Kasus-kasus kegagalan peralatan listrik tegangan rendah/menengah dan apa yang seharusnya dilakukan (untuk menghindarinya)

Kegagalan dan Penyebab Kebakaran

Secara umum, masa pakai komponen sistem tenaga sangat bergantung pada tingkat perawatan yang diberikan dan siklus kerjanya. Misalnya, pemutus sirkuit yang terutama bertugas untuk pensaklaran dapat bertahan 40 hingga maksimal 50 tahun. Sebagian besar transformator di perusahaan utilitas bertahan sekitar 40 tahun jika tidak terjadi peristiwa bencana seperti sambaran petir. Di sisi lain, pengubah tap online pada transformator tegangan tinggi rentan terhadap kegagalan.

Bushing tegangan tinggi (HV) dianggap sebagai salah satu penyebab kegagalan tunggal yang paling signifikan di gardu induk tegangan menengah/rendah (MV/LV). Mekanisme kegagalan cenderung berkembang ke tingkat kritis pada titik pertengahan masa pakai aset di sekitarnya, dan mekanisme tersebut umumnya mengakibatkan kegagalan mendadak dan dahsyat yang bersifat eksplosif, sehingga secara signifikan memperpendek masa pakai gardu induk HV.

1. Kegagalan Bushing CB pada Switchgear Tegangan Menengah

Kegagalan bushing yang parah pada switchgear tegangan menengah, jika terjadi, dapat menyebabkan kerusakan dahsyat pada bangunan di sekitarnya dan instalasi yang berdekatan . Sebagai contoh, sejumlah besar kegagalan dahsyat tersebut disajikan dalam sebuah laporan dari Kota Cape Town di Afrika Selatan.

Banyak kegagalan mulai terjadi setelah produsen mengganti bushing kertas Bakelite yang sebelumnya digunakan dengan bushing cor resin. Penggantian ini terkait dengan perluasan teknologi SF6 dan vakum dengan keunggulan yang seharusnya dimiliki teknologi cor resin. Isolator cor resin dianggap lebih cocok untuk produksi massal, memiliki toleransi kesalahan yang lebih baik, tahan terhadap goresan, dan tahan terhadap kerusakan mekanis.

Untuk memasangnya di panel yang sama dengan pemutus oli lama, beberapa produsen mendesain ulang pemutus yang ada untuk menggunakan teknologi SF6 dan pengecoran resin . Perusahaan utilitas Afrika Selatan menggunakan tiga model switchgear MV SF6 dari produsen yang sama, yang semuanya dapat saling menggantikan dengan pemutus oli generasi sebelumnya.

Namun, bertentangan dengan ekspektasi, pengalaman Kota Cape Town menunjukkan bahwa bushing kertas bakelite jauh lebih unggul daripada bushing cor resin .

setidaknya ada dua model panel dan pabrikan yang sama, terdapat banyak kegagalan bushing, sebagian besar disebabkan oleh aktivitas pelepasan parsial di permukaan bushing , sementara pada model ketiga, terdapat aktivitas pelepasan parsial yang parah tetapi tidak ada kegagalan yang fata

Pada tahun 2004, gardu induk tersebut mengalami sejumlah kegagalan paling awal yang diketahui di Kota Cape Town. Bau klorin sangat menyengat ketika petugas memasuki gardu induk untuk melakukan operasi pengalihan. Setelah pemeriksaan lebih lanjut, mereka menemukan bahwa pemutus sirkuit mengalami degradasi pelepasan yang parah pada isolasi bushing dan kontak kluster. Di gardu induk tersebut, juga terjadi korosi parah, pelacakan, dan degradasi kluster (Gambar 1 dan 2).

Selama pemeriksaan, ditemukan cacat lain, seperti pori-pori di bawah lapisan resin bushing (cacat produksi), serta ketidaksejajaran kotak penutup (tanda-tanda kontrol kualitas yang buruk selama produksi).

Berdasarkan hasil inspeksi dan investigasi akar penyebab, aktivitas pelepasan parsial yang parah ditetapkan sebagai penyebab utama kegagalan. Probabilitas aktivitas pelepasan parsial meningkat karena adanya beberapa daerah lokal dengan tegangan listrik yang terbentuk di dalam rongga, pori-pori, dan gelembung pada cetakan resin.

Tingkat kelembapan yang sangat tinggi di area tempat gardu induk berada harus ditambahkan ke dalam penyebab kegagalan. Udara lembap dan, khususnya, tetesan uap air mempercepat aktivitas pelepasan parsial pada rakitan bushing. Karena udara merupakan komponen penting dari sistem isolasi pada switchgear modern , uap air yang terbawa dalam udara mengubah sifat dielektriknya. Pelepasan parsial lebih mungkin terjadi karena kekuatan tembus udara yang lebih rendah.

Namun, meskipun sebagian besar panel sakelar baru dilengkapi dengan pemanas, beberapa produsen menetapkan pemanas panel sebagai fitur opsional.

Ketidaksejajaran pemutus arus dapat memainkan peran penting dalam peningkatan aktivitas pelepasan parsial. Karena lubang kotak penutup diposisikan tidak merata, medan listrik di sekitar bushing menjadi tidak konsisten jika bushing pemutus arus dan bushing lubang yang sesuai tidak sejajar. Hasil yang sama dapat dicapai dengan kotak penutup yang tidak sejajar.

Pemutus sirkuit yang tidak terpasang dengan benar berisiko merusak bushing orifice (betina) dan jalur penggeraknya. Mengoperasikan pemutus sirkuit ini mungkin berisiko.

2. Studi Kasus Kegagalan Peralatan Sakelar Tegangan Menengah

Kegagalan pada peralatan switchgear tegangan menengah (MV) dapat disebabkan oleh desain yang tidak memadai. Namun, prosedur perawatan yang tidak memadai, yang gagal menghentikan dan mengidentifikasi masalah mekanis dan listrik yang menyebabkan kegagalan, lebih sering menjadi penyebab kegagalan. Peningkatan kepadatan beban juga memberikan tekanan yang besar pada infrastruktur switchgear MV yang ada saat ini dan sudah ketinggalan zaman .

Solusi yang ditawarkan sering kali berupaya menyeimbangkan tuntutan yang saling bertentangan antara menjaga ketersediaan dan keandalan yang tinggi sambil menekan biaya dan menawarkan tingkat keamanan tertinggi.

Mengingat keterbatasan ruang di stasiun penerima yang ada, solusi yang layak untuk meningkatkan umur pakai peralatan sakelar yang ada seringkali diselesaikan dengan tindakan perbaikan dan pembaruan. Namun, tindakan pembaruan memerlukan fleksibilitas operasional dan peringkat, serta melibatkan perhatian khusus pada aspek keselamatan dan integrasi .

Kesalahan dalam desain, cacat komponen, dan kesalahan manusia , serta kombinasi dari semua itu, dapat menyebabkan kegagalan serius pada peralatan distribusi tegangan menengah (MV).

3. Kegagalan Peralatan Sakelar Berbalut Logam

Mari kita bahas dua kasus kegagalan peralatan sakelar berlapis logam, satu di Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir AS (NGS) dan satu lagi di pembangkit listrik tenaga nuklir asing (NPS). Fitur yang paling menarik dari kedua insiden tersebut adalah bagaimana kerusakan listrik di satu kotak pemutus sirkuit menyebar ke pemutus sirkuit dan buswork lainnya di dalam kotak yang sama .

Kejadian-kejadian kelistrikan ini membantu kita memahami potensi kerusakan tambahan, kegagalan berantai, dan tantangan operasional pabrik yang dapat timbul akibat satu kegagalan listrik.

4. Kegagalan Kabel Daya Tegangan Menengah

Ada beberapa faktor yang menyebabkan kegagalan kabel daya tegangan menengah (MV). Jenis isolasi kabel yang paling banyak digunakan akhir-akhir ini adalah PE (XLPE, polietilen ikatan silang tahan pohon [TR-XLPE], dan polietilen berat molekul tinggi [HMWPE]) dan karet etilen propilen (EPR). Beberapa penyebab kegagalan kabel daya bawah tanah telah diidentifikasi, seperti tegangan tarik yang berlebihan dan korosi .

Lonjakan tegangan tinggi dapat menyebabkan lubang pada selubung dan merusak pelindung, serta air dapat masuk melalui lubang tersebut dan menyebabkan korosi.

Kabel daya tegangan menengah (MV) seringkali terletak di lokasi yang sulit dijangkau seperti saluran, parit dan palung kabel, saluran kabel bawah tanah, ruang bawah tanah , atau instalasi lain yang terkubur langsung; dalam kondisi seperti itu, kabel dapat mengalami kegagalan akibat degradasi isolasi.

Kegagalan kabel merupakan salah satu masalah terpenting bagi berbagai industri, terutama industri nuklir, karena kabel tersebut memasok daya ke beberapa beban di pembangkit listrik tenaga nuklir dan peristiwa kegagalan dapat sangat berbahaya, menyebabkan hilangnya daya ke bus pengaman, air bersih, dan air bersih untuk layanan darurat .

Seringkali, aktivitas pelepasan parsial pada kabel listrik menyebabkan kegagalan. Pelepasan parsial dipercepat oleh berbagai cacat, seperti rongga, tonjolan pelindung, kontaminan, dan sebagainya. Pelepasan parsial secara bertahap akan merusak dan mengikis material dielektrik, yang akhirnya menyebabkan kerusakan total.

Beberapa penyebab kerusakan kabel adalah sebagai berikut:

Penuaan,
Korosi pada selubung,
Tusukan listrik,
Kelembapan pada isolasi,
Pemanasan kabel,
Gelombang api dan petir ,
Kerusakan saat digunakan akibat pekerjaan penggalian, atau
Kerusakan selama proses peletakan.

5. Kegagalan Panel Distribusi Tegangan Rendah

Mari kita ambil contoh kasus kerusakan panel distribusi yang terjadi di fasilitas infrastruktur komunitas. Panel distribusi yang rusak (lihat Gambar 11) memiliki rating bus suplai 1250 A, rating bus seksi 1250 A, dan rating bus netral 630 A. Rating arus pendek panel distribusi adalah 25.000 A. Sistemnya adalah tiga fasa, empat kawat, 480/277 V.

Inspeksi fisik meliputi panel distribusi listrik, pemutus utama, busbar, kompartemen pengukuran, dan busbar lain di dekatnya. Kerusakan akibat percikan api ditemukan terutama di kubikel pemutus utama, busbar vertikal, dan kompartemen pengukuran di atas pemutus.

Pemeriksaan mengungkapkan bukti adanya percikan api (logam yang menguap dan hilang) pada kabel kontrol , pada busbar vertikal sisi beban, pada busbar vertikal sisi saluran dan logam kabinet, serta pada kelompok jari dan ujung pemutus utama. Baik busbar yang rusak maupun yang tidak rusak menunjukkan korosi dan pengelupasan yang cukup parah.

Inspeksi mengungkapkan adanya korosi di dalam pemutus sirkuit yang rusak dan sambungannya, serta pada pemutus sirkuit di dekatnya. Ditemukan bahwa hidrogen sulfida terdapat di udara ruang listrik pemutus sirkuit tersebut. Seiring waktu, hidrogen sulfida menyebabkan korosi dan pengelupasan permukaan kelompok jari-jari. Gas ini juga menyerang permukaan kontak sambungan bus kubikel pemutus sirkuit (stab), sehingga sambungan tersebut juga mengalami korosi dan pengelupasan.

Rangkaian peristiwa berikut diduga menyebabkan kegagalan tersebut:

Sekitar 20 hari sebelum kerusakan terjadi, teknisi listrik memasang pemutus utama. Karena permukaan kontak dari kelompok jari dan ujung-ujungnya tidak rata dan berkarat, sambungan listrik memiliki resistansi listrik yang lebih tinggi dari normal. Arus beban yang melewati sambungan ini menghasilkan panas berlebih, yang mempercepat oksidasi dan kerusakan lebih lanjut pada permukaan sambungan.

Hal itu, pada gilirannya, memperburuk masalah pemanasan. Pemanasan kemungkinan akan paling intens pada fase tengah (B), dan itu cukup untuk melelehkan permukaan sambungan fase B. Arus beban normal menghasilkan busur listrik yang menjembatani celah kecil tempat permukaan tembaga telah meleleh.

Karena arus beban terus mengalir melalui busur, hal itu melelehkan dan menguapkan lebih banyak material permukaan kontak, menghasilkan panas yang sangat tinggi dan gas terionisasi (konduktif) . Panas yang sangat tinggi dan gas terionisasi masuk ke kompartemen atas dan menyebabkan korsleting pada kabel kontrol 480 V (transformator potensial).

Isolasi kabel yang meleleh mungkin memungkinkan fase-fase terpisah untuk saling bersentuhan, atau blok sekering yang meleleh mungkin juga memungkinkan fase-fase terpisah untuk saling bersentuhan. Korsleting pada kabel kontrol terjadi di sisi saluran pemutus dan sisi saluran sekering kabel kontrol, dan akibatnya tidak menyebabkan pemutus utama terbuka atau sekering putus.

KONTEN PREMIUM

Artikel-artikel teknis dalam kategori “Konten Premium” hanya dapat diakses sepenuhnya oleh Anggota Premium. Panduan teknik elektro, artikel teknis spesialis, dan makalah yang ditulis oleh insinyur listrik berpengalaman di beberapa negara semuanya tersedia untuk pengguna premium. Sebagai seorang insinyur listrik yang bekerja di bidang Tegangan Rendah, Menengah, atau Tinggi, ini akan membantu Anda mengembangkan keterampilan teknis profesional yang Anda butuhkan di tempat kerja.