Penelitian Teknologi Deteksi Partial Discharge untuk Unit Ring Main Berisolasi Padat

Dengan perkembangan jaringan listrik perkotaan, jumlah pemasangan unit ring main padat (RMU) terus meningkat. Status operasional mereka secara signifikan mempengaruhi keandalan pasokan listrik sistem listrik. Konsekuensi dari kegagalan sangat parah: kerusakan langsung termasuk kerusakan pada jalur dan peralatan yang dilindungi, serta kehilangan daya; konsekuensi tidak langsung menyebabkan pemadaman pelanggan yang luas, mengganggu kehidupan sehari-hari, produksi, bahkan stabilitas sosial.

Saat ini, ketidakcukupan metode pengujian lapangan untuk peralatan RMU padat dan seringnya terjadi kesalahan isolasi pada switchgear yang beroperasi menimbulkan ancaman serius terhadap operasi aman sistem listrik. Deteksi pelepasan parsial (PD) adalah metode efektif untuk menilai kondisi isolasi switchgear dan merupakan fokus penelitian saat ini. Melakukan deteksi PD dan diagnosis kesalahan pada switchgear tegangan tinggi memberikan informasi status penting untuk pemeliharaan berbasis kondisi dan merupakan kunci untuk memastikan operasi peralatan yang aman dan andal. Dalam switchgear tegangan tinggi, degradasi isolasi yang menyebabkan kesalahan isolasi tidak hanya disebabkan oleh medan listrik tetapi juga dapat berkembang karena gaya mekanis, panas, atau kombinasi tindakan mereka dengan medan listrik, akhirnya mempengaruhi kualitas dan keandalan pasokan listrik. Untuk mengatur dan secara efektif menerapkan pengujian hidup peralatan listrik, dan merujuk pada standar domestik dan internasional yang relevan—terutama berdasarkan Notifikasi Substansi Produksi Perusahaan Negara Jaringan [2011] No. 11 "Notifikasi tentang Penyampaian 'Spesifikasi Teknis untuk Pengujian Hidup Peralatan Listrik (Cobaan)'"—penelitian ini fokus pada deteksi pelepasan parsial untuk RMU.

​II. Metode Deteksi Pelepasan Parsial untuk Unit Ring Main​

​1. Bentuk Energi PD​
Pelepasan parsial adalah pelepasan impuls. Selain melibatkan transfer muatan dan pembuangan daya, proses PD juga menghasilkan radiasi elektromagnetik, gelombang ultrasonik, cahaya, panas, dan produk kimia baru. Metode deteksi yang ditargetkan pada fenomena-fenomena ini termasuk deteksi listrik, deteksi akustik, deteksi optik, dan deteksi kimia. Di antara metode-metode tersebut, metode listrik dan akustik paling umum digunakan, tetapi efektivitas praktisnya sering terbatas, terutama karena gangguan suara yang signifikan di lokasi yang membuat sulit untuk membedakan sinyal PD yang asli. Menghilangkan gangguan secara efektif sangat penting untuk meningkatkan kinerja deteksi peralatan PD.

Fenomena yang Dideteksi:

• ​Listrik:​​ (sensor TEV, UHF, HFCT)
• ​Akustik:​​ (sensor ultrasonik)
• ​Optik:​​ (terlihat melalui jendela pandang di lokasi tertentu selama pelepasan)
• ​Termal:​​ (infra merah, meskipun efektivitas deteksi dibatasi oleh struktur RMU yang sepenuhnya tertutup)
• ​Kimia/Gas:​​ (bau ozon, dll.)

​2. Teknologi Deteksi​
Banyak teknik deteksi PD saat ini digunakan untuk switchgear, secara umum dikategorikan sebagai ​Metode Langsung​ (deteksi kuantitas pelepasan nyata) dan ​Metode Tidak Langsung​ (TEV, ultrasonik, UHF, deteksi akustik-listrik gabungan). Metode langsung bersifat relatif; melibatkan penyuntikan kuantitas muatan yang dikenal antara terminal objek uji untuk menciptakan perubahan tegangan terminal yang setara dengan yang disebabkan oleh peristiwa PD. Muatan yang disuntikkan ini kemudian disebut sebagai Kuantitas Pelepasan Nyata (Q) dari PD, diukur dalam pikokoulomb (pC). Dalam praktiknya, kuantitas pelepasan nyata tidak sama dengan muatan aktual yang dipancarkan di situs pelepasan dalam objek uji; yang terakhir tidak dapat diukur secara langsung. Meskipun bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan di seberang impedansi pengukuran oleh pulsa arus PD mungkin berbeda dari yang disebabkan oleh pulsa kalibrasi, bacaan respons pada instrumen biasanya dianggap setara. Berikut adalah dua teknik deteksi RMU utama.

​1) Deteksi Ultrasonik untuk RMU Padat​
Dengan menerima sinyal ultrasonik yang ditransmisikan melalui udara dan mengukur tekanan akustik sinyal PD, intensitas pelepasan dapat ditentukan. Selama pengujian ultrasonik, sensor harus dipindai sepanjang celah/sambungan pada permukaan switchgear. Diagram referensi memberikan petunjuk tentang lokasi deteksi tipikal.

​2) Prinsip Deteksi Tegangan Transien Bumi (TEV)​
Ketika PD terjadi di dalam lemari switchgear tegangan tinggi, arus pulsa dengan durasi sangat singkat mengalir sepanjang saluran pelepasan, menggetarkan gelombang elektromagnetik transien. Kecepatan proses pelepasan menghasilkan pulsa arus yang curam dengan kemampuan radiasi elektromagnetik frekuensi tinggi yang kuat. Radiasi ini dapat menyebar melalui celah di dalam penutup logam, seperti gasket segel atau celah di sekitar isolasi. Ketika gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi ini menyebar di luar lemari, mereka menginduksi tegangan transien pada permukaan luar relatif terhadap tanah. Tegangan transien ini (TEV) berkisar dari milivolt hingga volt dengan waktu naik beberapa nanosekon. Sensor TEV khusus yang ditempatkan di luar lemari dapat mendeteksi sinyal ini secara non-invasif.

Lokasi Utama Deteksi TEV (di dinding lemari yang berlawanan):

• Busbar (sambungan, bushing dinding, insulator pendukung)
• Pemutus Sirkuit
• Transformator Arus (CT)
• Transformator Tegangan (PT)
• Terminasi Kabel
  Komponen-komponen ini biasanya terletak di bagian tengah dan bawah panel depan, bagian atas, tengah, dan bawah panel belakang, dan bagian atas, tengah, dan bawah panel samping.

​III. Lokalisasi PD dan Identifikasi Fase​

Setelah sinyal sensor dikonfirmasi berasal dari dalam peralatan, ​Lokalisasi Selisih Waktu Kedatangan (TDOA)​ digunakan untuk analisis posisi lebih lanjut. Dua sensor ditempatkan di permukaan peralatan; selisih waktu antara sinyal yang diterima (t2 - t1) dianalisis untuk menentukan lokasi PD, biasanya dalam jarak 1 meter dari sumber.

​1. Metode Selisih Waktu:​​
Anggap sumber PD berjarak X dari sensor 1, kecepatan gelombang elektromagnetik = c (kecepatan cahaya), dan selisih waktu t2 - t1 diukur melalui oscilloscope.
X = (t2 - t1) * c / 2
Menggunakan rumus ini dan pita ukur, posisi X dapat ditentukan.

​2. Metode Pembagi Bidang:​​

• Pindahkan kedua sensor di ruang hingga waktu kedatangan sinyal PD identik di kedua sensor. Ini menentukan titik pelepasan pada bidang pembagi tegak lurus antara kedua sensor (Menentukan Bidang).
• Pindahkan sensor-sensor dalam bidang pembagi hingga waktu kedatangan identik lagi. Ini menentukan titik pelepasan pada garis pembagi tegak lurus dalam bidang tersebut (Menentukan Garis).
• Pindahkan sensor-sensor sepanjang garis pembagi hingga waktu kedatangan identik sekali lagi. Ini menentukan lokasi pelepasan (Menentukan Titik).

​Untuk mengidentifikasi fase spesifik yang mengalami PD, metode HFCT​ digunakan untuk mendeteksi sinyal pada kabel keluaran tiga fase yang berdekatan (atau badan). Sinyal arus dari fase yang cacat menunjukkan amplitudo yang lebih besar dan polaritas yang berlawanan dibandingkan dengan sinyal pada dua fase lainnya, memungkinkan identifikasi fase yang rusak dengan mudah.