Perhitungan Desain untuk Skema Penyambungan Netral dan Penentuan Ukuran Trafo Penyambung pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya Skala Utilitas
1 Klasifikasi Metode Penyambungan Netral untuk Stasiun Tenaga Surya Fotovoltaik
Dipengaruhi oleh perbedaan tingkat tegangan dan struktur jaringan di berbagai wilayah, metode penyambungan netral sistem tenaga listrik terutama dikategorikan menjadi penyambungan netral tidak efektif dan penyambungan netral efektif. Penyambungan netral tidak efektif mencakup penyambungan netral melalui koil penghilang busur dan sistem netral tidak disambung, sementara penyambungan netral efektif mencakup penyambungan netral padat dan penyambungan netral melalui resistor. Pemilihan metode penyambungan netral adalah masalah yang komprehensif, melibatkan pertimbangan sensitivitas perlindungan relai, tingkat isolasi peralatan, biaya investasi, kontinuitas pasokan listrik, kesulitan operasi dan pemeliharaan, cakupan kerusakan, dan dampak pada stabilitas sistem.
1.1 Penyambungan Netral Tidak Efektif
1.1.1 Penyambungan Netral melalui Koil Penghilang Busur
Koil penghilang busur dipasang di titik netral sistem. Selama gangguan, arus induktif mengkompensasi arus kapasitif sistem, dan arus gangguan titik penyambungan adalah arus induktif sisa setelah kompensasi. Ketika terjadi gangguan satu fase, koil mengkompensasi arus kapasitif untuk memadamkan busur penyambungan dengan cepat, menekan busur intermiten dan tegangan tinggi. Sistem dapat terus beroperasi sebentar setelah terjadi gangguan, cocok untuk skenario pasokan listrik dengan keandalan tinggi.
Ciri khas utama:
Perlindungan & Operasi: Arus penyambungan kecil membuat perlindungan arus nol biasa kurang sensitif, memerlukan perlindungan satu fase yang rumit. Koil harus bekerja dalam mode over-kompensasi; operator perlu menyesuaikan parameter secara tepat waktu dengan perubahan jaringan, mempersulit pemeliharaan.
Konfigurasi: Hindari pemasangan terpusat dari beberapa koil atau setup satu koil untuk mencegah kegagalan kompensasi.
Aplikabilitas & Batasan: Cocok untuk sistem dengan arus kapasitif penyambungan satu fase besar, mengurangi efek termal peralatan dan memungkinkan pasokan listrik berkelanjutan jangka pendek. Namun, perlindungan relai tidak dapat memutus gangguan dengan cepat di stasiun PV menengah-besar. Oleh karena itu, metode ini kurang digunakan di stasiun PV level MW dan di atasnya serta busbar 10 kV/35 kV, dengan sistem koil penghilang busur awal yang direnovasi.
1.1.2 Netral Tidak Disambung
Sistem netral tidak disambung (penyambungan netral tidak efektif) memiliki arus gangguan dari kopling kapasitif garis/peralatan selama gangguan satu fase, tanpa loop hubungan pendek. Ini memungkinkan operasi dengan gangguan selama 1-2 jam karena arus rendah dan tegangan antar fase tetap, tetapi berisiko overvoltage renyahan busur yang memerlukan isolasi tinggi. Cocok untuk arus kapasitif kecil (misalnya, sisi AC inverter PV, transformator LV netral tidak ditarik).
1.2 Penyambungan Netral Efektif
1.2.1 Penyambungan Netral Padat
Menawarkan arus gangguan tinggi, perlindungan sensitif, overvoltage rendah, dan isolasi yang lebih longgar, tetapi berisiko mengurangi keandalan dari arus penyambungan berlebih dan gangguan komunikasi serius. Umum digunakan pada transformator HV ≥110 kV stasiun PV ≥50 MW, dengan saklar isolasi netral/pembatas petir untuk penyambungan fleksibel.
1.2.2 Penyambungan Netral melalui Resistor
Memasukkan arus aktif > arus kapasitif melalui resistor netral, memungkinkan perlindungan urutan nol dengan sensitivitas tinggi untuk isolasi gangguan yang cepat. Keuntungan:
Parameter stabil: Tidak perlu penyesuaian selama operasi awal.
Ekonomi isolasi: Persyaratan isolasi rendah dari pemutusan gangguan yang cepat.
Aplikasi: Sistem kabel panjang, transformator/motor kapasitas tinggi, dan stasiun PV dengan arus kapasitif tinggi.
Hierarki tegangan:
≥220 kV: penyambungan padat
66-110 kV: mayoritas padat, minoritas tidak padat
6-35 kV: mayoritas tidak padat, minoritas padat
2 Perhitungan Kapasitas Transformator Penyambungan
Untuk bus 10/35 kV stasiun PV skala MW (penyambungan resistansi), dibutuhkan transformator penyambungan khusus jika netral tidak ditarik. Langkah perhitungan:
Tegangan primer: Sesuai dengan tegangan bus sistem.
Arus kapasitif: Jumlah arus kabel/garis udara ditambah efek peralatan stasiun.
Nilai resistor: Pastikan aktivasi perlindungan urutan nol yang cepat.
Kapasitas transformator: Pertimbangkan rating resistor penyambungan; sertakan beban sekunder jika berfungsi sebagai daya stasiun.
3 Contoh Perhitungan Kapasitas Transformator Penyambungan
3.1 Tinjauan Proyek
Sebuah stasiun tenaga surya terpusat 50 MW dengan panel tetap pada ketinggian 1340 m (rata-rata tahunan 3°C) tidak memerlukan derating untuk ketinggian atau kelembaban. Terdiri dari 50×1 MW sub-array, DC diinvert dan dinaikkan menjadi 35 kV secara lokal. Sepuluh sub-array membentuk jalur kolektor yang masuk ke sistem single-bus 35 kV, kemudian dinaikkan menjadi 110 kV (netral tersambung padat). Stasiun step-up 35 kV termasuk transformator utama LV, 5 jalur kolektor PV, transformator penyambungan, transformator layanan stasiun, kompensasi reaktif, dan sirkuit PT, dengan penyambungan resistansi untuk netral.
3.2 Perhitungan Kapasitas Transformator Penyambungan
3.2.1 Metode Penyambungan
Tegangan rated primer transformator penyambungan sesuai dengan tegangan sistem 35 kV. Jalur kolektor 35 kV terutama kabel langsung-ditanam (total 34 km), dengan 2 km garis udara.
Arus kapasitif penyambungan satu fase untuk garis kolektor 35 kV: Ic1=3.3×UL×L×10−3=0.231A
Arus kapasitif penyambungan satu fase untuk kabel kolektor 35 kV: Ic2=0.1×UL×L=119A
( UL): tegangan line-to-line jaringan (kV); L: panjang garis (km))
Dengan peningkatan 13% arus kapasitif substation 35 kV, arus kapasitif penyambungan satu fase stasiun PV melebihi 10 A. Oleh karena itu, titik netral bus 35 kV menggunakan penyambungan resistansi.
3.2.2 Kapasitas Transformator Penyambungan
Untuk resistor penyambungan, tegangan primer UR≥21.21kV. Dalam kasus gangguan satu fase, arus ke bumi ditetapkan 150-500 A, sehingga IR=400A, dan dengan R=50.5Ω, PR≥UR×IR. Dalam sistem penyambungan resistansi rendah, kapasitas transformator penyambungan adalah 1/10 dari kapasitas arus gangguan yang sesuai. Sebagai transformator layanan stasiun terpisah, beban sekunder diabaikan. Memperhitungkan faktor teknis-ekonomi, kondisi meteorologi, dan ketinggian, kapasitas ditetapkan 1000 kVA.
4.Kesimpulan
Pengembangan energi terbarukan seperti fotovoltaik sesuai dengan kebijakan pengembangan industri di seluruh dunia. Metode penyambungan netral memiliki dampak pada aspek desain dan operasi sistem tenaga listrik. Dalam memilih metode penyambungan netral untuk sistem, perlu mempertimbangkan dampak pada keandalan pasokan listrik sistem, tingkat isolasi peralatan, serta kesulitan implementasi perlindungan relai secara komprehensif.
