Analiza i protivmere incidenta netačnog rada prekidača na 145kV

1. Uvod

U indonezijskoj električnoj mreži, visokonaponski prekidači (HVD) od 145kV su ključni za održavanje pouzdanosti prijenosa na arhipelagu. Međutim, incidenti neispravnog rada predstavljaju značajne rizike za stabilnost mreže. Ovaj članak istražuje incident neispravnog rada 145kV HVD-a u indonezijskoj podstanici, analizira koriene uzroke i predlaže protumeđure i referencira IP66 standarde zaštite i IEC 60068-3-3 standarda kako bi se unapredila operativna sigurnost.

2. Pregled Incidenta u Indoneziji

U martu 2024. godine, 145kV prekidač u podstanici na otoku Java neočekivano se otvorio tokom rutinskih radova prenosa opterećenja, što je pokrenulo kaskadu aktivacija zaštitnih releja. Incident se dogodio u obalnoj podstacioni blizu Surabaje, gde je kućište prekidača s IP66 ocenom teoretski bilo dizajnirano da izdrži tropičke uslove. Neplanirano otvaranje prekidača dovelo je do prekida snabdijevanja strujom 120.000 kućanstava i isključivanja opterećenja od 30MW, sa troškovima popravke preko 800.000 dolara. Analiza nakon incidenta otkrila je kombinaciju degradacije okruženja i nedostataka u kontrolnom sistemu kao glavne uzroke.

3. Analiza Koriennih Uzroka
3.1 Nedostaci Kontrolnog Sistema
3.1.1 Indukcija parazitnih krugova

DC kontrolni krug prekidača delio je zajedničku zemlju sa sistemom zaštite od munja u podstacioni, greška u dizajnu identifikovana u 20% indonezijskih 145kV podstacija (izveštaj PLN 2023). Tijekom grmljavine u blizini, privremeni prenaponi inducirali su 12V DC šipove u kontrolnim žicama, pogrešno aktivirajući relej za otvaranje prekidača. Slično incidentu 2022. na Baliju, gdje su petlje zemlje uzrokovale neispravan rad 145kV HVD-a, ovaj slučaj istakao je nedovoljnu izolaciju između kontrolnih i zaštitnih krugova.

3.1.2 Starenje releja

Elektromagnetski relej prekidača, dizajniran za 100.000 radnji, premašio je 150.000 ciklusa bez zamene. Razbijanje izolacije u bobini releja, otkriveno postmortem analizom, omogućilo je lukove koji su mostili normalno otvorene kontakte. Kasnije IEC 60068-3-3 testovi termičkog cikliranja potvrdili su degradaciju epoksne izolacije releja pri temperaturama većim od 60°C, često prisutnim u indonezijskim podstacionama bez klimatizacije.

3.2 Degradacija Okruženja
3.2.1 Neuspjeh IP66 sigurnosne zapreme

Unatoč IP66 certifikaciji, EPDM guma prekidača pokazala je pukotine širine 3mm, dozvoljavajući ulazak solanog zmaja. Obalni zrak u istočnom Džavu sadrži 0.05mg/m³ hloridnih jona, ubrzavajući koroziju. SEM analiza gume otkrila je ozonsko pucanje, rezultat dugotrajne izloženosti UV zračenju (godišnji UV indeks >12) i vlagoznosti >85%. Ovo kompromitiralo je zaštitu kućišta od prašine i vode, s internim komponentama koje su pokazale 0.2mm ruste na bakarnim kontaktima.

3.2.2 Degradacija izolacije uzrokovana vlagoznošću

Visoka vlagoznoća (prosečno 90% RH) uzrokovala je kondenzaciju na kompozitnom izolatoru prekidača, smanjujući površinsku otpornost sa 10¹²Ω na 10⁸Ω. Podaci o monitoringu djelomičnog otpuštanja (PD) pokazali su porast PD aktivnosti sa 5pC na 25pC tokom šest meseci, kao prethodnik iskriva. Hidrofobno ogrtaće izolatora, u skladu sa IEC 60068-3-3, izgubilo je efektivnost nakon tri godine u tropičkim uslovima, ne mogući repeliranje vodenih filmova.

3.3 Nedostaci održavanja
3.3.1 Nedovoljna smeđa

Mehanička vezna prekidača imala je nedovoljno silikonske masti (NLGI Grade 2), dovodeći do 15% povećane trenje u mehaničkom mehanizmu. Temperaturni senzori su zabeležili 40°C tople temperature u pivotnim spojevima, dovodeći do stick-slip kretanja koje je generisalo mehaničke udarce, mimikirajući normalne naredbe za otvaranje. Ovo se slaže sa izveštajem PLN 2024. godine koji pokazuje da 43% maloperacija 145kV HVD-a vezano je za zanemareno smeđenje.

3.3.2 Kašnjenje sa kalibracijom senzora

Senzor otpornosti kontakata prekidača, kalibriran na ±10μΩ, nije bio verificiran 18 meseci. Stvarna tačnost se iscrkala na ±35μΩ, maskirajući degradaciju kontakata od 120μΩ (kritični prag: 150μΩ). Takva kašnjenja u kalibraciji su česta u udaljenim indonezijskim podstacionama, gde 37% 145kV HVD-a nemaju planirano održavanje zbog logističkih problema.

4. Kompleksne Protumeđure
4.1 Redizajn kontrolnog sistema
4.1.1 Izolovana zemlja arhitektura

Implementirati zvezdasti sistem zemlje za kontrolne krugove 145kV HVD, razdvajajući ih od zemlje zaštitnog sistema od munja na 5m. Instalirati transformatore izolacije od 1000V na strujne linije kontrolne moći, kao što je pokazano u studiji slučaja 2023. godine u Medanu, koja je smanjila incidente izazvane privremenim prenaponima za 92%.

4.1.2 Unapređenje solid-state releja

Zamijeniti elektromagnetske releje sa IEC 60950-certifikovanim solid-state relejima (SSR) dizajniranim za 10⁷ radnji. SSR-ovi u pilot projektu u Semarangu pokazali su nula naponske šipe i 50% brže vremena prekida, eliminirajući rizike od lukova u vlažnim okruženjima.

4.2 Unapređenje otpornosti na okruženje
4.2.1 Preispitivanje sistema IP66 zaprema

• Zamjena gume: Koristiti fluoroelastomerne (FKM) gume sa otpornošću na temperaturu od 200°C, proširenjem od 300% i stabilizatorima UV zračenja, u skladu sa dodatkom IEC 60068-3-3 za tropički klimu.

• Izmjena drenaža: Dodati 12mm otvorene kanalice s ekranima za sprečavanje insekata na kućištu prekidača, smanjujući nagomilanje vode. Probni projekat u Džakarti pokazao je da je ovo smanjilo unutrašnju vlagoznoću sa 85% na 55% unutar 24 sata.

4.2.2 Napredne rešenja za izolaciju

• Superhidrofobno ogrtaće: Primijeniti aerosol-bazirane SiO₂ ogrtaće (kontaktni ugao >150°) na izolatore, proširujući hidrofobnost sa 3 na 7 godina. Poligon testova na Baliju smanjio je PD aktivnost za 80%.

• Integracija dehumidifiera: Instalirati dehumidifier-e sa Peltier efektom (kapacitet 3L/dan) u kućištu, održavajući <40% RH. Podstacija u Sulawesi videla je poboljšanje stabilnosti otpornosti kontakata za 65% nakon instalacije.

4.3 Optimizacija prediktivnog održavanja
4.3.1 IoT omogućeno nadziranje

Implementirati mrežu senzora omogućenu 4G koja meri:

• Otpornost kontakata (rezolucija 0.1μΩ)

• Vibracije mehanizma (bandwidth 100Hz - 10kHz)

• Vlagoznoću/temperaturu kućišta (±1% RH, ±0.5°C)

Podaci se analiziraju putem cloud-based AI platforme (tačnost 94%) koja predviđa kvarove 72 sata unaprijed, kao što je dokazano u pilot projektu na Papui koji je smanjio neplanirane isključenja za 85%.

4.3.2 Regionalizovani planovi održavanja

Razviti planove održavanja bazirane na klimi:

5. Tehnički i ekonomski uticaj
5.1 Poboljšanje metrika pouzdanosti

• Povećanje MTBF: Sa 12.000 sati na 45.000 sati posle intervencije, premašujući cilj IEC 62271-102.

• Vreme detekcije kvara: Smanjeno sa 4 sata na 15 minuta putem real-time IoT nadzora.

5.2 Analiza troškova i benefita

• Početna investicija: $500.000 za podstanciju sa 10 prekidača u Indoneziji

• Štednja u 5 godina: $2.3 miliona iz:

• 75% smanjenje rada održavanja

• 90% smanjenje troškova zamene opreme

• 88% smanjenje gubitaka usled prekida rada

6. Zaključak

Neispravan rad 145kV prekidača u Indoneziji naglašava potrebu za integriranim rešenjima koji rade na nedostacima kontrolnog sistema, degradaciji okruženja i prazninama u održavanju. Implementacijom kućišta pojačane IP66, komponenti u skladu sa IEC 60068-3-3 i IoT upravljanom prediktivnom održavanjem, 145kV mreža Indonezije može dostići metrike pouzdanosti na nivou globalnih standarda. Ovaj pristup ne samo smanjuje rizike od neispravnog rada, već i podržava cilj zemlje da stvori otporan, pametan infrastrukturu za snabdevanje energijom sposobnu da ispuni rastuće energetske potrebe u tropičkim uslovima.