Penyebab Kegagalan Peralatan
Setiap peralatan listrik pada sistem distribusi mempunyai kemungkinan rusak. Saat pertama kali dipasang, suatu peralatan bisa rusak karena manufaktur yang buruk, kerusakan selama pengiriman, atau pemasangan yang tidak tepat. Peralatan yang sehat bisa rusak karena arus yang ekstrim, tegangan yang ekstrim, binatang yang nakal, cuaca buruk, dan masih banyak lagi penyebab lainnya.
Terkadang peralatan akan rusak secara spontan karena alasan seperti usia kronologis, usia termal, kondisi penguraian bahan kimia, kondisi kontaminasi, dan kondisi keausan mekanis. Paragraf berikut dalam artikel teknis ini menyajikan mode kegagalan paling umum pada peralatan yang paling penting bagi keandalan sistem distribusi.
1. Transformator Distribusi
Transformator berdampak pada keandalan sistem distribusi dalam dua cara yang terkait: kegagalan dan kelebihan beban. Kegagalan transformator yang parah dapat mengakibatkan gangguan pada ribuan pelanggan. Ketika hal ini terjadi, trafo lain sering dipanggil untuk mengambil beban yang terputus. Jika kapasitas trafo cadangan tidak mencukupi, keputusan harus dibuat apakah akan membebani trafo yang sedang beroperasi atau tidak dan menerima kerugian nyawa yang diakibatkannya.
Rangkuman suhu rancangan trafo ditunjukkan pada Tabel 1. Trafo naik 55°C yang lebih lama terbukti memiliki suhu desain titik panas sebesar 95°C dan transformator naik 65°C yang lebih baru terbukti memiliki suhu desain titik panas sebesar 1 10 °C. Umur transformator sering kali didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kekuatan mekaniknya bahan insulasi kehilangan 50% kekuatan mekaniknya, hilangnya kekuatan mekanik terjadi ketika polimer isolasi terurai karena panas.
Gambar 1 – Kegagalan transformator
Laju kerusakan meningkat secara eksponensial dengan suhu, sehingga umur insulasi yang diharapkan dapat dinyatakan dengan teori disosiasi elektrolitik Arrhenius: umur isolasi = 10(K1/(273+°C))+K2 jam
Konstanta persamaan ini telah ditentukan secara eksperimental untuk transformator daya dan transformator distribusi dan didokumentasikan dalam panduan pembebanan transformator standar. Ringkasan nilai-nilai ini ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel ini juga menunjukkan kenaikan suhu titik panas yang diperlukan di atas batas normal yang akan menyebabkan laju penuaan termal menjadi dua kali lipat.
Tabel 1 – Suhu yang digunakan untuk rating transformator
Banyak trafo lama memiliki insulasi kenaikan 55°C, tetapi sebagian besar trafo baru memiliki insulasi kenaikan 65°C. Peringkat isolasi yang lebih tinggi memungkinkan transformator beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dan, oleh karena itu, melayani beban yang lebih tinggi.
Tabel 2 – Konstanta penuaan transformator untuk persamaan insulasi di atas, ditentukan dengan uji penuaan dipercepat yang mengukur waktu yang diperlukan insulasi transformator untuk kehilangan 50% kekuatan awalnya.
Jika dijalankan terus-menerus pada (95°C untuk insulasi 55°C dan 110°C untuk 65°C), transformator daya diperkirakan memiliki waktu paruh isolasi sekitar 7,2 tahun dan transformator distribusi memiliki perkiraan waktu paruh isolasi sekitar 20 tahun. Transformator biasanya tidak dibebani terus-menerus sesuai nilai nominalnya dan dinilai ulang oleh perusahaan utilitas berdasarkan kurva beban mingguan untuk menghasilkan masa pakai yang dapat diterima (misalnya, 30 tahun).
Temperatur transformator tidak meningkat secara instan ketika terjadi kelebihan beban terapan. Kapasitas termal yang besar pada casing, belitan, inti, dan kaleng oli menghasilkan konstanta waktu termal beberapa jam. Hal ini memungkinkan semua transformator menjadi kelebihan beban untuk jangka waktu singkat tanpa ada korban jiwa pada suhu awal berada di bawah rating normal.
Korban jiwa akan terjadi jika suhu dibiarkan naik di atas batas normal, dan banyak perusahaan utilitas akan menerima sejumlah korban jiwa selama situasi darurat.
Gambar 2 – Perkiraan waktu paruh isolasi transformator sebagai fungsi suhu titik panas.
Trafo tipikal dirancang untuk suhu titik panas 95°C (insulasi kenaikan 55°C) atau 110°C (isolasi kenaikan 65°C). Umur transformator berkurang secara eksponensial dengan suhu titik panas.
Kelebihan beban yang ekstrim dapat mengakibatkan kegagalan transformator yang sangat besar. Temperatur oli bagian atas tidak boleh melebihi 100°C untuk transformator daya dengan insulasi 55°C atau 110°C untuk transformator daya dengan insulasi 65°C. Akibat melebihi batas ini dapat mengakibatkan minyak meluap, tekanan berlebih, atau pecahnya tangki.
Jika suhu titik panas belitan melebihi 140°C saat terdapat uap air, gelembung bebas dapat terbentuk dan mengakibatkan gangguan internal. Karena pertimbangan ini, pembebanan puncak durasi pendek pada transformator daya yang kurang dari 100 MVA tidak boleh melebihi 200% dari nilai yang tertera.
Trafo berimpedansi rendah cenderung lebih sering mengalami kegagalan dibandingkan trafo berimpedansi tinggi karena akan mengalami arus gangguan yang lebih parah. Transformator otomatis umumnya mempunyai impedansi yang sangat rendah dan cenderung lebih sering mengalami kegagalan dibandingkan transformator belitan ganda.
2. Kabel bawah tanah
Masalah keandalan utama yang berkaitan dengan kabel bawah tanah adalah elektrokimia dan pohon air. Treeing terjadi ketika penetrasi kelembaban dengan adanya medan listrik mengurangi kekuatan dielektrik isolasi kabel. Ketika kelembapan menyerang dielektrik yang diekstrusi seperti polietilen ikatan silang (XLPE) atau karet etilen-propilena (EPR), pola kerusakan yang menyerupai pohon mengurangi kemampuan menahan tegangan pada kabel.
Gambar 3 – kerusakan isolasi kabel bawah tanah 33kV
Tingkat keparahan pohon sangat berkorelasi dengan umur termal karena penyerapan air terjadi lebih cepat pada suhu tinggi. Pengpohonan air (water tree) telah menjadi masalah yang luas dan memakan biaya besar bagi perusahaan utilitas dengan kabel XLPE yang sudah tua. Jaket kabel melindungi insulasi dari masuknya uap air dan melindungi konduktor netral konsentris dari korosi. Insulasi penghambat pohon memperlambat perkembangan pohon air setelah adanya kelembapan.
Gambar 4 – Kerusakan isolasi versus usia kabel 35 kV di Houston Lighting and Power
Seperti yang Anda lihat pada Gambar 4 di atas, kabel penghambat pohon memiliki kekuatan yang jauh lebih besar dibandingkan kabel EPR atau XLPE. Hasil aktual ditampilkan hingga 10 tahun dan diekstrapolasi hingga 100 tahun.
Penebangan pohon sebagian besar disebabkan oleh manufaktur yang buruk. Kotoran insulasi dan rongga insulasi mempercepat penyerapan kelembapan dan secara signifikan dapat mengurangi masa pakai kabel. Untuk meminimalkan kemungkinan pemasangan kabel berkualitas rendah, perusahaan utilitas dianjurkan untuk menguji semua gulungan sebelum diterima.
Jangan biarkan penyebab kegagalan peralatan listrik menghambat kinerja sistem distribusi Anda. Hubungi kami sekarang melalui tombol WhatsApp di pojok kanan bawah. Radius Electric, distributor resmi Hioki, siap memberikan solusi terbaik!
Sumber :
https://electrical-engineering-portal.com/failure-modes-electrical-equipment-distribution-systems
