Cara Mendiagnosis Kegagalan Trafo dan Mengurangi Suara Bising
Dengan perkembangan ekonomi Cina yang pesat, industri listrik juga secara bertahap memperluas skala, meningkatkan persyaratan untuk kapasitas terpasang dan kapasitas unit tunggal transformator listrik. Artikel ini memberikan pengenalan singkat tentang empat aspek: konstruksi transformator, perlindungan petir transformator, kerusakan transformator, dan suara bising transformator.
Transformator adalah perangkat listrik yang umum digunakan mampu mengubah energi listrik AC. Ia dapat mengubah satu bentuk energi listrik (arus bolak-balik dan tegangan) menjadi bentuk lain dari energi listrik (dengan frekuensi arus bolak-balik dan tegangan yang sama). Dalam aplikasi praktis, fungsi utama transformator adalah mengubah tingkat tegangan, sehingga transmisi daya menjadi lebih mudah.
Berdasarkan rasio tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, transformator diklasifikasikan sebagai transformator penurun atau transformator penaik. Transformator dengan rasio tegangan kurang dari 1 disebut transformator penurun, yang fungsinya utama adalah menyediakan tegangan yang diperlukan untuk berbagai perangkat listrik, memastikan pengguna menerima tegangan yang tepat. Transformator dengan rasio tegangan lebih dari 1 disebut transformator penaik, yang fungsinya utama adalah mengurangi biaya transmisi, meminimalkan kerugian daya selama transmasi, dan memperpanjang jarak transmisi.
Konstruksi Transformator
Pada transformator daya berkapasitas menengah dan besar, disediakan tangki minyak tertutup, diisi dengan minyak transformator. Lilitan dan inti transformator direndam dalam minyak untuk mencapai pembuangan panas yang lebih baik. Busur insulasi digunakan untuk mengeluarkan lilitan dan menghubungkannya ke sirkuit eksternal. Transformator terutama terdiri dari komponen-komponen berikut: perangkat pengatur tegangan, badan utama, perangkat terminal keluar, tangki minyak, perangkat pelindung, dan perangkat pendingin. Perangkat pengatur tegangan dibagi menjadi perubahan ketuk beban dan tanpa beban, pada dasarnya merupakan jenis saklar ketuk; badan utama terdiri dari kabel, inti, struktur isolasi, dan lilitan; perangkat terminal keluar termasuk busur tekanan rendah dan tekanan tinggi; tangki minyak mencakup aksesori (termasuk katup pengambilan minyak, plat nama, katup pembuangan, baut grounding, dan roda) dan badan tangki utama (termasuk dasar tangki, dinding, dan tutup); perangkat pelindung termasuk pernapasan desikant, relai gas, tangki konservasi, relai float minyak, indikator level minyak, sensor suhu, dan ventilasi keselamatan; perangkat pendingin terdiri dari pendingin dan radiator.
Suara Bising Transformator dan Tindakan Pengurangan
Transformator sering menghasilkan suara selama operasi, terutama karena gaya elektromagnetik yang menyebabkan getaran badan utama dan magnetostrictive pada lembaran besi silikon di bawah medan magnet, serta suara yang dihasilkan oleh kipas dan blower sistem pendingin. Sistem pendengaran manusia hanya dapat merasakan suara dalam frekuensi getaran tertentu; ketika frekuensi berada antara 16 Hz dan 2000 Hz, suara tersebut dapat didengar. Ultrasonik di atas rentang ini dan infrasonik di bawahnya tidak dapat dirasakan. Suara bising menyebar dari inti ke udara, lilitan, dan struktur pengencang—ini adalah jalur transmisi utama suara bising transformator. Suara bising dapat dikurangi dengan menurunkan kepadatan fluks magnet dan meminimalkan magnetostrictive pada lembaran besi silikon inti. Namun, menurunkan kepadatan fluks akan meningkatkan ukuran inti dan jumlah lembaran besi silikon, yang meningkatkan biaya. Untuk mengurangi suara bising tanpa meningkatkan biaya, penambahan komponen redaman sangat efektif. Misalnya, meletakkan spasi karet yang sesuai antara lilitan tekanan rendah dan inti dapat mengencangkan lilitan dan memberikan bantalan. Struktur redaman ini membantu mengurangi suara bising selama penyebarannya.
Perlindungan Petir Transformator
Di Cina, setiap tahun banyak transformator rusak akibat sambaran petir. Menurut otoritas terkait, di antara transformator distribusi 10 kV yang rusak, 4%–10% rusak karena petir. Koneksi lead grounding yang tidak tepat dan pemasangan pelindung petir transformator yang salah adalah penyebab utama kerusakan akibat petir. Masalah utama termasuk: grounding terpisah untuk pelindung petir sisi tekanan tinggi dan rendah serta titik netral transformator; lead yang terlalu panjang dan penampang konduktor grounding yang terlalu kecil; absennya pelindung petir pada sisi tekanan rendah; menggunakan struktur dukungan sebagai konduktor grounding untuk pelindung petir sisi tekanan tinggi; dan gagal melakukan uji pencegahan pada pelindung petir.
Kerusakan Transformator
Ketika perubahan berikut terjadi pada transformator, analisis kerusakan dapat dilakukan berdasarkan kondisi operasional sebenarnya: transformator menyebabkan pemadaman listrik karena kecelakaan atau mengalami fenomena seperti short circuit outlet, tetapi belum dilakukan pembongkaran; fenomena abnormal terjadi selama operasi, memaksa operator untuk mematikan transformator untuk inspeksi atau pengujian; selama uji pencegahan, penerimaan pemeliharaan, atau komisi dalam kondisi pemadaman normal, satu atau lebih nilai parameter melebihi batas standar. Jika situasi di atas terjadi selama penggunaan sebenarnya, transformator harus segera menjalani pemeriksaan dan pengujian yang relevan untuk memastikan dapat beroperasi normal.
Langkah-langkah untuk Menentukan Adanya Kerusakan:
Pertama, tentukan kemungkinan adanya kerusakan, dan apakah itu kerusakan yang jelas (terlihat) atau tersembunyi (latent).
Kedua, identifikasi sifat kerusakan—apakah itu kerusakan terkait minyak atau isolasi padat, kerusakan termal atau listrik.
Ketiga, faktor-faktor seperti daya kerusakan, waktu aktivasi relai karena saturasi, keparahan, tren perkembangan, suhu titik panas, dan tingkat saturasi gas dalam minyak adalah indikator umum untuk menentukan adanya kerusakan.
Keempat, temukan metode yang tepat untuk menangani insiden. Jika transformator masih dapat beroperasi setelah insiden, tentukan selama operasi apakah tindakan keamanan dan metode pemantauan perlu disesuaikan, dan apakah diperlukan inspeksi atau perbaikan internal.
Berbagai penyebab dapat mengarah pada kerusakan transformator, yang dapat diklasifikasikan dalam berbagai cara. Misalnya, berdasarkan jenis sirkuit, mereka dapat dikategorikan sebagai kerusakan sirkuit minyak, kerusakan sirkuit magnet, dan kerusakan sirkuit listrik. Saat ini, kerusakan transformator yang paling sering dan parah adalah short circuit outlet, yang juga dapat memicu kerusakan pelepasan. Kerusakan short circuit pada transformator biasanya merujuk pada short circuit fase-ke-fase di dalam transformator, kerusakan ground pada lead atau lilitan, dan short circuit outlet.
Banyak kecelakaan terjadi akibat kerusakan tersebut. Misalnya, short circuit pada outlet tekanan rendah transformator sering memerlukan penggantian lilitan yang terkena; dalam kasus yang parah, semua lilitan mungkin perlu diganti, menyebabkan kerugian ekonomi dan konsekuensi yang signifikan. Kerusakan short circuit transformator layak mendapat perhatian serius. Sebagai contoh, sebuah transformator (110 kV, 31.5 MVA, model SFS2E8-31500/110) mengalami kecelakaan short circuit, disertai dengan tripping switch tiga sisi trafo utama dan aktivasi proteksi gas berat.
Setelah transformator dikembalikan ke pabrik untuk perbaikan, inspeksi saat mengangkat penutup menunjukkan: karat pada dasar dan inti bagian atas (karena hujan selama kecelakaan); deformasi parah pada lilitan tekanan menengah fase C, runtuhnya lilitan tekanan tinggi fase C, dan short circuit antara lilitan tekanan rendah dan menengah akibat pergeseran pelat pengencang; deformasi parah pada lilitan tekanan menengah dan rendah fase B; lilitan tekanan rendah fase C terbakar pada dua bagian; dan banyak partikel tembaga halus dan manik-manik tembaga antara putaran lilitan. Penyebab utama termasuk: kekuatan isolasi struktur isolasi yang tidak cukup; strip pengencang yang tidak sejajar, ketinggalan alas, dan pergeseran longgar; dan lilitan yang longgar.
Pelepasan terutama merusak isolasi transformator, tercermin dalam dua aspek: Pertama, gas aktif yang dihasilkan oleh pelepasan—seperti oksida klorin, ozon, dan panas—menyebabkan reaksi kimia dalam kondisi tertentu, menyebabkan korosi isolasi lokal, peningkatan kerugian dielektrik, dan akhirnya breakdown termal. Kedua, partikel pelepasan langsung menyerang isolasi, menyebabkan kerusakan isolasi lokal yang secara bertahap membesar dan akhirnya breakdown.
Misalnya, sebuah transformator (63 MVA, 220 kV) mengalami pelepasan pada 1.5 kali tegangan, disertai dengan suara pelepasan yang terdengar dan tingkat pelepasan sebesar 4000–5000 pC. Ketika tegangan uji inter-turn diturunkan menjadi 1.0 kali dan metode uji ujung garis diubah menjadi 1.5 kali dukungan tegangan, tidak ada suara pelepasan dan tingkat pelepasan turun drastis ke bawah 1000 pC. Setelah dibongkar dan diperiksa, ditemukan jejak pelepasan berbentuk pohon sepanjang cincin isolasi sudut ujung, terutama karena bahan isolasi yang tidak memenuhi standar.
Saat pelepasan parsial terjadi di permukaan isolasi padat, terutama ketika komponen normal dan tangensial dari kekuatan medan listrik hadir, insiden yang terjadi paling parah. Kerusakan pelepasan parsial dapat terjadi di lokasi mana pun dengan bahan isolasi yang buruk atau medan listrik yang terkonsentrasi, seperti antara putaran lilitan, pada lead electrostatic shield lilitan tekanan tinggi, antara penghalang fase, dan pada lead tekanan tinggi.
Transformator adalah perangkat listrik yang luas digunakan dalam rangkaian elektronik dan sistem listrik. Sebagai peralatan kunci dalam pemanfaatan, distribusi, dan transmisi daya, transformator memainkan peran yang tidak tergantikan. Oleh karena itu, perhatian lebih harus diberikan pada transformator dalam aplikasi praktis.
