Perbincangan tentang Kerosakan pada Penjana Pembahagian Litar Elektrik Luar Bandar

1. Pengenalan

Kerana operasi jangka panjang, kerosakan dan kemalangan pada transformer pengedaran di grid elektrik luar bandar tidak dapat dielakkan sepenuhnya. Kerosakan dan kemalangan ini disebabkan oleh pelbagai faktor, seperti kekuatan luar seperti kerosakan dan benturan, serta bencana alam yang tidak terelakkan seperti sambaran petir. Sementara itu, di beberapa kawasan luar bandar, garis voltan rendah kurang dipelihara, sering mengakibatkan beban berlebihan dan hubungan pendek, yang menyebabkan transformer pengedaran hangus. Ini telah menjadi faktor utama yang menyumbang kepada kegagalan.

Untuk mencegah transformer pengedaran daripada hangus dan mengurangkan kegagalan operasinya di grid elektrik luar bandar, makalah ini merangkum dan menganalisis beberapa jenis kerosakan tipikal dan penyebab transformer pengedaran, mengeksplorasi langkah-langkah pencegahan, menyelidiki lebih lanjut dan menangani bahaya potensial dan tautan lemah transformer pengedaran, mencegah dan mengendalikan secara efektif kejadian kerosakan hangus transformer pengedaran, dan dengan demikian meningkatkan kebolehpercayaan bekalan elektrik grid elektrik luar bandar.

Pada masa kini, transformer pengedaran yang digunakan di grid elektrik luar bandar sebahagian besarnya adalah transformer pengedaran yang direndam dalam minyak. Kerosakan pada transformer tersebut biasanya diklasifikasikan menjadi kerosakan dalaman dan luaran. Kerosakan dalaman merujuk kepada pelbagai gangguan yang berlaku di dalam tangki transformer. Jenis utamanya termasuk hubungan pendek antara fasa antara belitan, hubungan pendek putaran-ke-putaran dalam belitan, dan kerosakan grounding di mana belitan atau keluaran menghubungi casing luar. Kerosakan luaran adalah pelbagai gangguan yang berlaku pada insulator bushing di luar tangki transformer dan keluarannya. Jenis utamanya adalah grounding akibat kilat atau pecahnya insulator bushing, dan hubungan pendek antara fasa atau grounding garis keluaran voltan rendah.

Kerana kerosakan transformer pengedaran meliputi lingkup yang luas, terdapat banyak kaedah pengelasan spesifik. Sebagai contoh, dari sudut pandang litar gelung, mereka terutamanya diklasifikasikan menjadi kerosakan litar, kerosakan litar magnet, dan kerosakan litar minyak. Jika diklasifikasikan berdasarkan struktur utama transformer pengedaran, mereka boleh dibahagikan menjadi kerosakan belitan, kerosakan inti, kerosakan kualiti minyak, dan kerosakan aksesori. Secara konvensional, jenis kerosakan transformer pengedaran biasanya diklasifikasikan berdasarkan kawasan rawan kerosakan umum, seperti kerosakan isolasi, kerosakan inti, kerosakan pemindah rantaian, dll. Di antaranya, kerosakan hubungan pendek outlet transformer pengedaran mempunyai kesan paling serius terhadap transformer sendiri dan tingkat kejadian tertinggi semasa ini. Selain itu, terdapat juga kerosakan kebocoran transformer pengedaran, dll. Semua jenis kerosakan yang berbeza ini mungkin mewakili kerosakan thermal, kerosakan elektrik, atau kedua-dua kerosakan thermal dan pelepasan pada masa yang sama. Walau bagaimanapun, kerosakan kebocoran transformer pengedaran mungkin tidak menunjukkan ciri-ciri kerosakan thermal atau elektrik dalam keadaan normal.

Oleh itu, sukar untuk mengelas jenis kerosakan transformer pengedaran dalam rangka kerja tertentu. Makalah ini menggunakan jenis kerosakan transformer pengedaran yang relatif umum dan biasa, seperti kerosakan hubungan pendek, kerosakan pelepasan, kerosakan isolasi, kerosakan inti, kerosakan pemindah rantaian, kerosakan kebocoran minyak-gas, kerosakan kerosakan kekuatan luar, dan kerosakan perlindungan fuse. Setiap jenis dibincangkan secara berasingan dari segi penyebab dan langkah-langkah teknikal yang sesuai.

2. Analisis Kerosakan Transformer Pengedaran
2.1 Kerosakan Hubungan Pendek
2.1.1 Analisis Penyebab Kerosakan

Kerosakan hubungan pendek pada transformer pengedaran merujuk utamanya kepada hubungan pendek outlet transformer pengedaran, serta hubungan pendek antara keluaran dalaman atau belitan ke tanah, dan hubungan pendek antara fasa, yang menyebabkan kegagalan.

Semasa operasi normal transformer pengedaran, kerosakan yang disebabkan oleh kerosakan hubungan pendek outlet agak serius. Menurut statistik berkaitan, kerosakan yang langsung disebabkan oleh impak arus hubungan pendek pada transformer pengedaran di grid elektrik luar bandar merangkumi kira-kira 40% daripada semua kerosakan. Terdapat banyak kes seperti ini. Terutamanya, apabila hubungan pendek outlet voltan rendah berlaku pada transformer pengedaran, belitan biasanya perlu digantikan. Dalam kes yang serius, semua belitan mungkin perlu digantikan, mengakibatkan akibat dan kerugian yang sangat serius. Oleh itu, ia harus diberi perhatian yang mencukupi.

Impak hubungan pendek outlet pada transformer pengedaran terutamanya merangkumi dua aspek berikut:
Kerosakan Overheating Isolasi Disebabkan Arus Hubungan Pendek
Kerana pemeliharaan garis voltan rendah di beberapa kawasan luar bandar kurang memadai, beban berlebihan dan hubungan pendek sering berlaku. Apabila transformer pengedaran mengalami hubungan pendek tiba-tiba, belitan voltan tinggi dan rendahnya mungkin melewati arus hubungan pendek puluhan kali nilai penentuan. Ini menghasilkan banyak haba, menyebabkan transformer pengedaran overheat parah dan suhu koil meningkat dengan cepat, mengakibatkan penuaan isolasi. Apabila kebolehan transformer pengedaran untuk menahan arus hubungan pendek tidak mencukupi dan ketahanan thermalnya buruk, bahan isolasi transformer pengedaran akan rusak parah, mengakibatkan breakdown dan kerosakan transformer pengedaran.
Kerosakan Deformasi Belitan Disebabkan Daya Elektrodinamik Hubungan Pendek
Apabila transformer pengedaran dipengaruhi oleh hubungan pendek, jika arus hubungan pendek kecil dan fuse meledak dengan betul, deformasi belitan akan kecil. Jika arus hubungan pendek besar dan fuse meledak dengan lewat atau gagal meledak, sisi sekunder akan menghasilkan arus hubungan pendek 20-30 kali lebih tinggi daripada arus penentuan. Sisi utama transformer pengedaran pasti akan menghasilkan arus yang besar untuk menentang kesan demagnetisasi arus hubungan pendek sisi sekunder. Arus yang besar menghasilkan tekanan mekanikal yang signifikan di dalam koil, menyebabkan koil tertekan, bergeser, atau berubah bentuk, alas isolasi dan plat longgar, baut gergaji inti menjadi kendur, belitan voltan tinggi bengkok atau meletus, dan akhirnya mengakibatkan kegagalan transformer pengedaran. Pada masa yang sama, belitan terkena torka elektromagnetik yang cukup besar, dan bahan isolasi mengelupas, mengeluarkan badan wayar dan menyebabkan hubungan pendek antara putaran. Untuk deformasi ringan, jika tidak dibaiki dengan segera, seperti memulihkan posisi alas, mengencangkan paku tekan belitan dan plat tarik dan rod tarik yoke, serta memperkuat daya gergaji keluaran, kesan kumulatif selepas beberapa impak hubungan pendek juga akan merosakkan transformer pengedaran.

2.1.2 Langkah-langkah Mengurangi Kerosakan Hubungan Pendek

• Optimisasi Persyaratan Pilihan. Semasa memilih transformer pengedaran, pilih yang dapat lulus ujian hubungan pendek dengan lancar. Tentukan kapasitas transformer pengedaran secara rasional dan pilih impedansi hubungan pendeknya secara rasional. Cuba gunakan transformer pengedaran S11 yang hemat tenaga dan hapuskan transformer bertekanan tinggi.

• Optimisasi Keadaan dan Lingkungan Operasi. Tingkatkan tahap isolasi garis elektrik, terutamanya tahap isolasi garis keluaran voltan rendah transformer pengedaran pada jarak tertentu. Sementara itu, tingkatkan standard koridor keselamatan dan jarak keselamatan yang diperlukan untuk garis voltan rendah untuk mengurangi impak dan bahaya kerosakan kawasan berdekatan. Ini termasuk memberi perhatian kepada kualiti pemasangan dan pemeliharaan terminal drop voltan rendah (kerana ledakan terminal voltan rendah kebanyakan setara dengan hubungan pendek sekunder), mencegah hewan kecil masuk, dan meningkatkan kualiti persyaratan fuse voltan rendah untuk mencegah situasi seperti fuse tidak meledak.

• Optimisasi Mod Cara Operasi. Semasa menentukan mod cara operasi, hitung arus hubungan pendek dan batasi bahayanya. Terutamanya, mencegah transformer pengedaran beroperasi dalam keadaan beban berlebihan. Cuba hitung dan sesuaikan beban elektrik transformer pengedaran.

• Penambahbaikan Tahap Pengurusan Operasi. Pertama, mencegah impak hubungan pendek disebabkan oleh kesalahan operasi. Perkuat pengawasan dan pemeliharaan transformer pengedaran secara tepat, deteksi derajat deformasi transformer pengedaran dengan segera, dan pastikan operasi selamatnya. Pada masa yang sama, tambah usaha inspeksi terhadap penggunaan tenaga pengguna di kawasan transformer pengedaran untuk mencegah masalah beban berlebihan disebabkan pencurian tenaga pengguna.

2.2 Kerosakan Pelepasan

Berdasarkan ketumpatan tenaga pelepasan, kerosakan pelepasan pada transformer pengedaran biasanya diklasifikasikan menjadi pelepasan separa, pelepasan percikan, dan pelepasan tenaga tinggi. Pelepasan mempunyai dua jenis kesan merosakkan terhadap isolasi: satu adalah partikel pelepasan secara langsung membombardir isolasi, menyebabkan kerosakan isolasi tempatan dan perlahan-lahan membesar sehingga isolasi breakdown. Yang lain adalah tindakan kimia gas aktif seperti haba, ozon, dan nitrogen oksida yang dihasilkan oleh pelepasan merosakkan isolasi tempatan, meningkatkan kehilangan dielektrik, dan akhirnya mengakibatkan breakdown thermal.

2.2.1 Kerosakan Pelepasan Separa Transformer Pengedaran

Pelepasan separa merujuk kepada fenomena pelepasan non-menerusi yang berlaku di pinggir celah udara, filem minyak, atau konduktor dalam struktur isolasi di bawah tindakan tegangan. Pada awalnya, pelepasan separa adalah pelepasan rendah tenaga. Apabila pelepasan ini berlaku di dalam transformer pengedaran, situasinya agak kompleks. Berdasarkan media isolasi yang berbeza, pelepasan separa boleh dibahagikan kepada pelepasan separa dalam gelembung dan pelepasan separa dalam minyak. Berdasarkan lokasi isolasi, ia termasuk pelepasan separa dalam 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. Penyebab pelepasan separa adalah sebagai berikut:

• Apabila terdapat gelembung dalam minyak atau rongga dalam bahan isolasi padat, kerana kecilnya tetapan dielektrik gas, ia memikul kekuatan medan elektrik yang tinggi di bawah tegangan bolak-balik, tetapi kekuatan tahanan tegangan lebih rendah daripada minyak dan bahan isolasi kertas. Oleh itu, pelepasan cenderung berlaku terlebih dahulu di dalam celah udara.

• Pengaruh keadaan persekitaran luaran. Sebagai contoh, jika perlakuan minyak tidak lengkap dan gelembung mengendap dari minyak, ia akan menyebabkan pelepasan.

• Akibat kualiti pembuatan yang buruk. Sebagai contoh, pelepasan berlaku di beberapa bahagian dengan sudut tajam. Gelembung, sampah, dan kelembaban dimasukkan, atau akibat faktor suhu luaran seperti nodul cat, ia memikul kekuatan medan elektrik yang relatif besar.

• Pelepasan disebabkan oleh kontak yang buruk antara bahagian logam atau konduktor. Walaupun ketumpatan tenaga pelepasan separa tidak besar, jika ia berkembang lebih lanjut, ia akan membentuk siklus pelepasan yang buruk, akhirnya mengakibatkan breakdown atau kerosakan peralatan dan menyebabkan kemalangan hangus yang serius.

2.2.2 Kerosakan Pelepasan Percikan Transformer Pengedaran

Secara umum, pelepasan percikan tidak cepat menyebabkan breakdown isolasi. Ia terutamanya tercermin dalam analisis kromatograf minyak yang abnormal, peningkatan jumlah pelepasan separa, atau gas ringan. Ia relatif mudah dikesan dan ditangani, tetapi perhatian yang cukup harus diberikan kepada perkembangannya. Ada dua alasan utama untuk pelepasan percikan:

Pelepasan Percikan Disebabkan Potensi Melayang. Dalam peralatan elektrik tegangan tinggi, suatu bahagian logam tertentu, kerana sebab struktur atau kontak yang buruk semasa pengangkutan dan operasi, terpisah dan terletak di antara elektroda tegangan tinggi dan rendah, membagi tegangan mengikut impedansinya. Potensi ke tanah yang dihasilkan pada bahagian logam ini disebut potensi melayang. Kekuatan medan elektrik di dekat objek dengan potensi melayang relatif terkonsentrasi, sering kali secara perlahan membakar media dielektrik padat di sekitarnya atau mengkarbonisasikannya.

Ia juga menyebabkan minyak isolasi mengurai sejumlah besar gas karakteristik di bawah tindakan potensi melayang, mengakibatkan hasil analisis kromatograf minyak isolasi menjadi abnormal. Pelepasan melayang mungkin berlaku pada bahagian logam pada potensi tinggi di dalam transformer pengedaran, seperti gulungan pengaturan, apabila bola penggredan bushing dan garpu penggeser pemindah rantaian kosong memiliki potensi melayang. Untuk bahagian pada potensi tanah, seperti lapisan perisai silikon dan pelbagai baut logam untuk pengikat, jika sambungan mereka ke tanah longgar atau terlepas, ia akan menyebabkan pelepasan melayang. Kontak yang buruk di ujung bushing tegangan tinggi transformer pengedaran juga boleh membentuk potensi melayang dan menyebabkan pelepasan percikan.

Pelepasan Percikan Disebabkan Impurities dalam Minyak
Penyebab utama kerosakan pelepasan percikan pada transformer pengedaran adalah pengaruh impurities dalam minyak. Impurities ini terdiri dari air, bahan serat (terutamanya serat basah), dll. Tetapan dielektrik ε air kira-kira 40 kali lebih besar daripada minyak transformer pengedaran. Dalam medan elektrik, impurities tersebut terlebih dahulu dipolarisasi dan tertarik ke area dengan kekuatan medan elektrik terkuat, yaitu di dekat elektroda, dan disusun mengikuti garis medan elektrik. Dengan demikian, "jambatan" impurities terbentuk di dekat elektroda.

Konduktivitas dan tetapan dielektrik "jambatan" keduanya lebih besar daripada minyak transformer pengedaran. Berdasarkan prinsip medan elektromagnetik, keberadaan "jambatan" mendistorsi medan elektrik dalam minyak. Karena tetapan dielektrik serat kecil, medan elektrik dalam minyak di ujung serat diperkuat. Oleh karena itu, pelepasan pertama kali terjadi dan berkembang di bagian minyak ini. Minyak terurai dalam lingkungan medan tinggi, menguraikan menjadi gas, yang menyebabkan gelembung bertambah besar dan proses uraian diperkuat. Kemudian, proses ini berkembang secara bertahap, mengarah ke 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, "jambatan" mungkin menghubungkan kedua elektroda. Pada saat ini, karena konduktivitas "jambatan" yang relatif tinggi, arus besar mengalir sepanjang "jambatan" (besarnya arus tergantung pada kapasitas sumber daya), menyebabkan "jambatan" memanas intens. Air dan minyak di dekat "jambatan" mendidih dan menguap, menciptakan saluran gas - "jembatan gelembung", dan pelepasan percikan terjadi.

Jika serat tidak basah, konduktivitas "jambatan" sangat kecil, dan pengaruhnya terhadap tegangan pelepasan percikan minyak juga relatif kecil; sebaliknya, pengaruhnya lebih besar. Oleh karena itu, pelepasan percikan minyak transformer pengedaran yang disebabkan oleh impurities terkait dengan proses pemanasan "jambatan". Ketika tegangan impuls bekerja atau medan elektrik sangat tidak merata, sulit bagi impurities untuk membentuk "jambatan", dan pengaruhnya hanya terbatas pada mendistorsi medan elektrik. Proses pelepasan percikan terutama bergantung pada besarnya tegangan yang diterapkan.

2.2.3 Kerosakan Pelepasan Busur Transformer Pengedaran

Pelepasan busur adalah pelepasan tenaga tinggi, yang umumnya terlihat sebagai breakdown isolasi antara putaran atau lapisan gulungan. Kegagalan lain yang umum termasuk putusnya keluaran, flashover ke tanah, dan pelepasan busur pemindah rantaian.

• Pengaruh Pelepasan Busur. Karena kepadatan energi pelepasan busur yang tinggi, gas dihasilkan dengan cepat. Ia sering mempengaruhi dielektrik dalam bentuk lahar elektron, menyebabkan kertas isolasi berlubang, terbakar, atau terkarbonisasi, melenturkan atau meleburkan 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 Gas Pelepasan Busur. Setelah terjadi kerosakan pelepasan busur, minyak transformer pengedaran juga mengkarbonisasi dan berubah menjadi hitam. Komponen utama gas karakteristik dalam minyak adalah H2 dan C2H2, diikuti oleh C2H6 dan CH4. Ketika kerosakan pelepasan melibatkan isolasi padat, CO dan CO2 juga akan dihasilkan.Secara keseluruhan, tiga bentuk pelepasan memiliki perbedaan dan koneksi tertentu. Perbedaan merujuk pada tingkat energi pelepasan dan komposisi gas, sementara koneksi adalah bahwa pelepasan separa adalah tahap awal dari dua bentuk pelepasan lainnya, dan kedua bentuk tersebut adalah hasil yang tidak terelakkan dari perkembangan bentuk pertama. Karena kerosakan yang terjadi di dalam transformer pengedaran sering berada dalam keadaan perkembangan bertahap, dan sebagian besar bukan kerosakan tunggal, tetapi satu jenis disertai oleh jenis lain, atau beberapa jenis terjadi secara bersamaan. Oleh karena itu, analisis yang lebih hati-hati dan penanganan khusus diperlukan.

2.3 Kerosakan Isolasi

Saat ini, transformer pengedaran yang paling luas digunakan di grid listrik pedesaan adalah transformer yang direndam dalam minyak. Isolasi transformer pengedaran merujuk pada sistem isolasi yang terdiri dari bahan isolasinya. Ini adalah syarat dasar untuk operasi normal transformer pengedaran, dan umur layanan transformer pengedaran ditentukan oleh umur bahan isolasinya (seperti minyak-kertas atau resin). Pengalaman praktis telah membuktikan bahwa sebagian besar kerusakan dan kerosakan transformer pengedaran disebabkan oleh kerusakan sistem isolasi.

Oleh karena itu, melindungi operasi normal transformer pengedaran dan memperkuat pemeliharaan yang wajar dari sistem isolasi dapat, dalam sebagian besar, memastikan umur layanan yang relatif panjang untuk transformer pengedaran. Pemeliharaan preventif dan prediktif adalah kunci untuk memperpanjang umur layanan transformer pengedaran dan meningkatkan keandalan pasokan listrik.

Dalam transformer pengedaran yang direndam dalam minyak, bahan isolasi utama adalah minyak isolasi dan bahan isolasi padat seperti kertas isolasi, karton, dan blok kayu. Yang disebut penuaan isolasi transformer pengedaran berarti bahwa bahan-bahan ini terurai di bawah pengaruh faktor lingkungan, mengurangi atau kehilangan kekuatan isolasinya.

2.3.1 Kerosakan Isolasi Kertas Padat

Isolasi padat adalah salah satu komponen utama dari isolasi transformer pengedaran yang direndam dalam minyak, termasuk kertas isolasi, papan isolasi, alas isolasi, gulungan isolasi, pita ikat isolasi, dll. Komponen utamanya adalah selulosa. Setelah kertas isolasi menua, derajat polimerisasi dan kekuatan tariknya secara bertahap berkurang, 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, mengurangi kekuatan tarik, dan bahkan mengkorosi bahan logam dalam peralatan.

2.3.2 Kerosakan Isolasi Minyak Cair

Alasan Penurunan Kualitas Minyak Transformer Pengedaran

Kontaminasi berarti bahwa air dan zat-zat asing tercampur ke dalam minyak. Zat-zat ini bukan merupakan 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 zat-zat asing dalam minyak, terutama serpihan logam tembaga, besi, dan aluminium.

Oksigen berasal dari udara di dalam transformer pengedaran. Bahkan dalam transformer pengedaran 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 transformer pengedaran mengalami oksidasi, air sebagai katalis dan panas sebagai pendorong membuat minyak transformer pengedaran menghasilkan lumpur. Dampak utamanya adalah sebagai berikut: di bawah pengaruh medan listrik, partikel lumpur besar; zat-zat asing berkonsentrasi di area dengan medan listrik terkuat, membentuk "jembatan" konduktif untuk isolasi transformer pengedaran; endapan tidak merata tetapi membentuk strip tipis, dan mungkin disusun mengikuti garis medan listrik