Pembahasan tentang Desain Trafo Penyangga Impedansi Rangkaian Nol Rendah

Dengan peningkatan skala sistem tenaga listrik dan proses kabelisasi jaringan listrik perkotaan, arus kapasitif dalam jaringan listrik 6kV/10kV/35kV telah meningkat secara signifikan (umumnya melebihi 10A). Sebagai jaringan pada tingkat tegangan ini sebagian besar mengadopsi mode operasi netral tidak terhubung, dan sisi distribusi tegangan utama transformator biasanya dalam konfigurasi delta, yang tidak memiliki titik grounding alami, busur selama kegagalan tanah tidak dapat dipadamkan dengan andal, sehingga diperlukan pengenalan transformator grounding. Transformator grounding tipe-Z telah menjadi mainstream karena impedansi nol-sekuensialnya yang kecil, tetapi beberapa sistem membutuhkan impedansi nol-sekuensial yang lebih rendah. Semakin kecil nilai impedansi, semakin besar penyimpangannya, yang memerlukan tindakan tertarget dalam desain transformator grounding impedansi nol-sekuensial rendah.

1. Metode Perhitungan Impedansi Nol-Sekuensial untuk Transformator Grounding Tipe-Z
1.1 Struktur Topologi

Lilitan tegangan tinggi transformator grounding tipe-Z menggunakan koneksi zigzag. Setiap lilitan fase dibagi menjadi lilitan setengah atas dan setengah bawah (seperti ditunjukkan pada Gambar 1), yang masing-masing dililitkan pada kolom inti yang berbeda. Dua lilitan setengah dari fase yang sama dihubungkan seri dengan polaritas berlawanan, membentuk struktur kawat magnetoelektrik khusus.

Impedansi nol-sekuensial dihitung seperti ditunjukkan pada persamaan (1).

Dalam rumus, X0 adalah impedansi nol-sekuensial, W adalah jumlah putaran satu lilitan (yaitu, setengah lilitan), ΣaR adalah area kebocoran magnetik ekivalen, ρ adalah koefisien Lorenz, dan H adalah tinggi reaktansi lilitan.

2 Analisis Penyimpangan Impedansi Nol-Sekuensial

Menurut standar IEC 60076 - 1, penyimpangan impedansi nol-sekuensial transformator grounding dianggap memenuhi syarat jika berada dalam rentang ±10%. Melalui analisis hasil uji ratusan transformator grounding (termasuk jenis minyak-dicelup dan kering) yang diproduksi oleh perusahaan dalam beberapa tahun terakhir, dan dengan membandingkan perbedaan antara nilai yang diukur dan nilai desain impedansi nol-sekuensial, perbedaan tersebut dapat dibagi menjadi tiga kategori berikut:

• Nilai yang diukur mendekati nilai desain: Perbedaan berada dalam rentang penyimpangan. Jenis ini merupakan proporsi terbesar, dan sebagian besar produk memenuhi syarat.

• Nilai yang diukur lebih kecil dari nilai desain: Penyimpangan melebihi nilai yang diberikan. Namun, karena pengguna biasanya hanya menentukan batas atas impedansi dan tidak ada persyaratan batas bawah, masih memenuhi syarat, tetapi proporsinya sangat kecil.

• Nilai yang diukur lebih besar dari nilai desain: Melebihi persyaratan pelanggan dan dinilai tidak memenuhi syarat. Sama halnya, ini juga situasi yang sangat jarang terjadi.

Karena persyaratan yang berbeda untuk impedansi nol-sekuensial oleh pengguna yang berbeda, ada berbagai jenis transformator grounding. Di antaranya, kelas 35kV memiliki proporsi tertinggi, diikuti oleh kelas 10kV. Secara umum, untuk transformator grounding kelas 35kV, impedansi nol-sekuensial biasanya diminta ≤ 120Ω; untuk kelas 10kV, biasanya diminta ≤ 15Ω. Beberapa pengguna memiliki persyaratan yang lebih kecil, dan beberapa tidak memberikan persyaratan yang jelas.

3 Analisis Data

Dengan mempertimbangkan secara komprehensif hasil uji beberapa transformator grounding, penyebab utama penyimpangan besar impedansi nol-sekuensial terletak pada nilai yang diminta oleh pengguna yang sangat berbeda dari nilai impedansi konvensional. Baik nilai yang terlalu besar maupun terlalu kecil akan membawa tantangan besar bagi produksi dan manufaktur. Dapat dilihat dari Persamaan (1) bahwa impedansi nol-sekuensial memiliki hubungan kuadrat dengan jumlah putaran, yang merupakan faktor paling kritis yang mempengaruhi impedansi nol-sekuensial: semakin banyak putaran, semakin banyak kawat yang digunakan; semakin sedikit putaran, semakin banyak inti yang digunakan. Baik impedansi nol-sekuensial terlalu besar atau terlalu kecil, akan secara signifikan meningkatkan biaya produksi.

3.1 Analisis Kasus

Ambil dua batch transformator grounding 10kV kapasitas kecil sebagai contoh untuk analisis:

• Transformator grounding dicelup minyak: Model DKS11 - 125/10.5, tanpa lilitan sekunder. Pengguna meminta impedansi nol-sekuensial < 4&Omega;. Berdasarkan metode perhitungan sebelumnya, setelah mempertimbangkan penyimpangan manufaktur dan menyediakan margin, nilai desain ditetapkan menjadi 2.2&Omega;. Namun, dengan proses produksi yang sama, hasil pengukuran uji melebihi standar, yaitu 3.5 kali nilai desain; untuk batch pertama 7 produk, impedansi nol-sekuensial semuanya berada dalam rentang 7&Omega; - 8&Omega;.

• Transformator grounding kering: Model DKSC11 - 125/10.5, nilai desain impedansi nol-sekuensial adalah 2.25&Omega;, dan hasil uji produk jadi adalah 6.8&Omega;, melebihi standar sekitar 3 kali. Produk dikirim dari pabrik hanya setelah negosiasi dan izin dari pengguna.

Dengan perbandingan, penyimpangan jenis dicelup minyak sedikit lebih besar daripada jenis kering. Alasannya adalah ketika merancang untuk impedansi nol-sekuensial yang sangat kecil, jumlah putaran kecil, ukuran radial lilitan kecil, dan tingginya relatif tinggi, sehingga nilai nol-sekuensial sulit dikendalikan. Ketika nilai dasarnya kecil, kontrol ukuran yang buruk mudah menyebabkan amplifikasi penyimpangan; sementara lilitan kering dicetak dengan resin, dan dimensi eksternal lebih mudah dikendalikan dengan bantuan cetakan, sehingga penyimpangannya relatif lebih kecil.

Data produksi aktual menunjukkan bahwa metode perhitungan yang ada tidak berlaku untuk transformator grounding dengan impedansi nol-sekuensial rendah. Dengan mempertimbangkan data statistik produk sebelumnya, diduga harus diperkenalkan koefisien koreksi, dan nilai nol-sekuensial yang berbeda berkorespondensi dengan koefisien koreksi yang berbeda: seiring bertambahnya nilai nol-sekuensial, koefisien berkurang secara non-linier; ketika nilai nol-sekuensial mencapai sekitar 10&Omega;, koefisien mendekati 1.0; setelah melebihi 10&Omega;, terpengaruh oleh perbedaan kecil dalam proses produksi, koefisien berubah sedikit (ada kasus-kasus sesekali kurang dari 1.0, dan penyimpangan keseluruhan rendah), dan bentuk ekspresi kira-kira fungsi berbanding terbalik di kuadran pertama (lihat Gambar 2).

Perlu dicatat bahwa analisis di atas hanya berlaku untuk produk 10kV. Untuk produk di atas 10kV, karena tidak ada persyaratan yang begitu ketat untuk impedansi nol-sekuensial rendah, fenomena penyimpangan impedansi nol-sekuensial berlebihan belum ditemukan hingga saat ini.

4 Solusi

Untuk mengatasi masalah impedansi nol-sekuensial yang diukur berlebihan pada transformator grounding impedansi nol-sekuensial rendah, berikut ini adalah langkah-langkah optimasi yang diajukan berdasarkan pengumpulan dan analisis data:

4.1 Strategi Optimasi Desain

Ketika pengguna meminta nilai impedansi nol-sekuensial yang sangat kecil, presisi dimensi lilitan sulit dipastikan, yang mudah memperbesar penyimpangan pengukuran. Untuk produk dengan impedansi nol-sekuensial yang diminta <5&Omega;, sebaiknya disediakan margin desain 2-5 kali. Semakin kecil nilai impedansi, semakin besar margin yang diperlukan untuk memastikan nilai yang diukur memenuhi persyaratan.

4.2 Titik Kontrol Manufaktur

Proses produksi memainkan peran penting dalam memastikan akurasi kinerja produk:

• Kontrol Presisi Cetakan: Buat cetakan lilitan sesuai spesifikasi desain, memastikan toleransi dimensi terpenuhi.

• Manajemen Dimensi Lilitan:

• Kendalikan dengan presisi dimensi radial dan aksial lilitan, karena parameter ini secara langsung mempengaruhi impedansi nol-sekuensial setelah jumlah putaran ditentukan. Semua dimensi harus sesuai dengan toleransi gambar.

• Untuk produk rendah impedansi yang menggunakan kawat emas tipis, isolasi antar lapisan harus diletakkan rata, dan lilitan harus dipasang rapat.

• Proses Khusus untuk Produk Kering:

• Untuk struktur dicetak resin, gunakan cetakan internal dan eksternal untuk mengontrol akurat dimensi diameter. Ketebalan kain anyaman yang diletakkan sebelum melilit harus sedikit lebih kecil (tidak lebih besar) dari yang ditentukan.

• Dimensi aksial lilitan segmen dikendalikan oleh isolasi antar segmen. Sesuaikan dan tetapkan tinggi dan jarak setiap segmen untuk mencegah runtuh saat dicetak.

4.3 Rekomendasi Perjanjian Teknis

• Prioritaskan menentukan impedansi nol-sekuensial &ge;5&Omega; dalam perjanjian.

• Jika pengguna bersikeras <5&Omega;, komunikasikan dengan jelas kesulitan manufaktur sebelumnya dan bangun mekanisme konsultasi untuk menghindari risiko pengiriman.

5 Kesimpulan

Untuk transformator grounding impedansi nol-sekuensial rendah, terdapat penyimpangan signifikan antara nilai desain yang dihitung dengan rumus umum dan pengukuran aktual. Disarankan untuk mengevaluasi kemampuan manufaktur pada tahap pemesanan, memperkenalkan faktor koreksi selama desain, dan menyediakan margin produksi yang cukup untuk meningkatkan konsistensi produk dan keandalan pengiriman.