Memahami dan Mengelola Kegagalan pada Unit Ring Utama Terisolasi Nitrogen

1. Kegagalan Sistem Gas

Jenis kegagalan paling kritis dalam unit utama cincin yang diisolasi gas ramah lingkungan berkaitan dengan sistem gas, terutama melibatkan kebocoran gas dan anomali tekanan. Kebocoran gas pada unit utama cincin yang diisolasi nitrogen sebagian besar berasal dari penuaan material segel dan cacat proses pengelasan. Statistik menunjukkan bahwa sekitar 65% kegagalan kebocoran gas berhubungan dengan penuaan O-ring, sementara 30% disebabkan oleh pengelasan yang tidak memadai. Kebocoran gas tidak hanya mempengaruhi kinerja isolasi tetapi juga dapat menyebabkan masalah keselamatan dalam kondisi ekstrem. Ketika konsentrasi nitrogen meningkat, menyebabkan tingkat oksigen di lingkungan turun di bawah 19,5%, asfiksia dapat terjadi, membahayakan keselamatan personel.

Anomali tekanan mewakili jenis kegagalan lainnya, terutama disebabkan oleh kegagalan regulasi katup solenoid atau kegagalan segel. Tekanan operasional unit utama cincin yang diisolasi nitrogen biasanya dipertahankan antara 0,12 hingga 0,13 MPa, dengan tekanan absolut nominal tidak melebihi 0,2 MPa. Ketika tekanan turun di bawah 90% nilai nominal (sekitar 0,11 MPa), kinerja isolasi sistem secara signifikan menurun, memerlukan pengisian ulang atau perawatan segera. Dalam kondisi impuls tegangan tinggi, kekuatan dielektrik nitrogen menunjukkan "fenomena bukit," di mana hubungan antara tekanan dan kekuatan isolasi bersifat linear hanya dalam medan listrik seragam atau sedikit tidak seragam, membuat kontrol tekanan lebih kompleks.

Untuk mengatasi kegagalan sistem gas, unit utama cincin ramah lingkungan modern umumnya dilengkapi dengan sistem pemantauan gas canggih, termasuk sensor tekanan, detektor kebocoran gas, dan modul pemantauan kelembaban. Misalnya, teknologi sensing nirkabel memungkinkan pemantauan real-time multidimensi suhu, tekanan, kebocoran, dan kandungan kelembaban di dalam ruang gas, secara signifikan meningkatkan kemampuan peringatan kegagalan. Aplikasi praktis menunjukkan bahwa pemasangan sistem pemantauan seperti ini dapat mengurangi tingkat kegagalan kebocoran gas lebih dari 75% dan memperpanjang siklus perawatan peralatan menjadi 3-5 tahun.

2. Kegagalan Berkaitan dengan Medan Listrik

Pelepasan parsial dan keruntuhan yang disebabkan oleh distribusi medan listrik yang tidak merata adalah kategori kedua kegagalan utama dalam unit utama cincin yang diisolasi gas ramah lingkungan. Ini terutama disebabkan oleh fakta bahwa kekuatan isolasi nitrogen hanya sekitar sepertiga dari gas SF₆. Dalam medan listrik yang tidak merata, kinerja isolasi nitrogen secara signifikan menurun, membuatnya rentan terhadap fenomena pelepasan.

Manifestasi spesifik kegagalan terkait medan listrik termasuk pelepasan pada sekrup koneksi bushing, distorsi medan listrik di sekitar flensa, dan flashover permukaan pada isolator. Penelitian menunjukkan bahwa intensitas medan listrik maksimum di titik-titik kegagalan tersebut dapat mencapai 5,4 kV/mm, jauh melebihi ambang batas keamanan. Misalnya, pemasangan penutup pelindung pada kepala sekrup dapat mengurangi intensitas medan listrik menjadi 2,3 kV/mm, secara signifikan mengurangi risiko pelepasan.

Penyebab kegagalan medan listrik terutama mencakup tiga faktor: pertama, kekuatan isolasi nitrogen yang rendah (sekitar sepertiga dari SF₆), memerlukan desain medan listrik yang lebih presisi; kedua, struktur internal ruang gas yang kompleks, yang mudah membentuk titik konsentrasi medan listrik; dan ketiga, desain kompak unit utama cincin ramah lingkungan, yang biasanya memiliki jarak fase-ke-fase yang lebih kecil daripada peralatan tradisional, memperburuk ketidakseragaman medan listrik. Dalam unit utama cincin ramah lingkungan, jarak udara antara konduktor dan fase atau tanah biasanya tidak melebihi 125 mm, jauh lebih kecil dari lebih dari 350 mm pada unit yang diisolasi SF₆, sehingga kontrol medan listrik sangat penting.

Mengatasi masalah medan listrik memerlukan optimasi desain. Mengadopsi lengan isolasi potensial sama dan mengoptimalkan bentuk bushing dan desain flensa melalui simulasi medan listrik dapat mengurangi risiko pelepasan parsial. Selain itu, meningkatkan radius fillet elektroda (sudut R) dan menggunakan busbar bulat untuk menurunkan koefisien ketidakseragaman medan listrik juga merupakan metode yang efektif. Selama pembuatan, sangat penting untuk memastikan bahwa kekuatan medan listrik permukaan bagian hidup dan isolator memenuhi persyaratan standar, terutama kontrol pelepasan parsial komponen resin epoksi.

3. Kegagalan Akibat Masalah Pembuangan Panas

Jenis kegagalan utama ketiga yang dihadapi oleh unit utama cincin yang diisolasi gas ramah lingkungan adalah overheating akibat pembuangan panas yang tidak memadai. Kinerja pembuangan panas nitrogen secara signifikan lebih lemah dibandingkan dengan gas SF₆, karakteristik ini terutama menonjol dalam kondisi operasional beban tinggi. Ketika arus melebihi 2100 A, kapasitas pembuangan panas unit utama cincin yang diisolasi nitrogen menjadi tidak memadai, mudah menyebabkan penuaan material isolasi dan kegagalan koneksi.

Manifestasi spesifik pembuangan panas yang tidak memadai termasuk overheating pada sambungan kabel, kenaikan suhu pada koneksi busbar, dan karbonisasi material isolasi. Misalnya, sebuah kecelakaan serius yang melibatkan pembakaran sambungan kabel dianalisis dan ditemukan disebabkan oleh kombinasi praktek pemasangan yang buruk dan pembuangan panas yang tidak memadai. Dalam operasi jangka panjang, overheating menyebabkan penurunan kinerja material isolasi, menciptakan siklus setan yang pada akhirnya menghasilkan short circuit atau ledakan.

Penyebab masalah pembuangan panas terutama mencakup tiga aspek: pertama, konduktivitas termal nitrogen hanya seperempat dari SF₆, menghasilkan konduktivitas termal yang buruk; kedua, desain kompak unit utama cincin ramah lingkungan membatasi ruang ruang gas, membatasi pendinginan konveksi alami; dan ketiga, panas yang dihasilkan selama operasi beban tinggi sulit untuk didispersikan secara efektif, menyebabkan kenaikan suhu lokal.

Dalam beberapa tahun terakhir, berbagai solusi inovatif telah muncul untuk mengatasi masalah pembuangan panas. Pelapis pendinginan radiatif dapat mengurangi suhu permukaan unit utama cincin hingga 30,9°C selama siang hari, menawarkan sifat mekanis, tahan penuaan, dan tahan korosi yang baik. Perangkat pendingin dan dehumidifikasi cerdas yang dikembangkan, melalui operasi koordinasi kipas dan dehumidifier, dapat mengurangi suhu unit utama cincin hingga 40% dan kelembaban hingga 58%, secara efektif menyelesaikan masalah pembuangan panas yang tidak memadai. Selain itu, optimasi desain ventilasi ruang gas dan penggunaan material isolasi berkonduktivitas termal tinggi adalah metode perbaikan yang umum.

4. Kegagalan Komponen Mekanis

Kegagalan komponen mekanis adalah kegagalan umum keempat dalam unit utama cincin yang diisolasi gas ramah lingkungan, terutama termasuk macet mekanisme operasi, aus bagian transmisi, dan penuaan komponen segel. Meskipun desain tertutup ruang gas mengurangi dampak lingkungan lembab terhadap komponen mekanis, penyegelan jangka panjang juga dapat menyebabkan akumulasi kelembaban internal, mempengaruhi keandalan mekanisme operasi.

Manifestasi spesifik kegagalan mekanis termasuk gagal membuka atau menutup, macet pegas, dan aus pin poros transmisi. Misalnya, beberapa kasus macet mekanisme operasi karena penuaan komponen mekanis telah dicatat, biasanya terkait dengan periode inaktivitas yang lama atau perawatan yang tidak memadai. Dalam peralatan ramah lingkungan, kegagalan mekanis juga dapat terkait dengan ruang internal ruang gas yang sempit dan tata letak komponen yang kompleks.

Penyebab kegagalan mekanis terutama mencakup: pertama, penyegelan jangka panjang dapat mempengaruhi keadaan pelumasan mekanisme operasi; kedua, desain kompak meningkatkan kesulitan pemasangan dan kompleksitas perawatan komponen mekanis; dan ketiga, peralatan ramah lingkungan memiliki persyaratan kekuatan mekanis yang lebih tinggi untuk mengatasi risiko deformasi ruang gas.

Optimasi strategi pelumasan adalah kunci untuk mengatasi kegagalan komponen mekanis. Disarankan untuk menggunakan pelumas berbasis poliurea (seperti Kl grease), yang menawarkan adaptabilitas suhu tinggi dan rendah yang luar biasa (-40°C hingga +120°C), tahan busur, dan umur layanan yang panjang (lebih dari 10 tahun). Selain itu, perawatan rutin (misalnya, penggantian pelumas setiap 3 tahun) dan menghindari pelumas yang tidak kompatibel (seperti pelumas berbasis kalsium atau natrium) juga merupakan langkah-langkah penting untuk mencegah kegagalan mekanis.