Dampak dari Penyelaman Jangka Panjang pada Trafo Arus Rendah yang Terisolasi dengan Epoxy
1 Pendahuluan
Trafo arus tegangan rendah untuk pengukuran, dengan struktur resin epoxy tipe inti melalui, banyak digunakan di area trafo distribusi dan untuk konsumsi listrik industri dan komersial berukuran kecil hingga menengah. Sebagai perluasan jangkauan untuk pengukuran energi listrik, kinerjanya secara langsung berkaitan dengan keamanan konsumsi listrik dan akurasi perhitungan transaksi pengguna. Studi tentang dampak perendaman jangka panjang pada trafo-trafo ini memiliki signifikansi praktis dalam menentukan kualitas banyak trafo tegangan rendah yang terendam oleh hujan ekstrem dan banjir.
Penelitian tentang penyerapan kelembaban pada trafo telah berlangsung lama. Hasil-hasil yang ada belum mencakup kondisi perendaman jangka panjang, dan perendaman jangka panjang merusak trafo arus lebih parah daripada penyerapan kelembaban. Dalam uji tipe nasional untuk trafo arus, hanya trafo indoor yang memiliki tingkat perlindungan IP20 dan trafo outdoor adalah IP44; standar teknis industri listrik dan perusahaan jaringan belum menentukannya. Untuk menentukan apakah trafo yang terendam masih dapat digunakan, makalah ini melakukan uji simulasi perendaman, menganalisis perubahan kinerja pasca-perendaman, dan memberikan saran pengawasan kualitas untuk meningkatkan kedap air trafo.
2 Analisis Teoritis Karakteristik Perendaman Trafo
Karakteristik utama trafo arus tegangan rendah adalah karakteristik isolasi dan karakteristik pengukuran. Karakteristik isolasi terutama mencakup resistensi isolasi dan tegangan tahan frekuensi listrik, dan karakteristik pengukuran tercermin dalam kesalahan dasar. Karakteristik perendaman mengacu pada perubahan resistensi isolasi, tegangan tahan frekuensi listrik, dan kesalahan dasar trafo sebelum dan setelah perendaman dan pengeringan.
2.1 Resistensi Isolasi
Resistensi isolasi R terdiri dari resistensi volume Rv dan resistensi permukaan Rs, seperti ditunjukkan dalam rumus (1). Ketahanan volumetrik ρv dan ketahanan permukaan ρs diperlihatkan dalam rumus (2) dan (3).
Dalam rumus, EV adalah kekuatan medan listrik DC di dalam material isolasi; JV adalah densitas arus steady-state; ES adalah kekuatan medan listrik DC; α adalah densitas arus linear.
Resistensi isolasi sangat dipengaruhi oleh kelembaban. Karena konduktivitas listrik air jauh lebih tinggi daripada material isolasi resin epoxy, dan air memiliki konstanta dielektrik yang besar, yang dapat mengurangi energi ionisasi ion. Oleh karena itu, ketika material isolasi direndam dalam air, resistensi permukaan menurun dengan cepat, sementara resistensi volumetrik berubah sedikit; ketika material yang direndam dikeringkan, jika ketahanan air bahan medium biasa atau ada cacat di dalam badan tuang, resistensi permukaan pulih dengan cepat, tetapi resistensi volumetrik menurun secara signifikan dan tidak dapat dipulihkan secara efektif.
2.2 Tegangan Tahan Frekuensi Listrik
Tegangan uji untuk tegangan tahan frekuensi listrik diterapkan antara terminal sekunder, pelat bawah, dan tanah. Ketika dalam medan listrik tidak seragam, kekuatan medan breakdown media dapat dihitung secara hampir menggunakan rumus (4).
Dalam rumus, EBD adalah kekuatan medan breakdown (nilai puncak) antara dua elektroda material isolasi; UBD adalah tegangan breakdown dielektrik (nilai efektif); s adalah jarak breakdown, dan η adalah koefisien pemanfaatan medan listrik.
2.3 Kesalahan Dasar
Kesalahan dasar trafo arus termasuk kesalahan rasio dan kesalahan fase. Terlepas dari kondisi kerja, kesalahan dasar tidak boleh melebihi nilai batas kesalahan yang sesuai dengan tingkat akurasi yang ditentukan dalam standar sebelum dapat digunakan.
3 Kondisi Uji
3.1 Pemilihan Sampel Uji
Pilih secara acak trafo arus tegangan rendah dengan isolasi resin epoxy yang akan diuji, dan lakukan dua kelompok uji secara berturut-turut. Pengelompokan uji dan parameter sampel uji ditunjukkan dalam Tabel 1.
3.2 Peralatan Uji
Peralatan dan parameter yang digunakan dalam uji ditunjukkan dalam Tabel 2.
3.3 Uji Perendaman
Berdasarkan regulasi IPX8 dalam GB/T 4208 - 2017 "Derajat Perlindungan yang Diberikan oleh Enklosur (Kode IP)", uji dilakukan dengan air bersih. Untuk enklosur dengan tinggi kurang dari 850 mm, titik terendah harus 1000 mm di bawah permukaan air. Sebelum uji, pertama-tama ukur resistensi isolasi, tegangan tahan frekuensi listrik, dan kesalahan dasar sampel uji, dan kemudian lakukan uji perendaman.
Dalam kelompok uji pertama, 3 sampel uji dari produsen yang sama ditempatkan ke dalam peralatan uji selam. Air keran disuntikkan, dengan ketinggian permukaan cairan 1000 mm dan suhu air 15 °C. Setelah direndam selama 5 hari, mereka diambil. Tetesan air di atasnya dibersihkan dengan kain kering, dan dibiarkan berdiri selama 15 menit. Setelah kering, uji dilakukan. Selanjutnya, uji dilakukan setiap hari selama 10 hari. Akhirnya, mereka diletakkan di udara ruangan selama 5 hari, dan uji dilakukan lagi setelah pengeringan udara. Untuk kelompok uji kedua, ukuran sampel ditingkatkan. Sampel uji dari 5 produsen yang dipilih secara acak langsung direndam dalam air selama 10 hari, kemudian diletakkan di udara selama 5 hari, dan diuji lagi setelah pengeringan udara.
3.4 Data Uji
3.4.1 Resistensi Isolasi
Resistensi isolasi diukur menggunakan rentang tegangan DC 500V. Nilai resistensi isolasi (sebagian) dari dua kelompok uji ditunjukkan dalam Tabel 3 dan Tabel 4.
Sampel uji #3 memiliki laju perubahan resistensi isolasi terbesar. Setelah direndam dalam air selama 10 hari, resistensi isolasi adalah 43.3 MΩ. Setelah diletakkan di udara selama 5 hari, resistensi isolasi adalah 46.0 MΩ, dan laju perubahannya mencapai -99%. Setelah uji perendaman dan pengeringan, resistensi isolasi dari 7 sampel uji sisanya semua pulih ke orde magnitudo resistensi isolasi dalam keadaan kering awal.
3.4.2 Tegangan Tahan Frekuensi Listrik
Ada total 8 sampel uji dalam dua kelompok uji sebelum dan setelah. Di antaranya, 7 lulus uji tegangan tahan frekuensi listrik. Hanya sampel uji #3 yang mengalami kesulitan dalam peningkatan tegangan, dan suara discharge yang sangat jelas dapat didengar. Setelah uji, jejak air yang jelas ditemukan di dalam sambungan antara pelat bawah dan resin epoxy sampel uji #3. Ada celah yang jelas di antarmuka tuang resin pelat bawah sampel uji ini. Pelat bawah sampel uji setelah uji ditunjukkan dalam Gambar 1. Dalam lingkungan lembab dengan perendaman air, kelembaban eksternal masuk ke dalam tubuh utama melalui celah dan tidak dapat dikeluarkan, mengakibatkan penurunan tingkat isolasi.
3.4.3 Kesalahan Dasar
Uji kesalahan dilakukan pada 8 sampel uji baik sebelum maupun setelah perendaman. Mengambil sampel uji #3 sebagai contoh, data uji kesalahan ditunjukkan dalam Tabel 5.
4 Analisis Uji
Trafo arus tegangan rendah terutama terdiri dari material isolasi, inti besi, dan gulungan. Mereka menggunakan proses pengecoran: resin epoxy, bubuk silikon, agen pengeras, pengatur, dan agen penyembuh dicampur dalam proporsi tertentu, diaduk rata, dan disuntikkan ke dalam cetakan dalam kondisi tertentu untuk pengerasan.
4.1 Resistensi Isolasi
Gambar 2 adalah histogram distribusi data resistensi isolasi trafo arus dalam kelompok uji yang berbeda. Sebagian besar trafo yang diuji menunjukkan perubahan resistensi isolasi yang konsisten setelah perendaman dan pengeringan: penurunan signifikan awal selama perendaman, kemudian kenaikan kembali ke orde magnitudo kering awal setelah pengeringan. Hanya sampel uji #3 yang memiliki laju perubahan resistensi isolasi -99% setelah pengeringan, mendekati nilai kritis kualifikasi 30 MΩ.
Untuk sampel Kelompok Uji 2, perubahan resistensi isolasi bervariasi setelah perendaman. #01, #03, #04, #05 turun ke nilai kritis; #02 hampir tidak berubah. Setelah pengeringan 5 hari, sebagian besar kembali ke tingkat resistensi asli, menunjukkan #02 memiliki kualitas pengecoran isolasi yang sangat baik tanpa penetrasi air setelah perendaman jangka panjang.
Suhu (diabaikan di sini) dan kelembaban mempengaruhi resistensi isolasi. Perubahan kelembaban sangat besar sebelum dan setelah uji. Secara normal, resistensi permukaan menurun sementara resistensi volumetrik tetap. Namun, jika material isolasi memiliki ketahanan air rendah atau cacat pengecoran, media isolasi utama menyerap air. Bahkan setelah pengeringan, air internal sulit menguap. Resistensi permukaan pulih, tetapi resistensi volumetrik anjlok dan tidak dapat dipulihkan, menurunkan resistensi isolasi secara keseluruhan.
4.2 Tegangan Tahan Frekuensi Listrik
Trafo arus tegangan rendah dengan isolasi resin epoxy memiliki margin isolasi yang besar. Secara normal, kelembaban permukaan tidak menyebabkan discharge permukaan, dan mereka lulus uji tegangan tahan frekuensi listrik setelah perendaman dan pengeringan.
Namun, pori-pori mikro dalam media isolasi memungkinkan molekul air masuk setelah perendaman, membentuk pori-pori mikro berisi air dan mengubah dielektrik padat menjadi komposit padat-cair. Air dalam pori-pori mikro dipolarisasi dan berdeformasi di bawah medan listrik, berubah dari bentuk bola menjadi elips, menghubungkan saluran dan mengurangi kekuatan medan breakdown. Lebih banyak air dan saluran yang lebih padat dengan perendaman yang lebih lama meningkatkan risiko breakdown. Celah udara dalam pengecoran juga memungkinkan air masuk. Faktor-faktor ini menyebabkan suara discharge selama uji tegangan, seperti yang terlihat pada sampel uji #3.
4.3 Kesalahan Dasar
Kesalahan trafo hanya bergantung pada sifat magnetik inti dan parameter gulungan. Sebelum dan setelah perendaman, sifat eksitasi inti dan impedansi gulungan tetap tidak berubah, dan data uji menunjukkan variasi kesalahan dasar yang minimal.
Uji perendaman juga mengungkap:
5 Saran Pengawasan Kualitas
Untuk menghindari kegagalan isolasi yang parah setelah perendaman di tengah cuaca ekstrem yang sering, saran termasuk:
6 Kesimpulan
Studi ini menangani penilaian kualitas trafo arus tegangan rendah dengan isolasi resin epoxy setelah perendaman hujan lebat. Temuan utama:
Hasil ini membimbing perusahaan listrik dan produsen dalam menilai/menggunakan kembali trafo yang terendam lama.
