Karakterisasi Impedansi Sekuen Nol dari Trafo Penyangga Tipe Kering dengan Koneksi ZN
Dalam sistem tenaga tiga fasa dengan isolasi netral, transformator penghubung ke tanah menyediakan titik netral buatan, yang dapat dihubungkan langsung ke tanah atau melalui reaktor/penghilang busur. Koneksi ZNyn11 adalah yang paling umum, di mana gaya magnetomotif nol urutan dalam/luar setengah gulungan pada kolom inti yang sama saling mengimbangi, menyeimbangkan arus sesat dalam gulungan seri dan meminimalkan fluks bocor/impedansi nol urutan.
Impedansi nol urutan sangat penting: ia menentukan magnitudo arus sesat dan distribusi tegangan fase-ke-tanah dalam sistem yang dihubungkan ke tanah melalui impedansi.
1. Ciri-ciri Transformator Penghubung ke Tanah dengan Koneksi ZN
Meskipun transformator dengan koneksi YNd11 dapat digunakan, ZNyn11 lebih disukai (Gambar 1). Perbedaan utama:
Selama gangguan tunggal fase ke tanah, pemilihan impedansi penghubung ke tanah yang tepat membatasi arus sesat fase ke dalam arus fase nominal transformator utama.
2. Analisis Impedansi Nol Urutan Transformator Penghubung ke Tanah dengan Koneksi ZN
Parameter teknis utama model analisis transformator penghubung ke tanah ditunjukkan dalam Tabel 1, dengan penyimpangan yang diperbolehkan dari impedansi nol urutan harus berada dalam ±7.5%.
2.1 Perhitungan Impedansi Nol Urutan melalui Rumus Empiris Tradisional
Seperti ditunjukkan dalam Gambar 2 (susunan gulungan transformator penghubung ke tanah), impedansi nol urutan didefinisikan sebagai rasio penurunan tegangan pada satu fase terhadap arus sesat ketika arus sesat mengalir melalui tiga fase secara bersamaan. Untuk perhitungan, X0 mengikuti prinsip impedansi transformator daya dua gulungan biasa (Persamaan 1).
Dalam rumus, W mewakili jumlah putaran gulungan. Untuk gulungan dengan koneksi ZN, W adalah jumlah putaran setengah gulungan; ∑aR menandakan area fluks bocor ekuivalen. Untuk gulungan dengan koneksi ZN, ini adalah area fluks bocor ekuivalen dari dua setengah gulungan; ρ adalah koefisien Rogowski; H adalah tinggi reaktansi gulungan.
Dengan mensubstitusikan data dalam Tabel 1 ke dalam Persamaan (1), impedansi nol urutan yang dihitung adalah 70.6 Ω.
2.2 Analisis Impedansi Nol Urutan melalui Perangkat Lunak Elektromagnetik
Perangkat lunak Magnet dari Infolytica digunakan untuk analisis medan magnet. Model 3D yang disederhanakan dibuat berdasarkan karakteristik struktur produk, seperti ditunjukkan dalam Gambar 3. Perangkat lunak menggunakan algoritma penyelesaian grup potensial T-Ω dengan elemen laminasi menggunakan polinomial interpolasi orde 1 hingga 3.
Analisis elemen hingga (FEA) adalah metode perhitungan numerik yang berakar pada prinsip variasional dan interpolasi jaringan. Pertama, masalah nilai batas ditransformasikan menjadi masalah variasional yang sesuai (yaitu, masalah ekstrem dari fungsi) menggunakan prinsip variasional, kemudian masalah variasional didiskritisasi menjadi masalah ekstrem dari fungsi multivariabel umum melalui interpolasi jaringan, akhirnya dikurangi menjadi satu set persamaan aljabar multivariabel untuk menyelesaikan solusi numerik. Selama analisis, pembagian jaringan ditetapkan sebagai berikut: udara 80, inti besi 30, dan gulungan 15. Diagram jaringan produk dijelaskan dalam Gambar 4.
Dalam algoritma elemen hingga, orde polinomial berkorelasi dengan akurasi fungsi bentuk domain medan - orde yang lebih tinggi lebih baik menggambarkan sifat medan. Untuk model ini, polinomial orde 2 diadopsi, dengan maksimal 20 iterasi, kesalahan iterasi 0.5%, dan kesalahan gradien konjugat 0.01%.
Untuk menguji impedansi nol urutan transformator penghubung ke tanah melalui metode keterkaitan medan-sirkuit: terapkan arus nominal tegangan tinggi (27.59 A puncak untuk perangkat lunak) pada titik netral, biarkan sisi tegangan rendah terbuka, dan ukur tegangan.
2.3 Pengukuran Impedansi Nol Urutan
Impedansi nol urutan diukur antara terminal garis dan terminal netral transformator penghubung ke tanah pada frekuensi nominal (seperti ditunjukkan dalam Gambar 5), dinyatakan dalam ohm per fase. Nilainya dihitung sebagai 3U/I (di mana U adalah tegangan uji dan I adalah arus uji). Selama pengukuran, arus nominal 19.5 A diterapkan pada terminal garis, dan tegangan antara terminal garis dan titik netral diukur sebesar 443.3 V. Impedansi nol urutan yang dihitung adalah 68.2 Ω.
2.4 Analisis Perbandingan Nilai yang Dihitung, Disimulasikan, dan Diukur
Parameter kinerja utama dibandingkan dalam Tabel 2. Hasil menunjukkan bahwa kedua impedansi nol urutan yang dihitung dan disimulasikan dari transformator penghubung ke tanah dekat dengan nilai yang diukur, dengan penyimpangan 3.5% dan 0.88% masing-masing. Hasil simulasi dari perangkat lunak elektromagnetik lebih dekat dengan nilai yang diukur. Hasil analisis medan magnet membantu memahami dengan jelas karakteristik distribusi medan magnet produk dalam kondisi kerja ini, yang dapat digunakan untuk mengoptimalkan desain elektromagnetik dan struktural produk berdasarkan karakteristik distribusi medan magnet.
Hasil simulasi medan magnet yang diperoleh dari perangkat lunak elektromagnetik lebih dekat dengan nilai yang diukur. Dengan bantuan hasil analisis medan magnet, karakteristik distribusi medan magnet produk dalam kondisi kerja ini dapat dipahami dengan lebih jelas, dan oleh karena itu desain elektromagnetik dan struktural produk yang ditargetkan dapat dilakukan.
3. Kesimpulan
Impedansi nol urutan adalah parameter kunci transformator penghubung ke tanah, dengan persyaratan penyimpangan yang ketat dari pengguna. Ketika menghitung dengan rumus empiris tradisional dalam teknik, perbaikan koefisien empiris diperlukan, yang sangat bergantung pada pengalaman perancang dan sulit memastikan akurasi.
Untuk meningkatkan akurasi, makalah ini menggunakan perangkat lunak simulasi untuk analisis medan magnet, membandingkan dengan hasil rumus empiris, dan memverifikasi melalui uji coba. Hasil simulasi akurat dan dapat memenuhi kebutuhan teknik.
