Dissolved Gas Analysis (DGA) – Part II

Foreword

Pada bagian I telah disebutkan bahwa fault gases terbentuk karena adanya thermal fault dan electrical fault yang memicu dekomposisi material. Pada bagian ini, terbentuknya fault gases akan dijelaskan sedikit lebih detail. Selain itu, ada sumber fault gas yang perlu untuk didiskusikan.

Dekomposisi Minyak Trafo

Trafo adalah mesin elektrik yang paling umum menggunakan minyak sebagai media isolasi. Gangguan termal dan elektrik adalah 2 penyebab umum terbentuknya dissolved gas  pada sebuah trafo, melalui proses yang relatif kompleks. Secara fundamental, putusnya ikatan hidrogen-karbon dan karbon-karbon akan membentuk molekul gas hidrogen, metana, ethana dan semacamnya. Secara lanjut dimungkinkan terbentuknya ethilena dan asethilena. Terbentuknya fault gas sangat bergantung pada jenis rantai hidrokarbon, distribusi energi dan termal serta durasi terjadinya stress elektrik dan termal. Selain itu, terbentuknya beberapa fault gas secara empiris terbukti bergantung pada temperatur, hal ini menjadi salah satu dasar interpretasi dari DGA.

Berikut adalah daftar fault gases yang diidentifikasi dalam DGA:

- hydrogen (H₂)

- methane (CH₄)

- acetylene (C₂H₂

- ethylene (C₂H₄)

- ethane (C₂H₆)

- carbon monoxide (CO)

- carbon dioxide (CO₂)

Selain itu terdapat Oxygen (O₂) dan Nitrogen (N₂), yang meskipun bukan fault gases, dimasukkan dalam proses analisis sebagai faktor yang mempengaruhi suatu gangguan atau terbentuknya gas lain.

Dekomposisi Isolasi Selulosa (celulose)

Isolasi selulosa, yaitu salah satu jenis isolasi padat, adalah isolasi yang umum digunakan pada sebuah trafo. Bentuknya dapat berupa blok kayu, pressbord, atau yang paling umum adalah isolasi kertas (kraft paper). Sebagaimana ditunjukkan dalam gambar 1, kraft paper adalah isolasi utama antar belitan. Struktur ini bersama dengan belitan, direndam dalam minyak trafo.

Rantai ikatan polimer sebuah isolasi selulosa, secara termal, memiliki stabilitas lebih lemah daripada minyak trafo. Pemutusan rantai polimer terlihat sangat signifikan pada temperatur 105°C, serta karbonisasi pada temperatur 300°C. Temperatur adalah faktor penting dalam dekomposisi selusola. Proses ini dipercepat dengan adanya kandungan oksigen dan kelembaban (air) pada minyak trafo.

Gambar 1. Paper Insulation pada Transformator

Hasil utama dekomposisi selulosa adalah:

- carbon monoxide (CO)

- carbon dioxide (CO₂)

- air (H₂O) 

Selain itu, akan dihasilkan molekul berikut dalam jumlah kecil:

- hydrogen (H₂)

- methane (CH₄)

- furan

Terbentuknya molekul diatas berbanding secara eksponensial terhadap temperatur dan volume material selulosa.

Sumber Gas yang Lain

Selain dari dekomposisi di atas, fault gases bisa dihasilkan dari reaksi kimia yang melibatkan struktur baja dan lapisan anti-karat (coating).

Dalam suatu kasus, hidrogen bisa dihasilkan dari reaksi baja dengan air, jika terdapat oksigen di sekitarnya. Ada beberapa temuan yang menyatakan adanya sejumlah besar hidrogen pada trafo yang tidak pernah digunakan, dicurigai merupakan produk reaksi antara air dengan coating atau reaksi stainless steel dengan minyak melalui bantuan oksigen di sekitarnya. Hidrogen juga memiliki kemungkinan terserap selama proses manufaktur atau pengelasan dan terrilis ke minyak secara pelan.

Terpaparnya minyak trafo dengan matahari secara langsung bisa menjadi penyebab timbulnya fault gases. Hal yang sama juga mungkin terjadi pada reaksi-reaksi yang melibatkan beberapa jenis coating pada bagian internal trafo.

Meskipun peluang terjadinya sangat jarang (namun mungkin), maka DGA atau material comptibility test perlu diterapkan. 

to be continued to part 3
Before: Part 1

 Paiton, 20 Agustus 2018 19.19