Analisis Kegagalan dan Kasus Pemecahan Masalah pada Trafo Distribusi

Penyebab Kegagalan pada Trafo Distribusi
Kegagalan Akibat Kenaikan Suhu
Dampak pada Bahan Logam
Saat trafo beroperasi, jika arus terlalu besar, menyebabkan beban pelanggan melebihi kapasitas nominal trafo, suhu trafo akan meningkat, yang pada gilirannya mengakibatkan bahan logam menjadi lembut dan kekuatan mekanisnya menurun secara signifikan. Ambil contoh tembaga. Jika terpapar lingkungan suhu tinggi di atas 200 °C dalam jangka waktu lama, kekuatan mekanisnya akan melemah secara signifikan; jika suhunya melebihi 300 °C dalam waktu singkat, kekuatan mekanisnya juga akan turun tajam. Untuk bahan aluminium, suhu kerja jangka panjang harus dikendalikan di bawah 90 °C, dan suhu kerja jangka pendek tidak boleh melebihi 120 °C.
Dampak Kontak yang Buruk
Kontak yang buruk adalah penyebab penting dari banyak kegagalan peralatan distribusi, dan suhu bagian kontak listrik memiliki dampak besar pada kualitas kontak listrik. Ketika suhu terlalu tinggi, permukaan konduktor kontak listrik akan mengoksidasi dengan hebat, dan resistansi kontak akan meningkat secara signifikan, menyebabkan suhu konduktor dan komponennya naik, dan dalam kasus parah, kontak mungkin dapat menyatu.
Dampak pada Bahan Isolasi
Ketika suhu lingkungan melebihi batas wajar, bahan isolasi organik akan menjadi rapuh, mempercepat proses penuaan, menyebabkan penurunan sifat isolasi yang signifikan, dan dalam kasus parah, mungkin terjadi breakdown dielektrik. Penelitian menunjukkan bahwa untuk bahan isolasi Kelas A, dalam rentang toleransi suhunya, setiap kenaikan suhu 8 - 10 °C, umur layak pakai efektif bahan tersebut akan berkurang hampir setengahnya. Hubungan antara suhu dan umur layak pakai ini dikenal sebagai "efek penuaan termal", yang merupakan faktor penting yang mempengaruhi keandalan bahan isolasi.
 Kegagalan Trafo Distribusi Akibat Kontak yang Buruk
Kegagalan Akibat Oksidasi Lapisan Perlindungan
Untuk meningkatkan kinerja komprehensif komponen konduktif, teknologi modifikasi permukaan sering digunakan dalam praktek rekayasa untuk mengolah bagian kontak kunci. Ambil contoh batang konduktif trafo. Biasanya, lapisan pelindung logam mulia (seperti emas, perak, atau paduan timah) dibentuk pada permukaan kerjanya melalui elektroplating. Lapisan ikatan metalurgi ini dapat secara signifikan meningkatkan sifat fisik dan kimia antarmuka kontak.

Perlu dicatat bahwa selama operasi mekanis dalam pemeliharaan peralatan atau di bawah beban termal jangka panjang, lapisan tersebut mungkin sebagian terkelupas atau mengalami oksidasi dan korosi, sehingga menyebabkan masalah seperti kenaikan abnormal resistansi kontak dan penurunan kapasitas penghantar arus. Data eksperimental menunjukkan bahwa ketika hilangnya ketebalan lapisan melebihi 30%, stabilitas konduktivitas listrik antarmukanya akan menunjukkan tren penurunan eksponensial.
Korosi Kimia Akibat Sambungan Langsung Antara Tembaga dan Aluminium
Dalam sistem sambungan listrik, sambungan langsung antara logam berbeda seperti tembaga dan aluminium akan membentuk perbedaan potensial elektrode yang signifikan, dan nilai potensialnya dapat mencapai 0.6 - 0.7 V. Perbedaan potensial ini akan memicu korosi galvanis yang serius. Dalam praktek rekayasa, karena ketidaksesuaian dengan spesifikasi konstruksi atau pemilihan bahan yang tidak tepat, sambungan langsung antara konduktor tembaga dan aluminium tanpa perlakuan transisi terjadi secara sering.

Setelah metode sambungan ini dialiri listrik, lapisan film oksida akan terbentuk secara bertahap di antarmuka sambungan, mengakibatkan kenaikan non-linear resistansi kontak. Pada suhu kerja nominal, umur layak pakai efektif sambungan semacam itu biasanya tidak lebih dari 2000 jam, dan akhirnya, kegagalan akan terjadi karena penurunan permukaan kontak.
Pemanasan Berat di Kontak Listrik Akibat Kontak yang Buruk
Selama instalasi aktual trafo distribusi, kotak meter anti pencurian biasanya dikonfigurasikan di sisi rendah. Karena ruang internal kotak meter terbatas dan teknik konstruksi non-standar, sering terjadi masalah seperti sambungan kabel yang berliku atau crimping mekanis terminal yang longgar. Sambungan yang buruk ini akan menyebabkan kenaikan resistansi kontak yang abnormal, menyebabkan overheating di bawah pengaruh arus beban, dan kemudian memicu kegagalan ablasif batang konduktif sisi rendah.

Lebih serius lagi, kenaikan suhu yang berkelanjutan di ujung gulungan sisi rendah akan mempercepat proses penuaan termal bahan isolasi, menciptakan bahaya pelepasan parsial. Pada saat yang sama, overheating juga akan menyebabkan minyak trafo mengalami reaksi pirolisis, mengurangi kekuatan isolasi dan performa pendinginan. Data eksperimental menunjukkan bahwa ketika suhu minyak terus melebihi 85 °C, tegangan breakdownnya akan berkurang sekitar 15% - 20% per tahun. Efek degradasi ganda ini sangat mungkin menyebabkan kecelakaan breakdown isolasi saat menghadapi overvoltage petir atau overvoltage peralihan, yang akhirnya menyebabkan kegagalan trafo.
Kegagalan Trafo Distribusi Akibat Kelembaban
Kenaikan kelembaban relatif lingkungan memiliki dampak ganda pada sistem isolasi peralatan distribusi. Pertama, kekuatan dielektrik udara lembab menurun secara signifikan, dan tegangan breakdownnya berkorelasi negatif dengan kelembaban; kedua, penyerapan molekul air pada permukaan bahan isolasi akan membentuk saluran konduktif, mengakibatkan penurunan resistivitas permukaan. Lebih serius lagi, ketika kelembaban menyebar ke dalam media isolasi padat atau larut dalam minyak trafo, akan menyebabkan peningkatan tajam kerugian dielektrik.

Ketika kandungan air dalam minyak trafo mencapai sekitar 100 μL/L, tegangan breakdown frekuensi lininya akan turun menjadi sekitar 12,5% dari nilai awal. Penurunan kinerja isolasi ini akan meningkatkan arus bocor peralatan secara signifikan. Dalam lingkungan lembab, pelepasan parsial mungkin terjadi bahkan pada tegangan operasi nominal. Data statistik menunjukkan bahwa dalam lingkungan dengan kelembaban relatif melebihi 85%, tingkat kegagalan trafo distribusi meningkat 3 - 5 kali dibandingkan dengan lingkungan kering, terutama ditunjukkan oleh kegagalan breakdown isolasi dan kecelakaan flashover permukaan.

Kegagalan Trafo Distribusi Akibat Instalasi Pelindung Petir yang Tidak Tepat
Dalam sistem tenaga listrik, keandalan kinerja perangkat proteksi overvoltage secara langsung mempengaruhi keamanan operasi trafo. Sebagai komponen proteksi utama, kualitas instalasi, operasi dan pemeliharaan, serta uji pencegahan pelindung oksida logam (MOA) adalah tautan kunci untuk memastikan efektivitasnya. Namun, karena teknik konstruksi yang tidak standar, implementasi prosedur deteksi yang tidak memadai, dan kurangnya literasi profesional personel operasi dan pemeliharaan, efek proteksi sebenarnya dari perangkat proteksi seringkali sangat berkurang, yang merupakan penyebab penting kecelakaan breakdown isolasi trafo distribusi.

Dari perspektif praktik operasi, perangkat proteksi akan terpengaruh oleh berbagai stres lingkungan selama layanan jangka panjang. Faktor-faktor seperti siklus suhu, getaran mekanis, dan media korosif mungkin menyebabkan degradasi kinerja sambungan sistem grounding. Saat sistem mengalami sambaran petir, loop grounding yang gagal tidak akan dapat mengeluarkan energi overvoltage secara tepat waktu, mengakibatkan breakdown termal perangkat proteksi itu sendiri. Menurut statistik, di antara kasus kegagalan perangkat proteksi, kecelakaan ledakan akibat grounding yang buruk mencapai lebih dari 60%, dan proses pelepasan energi sering disertai dengan arus busur yang intens.
Beberapa Metode Diagnosa Kegagalan untuk Trafo Distribusi
Diagnosa Kegagalan melalui Penilaian Intuitif
Diagnosa kegagalan trafo distribusi dapat dinilai secara awal melalui karakteristik eksternal. Isi observasi termasuk: integritas casing (retak, deformasi), status mekanis (pengencang yang longgar), kinerja penyegelan (jejak kebocoran), kondisi permukaan (tingkat kotoran, fenomena korosi), dan tanda-tanda abnormal (perubahan warna, tanda pelepasan, asap), dll. Karakteristik-karakteristik eksternal ini memiliki hubungan khusus dengan kegagalan internal.

Ketika minyak trafo menunjukkan warna coklat gelap dan memiliki bau hangus, disertai dengan kenaikan suhu abnormal dan operasi komponen proteksi sisi tinggi, biasanya menunjukkan adanya anomali pada sistem magnetik, mungkin kerusakan isolasi antara lembaran silikon atau kegagalan grounding multipoint dari konduktor magnet.

Jika arus operasi meningkat abnormal, suhu minyak naik secara signifikan, parameter tiga fasa tidak simetris, disertai dengan operasi perangkat proteksi sisi rendah, asap di tangki minyak, dan fluktuasi tegangan sekunder, dapat ditentukan sebagai kegagalan short-circuit putaran-ke-putaran yang disebabkan oleh kegagalan isolasi antara konduktor gulungan. Ketika parameter listrik fase tertentu hilang sepenuhnya (tegangan dan arus 0), fitur ini biasanya sesuai dengan kegagalan putus gulungan atau konduktor sambungan.

Fenomena semburan minyak dari tangki minyak adalah tanda penting dari kegagalan internal trafo yang serius. Ketika laju pembentukan gas kegagalan melebihi kapasitas perangkat pelepas tekanan, tekanan positif akan terbentuk di dalam tangki minyak. Awalnya, ditunjukkan dengan kebocoran di titik penyegelan yang lemah. Seiring tekanan terus meningkat, semburan minyak mungkin akhirnya terjadi di permukaan sambungan tangki. Kegagalan jenis ini sebagian besar disebabkan oleh breakdown isolasi antar fase gulungan, biasanya disertai dengan peleburan komponen proteksi sisi tinggi. Menurut statistik aksi relay gas, sekitar 75% kegagalan serius akan melewati proses perkembangan ini.
Diagnosa Kegagalan melalui Perubahan Suhu
Selama operasi trafo distribusi, konduktor penghantar arus akan menghasilkan kerugian panas karena efek Joule, yang merupakan fenomena fisik normal. Namun, ketika peralatan memiliki kelainan listrik (seperti penurunan isolasi, kontak yang buruk) atau cacat mekanis (seperti deformasi gulungan, kegagalan sistem pendingin), keseimbangan termalnya akan terganggu, ditunjukkan dengan suhu operasi melebihi nilai yang dirancang. Menurut teori penuaan termal, untuk setiap kenaikan suhu 6 - 8 °C, laju penuaan bahan isolasi akan berlipat ganda, sehingga secara signifikan mempengaruhi umur layak pakai peralatan.

Untuk kenaikan suhu abnormal yang disebabkan oleh kegagalan internal, biasanya ada anomali yang jelas dalam sistem sirkuit minyak. Ketika suhu titik panas mencapai nilai kritis, minyak trafo akan mengalami reaksi pirolisis, menghasilkan gas dalam jumlah besar, menyebabkan operasi perangkat pelepas tekanan, mengakibatkan kebocoran minyak atau semburan minyak. Dalam praktek rekayasa, metode sederhana dapat digunakan untuk menilai status suhu peralatan secara awal: jika permukaan casing trafo dapat disentuh dengan tangan selama lebih dari 10 detik, suhu permukaannya biasanya tidak melebihi 60 °C. Nilai empiris ini dapat digunakan sebagai acuan untuk penilaian cepat di lapangan.