Analisis dan Tindakan Perbaikan untuk Kegagalan Isolasi pada Trafo Listrik

Trafo Daya yang Paling Sering Digunakan: Trafo Rendaman Minyak dan Trafo Resin Tipe Kering

Dua jenis trafo daya yang paling sering digunakan saat ini adalah trafo rendaman minyak dan trafo resin tipe kering. Sistem isolasi pada trafo daya, yang terdiri dari berbagai bahan isolasi, merupakan dasar untuk operasinya yang tepat. Umur layanan sebuah trafo sebagian besar ditentukan oleh umur bahan isolasinya (minyak-kertas atau resin).

Dalam praktiknya, kegagalan trafo sebagian besar disebabkan oleh kerusakan sistem isolasi. Statistik menunjukkan bahwa kegagalan yang berkaitan dengan isolasi menyumbang lebih dari 85% dari semua kecelakaan trafo. Trafo yang dipelihara dengan baik dengan perhatian khusus pada manajemen isolasi dapat mencapai umur layanan yang sangat panjang. Oleh karena itu, melindungi operasi normal trafo dan memperkuat perawatan yang wajar pada sistem isolasi dapat secara besar-besaran memastikan umur layanan trafo yang lebih lama, dengan perawatan preventif dan prediktif menjadi kunci untuk meningkatkan umur panjang trafo dan keandalan pasokan listrik.

1. Kegagalan Isolasi Kertas Padat

Pada trafo rendaman minyak, bahan isolasi utamanya adalah minyak isolasi dan bahan isolasi padat termasuk kertas isolasi, pressboard, dan blok kayu. Penuaan isolasi trafo merujuk pada dekomposisi bahan-bahan tersebut akibat faktor lingkungan, yang mengakibatkan penurunan atau hilangnya kekuatan isolasi.

Isolasi kertas padat adalah salah satu komponen utama dari sistem isolasi trafo rendaman minyak, termasuk kertas isolasi, papan, alas, gulungan, dan pita ikat. Komponen utamanya adalah selulosa dengan rumus kimia (C6H10O5)n, di mana n mewakili derajat polimerisasi (DP). Kertas baru biasanya memiliki DP sekitar 1300, yang berkurang menjadi sekitar 250 ketika kekuatan mekanisnya berkurang lebih dari setengah.

Ketika sangat tua dengan DP 150-200, material tersebut mencapai akhir umurnya. Seiring penuaan kertas isolasi, DP dan kekuatan tariknya berkurang secara bertahap sambil menghasilkan air, CO, CO2, dan furfural (aldehida furan). Produk-produk penuaan ini sebagian besar berbahaya bagi peralatan listrik, menurunkan tegangan breakdown dan resistivitas volume kertas isolasi sambil meningkatkan kerugian dielektrik dan menurunkan kekuatan tarik, potensial merusak komponen logam.

Isolasi padat menunjukkan karakteristik penuaan yang tidak dapat dibalik, dengan penurunan kekuatan mekanis dan elektris yang tidak dapat diperbaiki. Karena umur layanan trafo sebagian besar bergantung pada umur bahan isolasi, bahan isolasi padat trafo rendaman minyak harus memiliki sifat insulasi listrik dan karakteristik mekanis yang luar biasa, dengan penurunan kinerja yang lambat selama bertahun-tahun operasi—menunjukkan sifat penuaan yang baik.

1.1 Sifat Bahan Serat Kertas

Bahan serat kertas isolasi adalah komponen isolasi yang paling penting dalam trafo rendaman minyak. Serat kertas adalah komponen jaringan padat dasar tanaman. Berbeda dengan konduktor logam yang memiliki banyak elektron bebas, bahan isolasi hampir tidak memiliki elektron bebas, dengan arus konduksi minimal yang sebagian besar berasal dari konduksi ion. Selulosa terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen. Karena adanya gugus hidroksil dalam struktur molekulnya, selulosa memiliki potensi untuk membentuk air, memberikan sifat penyerapan kelembaban pada serat kertas.

Selain itu, gugus hidroksil ini dapat dianggap sebagai pusat yang dikelilingi oleh berbagai molekul polar (seperti asam dan air), terikat oleh ikatan hidrogen, membuat serat rentan terhadap kerusakan. Serat kertas juga biasanya mengandung sekitar 7% impurities, termasuk kelembaban. Karena sifat koloid serat, kelembaban ini tidak dapat sepenuhnya dihilangkan, mempengaruhi kinerja serat kertas.

Serat polar mudah menyerap kelembaban (air adalah media yang sangat polar). Ketika serat kertas menyerap air, interaksi antara gugus hidroksil melemah, menyebabkan kekuatan mekanis menurun dengan cepat di bawah kondisi struktur serat yang tidak stabil. Oleh karena itu, komponen isolasi kertas biasanya menjalani pengeringan atau pengeringan vakum sebelum digunakan, diikuti dengan penyemprotan minyak atau varnis isolasi.

Tujuan penyemprotan adalah untuk menjaga serat tetap lembab, memastikan isolasi dan stabilitas kimia yang lebih tinggi serta meningkatkan kekuatan mekanis. Selain itu, pengecatan kertas dengan varnis mengurangi penyerapan kelembaban, mencegah oksidasi bahan, dan mengisi rongga untuk meminimalkan gelembung yang dapat mempengaruhi kinerja isolasi dan menyebabkan pelepasan parsial dan pemutusan listrik. Namun, beberapa orang percaya bahwa penyemprotan varnis diikuti oleh rendaman minyak dapat menyebabkan sebagian varnis perlahan larut ke dalam minyak, mempengaruhi kinerja minyak, sehingga perlu perhatian khusus terhadap aplikasi cat tersebut.

Tentu saja, komposisi bahan serat yang berbeda dan kualitas serat dengan komposisi yang sama memiliki dampak dan sifat yang berbeda. Misalnya, kapas memiliki kandungan serat tertinggi, rami memiliki serat yang paling kuat, dan beberapa pressboard isolasi impor dengan proses yang lebih baik menunjukkan kinerja yang jauh lebih unggul dibandingkan beberapa pressboard domestik. Sebagian besar bahan isolasi trafo menggunakan berbagai bentuk kertas (seperti pita kertas, pressboard, dan komponen kertas cetak tekan) untuk isolasi.

Oleh karena itu, pemilihan bahan kertas isolasi berbasis serat yang berkualitas sangat penting selama pembuatan dan perawatan trafo. Kertas serat menawarkan keuntungan khusus termasuk praktis, biaya rendah, proses yang mudah, pembentukan dan perlakuan sederhana pada suhu sedang, berat ringan, kekuatan moderat, dan penyerapan material penyemprotan (seperti varnis isolasi dan minyak trafo) yang mudah.

1.2 Kekuatan Mekanis Bahan Isolasi Kertas

Untuk trafo rendaman minyak yang memilih bahan isolasi kertas, faktor-faktor terpenting selain komposisi serat, kepadatan, permeabilitas, dan kehomogenan termasuk persyaratan kekuatan mekanis seperti kekuatan tarik, kekuatan tusukan, kekuatan sobek, dan kekuatan:

• Kekuatan Tarik: Stres maksimum yang dapat ditahan oleh serat kertas tanpa putus di bawah beban tarik.

• Kekuatan Tusukan: Ukuran kemampuan serat kertas untuk menahan tekanan tanpa retak.

• Kekuatan Sobek: Gaya yang diperlukan untuk merobek serat kertas harus memenuhi standar relevan.

• Kekuatan: Kekuatan kertas saat dilipat atau pressboard saat dibengkokkan harus memenuhi persyaratan yang sesuai.

Kinerja isolasi padat dapat dinilai dengan mengambil sampel untuk mengukur derajat polimerisasi kertas atau pressboard, atau dengan menggunakan kromatografi cair kinerja tinggi untuk mengukur konten furfural dalam minyak. 

Ini membantu menganalisis apakah kerusakan internal transformator melibatkan isolasi padat atau jika pemanasan suhu rendah menyebabkan penuaan lokal isolasi lilitan, atau untuk menentukan derajat penuaan isolasi padat. Untuk bahan isolasi serat kertas selama operasi dan pemeliharaan, perhatian harus diberikan pada kontrol beban nominal transformator, memastikan sirkulasi udara yang baik dan pendinginan di lingkungan operasional, mencegah kenaikan suhu transformator berlebihan dan kekurangan minyak dalam tangki. Tindakan juga harus mencegah kontaminasi dan degradasi minyak yang dapat mempercepat penuaan serat, merusak kinerja isolasi, umur layanan, dan operasi aman transformator.

1.3 Degradasi Bahan Serat Kertas

Ini terutama mencakup tiga aspek:

• Pengeroposan Serat: Panas berlebihan menyebabkan air terpisah dari bahan serat, mempercepat pengeroposan serat. Kertas yang rapuh dan mengelupas dapat menyebabkan kegagalan isolasi dan kecelakaan listrik di bawah getaran mekanik, stres elektrodinamis, dan dampak gelombang operasional.

• Penurunan Kekuatan Mekanis Bahan Serat: Kekuatan mekanis bahan serat menurun seiring waktu pemanasan yang lebih lama. Ketika pemanasan transformator menyebabkan air terbuang dari bahan isolasi lagi, nilai resistansi isolasi mungkin meningkat, tetapi kekuatan mekanis akan sangat menurun, sehingga kertas isolasi tidak dapat menahan gaya mekanis dari arus pendek atau beban impuls.

• Kontraksi Bahan Serat: Setelah pengeroposan, bahan serat mengalami kontraksi, mengurangi gaya penjepit dan mungkin menyebabkan pergerakan. Ini dapat menyebabkan pergeseran lilitan transformator dan gesekan di bawah getaran elektromagnetik atau tegangan impuls, merusak isolasi.

2. Kegagalan Isolasi Minyak Cair

Transformator celup minyak ditemukan oleh ilmuwan Amerika Thompson pada tahun 1887 dan dipromosikan untuk aplikasi transformator daya oleh General Electric dan lainnya pada tahun 1892. Isolasi cair yang dimaksud di sini adalah isolasi minyak transformator.

2.1 Karakteristik Transformator Celup Minyak:

① Signifikan meningkatkan kekuatan isolasi listrik, mempersingkat jarak isolasi, dan mengurangi volume peralatan; ② Sangat meningkatkan transfer panas efektif dan pendinginan, meningkatkan densitas arus yang diperbolehkan dalam konduktor, mengurangi berat peralatan. Panas dari inti transformator yang beroperasi ditransfer melalui sirkulasi termal minyak transformator ke casing transformator dan radiator untuk didispersikan, sehingga meningkatkan pendinginan efektif; ③ Celup minyak dan penyegelan mengurangi oksidasi komponen dan perakitan internal tertentu, memperpanjang umur layanan.

2.2 Sifat Minyak Transformator

Minyak transformator yang beroperasi harus memiliki sifat insulasi dan konduktivitas termal yang stabil dan unggul. Sifat-sifat kunci termasuk kekuatan isolasi (tan δ), viskositas, titik tuang, dan nilai asam. Minyak insulasi yang diperhalus dari minyak bumi adalah campuran berbagai hidrokarbon, resin, asam, dan zat pencemar lainnya dengan sifat yang tidak sepenuhnya stabil. Di bawah pengaruh suhu, medan listrik, dan efek cahaya, minyak teroksidasi secara terus-menerus. Dalam kondisi normal, proses oksidasi ini berlangsung lambat; dengan pemeliharaan yang tepat, minyak dapat mempertahankan kualitas yang diperlukan tanpa penuaan hingga 20 tahun. Namun, logam, zat pencemar, dan gas yang bercampur dalam minyak mempercepat oksidasi, memburukkan kualitas minyak, menggelapkan warna, mengeruhkan transparansi, dan meningkatkan kandungan air, nilai asam, dan kandungan abu, sehingga menurunkan sifat minyak.

2.3 Penyebab Deteriorasi Minyak Transformator

Deteriorasi minyak transformator dapat dibagi menjadi tahap kontaminasi dan degradasi berdasarkan tingkat keparahannya.

Kontaminasi merujuk pada pencampuran air dan zat pencemar ke dalam minyak—ini bukan produk oksidasi. Minyak yang terkontaminasi mengalami penurunan kinerja isolasi, penurunan kekuatan medan listrik breakdown, dan peningkatan sudut hilang dielektrik.

Degradasi merupakan hasil dari oksidasi minyak. Oksidasi ini tidak hanya merujuk pada oksidasi hidrokarbon dalam minyak murni, tetapi juga melibatkan zat pencemar dalam minyak yang mempercepat proses oksidasi, terutama partikel logam tembaga, besi, dan aluminium.

Oksigen berasal dari udara di dalam transformator. Bahkan pada transformator yang sepenuhnya disegel, sekitar 0,25% oksigen masih hadir. Oksigen memiliki solubilitas tinggi, sehingga menduduki proporsi tinggi di antara gas terlarut dalam minyak.

Selama oksidasi minyak transformator, air bertindak sebagai katalis dan panas sebagai akselerator, menyebabkan minyak transformator menghasilkan lumpur. Ini mempengaruhi kinerja utamanya melalui: partikel endapan besar di bawah pengaruh medan listrik; endapan zat pencemar berkonsentrasi di daerah dengan medan listrik terkuat, membentuk "jembatan" konduktif di seluruh isolasi transformator; endapan tidak merata membentuk strip yang terpisah yang mungkin berbaris sejajar dengan garis medan listrik, menghambat dispersi panas, mempercepat penuaan bahan isolasi, dan menyebabkan penurunan resistansi isolasi dan level isolasi.

2.4 Proses Deteriorasi Minyak Transformator

Selama degradasi minyak, produk utama termasuk peroksida, asam, alkohol, keton, dan lumpur.

Tahap awal degradasi: Minyak menghasilkan peroksida yang bereaksi dengan bahan serat insulasi untuk membentuk selulosa teroksidasi, mengurangi kekuatan mekanis serat insulasi, menyebabkan pengeroposan dan penyusutan isolasi. Asam yang dihasilkan adalah asam lemak yang kental. Meskipun kurang korosif daripada asam mineral, laju pertumbuhan dan dampaknya terhadap bahan insulasi organik cukup signifikan.

Tahap degradasi selanjutnya: Pembentukan lumpur terjadi ketika asam mengikis tembaga, besi, vernis isolasi, dan bahan lainnya, bereaksi untuk membentuk lumpur—sebuah zat polimer konduktif yang lengket seperti aspal. Ini sedikit larut dalam minyak dan terbentuk dengan cepat di bawah pengaruh medan listrik, menempel pada bahan isolasi atau tepi tangki transformator, menumpuk pada pipa minyak dan sirip radiator, meningkatkan suhu operasi transformator dan mengurangi kekuatan dielektrik.

Proses oksidasi minyak terdiri dari dua kondisi reaksi utama: pertama, nilai asam yang terlalu tinggi dalam transformator, membuat minyak menjadi asam; kedua, oksida yang larut dalam minyak berubah menjadi senyawa yang tidak larut dalam minyak, secara bertahap memburukkan kualitas minyak transformator.

2.5 Analisis, Penilaian, dan Pemeliharaan Minyak Transformator

① Deteriorasi Minyak Isolasi: Baik sifat fisik maupun kimia berubah, menurunkan kinerja listrik. Pengujian nilai asam minyak, tegangan antarmuka, endapan lumpur, dan nilai asam yang larut dalam air dapat menentukan apakah jenis cacat ini ada. Perlakuan regenerasi minyak mungkin dapat menghilangkan produk deteriorasi, meskipun proses tersebut juga mungkin menghilangkan antioksidan alami.

② Kontaminasi Air pada Minyak Isolasi: Air adalah zat yang sangat polar yang mudah terionisasi dan terurai di bawah medan listrik, meningkatkan arus konduktif dalam minyak isolasi. Bahkan kelembaban yang sangat kecil secara signifikan meningkatkan kerugian dielektrik dalam minyak isolasi. Pengujian kandungan kelembaban minyak dapat mengidentifikasi jenis cacat ini. Penyaringan minyak vakum biasanya menghilangkan kelembaban.

③ Kontaminasi Mikroba pada Minyak Isolasi: Selama pemasangan atau pengangkatan inti transformator utama, serangga pada komponen isolasi atau residu keringat manusia mungkin membawa bakteri, mencemari minyak isolasi; atau minyak itu sendiri mungkin sudah terinfeksi mikroorganisme. Transformator utama biasanya beroperasi dalam lingkungan 40-80°C, sangat menguntungkan bagi pertumbuhan dan reproduksi mikroba. Karena mineral dan protein dalam mikroorganisme dan ekskresinya memiliki sifat isolasi jauh lebih rendah daripada minyak isolasi, mereka meningkatkan kerugian dielektrik minyak. Cacat ini sulit ditangani dengan perawatan sirkulasi di tempat, karena beberapa mikroorganisme selalu tetap pada isolasi padat. Setelah perawatan, isolasi transformator mungkin pulih sementara, tetapi lingkungan operasional mendukung pertumbuhan mikroba kembali, menyebabkan isolasi memburuk setiap tahun.

④ Vernis Insulasi Resin Alkida dengan Zat Polar yang Larut dalam Minyak: Di bawah pengaruh medan listrik, zat polar mengalami relaksasi dipol, mengkonsumsi energi selama proses polarisasi AC, meningkatkan kerugian dielektrik minyak. Meskipun vernis insulasi menjalani penyembuhan sebelum keluar pabrik, perlakuan yang tidak lengkap mungkin masih ada. Setelah beroperasi selama beberapa waktu, vernis yang belum sepenuhnya diperlakukan secara bertahap larut dalam minyak, secara progresif menurunkan kinerja isolasi. Waktu terjadinya cacat ini berkaitan dengan kesempurnaan perlakuan vernis; satu atau dua perlakuan adsorpsi dapat mencapai efektivitas tertentu.

⑤ Minyak Hanya Tercemar dengan Air dan Impuritas: Kontaminasi ini tidak mengubah sifat dasar minyak. Kelembaban dapat dihilangkan melalui pengeringan; impuritas dapat dibersihkan melalui penyaringan; udara dalam minyak dapat dihilangkan melalui pompa vakum.

⑥ Campuran Dua atau Lebih Sumber Minyak Isolasi yang Berbeda: Sifat minyak harus memenuhi spesifikasi relevan; berat jenis, titik beku, viskositas, dan titik nyala minyak harus serupa; dan stabilitas minyak campuran harus memenuhi persyaratan. Untuk minyak campuran yang telah menurun, metode regenerasi kimia diperlukan untuk memisahkan produk deteriorasi dan memulihkan sifat-sifatnya.

3. Insulasi dan Karakteristik Transformator Resin Jenis Kering

Transformator jenis kering (merujuk di sini pada transformator isolasi resin epoksi) digunakan terutama di lokasi dengan persyaratan keamanan kebakaran yang tinggi, seperti gedung pencakar langit, bandara, dan depot minyak.

3.1 Jenis Insulasi Resin

Transformator isolasi resin epoksi dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis berdasarkan karakteristik proses manufaktur: pengecoran vakum campuran resin epoksi-pasir kuarsa, pengecoran diferensial tekanan vakum campuran resin epoksi-serat kaca tanpa alkali, dan pembungkus impregnasi serat kaca tanpa alkali.

① Insulasi Pengecoran Vakum Campuran Resin Epoksi-Pasir Kuarsa: Transformator ini menggunakan pasir kuarsa sebagai filler untuk resin epoksi. Koil yang dibungkus dan diperlakukan dengan vernis isolasi ditempatkan dalam cetakan dan dicor dengan campuran resin epoksi dan pasir kuarsa dalam kondisi vakum. Karena tantangan proses pengecoran dalam memenuhi persyaratan kualitas—seperti gelembung sisa, ketidakseragaman lokal campuran, dan potensi retak stres termal lokal—transformator isolasi ini tidak cocok untuk lingkungan lembab, panas, dan daerah dengan variasi beban yang signifikan.

② Insulasi Pengecoran Diferensial Tekanan Vakum Campuran Resin Epoksi-Serat Kaca Tanpa Alkali: Ini menggunakan serat kaca pendek atau mat kaca tanpa alkali sebagai lapisan isolasi luar antara lapisan gulungan. Ketebalan pembungkus isolasi luar biasanya merupakan isolasi tipis 1-3mm. Setelah dicampur dengan material pengecoran resin epoksi dalam proporsi yang tepat, gelembung udara dihilangkan dalam vakum tinggi sebelum pengecoran. Karena ketebalan pembungkus isolasi tipis, impregnasi yang buruk dapat dengan mudah membentuk titik pelepasan parsial. Oleh karena itu, campuran material pengecoran harus lengkap, degasing vakum harus menyeluruh, dan viskositas rendah serta kecepatan pengecoran harus dikontrol untuk memastikan impregnasi paket koil berkualitas tinggi selama pengecoran.

③ Insulasi Impregnasi Pembungkus Serat Kaca Tanpa Alkali: Transformator ini menyelesaikan perlakuan isolasi lapisan dan impregnasi koil secara bersamaan selama pengepakan. Mereka tidak memerlukan cetakan pembentuk gulungan yang diperlukan dalam dua proses impregnasi sebelumnya, tetapi memerlukan resin viskositas rendah yang tidak boleh menyimpan gelembung mikro selama pengepakan dan impregnasi.

3.2 Karakteristik Insulasi dan Pemeliharaan Transformator Resin

Tingkat isolasi transformator resin tidak berbeda signifikan dari transformator berpendingin minyak; perbedaan utama terletak pada kenaikan suhu dan pengukuran pelepasan parsial.

① Karakteristik Kenaikan Suhu: Trafo resin memiliki tingkat kenaikan suhu rata-rata yang lebih tinggi dibandingkan trafo berisi minyak, sehingga membutuhkan bahan isolasi dengan tingkat tahanan panas yang lebih tinggi. Namun, kenaikan suhu rata-rata tidak mencerminkan suhu titik terpanas pada gulungan. Jika tingkat tahanan panas bahan isolasi dipilih hanya berdasarkan kenaikan suhu rata-rata, atau dipilih secara tidak tepat, atau trafo resin beroperasi dalam kondisi beban berlebihan jangka panjang, umur layanan trafo akan terpengaruh.

Karena kenaikan suhu trafo yang diukur seringkali tidak mencerminkan suhu titik terpanas, jika memungkinkan, termometer inframerah harus memeriksa titik terpanas trafo resin saat beroperasi pada beban maksimum. Arah dan sudut kipas pendingin harus disesuaikan untuk mengontrol kenaikan suhu lokal dan memastikan operasi trafo yang aman.

② Karakteristik Lepas Arus Parsial: Besarnya lepas arus parsial pada trafo resin berkaitan dengan distribusi medan listrik, kehomogenan campuran resin, dan adanya gelembung sisa atau retakan resin. Besarnya lepas arus parsial mempengaruhi kinerja, kualitas, dan umur layanan trafo resin. Oleh karena itu, pengukuran dan penerimaan tingkat lepas arus parsial merupakan penilaian komprehensif dari proses manufaktur dan kualitas. Pengukuran lepas arus parsial harus dilakukan selama penyerahan trafo resin dan setelah perbaikan besar, dengan perubahan lepas arus parsial digunakan untuk mengevaluasi kualitas dan stabilitas kinerja.

Dengan semakin meluasnya penggunaan trafo kering, saat memilih trafo, struktur proses manufaktur, desain isolasi, dan konfigurasi isolasi harus dipahami secara mendalam. Produk dari produsen dengan proses produksi lengkap, sistem jaminan kualitas yang ketat, manajemen produksi yang teliti, dan kinerja teknis yang andal harus dipilih untuk memastikan kualitas produk trafo dan umur panas, sehingga meningkatkan operasi yang aman dan keandalan pasokan listrik.

4. Faktor Utama yang Mempengaruhi Kegagalan Isolasi Trafo

Faktor utama yang mempengaruhi kinerja isolasi trafo termasuk: suhu, kelembaban, metode perlindungan minyak, dan efek tegangan berlebih.

Trafo daya menggunakan isolasi minyak-kertas dengan hubungan keseimbangan yang berbeda antara kadar air dalam minyak dan kertas pada suhu yang berbeda. Secara umum, saat suhu meningkat, air dalam kertas bermigrasi ke minyak; sebaliknya, kertas menyerap air dari minyak. Oleh karena itu, pada suhu yang lebih tinggi, konten mikro-air dalam minyak isolasi trafo lebih besar; sebaliknya, konten mikro-air lebih kecil.

Suhu yang berbeda menyebabkan derajat pembukaan cincin selulosa, pemutusan rantai, dan produksi gas yang berbeda. Pada suhu tertentu, laju produksi CO dan CO2 tetap konstan, yang berarti kandungan CO dan CO2 dalam minyak meningkat secara linier seiring waktu. Seiring kenaikan suhu yang berkelanjutan, laju produksi CO dan CO2 sering meningkat secara eksponensial. Oleh karena itu, kandungan CO dan CO2 dalam minyak berhubungan langsung dengan penuaan termal kertas isolasi dan dapat menjadi salah satu kriteria untuk menilai anomali pada lapisan kertas trafo tertutup.

Umur trafo bergantung pada derajat penuaan isolasi, yang pada gilirannya bergantung pada suhu operasi. Misalnya, trafo berisi minyak pada beban nominal memiliki kenaikan suhu rata-rata gulungan 65°C dan kenaikan suhu titik terpanas 78°C. Dengan suhu lingkungan rata-rata 20°C, suhu titik terpanas mencapai 98°C, memungkinkan operasi selama 20-30 tahun. Jika trafo beroperasi dengan beban berlebihan dan suhu meningkat, umur layanan akan berkurang sesuai.

Komisi Elektroteknikal Internasional (IEC) menyatakan bahwa untuk trafo isolasi Kelas A yang beroperasi antara 80-140°C, untuk setiap kenaikan suhu 6°C, laju pengurangan umur layanan isolasi trafo efektif berlipat ganda—dikenal sebagai aturan 6°C, menunjukkan batasan termal yang lebih ketat daripada aturan 8°C yang diterima sebelumnya.

4.2 Efek Kelembaban

Keberadaan kelembaban mempercepat degradasi selulosa. Oleh karena itu, produksi CO dan CO2 berkaitan dengan kadar air bahan selulosa. Pada kelembaban konstan, kadar air yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak CO2; sebaliknya, kadar air yang lebih rendah menghasilkan lebih banyak CO.

Air dalam jumlah kecil dalam minyak isolasi adalah faktor penting yang mempengaruhi karakteristik isolasi. Air dalam jumlah kecil dalam minyak isolasi sangat merugikan sifat listrik dan fisiko-kimia media isolasi. Kelembaban dapat mengurangi tegangan percikan dalam minyak isolasi, meningkatkan faktor hilang dielektrik (tan δ), mempercepat penuaan minyak isolasi, dan memburukkan kinerja isolasi. Paparan kelembaban pada peralatan tidak hanya mengurangi keandalan operasional dan umur layanan peralatan listrik, tetapi juga dapat menyebabkan kerusakan peralatan dan bahkan membahayakan keselamatan pribadi.

4.3 Efek Metode Perlindungan Minyak

Oksigen dalam minyak trafo mempercepat reaksi dekomposisi isolasi, dengan kandungan oksigen berkaitan dengan metode perlindungan minyak. Selain itu, metode perlindungan yang berbeda menyebabkan kondisi pelarutan dan difusi CO dan CO2 dalam minyak yang berbeda. Misalnya, CO memiliki larutan rendah, memungkinkannya mudah didifusikan ke ruang permukaan minyak pada trafo tipe open, umumnya membatasi fraksi volume CO hingga tidak melebihi 300×10-6. Pada trafo tertutup, karena permukaan minyak terisolasi dari udara, CO dan CO2 tidak mudah menguap, menghasilkan kandungan yang lebih tinggi.

4.4 Efek Tegangan Berlebih

① Efek Tegangan Berlebih Transien: Trafo tiga fasa yang beroperasi normal menghasilkan tegangan fase-ke-tanah sebesar 58% dari tegangan fase-ke-fase. Namun, selama gangguan satu fasa, tegangan isolasi utama meningkat 30% pada sistem netral tergrounded dan 73% pada sistem netral tidak tergrounded, potensial merusak isolasi.

② Efek Tegangan Berlebih Petir: Tegangan berlebih petir memiliki gelombang depan yang curam, menyebabkan distribusi tegangan yang sangat tidak merata di sepanjang isolasi longitudinal (putaran-ke-putaran, lapisan-ke-lapisan, disk-ke-disk), potensial meninggalkan jejak pelepasan pada isolasi dan merusak isolasi padat.

③ Dampak Overvoltase Pengalihan: Gelombang overvoltase pengalihan memiliki bentuk gelombang yang relatif landai, menghasilkan distribusi tegangan yang hampir linear. Ketika gelombang overvoltase pengalihan berpindah dari satu lilitan ke lilitan lain, tegangan tersebut sebanding dengan rasio lilitan antara kedua lilitan tersebut, yang mudah menyebabkan penurunan dan kerusakan pada isolasi utama atau isolasi fasa-ke-fasa.

4.5 Efek Elektrodinamik Korsleting Pendek

Gaya elektrodinamik selama korsleting pendek keluar dapat mengubah bentuk lilitan transformator dan menggeser ujung-ujungnya, mengubah jarak isolasi asli, menyebabkan pemanasan isolasi, mempercepat penuaan atau kerusakan yang mengakibatkan pelepasan muatan, busur api, dan kegagalan korsleting pendek.

5. Kesimpulan

Secara umum, pemahaman tentang kinerja isolasi transformator daya dan implementasi operasi serta pemeliharaan yang wajar secara langsung mempengaruhi keamanan, umur layanan, dan keandalan pasokan listrik transformator. Sebagai peralatan utama yang penting dalam sistem tenaga, personel operasi, pemeliharaan, dan manajemen transformator harus memahami dan menguasai struktur isolasi, sifat bahan, kualitas proses, metode pemeliharaan, dan teknologi diagnostik ilmiah. Hanya melalui manajemen operasional yang dioptimalkan dan wajar, efisiensi, umur layanan, dan keandalan pasokan listrik transformator dapat terjamin.