Optimasi Metode Pembumian untuk Inti dan Guci Transformator Listrik

Tindakan perlindungan grounding transformator dibagi menjadi dua jenis: Yang pertama adalah grounding titik netral transformator. Tindakan perlindungan ini mencegah pergeseran tegangan titik netral yang disebabkan oleh ketidakseimbangan beban tiga fasa selama operasi transformator, memungkinkan perangkat pelindung untuk beroperasi dengan cepat dan mengurangi arus pendek. Ini dianggap sebagai grounding fungsional untuk transformator. Tindakan kedua adalah grounding inti dan cakram transformator.

Perlindungan ini mencegah terbentuknya tegangan induksi pada permukaan inti dan cakram karena medan magnet internal selama operasi, yang dapat menyebabkan kerusakan pelepasan parsial. Ini dianggap sebagai grounding pelindung untuk transformator. Untuk memastikan operasi transformator yang aman dan andal, artikel ini menganalisis dan mengoptimalkan metode grounding khusus untuk inti dan cakram transformator.

1. Pentingnya Grounding Inti dan Cakram

Komponen internal utama transformator termasuk: lilitan, inti, dan cakram. Lilitan membentuk sirkuit listrik transformator, inti membentuk sirkuit magnet, dan cakram digunakan terutama untuk mengamankan lilitan dan lembaran besi silikon dari inti. Selama operasi normal, lilitan primer dan sekunder menghasilkan medan magnet saat arus mengalir melalui mereka. Dalam lingkungan magnet ini, tegangan induksi terbentuk pada permukaan inti dan cakram. 

Seiring meningkatnya kekuatan medan magnet, fluks magnet bertambah besar, menyebabkan tegangan induksi naik secara bertahap. Karena distribusi medan magnet tidak merata, tegangan induksi yang tidak seragam menciptakan perbedaan potensial, menghasilkan pelepasan berkelanjutan pada permukaan inti dan cakram, yang menyebabkan kerusakan internal transformator. Tegangan yang menyebabkan kerusakan pelepasan internal dalam transformator disebut "tegangan mengambang." Oleh karena itu, selama operasi, inti dan cakram transformator harus di-grounding pada satu titik untuk mengurangi dan menghilangkan tegangan induksi.

Saat melakukan grounding inti dan cakram transformator, hanya satu titik grounding yang diperbolehkan untuk mencegah arus sirkulasi antara inti dan cakram. Jika ada dua atau lebih titik grounding, perbedaan potensial akan menyebabkan arus sirkulasi antara inti dan cakram, menyebabkan peningkatan suhu abnormal di dalam transformator. Hal ini secara langsung merusak isolasi padat internal dan mempercepat penuaan minyak isolasi, mempengaruhi umur layanan normal transformator.

2. Metode Grounding Inti dan Cakram dan Pendekatan Optimasi

Dalam desain transformator saat ini di China, grounding inti dan cakram sebagian besar dicapai dengan menghubungkan melalui bushing kecil atau baut terisolasi ke luar tangki transformator sebelum melakukan grounding. Pendekatan grounding ini dibagi menjadi dua metode:

Metode grounding pertama (Gambar 1) menghubungkan inti dan cakram melalui bushing atau baut terisolasi, kemudian menghubungkan pendek bersama sebelum melakukan grounding. Selama operasi transformator normal, metode grounding ini menunjukkan tiga jalur aliran arus, yang ditandai I1, I2, dan I3:

• I1: Inti → Terminal grounding → Tanah

• I2: Cakram → Terminal grounding → Tanah

• I3: Inti → Terminal grounding → Tanah → Cakram

Metode grounding kedua (Gambar 2) menghubungkan inti dan cakram melalui bushing atau baut terisolasi ke titik grounding yang terpisah. Metode grounding ini juga menunjukkan tiga jalur aliran arus selama operasi normal:

• I1: Inti → Titik grounding inti → Tanah

• I2: Cakram → Titik grounding cakram → Tanah

• I3: Inti → Titik grounding inti → Bumi → Titik grounding cakram → Cakram

Dari kedua metode grounding yang disebutkan di atas, arus grounding induksi I1 dan I2 mewakili kondisi normal. Namun, arus grounding induksi I3 sangat berbeda:

Dalam metode grounding yang ditunjukkan pada Gambar 1, arus induksi mengalir melalui jalur: inti → terminal grounding → cakram, menciptakan "arus sirkulasi" antara inti dan cakram transformator. Di bawah efek panas dari arus ini, suhu internal transformator meningkat secara abnormal. Suhu tinggi secara langsung menyebabkan degradasi isolasi padat dan penuaan minyak isolasi. Selain itu, karena pengaruh arus sirkulasi, sistem pemantauan online tidak dapat mengukur dengan akurat arus grounding inti dan cakram, menyebabkan kesalahan diagnosis saat terjadi kerusakan peralatan. Oleh karena itu, metode grounding pertama memiliki kekurangan signifikan.

Sebaliknya, metode grounding yang ditunjukkan pada Gambar 2 mengarahkan arus induksi melalui: inti → ground inti → bumi → ground cakram → cakram. Karena arus melewati tanah dengan resistansi tinggi, tidak ada "arus sirkulasi" yang dapat terbentuk antara inti dan cakram. Hal ini mencegah peningkatan suhu abnormal di transformator dan memungkinkan sistem pemantauan online untuk mengukur dengan tepat arus grounding inti dan cakram (menurut DL/T 596-2021 Kode Uji Pencegahan Listrik, arus grounding inti tidak boleh melebihi 0,1 A dan arus grounding cakram tidak boleh melebihi 0,3 A selama operasi transformator). Ini memberikan bukti yang andal untuk menentukan apakah ada kerusakan internal dalam transformator.

Untuk transformator daya xx-223000/500 dengan regulasi tegangan tanpa eksitasi, inti dan cakram di-grounding menggunakan metode yang ditunjukkan pada Gambar 1, yang menimbulkan beberapa masalah operasional:

(1) Selama operasi, "arus sirkulasi" mudah terbentuk antara inti internal dan cakram. Efek panas menyebabkan peningkatan suhu abnormal, mempercepat degradasi isolasi padat dan penuaan minyak isolasi, sehingga mengurangi umur layanan transformator.

(2) Karena pengaruh "arus sirkulasi," sistem pemantauan online tidak dapat mengukur dengan akurat arus grounding inti dan cakram, sehingga tidak mungkin memberikan bukti yang meyakinkan untuk menentukan adanya kerusakan internal.

(3) Arus grounding yang diinduksi pada inti dan cakram dapat diukur secara berkelanjutan dan dibandingkan dengan arus kebocoran yang dipantau oleh sistem online untuk memverifikasi akurasi sistem pemantauan.

(4) Selama perawatan dan perbaikan transformator, ketika mengukur resistansi isolasi antara inti/cakram dan tanah, kabel grounding eksternal harus dicabut. Karena model transformator ini menggunakan baut tembaga M10 (terisolasi dari tanah) untuk koneksi inti dan cakram, yang memiliki konduktivitas yang sangat baik tetapi kekuatan mekanis rendah dan rentan terhadap patah. Selama operasi lapangan, ruang yang sempit dan gaya yang tidak seimbang dapat dengan mudah menyebabkan patahnya baut tembaga. Mengingat struktur internal transformator yang padat, perbaikan kerusakan ini memerlukan peningkatan tutup tangki untuk penggantian, yang mempengaruhi siklus perawatan normal dan efisiensi operasional.

Mempertimbangkan empat masalah ini, untuk memastikan deteksi yang akurat dari arus grounding yang diinduksi pada inti dan cakram selama operasi, memperpanjang umur layanan transformator, menghilangkan "arus sirkulasi," dan mencegah kerusakan yang disebabkan oleh operasi perawatan yang memperluas skala perbaikan, disarankan untuk mengoptimalkan metode grounding inti dan cakram transformator dari konfigurasi Gambar 1 ke konfigurasi Gambar 2.

3.Kesimpulan

Melalui perkenalan detail komponen dan fungsi internal transformator, serta analisis ilmiah tentang kerusakan pelepasan yang terjadi selama operasi, modifikasi pada bagian yang cacat telah berhasil dilaksanakan. Pendekatan ini mencapai perpanjangan umur layanan peralatan, meningkatkan keamanan jaringan listrik, dan mengurangi biaya perawatan peralatan.