Standar dan Perhitungan Uji LTAC untuk Trafo Listrik

1 Pendahuluan

Berdasarkan ketentuan standar nasional GB/T 1094.3-2017, tujuan utama uji tegangan tahanan AC (LTAC) terminal jalur untuk transformator daya adalah untuk mengevaluasi kekuatan dielektrik AC dari terminal gulungan tegangan tinggi ke tanah. Uji ini tidak bertujuan untuk menilai isolasi antara lilitan atau isolasi fasa-ke-fasa.

Dibandingkan dengan uji isolasi lainnya (seperti impuls kilat penuh LI atau impuls beralih SI), uji LTAC memberikan evaluasi yang lebih ketat terhadap kekuatan isolasi utama antara terminal gulungan tegangan tinggi, terminal kabel tegangan tinggi, dan komponen logam berpengaman seperti struktur pengunci, unit riser, dan tangki, karena durasinya yang lebih lama (biasanya 30 detik untuk transformator 50 Hz dan 36 detik untuk transformator 60 Hz).

Banyak kasus kegagalan uji isolasi telah menunjukkan bahwa banyak transformator daya dapat menahan uji impuls kilat (LI) dan uji impuls beralih (SI) tetapi masih mengalami kerusakan selama uji tegangan tahanan AC terminal jalur (LTAC), dengan kerusakan sering terjadi dalam beberapa detik terakhir uji. Ini jelas menunjukkan pentingnya durasi uji dalam mengevaluasi isolasi utama dan menyoroti sifat ketat uji LTAC dalam menilai kekuatan isolasi utama.

Oleh karena itu, sangat penting bagi insinyur desain transformator untuk menghitung secara akurat distribusi potensial gulungan selama uji tegangan tahanan AC terminal jalur (LTAC) pada tahap desain, sehingga dapat dilakukan desain isolasi utama yang ilmiah dan rasional, memastikan margin isolasi yang cukup dari sumber desain.

2 Penafsiran Standar

Uji tegangan tahanan AC terminal jalur (LTAC) untuk transformator daya adalah item uji isolasi tegangan tinggi baru yang ditambahkan dalam standar nasional terbaru GB/T 1094.3-2017. Uji ini berkembang dan dipisahkan dari uji tahanan induksi singkat (ACSD) yang ditentukan dalam standar sebelumnya GB/T 1094.3-2003. Ketentuan terkait uji LTAC disajikan dalam tabel di bawah ini:

Standar memberikan penafsiran berikut tentang uji tegangan tahanan AC terminal jalur (LTAC) untuk transformator daya:

• Untuk transformator daya dengan Um ≤ 72.5 kV, yang semuanya terisolasi sepenuhnya, kekuatan isolasi utama antara gulungan tegangan tinggi, terminal kabel tegangan tinggi, dan tanah dapat dinilai sepenuhnya melalui uji tegangan diterapkan (AV). Oleh karena itu, uji LTAC tidak diperlukan.

• Untuk transformator daya dengan 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Jika terisolasi sepenuhnya, meskipun kekuatan isolasi utama masih dapat diverifikasi dengan cukup melalui uji tegangan diterapkan (AV), uji LTAC ditentukan sebagai uji khusus. Ini berarti umumnya tidak diperlukan selama uji rutin, tetapi harus dilakukan jika secara eksplisit diminta oleh pengguna.

• Jika netral terhubung ke tanah (isolasi berkelompok), uji LTAC ditentukan sebagai uji rutin dan harus dilakukan pada setiap unit selama uji penerimaan pabrik. Namun, dengan persetujuan pengguna, dapat digantikan oleh uji impuls beralih terminal jalur (SI).

• Untuk transformator daya dengan Um > 170 kV, baik terisolasi sepenuhnya maupun isolasi berkelompok, uji LTAC diklasifikasikan sebagai uji khusus—secara umum tidak wajib kecuali secara spesifik diminta oleh pengguna. Dalam hal ini, namun, tidak dapat digantikan oleh uji impuls beralih terminal jalur (SI).

Dalam praktiknya, untuk transformator daya yang terisolasi sepenuhnya, terlepas dari level tegangan, uji tegangan tahanan AC terminal jalur (LTAC) tidak pernah dilakukan, karena kekuatan isolasi utama antara terminal gulungan/kabel tegangan tinggi dan tanah dapat diverifikasi lebih ketat melalui uji tegangan diterapkan (AV) rutin 1 menit.

Perlu dicatat bahwa untuk transformator daya dengan Um > 170 kV, uji LTAC tidak dapat digantikan oleh uji SI. Kedua perhitungan teoretis dan pengalaman historis menunjukkan bahwa untuk mengevaluasi isolasi utama dari terminal jalur ke tanah pada transformator di atas 170 kV, uji LTAC sekitar 10% lebih ketat dibandingkan uji SI.

3 Metode Perhitungan

Tujuan melakukan uji tegangan tahanan AC terminal jalur (LTAC) pada transformator daya adalah untuk menginduksi tegangan uji yang ditentukan pada terminal tegangan tinggi, sambil memastikan terminal tegangan rendah mencapai nilai tegangan sebanyak mungkin mendekati tingkat yang ditentukan. Tidak ada persyaratan wajib mengenai metode uji spesifik. Metode uji LTAC yang paling umum adalah "metode pendukung berlawanan fase dan dihubungkan ke tanah." Bagian ini secara singkat memperkenalkan metode ini menggunakan contoh transformator daya SZ18-100000/220.

3.1 Parameter Transformator

Rasio tegangan: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Rasio kapasitas: 100 / 100 MVA
Frekuensi nominal: 50 Hz
Grup vektor: YNd11
Tingkat isolasi: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Rangkaian Uji

Diagram rangkaian untuk uji tegangan tahanan AC terminal jalur (LTAC) transformator daya ini ditunjukkan di bawah ini:

Diagram Rangkaian Uji LTAC (Fase A sebagai Contoh)

Sisi tegangan tinggi pada tap 9, sisi tegangan rendah diberi energi 2.0 kali tegangan nominal

Titik-titik kunci rangkaian uji LTAC adalah sebagai berikut:

• Uji LTAC harus dilakukan fase per fase, yaitu uji overvoltage induksi satu fase dengan faktor induksi sekitar 2 kali tegangan nominal. Dalam beberapa kasus, mungkin tidak mungkin secara tepat mencapai 2 kali, dan penyimpangan kecil diperbolehkan.

• Mengambil contoh uji LTAC pada fase A gulungan tegangan tinggi: tegangan tertentu Uax diterapkan di antara terminal tegangan rendah ax, dengan terminal x dihubungkan ke tanah; terminal b dan c pada sisi tegangan rendah dibiarkan mengambang. Pada sisi tegangan tinggi, terminal B dan C dihubungkan bersama dan dihubungkan ke tanah, sementara terminal A dan terminal netral (0) dibiarkan terbuka (tidak terhubung).

• Gulungan tegangan tinggi harus diatur pada posisi tap tertentu untuk memastikan tegangan uji yang diperlukan 395 kV (dengan penyimpangan yang diperbolehkan ±3%) diinduksi pada terminal jalur tegangan tinggi A.

3.3 Proses Perhitungan

Berdasarkan hukum induksi elektromagnetik Faraday dan prinsip kontinuitas fluks magnet, dalam konfigurasi uji di atas, fluks magnet di bagian inti fase B dan C sama dengan setengah dari fluks magnet di bagian inti fase A, dan arahnya berlawanan. Oleh karena itu, tegangan yang diinduksi di gulungan fase B dan C akan memiliki amplitudo yang sama dengan setengah dari tegangan yang diinduksi di fase A.

Diagram Skematik Distribusi Fluks Inti Selama Uji LTAC
(Fase A Tegangan Tinggi sebagai Contoh)

Misalkan faktor induksi tegangan penggerak pada fase tegangan rendah a adalah K, dan sisi tegangan tinggi berada pada posisi tap N. Persamaan berikut dapat dibuat:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Karena fase B dihubungkan ke tanah, Uᵦ = 0)

Diberikan bahwa amplitudo fluks magnet di bagian inti fase B adalah setengah dari fase A, maka:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Oleh karena itu:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Mengganti rasio tegangan dan pengaturan tap transformator:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Persamaan ini mengandung dua variabel yang tidak diketahui, N dan K, dan oleh karena itu secara teori memiliki solusi tak terbatas. Namun, dari sudut pandang fisik, kedua variabel tersebut dibatasi: N harus bilangan bulat antara 1 dan 17, dan K kira-kira sama dengan 2.

Menyelesaikan persamaan dengan N = 9 menghasilkan K = 1.98.
Atau, dengan menetapkan K = 2 dan N = 9 menghasilkan tegangan yang diinduksi Uₐ = 398.4 kV.

Dengan rumus di atas, potensial tanah yang diinduksi di titik manapun pada gulungan transformator selama uji LTAC dapat dihitung.

3.4 Distribusi Tegangan

Dengan menggunakan metode perhitungan di atas, distribusi potensial di sepanjang gulungan selama uji isolasi LTAC pada fase A gulungan tegangan tinggi dapat ditentukan sebagai berikut:

Distribusi Potensial Gulungan Selama Uji LTAC Satu Fase pada Fase A

Dari diagram distribusi tegangan yang diinduksi di atas, dapat dilihat bahwa selama uji LTAC satu fase, perbedaan potensial yang diinduksi antara gulungan relatif kecil. Oleh karena itu, uji LTAC tidak memberikan evaluasi yang ketat—atau tidak sepenuhnya menilai—kekuatan isolasi utama antara gulungan. Namun, evaluasi kekuatan isolasi utama dari terminal jalur tegangan tinggi ke tanah adalah yang paling parah dalam uji ini (kesimpulan ini berlaku khusus untuk transformator dengan isolasi berkelompok). Selama desain, perhatian khusus harus diberikan untuk memverifikasi kekuatan isolasi utama antara terminal gulungan tegangan tinggi, terminal kabel tegangan tinggi, dan komponen berpengaman seperti struktur pengunci, dinding tangki, dan riser bushing tegangan tinggi dalam kondisi uji LTAC.