Penjelasan tentang Trafo Tipe Kering SCB & SGB

1. Pendahuluan

Trafo bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Komponen utama trafo adalah gulungan dan inti. Selama operasi, gulungan berfungsi sebagai jalur untuk arus listrik, sementara inti berfungsi sebagai jalur untuk fluks magnet. Ketika energi listrik dimasukkan ke dalam gulungan primer, arus bolak-balik menciptakan medan magnet bolak-balik di inti (yaitu, energi listrik dikonversi menjadi energi medan magnet). Karena penghubungan magnet (tautan fluks), fluks magnet yang melewati gulungan sekunder terus berubah, sehingga menginduksi gaya gerak listrik (EMF) di gulungan sekunder. Ketika sirkuit eksternal terhubung, energi listrik disalurkan ke beban (yaitu, energi medan magnet dikonversi kembali menjadi energi listrik). Proses konversi "listrik–magnet–listrik" ini direalisasikan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, dan proses konversi energi ini merupakan prinsip kerja trafo.

U1N2 = U2N1

U1: Tegangan Primer；N1: Jumlah Putaran Gulungan Primer；U2: Tegangan Sekunder；N2: Jumlah Putaran Gulungan Sekunder

Menurut standar nasional China GB 1094.16, trafo kering didefinisikan dengan jelas sebagai trafo yang inti dan gulungannya tidak terendam dalam cairan isolasi. Media isolasi dan pendinginnya adalah udara. Secara luas, trafo kering dapat dibagi menjadi dua jenis utama: tertutup dan terbuka.

• Tipe "SC(B)" merujuk pada trafo kering yang dicetak dengan resin epoksi (huruf "B" dalam penunjukan model menandakan bahwa gulungan terbuat dari foil tembaga; huruf "B" dalam "SG(B)" memiliki arti yang sama). Gulungan tegangan tinggi sepenuhnya tertutup dengan resin epoksi, sementara gulungan tegangan rendah umumnya tidak sepenuhnya dicetak dengan resin epoksi—hanya putaran ujungnya yang ditutup dengan resin epoksi (ini juga karena sisi tegangan rendah membawa arus yang lebih tinggi, dan pencetakan penuh akan berdampak buruk pada pembuangan panas). Saat ini, trafo kering tipe SC(B) adalah produk mainstream di pasar, dan artikel ini menggunakan contoh tersebut untuk analisis. Sebagian besar trafo tipe SC(B) memiliki isolasi Kelas F, dengan beberapa dinilai Kelas H.

• Tipe "SG(B)" adalah trafo kering terbuka yang menggunakan kertas isolasi NOMEX dari DuPont (AS) untuk isolasi antar putaran. Gulungan tegangan rendah terbuat dari foil tembaga, dan kedua gulungan tegangan tinggi dan rendah menjalani perlakuan isolasi VPI (Vacuum Pressure Impregnation). Permukaannya dilapisi dengan lapisan varnis isolasi epoksi. Sebagian besar trafo kering tipe SG(B) memiliki isolasi Kelas H, dengan beberapa dinilai Kelas C.

• Ada jenis trafo kering lainnya, ditandai sebagai "SCR(B)", yang merupakan tipe tertutup tetapi tidak dicetak dengan resin epoksi. Ini sepenuhnya tertutup menggunakan kertas NOMEX dan gel silikon, berdasarkan teknologi Prancis. Produk ini memiliki permintaan pasar yang sangat terbatas. Semua trafo kering tipe SCR(B) memiliki isolasi Kelas H.

2 Keuntungan Trafo Kering

• Aman, tahan api, tahan api, tahan ledakan, bebas polusi, dan dapat dipasang langsung di pusat beban;

• Bebas perawatan, dengan biaya operasional keseluruhan yang rendah;

• Kekuatan tahan lembab yang luar biasa—dapat beroperasi normal pada kelembaban 100% dan dapat dihidupkan kembali tanpa pengeringan pra sebelum dimatikan;

• Kerugian rendah, pelepasan parsial rendah, suara rendah, daya hantar panas kuat, dan mampu beroperasi pada 150% beban nominal dalam kondisi pendinginan paksa udara;

• Dilengkapi dengan sistem perlindungan dan kontrol suhu yang lengkap, memberikan jaminan andal untuk operasi aman;

• Ukuran kompak, berat ringan, jejak kecil, dan biaya pemasangan rendah.

3. Kerugian Trafo Kering

• Pada kapasitas dan peringkat tegangan yang sama, trafo kering lebih mahal daripada trafo terendam minyak;

• Peringkat tegangan terbatas—biasanya hingga 35 kV, dengan hanya beberapa model mencapai 110 kV;

• Secara umum digunakan di dalam ruangan; ketika digunakan di luar ruangan, diperlukan penutup pelindung dengan peringkat perlindungan masuk (IP) yang tinggi;

• Untuk gulungan yang dicetak dengan resin, jika rusak, sering kali harus dibuang seluruhnya, karena perbaikan biasanya sulit.

4. Struktur Trafo Kering

4.1 Gulungan
(1) Gulungan bertingkat: Dibuat dengan menumpuk konduktor datar atau bulat dan melilitnya dalam pola heliks untuk membentuk beberapa lapisan. Isolasi atau saluran ventilasi diletakkan antara lapisan. Gulungan dicetak dan dikeraskan di bawah vakum menggunakan cetakan dan peralatan pencetakan khusus. Proses: pelilitan heliks bertingkat → dimasukkan ke dalam cetakan → pencetakan vakum.

(2) Gulungan foil: Dibuat dengan melilitkan konduktor tipis dan lebar, dengan satu putaran per lapisan. Isolasi antar lapisan juga berfungsi sebagai isolasi antar putaran. Gulungan foil umumnya menggunakan saluran pendingin sumbu: selama pelilitan, strip pemisah dimasukkan pada posisi putaran yang ditentukan dan kemudian dihilangkan untuk membentuk saluran udara sumbu. Setelah melilit pada mesin pelilit foil, koil hanya perlu dipanaskan dan dikeraskan—tidak diperlukan cetakan atau pencetakan.

Mengapa lilitan tegangan tinggi ditempatkan di lapisan luar dan lilitan tegangan rendah di lapisan dalam?
Karena sisi tegangan rendah beroperasi pada tegangan yang lebih rendah dan membutuhkan jarak isolasi yang lebih kecil, penempatannya lebih dekat dengan inti mengurangi jarak antara lilitan dan inti, sehingga mengurangi ukuran dan biaya transformator secara keseluruhan. Selain itu, lilitan tegangan tinggi biasanya memiliki koneksi tap; penempatannya di luar membuat operasi lebih mudah dan aman.

4.2 Inti

• Dibangun dengan menumpuk beberapa lapisan silikon baja yang dilapisi dengan varnis isolasi;

• Inti dipasang utamanya oleh rangka pengikat dan baut pengikat;

• Rangka pengikat atas dan bawah mampatkan inti dan lilitan melalui batang pengikat atau pelat pengikat;

• Komponen isolasi inti termasuk isolasi rangka, isolasi baut, atau isolasi pelat pengikat.

Mengapa inti harus di-grounding?
Saat beroperasi normal, inti transformator harus memiliki satu dan hanya satu titik grounding yang andal. Tanpa grounding, akan terbentuk tegangan mengambang antara inti dan tanah, menyebabkan pelepasan arus intermiten dari inti ke tanah. Grounding inti pada satu titik menghilangkan kemungkinan potensial mengambang. 

Namun, jika inti di-grounding pada dua titik atau lebih, potensial tidak merata antara bagian inti akan menyebabkan arus sirkulasi antara titik-titik grounding, menghasilkan gangguan grounding multi-titik dan pemanasan lokal. Gangguan grounding inti seperti ini dapat menyebabkan kenaikan suhu lokal yang parah, yang mungkin memicu tripping perlindungan. Dalam kasus ekstrem, tempat yang meleleh pada inti menciptakan short circuit antara lapisan, meningkatkan kerugian inti secara signifikan, dan sangat mempengaruhi kinerja dan operasi transformator—kadang-kadang memerlukan penggantian lapisan baja silikon untuk perbaikan. Oleh karena itu, transformator tidak boleh memiliki titik grounding ganda; hanya satu dan tepat satu titik grounding yang diperbolehkan.

5. Sistem Kontrol Suhu

Operasi aman dan umur layanan transformator tipe kering sangat bergantung pada keamanan dan keandalan isolasi lilitan. Jika suhu lilitan melebihi batas daya tahan panas isolasi, isolasi akan rusak—ini adalah salah satu alasan utama untuk kerusakan transformator. Oleh karena itu, pemantauan suhu operasi dan implementasi kontrol alarm dan trip sangat penting.

(1) Kontrol kipas otomatis: Sinyal suhu diukur oleh detektor suhu resistansi Pt100 yang tertanam di bagian paling panas dari lilitan tegangan rendah. Seiring beban transformator bertambah dan suhu operasi naik, sistem secara otomatis memulai kipas pendingin saat suhu lilitan mencapai 110°C, dan menghentikannya saat suhu turun ke 90°C.

(2) Alarm suhu tinggi dan trip over-temperature: Sinyal suhu dari lilitan atau inti dikumpulkan oleh termistor non-linear PTC yang tertanam di lilitan tegangan rendah. Jika suhu lilitan terus naik dan mencapai 155°C, sistem mengeluarkan sinyal alarm over-temperature. Jika suhu semakin naik hingga 170°C, transformator tidak dapat beroperasi dengan aman lagi, dan sinyal trip over-temperature harus dikirim ke rangkaian proteksi sekunder.

(3) Sistem tampilan suhu: Nilai suhu diukur oleh termistor Pt100 yang tertanam di lilitan tegangan rendah dan langsung menampilkan suhu setiap lilitan fase (dengan pemantauan tiga fase, tampilan nilai maksimum, dan pencatatan suhu puncak historis). Sistem memberikan output analog 4–20 mA untuk suhu tertinggi. Jika diperlukan transmisi jarak jauh ke komputer (hingga 1200 meter), dapat dilengkapi dengan antarmuka komputer dan satu transmitter, memungkinkan pemantauan simultan hingga 31 transformator. Sinyal termistor Pt100 juga dapat memicu alarm dan trip over-temperature, lebih meningkatkan keandalan sistem perlindungan suhu.

6. Penutup Transformator Tipe Kering

Bergantung pada karakteristik lingkungan operasi dan persyaratan perlindungan, transformator tipe kering dapat dilengkapi dengan jenis penutup yang berbeda. Biasanya, penutup dengan rating IP20 dipilih, yang mencegah benda asing padat dengan diameter lebih besar dari 12 mm dan hewan kecil seperti tikus, ular, kucing, dan burung masuk ke transformator, sehingga menghindari gangguan serius seperti short circuit dan pemadaman listrik, serta memberikan penghalang keselamatan bagi bagian hidup.

Jika transformator harus dipasang di luar ruangan, penutup dengan rating IP23 dapat digunakan. Selain perlindungan yang ditawarkan oleh IP20, penutup ini juga mencegah tetesan air yang jatuh dengan sudut hingga 60° dari arah vertikal. Namun, penutup IP23 mengurangi kapasitas pendinginan transformator, sehingga perlu diperhatikan untuk menurunkan kapasitas operasinya sesuai ketika memilih jenis penutup ini.

7. Metode Pendinginan Transformator Tipe Kering

Transformator tipe kering menggunakan dua metode pendinginan: pendinginan udara alami (AN) dan pendinginan udara paksa (AF).

Dengan pendinginan udara alami, transformator dapat beroperasi secara terus menerus pada kapasitas nominalnya untuk jangka waktu yang lama.

Dengan pendinginan udara paksa, kapasitas output transformator dapat ditingkatkan sebesar 50%, menjadikannya cocok untuk operasi overload intermiten atau kondisi darurat overload. Namun, selama operasi overload, kerugian beban dan tegangan impedansi meningkat signifikan, menyebabkan operasi tidak ekonomis; oleh karena itu, operasi overload terus menerus yang panjang harus dihindari.

8. Item Pengujian untuk Transformator Tipe Kering

• Pengukuran resistansi arus searah (DC) dari gulungan:
  Memeriksa kualitas penyambungan konduktor internal, kondisi kontak antara perubah tap dan ujung-ujung, serta apakah resistansi fase tidak seimbang. Secara umum, ketidakseimbangan resistansi antara baris tidak boleh melebihi 2%, dan ketidakseimbangan antara fase tidak boleh melebihi 4%. Ketidakseimbangan resistansi DC yang berlebihan dapat menyebabkan arus sirkulasi antara tiga fase, meningkatkan kerugian arus sirkulasi, dan menghasilkan efek yang tidak diinginkan seperti overheating transformator.

• Periksa rasio tegangan pada semua posisi tap:
  Mengonfirmasi apakah jumlah putaran benar dan apakah semua sambungan tap telah dipasang dengan baik. Saat menerapkan 1000 V ke sisi tegangan tinggi (dan berbagai tap-nya), periksa apakah transformator mengeluarkan sekitar 400 V pada sisi tegangan rendah.

• Periksa kelompok sambungan gulungan tiga fase dan polaritasnya.

• Ukur resistansi isolasi dari pengencang yang diisolasi inti dan inti itu sendiri.

• Ukur resistansi isolasi dari gulungan:
  Menilai tingkat isolasi antara gulungan tegangan tinggi, gulungan tegangan rendah, dan tanah. Umumnya, megohmmeter 2500 V digunakan, dan nilai resistansi isolasi yang diukur (HV–LV, HV–tanah, LV–tanah) harus melebihi standar nilai yang ditentukan.

• Tes daya tahan tegangan bolak-balik (AC) dari gulungan:
  Mengevaluasi kekuatan isolasi utama antara HV, LV, dan tanah melalui pengujian kekuatan dielektrik. Tes ini menentukan dalam mendeteksi cacat lokal yang diperkenalkan selama pembuatan. Untuk transformator tipe kering, tegangan uji biasanya adalah: 35 kV untuk gulungan 10 kV dan 3 kV untuk gulungan 0.4 kV, masing-masing diterapkan selama 1 menit tanpa breakdown untuk dianggap dapat diterima.

• Tes switching dan interlock untuk pemutus sirkuit di semua sisi transformator:
  Memverifikasi keandalan operasi rel pelindung dan mengkonfirmasi bahwa peralatan switching utuh dan bebas cacat.

9. Uji Switching Impuls (Inrush)

(1) Saat memutuskan transformator kosong, overvoltage switching mungkin terjadi. Dalam sistem tenaga dengan netral tidak terhubung atau terhubung melalui koil supresi busur, magnitudo overvoltage dapat mencapai 4–4.5 kali tegangan fase; dalam sistem dengan netral langsung terhubung, dapat mencapai hingga 3 kali tegangan fase. Untuk memverifikasi apakah isolasi transformator dapat menahan tegangan penuh atau overvoltage switching, diperlukan tes impuls.

(2) Menyalakan transformator kosong menghasilkan arus inrush magnetisasi, yang dapat mencapai 6–8 kali arus nominal. Arus inrush menurun dengan cepat pada awalnya—biasanya menurun menjadi 0.25–0.5 kali arus nominal dalam 0.5–1 detik—tetapi penurunan lengkap mungkin membutuhkan waktu yang lebih lama, hingga puluhan detik untuk transformator kapasitas besar. Karena gaya elektromagnetik yang besar yang dihasilkan oleh arus inrush, tes impuls dilakukan untuk mengevaluasi kekuatan mekanis transformator dan menilai apakah rel pelindung mungkin beroperasi salah selama tahap penurunan awal arus inrush.
Secara umum, transformator baru yang dipasang menjalani 5 tes impuls, sementara transformator yang diperbaiki menjalani 3 tes impuls.

10. Uji Tanpa Beban

Tujuan uji tanpa beban adalah:

• Untuk mengukur kerugian tanpa beban dan arus tanpa beban transformator;

• Untuk memverifikasi apakah desain dan pembuatan inti memenuhi spesifikasi dan standar teknis;

• Untuk mendeteksi cacat inti seperti pemanasan lokal atau isolasi lokal yang buruk.

Selama uji, sisi tegangan tinggi dibuka, dan tegangan nominal diterapkan ke sisi tegangan rendah. Kerugian tanpa beban sebagian besar adalah kerugian inti (besi).

Cacat yang dapat dideteksi melalui uji tanpa beban termasuk:

• Isolasi yang buruk antara lapisan baja silikon;

• Korsleting atau kerusakan pembakaran lokal antara lapisan inti;

• Kegagalan isolasi pada baut melalui inti, talang baja, plat klem, yoke atas, dll., menyebabkan korsleting;

• Lembaran baja silikon yang longgar, tidak sejajar, atau celah udara yang berlebihan dalam rangkaian magnet;

• Penyambungan multi-titik inti;

• Korsleting antar putaran atau antar lapisan pada gulungan, atau jumlah putaran yang tidak sama pada cabang paralel menyebabkan ketidakseimbangan ampere-putaran;

• Penggunaan lembaran baja silikon dengan kerugian tinggi dan kualitas rendah, atau kesalahan dalam perhitungan desain.

11. Uji Korsleting

Uji arus pendek terutama mengukur kerugian arus pendek dan impedansi. Uji ini dilakukan saat komisioning untuk memverifikasi kebenaran struktur lilitan, dan setelah penggantian lilitan untuk memeriksa penyimpangan signifikan dari hasil uji sebelumnya.

Sumber daya uji dapat berupa tiga fase atau satu fase, diterapkan pada sisi tegangan tinggi sementara sisi tegangan rendah disirkuit pendek. Selama uji, arus sisi tegangan tinggi dinaikkan hingga mencapai nilai nominal, dan arus sisi tegangan rendah dikendalikan agar tetap pada arus nominal.

12. Penanganan Kondisi Abnormal pada Trafo Tipe Kering

12.1 Suara Bising yang Tidak Normal pada Trafo

• Suara bising mekanis disebabkan oleh:

• Baut klem inti longgar;

• Deformasi sudut inti karena penanganan yang tidak tepat selama transportasi atau pemasangan;

• Benda asing yang menghubungkan bagian-bagian inti;

• Baut pemasangan kipas longgar atau adanya puing di dalam kipas;

• Baut pemasangan rangka longgar menyebabkan getaran panel dan suara bising;

• Baut pemasangan busbar tegangan rendah longgar atau kurangnya koneksi fleksibel, menyebabkan getaran dan suara bising.

• Tegangan suplai masukan yang terlalu tinggi menyebabkan over-exitasi dan suara dengungan yang lebih keras.

• Suara bising dari harmonisa orde tinggi: tidak berpola—berubah volume dan muncul secara intermiten. Utamanya disebabkan oleh peralatan pembangkit harmonisa (misalnya, tungku elektrik, rektifier tiristor) pada sisi suplai atau beban yang memberikan harmonisa kembali ke trafo.

• Faktor lingkungan: ruang trafo kecil dengan dinding halus menciptakan efek "speaker box" resonan, meningkatkan persepsi suara bising.

12.2 Tampilan Suhu yang Tidak Normal

• Sensor tidak dimasukkan ke soket di belakang unit tampilan suhu—lampu indikator kesalahan menyala;

• Koneksi longgar di stopkontak sensor meningkatkan resistansi, menyebabkan pembacaan suhu palsu yang tinggi;

• Pembacaan suhu tak terbatas pada satu fasa menunjukkan adanya sirkuit terbuka pada kawat resistensi platinum sensor;

• Pembacaan yang sangat tinggi pada satu fasa menunjukkan bahwa resistor platinum berada dalam keadaan putus sebagian (intermiten).

Trafo beroperasi berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Komponen utama trafo adalah lilitan dan inti. Selama operasi, lilitan berfungsi sebagai jalur arus listrik, sementara inti berfungsi sebagai jalur fluks magnet. Ketika energi listrik dimasukkan ke lilitan primer, arus bolak-balik menciptakan medan magnet bolak-balik di inti (yaitu, energi listrik diubah menjadi energi medan magnet). Karena penghubungan magnet (penghubungan fluks), fluks magnet yang melalui lilitan sekunder terus berubah, sehingga menginduksi gaya gerak elektromagnetik (EMF) di lilitan sekunder. Ketika sirkuit eksternal dihubungkan, energi listrik disalurkan ke beban (yaitu, energi medan magnet diubah kembali menjadi energi listrik). Proses konversi "listrik–magnet–listrik" ini diwujudkan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, dan proses konversi energi ini merupakan prinsip kerja trafo.