Analisis Kegagalan Pemutus Sirkuit Bus Tengah Selama Penahanan Katup Konverter Ultra-Tegangan Tinggi

1.Prinsip Pemblokiran Katup Konverter Tegangan Ultra-Tinggi
1.1 Prinsip Kerja Katup Konverter
Katup konverter tegangan ultra-tinggi (UHV) biasanya menggunakan katup tiristor atau katup transistor bipolar terisolasi gerbang (IGBT) untuk mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) dan sebaliknya. Mengambil contoh katup tiristor, ia terdiri dari beberapa tiristor yang dihubungkan seri dan paralel. Dengan mengontrol pemicuan (penyalinan) dan pemutusan tiristor, katup mengatur dan mengubah arus listrik. Selama operasi normal, katup konverter mengubah AC menjadi DC atau DC menjadi AC sesuai dengan urutan pemicuan dan waktu yang telah ditentukan [1].

1.2 Penyebab dan Proses Pemblokiran Katup Konverter
Pemblokiran katup konverter dapat dipicu oleh berbagai faktor, termasuk tegangan berlebih, arus berlebih, kegagalan komponen internal, dan anomali dalam sistem kontrol dan perlindungan. Ketika anomali tersebut terdeteksi, sistem kontrol dan perlindungan dengan cepat mengeluarkan perintah pemblokiran, menghentikan pemicuan semua tiristor atau katup IGBT, sehingga memblokir katup konverter.

Selama proses pemblokiran, terjadi perubahan signifikan pada parameter listrik sistem. Misalnya, di sisi rektifikasi, setelah katup konverter diblokir, arus sisi AC turun dengan cepat. Namun, karena induktansi jalur, arus sisi DC tidak langsung jatuh ke nol dan malah terus mengalir melalui jalur seperti busbar netral, membentuk arus bebas. Pada saat ini, pemutus sirkuit busbar netral harus beroperasi dengan cepat untuk memutus arus DC dan melindungi peralatan sistem dari kerusakan akibat arus berlebih [2].

2.Kondisi Operasional Pemutus Sirkuit Busbar Netral Selama Pemblokiran Katup Konverter
2.1 Perubahan Parameter Listrik
Saat katup konverter diblokir, tegangan dan arus di pemutus sirkuit busbar netral mengalami perubahan drastis. Di sisi DC, karena katup konverter yang diblokir mencegah aliran arus normal, terjadi arus berlebih di busbar netral dan peralatan terkait. Sementara itu, karena proses transien elektromagnetik dalam sistem, mungkin muncul tegangan berlebih di pemutus sirkuit busbar netral.

Sebagai contoh, dalam suatu proyek transmisi DC UHV, setelah pemblokiran katup konverter, arus busbar netral secara instan melonjak hingga 2–3 kali arus nominal, dan tegangan di pemutus sirkuit busbar netral menunjukkan fluktuasi signifikan, mencapai 1,5 kali tegangan operasi normal. Tabel 1 menggambarkan secara visual perubahan parameter listrik selama pemblokiran katup konverter.

Tabel 1: Perubahan Parameter Listrik Selama Pemblokiran Katup Konverter dalam Suatu Proyek Transmisi DC UHV

2.2 Variasi Stres
Saat katup konverter terblokir, pemutus sirkuit busbar netral harus mampu menahan tidak hanya stres listrik tetapi juga stres mekanik. Stres listrik utamanya berasal dari tegangan dan arus berlebih, yang memperparah erosi listrik pada kontak pemutus dan mempersingkat masa pakainya. Stres mekanik sebagian besar berasal dari gaya dampak yang dihasilkan oleh mekanisme operasi selama operasi pembukaan dan penutupan cepat, serta gaya elektromagnetik yang disebabkan oleh perubahan arus cepat. Misalnya, dalam kejadian blokir katup konverter yang sering, komponen mekanisme operasi pemutus sirkuit busbar netral dapat menjadi kendur atau aus, yang berdampak buruk pada kinerja pembukaan dan penutupannya [3].

3.Jenis Kegagalan Umum dan Analisis Penyebab Pemutus Sirkuit Busbar Netral Selama Blokir Katup Konverter UHV
3.1 Gagal Isolasi
3.1.1 Manifestasi Kegagalan
Gagal isolasi adalah salah satu jenis kegagalan yang lebih umum untuk pemutus sirkuit busbar netral selama blokir katup konverter. Hal ini terutama ditunjukkan oleh penuaan atau kerusakan material isolasi internal, yang menyebabkan penurunan kinerja isolasi dan mengakibatkan penyalaan atau tembus. Misalnya, dalam beberapa proyek transmisi DC UHV yang telah beroperasi lama, kontaminasi permukaan dan retak telah muncul pada bushing isolasi porcelen di dalam pemutus sirkuit busbar netral, yang sangat merusak kinerja isolasi.

3.1.2 Analisis Penyebab
Penyebab gagal isolasi mencakup beberapa aspek. Pertama, operasi jangka panjang di bawah tegangan dan arus tinggi secara bertahap mempercepat penuaan material isolasi, yang mengurangi kemampuan isolasinya seiring waktu. Kedua, tegangan dan arus berlebih yang dihasilkan selama blokir katup konverter memberikan stres yang parah pada material isolasi, mempercepat proses penuaan. Selain itu, lingkungan operasi yang keras—seperti kelembaban tinggi dan polusi berat—menyebabkan permukaan isolasi mengumpulkan kontaminan, yang lebih lanjut mengurangi kinerja isolasi. Misalnya, dalam proyek transmensi DC UHV di pesisir dengan kelembaban tinggi dan udara berisi garam, film konduktif mudah terbentuk di permukaan bushing isolasi porcelen pemutus sirkuit busbar netral, yang secara signifikan mengurangi kekuatan isolasi dan menyebabkan kegagalan penyalaan yang sering.

3.2 Gagal Mekanisme Operasi
3.2.1 Manifestasi Kegagalan
Kegagalan mekanisme operasi terutama ditunjukkan oleh waktu pembukaan/penutupan yang abnormal atau tidak bisa dibuka/ditutup (tolak operasi). Misalnya, selama blokir katup konverter, pemutus sirkuit busbar netral mungkin menunjukkan waktu pembukaan yang terlalu lama, gagal memutus arus DC dengan cepat, atau mungkin gagal menutup dengan benar, yang mengakibatkan kontak yang buruk.

3.2.2 Analisis Penyebab
Penyebab kegagalan mekanisme operasi cukup kompleks. Di satu sisi, komponen mekanis menurun seiring waktu karena operasi yang sering, mengalami aus atau deformasi yang mengganggu kinerja. Misalnya, pegas dalam mekanisme mungkin kehilangan elastisitasnya karena kelelahan, yang mengakibatkan gaya pembukaan/penutupan yang tidak cukup. Di sisi lain, kegagalan dalam rangkaian kontrol—seperti kegagalan relay atau kabel kontrol yang putus—dapat mencegah mekanisme menerima atau menjalankan perintah dengan benar. Selain itu, gangguan elektromagnetik selama blokir katup konverter dapat mengganggu sinyal kontrol, menyebabkan kegagalan atau tolak operasi. Misalnya, dalam proyek transmisi DC UHV tertentu, kabel kontrol yang diletakkan dekat busbar arus tinggi mengalami gangguan magnetik yang kuat selama blokir katup, yang menyebabkan pemutus menolak untuk membuka.

3.3 Gagal Kontak
3.3.1 Manifestasi Kegagalan
Gagal kontak terutama termasuk erosi kontak, peningkatan resistansi kontak, dan pengelasan kontak. Selama blokir katup konverter, ketika pemutus sirkuit busbar netral memutus arus besar, busur suhu tinggi terbentuk, yang menyebabkan erosi permukaan kontak. Erosi yang berkelanjutan mengakibatkan permukaan kontak yang tidak rata dan resistansi yang lebih tinggi, mengganggu operasi normal. Dalam kasus yang parah, kontak mungkin terlas, mencegah pemutus untuk dibuka.

3.3.2 Analisis Penyebab
Penyebab utama gagal kontak adalah arus besar dan busur suhu tinggi yang dihasilkan selama blokir katup konverter. Aliran arus besar menghasilkan pemanasan Joule, meningkatkan suhu kontak, sementara panas busur yang intens mempercepat erosi. Selain itu, sifat bahan kontak dan kualitas produksi mempengaruhi tahanan busur. Kontak yang terbuat dari bahan dengan tahanan suhu tinggi atau busur yang buruk, atau yang diproduksi dengan proses yang tidak standar, lebih rentan terhadap erosi. Misalnya, dalam proyek DC UHV, pemutus sirkuit busbar netral menggunakan kontak dengan tahanan busur yang kurang; setelah beberapa kejadian blokir, erosi yang parah terjadi, secara signifikan meningkatkan resistansi kontak dan mengganggu operasi normal.

3.4 Gagal Transformator Arus
3.4.1 Manifestasi Kegagalan
Kegagalan transformator arus terutama termasuk sirkuit terbuka sisi sekunder, kerusakan isolasi gulungan, dan jenuh inti. Selama blokir katup konverter, perubahan mendadak pada arus DC memberikan stres yang signifikan pada transformator arus, membuatnya rentan terhadap kegagalan. Misalnya, sirkuit terbuka sekunder dapat menghasilkan tegangan tinggi yang berbahaya, mengancam peralatan dan personel; kerusakan isolasi gulungan dapat menyebabkan hubungan pendek internal, menurunkan akurasi pengukuran; dan jenuh inti meningkatkan kesalahan pengukuran, yang mungkin memicu tindakan pelindung yang salah.

3.4.2 Analisis Penyebab
Penyebab kegagalan transformator arus meliputi hal-hal berikut: Pertama, arus berlebih selama blokir katup konverter memberikan stres termal dan elektromagnetik yang tinggi pada gulungan, yang mungkin merusak isolasi. Kedua, kinerja isolasi secara alami menurun seiring waktu, membuat transformator lebih rentan terhadap kegagalan dalam kondisi abnormal seperti blokir katup. Selain itu, desain atau pemilihan yang tidak tepat—seperti arus nominal atau kelas akurasi yang salah—dapat menyebabkan jenuh inti selama kejadian blokir. Misalnya, dalam satu proyek DC UHV, arus nominal transformator arus terlalu rendah; selama blokir katup, inti dengan cepat jenuh, gagal mengukur arus dengan akurat dan menyebabkan relai pelindung berfungsi dengan salah.

Untuk lebih memahami proporsi setiap jenis kerusakan di antara kegagalan sirkuit pemutus busbar netral selama pemblokiran katup konverter, makalah ini melakukan analisis statistik data kerusakan dari beberapa proyek transmisi DC UHV, dengan hasil ditunjukkan dalam Tabel 2.

Tabel 2: Proporsi Jenis Kerusakan Sirkuit Pemutus Busbar Netral Selama Pemblokiran Katup Konverter UHV

4. Tindakan Pencegahan dan Penanganan Kesalahan pada Pemutus Sirkuit Busbar Netral Selama Penyumbatan Katup Konverter UHV
4.1 Tindakan Pencegahan Kesalahan
4.1.1 Optimalisasi Pemilihan dan Desain Perangkat
Selama fase konstruksi proyek transmisi DC UHV, dampak kondisi abnormal seperti penyumbatan katup konverter terhadap pemutus sirkuit busbar netral harus dipertimbangkan secara penuh, dan pemilihan serta desain perangkat harus dioptimalkan sesuai. Komponen kunci—seperti pemutus sirkuit dengan kinerja isolasi tinggi, kontak tahan busur yang unggul, mekanisme operasi yang andal, dan transformator arus dengan penilaian yang tepat—harus dipilih. Misalnya, selubung keramik isolasi yang dibuat dari bahan isolasi canggih dan proses manufaktur dapat meningkatkan keandalan isolasi; bahan kontak dengan ketahanan busur yang kuat memperpanjang umur kontak; dan mekanisme operasi yang dirancang dengan baik memastikan pembukaan/penutupan yang akurat dan andal dalam berbagai kondisi operasi.

4.1.2 Peningkatan Pemantauan dan Pemeliharaan Perangkat
Sistem pemantauan perangkat yang komprehensif harus dibentuk untuk memantau parameter operasional pemutus sirkuit busbar netral secara berkelanjutan, termasuk parameter listrik, suhu, tekanan, getaran, dan indikator status lainnya. Melalui analisis data, risiko kesalahan potensial dapat dikenali lebih awal. Misalnya, termografi inframerah dapat digunakan untuk memantau suhu di kontak dan titik koneksi; kenaikan suhu abnormal memicu inspeksi dan tindakan korektif yang tepat waktu. Pemantauan online resistansi isolasi dan pelepasan parsial membantu menilai kondisi isolasi. Selain itu, pemeliharaan rutin—termasuk pembersihan, pelumasan, dan pengencangan—harus diperkuat untuk memastikan perangkat tetap dalam kondisi operasional optimal.

4.1.3 Peningkatan Kualitas Lingkungan Operasional
Lingkungan operasional pemutus sirkuit busbar netral harus ditingkatkan untuk mengurangi dampak lingkungan yang merugikan. Misalnya, sistem penyaring udara dapat dipasang di gardu induk untuk mengurangi kontaminan udara dan gas korosif; langkah-langkah kontrol kelembaban yang efektif—seperti dehumidifier—dapat mempertahankan kondisi kering di sekitar perangkat. Di daerah pesisir atau daerah yang sangat tercemar industri, perlakuan perlindungan khusus—seperti lapisan anti-korosi—dapat diterapkan untuk meningkatkan ketahanan perangkat terhadap degradasi lingkungan.

4.2 Tindakan Penanganan Kesalahan
4.2.1 Aplikasi Teknologi Diagnosa Kesalahan Cepat
Ketika ditemukan kesalahan pada pemutus sirkuit busbar netral, teknologi diagnosa kesalahan cepat harus digunakan untuk mengidentifikasi jenis dan penyebab kesalahan dengan akurat. Sistem diagnostik cerdas, dikombinasikan dengan data operasional real-time dan karakteristik kesalahan, memungkinkan lokalisasi kesalahan yang cepat melalui analisis data dan perhitungan berbasis model. Misalnya, pemantauan dan analisis real-time parameter arus dan tegangan dapat membantu menentukan apakah terjadi kegagalan isolasi, kerusakan kontak, atau malfungsi transformator arus; analisis getaran dapat mengungkap masalah mekanis pada mekanisme operasi.

4.2.2 Pembentukan Prosedur Penanganan Kesalahan yang Rasional
Prosedur penanganan kesalahan yang rinci dan rasional harus dibentuk untuk memastikan respons yang cepat dan efektif ketika terjadi kegagalan. Prosedur ini harus mencakup pelaporan kesalahan, inspeksi lapangan, diagnosa kesalahan, perencanaan perbaikan, implementasi perbaikan, pengujian perangkat, dan verifikasi penerimaan. Sepanjang proses, patuh ketat terhadap protokol keselamatan adalah penting untuk melindungi personel dan perangkat. Misalnya, saat menangani kesalahan isolasi, daya harus diputuskan dan energi yang tersimpan harus dibuang sebelum inspeksi dan perbaikan; setelah penggantian komponen, pengujian dan pemeriksaan penerimaan yang ketat harus mengkonfirmasi bahwa kinerja memenuhi standar yang diperlukan.

4.2.3 Perangkat Cadangan Darurat dan Rencana Kontingensi
Untuk meminimalkan dampak kegagalan pemutus sirkuit busbar netral terhadap operasi sistem, perangkat cadangan darurat harus tersedia, dan rencana kontingensi yang komprehensif harus dibentuk. Dalam kasus kegagalan serius yang tidak dapat diperbaiki dengan segera, perangkat cadangan dapat dikerahkan dengan cepat untuk memulihkan operasi sistem normal. Pemeliharaan dan pengujian reguler perangkat cadangan diperlukan untuk memastikan perangkat tersebut tetap dalam kondisi siaga yang baik. Rencana kontingensi harus menentukan prosedur tanggap darurat, tanggung jawab personel, protokol komunikasi, dan elemen kunci lainnya untuk memungkinkan penanganan darurat yang teratur dan efisien.

5. Kesimpulan
Selama penyumbatan katup konverter UHV, pemutus sirkuit busbar netral menghadapi risiko kesalahan ganda—termasuk kegagalan isolasi, malfungsi mekanisme operasi, kerusakan kontak, dan kesalahan transformator arus—semua yang dapat secara signifikan mengompromikan operasi aman dan stabil sistem transmisi DC UHV. Dengan menganalisis secara menyeluruh mekanisme penyumbatan katup konverter dan keadaan operasional pemutus sirkuit busbar netral dalam kondisi tersebut, jenis kesalahan umum dan penyebabnya telah diidentifikasi dengan jelas, didukung oleh studi kasus yang rinci. Untuk mencegah dan menangani kesalahan ini secara efektif, tindakan pencegahan harus dilaksanakan dalam pemilihan dan desain perangkat, pemantauan dan pemeliharaan operasional, dan peningkatan lingkungan. Secara bersamaan, strategi penanganan kesalahan—termasuk teknologi diagnostik cepat, prosedur perbaikan standar, dan sistem cadangan darurat—harus diadopsi untuk lebih meningkatkan keandalan operasional sistem transmisi DC UHV.