Apa tindakan pelindungan petir yang digunakan untuk transformator distribusi H61

Apa langkah-langkah perlindungan petir yang digunakan untuk transformator distribusi H61?

Sebuah penangkal petir harus dipasang di sisi tegangan tinggi dari transformator distribusi H61. Berdasarkan SDJ7–79 "Kode Teknis untuk Desain Perlindungan Overvoltage Peralatan Listrik," sisi tegangan tinggi dari transformator distribusi H61 umumnya harus dilindungi oleh penangkal petir. Konduktor grounding dari penangkal, titik netral pada sisi tegangan rendah transformator, dan casing logam transformator semuanya harus dihubungkan bersama dan di-grounding di satu titik. Metode ini juga direkomendasikan dalam DL/T620–1997 "Perlindungan Overvoltage dan Koordinasi Isolasi untuk Instalasi Listrik AC," yang dikeluarkan oleh Kementerian Listrik sebelumnya.

Namun, penelitian luas dan pengalaman operasional telah menunjukkan bahwa bahkan dengan penangkal petir hanya dipasang di sisi tegangan tinggi, kerusakan transformator masih terjadi dalam kondisi impuls petir. Di daerah umum, tingkat kegagalan tahunan sekitar 1%; di daerah rawan petir, bisa mencapai sekitar 5%; dan di daerah sangat parah yang memiliki lebih dari 100 hari petir per tahun, tingkat kegagalan tahunan bisa mencapai 50%. Penyebab utamanya adalah overvoltage yang disebut "transformasi maju dan mundur" yang diinduksi oleh impuls petir masuk ke gulungan tegangan tinggi transformator distribusi. Mekanisme overvoltage tersebut adalah sebagai berikut:

1. Overvoltage Transformasi Mundur
Ketika impuls petir masuk dari sisi tegangan tinggi 3–10 kV dan menyebabkan penangkal bekerja, arus impuls besar mengalir melalui resistansi grounding, menciptakan penurunan tegangan. Penurunan tegangan ini muncul di titik netral gulungan tegangan rendah, meningkatkan potensialnya. Jika kabel tegangan rendah relatif panjang, ia berperilaku seperti impedansi gelombang ke tanah. Dibawah pengaruh potensial titik netral yang meningkat, arus impuls besar mengalir melalui gulungan tegangan rendah. Arus impuls tiga fase sama besar dan arah, menghasilkan fluks nol kuat.

Fluks ini menginduksi tegangan pulsa sangat tinggi di gulungan tegangan tinggi sesuai dengan rasio putaran transformator. Tegangan pulsa tiga fase yang diinduksi ini sama besar dan arah. Karena gulungan tegangan tinggi biasanya terhubung dalam konfigurasi bintang dengan titik netral tidak di-grounding, meskipun tegangan pulsa tinggi muncul, tidak ada arus impuls yang mengalir di gulungan tegangan tinggi untuk menyeimbangkan efek magnetisasi. Dengan demikian, seluruh arus impuls di gulungan tegangan rendah berfungsi sebagai arus magnetisasi, menghasilkan fluks nol kuat dan menginduksi potensial sangat tinggi di sisi tegangan tinggi. 

Karena potensial terminal tegangan tinggi dipegang oleh tegangan residu penangkal, potensial yang diinduksi ini didistribusikan sepanjang gulungan, mencapai maksimum di ujung netral. Akibatnya, isolasi titik netral rentan terhadap kerusakan. Selain itu, gradien tegangan antar lapisan dan antar putaran meningkat signifikan, berpotensi menyebabkan kegagalan isolasi di lokasi lain. Jenis overvoltage ini berasal dari surge masuk sisi tegangan tinggi dan dikopel kembali secara elektromagnetik ke gulungan tegangan tinggi melalui gulungan tegangan rendah—dikenal sebagai "transformasi mundur."

2. Overvoltage Transformasi Maju
Overvoltage transformasi maju terjadi ketika impuls petir masuk melalui kabel tegangan rendah. Arus impuls kemudian mengalir melalui gulungan tegangan rendah, menginduksi tegangan di gulungan tegangan tinggi sesuai dengan rasio putaran, yang sangat meningkatkan potensial di titik netral tegangan tinggi. Ini juga meningkatkan gradien tegangan antar lapisan dan antar putaran. Proses ini—di mana surge sisi tegangan rendah menginduksi overvoltage di sisi tegangan tinggi—disebut "transformasi maju." Uji coba menunjukkan bahwa ketika surge 10 kV masuk dari sisi tegangan rendah dan resistansi grounding adalah 5 Ω, gradien tegangan antar lapisan di gulungan tegangan tinggi dapat melebihi kekuatan tahan impuls penuh isolasi antar lapisan lebih dari 100%, yang pasti menyebabkan kegagalan isolasi.

Oleh karena itu, penangkal petir jenis katup biasa atau oksida logam juga harus dipasang di sisi tegangan rendah transformator distribusi H61. Dalam skema perlindungan ini, konduktor grounding dari kedua penangkal tegangan tinggi dan rendah, titik netral tegangan rendah, dan casing logam transformator semuanya dihubungkan bersama dan di-grounding di satu titik (juga disebut "pengikatan empat titik" atau "penggabungan tiga dalam satu").

Pengalaman operasional dan studi eksperimental menunjukkan bahwa bahkan untuk transformator distribusi dengan isolasi baik, kegagalan akibat overvoltage transformasi maju dan mundur masih terjadi ketika penangkal hanya dipasang di sisi tegangan tinggi. Hal ini karena penangkal sisi tegangan tinggi tidak dapat menekan overvoltage transformasi maju atau mundur. Gradien tegangan antar lapisan di bawah overvoltage ini proporsional dengan jumlah putaran dan tergantung pada distribusi gulungan; kegagalan isolasi dapat terjadi di awal, tengah, atau ujung gulungan—tetapi ujung paling rentan. Memasang penangkal di sisi tegangan rendah dapat secara efektif membatasi overvoltage transformasi maju dan mundur ke dalam rentang aman.

Metode perlindungan lainnya adalah grounding terpisah untuk sisi tegangan tinggi dan rendah. Dalam konfigurasi ini, penangkal tegangan tinggi di-grounding secara independen, tidak ada penangkal dipasang di sisi tegangan rendah, dan titik netral tegangan rendah dan casing transformator dihubungkan bersama dan di-grounding secara terpisah dari sistem grounding tegangan tinggi.

Metode ini memanfaatkan efek redaman bumi terhadap gelombang petir untuk esensial menghilangkan overvoltage transformasi mundur. Terkait overvoltage transformasi maju, perhitungan menunjukkan bahwa mengurangi resistansi grounding tegangan rendah dari 10 Ω menjadi 2.5 Ω dapat menurunkan overvoltage transformasi maju tegangan tinggi sekitar 40%. Dengan penanganan yang tepat pada elektroda grounding tegangan rendah, overvoltage transformasi maju dapat dihilangkan sepenuhnya.

Skema perlindungan ini sederhana dan ekonomis, meskipun menetapkan persyaratan yang lebih tinggi pada resistansi penghubung tanah tegangan rendah, memberikannya nilai praktis tertentu untuk aplikasi yang lebih luas.

Selain metode di atas, tindakan perlindungan petir lainnya untuk transformator distribusi termasuk pemasangan gulungan seimbang pada inti transformator untuk menekan overvoltage transformasi maju dan mundur, atau menyisipkan pelindung lonjakan arus metal oksida secara langsung di dalam transformator.