Analisis Kegagalan dan Pencegahan Pengaman Lompatan: Penyebab Utama Kegagalan Pengaman Lompatan Distribusi 10 kV

1. Pendahuluan

Selama operasi sistem tenaga, peralatan utama menghadapi ancaman dari overvoltage internal dan atmosfer. Pemutus lonjakan, terutama pemutus lonjakan oksida logam (MOA) dengan karakteristik volt-ampere nonlinier yang sangat baik, adalah kunci untuk perlindungan karena kinerja yang baik, kapasitas arus yang besar, dan ketahanan terhadap polusi yang kuat. Namun, paparan jangka panjang terhadap tegangan frekuensi daya, bersama dengan kualitas komponen, proses manufaktur, dan lingkungan eksternal, membuat MOA rentan terhadap pemanasan abnormal atau ledakan, yang memerlukan identifikasi, penilaian, dan pencegahan ilmiah.

Makalah ini membahas kegagalan skala besar MOA distribusi 10 kV di suatu wilayah. Analisis menunjukkan bahwa pemutus lonjakan yang meledak berkonsentrasi pada model dari satu produsen. Tiga MOA fase rusak dan dua MOA fase normal dari model ini dibongkar dan diuji untuk menentukan penyebab dan tindakan pengamanan.

2. Gambaran Kegagalan

Pemutus lonjakan yang rusak tersebar di jalur distribusi 10 kV dari sebuah gardu induk 35 kV. Kegagalan sering terjadi selama musim petir, dan catatan anomali/kegagalan gardu induk tidak dapat sesuai dengan pemutus lonjakan fase rusak. Lima pemutus lonjakan yang diambil sampel tidak memiliki informasi tindakan perlindungan dan catatan kegagalan yang akurat. Sistem lokasi petir menunjukkan bahwa pada tahun 2020, ada 516 sambaran petir dalam radius 10 km berpusat pada gardu induk tersebut.

Setelah instalasi di tempat, uji serah terima dilakukan (termasuk pengujian resistansi isolasi, tegangan DC referensi 1 mA, dan pengujian arus bocor pada 0,75 kali tegangan DC referensi 1 mA), semua dengan hasil yang memenuhi syarat.

3. Analisis Penyebab Kegagalan

Tiga pemutus lonjakan fase rusak (No.1, No.2, No.3) dibongkar; dua pemutus lonjakan fase normal (No.4, No.5) menjalani tes dan pembongkaran untuk perbandingan, untuk mengidentifikasi penyebab kegagalan skala besar.

3.1 Informasi Plat Nama Tidak Lengkap

Dari tiga pemutus lonjakan fase rusak dan dua pemutus lonjakan fase normal: 4 memiliki tanggal produksi tetapi tidak memiliki nomor seri; 1 memiliki nomor seri tetapi tidak memiliki tanggal; informasi lainnya relatif lengkap.

Plat nama penting bagi personel operasi dan pemeliharaan untuk mendapatkan informasi dasar peralatan. Hilangnya tanggal produksi/nomor seri menghambat perhitungan masa pakai dan pelacakan kualitas, menghalangi manajemen cacat terpusat.

3.2 Varistor Semua Berupa Fragmen

Pembongkaran pemutus lonjakan No.1 rusak menunjukkan: 6 varistor antara dua elektroda, dengan bekas terbakar dan bubuk putih pada beberapa permukaan; kecuali permukaan atas/bawah yang relatif rata, varistor tidak beraturan bentuknya, tanpa ukuran atau susunan yang seragam. Ketebalannya termasuk 18 mm, 20 mm, 23 mm, dan 25 mm. Tiga varistor memiliki busur luar yang beraturan (diperkirakan dari lingkaran luar varistor cakram/lingkaran yang lengkap). Masalah serupa juga ditemukan pada dua pemutus lonjakan fase rusak lainnya.

Pemutus lonjakan No. 5 yang utuh dibongkar (tidak rusak selama proses, hasilnya pada Gambar 4). Di dalam: 5 potongan varistor + 3 gasket logam. Varistor memiliki permukaan atas/bawah yang rata, fragmen tidak beraturan, mirip dengan yang lain: 3 potong ~22mm tebal, 1 sebesar 20mm, 1 sebesar 17mm. 3 potong menunjukkan busur luar yang beraturan (dari lingkaran luar varistor cakram/lingkaran yang lengkap); 2 menunjukkan busur dalam yang beraturan (dari lingkaran dalam varistor lingkaran yang lengkap).

Varistor dari pemutus lonjakan oksida logam standar berbentuk cakram, lingkaran, atau silinder. Dimensinya terkait erat dengan rasio tegangan (tegangan sisa/referensi), gradien potensial, kapasitas arus, bahan baku, dan proses pembakaran. Sebelum perakitan inti, setiap varistor menjalani uji penuh (frekuensi daya, DC, impuls arus tinggi, gelombang persegi, dll.). Hanya potongan yang lulus yang dirakit.

Pembongkaran menunjukkan bahwa pemutus lonjakan ini menggunakan varistor tidak konvensional: jumlah varistor/gasket logam yang tidak konsisten di unit model yang sama; bentuk tidak beraturan, ketebalan bervariasi, dan busur luar tidak merata. Dengan demikian, inti dipasang dari fragmen varistor konvensional (spesifikasi/parameter listrik yang berbeda), bukan standar 10 kV. Perbandingan fase rusak vs. normal mengkonfirmasi ini sebagai cacat pabrik, bukan disebabkan oleh kegagalan.

Varistor seperti ini memiliki kinerja listrik yang kurang. Area kontak yang tidak merata memperburuk ketahanan terhadap overvoltage, kapasitas arus, dan stabilitas—mudah menyebabkan kerusakan selama goncangan garis.

3.3 Penyegelan Buruk Jaket Komposit

Pembongkaran pemutus lonjakan No. 3 rusak: satu ujung jaket komposit tersegel dengan baik dengan elektroda (Gambar 5); ujung lainnya tidak memiliki penyegelan cetak. Hanya sedikit sealant yang mengisi celah antara elektroda dan perisai busur—tidak efektif untuk perlindungan, menyebabkan celah dan karat elektroda yang parah (Gambar 6).

Penyegelan buruk ini berasal dari pencetakan yang tidak memadai dalam produksi, bukan dari kegagalan.

Jaket komposit tidak memiliki penyegelan cetak di salah satu sisi tabung isolasi busur, dan permukaan ulir blok elektroda sangat berkarat. Ini menunjukkan bahwa bahkan dengan sealant, kelembaban masih bisa masuk ke tabung isolasi busur melalui celah ulir. Selama operasi, kelembaban yang menempel pada permukaan perakitan inti varistor meningkatkan arus bocor dan komponen resistif, menyebabkan pemanasan yang parah. Operasi jangka panjang menyebabkan kenaikan suhu di dalam tabung isolasi busur, mungkin melelehkan dan meledakkan dinding tabung, secara bertahap memburukkan kualitas operasional pemutus lonjakan.

Saat memeriksa pemutus lonjakan No. 4, ditemukan ketebalan tidak merata dari jaket komposit di salah satu ujung elektroda. Mikrometer mengukur bagian paling tebal sebesar 4,985 mm dan yang paling tipis hanya 0,275 mm, seperti ditunjukkan pada Gambar 7. Gambar juga menunjukkan lubang kolom elektroda pusat jaket tidak berbentuk lingkaran standar, menunjukkan penyegelan buruk di sini.

Jaket komposit terutama terbuat dari karet silikon. Ketebalan tidak meratanya berasal dari kontrol proses yang buruk dan eksentrisitas selama tahap vulkanisasi produksi. Untuk pemutus lonjakan 10 kV konvensional, jaket komposit memiliki ketebalan seragam 3-5 mm. Karet silikon yang terlalu tipis menunjukkan ketahanan penuaan yang buruk dan mudah retak. Ini tidak hanya memungkinkan kelembaban menembus dan menempel pada permukaan tabung isolasi, menyebabkan kegagalan akibat kelembaban, tetapi juga mungkin merusak kinerja isolasi eksternal peralatan, menjadi faktor kunci yang membatasi kualitas produk.

3.4 Lulus dalam Uji Konvensional, Tidak Lulus dalam Uji Khusus

Uji terkait tegangan DC dilakukan pada pemutus lonjakan No. 5 normal, dengan hasil ditunjukkan pada Tabel 1.

Untuk memverifikasi kemampuan tahan arus tinggi, uji impuls arus tinggi dilakukan pada pemutus lonjakan No. 4 normal. Bahkan ketika impuls arus uji jauh di bawah nilai yang ditentukan standar, pemutus lonjakan masih mengalami kerusakan dan hancur, menghasilkan uji gagal. Data rinci ditampilkan dalam Tabel 2.

4. Rekomendasi

Saat lelang dan pengadaan pemutus lonjakan (terutama untuk jaringan distribusi), tentukan dengan jelas kualifikasi pemasok dan spesifikasi teknis. Pilih pemasok dengan proses yang matang dan kinerja yang baik; hindari penawaran harga terlalu rendah.

Selama penerimaan pemutus lonjakan jaringan distribusi yang dikirim, unit konstruksi dan operasi harus mengikuti standar seperti "Lima Lulus". Lakukan pemeriksaan item per item, simpan laporan uji pabrik untuk memastikan tingkat kualifikasi.

Gunakan platform uji pusat inspeksi material provinsi. Lakukan uji sampel (AC/DC, impuls arus tinggi, penyegelan) untuk pemutus lonjakan 10 kV untuk mencegah produk tidak memenuhi syarat terhubung ke jaringan.

Setelah instalasi, sebelum komisioning, ikuti GB 50150—2016 untuk uji lapangan. Terbitkan laporan standar, arsipkan sesuai persyaratan. Pastikan manajemen data proses penuh (produksi → transportasi → penerimaan → uji serah terima → komisioning). Setelah komisioning, tingkatkan patroli/catatan. Selama musim hujan, gunakan pencitraan inframerah. Untuk pemanasan abnormal, matikan dan ganti segera untuk mencegah penyebaran kegagalan.