Ferroresonansi pada Transformator yang Dipasang di Atas Tanah: Hal yang Perlu Diketahui Spesifikator dari Produsen Transformator yang Dipasang di Atas Tanah

 

Sebagai produsen transformator jenis pad mounted , kami terus mengalami kegagalan yang sama dalam urutan yang sama. Unit yang dipasang pada bantalan diganti untuk perawatan. Arrester tiang naik di ujung kabel mengalami kegagalan. Tim mengganti arrester, mengaktifkan unit, dan penggantian tersebut kembali gagal dalam beberapa bulan—kadang bahkan dalam beberapa minggu. Trafo itu sendiri lulus semua pemeriksaan rutin tanpa cacat. Tidak ada yang salah pada plat nama. Yang merusak arrester adalah ferroresonansi, dan hampir selalu bukan kesalahan arrester itu sendiri.

Apa Sebenarnya Ferroresonansi

 

Inti transformator bukanlah induktor linier. Di bawah kondisi saturasi, reaktansi magnetisasinya tinggi. Saat inti mendekati saturasi, reaktansi tersebut menurun drastis. Masukkan komponen dengan perilaku semacam itu ke dalam rangkaian yang juga mengandung kapasitansi—misalnya kapasitansi selubung kabel bawah tanah, kapasitansi grading pemutus sirkuit, kapasitansi bushing, atau bank kapasitor—dan gangguan saat pensaklaran dapat mendorong rangkaian masuk ke dalam osilasi yang tidak akan dihasilkan oleh salah satu elemen tersebut secara terpisah.

Itulah definisi lengkapnya, sekaligus menjelaskan mengapa ferroresonansi pada transformator bukanlah resonansi teratur yang dihitung dari XL = XC. Pada induktor linier hanya terdapat satu frekuensi resonansi dan satu keadaan mantap. Pada inti yang dapat mengalami saturasi, terdapat beberapa frekuensi resonansi, dan rangkaian dapat berpindah-pindah di antara frekuensi-frekuensi tersebut. IEEE Technology Navigator — Ferroresonance (https://technav.ieee.org/topic/ferroresonance/) menggambarkan empat mode osilasi utama: ferroresonansi frekuensi dasar pada frekuensi suplai; ferroresonansi sub-harmonik pada pecahan frekuensi suplai, paling umum sepertiga dari frekuensi suplai; ferroresonansi kuasi-periodik dengan bentuk gelombang tidak teratur; dan ferroresonansi kacau tanpa pola berulang sama sekali. Overvoltase yang bertahan dalam mode-mode ini dapat mencapai lima hingga enam kali tegangan garis nominal, jauh melampaui asumsi koordinasi isolasi belitan distribusi untuk tekanan frekuensi daya yang bertahan lama.

Dua unit dengan nama pelat identik dapat berperilaku benar-benar berbeda. Mode yang dipilih suatu rangkaian bergantung pada induktansi, kapasitansi, besar tegangan, dan kondisi awal—yang dalam praktiknya berarti bergantung pada tepatnya saat saklar menutup. Itulah sebabnya studi yang dibangun berdasarkan nilai nominal akan melewatkannya, dan mengapa operasi pensaklaran yang sama dapat berjalan bersih seratus kali lalu gagal pada kali ke-seratus satu.

Jika Anda sedang mengerjakan spesifikasi yang dipasang pada tiang saat ini, tim teknik kami akan meninjau rangkaian primer bersama Anda sebelum nilai rating ditetapkan. Kirimkan kepada kami diagram satu-garis dan kami akan membahas keempat kondisi tersebut bersama Anda.

Empat Kondisi yang Harus Selaras

 

Ferroresonansi bersifat rumit. Ia memerlukan empat kondisi secara bersamaan—sekunder tanpa beban, kapasitansi primer tinggi, asimetris pengalihan fase-tunggal , dan inti yang mengalami saturasi pada overvoltase moderat—itulah alasan mengapa fenomena ini tidak pernah muncul dalam studi aliran beban dan mengapa sangat sulit direproduksi di ruang uji.

Kondisi	Mengapa ini penting	Di mana ia muncul dalam praktik
Sekunder tanpa beban atau hampir tanpa beban	Hambatan beban meredam osilasi; sekunder kosong sama sekali tidak memberikan redaman	Pembangunan perumahan baru sebelum hunian, penghentian sementara pabrik musiman, unit disimpan sebagai cadangan
Kapasitansi primer tinggi	Kapasitansi selubung kabel per satuan panjang jauh lebih tinggi dibandingkan saluran udara	Saluran bawah tanah yang panjang, kabel naik, ruang jaringan, layanan industri berbasis kabel
Pengalihan asimetris	Meninggalkan satu atau dua fasa terisolasi namun tetap terkopel kapasitif ke sumber	Pemutus fasa-tunggal, sekering yang putus, pemulih fasa-tunggal, operasi siku
Inti yang mengalami saturasi pada overvoltase moderat	Induktansi magnetisasi kolaps, memungkinkan rangkaian melompat antar titik operasi	Inti dan desain rendah-rugi modern yang beroperasi pada kerapatan fluks lebih tinggi

 

Hilangkan salah satu dari keempat hal tersebut, dan fenomena ini biasanya tidak akan muncul. Itulah bagian yang berguna, karena artinya ada empat tempat terpisah di mana fenomena ini dapat dihilangkan lewat desain—dan yang paling murah hampir selalu merupakan susunan pengalihan. Ini juga merupakan titik di mana pembicaraan sebaiknya beralih dari penawaran harga ke pemilihan produk, serta menjadi hal pertama yang produsen transformator jenis pad mounted harus disampaikan kepada Anda.

Apa yang Dilakukannya terhadap Unit Sebelum Ada yang Menyadarinya

 

Kegagalan yang pertama kali dilihat kru biasanya terjadi di penahan Lonjakan Arus , bukan di dalam tangki. Arrester oksida logam adalah sebuah resistor yang hanya menjadi konduktif di atas tegangan pengenalnya. Overvoltage ferroresonan yang berkepanjangan membuatnya tetap dalam kondisi konduksi dan mengubah osilasi menjadi panas di dalam blok keramik yang dirancang khusus untuk impuls berdurasi mikrodetik pada siklus tugas tertentu. Data referensi Eaton mengenai proteksi overvoltage untuk transformator jenis pad-mounted menyatakan batasnya secara tegas: arrester mengurangi overvoltage tetapi tidak menghilangkannya sepenuhnya, dan semakin tinggi siklus tugas arrester, semakin banyak material konduktif yang tersedia serta semakin lama ia mampu bertahan terhadap overvoltage sebelum gagal. Sebuah arrester distribusi berkapasitas ringan yang sangat memadai untuk petir tidak dirancang untuk menahan energi frekuensi daya selama beberapa menit. Data referensi Eaton TC202005EN — Proteksi Overvoltage untuk Transformator Jenis Pad-Mounted (https://www.eaton.com/content/dam/eaton/products/medium-voltage-power-distribution-control-systems/cooper-power-series-transformers/overvoltage-protection-for-pad-mounted-transformers-information-tc202005en.pdf)

Di belakang arrester, kerusakan lebih sunyi dan lebih sulit terdeteksi dalam pengujian rutin. Permukaan bushing menunjukkan jejak tracking di lokasi terjadinya flashover. Isolasi belitan mengalami tusukan tepat di titik puncak osilasi, dan tusukan tersebut sering kali cukup kecil sehingga uji rasio lilitan masih memberikan hasil lolos. Inti menjadi panas berlebih karena ekskursi fluks jauh melampaui desain, dan panaslah yang memperpendek masa pakai isolasi. Kegagalan arrester biasanya merupakan korban pertama, bukan satu-satunya.

Ada pula gejala yang sama sekali tidak bersifat listrik. Unit yang mengalami ferroresonansi sering kali menghasilkan dengung atau getaran berfrekuensi rendah yang terdengar berbeda dari dengung magnetostrisi normal—tidak merata, tidak teratur, serta cukup keras sehingga kru mendeteksinya sebelum relai mana pun beroperasi. Perlakukan gejala ini sebagai sinyal peringatan, bukan sekadar gangguan.

 

Pengalihan Fase-Tunggal Adalah Pemicu yang Dapat Anda Kendalikan

 

Dari empat kondisi tersebut, pengalihan asimetris merupakan satu-satunya kondisi yang dapat dihilangkan oleh penentu spesifikasi hanya dengan satu item spesifikasi. Pengalihan fase-tunggal pada bank transformator tiga-fase—baik melalui cutout, sekering yang putus, maupun skema penutupan kembali satu-pole—menyebabkan bank transformator tetap sebagian terenergi dan terkopel kapasitif ke sumber, yang merupakan pemicu klasik dalam sistem distribusi berbasis kabel.

IEEE Std C57.105-2019, panduan penerapan koneksi transformator dalam sistem kelistrikan tiga-fase, memperlakukan interaksi koneksi dan pengalihan ini sebagai pertimbangan desain, bukan kecelakaan: IEEE Std C57.105-2019 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.105/6121) . Standar ini ada secara khusus karena interaksi antara koneksi transformator dan rangkaian di sekitarnya menentukan apakah suatu sistem berperilaku normal atau tidak.

Apa yang berfungsi di lapangan tidaklah mencolok. Alihkan ketiga fasa secara bersamaan menggunakan perangkat yang dioperasikan secara serentak, bukan pemutus fasa-tunggal, di mana pun konfigurasi memungkinkannya. Di tempat pemutus fasa-tunggal tak terhindarkan, pertahankan beban resistif permanen kecil pada sisi sekunder selama proses pengalihan sehingga osilasi memiliki tempat untuk meredam energinya. Resistor peredam atau rangkaian penekan ferroresonansi yang dipasang melintang pada belitan merupakan lapisan berikutnya, dan penahan Lonjakan Arus yang dipilih untuk tegangan lebih sementara—bukan hanya sambaran petir—adalah langkah terakhir.

Tidak satu pun dari hal ini memerlukan perangkat keras eksotis. Yang diperlukan adalah skema pengalihan dan siklus kerja arrester ditentukan secara bersamaan dengan penentuan rating transformator, bukan setelah kabel sudah terpasang.

Lima Hal yang Harus Dimasukkan dalam RFQ

 

Hubungan belitan dan pentanahan. Nyatakan apakah primer berkonfigurasi wye-tertanahkan dapat diterima. Primer berkonfigurasi delta-tak tertanahkan pada jalur kabel panjang merupakan susunan berisiko tertinggi, dan jawaban atas pertanyaan ini mengubah seluruh gambaran tegangan lebih.

Jenis perangkat pengalih utama. Pemutus beban tiga fasa yang dioperasikan secara bersamaan, pemutus tiga fasa dengan fungsi penutupan ulang, atau pemutus fasa tunggal. Jika penggunaan perangkat fasa tunggal tidak dapat dihindari, nyatakan secara eksplisit, karena hal ini mengubah penahan Lonjakan Arus pilihan.

Kelas penangkal petir, siklus kerja, tegangan operasi maksimum kontinu (MCOV), serta kemampuan menahan tegangan lebih sementara. pernyataan ‘penangkal petir termasuk’ bukan spesifikasi yang memadai. Minta penangkal petir yang dirancang khusus untuk menahan tegangan lebih sementara, bukan hanya sambaran petir.

Jadwal kabel. Ukuran konduktor, panjang, dan jenis isolasi untuk setiap segmen primer. Kapasitansi selubung merupakan bagian kedua dari rangkaian resonansi dan tidak terlihat dalam jadwal nama pelat.

Redaman sekunder. Apakah beban permanen kecil atau resistor redaman akan tetap terpasang pada sisi sekunder selama proses pensaklaran, serta berapa persen dari rating nominalnya.

Pertanyaan yang Diajukan Produsen Transformator Berbasis Tiang Sebelum Anda Melakukan Pemesanan

 

Pada setiap proyek dengan panjang kabel utama yang signifikan, dokumen pertama yang kami minta bukanlah jadwal nameplate. Dokumen tersebut adalah diagram satu-garis yang mencantumkan panjang kabel dan susunan pemutus daya, karena kedua hal itu menentukan apakah risiko tegangan lebih dapat diabaikan atau nyata. A produsen transformator jenis pad mounted siapa pun yang mengutip hanya dari daftar transformator sebenarnya mengutip suatu unit, bukan suatu solusi.

Setiap unit menjalani rangkaian uji rutin, dan rugi tanpa beban serta arus magnetisasi dicatat selama proses tersebut. Kedua angka itu merupakan data masukan yang mengubah pertanyaan ferroresonansi dari sebuah pendapat menjadi suatu perhitungan, dan kami akan meneruskannya kepada insinyur konsultan Anda sebelum pengiriman—jika diminta.

Ryan Electric telah memproduksi transformator distribusi dan daya sejak tahun 2007, dari basis produksi seluas 120.000 m² yang dilengkapi lebih dari 180 unit peralatan produksi dan pengujian serta 37 paten. Sejak tahun 2023, perusahaan ini beroperasi sebagai mitra usaha patungan resmi Eaton, salah satu alasan mengapa kami memperlakukan koordinasi arrester dan switching sebagai bagian dari ruang lingkup transformator, bukan sebagai masalah pihak lain.

Pola yang sering kami temui dalam pekerjaan subdivisi di Amerika Utara adalah unit tiga fasa kecil—75 kVA hingga 500 kVA—di ujung lateral bawah tanah yang panjang, yang dialiri daya melalui cutout fasa-tunggal dan melayani beban yang belum akan ada selama satu tahun ke depan. Semua kondisi dalam daftar tersebut muncul secara bersamaan, dan lokasi tersebut tidak berbeban selama berbulan-bulan. Ketika pihak penentu spesifikasi beralih ke saklar operasi-golongan (gang-operated switch) dan tetap membiarkan beban resistif kecil pada sisi sekunder selama proses commissioning, kegagalan arrester berhenti.

Jika Anda menentukan unit yang dipasang di alas pada sistem berbasis kabel, kirimkan kepada kami diagram satu-garis dan jadwal kabel sebelum pesanan ditempatkan. Kami akan meninjau susunan pemutusan, spesifikasi arrester, serta peredaman sekunder terhadap rangkaian aktual Anda, lalu memberi tahu Anda kondisi mana dari keempat kondisi tersebut yang Anda miliki—dan kondisi mana yang telah Anda rancang agar tidak muncul. Itulah percakapan yang produsen transformator jenis pad mounted seharusnya terjadi antara Anda dan kami sebelum pesanan ditempatkan, bukan setelah arrester pertama mengalami kegagalan.

Tentang penulisnya

Artikel ini disusun oleh tim rekayasa transformator Ryan Electric. Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) merancang dan memproduksi transformator tipe kering berbahan resin cor dan VPI, transformator terendam minyak, serta unit yang dipasang di alas di basis produksinya seluas 120.000 m², melayani proyek pusat data, industri, utilitas, dan infrastruktur di Amerika Utara, Asia Tenggara, Timur Tengah, serta Afrika.