Trafo Daya: Risiko Korsleting, Penyebab, dan Tindakan Perbaikan

Transformator Daya: Risiko, Penyebab, dan Tindakan Peningkatan Korsleting

Transformator daya adalah komponen fundamental dalam sistem tenaga listrik yang menyediakan transmisi energi dan merupakan perangkat induksi kritis yang menjamin operasi tenaga listrik yang aman. Strukturnya terdiri dari kumparan primer, kumparan sekunder, dan inti besi, yang menggunakan prinsip induksi elektromagnetik untuk mengubah tegangan AC. Melalui peningkatan teknologi jangka panjang, keandalan dan stabilitas pasokan tenaga listrik telah terus meningkat. Namun, berbagai ancaman tersembunyi masih ada. Beberapa unit transformator memiliki kapabilitas tahan terhadap guncangan korsleting yang tidak cukup, sehingga rentan terhadap fenomena korsleting. Untuk secara efektif menentukan penyebab dan lokasi kerusakan, penelitian tentang kegagalan transformator dan teknologi diagnostik harus ditingkatkan untuk menerapkan teknologi yang sesuai yang dapat secara efisien menyelesaikan masalah diagnosis kerusakan transformator.

1. Bahaya Korsleting Transformator Daya

• Dampak Arus Lonjakan: Korsleting tiba-tiba pada transformator menghasilkan arus korsleting yang besar. Meskipun durasinya singkat, sebelum sirkuit utama transformator diputus, bahaya tersembunyi ini mungkin sudah terbentuk, potensial menyebabkan kerusakan internal pada transformator dan penurunan tingkat isolasi.

• Dampak Gaya Elektromagnetik: Selama korsleting, arus berlebih menghasilkan gaya elektromagnetik yang signifikan yang mempengaruhi stabilitas. Dalam kasus yang parah, kumparan transformator dapat terpengaruh hingga batas tertentu, seperti deformasi kumparan, kerusakan pada kekuatan isolasi kumparan, dan kerusakan komponen lainnya. Dalam kasus ekstrem, hal ini dapat menyebabkan kecelakaan keselamatan tenaga listrik seperti pembakaran transformator.

2. Penyebab Korsleting Transformator Daya

(1) Program perhitungan arus dikembangkan berdasarkan model ideal yang mengasumsikan distribusi medan magnet bocor seragam, diameter putaran identik, dan gaya fase yang sama. Namun, dalam kenyataannya, medan magnet bocor pada transformator tidak didistribusikan secara merata dan relatif terkonsentrasi pada bagian yoke, di mana kabel elektromagnet mengalami gaya mekanis yang lebih besar. Di titik transposisi kabel transposisi kontinu (CTC), kemiringan naik mengubah arah transmisi gaya, menghasilkan torsi. Karena faktor modulus elastis blok spacer, distribusi axial spacer block yang tidak merata dapat menyebabkan gaya alternatif yang dihasilkan oleh medan magnet bocor alternatif mengalami resonansi tertunda. Ini adalah alasan dasar mengapa cakram kumparan di bagian yoke inti, titik transposisi, dan posisi yang sesuai dengan perubahan tap deformasi pertama kali.

(2) Menggunakan konduktor transposisi konvensional dengan kekuatan mekanis yang buruk membuat mereka rentan terhadap deformasi, pemisahan benang, dan eksposur tembaga saat mengalami gaya mekanis korsleting. Ketika menggunakan konduktor transposisi konvensional, arus besar dan kemiringan transposisi curam di posisi ini menghasilkan torsi yang signifikan. Selain itu, cakram kumparan di kedua ujung kumparan mengalami torsi yang signifikan karena efek gabungan dari medan magnet bocor radial dan aksial, yang menyebabkan deformasi melintir.

Sebagai contoh, kumparan umum fase A dari transformator 500kV Yanggao memiliki 71 transposisi, dan karena menggunakan konduktor transposisi konvensional yang relatif tebal, 66 dari transposisi tersebut menunjukkan derajat deformasi yang berbeda. Demikian pula, transformator utama WuJing No. 11 juga menunjukkan berbagai derajat flip dan eksposur kabel di ujung kumparan tekanan tinggi pada bagian yoke inti karena menggunakan konduktor transposisi konvensional.

(3) Perhitungan ketahanan korsleting tidak mempertimbangkan dampak suhu terhadap kekuatan lentur dan tarik kabel elektromagnet. Ketahanan korsleting yang dirancang pada suhu ruangan tidak dapat mencerminkan kondisi operasi sebenarnya. Menurut hasil pengujian, suhu kabel elektromagnet sangat mempengaruhi batas leleh (σ0.2). Seiring peningkatan suhu kabel elektromagnet, kekuatan lenturnya, kekuatan tarik, dan elongasinya semua menurun. Pada 250°C, kekuatan lentur dan tarik jauh lebih rendah dibandingkan pada 50°C, sementara elongasi menurun lebih dari 40%. Dalam operasi sebenarnya, transformator mencapai suhu rata-rata kumparan 105°C pada beban nominal, dengan suhu titik panas mencapai 118°C. Sebagian besar transformator mengalami proses reklos otomatis selama operasi.

Oleh karena itu, jika titik korsleting tidak hilang segera, transformator akan mengalami dampak korsleting kedua dalam waktu yang sangat singkat (0,8 detik). Namun, setelah dampak arus korsleting pertama, suhu kumparan naik tajam. Menurut standar GB1094, suhu maksimum yang diperbolehkan adalah 250°C, pada titik ini ketahanan korsleting kumparan telah menurun secara signifikan. Hal ini menjelaskan mengapa sebagian besar kecelakaan korsleting transformator terjadi setelah operasi reklos.

(4) Konstruksi kumparan yang longgar, pengolahan transposisi yang tidak tepat, dan ketipisan berlebihan menyebabkan kabel elektromagnet menjadi tergantung. Dari perspektif lokasi kerusakan dalam kecelakaan, deformasi paling sering ditemukan di titik transposisi, terutama di lokasi transposisi konduktor transposisi.

(5) Penggunaan konduktor lunak adalah salah satu alasan utama ketahanan korsleting yang buruk pada transformator. Karena kurangnya pemahaman awal tentang masalah ini atau kesulitan dengan peralatan dan proses kumparan, produsen enggan menggunakan konduktor semi-kaku atau tidak memiliki persyaratan semacam itu dalam desain mereka. Semua transformator yang gagal menggunakan konduktor lunak.

(6) Celah perakitan berlebihan menyebabkan dukungan yang tidak cukup pada kabel elektromagnet, menciptakan ancaman tersembunyi untuk ketahanan korsleting transformator.

(7) Gaya pre-kencangan yang tidak merata yang diterapkan pada berbagai kumparan atau posisi tap menyebabkan cakram kumparan melompat selama dampak korsleting, menghasilkan stres lentur berlebih pada kabel elektromagnet dan deformasi berikutnya.

(8) Kekurangan perlakuan pengerasan antara lilitan atau kabel menyebabkan ketahanan terhadap hubungan singkat yang buruk. Lilitan awal yang diperlakukan dengan rendaman varnis tidak mengalami kerusakan.

(9) Kontrol yang tidak tepat dari gaya pre-pengencangan lilitan menyebabkan kesalahan posisi konduktor dalam konduktor transposisi konvensional.

(10) Insiden hubungan singkat eksternal yang sering terjadi menyebabkan efek kumulatif dari gaya elektromagnetik setelah dampak arus hubungan singkat berulang, yang mengakibatkan pelembutan kawat elektromagnetik atau pergeseran relatif internal, akhirnya mengakibatkan kegagalan isolasi.

3. Tindakan Perbaikan untuk Meningkatkan Ketahanan Hubungan Singkat Transformator Tenaga

(1) Lakukan Pengujian Hubungan Singkat untuk Mencegah Masalah Sebelum Terjadi

 Ketahanan operasional transformator besar sebagian besar bergantung pada struktur dan kualitas proses manufaktur, diikuti oleh berbagai tes yang dilakukan selama operasi untuk memahami kondisi peralatan secara tepat waktu. Untuk memahami stabilitas mekanis transformator, pengujian hubungan singkat dapat dilakukan untuk mengidentifikasi titik lemah untuk perbaikan, memastikan kepercayaan diri dalam desain kekuatan struktural transformator.

(2) Standarisasi Desain dan Penekanan Proses Kompresi Aksial dalam Manufaktur Lilitan

Saat merancang transformator, produsen harus mempertimbangkan tidak hanya pengurangan kerugian dan peningkatan tingkat isolasi, tetapi juga peningkatan kekuatan mekanis dan ketahanan terhadap gangguan hubungan singkat. Dalam hal proses manufaktur, karena banyak transformator menggunakan pelat press isolasi dengan lilitan tegangan tinggi dan rendah yang berbagi satu pelat press, struktur ini membutuhkan standar proses manufaktur yang tinggi. Blok spacer harus menjalani perlakuan penebalan, dan setelah pemrosesan lilitan, lilitan individu harus menjalani pengeringan tekanan konstan dengan pengukuran tinggi lilitan yang dikompresi.

Setelah pemrosesan di atas, lilitan pada pelat press yang sama harus disesuaikan ke tinggi yang sama. Selama perakitan akhir, tekanan tertentu harus diterapkan pada lilitan menggunakan perangkat hidrolik untuk mencapai tinggi yang dirancang dan dibutuhkan oleh proses. Selama perakitan akhir, perhatian harus diberikan tidak hanya pada kompresi lilitan tegangan tinggi, tetapi juga terutama pada kontrol kompresi lilitan tegangan rendah.