Pengujian Kinerja Termal dan Mekanis dari Trafo Distribusi: Menjamin Keandalan dan Umur Panjang

Pendahuluan

Dalam lanskap yang kompleks dari distribusi daya, transformator distribusi memainkan peran penting. Transformator-transformator ini bertugas menurunkan tegangan dari tingkat distribusi primer ke tegangan utilitas yang sesuai untuk pengguna akhir. Fungsi yang tepat sangat penting untuk mempertahankan jaringan listrik yang stabil dan efisien. Artikel ini membahas dua aspek penting penilaian transformator distribusi: pengujian kinerja termal dan pengujian kinerja mekanik, sambil juga menjelajahi cara mencegah gangguan layanan dan mengelola variasi tegangan.

Pengujian Kinerja Termal Transformator Distribusi

Kepentingan Inspeksi Termal

Transformator distribusi menghasilkan panas selama operasi. Panas terutama dihasilkan karena kerugian gulungan dan histeresis inti dalam transformator-transformator tersebut. Akumulasi panas yang tidak terkendali dalam transformator dapat menyebabkan degradasi isolasi, mempercepat proses penuaan transformator, dan menimbulkan risiko kegagalan kritis yang signifikan. Oleh karena itu, inspeksi termal reguler pada transformator sangat penting. Inspeksi-inspeksi ini, yang mencakup pemantauan suhu dan deteksi titik panas pada transformator, berfungsi sebagai sistem peringatan dini. Dengan mengidentifikasi anomali termal pada transformator dengan cepat, teknisi dapat mencegah kerusakan dan memastikan pengiriman daya tanpa gangguan melalui jaringan distribusi.

Komponen Pengujian Termal Utama untuk Transformator

Beberapa tes merupakan dasar dari inspeksi kinerja termal untuk transformator distribusi:

• Tes Kenaikan Suhu: Sebuah pemeriksaan fundamental untuk transformator, tes ini mengukur kenaikan suhu pada gulungan dan minyak transformator di bawah beban nominal. Penyimpangan dari standar yang ditetapkan pada transformator menandakan potensi masalah seperti pendinginan yang tidak efisien atau masalah resistansi internal. Temuan-temuan ini mendorong inspeksi lebih dekat pada komponen-komponen seperti kipas pendingin, sirip, atau level cairan pendingin pada transformator.

• Inspeksi Pemetaan Termal: Kamera inframerah digunakan dalam teknik inspeksi non-invasif ini untuk transformator. Mereka memetakan suhu permukaan transformator, menyoroti titik-titik panas tersembunyi, yang bisa disebabkan oleh koneksi longgar atau saluran yang tersumbat dalam transformator. Ini memungkinkan perbaikan yang ditargetkan pada transformator sebelum terjadi kerusakan isolasi.

• Analisis Suhu Minyak: Pengambilan sampel dan pengujian viskositas dan konten asam minyak transformator memberikan wawasan tentang tingkat stres termal yang dialami oleh transformator. Tingginya asam dalam minyak transformator menunjukkan pemanasan berlebihan, memicu inspeksi sumber panas dan mekanisme pendinginan dalam transformator.

Protokol dan Standar Inspeksi untuk Transformator

Standar seperti IEEE C57.12.90 dan IEC 60076 mensyaratkan inspeksi termal sistematis pada transformator. Selama pengujian, teknisi mensimulasikan kondisi beban penuh pada transformator sambil memantau ketat gradien suhu. Misalnya, inspeksi kenaikan suhu pada transformator memerlukan stabilisasi transformator selama beberapa jam sebelum merekam pembacaan. Dokumentasi rinci setiap inspeksi transformator, termasuk kondisi lingkungan, durasi pengujian, dan profil termal, memfasilitasi analisis tren transformator seiring waktu.

Frekuensi dan Strategi Adaptif untuk Inspeksi Transformator

Frekuensi inspeksi termal untuk transformator tergantung pada berbagai faktor seperti variabilitas beban dan kondisi lingkungan. Transformator distribusi di area perkotaan dengan beban fluktuatif mungkin memerlukan inspeksi bulanan, sementara yang di area pedesaan mungkin cukup dengan pemeriksaan triwulanan. Di iklim panas, interval antara inspeksi termal transformator dipersingkat untuk mengimbangi efek stres panas. Sistem pemantauan canggih sekarang memungkinkan inspeksi termal berkelanjutan pada transformator melalui sensor tertanam, yang mentransmisikan data real-time dari transformator ke pusat kendali.

Mengatasi Tantangan Inspeksi pada Transformator

Inspeksi termal pada transformator menghadapi tantangan tertentu. Notably, false positives dapat terjadi karena lonjakan beban sementara pada transformator. Untuk mengurangi hal ini, teknisi mengorelasikan data termal dengan parameter listrik, seperti arus beban pada transformator. Selain itu, mengakses komponen yang sulit dijangkau, seperti gulungan internal pada transformator, membutuhkan keahlian khusus. Beberapa inspeksi pada transformator memerlukan pengurasan minyak, yang memerlukan penegakan protokol keselamatan yang ketat. Kalibrasi rutin sensor termal pada transformator memastikan hasil inspeksi yang akurat.

Integrasi Inspeksi Termal dengan Pemeliharaan Transformator

Inspeksi termal pada transformator berfungsi sebagai jembatan antara pengumpulan data dan tindakan pemeliharaan. Laporan inspeksi komprehensif transformator, yang menandai titik panas, ketidakefisienan pendinginan, atau degradasi minyak, mengarahkan intervensi segera. Misalnya, jika inspeksi pemetaan termal mengungkapkan sirip pendingin yang tersumbat pada transformator, pembersihan atau penggantian menjadi prioritas. Dengan mengintegrasikan inspeksi termal ke dalam jadwal pemeliharaan preventif transformator, operator dapat memperpanjang umur transformator dan mengurangi kerentanan jaringan.

Pengujian Kinerja Mekanik Transformator Distribusi

Kepentingan Inspeksi Mekanik untuk Transformator

Transformator distribusi terpapar tekanan mekanik sepanjang siklus hidupnya. Kegagalan listrik dapat menghasilkan gaya elektromagnetik yang intens yang mungkin mendistorsi gulungan transformator. Selain itu, aktivitas seismik atau penanganan kasar selama transportasi dapat merusak komponen internal transformator. Inspeksi mekanik reguler, mulai dari pemeriksaan visual hingga pengujian dinamis transformator, sangat penting untuk mendeteksi cacat tersembunyi. Dengan mengidentifikasi kelemahan mekanik secara dini, operator dapat melindungi terhadap kerusakan tiba-tiba yang dapat mengganggu pasokan listrik dan membahayakan infrastruktur secara keseluruhan yang bergantung pada transformator-transformator tersebut.

Komponen Pengujian Mekanik Inti untuk Transformator

Beberapa tes merupakan bagian integral dari inspeksi kinerja mekanik transformator distribusi:

• Tes Impuls Arus Pendek: Inspeksi ini mensimulasikan kondisi gagal untuk menilai kemampuan transformator untuk menahan gaya elektromagnetik. Penyimpangan impedansi atau pergeseran gulungan pada transformator menandakan stres mekanik, mendorong inspeksi struktur klem dan rangka pendukung dalam transformator.

• Inspeksi Analisis Getaran: Sensor digunakan untuk memantau getaran selama operasi transformator. Frekuensi abnormal yang terdeteksi pada transformator menunjukkan masalah seperti bagian yang longgar, inti yang tidak sejajar, atau kipas pendingin yang rusak. Metode inspeksi non-invasif ini membantu teknisi mengidentifikasi dan memperbaiki masalah mekanik pada transformator sebelum masalah tersebut memburuk.

• Tes Dampak Mekanik: Diterapkan selama proses manufaktur atau setelah transportasi transformator, tes ini mengevaluasi ketahanan transformator terhadap guncangan. Tes jatuh atau simulasi seismik mengungkapkan kerentanan pada komponen seperti tangki, bushing, atau koneksi terminal, memicu inspeksi pada sambungan kritis.

Protokol dan Standar Inspeksi untuk Transformator

Standar seperti IEEE C57.12.90 dan IEC 61378 mensyaratkan inspeksi mekanik yang ketat pada transformator. Selama pengujian, teknisi mengikuti prosedur yang tepat. Misalnya, tes arus pendek pada transformator memerlukan injeksi arus yang dikontrol sambil memantau respon mekanik transformator dengan ketat. Dokumentasi rinci setiap inspeksi transformator, termasuk parameter pengujian, deformasi yang diamati, dan rekomendasi perbaikan, membangun catatan historis untuk analisis masa depan transformator.

Frekuensi dan Adaptasi Kontekstual untuk Inspeksi Transformator

Frekuensi inspeksi mekanik untuk transformator bervariasi berdasarkan skenario penggunaan. Transformator distribusi di wilayah rawan gempa mungkin menjalani inspeksi getaran triwulanan, sementara yang di lingkungan stabil mungkin cukup dengan pemeriksaan tahunan. Transformator baru yang dipasang sering kali menerima inspeksi segera setelah transportasi untuk memverifikasi integritasnya. Sistem pemantauan canggih sekarang memungkinkan inspeksi mekanik berkelanjutan pada transformator melalui strain gauge dan accelerometer tertanam.

Mengatasi Tantangan Inspeksi pada Transformator

Inspeksi mekanik pada transformator memiliki kompleksitasnya sendiri. Mendeteksi kerusakan internal tanpa membongkar transformator adalah hambatan yang signifikan. Beberapa inspeksi, seperti uji ultrasonik untuk retak tersembunyi pada transformator, membutuhkan keahlian khusus. Selain itu, membedakan aus normal dari degradasi abnormal pada transformator membutuhkan pengalaman. Untuk mengatasi tantangan ini, teknisi menggabungkan berbagai metode inspeksi, seperti analisis getaran dengan inspeksi visual, dan memanfaatkan data historis untuk penilaian perbandingan transformator.

Integrasi Inspeksi Mekanik dengan Pemeliharaan Transformator

Inspeksi mekanik pada transformator berfungsi sebagai tautan penting antara diagnosis dan tindakan. Laporan inspeksi komprehensif transformator, yang menandai masalah seperti mur yang longgar, gulungan yang berubah bentuk, atau dukungan yang rusak, menentukan perbaikan mendesak atau penggantian komponen. Misalnya, jika inspeksi getaran mengungkapkan inti yang tidak sejajar pada transformator, realineasi dan pengencangan kembali menjadi prioritas utama. Dengan mengintegrasikan inspeksi mekanik ke dalam jadwal pemeliharaan preventif transformator, operator dapat memperpanjang umur transformator dan memperkuat ketahanan jaringan.

Mencegah Gangguan Layanan pada Transformator Distribusi

Bagaimana Transformator, Sekunder, dan Sirkuit Pengaman Bekerja

Transformator distribusi menurunkan tegangan dari tegangan distribusi atau feeder primer ke tegangan utilitas. Mereka terhubung ke feeder primer, sub-feeder, dan lateral melalui pengaman primer atau cutout fused. Pengaman primer memutuskan hubungan transformator distribusi yang terkait dengan feeder primer saat terjadi kegagalan transformator atau kegagalan sirkuit sekunder rendah impedansi. Cutout fused, yang biasanya tertutup, memberikan cara yang nyaman untuk memutuskan transformator distribusi kecil untuk inspeksi dan pemeliharaan.

Perlindungan overload yang memuaskan bagi transformator distribusi tidak dapat dicapai hanya dengan pengaman primer. Hal ini disebabkan oleh perbedaan bentuk kurva arus-waktu dan kurva aman arus-waktu transformator distribusi. Jika pengaman yang cukup kecil digunakan untuk memberikan perlindungan overload lengkap bagi transformator, banyak kapasitas overload berharga transformator akan hilang karena pengaman meledak terlalu dini. Pengaman yang kecil juga sering meledak tidak perlu pada arus surge. Oleh karena itu, pengaman primer harus dipilih berdasarkan penyediaan perlindungan arus pendek saja, dengan arus meledak minimum biasanya melebihi 200% dari arus beban penuh transformator yang terkait.

Transformator distribusi yang terhubung ke feeder kabel udara terbuka sering mengalami gangguan petir yang parah. Untuk meminimalkan kerusakan isolasi dan kegagalan transformator akibat petir, pengaman petir umumnya digunakan dengan transformator-transformator tersebut.

Kabel sekunder transformator distribusi biasanya terhubung solid ke sirkuit sekunder radial, dari mana layanan konsumen diambil. Ini berarti bahwa transformator kekurangan perlindungan terhadap overload dan kegagalan high-impedance pada sirkuit sekundernya. Relatif sedikit transformator distribusi yang terbakar akibat overload, terutama karena mereka sering tidak sepenuhnya dimanfaatkan hingga kapasitas overload mereka. Faktor lain yang berkontribusi pada jumlah kegagalan terkait overload yang rendah adalah pengecekan beban yang sering dan tindakan korektif yang diambil sebelum overload berbahaya terjadi. Namun, kegagalan high-impedance pada sirkuit sekunder mereka mungkin menyebabkan lebih banyak kegagalan transformator distribusi daripada overload, terutama di daerah dengan kondisi pohon yang buruk.

Pengaman di kabel sekunder transformator distribusi sedikit lebih efektif dalam mencegah kebakaran transformator daripada pengaman primer, karena alasan yang sama. Cara yang tepat untuk mendapatkan perlindungan yang memuaskan bagi transformator distribusi terhadap overload dan kegagalan high-impedance adalah dengan memasang circuit breaker di kabel sekunder transformator. Kurva trip circuit breaker ini harus dikoordinasikan dengan benar dengan kurva aman arus-waktu transformator. Pengaman primer juga harus dikoordinasikan dengan circuit breaker sekunder sehingga circuit breaker trip pada arus apa pun yang dapat melewati sebelum pengaman rusak.

Kegagalan pada koneksi layanan konsumen dari sirkuit sekunder ke saklar layanan sangat jarang. Oleh karena itu, penggunaan pengaman sekunder di titik di mana koneksi layanan mengetuk ke sirkuit sekunder tidak ekonomis, kecuali dalam kasus yang tidak biasa seperti layanan besar dari sekunder bawah tanah.

Pertimbangan Variasi Tegangan

Dengan asumsi variasi tegangan maksimum sekitar 10% di saklar layanan konsumen, pembagian penurunan ini di antara berbagai bagian sistem, pada beban penuh, mungkin kira-kira sebagai berikut:

• Variasi tegangan 2% di feeder primer antara transformator pertama dan terakhir

• Variasi tegangan 2,5% di transformator distribusi

• Variasi tegangan 3% di sirkuit sekunder

• Variasi tegangan 0,5% di koneksi layanan konsumen

Faktanya bahwa tegangan di primer transformator pertama tidak dapat dipertahankan secara tepat mengakibatkan 2% lainnya.

Angka-angka ini merupakan contoh untuk sistem overhead yang menyediakan beban residensial. Namun, mereka dapat diharapkan berbeda secara signifikan dalam sistem bawah tanah di mana sirkuit kabel dan transformator distribusi besar digunakan, atau ketika menyediakan beban industri dan komersial.

Ukuran ekonomis transformator distribusi dan kombinasi sirkuit sekunder untuk setiap densitas beban seragam dan jenis konstruksi, pada harga pasar tertentu, dapat dengan mudah ditentukan setelah total penurunan tegangan yang diizinkan di kedua bagian sistem tersebut ditetapkan. Jika transformator terlalu besar, biaya sirkuit sekunder dan biaya total akan berlebihan. Sebaliknya, jika transformator terlalu kecil, biaya transformator dan biaya total akan terlalu tinggi.

Menangani Perubahan Beban pada Transformator

Seperti di bagian lain sistem distribusi, perubahan beban atau pertumbuhan beban harus dipertimbangkan dan direncanakan untuk transformator distribusi dan sirkuit sekunder. Transformator distribusi dan sirkuit sekunder tidak hanya dipasang untuk melayani beban yang ada pada saat pemasangan, tetapi juga untuk menampung beberapa beban di masa depan. Namun, tidak ekonomis untuk memberikan toleransi berlebihan untuk pertumbuhan.

Ketika transformator distribusi menjadi sangat overload, ia dapat diganti dengan ukuran yang lebih besar jika kapasitas penghantar arus sirkuit sekunder dan regulasi tegangan keseluruhan memungkinkan. Jika tidak, transformator lain dengan ukuran yang hampir sama dapat dipasang antara transformator yang overload dan yang bersebelahan. Ini melibatkan penghapusan beban dari transformator yang overload dengan menghubungkan sebagian sirkuit sekunder dan beban terkaitnya ke transformator baru. Ini juga mengurangi beban pada sirkuit sekunder transformator yang overload dan meningkatkan regulasi tegangan keseluruhan. Di area dengan beban yang relatif seragam, transformator mungkin perlu dipasang di kedua sisi transformator yang overload dengan cepat untuk mempertahankan kondisi tegangan yang memuaskan dan mencegah overload pada sebagian sirkuit sekunder. Hasil yang sama juga dapat dicapai dengan memasang satu transformator baru dan memindahkan transformator yang overload sehingga ia mengalir ke pusat sirkuit sekunder yang dipendekkan.

Banking Transformator untuk Peningkatan Layanan

Dengan transformator distribusi dan sirkuit sekunder disusun seperti dalam konfigurasi radial tipikal, setiap beban disuplai melalui hanya satu transformator dan hanya dalam satu arah melalui sirkuit sekunder. Karena ini, beban yang tiba-tiba diterapkan, seperti saat memulai motor, pada layanan konsumen dapat menyebabkan kedipan cahaya yang tidak menyenangkan pada layanan konsumen lain yang diberi makan dari transformator yang sama. Peningkatan penggunaan peralatan yang didorong motor di area perumahan menghasilkan keluhan kedipan cahaya yang signifikan. Di beberapa daerah, kedipan cahaya, bukan regulasi tegangan, mungkin menjadi faktor penentu dalam ukuran dan susunan transformator dan sirkuit sekunder.

Banking transformator distribusi biasanya merupakan cara terbaik dan paling ekonomis untuk meningkatkan atau menghilangkan kedipan cahaya. Banking transformator berarti paralel pada sisi sekunder beberapa transformator yang semua terhubung ke sirkuit primer yang sama. Susunan sirkuit sekunder dalam layout transformator bank dapat mengambil berbagai bentuk, seperti loop atau grid seperti yang digunakan dalam sistem jaringan sekunder. Namun, transformator yang dibank, yang terhubung ke dan disuplai melalui satu feeder primer radial, merupakan bentuk sistem distribusi radial, berbeda dengan loop atau grid jaringan sekunder yang disuplai melalui dua atau lebih feeder primer dan menawarkan keandalan layanan yang jauh lebih besar.

Konversi dari susunan sirkuit sekunder radial biasa ke susunan transformator banking biasanya dapat dilakukan dengan sederhana dan murah dengan menutup celah antara sirkuit sekunder radial beberapa transformator yang terkait dengan feeder primer yang sama dan memasang pengaman primer dan sekunder yang tepat.

Perlindungan dalam Banking Transformator

Dua bentuk perlindungan utama telah digunakan saat banking transformator distribusi. Susunan pertama, yang mungkin merupakan yang tertua dan paling umum, melibatkan menghubungkan transformator distribusi ke feeder primer melalui pengaman primer atau cutout fused. Pengaman ini harus meledak hanya pada kegagalan di transformator terkaitnya. Semua transformator terhubung ke sirkuit sekunder umum melalui pengaman sekunder, tujuannya adalah untuk memutuskan transformator yang bermasalah dari sirkuit sekunder. Ukuran pengaman sekunder harus sedemikian rupa sehingga meledak pada kegagalan primer antara transformator dan pengaman primer terkait. Kegagalan pada sirkuit sekunder biasanya diharapkan membakar diri mereka sendiri. Untuk mencegah peledakan pengaman sekunder yang sering pada kegagalan sirkuit sekunder, pengaman ini harus memiliki waktu peledak yang relatif lama pada semua arus kegagalan, tetapi tidak terlalu lama sehingga gagal memberikan beberapa perlindungan terhadap transformator terhadap kegagalan sekunder yang tidak cepat membersihkan.

Menggunakan circuit breaker sekunder dengan karakteristik arus-waktu yang tepat lebih disukai daripada pengaman sekunder saat banking transformator karena menawarkan perlindungan yang lebih besar terhadap transformator terhadap overload dan kegagalan high-impedance. Pengaman atau circuit breaker sekunder harus terbuka dalam waktu yang lebih singkat daripada pengaman primer pada arus apa pun untuk mencegah peledakan pengaman primer pada kegagalan sekunder.

Kegagalan transformator dihapus oleh pengaman primer dan sekunder transformator tanpa mengganggu layanan. Sebagian besar kegagalan sekunder membersihkan dengan cepat, tetapi ketika kegagalan sekunder berlanjut, beberapa atau semua pengaman sekunder mungkin meledak dan beberapa transformator mungkin terbakar. Pengalaman menunjukkan bahwa dengan studi yang cermat tentang arus kegagalan yang diharapkan dan pemilihan pengaman primer dan sekunder yang tepat, metode banking ini beroperasi dengan minimal masalah. Namun, sesekali kegagalan sirkuit sekunder menyebabkan beberapa pengaman sekunder meledak dan beberapa transformator terbakar, menghasilkan gangguan layanan yang lebih besar daripada dengan sirkuit sekunder radial.

Susunan banking transformator kedua lebih disukai karena tidak ada bahaya gangguan layanan lengkap ke area yang dibanking karena kegagalan sekunder. Dalam susunan ini, transformator distribusi terhubung ke feeder primer melalui pengaman primer untuk alasan yang sama seperti dalam susunan pertama. Transformator terhubung solid ke sirkuit sekunder, yang disectionalize antara transformator oleh pengaman sekunder. Pengaman ini dipilih untuk meledak lebih cepat daripada pengaman primer apa pun untuk kegagalan sirkuit sekunder apa pun. Ketika transformator gagal, ia dihapus dari sistem oleh pengaman primer dan pengaman sekunder di kedua sisinya. Dengan demikian, kegagalan transformator mengakibatkan gangguan layanan hanya untuk konsumen yang terkait dengan transformator yang bermasalah. Kegagalan sirkuit sekunder biasanya membersihkan, tetapi jika berlanjut, ia dihapus oleh pengaman sekunder di samping bagian yang bermasalah dan pengaman primer transformator terkait. Pengaman sekunder biasanya dipilih untuk beroperasi bahkan pada kegagalan high-impedance, sementara pengaman primer tidak, karena alasan yang dibahas sebelumnya mengenai sirkuit sekunder radial. Ini memastikan bahwa bahkan dengan kegagalan high-impedance yang berlanjut, pengaman sekunder di samping meledak dan mencegah gangguan layanan pada bagian sekunder yang tidak terpengaruh, meskipun transformator terkait mungkin terbakar. Untuk mencegah hal ini, circuit breaker sekunder dengan kurva arus-waktu yang dikoordinasikan dengan kurva aman arus-waktu transformator dapat digunakan di kabel sekunder transformator. Ketika circuit breaker semacam itu digunakan, pengaman sekunder harus dipilih sehingga waktu peledaknya untuk semua arus kegagalan kurang dari waktu trip circuit breaker.

Secara normal, kedua susunan banking berfungsi serupa. Mereka mengurangi atau menghilangkan kedipan cahaya dan meningkatkan regulasi tegangan atau memungkinkan pengurangan jumlah kapasitas transformator yang dibandingkan dengan sirkuit sekunder radial. Peningkatan ini disebabkan oleh menghubungkan beberapa sirkuit sekunder radial dan memanfaatkan keberagaman di antara berbagai kelompok konsumen. Peningkatan signifikan dalam penggunaan transformator yang dibanking dapat diharapkan di masa depan, karena keuntungan-keuntungan ini sering dapat dicapai tanpa biaya tambahan atau dengan hemat dibandingkan dengan susunan sirkuit sekunder radial biasa.

Kesimpulannya, baik pengujian kinerja termal maupun mekanik transformator distribusi sangat penting untuk mempertahankan keandalan dan usia pakai komponen-komponen penting ini dalam sistem distribusi daya. Dengan memahami karakteristik operasional mereka, menerapkan langkah-langkah inspeksi dan perlindungan yang tepat, serta menangani masalah seperti variasi tegangan dan pertumbuhan beban, kita dapat memastikan pasokan daya yang stabil dan efisien bagi konsumen.