Analisis Teknologi Perlindungan Penyambungan ke Tanah Transformator di Lokasi Konstruksi

Saat ini, China telah mencapai beberapa prestasi di bidang ini. Literatur terkait telah merancang skema konfigurasi tipikal untuk perlindungan terhadap kesalahan penghubungan ke tanah dalam sistem distribusi tegangan rendah pembangkit listrik tenaga nuklir. Berdasarkan analisis kasus domestik dan internasional di mana kesalahan penghubungan ke tanah pada sistem distribusi tegangan rendah pembangkit listrik tenaga nuklir menyebabkan operasi yang tidak tepat dari perlindungan urutan nol transformator, penyebab dasarnya telah dikenali. Selain itu, saran peningkatan untuk tindakan perlindungan terhadap kesalahan penghubungan ke tanah dalam sistem daya bantu pembangkit listrik tenaga nuklir telah diajukan berdasarkan skema konfigurasi tipikal tersebut.

Literatur terkait telah mempelajari pola variasi arus diferensial dan arus pembatas, dan melalui perhitungan rasio antara arus diferensial dan arus pembatas, telah dilakukan analisis kuantitatif tentang adaptabilitas perlindungan diferensial rasio transformator utama dalam kondisi kesalahan tersebut.

Namun, metode-metode yang disebutkan sebelumnya masih menghadapi banyak masalah yang perlu diselesaikan secara mendesak. Misalnya, resistansi penghubungan ke tanah yang berlebihan, pemilihan metode penghubungan ke tanah yang tidak tepat, dan tindakan perlindungan petir yang tidak memadai—semua isu-isu ini dapat menyebabkan kegagalan transformator dan bahkan memicu insiden keselamatan. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian dan analisis yang lebih mendalam tentang teknologi perlindungan penghubungan ke tanah transformator di lokasi konstruksi, dengan memasukkan temuan penelitian terbaru dan perkembangan teknologi.

Melalui penelitian ini, bukan hanya tingkat teoritis teknologi perlindungan penghubungan ke tanah transformator yang dapat ditingkatkan, tetapi juga solusi dan tindakan yang praktis dan dapat dilaksanakan dapat disediakan untuk proyek konstruksi yang sebenarnya. Diharapkan penelitian ini dapat menarik lebih banyak perhatian dan penekanan dari para cendekiawan pada teknologi perlindungan penghubungan ke tanah transformator di lokasi konstruksi, bersama-sama mendorong perkembangan bidang ini.

1 Penentuan Metode Penghubungan ke Tanah Transformator

Metode penghubungan langsung titik netral transformator ke tanah yang tradisional mungkin menyebabkan arus pendek yang berlebihan dalam kondisi tertentu, yang berpotensi merusak peralatan. Oleh karena itu, metode penghubungan titik netral dengan resistansi rendah diajukan. Penghubungan titik netral dengan resistansi rendah adalah pendekatan penghubungan ke tanah transformator yang efektif yang mencapai kontrol efektif atas arus penghubungan ke tanah transformator dengan menghubungkan resistansi rendah antara titik netral transformator dan tanah. Metode penghubungan ini tidak hanya dapat mengatur besarnya arus penghubungan ke tanah dan mengurangi dampak petir dan tegangan over pada transformator, sehingga meningkatkan stabilitas operasional, tetapi juga dapat membatasi arus pendek dan mengurangi risiko kerusakan peralatan.

Secara khusus, ketika menerapkan penghubungan titik netral dengan resistansi rendah untuk transformator di lokasi konstruksi, langkah pertama adalah menentukan nilai resistansi penghubungan yang sesuai. Menurut hukum Ohm, nilai resistansi penghubungan berbanding terbalik dengan arus penghubungan dan tegangan penghubungan. Oleh karena itu, saat memilih nilai resistansi penghubungan untuk metode penghubungan titik netral dengan resistansi rendah, nilai resistansi harus ditentukan terlebih dahulu, dengan rumus perhitungan sebagai berikut:

Dalam rumus, R₀ mewakili nilai resistansi resistor penghubungan; U₀ mewakili tegangan nominal rata-rata sistem elektrikal di lokasi konstruksi; I₀ mewakili arus yang mengalir melalui resistor titik netral. Berdasarkan perhitungan dalam rumus (1), nilai resistansi penghubungan yang sesuai harus dipilih yang dapat membatasi arus pendek secara efektif sambil menghindari dampak berlebihan pada transformator.

Selanjutnya adalah penentuan parameter seperti luas penampang dan material kabel penghubungan. Material kabel penghubungan juga harus memiliki konduktivitas dan tahan korosi yang baik untuk memastikan umur layanannya dan keandalannya. Studi ini secara komprehensif mempertimbangkan kondisi aktual penghubungan ke tanah transformator di lokasi konstruksi dan memilih kawat tembaga berlapis timah sebagai konduktor penghubungan—material dengan konduktivitas yang baik, pemasangan yang mudah, dan kemampuan anti-korosi yang kuat, yang sepenuhnya memenuhi persyaratan metode penghubungan titik netral dengan resistansi rendah.

Luas penampang kabel penghubungan secara langsung mempengaruhi nilai resistansinya, yang selanjutnya mempengaruhi arus penghubungan. Oleh karena itu, luas penampang kabel penghubungan yang sesuai dipilih berdasarkan rumus berikut:

Dalam rumus, S mewakili luas penampang kabel penghubungan dalam metode penghubungan titik netral dengan resistansi rendah; η mewakili koefisien rasio antara resistansi penghubungan titik netral dan resistansi penghubungan transformator; T mewakili kenaikan suhu yang diperbolehkan pada kabel penghubungan. Akhirnya, kedalaman penanaman elektroda penghubungan harus ditentukan. Untuk memastikan operasi stabil elektroda penghubungan dalam lingkungan yang keras, kedalamannya harus melebihi ketebalan lapisan tanah beku di lokasi konstruksi, sehingga secara komprehensif menjamin keandalan dan keamanan sistem penghubungan ke tanah.

Kesimpulannya, saat menerapkan penghubungan ke tanah untuk transformator di lokasi konstruksi, metode penghubungan titik netral dengan resistansi rendah diadopsi, dengan pengaturan parameter penghubungan yang wajar termasuk nilai resistansi, luas penampang kabel penghubungan, pemilihan material, dan kedalaman penanaman elektroda penghubungan, memberikan dasar yang solid untuk operasi transformator yang stabil selama konstruksi.

2 Perancangan Skema Perlindungan Penghubungan ke Tanah Transformator

Berdasarkan konten di atas, metode grounding resistansi rendah pada titik netral digunakan dalam teknologi perlindungan grounding transformator untuk lokasi konstruksi. Metode grounding ini terutama mengontrol arus grounding transformator secara efektif melalui resistansi rendah. Berbagai gangguan dapat terjadi selama operasi transformator, dengan yang paling umum adalah gangguan grounding satu fase. Gangguan grounding satu fase merujuk pada hubungan singkat antara satu lilitan fase transformator dan tanah, sementara dua fase lainnya tetap berfungsi normal. Gangguan ini menyebabkan perubahan potensial titik netral transformator, yang mengakibatkan ketidakseimbangan arus tiga fase. Dengan memanfaatkan karakteristik ini, disarankan skema perlindungan berdasarkan ketidakseimbangan arus tiga fase pada transformator:

Pertama adalah perlindungan bagian I zero-sequence, dengan rumus perhitungan pengaturannya sebagai berikut:

Dalam rumus tersebut, I₁ mewakili nilai arus operasi perlindungan zero-sequence dari transformator di lokasi konstruksi; γ₁ mewakili koefisien keandalan; γ₂ mewakili koefisien cabang zero-sequence; I₂ mewakili nilai arus operasi perlindungan zero-sequence komponen tetangga transformator di lokasi konstruksi. Setelah menghitung nilai arus untuk perlindungan bagian I zero-sequence menurut rumus (3), waktu operasi untuk perlindungan bagian I biasanya ditetapkan sekitar 0,5 detik lebih lama dari waktu operasi perlindungan zero-sequence tingkat berikutnya.

Selanjutnya adalah perlindungan bagian II zero-sequence. Rumus perhitungan nilai arus perlindungannya sama dengan perlindungan bagian I zero-sequence, artinya arus perlindungan juga diperoleh menurut rumus (3), namun waktu operasinya berbeda, memerlukan peningkatan sekitar 0,3 detik berdasarkan waktu operasi perlindungan bagian I zero-sequence.

Terakhir, ada perlindungan tegangan zero-sequence. Mengingat secara komprehensif bahwa selama gangguan grounding satu fase pada transformator di lokasi konstruksi, titik netral mungkin kehilangan sensitivitas inherennya, tegangan operasi perlindungan tegangan zero-sequence harus berada di bawah tegangan zero-sequence maksimum yang muncul di titik pemasangan perlindungan selama gangguan grounding satu fase. Nilai untuk tegangan perlindungan tegangan zero-sequence utamanya ditentukan menurut rumus berikut:

Dalam rumus tersebut, U₁ mewakili tegangan operasi perlindungan tegangan zero-sequence; U₂ mewakili tegangan nominal tiga lilitan sekunder.

Secara keseluruhan, untuk membentuk skema perlindungan ketidakseimbangan arus tiga fase yang lengkap, diperlukan serangkaian perhitungan kompleks, termasuk rumus perhitungan untuk perlindungan bagian I zero-sequence, perlindungan bagian II zero-sequence, dan perlindungan tegangan zero-sequence. Penurunan dan aplikasi rumus-rumus ini akan membantu menentukan jenis dan tingkat keparahan gangguan grounding satu fase di lokasi konstruksi dengan lebih akurat. Skema perlindungan ini tidak hanya dapat dengan cepat menemukan dan mengisolasi gangguan grounding, tetapi juga mengurangi probabilitas insiden pemadaman listrik yang disebabkan oleh gangguan grounding. Sementara itu, dikombinasikan dengan metode grounding resistansi rendah pada titik netral, struktur perlindungan grounding transformator yang komprehensif dibentuk untuk lokasi konstruksi, memberikan perlindungan kuat bagi operasi aman transformator.

3 Analisis Eksperimental

Untuk memverifikasi efektivitas teknologi perlindungan grounding transformator yang disebutkan di lokasi konstruksi, bab ini akan menggunakan perangkat lunak simulasi sistem tenaga listrik PowerFactory untuk melakukan eksperimen simulasi perlindungan grounding transformator. Pertama, model sistem listrik bangunan dibuat dalam perangkat lunak simulasi, yang terutama mencakup transformator, jalur tekanan tinggi dan rendah, beban, dan peralatan lainnya. Tabel 1 menampilkan spesifikasi model dan parameter transformator eksperimental.

Struktur spesifik dari transformator ditunjukkan pada Gambar 1.

Kemudian, percobaan simulasi perlindungan grounding transformator dilakukan menggunakan tiga metode grounding yang berbeda: grounding titik netral dengan resistansi rendah, grounding titik netral dengan resistansi tinggi, dan grounding titik netral dengan koil penghilang busur. Saat menetapkan metode grounding, untuk metode grounding titik netral dengan resistansi rendah, dipilih resistor dengan nilai resistansi kecil, khususnya ditetapkan menjadi 0,5 Ω, untuk mensimulasikan efek grounding resistansi rendah; untuk metode grounding titik netral dengan resistansi tinggi, dipilih resistor dengan nilai resistansi yang lebih besar, ditetapkan menjadi 10 Ω, untuk mensimulasikan karakteristik grounding resistansi tinggi.

Selama percobaan, level arus grounding transformator di bawah kondisi gangguan single-phase grounding disimulasikan. Lokasi spesifik gangguan ditetapkan di tengah satu garis fase pada sisi tegangan rendah transformator, dengan resistansi gangguan ditetapkan menjadi 100 Ω untuk mensimulasikan resistansi grounding selama gangguan grounding. Dalam proses simulasi gangguan, sistem akuisisi data dengan laju sampling tinggi digunakan untuk merekam data arus grounding, dengan frekuensi sampling ditetapkan menjadi 1000 kali per detik untuk memastikan penangkapan perubahan halus dalam arus grounding.

Selain mencatat nilai arus grounding saat terjadinya gangguan, beberapa titik waktu ditetapkan, termasuk 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s, dan 10 s setelah terjadinya gangguan, untuk mengamati perubahan arus grounding pada titik waktu yang berbeda. Untuk menghindari keacakan dalam hasil percobaan, data arus grounding dicatat 10 kali, dengan nilai rata-rata diambil sebagai hasil percobaan final. Gambar 2 memberikan perbandingan efek perlindungan grounding transformator di bawah metode grounding yang berbeda.