Mencegah Kegagalan Grounding di Sumber Daya Kontrol: Solusi Desain PCB untuk Kerugian Insulasi

Deskripsi Insulasi

Dalam sistem distribusi AC 380V standar, sumber daya kontrol biasanya berasal dari sistem daya DC. Sebagai sumber daya cadangan dan kontrol kritis di pembangkit listrik, defect paling umum dan berbahaya dalam sistem DC adalah defect grounding DC. Berdasarkan defect insulasi yang sering terjadi, artikel ini mengidentifikasi serangkaian penyebab yang mengakibatkan penurunan insulasi pada sumber daya kontrol DC.

Pencarian Defect dan Analisis Penyebab

• Pengantar Loop

Sirkuit sekunder yang akan disebutkan dalam bagian selanjutnya artikel ini terutama sesuai dengan sistem AC 380V. Dalam sirkuit sekunder saklar, sumber daya kontrol berasal dari sumber daya kontrol AC melalui terminal bantuan perlindungan kelistrikan dalam perangkat perlindungan kelistrikan dan bagian transformator arus. Terminal 5 dan 7 yang akan disebutkan selanjutnya merujuk masing-masing pada elektroda positif dan negatif terminal input pada sumber daya DC perlindungan kelistrikan, sedangkan terminal 8 dan 9 merujuk pada K dan L dari transformator arus.

• Pencarian Penyebab Defect

a. Defect insulasi yang sering terjadi pada sistem AC

Hanya sekitar satu tahun setelah operasi tegangan rendah AC-DC, alarm grounding DC terjadi sering kali dan alat pemantau insulasi terdeteksi bahwa sistem AC di bawahnya mengontrol cabang sirkuit daya yang sesuai. Dinilai bahwa resistensi insulasi menurun dengan nilai alarm 7kΩ dan tegangan busbar DC normal 110V masing-masing +55V dan -55V. Namun, busbar DC negatif atau positif saat alarm hampir 0V. Dalam kondisi ini, jika terjadi grounding DC lainnya pada elektroda lain, loop akan terbentuk antara elektroda positif dan negatif DC.

Dapat disimpulkan bahwa dalam sistem AC, insulasi memenuhi syarat antara loop utama dan loop kontrol tanpa DC menembus ke AC atau grounding, sehingga masalah defect hanya terjadi pada bagian kontrol DC dari sirkuit AC. Setiap bagian harus diperiksa dalam loop kontrol dan masalah defect terletak pada perlindungan kelistrikan dan CT.

b. Penurunan insulasi di dalam perlindungan kelistrikan

Sehubungan dengan defect ini, nomor tipe perlindungan kelistrikan adalah *** M40 (110VDC) dan CT adalah transformator arus kelistrikan merek yang sama. Dengan pembongkaran perangkat perlindungan kelistrikan, ditemukan bahwa perangkat ini terdiri dari tiga papan sirkuit, salah satunya adalah papan kontrol perlindungan kelistrikan. Setelah pengukuran titik ke titik, terlihat:
1). Nilai insulasi antara Terminal 7 dan Terminal 9 sekitar 5kΩ (kebanyakan di bawah 5 kΩ);
2). Nilai insulasi antara Terminal 5 dan Terminal 7 adalah 12.9kΩ;
3). Nilai insulasi antara Terminal 5 dan Terminal 8 adalah 18kΩ;
4). Nilai insulasi antara Terminal 8 dan Terminal 9 sekitar 50kΩ.

Dengan perbandingan, tanpa pemuatan, nilai insulasi perlindungan kelistrikan antara Terminal 7 dan Terminal 9 sekitar 150kΩ pada saklar jenis truk, sedangkan dengan pemuatan yang sering terjadi, nilai insulasi menurun menjadi 5kΩ.

c. Perlindungan grounding sisi sekunder CT

Karena ground perlindungan diatur pada CT dalam proses desain dan perakitan perlindungan kelistrikan dan CT, terminal L dari kerucut 001TI menerapkan assembly kelistrikan. Desain ini bertujuan untuk mencegah kerucut transformator arus dari loop yang akan mengakibatkan penetrasi tegangan tinggi ke loop sekunder dengan komponen yang hancur seperti perangkat perlindungan kelistrikan yang terhubung langsung. Lebih buruk lagi, masalah insulasi antara Terminal 7 dan Terminal 9 mungkin mengakibatkan penetrasi tegangan tinggi ke loop kontrol DC.

Namun, karena titik grounding dan penurunan insulasi pada PCB perlindungan kelistrikan, elektroda negatif daya dikontrol oleh DC.

• Konsekuensi Defect

Biasanya, masalah ini terjadi pada beberapa beban dalam sistem AC yang sama, yang berarti busbar negatif DC paralel dengan beberapa resistor 5 kΩ, yang akhirnya mengakibatkan busbar negatif DC dan tegangan hampir nol.

Dalam proses grounding busbar negatif, jika grounding busbar lainnya terjadi pada elektroda lain, akan terjadi short circuit antara elektroda positif dan negatif. Kawat peluruh atau breaker akan memutus loop sebagai akibat dari beban berlebih dan perlindungan kesalahan. Selain itu, sumber daya DC akan kehilangan listrik, yang mengakibatkan pemadaman semua beban di bawahnya dan kehilangan daya DC pada beban kunci, semuanya akan membahayakan pelaksanaan lancar semua peralatan. Selain itu, grounding multipoint dalam sistem DC mengakibatkan banyak konsekuensi seperti fungsi komponen yang tidak normal, resist-operasi, dan kehilangan daya DC.

Skema Pemrosesan dan Analisis Prinsip

• Membuat titik grounding kerucut CT kosong

Berdasarkan desain loop CT, terdapat titik grounding di sisi sekunder. Secara teoritis, tegangan tinggi dihasilkan oleh loop sisi sekunder transformator arus, yang akan merusak komponen lain dalam loop sekunder. Tegangan super tinggi bahkan akan merusak komponen. Grounding di sini bertujuan untuk mencegah terjadinya tegangan tinggi guna melindungi loop sekunder.

Namun, berdasarkan analisis di atas, ketika titik grounding dibatalkan, resistensi insulasi loop kontrol DC dapat dijamin tidak menurun sehingga dapat menghilangkan defect grounding dalam sistem DC. Oleh karena itu, jika titik grounding dibatalkan, harus diuji apakah nilai tegangan loop sisi sekunder transformator arus tegangan rendah berada dalam batas yang dapat diterima. Dengan kata lain, risiko harus lebih rendah dari risiko yang ditimbulkan oleh grounding sistem DC.

Untuk transformator arus tegangan rendah yang serupa dengan 0.5kV, tegangan tinggi mungkin tidak tentu dihasilkan oleh loop sisi sekunder. Ketika satu sisi melewati arus rated dengan loop sisi sekunder yang ada, inti besi bisa jadi jauh dari saturasi atau jauh dari terlalu saturasi, fluks inti dan gaya elektromotif terinduksi dasarnya hanya memiliki gelombang fundamental dan sisi sekunder tidak akan menghasilkan tegangan tinggi, yang sepenuhnya menunjukkan bahwa inti transformator arus memiliki margi desain yang relatif besar, yaitu rasio putaran yang relatif tinggi. Akibatnya, beban di bawahnya beroperasi secara normal dengan arus lebih rendah dari arus rated, yang dapat diterima untuk membuat CT sedikit kosong.

Namun, untuk jenis CT loop sisi sekunder ini, jika arus besar terjadi pada beban di bawahnya atau short circuit terjadi pada satu fasa atau antara fasa, inti besi pasti akan saturasi ketika tegangan tinggi akan dihasilkan di sisi sekunder. Oleh karena itu, apakah tegangan tinggi akan dihasilkan oleh CT di loop sisi sekunder sepenuhnya tergantung pada tingkat saturasi inti besi. Kurva naik nilai tegangan tergantung pada kurva saturasi CT. Dalam kondisi ini, CT sedikit kosong sedikit berisiko. Namun, berkat loop perlindungan, risiko kerusakan komponen akan relatif berkurang.

Jadi dengan mempertimbangkan struktur fisik CT sepenuhnya, perangkat distribusi daya dioperasikan dalam lingkungan yang relatif baik dan kerucut pertama memiliki kemungkinan pemadaman yang relatif rendah. Meski arus di bawahnya terjadi dengan pemutusan kerucut dan aksi proteksi loop memiliki penundaan yang relatif lama, tegangan tinggi sekunder akan merusak komponen, yang memiliki kemungkinan sangat rendah. Oleh karena itu, skema pemrosesan kami untuk defect ini terletak pada titik grounding kosong.

• Penggantian perlindungan kelistrikan yang sesuai

Meskipun titik grounding proteksi CT ini telah dihilangkan dan defect DC dihilangkan, penyebab utama grounding terletak pada PCB perlindungan kelistrikan. Di bawah kondisi tanpa kelembaban atau korosi, nilai insulasi menurun selama satu sampai dua tahun operasi.

Berdasarkan situasi pengukuran, hingga saat ini nilai insulasi hanya rendah antara satu elektroda dan ground dan nilai insulasi rendah tidak ditemukan antara elektroda sehingga short circuit tidak terjadi antara elektroda. Di masa depan, data ini dapat dicatat dalam pemeliharaan berkala. Jika nilai ini cenderung menurun atau loop satu kali terjadi pada CT pada awalnya, penggantian harus dipertimbangkan untuk perlindungan kelistrikan.