Analisis Retak Bracket Penyangga pada Pemutus Sambungan Tegangan Tinggi di Luar Ruangan di Sebuah Gardu Induk

Status operasional dan keandalan peralatan di dalam substation secara langsung mempengaruhi keselamatan dan stabilitas jaringan listrik. Sebagian besar peralatan substation terdiri dari komponen logam yang dibuat dari berbagai bahan seperti tembaga murni, baja karbon, dan baja tahan karat. Selama operasi jangka panjang, penurunan kinerja bahan-bahan logam ini sering kali menyebabkan kegagalan peralatan, yang membawa risiko signifikan terhadap operasi aman dan stabil substation.

Pemutus tegangan tinggi luar ruangan adalah contoh utama. Fungsi yang tepat dari peralatan ini sangat penting—tidak hanya untuk keandalan, keselamatan, dan stabilitas pasokan listrik substation, tetapi juga karena kegagalannya dapat berpotensi memicu runtuhnya seluruh jaringan listrik. Oleh karena itu, sangat penting untuk menganalisis aktif penyebab umum kegagalan peralatan di substation dan mengajukan langkah-langkah perlindungan yang ditargetkan.

1. Pendahuluan tentang Pemutus Tegangan Tinggi Luar Ruangan

Pemutus tegangan tinggi luar ruangan pada substation 330 kV tertentu adalah produk seri GW4 model lama yang diproduksi oleh pabrik switchgear tegangan tinggi sebelumnya. Mereka memiliki struktur ganda kolom horizontal dengan simetri kiri-kanan dan terdiri dari dasar, bracket penyangga, isolator, dan perakitan konduktif utama. Perakitan konduktif utama mencakup konektor fleksibel, klip terminal, batang konduktif, kontak, ujung kontak, pegas, dan pelindung hujan.

Pada September 2017, selama pemeliharaan rutin, operator menemukan bahwa beberapa pemutus luar ruangan tersebut menunjukkan retakan dengan derajat yang berbeda pada bracket penyangga, disertai dengan korosi yang parah. Ini membawa bahaya serius selama operasi manual. Akibatnya, pemeriksaan makroskopis morfologi retakan dilakukan. Selain itu, analisis metalografi mikroskopis dilakukan pada kontaminan yang dikumpulkan dari sisi klip dan sisi terminal bracket penyangga. Lebih lanjut, spektrometer digunakan untuk menganalisis komposisi kimia secara komprehensif dari bracket penyangga, batang konduktif, dan kontaminan terkait.

2. Hasil Pemeriksaan Retakan Bracket Penyangga

2.1 Morfologi Makroskopis

Lapisan permukaan bracket penyangga pemutus telah lepas, menunjukkan korosi yang parah. Produk korosi yang jelas diamati antara bracket dan batang konduktif. Retakan menunjukkan karakteristik patah rapuh, dengan pola "belah ketupat" (herringbone) yang terlihat pada permukaan patahan. Zona asal retakan dan zona penyebaran tampak hitam atau abu-abu gelap.

Pengukuran defleksi menunjukkan deformasi 3,0 mm pada sisi papan terminal dan 2,0 mm pada sisi klip, mengkonfirmasi distorsi struktural yang signifikan pada bracket.

2.2 Morfologi Mikroskopis

Analisis metalografi mikroskopis mengungkapkan ketebalan lapisan kontaminan 1,1–3,3 mm pada sisi klip dan 3,2–3,5 mm pada sisi papan terminal bracket penyangga.

2.3 Analisis Spektral

Analisis spektrometrik dari bracket penyangga, batang konduktif, dan kontaminan menghasilkan temuan kunci berikut (lihat Tabel 1):

• Bracket penyangga mengandung 94,3% aluminium, menunjukkan bahwa ia terbuat dari paduan aluminium cor.

• Batang konduktif mengandung 92,7% tembaga, bersama dengan elemen jejak, mengkonfirmasi bahwa ia adalah tabung paduan tembaga.

• Kontaminan juga mengandung 94,3% aluminium.

Dalam kondisi atmosfer lembab, aluminium (dari bracket) dan tembaga (dari batang konduktif) membentuk pasangan galvanik, memicu reaksi korosi elektrokimia (galvanik). Proses ini menghasilkan produk korosi kaya ion aluminium—yang dikenali sebagai kontaminan utama yang menyebabkan degradasi material dan akhirnya retakan.

3. Analisis Penyebab dan Tindakan Perlindungan

3.1 Analisis Penyebab Pecahnya Bracket Pendukung

Secara umum, kegagalan material logam dapat disebabkan oleh dua kategori faktor:

• Faktor internal: terkait dengan kualitas material dan proses manufaktur;

• Faktor eksternal: terkait dengan kondisi operasional seperti beban mekanis, waktu, suhu, dan media lingkungan.

3.1.1 Analisis Faktor Internal

Dalam proyek jaringan listrik, komponen logam biasanya menjalani pemeriksaan kualitas yang ketat—termasuk komposisi material dan masa pakai yang diharapkan—sebelum dikerahkan. Pengalaman lapangan menunjukkan bahwa pemutus sambungan tegangan tinggi luar ruangan beroperasi dalam lingkungan yang keras, dan keandalannya sebagian besar ditentukan oleh kondisi operasional eksternal daripada cacat bahan bawaan. Oleh karena itu, retak yang diamati pada bracket pendukung pemutus sambungan ini bukan disebabkan oleh kualitas bahan yang buruk tetapi sebagian besar dipengaruhi oleh paparan lingkungan.

3.1.2 Analisis Faktor Eksternal

Substasiun 330 kV berlokasi di wilayah barat laut dengan iklim semi-gersang yang khas—ditandai dengan udara kering, sinar matahari yang melimpah, dan variasi suhu harian dan tahunan yang besar. Musim dingin panjang dan dingin dengan sedikit curah hujan, sementara musim panas singkat tetapi panas.

Bracket pendukung aluminium paduan pemutus sambungan telah terpapar terus-menerus pada lingkungan atmosfer yang keras ini, mengalami angin kencang, siklus termal, akumulasi es, dan hujan sesekali—kondisi yang sangat mendukung terjadinya retak korosi stres (SCC).

SCC merujuk pada patah rapuh komponen logam yang tertekan dalam lingkungan korosif. Terjadinya SCC memerlukan dua syarat penting: tekanan tarik dan media korosif tertentu.

Dalam kasus ini:

• Tekanan tarik ada di kedua sisi garis tengah bawah bracket dan ke atas di pusat, menyebabkan distribusi stres yang tidak merata.

• Pemuatan tidak merata ini menginduksi strain plastis dan slip dislokasi pada logam, mempercepat inisiasi, penyebaran, dan patah akhir SCC.

Bracket dibuat dari paduan aluminium cor. Dalam keberadaan kelembaban dan partikel debu udara yang membentuk kontaminan larut, korosi galvanik dan celah mudah terjadi—terutama di celah sisi klamp, di mana air atau es dapat menumpuk.

Efek sinergis dari tekanan tarik dan serangan korosif akhirnya menyebabkan retak.

Makroskopis, permukaan fraktur SCC biasanya menunjukkan asal dan zona penyebaran retak berwarna hitam atau abu-abu gelap karena korosi, dengan area patah rapuh tiba-tiba menunjukkan pola radial atau tanda chevron ("herringbone")—tepat sesuai dengan morfologi fraktur bracket pemutus sambungan yang diamati. Ini sangat mengkonfirmasi bahwa mekanisme kegagalannya adalah retak korosi stres.

3.2 Tindakan Perlindungan Terhadap Retak Bracket

Sebagai jenis peralatan terbanyak di substasiun, pemutus sambungan luar ruangan menghadapi risiko signifikan saat beroperasi dalam jangka panjang di lingkungan yang terpapar—terutama dengan peningkatan penggunaan substasiun tanpa pengawasan, yang menuntut keandalan lebih tinggi. Empat strategi perlindungan berikut ini diajukan:

3.2.1 Pasang Pelindung

Karena pemutus sambungan luar ruangan langsung terpapar pada kondisi atmosfer—dan sangat rentan dalam iklim ekstrem (misalnya, dingin alpine, panas tinggi, salinitas pesisir, atau zona pembekuan)—pemasangan perisai isolasi atau pelindung dapat menciptakan mikro-lingkungan yang terkontrol, secara signifikan mengurangi korosi.

3.2.2 Tingkatkan Inspeksi Rutin

Mengingat distribusi stres yang tidak merata dikombinasikan dengan kondisi lingkungan yang keras memicu SCC, operator harus meningkatkan inspeksi visual dan mekanis pada komponen kritis—terutama dukungan dasar dan struktur penjepit—untuk mendeteksi tanda-tanda awal deformasi, korosi, atau retak dan mencegah kerusakan sekunder atau insiden keselamatan.

3.2.3 Perkuat Pemantauan Korosi

Pemantauan kondisi peralatan substasiun tidak hanya merupakan cara efisien untuk meningkatkan efektivitas perawatan tetapi juga fondasi manajemen aset seluruh siklus hidup. Teknologi deteksi korosi canggih dan pemantauan real-time harus diterapkan secara aktif untuk penilaian berkala dan bertarget pada pemutus sambungan luar ruangan dan lampiran mereka.

3.2.4 Aplikasikan Lapisan Anti-Korosi Performa Tinggi

Aplikasi lapisan anti-korosi berkualitas tinggi adalah salah satu cara paling efektif untuk menghambat korosi pada peralatan substasiun. Pada bracket pendukung pemutus sambungan, lapisan dengan ketahanan luar biasa terhadap penetrasi oksigen, kelembaban, dan kontaminan ionik dapat secara efektif mengisolasi permukaan logam dari agen korosif. Lapisan semacam itu memberikan perlindungan fisik yang kuat, membangun garis pertahanan pertama yang andal terhadap degradasi lingkungan.

4. Kesimpulan

Berdasarkan pengujian dan analisis komprehensif pada bracket pendukung, batang konduktif, dan kontaminan dari pemutus sambungan tegangan tinggi luar ruangan substasiun 330 kV, kesimpulan berikut ditarik:

(1) Penyebab utama retak bracket pendukung adalah retak korosi stres (SCC). Stres tarik yang tidak merata di dasar bracket, dikombinasikan dengan korosi celah di celah sisi klamp di bawah kondisi iklim yang fluktuatif, mempercepat degradasi material dan akhirnya menyebabkan patah.

(2) Tindakan pencegahan yang direkomendasikan termasuk pemasangan perangkat isolasi, pengaplikasian lapisan anti-korosi berkinerja tinggi, peningkatan inspeksi rutin, dan pelaksanaan pemantauan korosi sistematis. Untuk situs-situs tertentu, strategi mitigasi korosi khusus lokasi harus dikembangkan untuk memastikan operasi peralatan gardu induk yang aman, stabil, dan dapat diandalkan.