Analisis Penyebab Anomali Sirkulasi Grounding Kabel Tegangan Tinggi dan Kasus-Kasus Khas

I. Pendahuluan tentang Arus Loop Penyambungan Kabel

Kabel dengan tegangan 110 kV dan di atasnya menggunakan struktur single-core. Medan magnetik bolak-balik yang dihasilkan oleh arus operasional menginduksi tegangan pada selubung logam. Jika selubung membentuk sirkuit tertutup melalui tanah, arus loop penyambungan akan mengalir pada selubung logam. Arus loop penyambungan yang berlebihan (arus loop melebihi 50 A, lebih dari 20% dari arus beban, atau rasio arus fase maksimum-ke-minimum lebih besar dari 3) tidak hanya mempengaruhi kapasitas dan umur layanan kabel, tetapi pemanasan yang parah dari arus dapat membakar kawat penyambungan atau kotak penyambungan. Gagal untuk segera memperbaiki masalah ini dapat memicu kecelakaan jaringan listrik yang serius.

II. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Arus Loop Penyambungan Kabel

Faktor-faktor utama yang mempengaruhi arus loop penyambungan kabel adalah sebagai berikut:

• Resistansi Kontak KabelPengelasan buruk atau koneksi yang tidak baik yang meningkatkan resistansi kontak pada satu fase akan secara signifikan mengurangi arus loop penyambungan pada fase tersebut. Namun, arus loop pada dua fase lainnya tidak selalu berkurang secara proporsional. Seiring bertambahnya resistansi, total arus penyambungan tidak selalu berkurang juga.

• Resistansi PenyambunganSeiring bertambahnya jumlah resistansi penyambungan dan resistansi jalur pengembalian melalui tanah, arus loop penyambungan pada setiap fase berkurang. Namun, resistansi penyambungan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan kontak yang buruk pada titik penyambungan, yang mengakibatkan pemanasan dan kerugian daya.

• Metode Penyambungan KabelUntuk membatasi tegangan induksi pada selubung logam kabel, kabel tekanan tinggi biasanya menggunakan metode penyambungan seperti penyambungan satu titik, kedua ujung, atau cross-bonding untuk selubung atau layar. Untuk kabel tekanan tinggi jarak jauh, metode cross-bonding efektif dalam membatasi arus loop penyambungan.

Di antaranya, Ia, Ib, dan Ic adalah nilai arus yang mengalir melalui selubung logam kabel tekanan tinggi fase A, B, dan C masing-masing; Ie adalah arus yang mengalir melalui jalur pengembalian melalui tanah; Rd adalah resistansi ekuivalen jalur pengembalian melalui tanah, dan Rd1 dan Rd2 adalah resistansi penyambungan di kedua ujung selubung kabel. Dalam kondisi normal, arus operasional kabel tiga fasa dapat diasumsikan sama besarnya. Dengan memanfaatkan perbedaan fase antara arus tiga fasa, tegangan induksi pada selubung logam dalam segmen cross-bonding lengkap dapat saling meniadakan, sehingga mencapai tujuan mengurangi arus loop penyambungan.

(1) Panjang Segmen Kabel, Metode Penataan Kabel, dan Spasi Fase

Kabel umumnya menggunakan metode penyambungan cross-bonding untuk mengurangi arus loop penyambungan. Dalam praktek teknik instalasi saluran kabel, umumnya segmen-segmen individual cross-bonding memiliki panjang dan konfigurasi penataan yang berbeda. Pada arus konduktor yang sama, tegangan induksi pada selubung logam untuk kabel yang disusun secara horizontal atau vertikal per unit panjang lebih tinggi dibandingkan dengan kabel yang disusun dalam konfigurasi segitiga siku-siku. Oleh karena itu, pada kabel segmen panjang yang tidak sama, penggunaan susunan segitiga (yang menghasilkan tegangan induksi lebih rendah) untuk segmen kabel yang lebih panjang dan susunan horizontal atau vertikal (yang menghasilkan tegangan induksi lebih tinggi) untuk segmen yang lebih pendek membantu mengurangi tegangan induksi keseluruhan pada segmen yang lebih panjang. Dengan memilih penataan yang tepat untuk setiap sub-segmen, ketidakseimbangan tegangan yang disebabkan oleh perbedaan panjang kabel dapat diseimbangkan, sehingga mengurangi arus loop selubung.

III. Analisis Arus Loop Penyambungan Kabel yang Tidak Normal

Kegagalan transposisi akan mengakibatkan hilangnya vektor arus dalam satu arah, menyebabkan peningkatan signifikan arus penyambungan selubung, yang mungkin akhirnya mengakibatkan gangguan operasional. Dalam skenario kegagalan transposisi yang berbeda, magnitudo dan fase arus tiga fasa berbeda secara signifikan. Kegagalan transposisi biasanya ditandai dengan dua fase memiliki arus penyambungan yang relatif mirip, sementara arus pada fase lainnya jauh lebih kecil—biasanya sekitar setengah dari arus penyambungan terkecil pada dua fase lainnya.

(1) Masuknya Air ke Kotak

Ketika air masuk ke kotak penyambungan cross-bonding, air di dalamnya menciptakan resistansi penyambungan yang rendah, dan koneksi antara air internal dan eksternal secara efektif memberikan jalur penyambungan langsung untuk arus. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, penyambungan langsung terjadi pada titik a, b, atau c.

Hujan yang berkelanjutan dapat menyebabkan penumpukan air jangka panjang di kotak penyambungan cross-bonding di saluran kabel. Terutama ketika kedua kotak tergenang, arus penyambungan dapat dengan mudah mencapai ratusan amper, menyebabkan lonjakan tiba-tiba arus selubung dan kenaikan cepat suhu internal kabel. Ketika hanya satu kotak yang tergenang, arus tiga fasa pada loop yang terpengaruh menunjukkan sedikit perbedaan dan meningkat sekitar 2,5 kali dibandingkan dengan kondisi normal, non-gangguan.

(2) Putusnya Kabel Koaksial

Lini yang menggunakan metode penyambungan cross-bonding umumnya lebih panjang dari 1 km. Jika kabel koaksial putus, tegangan lebih dari seratus volt dapat dihasilkan pada titik putus, yang merupakan ancaman signifikan bagi lini. Ini juga mencegah selubung logam yang terkait membentuk loop tertutup, sehingga mencegah arus loop mengalir pada selubung.

IV. Studi Kasus Tipe Arus Loop Penyambungan Kabel yang Tidak Normal

Suatu lini 110 kV adalah lini hibrida overhead-kabel. Model kabel adalah YJLW03-64/110-1×800 mm². Lini ini mulai beroperasi pada September 2014 dan panjangnya sekitar 1220 meter. Pada tanggal 27 Desember 2016, sistem penyambungan kabel dimodifikasi untuk menggunakan metode penyambungan cross-bonding. Bagian cross-bonded lengkap terdiri dari stasiun, Box #1, Box #2, dan menara transmisi eksternal. Box #1 dan #2 adalah kotak cross-bonding, sementara semua titik lainnya disambungkan langsung. Hasil pengukuran arus loop penyambungan ditunjukkan dalam tabel di bawah:

Menurut pasal 5.2.3 dari Q/GDW 11316 "Regulasi Uji Lini Kabel Listrik": rasio arus loop penyambungan terhadap arus beban harus kurang dari 20%; rasio arus loop penyambungan fasa tunggal maksimum-ke-minimum harus kurang dari 3. Ketika arus beban adalah 57.8 A, arus selubung fase A, B, dan C pada kotak penyambungan langsung stasiun, Box #1, dan Box #2 semuanya melebihi persyaratan yang ditentukan dalam regulasi. Selain itu, rasio arus loop penyambungan fasa tunggal maksimum-ke-minimum (37.6/9.7 = 3.88) juga lebih besar dari 3.

Berdasarkan analisis data arus loop penyambungan yang diukur dalam tabel di atas: arus loop penyambungan fase A di Manhole #1 adalah 38.2 A, yang sesuai dengan arus loop penyambungan fase C 37.6 A di Manhole #2; arus loop penyambungan fase B di Manhole #1 adalah 28.5 A, yang sesuai dengan arus loop penyambungan fase A 32.7 A di Manhole #2; arus loop penyambungan fase C di Manhole #1 adalah 10.2 A, yang sesuai dengan arus loop penyambungan fase B 9.7 A di Manhole #2. Arus loop penyambungan tiga fasa mengalir melalui jalur-jalur berikut: arus loop penyambungan fase A tidak mengalir melalui armor fase B, arus loop penyambungan fase B tidak mengalir melalui armor fase C, dan arus loop penyambungan fase C tidak mengalir melalui armor fase A, seperti yang ditunjukkan dalam gambar dan tabel di bawah.

Pemeriksaan lapangan menunjukkan bahwa konfigurasi cross-bonding internal di kotak penyambungan Manhole #1 adalah "ABC to BCA", dengan urutan fase A, B, C. Konfigurasi cross-bonding internal di kotak penyambungan Manhole #2 adalah "ABC to CAB", juga dengan urutan fase A, B, C. Tidak ditemukan tanda-tanda kelembaban atau kerusakan pembakaran pada pelindung selubung kabel atau komponen isolasi. Hal-hal ini ditunjukkan dalam gambar di bawah, masing-masing:

Oleh karena itu, penyebab arus loop penyambungan yang tidak normal pada bagian kabel lini 110 kV XX adalah pengkabelan busbar tembaga di dalam kotak cross-bonding yang salah, yang mencegah selubung luar kabel mencapai cross-bonding yang sebenarnya. Ini mengakibatkan arus loop penyambungan yang berlebihan pada bagian cross-bonded lokal.

Setelah mengoreksi konfigurasi pengkabelan, arus loop penyambungan kabel sesuai dengan persyaratan Q/GDW 11316-2014 "Regulasi Uji Lini Kabel Listrik".