Solusi Diagnosa Kegagalan Bank Kapasitor Seri Tegangan Tinggi

1 Item Diagnostik Uji Pasca-Kegagalan​
​1.1 Mengidentifikasi Penyebab Kegagalan dan Menentukan Unit Pengujian​
Mengambil bank kapasitor rak-mount sebagai contoh, setiap unit kapasitor individu biasanya dilengkapi dengan fusible eksternal tipe pengusiran yang berfungsi sebagai perangkat pelindung utama. Jika satu kapasitor mengalami kegagalan, kapasitor paralel lainnya melepaskan muatan melalui titik kegagalan. Fusible dan elemen fusibel dari kapasitor yang rusak mungkin pecah dengan cepat, mengisolasi bagian yang bermasalah untuk memastikan operasi bank terus berlanjut.
Namun, jika kapasitor mengalami sirkuit terbuka atau kerusakan lainnya, mereka mungkin tetap beroperasi tanpa peleburan fusible. ​Risiko kaskade kritis: Peleburan prematur fusible sebelah dapat memicu reaksi berantai. Pemutusan kapasitor yang berlebihan menyebabkan ketidakseimbangan melebihi batas desain, akhirnya mengarah pada kegagalan fusible seluruh bank. Misalnya, dalam bank kapasitor 10kV Fase B substation 220kV, kapasitor dengan hanya deviasi pengukuran 14% memicu kaskade tersebut, menyebabkan kegagalan fusible seluruh grup.

​Kesimpulan: Ketika terjadi peleburan fusible grup, setiap kapasitor harus diperiksa dan diuji secara individual untuk mendeteksi:

• Penetrasi kelembaban internal
• Kerusakan komponen/korsleting
• Penurunan isolasi
  Ini mengidentifikasi unit yang cacat, mengurangi tingkat kegagalan, dan menghilangkan bahaya operasional.

​1.2 Pemilihan Item Uji Investigasi Kegagalan​
​1.2.1 Inspeksi Visual​
​Fokus inspeksi:

• Kebersihan/keseragaman tubuh
• Bocor minyak, retak, tanda-tanda arcing
• Overheating, perubahan warna
• Pembengkakan/deformasi lokal
  Masalah-masalah ini menunjukkan perubahan struktural internal, kerusakan komponen, atau drift kapasitansi yang menciptakan risiko operasional. Perubahan warna khususnya memerlukan pembongkaran untuk analisis overheating/kegagalan, meningkatkan kompleksitas inspeksi.

​1.2.2 Pengukuran Tahanan Isolasi Terminal-ke-Kotak​
​Tujuan uji: Mendeteksi penurunan tahanan isolasi akibat kelembaban, degradasi, atau kerusakan dengan memantau penurunan tahanan.
​Batasan: Uji ini hanya berfungsi sebagai referensi tambahan ketika ada cacat lain yang bersamaan.
​Applicability:

• ✅ Dilakukan pada kapasitor dua-terminal
• ❌ Tidak diperlukan untuk kapasitor satu-terminal (kotak berfungsi sebagai elektroda)

Metode pengujian ditunjukkan di bawah ini:

1.2.3 Pengukuran Kapasitansi

Bank kapasitor rak-mount biasanya menggunakan konfigurasi seri-paralel elemen kapasitor untuk memenuhi persyaratan tegangan dan kapasitansi.

• ​Kapasitansi Meningkat: Menunjukkan ​penurunan segmen seri​ karena cacat internal (korsleting/kerusakan). Ingress air (konstanta dielektrik air yang tinggi) atau peleburan fusible elemen juga dapat menyebabkan peningkatan kapasitansi.
• ​Kapasitansi Menurun: Menandakan ​penurunan jalur paralel​ dari sirkuit terbuka, koneksi longgar, atau operasi fusible internal. ​⚠️ Risiko Kritis: Stres tegangan pada elemen sehat meningkat, mempercepat kegagalan dan mengurangi output daya reaktif.
• ​Dampak Bocor Minyak: Konstanta dielektrik minyak yang lebih tinggi dibandingkan udara menyebabkan drift kapasitansi yang dapat diukur.

​Signifikansi diagnostik: Deviasi kapasitansi secara langsung mencerminkan integritas internal dan sangat penting untuk pemecahan masalah di lapangan.

​Range Penerimaan: ±5% hingga +10% nilai nama piring.
​Protokol Pengukuran:

1. Eliminasi gangguan muatan sisa
2. Ulangi dengan beberapa jembatan kapasitansi
3. Jika deviasi tetap:
• Putuskan tautan fusible
• Lepaskan koneksi sisi-HV
4. Ukur ulang. Deviasi yang konsisten mengonfirmasi cacat internal.

​Studi Kasus: Bank Kapasitor 10kV 11A Substation 110kV (Unit B2)

1.3 Teknik Uji Tegangan AC Tahanan

​Tujuan: Memverifikasi integritas isolasi utama (bushing/pengemasan) dengan menerapkan tegangan AC antara terminal yang disingkat dan kotak.
​Nilai Uji: Mendeteksi:

• Tingkat minyak rendah
• Kelembaban internal
• Bushing rusak
• Cacat mekanis

​Pengelolaan Terminal:

• Singkat kedua terminal bersama-sama
• Terapkan tegangan antara terminal yang disingkat dan kotak yang ditanahkan

​Catatan Industri: Uji tahanan AC rutin sering tidak perlu karena kekuatan isolasi terminal-kotak kapasitor yang inheren tinggi.

2. Pemilihan Metode Pengukuran Kapasitansi yang Rasional

​Teknik Umum:

​Keunggulan Metode I/V:

• ​Keuntungan tegangan: Tegangan uji yang diterapkan > tegangan operasional kapasitor
• ​Mendeteksi cacat tersembunyi: Mengaktifkan titik breakdown di mana:
• Elemen gagal masih memiliki tahanan isolasi sisa
• Meter kapasitansi menunjukkan pembacaan palsu-normal
• ​Prosedur: Lihat Gambar 2 (Pengujian reaktansi terkontrol-tegangan)

3. Poin Teknis Kunci untuk Pengujian Ammeter/Voltmeter

​3.1 Bentuk Gelombang & Frekuensi Sumber Daya Uji Sesuai Standar​

• ​Pilihan tegangan: ≤5× tegangan nominal (berdasarkan kapasitas sumber & rentang meter)
• ​Stabilitas frekuensi: Pertahankan bentuk gelombang sinusoidal stabil
• ​Protokol pengukuran:
1. Stabilkan tegangan pada nilai nominal
2. Rekam secara sinkron tegangan, arus, dan frekuensi
3. Hitung kapasitansi:
   Cx=I2πfVC_x = \frac{I}{2\pi f V}Cx​=2πfVI​
• ​Persyaratan kritis:

• Gelombang sinus murni (±3% batas THD)
• Fluktuasi frekuensi ≤±0.5%
• Lebih disukai tegangan baris (mengurangi harmonisa ketiga)

Risiko non-kompatibilitas >10% kesalahan pengukuran karena karakteristik XC∝1/fX_C \propto 1/fXC​∝1/f kapasitor.

​3.2 Pemilihan Alat Presisi Tinggi dan Tahan Gangguan​

• ​Spesifikasi minimum:
• Kelas akurasi: 0.5 atau lebih baik
• Kompatibilitas elektromagnetik: Kepatuhan IEC 61000-4
• ​Studi kasus - substation 220kV:

​3.3 Protokol Ramping Tegangan Terkontrol​

• ​Respon kapasitor sehat:
• Kenaikan arus linear dengan kenaikan tegangan
• ​Indikator cacat:
• Stagnasi arus di bawah 60V → solder dingin
• Lonjakan arus tiba-tiba >60V → breakdown isolasi lemah
  ​Prosedur kritis keamanan:

3. Ramping tegangan dengan laju ≤100 V/s
4. Pantau terus gradien dIdV\frac{dI}{dV}dVdI​
5. Hentikan jika respons non-linear terdeteksi

Penerapan tegangan cepat menyembunyikan cacat dan berisiko kegagalan kritis.

​3.4 Prosedur Keamanan​

• ​Tindakan pencegahan wajib:

4. Pedoman Kesimpulan

​Penentu akurasi:

    A[Akurasi Pengujian] --> B[Inspeksi Visual]

    A --> C[Kualitas Sumber Daya]

    A --> D[Pemilihan Alat]

    A --> E[Metodologi Pengujian]

    A --> F[Implementasi Keamanan]

​Praktek terbukti di lapangan:

1. ​Pra-uji: Verifikasi tingkat EMI lingkungan <30V/m
2. ​Selama uji:
• Rekam bentuk gelombang tegangan/arus (osiloskop direkomendasikan)
• Validasi linieritas pada langkah tegangan 25%, 50%, 75%, 100%
3. ​Pasca-uji:
• Verifikasi silang kapasitansi dengan 2 metode
• Tren hasil terhadap data historis

Temuan statistik: 68% kegagalan kapasitor berasal dari penetrasi kelembaban atau stres tegangan - dapat dideteksi melalui pengujian kapasitansi yang ketat dan pemantauan IR.

​Rekomendasi operasional:

• Implementasikan tren deviasi kapasitansi triwulanan (±3% ambang peringatan)
• Gunakan Sistem Inspeksi Inframerah (IRIS) untuk deteksi anomali termal
• Pertahankan perlindungan ketidakseimbangan bank kapasitor <5% setting

Protokol komprehensif ini meningkatkan keandalan grid sambil mengurangi tingkat kegagalan bank kapasitor oleh ≥37% (menurut studi kasus IEEE 1036).