Analisis Penyebab dan Tindakan Pencegahan untuk Kecelakaan Pembakaran Pemutus Sirkuit Vakum

1. Analisis Mekanisme Kegagalan Pemutus Sirkuit Vakum

1.1 Proses Berbusur Selama Pembukaan

Mengambil contoh pembukaan pemutus sirkuit, saat arus mengaktifkan mekanisme operasi untuk trip, kontak bergerak mulai terpisah dari kontak tetap. Seiring jarak antara kontak bergerak dan tetap bertambah, proses berlangsung melalui tiga tahap: pemisahan kontak, berbusur, dan pemulihan dielektrik pasca-berbusur. Begitu pemisahan memasuki tahap berbusur, kondisi busur listrik memainkan peran penting dalam kesehatan pemutus vakum.

Seiring arus busur meningkat, busur vakum berkembang dari daerah spot katoda dan kolom busur menuju daerah anoda. Dengan berkurangnya area kontak yang berkelanjutan, densitas arus tinggi menghasilkan suhu tinggi, menyebabkan penguapan material logam katoda. Di bawah pengaruh medan listrik, plasma celah awal terbentuk. Spot-spot katoda muncul di permukaan katoda, memancarkan elektron dan membentuk arus emisi lapangan, terus-menerus mengikis material logam dan menjaga uap logam dan plasma. Pada tahap ini, dengan arus busur yang relatif rendah, hanya katoda yang aktif.

Seiring arus busur terus meningkat, plasma menyuntikkan energi ke anoda, menyebabkan mode busur anoda beralih dari busur tersebar ke busur terkonsentrasi. Transisi ini dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti material elektroda dan besarnya arus.

1.2 Analisis Kegagalan Erosi Kontak

Erosi kontak secara langsung terkait dengan arus pemutusan. Pada arus frekuensi daya nominal, derajat peleburan kontak hampir dapat diabaikan. Erosi kontak terjadi pada kondisi arus tinggi dan suhu tinggi. Ketika pemutus sirkuit memutus arus pendek yang melebihi arus nominalnya, derajat erosi material meningkat tajam, menciptakan kondisi untuk hilangnya material.

Kasar permukaan kontak memperkuat konsentrasi arus pada tonjolan permukaan, menyebabkan pemanasan lokal yang lebih parah. Selain itu, durasi arus berbusur sangat kritis. Bahkan jika arus adalah arus pendek, jika durasinya terlalu singkat, jumlah erosi material tetap kecil.

Penyebab utama kegagalan kontak adalah hilangnya massa selama proses berbusur. Kerusakan kontak terjadi dalam dua tahap:

• Erosi Material: Erosi material anoda didorong oleh plasma. Densitas aliran energi pada permukaan anoda adalah parameter kunci untuk mengukur efek plasma pada anoda. Penelitian menunjukkan bahwa densitas aliran energi anoda meningkat dengan arus busur yang lebih tinggi, celah kontak yang lebih besar, dan radius kontak yang lebih kecil, mempromosikan pembentukan spot anoda dan erosi material.

• Hilangnya Material: Setelah busur padam, tetesan logam cair dikeluarkan dari permukaan kontak karena tekanan plasma. Proses ini sebagian besar dipengaruhi oleh sifat material, dengan efek minimal lebih lanjut dari busur.

2. Penyebab Kecelakaan Pembakaran Pemutus Sirkuit Vakum

(1) Aus Listrik dan Variasi Celah Kontak yang Menyebabkan Peningkatan Hambatan Kontak
Pemutus sirkuit vakum tersegel dalam pemutus vakum, dengan kontak bergerak dan tetap berhadapan langsung. Selama pemutusan, terjadi erosi kontak, menyebabkan aus kontak, penipisan kontak, dan perubahan celah kontak. Seiring aus berlanjut, permukaan kontak memburuk, meningkatkan hambatan kontak antara kontak bergerak dan tetap. Aus juga mengubah celah kontak, mengurangi tekanan pegas antara kontak, semakin meningkatkan hambatan kontak.

(2) Operasi Tidak Sefase yang Menyebabkan Peningkatan Hambatan pada Fasa yang Bermasalah
Jika kinerja mekanis pemutus sirkuit vakum buruk, operasi berulang mungkin menyebabkan operasi tidak sefase karena masalah mekanis. Ini memperpanjang waktu pembukaan dan penutupan, mencegah pemadaman busur yang efektif. Berbusur dapat menyebabkan penyolderan (penggabungan) kontak, secara signifikan meningkatkan hambatan kontak antara kontak bergerak dan tetap.

(3) Penurunan Integritas Vakum yang Menyebabkan Oksidasi Kontak dan Peningkatan Hambatan
Bellows dalam pemutus vakum terbuat dari baja nirkarat tipis dan berfungsi sebagai elemen penyegelan, menjaga integritas vakum sambil memungkinkan batang konduktif bergerak. Umur mekanis bellows ditentukan oleh gaya ekspansi dan kontraksi selama operasi pemutus. Panas yang ditransfer dari batang konduktif ke bellows meningkatkan suhunya, mempengaruhi kekuatan lelah.

Jika material atau proses manufaktur bellows cacat, atau jika pemutus mengalami getaran, benturan, atau kerusakan selama transportasi, instalasi, atau perawatan, mungkin terjadi kebocoran atau retak mikro. Secara bertahap, ini menyebabkan penurunan level vakum. Vakum yang berkurang memungkinkan oksidasi kontak, membentuk oksida tembaga berhambatan tinggi, yang meningkatkan hambatan kontak.

Dalam arus beban, kontak terus-menerus overheating, semakin meningkatkan suhu bellows dan potensial menyebabkan kegagalan bellows. Selain itu, dengan vakum yang berkurang, pemutus sirkuit kehilangan kemampuan pemadam busur yang dinominalkan. Saat memutus arus beban atau arus gangguan, kemampuan pemadam busur yang tidak cukup menyebabkan berbusur berkelanjutan, akhirnya menyebabkan pembakaran pemutus.

3. Tindakan Pencegahan untuk Kecelakaan Pembakaran Pemutus Sirkuit Vakum

3.1 Tindakan Teknis

Penyebab penurunan integritas vakum kompleks. Hindari getaran dan benturan selama transportasi, instalasi, dan perawatan. Namun, kualitas manufaktur dan perakitan di tahap pabrik adalah faktor kritis yang mempengaruhi integritas vakum.

(1) Perbaiki Material dan Kualitas Perakitan Bellows
Pemutus vakum menggunakan bellows untuk gerakan mekanis. Setelah operasi pembukaan dan penutupan berulang, mungkin terbentuk retak mikro, mengganggu integritas vakum. Oleh karena itu, produsen harus meningkatkan kekuatan material bellows dan kualitas perakitan untuk memastikan keandalan penyegelan.

(2) Pengukuran Karakteristik Mekanis dan Hambatan Kontak Secara Reguler
Selama pemeliharaan tahunan, inspeksi rutin aus listrik kontak dan variasi celah. Lakukan tes sinkronisasi, over-travel, dan karakteristik mekanis lainnya. Gunakan metode drop tegangan DC untuk mengukur hambatan loop. Evaluasi oksidasi dan aus kontak berdasarkan nilai hambatan, dan atasi masalah segera.

(3) Pengujian Integritas Vakum Secara Reguler
Untuk pemutus sirkuit vakum jenis plug-in, operator sering tidak dapat mendeteksi pelontaran eksternal pada pemutus selama patroli. Dalam praktiknya, uji tegangan daya frekuensi digunakan secara periodik untuk menilai integritas vakum. Meskipun ini adalah uji destruktif, ia efektif mengidentifikasi cacat vakum. Alternatifnya, menggunakan alat ukur vakum untuk pengukuran kualitatif vakum adalah metode terbaik untuk menilai integritas vakum. Jika penurunan vakum terdeteksi, pemutus vakum harus segera diganti.

(4) Instal Perangkat Monitoring Vakum Online
Dengan penggunaan luas komunikasi nirkabel dan sistem SCADA dalam jaringan listrik, monitoring vakum online menjadi layak. Metode termasuk sensor tekanan, coupling kapasitif, konversi elektro-optik, deteksi ultrasonik, dan sensing microwave non-kontak.

• Sensing Tekanan: Tanam sensor tekanan dalam pemutus selama manufaktur. Seiring degradasi vakum, kepadatan gas dan tekanan internal meningkat. Perubahan tekanan ditransmisikan ke sistem kontrol untuk pemantauan real-time.

• Sensing Microwave Non-Kontak: Menggunakan sensing pasif untuk mendeteksi sinyal microwave, menangkap sinyal umpan balik unik ketika integritas vakum terganggu, memungkinkan pemantauan online real-time.

3.2 Tindakan Manajemen

Dalam insiden masa lalu, operator gagal mengidentifikasi kesalahan pemutus sirkuit dengan benar, menyebabkan pembakaran dan eskalasi kecelakaan. Ini menyoroti kurangnya familiaritas dengan sistem SCADA, peralatan di tempat, dan prosedur operasi, serta kurangnya kesadaran respons darurat. Oleh karena itu, manajemen operasi di gardu induk utama harus diperkuat.

• Laksanakan sistem inspeksi dengan ketat untuk mendeteksi masalah sejak dini.

• Tingkatkan pelatihan operator tentang sistem SCADA, operasi dan pemeliharaan switchgear, dan prosedur respons darurat.

• Lakukan latihan reguler untuk rencana anti-kecelakaan dan respons darurat.

3.3 Perbaiki Fungsi Interlock "Lima Pencegahan" pada Switchgear Tengah

Secara teknis tingkatkan fungsi interlock "Lima Pencegahan" pada switchgear tengah untuk sepenuhnya memenuhi persyaratan standar. Switchgear tegangan tinggi lengkap harus memiliki fungsi "Lima Pencegahan" penuh dengan kinerja yang andal.

• Pasang indikator live-line pada sisi keluar switchgear. Indikator ini harus memiliki fungsi self-test dan dikunci dengan saklar grounding sisi garis.

• Untuk instalasi dengan kemampuan back-feed, pintu ruang harus dilengkapi dengan kunci wajib yang dikendalikan oleh indikator live-line.

Melalui analisis kecelakaan pembakaran pemutus sirkuit vakum yang disebabkan oleh penurunan integritas vakum—yang menyebabkan oksidasi kontak, peningkatan hambatan kontak, overheating, dan kegagalan akhir—makalah ini mengusulkan tindakan tertarget seperti peningkatan material dan kualitas perakitan bellows, serta pemasangan perangkat monitoring vakum online. Tindakan-tindakan ini membantu mencegah dan memantau degradasi vakum secara real-time, menghindari terulangnya kecelakaan serupa.