Analisis Metode Diagnostik untuk Kegagalan Grounding Inti pada Trafo Distribusi 35 kV

Transformator Distribusi 35 kV: Analisis dan Metode Diagnostik Kegagalan Penyambungan Inti

Transformator distribusi 35 kV adalah peralatan kritis yang umum dalam sistem tenaga listrik, membawa tugas penting transmisi energi listrik. Namun, selama operasi jangka panjang, kegagalan penyambungan inti telah menjadi masalah utama yang mempengaruhi operasi stabil transformator. Kegagalan penyambungan inti tidak hanya mempengaruhi efisiensi energi transformator dan meningkatkan biaya pemeliharaan sistem, tetapi juga dapat memicu kegagalan listrik yang lebih serius.

Seiring penuaan peralatan listrik, frekuensi kegagalan penyambungan inti secara bertahap meningkat, memerlukan peningkatan diagnosis dan penanganan kesalahan dalam operasi dan pemeliharaan peralatan listrik. Meskipun metode diagnostik tertentu saat ini ada, masih ada hambatan teknis seperti efisiensi deteksi rendah dan sulitnya menemukan lokasi kesalahan. Diperlukan upaya mendesak untuk mengeksplorasi dan menerapkan teknologi diagnosis kesalahan yang lebih presisi dan sensitif untuk meningkatkan keandalan operasional peralatan dan memastikan stabilitas dan keamanan sistem tenaga listrik.

1 Analisis Penyebab dan Karakteristik Kegagalan Penyambungan Inti pada Transformator Distribusi 35 kV

1.1 Penyebab Umum Kegagalan Penyambungan Inti

Pada transformator distribusi 35 kV, bahan isolasi biasanya digunakan antara lapisan inti untuk isolasi. Namun, selama operasi jangka panjang, medan listrik internal dan suhu menyebabkan penuaan bertahap bahan isolasi, terutama di lingkungan tegangan tinggi dan suhu tinggi di mana kinerja isolasi berkurang dengan cepat. Seiring berjalannya penuaan, resistansi isolasi menurun, dan kegagalan isolasi di area tertentu dapat membentuk kesalahan penyambungan multi-titik.

Transformator tidak bisa menghindari getaran mekanis selama operasi jangka panjang. Terutama dalam kondisi fluktuasi beban yang signifikan, getaran dapat menyebabkan pergeseran relatif inti dan komponen pengunci inti. Pengunci inti yang longgar atau bahan isolasi yang rusak dapat memicu kesalahan penyambungan. Cacat pembuatan inti transformator juga merupakan penyebab penting dari kegagalan penyambungan inti. Selama proses manufaktur, jika lembaran besi silikon memiliki tepi kasar, pelapisan isolasi tidak rata, atau ketepatan pengolahan inti kurang, kerusakan isolasi lokal dapat terjadi. Cacat semacam itu sering terkonsentrasi pada bagian penyambungan transformator. Ketika distribusi medan listrik di inti tidak merata, dapat terjadi pelepasan sebagian.

1.2 Karakteristik Listrik dan Bahaya Kesalahan

Karakteristik listrik paling langsung dari kegagalan penyambungan inti adalah peningkatan arus penyambungan. Setelah terjadi kesalahan penyambungan, arus penyambungan biasanya menunjukkan fluktuasi arus dengan komponen harmonisa, terutama di wilayah frekuensi tinggi di atas 50 Hz. Saat terjadi kesalahan, bentuk gelombang arus penyambungan sering kali tampak non-sinusoidal, dengan amplitudo komponen harmonisa yang lebih besar.

Karakteristik lain yang tipikal dari kegagalan penyambungan inti adalah pelepasan sebagian. Setelah kegagalan bahan isolasi, medan listrik terkonsentrasi di area yang rusak, menyebabkan pelepasan corona dan fenomena pelepasan sebagian. Pelepasan sebagian biasanya menghasilkan pulsa arus frekuensi tinggi dengan rentang frekuensi umumnya antara 3-30 MHz. Sinyal arus dalam band frekuensi ini dapat ditangkap dan dianalisis menggunakan transformator arus frekuensi tinggi (HFCT) khusus.

Karakteristik listrik lain yang dipicu oleh kegagalan penyambungan inti adalah efek kenaikan suhu. Karena kerugian eddy current di titik kesalahan, suhu lokal meningkat. Efek kenaikan suhu ini tidak hanya merusak bahan isolasi secara langsung tetapi juga dapat menyebabkan panas berlebih di area sebagian inti.

1.3 Dampak Kesalahan pada Operasi Transformator

Kegagalan penyambungan inti menyebabkan peningkatan arus penyambungan, yang pada gilirannya menyebabkan kerugian tambahan di inti transformator. Kerugian inti terutama terdiri dari kerugian eddy current dan kerugian histeresis. Saat terjadi kesalahan penyambungan, distribusi fluks magnetik yang tidak merata di dalam transformator secara signifikan meningkatkan kerugian eddy current di beberapa area. Ini tidak hanya mengurangi efisiensi energi transformator tetapi juga dapat secara signifikan meningkatkan biaya operasional. Peningkatan kerugian inti memperparah panas berlebih transformator, lebih lanjut mempengaruhi operasi stabil jangka panjang.

Pelepasan sebagian dan efek kenaikan suhu yang disebabkan oleh kegagalan penyambungan inti mempercepat penuaan bahan isolasi internal transformator. Selama penuaan isolasi, resistansi lapisan isolasi secara bertahap menurun, dan kemampuan isolasi listrik secara bertahap gagal. Ketika isolasi sepenuhnya gagal, dapat memicu sirkuit pendek lokal atau kecelakaan sirkuit pendek lengkap yang lebih serius.

Kegagalan penyambungan inti tidak hanya menyebabkan penurunan kinerja listrik tetapi juga mempengaruhi komposisi kimia minyak transformator. Ketika inti tersambung, pelepasan sebagian dan panas berlebih menyebabkan suhu minyak internal naik, menyebabkan perubahan komponen gas terlarut dalam minyak, terutama peningkatan abnormal konten metana (CH4) dan etilena (C2H4).

2 Metode Diagnostik dan Perbandingan Teknis untuk Kegagalan Penyambungan Inti

2.1 Metode Diagnostik Tradisional

Metode resistansi DC adalah salah satu metode diagnostik tradisional untuk kegagalan penyambungan inti, yang utamanya menilai adanya kesalahan dengan mengukur resistansi isolasi antara inti dan tanah. Metode ini menerapkan tegangan DC dan mengukur rasio arus terhadap tegangan untuk menghitung resistansi isolasi. Idealnya, resistansi isolasi inti harus tetap tinggi; jika resistansi turun di bawah ambang batas tertentu, dapat menandakan adanya kesalahan penyambungan.

Namun, metode resistansi DC tidak dapat secara akurat menentukan titik-titik kerusakan. Hasil pengukurannya hanya dapat mencerminkan kinerja isolasi rata-rata dari seluruh inti dan tidak dapat menentukan area kerusakan spesifik. Metode ini juga memiliki lag tertentu, terutama ketika penuaan isolasi belum menyebabkan perubahan resistansi yang signifikan, sehingga deteksi dini kerusakan menjadi tidak efektif. Selain itu, metode resistansi DC tidak dapat memberikan informasi tentang jenis kerusakan, dan karakteristik kerusakan detail tidak dapat diekstrak secara efektif dari data pengukuran.

Analisis kromatografi minyak mendeteksi perubahan komponen gas terlarut dalam minyak transformator untuk menyimpulkan jenis kerusakan. Gas-gas terlarut ini biasanya diproduksi ketika terjadi pelepasan, panas berlebih, atau kegagalan listrik lainnya di dalam transformator. Komponen gas umum dalam minyak transformator termasuk metana (CH4), etilena (C2H4), etana (C2H6), dll. Perubahan konsentrasi gas dapat mencerminkan status operasional transformator. 

Dengan membandingkan konsentrasi gas terlarut dalam minyak dengan jenis kerusakan, dapat ditentukan secara awal apakah telah terjadi kerusakan grounding inti pada transformator. Analisis kromatografi minyak memiliki respons yang relatif lambat; setelah terjadi kerusakan, dibutuhkan waktu bagi gas terlarut untuk mengumpul, membatasi kecepatan diagnosis kerusakan. Selain itu, analisis kromatografi minyak tidak dapat memberikan lokasi kerusakan yang akurat atau karakteristik spesifik, hanya menunjukkan kerusakan melalui perubahan konsentrasi gas. Untuk kerusakan kecil atau intermiten, diagnosis menggunakan analisis kromatografi minyak mungkin tertunda dan tidak dapat merespons cepat terhadap terjadinya kerusakan.

2.2 Teknologi Deteksi Instrumen Modern

Teknologi deteksi pelepasan parsial didasarkan pada prinsip transformator arus frekuensi tinggi (HFCT), menangkap dan menganalisis sinyal pulsa pelepasan yang disebabkan oleh grounding inti untuk mendiagnosis kerusakan. Ketika terjadi kerusakan grounding inti, pelepasan parsial menghasilkan pulsa arus frekuensi tinggi pada titik kerusakan isolasi. Sinyal arus ini biasanya muncul sebagai suara bising frekuensi tinggi atau sinyal pulsa dengan rentang frekuensi umumnya antara 3-30 MHz. 

Dengan memasang sensor arus frekuensi tinggi pada garis grounding transformator, sinyal pelepasan parsial dapat ditangkap secara real-time. Teknologi ini dapat secara efisien menentukan titik-titik kerusakan parsial, memiliki sensitivitas tinggi, dan dapat mendeteksi kerusakan pada tahap awal. Deteksi pelepasan parsial dapat secara efektif mengidentifikasi kerusakan kecil yang disebabkan oleh penuaan isolasi atau kerusakan mekanis, memberikan informasi diagnosis kerusakan yang akurat. Dengan menganalisis sinyal pelepasan parsial, tingkat keparahan dan tren perkembangan kerusakan dapat dinilai, memungkinkan tindakan pemeliharaan atau pencegahan yang sesuai.

Teknologi pencitraan termal inframerah mendeteksi area peningkatan suhu lokal pada inti menggunakan kamera termal inframerah untuk menentukan apakah ada kerusakan grounding. Setelah terjadi kerusakan grounding pada transformator, kerugian eddy current di area lokal menyebabkan peningkatan suhu, terutama peningkatan suhu yang signifikan di sekitar titik kerusakan. Teknologi pencitraan termal inframerah dapat memperoleh distribusi suhu real-time pada permukaan inti dan menentukan keberadaan kerusakan melalui perbedaan suhu. Umumnya, ketika perbedaan suhu melebihi 10°C, diperlukan investigasi fokus pada area tersebut. Keuntungan teknologi ini terletak pada kemampuannya mendeteksi perubahan suhu tanpa kontak, dengan kecepatan pengukuran yang cepat, menjadikannya cocok untuk deteksi cepat di lapangan.

Metode deteksi arus frekuensi tinggi menggunakan coil Rogowski untuk mengukur perubahan arus frekuensi tinggi pada garis grounding, biasanya dalam rentang frekuensi 500 kHz hingga 2 MHz. Arus frekuensi tinggi ini dihasilkan oleh proses pelepasan yang disebabkan oleh kerusakan grounding inti. Dengan mendeteksi sinyal arus dalam rentang frekuensi ini, keberadaan kerusakan dapat diidentifikasi secara efektif. Dibandingkan dengan teknologi deteksi pelepasan parsial, deteksi arus frekuensi tinggi memiliki sensitivitas yang lebih tinggi dan dapat menangkap sinyal kerusakan yang sangat lemah. Menggunakan coil Rogowski untuk pengukuran non-kontak tidak hanya mempermudah pemasangan tetapi juga meningkatkan akurasi pengukuran. Teknologi ini sangat cocok untuk area yang sulit diakses langsung dan dapat melakukan deteksi online tanpa merusak peralatan.

3 Optimalisasi Proses Diagnosis Kerusakan dan Analisis Kasus

3.1 Rekomendasi untuk Proses Diagnostik yang Dioptimalkan

Ketika mendiagnosis kerusakan grounding inti, langkah pertama haruslah penyaringan awal menggunakan teknologi pencitraan termal inframerah. Kamera termal inframerah dapat dengan cepat memperoleh peta distribusi suhu permukaan transformator, membantu personel diagnostik mengidentifikasi area peningkatan suhu abnormal yang mungkin. Setelah penyaringan awal mengidentifikasi area potensial kerusakan, langkah selanjutnya harus menggabungkan teknologi deteksi arus frekuensi tinggi dan deteksi pelepasan parsial untuk pengujian presisi.

Metode deteksi arus frekuensi tinggi menangkap perubahan arus grounding dalam rentang frekuensi 500 kHz hingga 2 MHz menggunakan coil Rogowski, secara efektif mengidentifikasi area kerusakan grounding inti. Teknologi deteksi pelepasan parsial memantau sinyal pulsa pelepasan secara real-time menggunakan sensor HFCT, menganalisis frekuensi dan intensitas pelepasan untuk lebih lanjut mengkonfirmasi lokasi titik kerusakan.

Setelah melakukan deteksi arus frekuensi tinggi dan pelepasan parsial, langkah terakhir adalah verifikasi dan analisis tingkat keparahan kerusakan melalui analisis kromatografi minyak. Dengan mendeteksi gas terlarut dalam minyak transformator, terutama perubahan konsentrasi metana (CH4), etilena (C2H4), dan gas lainnya, sifat kerusakan dapat lebih lanjut dikonfirmasi. Untuk kerusakan grounding inti yang serius, kromatografi minyak akan menunjukkan kenaikan komponen gas yang abnormal. Menggabungkan data kromatografi minyak dengan hasil deteksi lainnya dapat menilai dampak kerusakan secara komprehensif dan memberikan dasar untuk pekerjaan perbaikan selanjutnya.

3.2 Analisis Kasus Tipe

Selama operasi di sebuah gardu induk, petugas pemeliharaan menemukan bahwa arus grounding pada transformator distribusi 35 kV meningkat secara signifikan, jauh melebihi nilai normal. Data pemantauan menunjukkan arus grounding mencapai 5 A, sementara dalam kondisi normal, arus grounding seharusnya kurang dari 100 mA. Tantangannya adalah meskipun arus grounding meningkat secara abnormal, tidak ada indikasi fisik kerusakan eksternal yang jelas. Metode diagnostik listrik tradisional seperti pengujian resistansi DC dan analisis kromatografi minyak gagal memberikan informasi lokasi kerusakan yang jelas.

Untuk menyelesaikan masalah korsleting tanah inti transformator ini, petugas pemeliharaan menggunakan beberapa teknologi diagnosis modern. Pertama, mereka menggunakan FLIR T640 imager termal inframerah untuk penyaringan awal, dengan cepat menemukan area kenaikan suhu pada inti dan komponen terkait. Kemudian, mereka menggunakan sensor arus HFCT PD-Tech untuk memonitor arus tanah. Akhirnya, mereka menggunakan detektor pelepasan parsial PD-Tech untuk menguji dan menganalisis sinyal pelepasan, menemukan titik kerusakan. Hasil pengujian ditunjukkan dalam Tabel 1.

Tabel.1 Hasil deteksi masalah kerusakan transformator

Berdasarkan hasil deteksi kamera termal inframerah, perbedaan suhu di sekitar komponen pengikat inti mencapai 12°C, melebihi rentang normal, mengkonfirmasi awal kemungkinan terjadinya panas berlebih di area tersebut. Deteksi real-time menggunakan sensor arus frekuensi tinggi menunjukkan arus grounding sebesar 5 A, jauh melebihi nilai normal 100 mA, menandakan telah terjadi kerusakan dalam transformator. Deteksi pelepasan parsial lebih lanjut menunjukkan fluktuasi kuat sinyal arus frekuensi tinggi dalam rentang frekuensi 4.5-18 MHz, dengan intensitas pelepasan yang semakin meningkat, menandakan bahwa titik kerusakan berada pada komponen pengikat inti dan kerusakan sedang memburuk.

Konfirmasi akhir titik kerusakan berada pada alas isolasi komponen pengikat inti. Bahan isolasi telah menua karena operasi jangka panjang, menyebabkan kerusakan isolasi kecil yang memicu kerusakan grounding. Tindakan perbaikan kerusakan meliputi penggantian alas isolasi, dan pengujian selanjutnya mengkonfirmasi bahwa arus grounding telah kembali normal, menghilangkan kerusakan dan memulihkan operasi stabil peralatan.

Kasus ini menunjukkan bahwa kombinasi teknologi perekaman termal inframerah, teknologi deteksi pelepasan parsial, dan teknologi deteksi arus frekuensi tinggi dapat secara efektif meningkatkan efisiensi dan akurasi diagnosis kerusakan grounding inti. Dalam proses operasi dan pemeliharaan sebenarnya, personel harus secara rutin menggunakan teknologi-teknologi ini untuk diagnosis bersama untuk memastikan operasi aman dan stabil dari transformator.

4 Kesimpulan

Dalam diagnosis kerusakan grounding inti, aplikasi kombinasi beberapa teknologi diagnostik modern dapat secara signifikan meningkatkan akurasi lokasi kerusakan dan efisiensi diagnosis. Melalui efek sinergis deteksi arus frekuensi tinggi, analisis pelepasan parsial, dan teknologi perekaman termal inframerah, risiko peralatan potensial dapat dideteksi pada tahap awal, dan sumber kerusakan dapat diidentifikasi dengan tepat, mengurangi waktu henti peralatan dan memperpanjang umur layanan transformator.

Di masa depan, dengan perkembangan dan penerapan terus menerus teknologi deteksi baru, diagnosis dan pemeliharaan kerusakan grounding inti akan menjadi lebih efisien dan presisi, menjaga stabilitas dan keamanan sistem tenaga listrik.