskipun dengan perhatian pada kemungkinan bahwa kondisi uji gangguan terbatas trafo harus ditentukan.
Untuk memutuskan pembangkit listrik karena sinkronisasi yang salah, kondisi dan persyaratan yang serupa seperti yang dijelaskan untuk circuit breaker generator tegangan menengah berlaku, dan simulasi diperlukan untuk menilai apakah desain dapat memenuhi tugas. Simulasi peristiwa tersebut harus mencakup waktu respons sistem perlindungan, fenomena depresi tegangan generator, dan percepatan/decelerasi rotor untuk mengidentifikasi apakah arus out-of-phase dan TRV setelah sinkronisasi palsu generator mencakup kondisi yang ditentukan oleh pengguna, misalnya 180 derajat.