Pembahasan tentang Kerusakan pada Trafo Distribusi Jaringan Listrik Pedesaan
1. Pendahuluan
Karena operasi jangka panjang, kerusakan dan kecelakaan pada transformator distribusi dalam jaringan listrik pedesaan tidak dapat dihindari sepenuhnya. Kerusakan dan kecelakaan ini disebabkan oleh berbagai faktor, seperti gaya luar seperti kerusakan dan benturan, serta bencana alam yang tidak terelakkan seperti sambaran petir. Sementara itu, di beberapa daerah pedesaan, jalur tegangan rendah kurang terawat, sering menyebabkan overloading dan korsleting, yang menyebabkan transformator distribusi hangus. Ini telah menjadi faktor utama yang menyumbang kegagalan.
Untuk mencegah transformator distribusi hangus dan mengurangi kegagalannya dalam jaringan listrik pedesaan, makalah ini merangkum dan menganalisis beberapa jenis kerusakan tipikal dan penyebab transformator distribusi, mengeksplorasi tindakan pencegahan, lebih lanjut menyelidiki dan menangani potensi bahaya dan tautan lemah dari transformator distribusi, secara efektif mencegah dan mengendalikan terjadinya kerusakan hangus transformator distribusi, dan dengan demikian meningkatkan keandalan pasokan listrik jaringan listrik pedesaan.
Saat ini, transformator distribusi yang digunakan dalam jaringan listrik pedesaan sebagian besar adalah transformator distribusi celup minyak. Kerusakan pada transformator-transformator tersebut biasanya diklasifikasikan menjadi kerusakan internal dan eksternal. Kerusakan internal merujuk pada berbagai gangguan yang terjadi di dalam tangki transformator. Jenis utamanya termasuk korsleting antar fase antar gulungan, korsleting antar putaran dalam gulungan, dan korsleting ke tanah di mana gulungan atau keluaran kontak dengan casing luar. Kerusakan eksternal adalah berbagai gangguan yang terjadi pada insulator semburan di luar tangki transformator dan keluarannya. Jenis utamanya adalah grounding karena flashover atau patah insulator semburan, dan korsleting antar fase atau grounding pada jalur outlet tegangan rendah.
Karena kerusakan transformator distribusi mencakup berbagai macam, ada banyak metode klasifikasi spesifik. Misalnya, dari perspektif sirkuit loop, mereka sebagian besar diklasifikasikan menjadi kerusakan sirkuit, kerusakan sirkuit magnet, dan kerusakan sirkuit minyak. Jika diklasifikasikan menurut struktur utama transformator distribusi, mereka dapat dibagi menjadi kerusakan gulungan, kerusakan inti, kerusakan kualitas minyak, dan kerusakan aksesori. Secara konvensional, jenis kerusakan transformator distribusi umumnya diklasifikasikan berdasarkan area kerusakan yang umum, seperti kerusakan isolasi, kerusakan inti, kerusakan perubahan tap, dll. Di antaranya, kerusakan korsleting outlet transformator distribusi memiliki dampak paling serius terhadap transformator itu sendiri dan tingkat kejadian tertinggi saat ini. Selain itu, ada juga kerusakan kebocoran transformator distribusi, dll. Semua jenis kerusakan yang berbeda ini mungkin mewakili kerusakan termal, kerusakan listrik, atau keduanya secara bersamaan. Namun, kerusakan kebocoran transformator distribusi mungkin tidak menunjukkan karakteristik kerusakan termal atau listrik dalam kondisi normal.
Oleh karena itu, sulit untuk mengklasifikasikan jenis kerusakan transformator distribusi dalam kerangka spesifik. Makalah ini menggunakan jenis kerusakan transformator distribusi yang relatif umum dan umum, seperti kerusakan korsleting, kerusakan pelepasan, kerusakan isolasi, kerusakan inti, kerusakan perubahan tap, kerusakan kebocoran minyak-gas, kerusakan akibat gaya luar, dan kerusakan perlindungan fusible. Setiap jenis dibahas secara terpisah dalam hal penyebab dan tindakan teknis yang sesuai.
2. Analisis Kerusakan Transformator Distribusi
2.1 Kerusakan Korsleting
2.1.1 Analisis Penyebab Kerusakan
Kerusakan korsleting transformator distribusi terutama merujuk pada korsleting outlet transformator distribusi, serta korsleting antara keluaran internal atau gulungan ke tanah, dan korsleting antar fase, yang menyebabkan kegagalan.
Selama operasi normal transformator distribusi, kerusakan yang disebabkan oleh kerusakan korsleting outlet cukup parah. Menurut statistik terkait, kerusakan yang langsung disebabkan oleh dampak arus korsleting pada transformator distribusi dalam jaringan listrik pedesaan mencapai sekitar 40% dari semua kerusakan. Ada banyak kasus seperti itu. Terutama ketika terjadi korsleting outlet tegangan rendah pada transformator distribusi, gulungan umumnya perlu diganti. Dalam kasus yang parah, semua gulungan mungkin perlu diganti, yang menyebabkan konsekuensi dan kerugian yang sangat serius. Oleh karena itu, harus diberikan perhatian yang cukup.
Dampak korsleting outlet pada transformator distribusi terutama mencakup dua aspek berikut:
Kerusakan Overheating Insulasi Akibat Arus Korsleting
Karena pemeliharaan jalur tegangan rendah di beberapa daerah pedesaan yang kurang memadai, overloading dan korsleting sering terjadi. Ketika transformator distribusi mengalami korsleting tiba-tiba, gulungan tegangan tinggi dan rendahnya mungkin melewati arus korsleting puluhan kali nilai nominalnya. Ini menghasilkan jumlah panas yang besar, menyebabkan transformator distribusi overheat parah dan suhu kumparan naik cepat, menyebabkan penuaan insulasi. Ketika kemampuan transformator distribusi untuk menahan arus korsleting tidak cukup dan stabilitas termalnya buruk, material insulasi transformator distribusi akan rusak parah, menyebabkan breakdown dan kerusakan pada transformator distribusi.
Kerusakan Deformasi Gulungan Akibat Gaya Elektrodinamis Korsleting
Ketika transformator distribusi dipengaruhi oleh korsleting, jika arus korsleting kecil dan fuses meledak dengan benar, deformasi gulungan akan kecil. Jika arus korsleting besar dan fuses meledak dengan penundaan atau gagal meledak, sisi sekunder akan menghasilkan arus korsleting 20-30 kali lebih tinggi dari arus nominal. Sisi primer transformator distribusi akan menghasilkan arus besar untuk melawan efek demagnetisasi arus korsleting sisi sekunder. Arus besar menghasilkan stres mekanis yang signifikan di dalam kumparan, menyebabkan kumparan tertekan, bergeser, atau deformasi, pelapis dan pelat insulasi longgar, baut pengunci inti menjadi kendur, gulungan tegangan tinggi distorsi atau meledak, dan akhirnya menyebabkan kegagalan transformator distribusi. Pada saat yang sama, kumparan mengalami torsi elektromagnetik yang cukup besar, dan material insulasi mengelupas, mengungkapkan badan kawat dan menyebabkan korsleting antar putaran. Untuk deformasi kecil, jika tidak diperbaiki dengan segera, seperti memulihkan posisi pelapis, mengencangkan paku tekanan kumparan dan pelat dan batang tarik yoke, serta memperkuat gaya penguncian keluaran, efek kumulatif setelah dampak korsleting berulang juga akan merusak transformator distribusi.
2.1.2 Tindakan untuk Mengurangi Kerusakan Korsleting
Optimasi Persyaratan Pemilihan. Saat memilih transformator distribusi, pilihlah yang dapat melewati uji korsleting dengan lancar. Tentukan kapasitas transformator distribusi secara wajar dan pilih impedansi korsleting pendeknya secara rasional. Coba gunakan transformator distribusi tipe S11 yang hemat energi dan hapuskan transformator berkonsumsi energi tinggi.
Optimasi Kondisi dan Lingkungan Operasi. Tingkatkan level isolasi jalur listrik, terutama level isolasi jalur outlet tegangan rendah transformator distribusi hingga jarak tertentu. Sementara itu, tingkatkan standar koridor keselamatan dan persyaratan jarak aman jalur tegangan rendah untuk mengurangi dampak dan bahaya dari kerusakan di sekitarnya. Ini termasuk memperhatikan kualitas instalasi dan pemeliharaan terminal dropper tegangan rendah (karena ledakan terminal tegangan rendah sebagian besar setara dengan korsleting sekunder), mencegah invasi hewan kecil, dan meningkatkan persyaratan kualitas fuses tegangan rendah untuk mencegah situasi seperti fuses tidak meledak.
Optimasi Mode Operasi. Ketika menentukan mode operasi, hitung arus korsleting dan batasi bahayanya. Terutama, mencegah transformator distribusi beroperasi dalam keadaan overload. Coba hitung dan atur beban listrik transformator distribusi.
Peningkatan Tingkat Manajemen Operasi. Pertama, mencegah dampak korsleting yang disebabkan oleh kesalahan operasi. Perkuat pemantauan dan pemeliharaan transformator distribusi secara tepat waktu, deteksi derajat deformasi transformator distribusi dengan segera, dan pastikan operasinya aman. Pada saat yang sama, tingkatkan upaya inspeksi konsumsi listrik pengguna di area transformator distribusi untuk mencegah masalah overload yang disebabkan oleh pencurian listrik pengguna.
2.2 Kerusakan Pelepasan
Berdasarkan kepadatan energi pelepasan, kerusakan pelepasan transformator distribusi biasanya diklasifikasikan menjadi pelepasan parsial, pelepasan percikan, dan pelepasan energi tinggi. Pelepasan memiliki dua jenis efek destruktif terhadap isolasi: pertama, partikel pelepasan secara langsung membombardir isolasi, menyebabkan kerusakan isolasi lokal dan secara bertahap memperluasnya hingga isolasi rusak. Yang kedua, reaksi kimia gas aktif seperti panas, ozon, dan oksida nitrogen yang dihasilkan oleh pelepasan mengikis isolasi lokal, meningkatkan hilang daya dielektrik, dan akhirnya menyebabkan breakdown termal.
2.2.1 Kerusakan Pelepasan Parsial Transformator Distribusi
Pelepasan parsial merujuk pada fenomena pelepasan non-menerobos yang terjadi di tepi celah udara, film minyak, atau konduktor dalam struktur isolasi di bawah pengaruh tegangan. Pada awalnya, pelepasan parsial adalah pelepasan energi rendah. Ketika pelepasan ini terjadi di dalam transformator distribusi, situasinya relatif kompleks. Berdasarkan media isolasi yang berbeda, pelepasan parsial dapat dibagi menjadi pelepasan parsial dalam gelembung dan pelepasan parsial dalam minyak. Berdasarkan lokasi isolasi, ini mencakup pelepasan parsial di rongga isolasi padat, di ujung elektroda, di celah sudut minyak, di celah minyak antara minyak dan papan isolasi, dan sepanjang permukaan isolasi padat dalam minyak. Alasan pelepasan parsial adalah sebagai berikut:
Ketika ada gelembung dalam minyak atau rongga dalam material isolasi padat, karena konstanta dielektrik gas kecil, ia menanggung kekuatan medan listrik yang tinggi di bawah tegangan bolak-balik, tetapi kekuatan tahanan voltasenya lebih rendah daripada minyak dan material isolasi kertas. Oleh karena itu, pelepasan cenderung terjadi pertama kali di celah udara.
Pengaruh kondisi lingkungan eksternal. Misalnya, jika pengolahan minyak tidak lengkap dan gelembung mengendap dari minyak, akan menyebabkan pelepasan.
Karena kualitas pembuatan yang buruk. Misalnya, pelepasan terjadi di beberapa bagian dengan sudut tajam. Gelembung, puing-puing, dan kelembaban diperkenalkan, atau karena faktor suhu eksternal seperti gumpalan cat, mereka menanggung kekuatan medan listrik yang relatif besar.
Pelepasan yang disebabkan oleh kontak buruk antara bagian logam atau konduktor. Meskipun kepadatan energi pelepasan parsial tidak besar, jika berkembang lebih jauh, akan membentuk siklus pelepasan yang buruk, pada akhirnya menyebabkan breakdown atau kerusakan peralatan dan menyebabkan kecelakaan hangus yang serius.
2.2.2 Kerusakan Pelepasan Percikan Transformator Distribusi
Secara umum, pelepasan percikan tidak cepat menyebabkan breakdown isolasi. Hal ini terutama tercermin dalam analisis kromatografi minyak abnormal, peningkatan jumlah pelepasan parsial, atau gas ringan. Sangat mudah dideteksi dan ditangani, tetapi perhatian yang cukup harus diberikan terhadap perkembangannya. Ada dua alasan utama untuk pelepasan percikan:
Pelepasan Percikan yang Disebabkan oleh Potensial Melayang. Dalam peralatan listrik tegangan tinggi, bagian logam tertentu, karena alasan struktural atau kontak buruk selama transportasi dan operasi, terputus dan berada di antara elektroda tegangan tinggi dan rendah, membagi tegangan sesuai impedansinya. Potensial terhadap tanah yang dihasilkan pada bagian logam ini disebut potensial melayang. Kekuatan medan listrik di dekat objek dengan potensial melayang relatif terpusat, sering kali secara bertahap membakar media dielektrik padat sekitarnya atau mengkarbonisasinya.
Ini juga menyebabkan minyak isolasi mengurai sejumlah besar gas karakteristik di bawah pengaruh potensial melayang, menghasilkan hasil analisis kromatografi minyak isolasi yang abnormal. Pelepasan melayang mungkin terjadi pada bagian logam pada potensial tinggi di dalam transformator distribusi, seperti gulungan pengatur, ketika bola grading bushing dan garpu shift tap-changer memiliki potensial melayang. Untuk bagian pada potensial tanah, seperti pelindung magnet lembaran silikon dan berbagai baut logam untuk pengencangan, jika koneksi mereka ke tanah longgar atau terlepas, akan menyebabkan pelepasan potensial melayang. Kontak buruk di ujung bushing tegangan tinggi transformator distribusi juga dapat membentuk potensial melayang dan menyebabkan pelepasan percikan.
Pelepasan Percikan yang Disebabkan oleh Impurities dalam Minyak
Penyebab utama kerusakan pelepasan percikan pada transformator distribusi adalah pengaruh impurities dalam minyak. Impurities ini terdiri dari air, bahan serat (terutama serat basah), dll. Konstanta dielektrik ε air sekitar 40 kali lebih besar daripada minyak transformator distribusi. Dalam medan listrik, impurities pertama kali dipolarisasi dan tertarik ke area dengan intensitas medan listrik terkuat, yaitu dekat elektroda, dan disusun searah dengan garis medan listrik. Dengan demikian, "jembatan" impurities terbentuk dekat elektroda.
Konduktivitas dan konstanta dielektrik "jembatan" lebih besar daripada minyak transformator distribusi. Menurut prinsip-prinsip medan elektromagnetik, keberadaan "jembatan" mendistorsi medan listrik dalam minyak. Karena konstanta dielektrik serat kecil, medan listrik dalam minyak di ujung serat diperkuat. Oleh karena itu, pelepasan pertama kali terjadi dan berkembang di bagian minyak ini. Minyak mengurai di bawah lingkungan medan tinggi, mengurai menjadi gas, yang menyebabkan gelembung membesar dan penguraian diperkuat. Kemudian, proses ini berkembang secara bertahap, menyebabkan pelepasan percikan di seluruh celah minyak melalui saluran gas. Jadi, pelepasan percikan mungkin terjadi pada tegangan yang relatif rendah.
Jika jarak antara elektroda tidak besar dan ada cukup impurities, "jembatan" mungkin menghubungkan kedua elektroda. Pada saat itu, karena konduktivitas "jembatan" relatif tinggi, arus besar mengalir sepanjang "jembatan" (besarnya arus tergantung pada kapasitas sumber daya), menyebabkan "jembatan" menghangat sangat intens. Air dan minyak di dekat "jembatan" mendidih dan menguap, menciptakan saluran gas - "jembatan gelembung", dan pelepasan percikan terjadi.
Jika serat tidak basah, konduktivitas "jembatan" sangat kecil, dan pengaruhnya terhadap tegangan pelepasan percikan minyak juga relatif kecil; sebaliknya, pengaruhnya lebih besar. Oleh karena itu, pelepasan percikan minyak transformator distribusi yang disebabkan oleh impurities terkait dengan proses pemanasan "jembatan". Ketika tegangan impuls bekerja atau medan listrik sangat tidak merata, tidak mudah bagi impurities untuk membentuk "jembatan", dan pengaruhnya hanya terbatas pada mendistorsi medan listrik. Proses pelepasan percikan terutama tergantung pada besarnya tegangan yang diterapkan.
2.2.3 Kerusakan Pelepasan Busur Transformator Distribusi
Pelepasan busur adalah pelepasan energi tinggi, yang umumnya dilihat sebagai breakdown isolasi antar putaran atau lapisan. Kerusakan lain yang umum termasuk putusnya kabel keluaran, flashover ke tanah, dan pelepasan busur tap-changer.
Pengaruh Pelepasan Busur. Karena kepadatan energi kerusakan pelepasan busur tinggi, gas dihasilkan dengan cepat. Biasanya mempengaruhi dielektrik dalam bentuk avalanche elektron, menyebabkan kertas isolasi berlubang, mengkarbon, atau mengkarbonisasi, mengubah atau melelehkan dan membakar bahan logam. Dalam kasus yang parah, mungkin menyebabkan kerusakan peralatan atau bahkan ledakan. Kecelakaan semacam itu umumnya sulit diprediksi sebelumnya dan tidak memiliki tanda-tanda yang jelas, sering kali muncul secara tiba-tiba.
Ciri-ciri Gas Pelepasan Busur. Setelah terjadi kerusakan pelepasan busur, minyak transformator distribusi juga mengkarbon dan berubah hitam. Komponen utama gas karakteristik dalam minyak adalah H2 dan C2H2, diikuti oleh C2H6 dan CH4. Ketika kerusakan pelepasan melibatkan isolasi padat, CO dan CO2 juga akan dihasilkan.Secara keseluruhan, tiga bentuk pelepasan memiliki perbedaan dan hubungan tertentu. Perbedaan merujuk pada tingkat energi pelepasan dan komposisi gas, sementara hubungan adalah bahwa pelepasan parsial adalah tahap awal dari dua bentuk pelepasan lainnya, dan kedua bentuk tersebut adalah hasil yang tidak terhindarkan dari perkembangan yang pertama. Karena kerusakan yang terjadi di dalam transformator distribusi sering berada dalam keadaan perkembangan bertahap, dan sebagian besar bukan kerusakan satu tipe, tetapi satu tipe disertai tipe lain, atau beberapa tipe terjadi secara bersamaan. Oleh karena itu, diperlukan analisis yang lebih hati-hati dan penanganan spesifik.
2.3 Kerusakan Isolasi
Saat ini, transformator distribusi yang paling luas digunakan dalam jaringan listrik pedesaan adalah transformator celup minyak. Isolasi transformator distribusi merujuk pada sistem isolasi yang terdiri dari material isolasinya. Ini adalah syarat dasar untuk operasi normal transformator distribusi, dan masa pakai transformator distribusi ditentukan oleh umur material isolasinya (seperti minyak-kertas atau resin). Pengalaman praktis telah membuktikan bahwa sebagian besar kerusakan dan kerusakan transformator distribusi disebabkan oleh kerusakan sistem isolasi.
Oleh karena itu, melindungi operasi normal transformator distribusi dan memperkuat pemeliharaan wajar sistem isolasi dapat, dalam batas yang cukup besar, memastikan masa pakai yang relatif lama untuk transformator distribusi. Pemeliharaan preventif dan prediktif adalah kunci untuk memperpanjang masa pakai transformator distribusi dan meningkatkan keandalan pasokan listrik.
Dalam transformator distribusi celup minyak, material isolasi utamanya adalah minyak isolasi dan material isolasi padat seperti kertas isolasi, karton, dan blok kayu. Yang dimaksud dengan penuaan isolasi transformator distribusi adalah bahwa material-material ini mengalami dekomposisi di bawah pengaruh faktor lingkungan, mengurangi atau kehilangan kekuatan isolasinya.
2.3.1 Kerusakan Isolasi Kertas Padat
Isolasi padat adalah salah satu komponen utama isolasi transformator distribusi celup minyak, termasuk kertas isolasi, papan isolasi, alas isolasi, kumparan isolasi, pita ikat isolasi, dll. Komponen utamanya adalah selulosa. Setelah kertas isolasi mengalami penuaan, derajat polimerisasi dan kekuatan tariknya secara bertahap menurun, dan menghasilkan air, CO, dan CO2. Selain itu, furfural (furfuraldehid) juga dihasilkan. Sebagian besar produk penuaan ini berbahaya bagi peralatan listrik. Mereka dapat mengurangi tegangan breakdown dan resistivitas volume kertas isolasi, meningkatkan hilang daya dielektrik, menurunkan kekuatan tarik, dan bahkan mengkorosi bahan logam dalam peralatan.
2.3.2 Kerusakan Isolasi Minyak Cair
Alasan Penurunan Kualitas Minyak Transformator Distribusi
Kontaminasi berarti adanya campuran air dan kotoran dalam minyak. Ini bukan produk oksidasi dari minyak. Kinerja isolasi minyak yang terkontaminasi menurun, kekuatan medan listrik breakdown berkurang, dan sudut hilang daya dielektrik meningkat.
Penurunan kualitas adalah hasil dari oksidasi minyak. Oksidasi ini tidak hanya merujuk pada oksidasi hidrokarbon dalam minyak murni, tetapi juga termasuk percepatan proses oksidasi oleh kotoran dalam minyak, terutama serpihan logam tembaga, besi, dan aluminium.
Oksigen berasal dari udara di dalam transformator distribusi. Bahkan dalam transformator distribusi yang sepenuhnya tertutup, masih ada sekitar 0,25% oksigen berdasarkan volume. Oksigen memiliki solubilitas yang relatif tinggi, sehingga mengambil proporsi yang relatif tinggi di antara gas-gas terlarut dalam minyak.
Ketika minyak transformator distribusi mengalami oksidasi, air sebagai katalis dan panas sebagai akselerator menyebabkan minyak transformator distribusi menghasilkan lumpur. Dampak utamanya adalah sebagai berikut: di bawah pengaruh medan listrik, partikel sediment besar; kotoran terkonsentrasi di area dengan medan listrik terkuat, membentuk "jembatan" konduktif untuk isolasi transformator distribusi; sediment tidak merata tetapi membentuk strip sempit, dan mungkin disusun searah dengan garis medan listrik, yang tentu saja menghalangi pendinginan, mempercepat penuaan material isolasi, dan menyebabkan penurunan resistivitas isolasi dan tingkat isolasi.
Proses Penurunan Kualitas Minyak Transformator Distribusi
Selama proses penurunan kualitas minyak, produk utama di setiap tahap adalah peroksida, asam, alkohol, keton, dan lumpur.Pada tahap awal penurunan kualitas, peroksida yang dihasilkan dalam min
