Analisis Komprehensif tentang Penyebab Kerusakan dan Teknik Perbaikan untuk Kabel XLPE 35kV

1. Kerusakan yang Disebabkan oleh Cacat pada Sambungan Kabel

Sambungan dan terminasi kabel merupakan titik rentan pada isolasi, dan kualitas pemasangannya secara langsung memengaruhi keselamatan operasional. Statistik dari laporan kerusakan tahun 2023 sebuah perusahaan penyedia listrik menunjukkan bahwa 72% kegagalan terminasi berasal dari masalah berikut:

(1) Kegagalan Pemasangan Kerucut Tegangan
Terminasi penyusutan dingin menggunakan struktur kerucut tegangan untuk mengurangi intensitas medan pada titik pemutusan pelindung dengan memodifikasi distribusi medan listrik. Kesalahan konstruksi umum di lokasi meliputi:
① Ketidaksejajaran kerucut tegangan melebihi 5mm dari titik potong semikonduktor (persyaratan spesifikasi: ±2mm), menyebabkan distorsi medan listrik dan intensitas medan lokal mencapai 25kV/mm (normal: ≤12kV/mm).
② Penghalusan titik potong pelindung tembaga yang tidak memadai, meninggalkan gerigi yang menyebabkan pelepasan muatan di ujung (intensitas medan terukur di ujung dapat meningkat 3-5 kali).
③ Kecepatan penarikan yang berlebihan (50mm/s) selama pemasangan, menyebabkan kerutan kerucut tegangan dan terbentuknya celah udara (tingkat pelepasan parsial 10pC).

(2) Penanganan Lapisan Semikonduktor yang Tidak Tepat
Dalam kasus yang melibatkan kerusakan kabel 35kV di pabrik baja, pembedahan mengungkapkan adanya goresan sedalam 0,3 mm pada permukaan isolasi utama (lihat Gambar 2). Hal ini disebabkan oleh penggunaan pisau utilitas dengan sudut yang terlalu curam (45°) selama pelepasan lapisan semikonduktor. GB50150 secara eksplisit mensyaratkan penggunaan alat pengupas khusus untuk pelepasan semikonduktor, membentuk kemiringan landai 15° pada bagian yang dipotong, dengan kedalaman goresan tidak melebihi 0,1 mm.

(3) Kegagalan Penyegelan/Kedap Air
Statistik dari daerah yang sering hujan menunjukkan 43% kegagalan penghentian melibatkan masuknya kelembapan. Kesalahan umum meliputi:
① Gagal mengikuti proses penyegelan rangkap tiga (selubung luar, pelindung tembaga, lapisan semikonduktor).
② Ketebalan senyawa penyegel tidak mencukupi (<2mm) dan kompresi pegas gaya konstan tidak memadai (kompresi harus mencapai 1/3 dari panjang aslinya).
③ Celah antara selongsong penyusut dingin dan badan kabel (pemeriksaan dengan feeler gauge seharusnya tidak menunjukkan celah ≥0,05mm).

2. Mekanisme Degradasi Isolasi Utama

(1) Penuaan Pohon Listrik
Isolasi XLPE dapat memicu pertumbuhan pohon listrik ketika kekuatan medan lokal melebihi 10kV/mm. Uji penuaan dipercepat di sebuah pusat penelitian menunjukkan:
① Untuk setiap kenaikan suhu 10°C, laju pertumbuhan pohon meningkat 2,3 kali lipat.
② Dengan adanya kelembapan, penyebaran saluran pohon meningkat 3-5 kali lipat (signifikan ketika kadar kelembapan 0,02%).
③ Partikel pengotor (>50µm) menyebabkan konsentrasi di lapangan dan mudah menjadi titik awal pertumbuhan pohon.

(2) Kegagalan Penuaan Termal
Ketika kabel terus-menerus mengalami kelebihan beban (arus 120% dari nilai nominal), menyebabkan suhu isolasi melebihi 90°C, rantai molekul XLPE akan putus:
① Waktu Induksi Oksidasi (OIT) turun dari 30 menit menjadi kurang dari 5 menit (GB/T 11026.1 mensyaratkan ≥20 menit).
② Faktor Disipasi (tanδ) meningkat dari 0,002 menjadi di atas 0,01 (diukur pada 20°C).
③ Kekuatan tarik berkurang lebih dari 25%, dan perpanjangan saat putus berkurang sebesar 40%.

(3) Kerusakan Mekanis Kumulatif
Kerusakan mekanis umum selama pemasangan meliputi:

• Radius tekukan tidak mencukupi (kabel inti tunggal: ≥20× diameter luar; kabel inti ganda: ≥15×).

• Tegangan tarik yang berlebihan (kabel tembaga: ≤3kN; aluminium: ≤2kN).

• Selubung luar yang rusak dan tidak diperbaiki, memungkinkan masuknya kelembapan (tingkat penetrasi kelembapan radial: ~0,1 mm/hari).

3. Dampak Faktor Lingkungan Eksternal

(1) Lonjakan Tegangan Lebih
Petir dan lonjakan arus listrik merupakan pemicu yang signifikan:

• Sambaran petir langsung dapat menghasilkan tegangan hingga 200kV, jauh melebihi tegangan tahan impuls terukur kabel 35kV sebesar 32kV.

• Pemutusan arus oleh pemutus vakum dapat menghasilkan tegangan lebih hingga 3,5 kali tegangan fasa.

• Selama gangguan satu fasa ke tanah pada sistem, tegangan fasa yang sehat naik ke tegangan saluran (untuk sistem 35kV: 60,6kV).

(2) Korosi Kimia
Pengukuran di zona industri menunjukkan, pada tanah dengan pH <4 atau >9:

• Laju korosi selubung luar mencapai 0,2 mm/tahun (tanah normal: 0,05 mm/tahun).

• Pelapis pita baja dapat berlubang dalam waktu 5 tahun, memungkinkan kelembapan masuk langsung ke insulasi.

• Asam organik dari korosi mikroba mengurangi kekuatan dielektrik XLPE sebesar 5% setiap tahunnya.

(3) Stres Siklus Suhu
Terminal luar ruangan mengalami pemuaian/penyusutan termal periodik dengan perbedaan suhu harian 15°C:

• Tegangan geser pada antarmuka mencapai 1,2 MPa (melebihi batas kelelahan material EPDM).

• Retakan mikro terbentuk pada senyawa penyegel (kedalaman yang diamati hingga 0,5 mm di bawah mikroskop).

• Celah yang melebihi 0,1 mm terbentuk antara aksesori logam dan isolasi, yang memicu pelepasan muatan parsial.

Teknologi Diagnosis dan Lokalisasi Kerusakan

1. Karakterisasi dan Penilaian Patahan

1. (1) Pengujian Resistansi Isolasi
   Menggunakan megohmmeter 2500V:
   • Resistansi isolasi antar fasa < 1000 MΩ atau resistansi isolasi tanah < 500 MΩ menunjukkan kerusakan serius.
   • Rasio penyerapan (R60s/R15s) < 1,3 menunjukkan adanya masuknya kelembapan.
   • Indeks polarisasi (R10min/R1min) < 2,0 menunjukkan penuaan isolasi.

2. (2) Deteksi Pelepasan Sebagian
   Penggunaan gabungan metode Frekuensi Ultra Tinggi (UHF) dan ultrasonik:
   • Besaran pelepasan > 5 pC (pada 1,73U₀) pada terminasi memerlukan tindakan segera.
   • Pola pelepasan tipikal: pelepasan di ujung menunjukkan amplitudo pulsa yang tersebar; pelepasan di ruang kosong menunjukkan kelompok pulsa yang teratur.

3. (3) Pengukuran Faktor Kerugian Dielektrik (tan δ)
   Pada tegangan uji 10 kV:
   • Nilai tan δ kabel normal < 0,005; nilai > 0,01 menunjukkan degradasi isolasi yang parah.
   • Peningkatan signifikan pada tan δ seiring dengan kenaikan tegangan (Δtan δ > 0,002/kV) menunjukkan adanya cacat.

2. Teknologi Lokalisasi Presisi

1. (1) Lokalisasi Reflektometri Domain Waktu (TDR)
   Menggunakan reflektometer pulsa (resolusi minimum 0,5 m):
   • Rumus jarak patahan: L = v × t / 2 (v = kecepatan gelombang, 172 m/μs untuk kabel XLPE).
   • Gangguan resistansi rendah (< 100 Ω) menggunakan metode pulsa tegangan rendah; gangguan resistansi tinggi menggunakan metode loncatan tegangan tinggi DC.
   • Karakteristik bentuk gelombang: polaritas pulsa pantul berlawanan (resistansi rendah) atau sama (resistansi tinggi) dengan pulsa datang.

2. (2) Lokalisasi Sinkron Akustik-Magnetik
   Menerapkan tegangan tinggi impuls (3–5 kali U₀) ke titik gangguan:
   • Sinyal medan magnet dideteksi melalui kumparan; sinyal akustik diterima melalui sensor piezoelektrik.
   • Lokalisasi perbedaan waktu: Δt = ΔS / v (v = 340 m/s), dengan kesalahan lokalisasi < 0,5 m.
   • Optimal dalam kondisi kebisingan lingkungan rendah (< 40 dB di malam hari); disarankan menggunakan headphone peredam kebisingan.

3. (3) Pemantauan Serat Optik Terdistribusi
   Menggunakan sistem DTS (Distributed Temperature Sensing):
   • Resolusi spasial: 1 m; akurasi suhu: ±0,5°C.
   • Peningkatan suhu abnormal pada titik patahan (5–10°C lebih tinggi dari bagian normal).
   • Dikombinasikan dengan serat pendeteksi getaran, dapat menemukan titik kerusakan eksternal (alarm dipicu pada frekuensi getaran 5 Hz).

Spesifikasi Teknis Perbaikan Kerusakan Kabel 35kV

1. Prosedur Terminasi dan Terminasi Ulang Kabel
Mengambil contoh terminasi penyusut dingin 35kV (Model WLS-35/1×300), langkah-langkah kuncinya adalah sebagai berikut:

(1) Tahap Pra-perawatan

• Pelurusan Kabel: Gunakan mesin pelurus khusus (dengan menerapkan tegangan 2-3 kN) untuk memastikan kesalahan kelurusan < 1‰.

• Pengupasan Selubung Luar: Potong melingkar pada jarak 550 mm dari ujung, sisakan 30 mm lapisan pelindung, haluskan area seluas 50 mm dari potongan selubung menggunakan amplas grit 80.

• Perawatan Pelindung Tembaga: Sisakan pelindung tembaga sepanjang 20 mm, poles bagian yang terpotong menjadi transisi lengkung yang halus (R ≥ 2 mm) menggunakan kain amplas No. 0.

(2) Perlakuan Lapisan Semikonduktor

• Panjang Pengupasan: Sisakan 15 mm lapisan semikonduktor terluar, potong melingkar menggunakan pisau pengupas khusus (sudut 15°), hindari kerusakan pada isolasi utama.

• Pembuatan bevel: Buat bevel pada ujung isolasi utama dengan sudut 45° (kedalaman 0,5 mm), bulatkan tepi potongan semikonduktor (R = 1 mm).

• Proses Pembersihan: Usap searah menggunakan kain bebas serat yang direndam dalam etanol anhidrat (kemurnian ≥ 99,7%), ganti kain setiap 100 mm.

(3) Pemasangan Kerucut Tegangan

• Penggunaan Gemuk Silikon: Oleskan gemuk silikon khusus (tan δ < 0,001) dalam jarak 5 mm dari batas potong semikonduktor, dengan ketebalan 0,2 mm.

• Tanda Penempatan: Pasang pita penanda posisi (lebar 10mm) pada jarak 75mm dari garis potong semikonduktor.

• Operasi Penyusutan Dingin: Tarik lapisan inti dengan kecepatan konstan 50 mm/detik, hindari memutar ujung kabel selama penyusutan.

(4) Proses Penyegelan

• Pelapisan Kedap Air Tiga Lapis: Balut secara berurutan pita penghalang air semi-konduktif (tumpang tindih 25%), senyawa penyegel (ketebalan ≥ 2mm), dan wadah baja tahan karat.

• Koneksi Ground: Gunakan kabel tembaga 25mm², kompresi pegas gaya konstan mencapai 1/3 dari panjang aslinya, jarak pengikatan ≤ 10mm.

• Identifikasi Fase: Gunakan selang penyusut panas sesuai warna fase (Kuning Fase A, Hijau Fase B, Merah Fase C), panjang 100 mm.

2. Teknologi Perbaikan Isolasi Utama
Untuk kerusakan isolasi lokal (luas < 5 cm²), perbaikan menggunakan teknologi yang dipatenkan (Nomor Paten ZL202210666205.8):

(1) Penanganan Titik Patahan

• Insulasi Potongan Melingkar: Buat alur berbentuk dumbel (diameter 50mm, kedalaman 20mm) yang berpusat pada titik kerusakan dengan kemiringan 1:5.

• Perawatan Permukaan: Amplas secara melingkar dengan amplas berukuran 200 grit hingga insulasi baru (tanpa lapisan hangus) terlihat.

• Pemeriksaan Kebersihan: Gunakan penghitung partikel untuk memastikan kebersihan Kelas 100 (< 3500 partikel/m³ untuk partikel ≥ 0,5μm).

(2) Infusi Cairan Nano-perbaikan

• Rasio Material: 15% nano-SiO₂ (ukuran partikel 50nm), 75% matriks resin epoksi, 10% zat pengeras (berdasarkan berat).

• Penghilangan gelembung udara dengan vakum: Proses pada tekanan -0,09 MPa selama 30 menit untuk menghilangkan gelembung (diameter gelembung < 5μm).

• Infusi Bertekanan: Berikan tekanan 0,3 MPa selama 2 jam untuk memastikan kedalaman penetrasi cairan perbaikan ≥ 10 mm.

(3) Pengeringan dan Penyelesaian

• Tahap Pengeringan: 60°C/2 jam + 80°C/4 jam + 100°C/2 jam, hindari pemanasan berlebih lokal (laju pemanasan ≤ 5°C/menit).

• Penyelesaian Permukaan: Gerinda hingga rata dengan isolasi asli (penyimpangan < 0,1 mm) menggunakan roda gerinda intan (400-grit).

• Restorasi Pelindung: Lilitkan pita tembaga setebal 0,1 mm (tumpang tindih 20%), segel dengan solder (panjang sambungan solder ≥ 30 mm).

3. Prosedur Penggantian Sendi
Jika titik kerusakan berada di tengah kabel, gantilah menggunakan sambungan lurus pra-fabrikasi 35kV (Model JLS-35/1×400):

(1) Pra-perawatan Kabel

• Bagian yang Rusak: Sisakan kabel suara sepanjang 1,5 m di setiap ujungnya, pastikan permukaan isolasi bebas dari goresan (periksa dengan detektor kerusakan arus eddy).

• Sambungan Konduktor: Gunakan cetakan kompresi (heksagonal), tekan dari tengah ke luar, faktor kompresi ≥ 0,9.

• Pembuatan Tangga Isolasi: Buat tangga tirus 1:10 (panjang 50mm), kekasaran permukaan Ra ≤ 0,8μm.

(2) Perakitan Bersama

• Restorasi Pelindung Semikonduktor: Lilitkan pita semikonduktor (lebar 50 mm) untuk memastikan kontak yang andal dengan semikonduktor asli (resistansi kontak < 50 mΩ).

• Pemasangan Komponen Isolasi: Panaskan isolator yang telah diprefabrikasi hingga 70°C, geser ke tempatnya, berikan tekanan aksial 5kN selama 30 menit.

• Segel Rumah Logam: Gunakan O-ring ganda (bahan fluorurbber), kendalikan kompresi hingga 25%-30%.

(3) Perisai dan Pembumian

• Pengikatan Pelindung Tembaga: Gunakan jalinan tembaga 35mm², sambungan baut (torsi 25 N·m).

• Sistem Pembumian: Mengadopsi pembumian ujung ganda, penampang kawat pembumian ≥ 50mm², resistansi pembumian < 10 Ω.

• Perawatan Anti-korosi: Lapisi casing dengan primer epoksi (ketebalan lapisan kering 80μm) + lapisan atas poliuretan (ketebalan lapisan kering 120μm).

Pencegahan dan perbaikan kerusakan kabel XLPE 35kV harus berpegang pada prinsip pencegahan terlebih dahulu, perbaikan kemudian. Disarankan untuk memperkuat manajemen di bidang-bidang berikut:

• Pengendalian Material: Tetapkan sistem daftar putih pemasok dan terapkan inspeksi penerimaan untuk terminasi penyusutan dingin (pengujian kehilangan dielektrik, pelepasan parsial, dan kinerja penyegelan).

• Optimalisasi Proses: Mendorong penggunaan robot konstruksi cerdas untuk mengotomatisasi proses-proses penting seperti pengupasan lapisan semikonduktor dan pemasangan stress cone.

• Pemantauan Kondisi: Lakukan diagnostik isolasi (kerugian dielektrik, tanδ, pelepasan parsial) pada kabel yang telah digunakan selama lebih dari 15 tahun untuk menilai sisa masa pakainya.

• Kemampuan Tanggap Darurat: Membentuk tim perbaikan darurat profesional yang dilengkapi dengan alat pencari lokasi akustik-magnetik, kendaraan uji tegangan tinggi, dan peralatan lainnya untuk memastikan lokalisasi kerusakan dalam waktu 2 jam dan pemulihan dalam waktu 24 jam.

Metode teknis yang diuraikan dalam artikel ini dapat secara efektif mengurangi tingkat kegagalan kerusakan kabel 35kV. Setelah menerapkan sistem teknis ini, sebuah perusahaan jaringan listrik mengurangi waktu perbaikan kerusakan kabel rata-rata dari 48 jam menjadi 12 jam pada tahun 2024. Di masa depan, dengan kemajuan dalam material perbaikan nano dan teknologi pemantauan cerdas, perbaikan kabel akan berkembang menuju lokalisasi yang tepat, perbaikan minimal invasif, dan kesadaran kondisi.