Analisis dan Penanganan Kerusakan Isolasi pada Pemutus Sirkuit Vakum Outdoor 35kV

Deskripsi Peralatan

Pemutus sirkuit vakum tipe ZW7 - 40.5 adalah peralatan listrik bertegangan tinggi yang dipasang di luar ruangan, tiga fasa, AC 50 Hz yang menggunakan vakum sebagai medium pemadam busur api. Peralatan ini digunakan utamanya untuk menghubungkan dan memutus arus nominal serta arus gangguan dalam sistem transmisi dan distribusi listrik bertegangan 40.5 kV [1], dan sangat cocok untuk tempat-tempat yang memerlukan operasi sering.

Struktur keseluruhan produk ini adalah tipe tiang dengan selubung keramik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Selubung keramik bagian atas adalah selubung keramik dari pemutus vakum, di mana pemutus vakum tersebut dipasang, dan selubung keramik bagian bawah adalah selubung keramik penyangga. Kedua selubung keramik, baik dari pemutus vakum maupun selubung keramik penyangga, diisi dengan lemak isolasi vakum yang memiliki sifat insulasi yang sangat baik. Ketiga selubung keramik dipasang pada satu rangka bersama-sama.

Transformator arus tiga fasa dipasang di dalam rangka ini dan masing-masing terhubung ke sirkuit utama pemutus sirkuit di dalam ketiga selubung keramik penyangga. Rangka tersebut dilengkapi dengan pelat penyegel di semua empat sisi dan bagian bawahnya untuk menyesuaikan dengan lingkungan luar ruangan.

Ujung bergerak dari pemutus vakum terhubung ke poros keluar mekanisme pengoperasian melalui lengan engkol dan batang tarik isolasi. Operasi buka-tutup pemutus sirkuit, serta kabel kontrol dan proteksi, dikeluarkan oleh komponen dan terminal di dalam kotak mekanisme. Operasi penghubungan tiga fasa dicapai melalui struktur pengoperasian dan struktur transmisi.

Gambar 1 Diagram struktur pemutus sirkuit vakum

Analisis Penyebab Kegagalan

Pada tanggal 18 Maret 2010, selama pemeliharaan kondisi rutin peralatan di suatu gardu induk, petugas uji menemukan bahwa terjadi tembus isolasi pada fase A dari pemutus sirkuit vakum 3515 (tipe: ZW7 - 40.5/T1250 - 25) selama uji tegangan tahanan AC.

Petugas uji melakukan analisis dan uji terkait dengan tembus isolasi pada fase A dari pemutus sirkuit 3515. Data spesifiknya ditunjukkan pada Tabel 1 berikut:

Menurut peraturan uji rutin Perusahaan Negara Grid, resistansi isolasi pemutus sirkuit vakum pada 35 kV dan di atasnya tidak boleh kurang dari 3000 MΩ, dan tegangan uji tahanan AC harus 80% dari nilai uji pabrik, yaitu 76 kV/menit. Sebelum petugas uji melakukan uji tahanan pada pemutus sirkuit vakum 3515, resistansi isolasi sirkuit utama pada ketiga fasa memenuhi persyaratan peraturan.

Selanjutnya, petugas uji melakukan uji tahanan AC pada sirkuit utama ketiga fasa secara berturut-turut. Ditemukan bahwa ketika tegangan sirkuit utama fase A naik hingga 35 kV, arus meningkat secara instan dan terjadi tembus.

Setelah fenomena ini terjadi, petugas uji melakukan uji berikut berdasarkan struktur jenis pemutus sirkuit ini:

• Pemutus sirkuit vakum dibuka, dan uji resistansi isolasi dilakukan pada selubung keramik bagian atas pemutus sirkuit. Data uji memenuhi persyaratan peraturan, mengonfirmasi bahwa bagian yang cacat berada di selubung keramik bagian bawah.

• Uji resistansi isolasi dilakukan pada selubung keramik bagian bawah. Data uji tidak memenuhi persyaratan peraturan, semakin mengonfirmasi bahwa bagian yang cacat berada di selubung keramik bagian bawah.

• Selubung keramik bagian bawah terdiri dari badan selubung keramik bagian bawah, batang ikat isolasi, dan vas keramik penyangga. Oleh karena itu, petugas uji melepaskan lengan engkol antara batang ikat isolasi dan vas keramik penyangga, dan melakukan uji resistansi isolasi pada batang ikat isolasi dan vas keramik penyangga secara terpisah. Resistansi isolasi kedua vas keramik penyangga dan batang ikat isolasi memenuhi persyaratan peraturan, menentukan bahwa bagian yang cacat berada di badan selubung keramik bagian bawah.

• Badan selubung keramik bagian bawah termasuk lemak isolasi vakum dan transformator arus. Penurunan resistansi isolasi mungkin disebabkan oleh kelembaban lemak isolasi vakum dan tembus pada transformator arus.

Penanganan Kegagalan

Pada akhir Oktober 2010, produsen membongkar dan memeriksa pemutus sirkuit fase A. Langkah-langkah uji dan hasilnya adalah sebagai berikut:

• Selubung keramik bagian atas dan penyangga pemutus sirkuit vakum dilepas, dan uji resistansi isolasi langsung dilakukan di dalam vas keramik penyangga. Hasil uji memverifikasi bahwa analisis sebelumnya akurat.

• Lemak isolasi vakum dan transformator arus pemutus sirkuit vakum dipisahkan, dan uji resistansi isolasi dilakukan pada masing-masing. Resistansi isolasi lemak isolasi vakum sekitar 50 MΩ, sementara resistansi isolasi transformator arus memenuhi persyaratan peraturan. Ditetapkan bahwa tembus isolasi disebabkan oleh lemak isolasi vakum.

• Setelah mengganti lemak isolasi vakum, uji resistansi isolasi dan uji tahanan AC dilakukan pada fase A pemutus sirkuit vakum. Data uji semua memenuhi persyaratan peraturan.

Tindakan Pencegahan

Isolasi eksternal pemutus sirkuit vakum tipe ZW7 - 40.5 menggunakan lemak isolasi vakum, yang merupakan media isolasi cair. Selama operasi dan instalasi peralatan, kandungan air media cair akan meningkat. Air tersebut berada dalam keadaan tersuspensi dalam lemak isolasi peralatan listrik. Di bawah pengaruh gaya medan listrik, air akan secara bertahap menyusun dirinya menjadi "jembatan" sepanjang garis gaya listrik.

"Jembatan" ini menjalari kedua kutub dan kemungkinan besar akan mengurangi tegangan tembus secara signifikan. Hal ini juga menjelaskan mengapa resistansi isolasi cukup rendah pada tegangan 5 kV selama ukuran jarak telemetri resistansi isolasi, tetapi bahaya tersembunyi ini tidak terungkap pada tegangan operasi.

Melalui analisis di atas, untuk menghindari kegagalan tembus isolasi yang disebabkan oleh kelembaban lemak isolasi vakum pemutus sirkuit vakum, tindakan pencegahan berikut diajukan:

• Pasang peralatan sesuai proses perakitan dengan ketat untuk menghindari pencampuran impurities dan mencegah media kontak dengan atmosfer.

• Perkuat upaya pemeriksaan dan lakukan uji pelepasan parsial menggunakan alat pengujian ultraviolet.

• Lakukan uji sesuai dengan peraturan uji listrik dengan ketat, termasuk uji kedap udara, uji derajat vakum, uji isolasi, dll.