Apa masalah umum pada kabel XLPE?
I. Pertanyaan jujur yang tak terhindarkan
Dalam proyek-proyek luar negeri, polietilen yang terikat silang(XLPEKabel-kabel ini hampir merupakan peralatan standar dalam sistem tenaga tegangan menengah dan tinggi.dan pemasangan yang mudah telah membuat mereka pengganti kabel terisolasi kertas selama beberapa dekade.
Namun, mereka tidak tak terkalahkan.
Menurut statistik operasional dari beberapa perusahaan listrik internasional, kerusakan isolasi adalah penyebab utama kegagalan kabel XLPE, menyumbang sekitar 86,7% dari semua kegagalan.Dari ini, kegagalan yang disebabkan oleh penuaan debit parsial, penuaan listrik, dan penuaan air menyumbang 65,7%; kegagalan yang disebabkan oleh penuaan termal dan deformasi termomekanik menyumbang 10,5%;dan kegagalan yang disebabkan oleh kerusakan mekanik dan penuaan gabungan elektromekanik menyumbang untuk sisa 100,5%.
Dengan kata lain, jika kabel XLPE Anda memiliki masalah, kemungkinan besar terkait dengan penuaan isolasi.Cacat yang tersisa dari tahap pembuatan, kerusakan yang terjadi selama pemasangan dan peletakan, dan penuaan yang secara bertahap berkembang selama operasi.
Di bawah ini, kita akan memecah masalah yang paling umum untuk kejelasan.
II. Pembuatan pohon Tanda peringatan sebelum kerusakan isolasi
Pertama, penting untuk memahami konsep inti: Treeing.
Dalam rekayasa kabel listrik, "treeing" mengacu pada retakan mikroskopis dan saluran pembuangan yang terbentuk di dalam media isolasi padat sebelum kerusakan lengkap.Treeing pada dasarnya adalah fenomena pra-pembongkaranBegitu pohon tumbuh dari satu elektroda ke elektroda lainnya, isolasi terganggu, dan kabel gagal.
Berdasarkan pembentukannya, pohon diklasifikasikan menjadi tiga jenis:
Electrical Treeing: Ketika cacat kecil ada di dalam isolasi seperti celah udara, kotoran, atau tonjolan pada permukaan konduktor di bawah tegangan operasi jangka panjang,medan listrik di lokasi itu mengalami distorsi yang parahPohon listrik tumbuh dengan cepat dan sulit untuk dibalik setelah terbentuk, secara langsung memperpendek sisa umur kabel.
Di bawah tegangan AC, pohon listrik dapat menunjukkan dua bentuk khas: satu adalah struktur cabang yang mirip dengan cabang pohon, dan yang lainnya adalah struktur yang lebih padat, seperti semak.semakin mudah untuk pembentukan pohon seperti semak.
Sebuah studi tentang kegagalan isolasi pada kabel 33kV XLPE menunjukkan bahwa pohon listrik adalah fenomena pra-reaksi yang menyebabkan kegagalan prematur kabel tegangan tinggi,yang berdampak negatif secara signifikan pada umur desainStudi lain berdasarkan distribusi Weibull menemukan bahwa semakin tinggi tegangan yang diterapkan, semakin cepat laju penyebaran pohon listrik, dan semakin pendek umur isolasi kabel.
Pembuatan Pohon Air: Pembentukan pohon air membutuhkan tiga kondisi: kelembaban, medan listrik, dan kotoran yang larut.
Di bawah efek gabungan medan listrik yang tinggi, tingkat kelembaban tertentu (kelembaban relatif di atas 70%), dan kehadiran garam atau kontaminan di dalam air, jaringan padat yang sangat kecil,lubang dan saluran yang diisi air tumbuh di dalam isolasi XLPEPohon air itu sendiri bukan saluran pembuangan, tapi mereka secara signifikan mengurangi resistivitas volume bahan isolasi, sangat meningkatkan kerugian dielektrik,dan menyebabkan kerusakan mekanis pada tingkat mikroskopis.
Bahaya sebenarnya dari pohon air terletak pada "latensi" mereka. Mereka biasanya tumbuh lambat, tidak terlihat dengan mata telanjang, dan tidak segera menyebabkan kerusakan.pohon air dapat secara bertahap berubah menjadi pohon listrikKetika kelembaban dan kotoran yang cukup menumpuk di area pohon air, distorsi medan listrik meningkat,akhirnya menyebabkan pertumbuhan cepat pohon listrik dan menyebabkan kegagalan isolasi tiba-tiba selama operasi.
Penting untuk dicatat bahwa sementara pengeringan kabel dapat sementara meringankan masalah ini, penanaman pohon air umumnya dianggap permanen dan hanya akan memburuk seiring waktu.
Dalam satu kasus nyata, satu pohon air akhirnya memicu kerusakan pohon listrik, yang mengakibatkan biaya langsung melebihi $200.000 untuk mengganti 700 meter kabel.
Pohon Elektrokimia
Pohon elektrokimia biasanya dikaitkan dengan kotoran dalam bahan isolasi.Ketika kotoran anorganik (seperti garam dan partikel logam) tetap ada di lapisan isolasi atau semikonduktor, mereka mengalami degradasi elektrokimia di bawah pengaruh medan listrik, membentuk struktur seperti pohon.bersama dengan jejak kelembaban, mempercepat degradasi lokal.
Analisis mikroskopik mengungkapkan lubang berukuran 15 sampai 150 mikrometer di dalam lapisan semikonduktif.Ruang kosong ini secara spasial berkorelasi dengan titik inisiasi dendrit elektrokimia, dan kotoran NaCl juga ada di sekitar mereka.
III. Kecacatan Awal yang Dianjurkan Selama Produksi
Cacat awal yang diperkenalkan selama pembuatan adalah kelemahan yang melekat pada kabel.Kontrol proses yang tidak memadai selama ekstrusi isolasi XLPE dan penyambungan silang dapat meninggalkan beberapa masalah khas dalam isolasi.
Ruang kosong
Kosong adalah jenis cacat mikroskopis yang paling umum. Mereka biasanya disebabkan oleh kegagalan produk dekomposisi peroksida organik (metana, asetofenon, dll).) untuk melarikan diri sepenuhnya selama cross-linkingGelembung-gelembung ini biasanya berukuran antara 15 dan 150 mikrometer.
Penelitian menunjukkan bahwa ukuran, jumlah, luas, dan distribusi ruang kosong secara langsung menentukan kekuatan listrik kabel.Ruang kosong yang lebih besar menghasilkan penurunan kekuatan pemecahan AC yang lebih signifikanDi bawah tegangan operasi, pembuangan parsial terjadi di dalam rongga, secara bertahap mengikis bahan isolasi di sekitarnya.
Kekotoran (Penyakit)
Jika produk sampingan silang tidak benar-benar dihapus, atau jika kotoran eksternal (seperti debu atau partikel logam) dicampur ke dalam bahan isolasi,kotoran ini akan menjadi "titik lemah" dalam isolasiDi bawah pengaruh medan listrik, muatan akan menumpuk di sekitar kotoran, menyebabkan konsentrasi medan listrik dan dengan demikian mempercepat penuaan lokal.
Penonjolan konduktor dan Kejahatan Lapisan Semikonduktor
Jika ada ketidakaturan atau tonjolan di lapisan pelindung konduktor kabel, mereka akan menanamkan diri mereka dalam lapisan isolasi seperti "tulang," menghasilkan kekuatan medan listrik lokal yang sangat tinggi di bawah tegangan operasi, menjadi titik awal pohon listrik. analisis simulasi celah udara bola, lubang pin,dan ketidakaturan dalam lapisan semikonduktor internal terminal kabel menunjukkan bahwa cacat ini akan menyebabkan perubahan yang signifikan dalam kekuatan medan listrikMisalnya, celah udara 2 mm dapat menghasilkan kekuatan medan listrik setinggi 2,45 × 106 V / mm di dekat konduktor.
IV. Masalah kualitas yang diperkenalkan selama pemasangan dan peletakan
Jika cacat manufaktur adalah "kekurangan inheren" kabel,maka masalah kualitas instalasi adalah "malnutrisi yang diperoleh" dan masalah ini lebih umum terjadi dalam pekerjaan harian personel pemeliharaanMenurut statistik operasional dari beberapa perusahaan jaringan listrik internasional, aksesoris kabel dan sendi adalah sumber kegagalan yang paling sering.
Kegagalan aksesori: Laporan analisis komprehensif yang diterbitkan pada tahun 2025 tentang penyebab kerusakan kabel XLPE 35kV menunjukkan bahwa kegagalan terminal menyumbang 58% dari semua insiden kerusakan,kegagalan isolasi utama 32%, dan faktor eksternal sebesar 10%.
Dalam kasus lain dari operator jaringan listrik dunia nyata, 24 substasi mengoperasikan 129 kabel listrik 10kV dan 35kV XLPE.Analisis data operasi menunjukkan bahwa kegagalan terutama disebabkan oleh penuaan listrik, penuaan termal, dan kerusakan mekanik, yang sebagian besar secara langsung terkait dengan kualitas pemasangan aksesoris (padu dan terminasi).
Sejumlah statistik lain mengkonfirmasi tren ini: Dalam laporan survei yang mencakup 6.214 kesalahan kabel (2010-2020),kesalahan isolasi kabel menyumbang 57% (yang kabel XLPE terutama disebabkan oleh pohon air), kesalahan sambungan kabel menyumbang 23%, kerusakan penggalian pihak ketiga menyumbang 11%, dan kesalahan substasiun sekunder menyumbang 9%.
Pembuatan Sendi yang Tidak Benar
Operasi yang tidak benar selama pembuatan sambungan kabel adalah faktor yang berkontribusi signifikan terhadap kesalahan.goresan atau retakan pada permukaan isolasi XLPE, penghapusan zat asing residual yang tidak lengkap, celah udara antara antarmuka isolasi, dan crimping konduktor yang tidak tepat.Satu penelitian menunjukkan bahwa bahkan goresan kecil pada permukaan isolasi atau sisa partikel semikonduktif atau debu logam dapat menciptakan konsentrasi tegangan listrik lokal pada permukaan isolasi, sehingga memicu debit parsial.
Penembusan Kelembaban
Penembusan kelembaban adalah risiko lain yang diremehkan. di lingkungan bawah tanah, jika lapisan kabel rusak selama pemasangan atau sendi tidak ditutup dengan baik,air tanah dapat secara bertahap meresap ke lapisan isolasiSetelah kelembaban masuk ke sendi, itu bergabung dengan medan listrik untuk memicu korosi elektrokimia dan pertumbuhan pohon air.
Penelitian telah menunjukkan bahwa ketika kandungan kelembaban dari isolasi XLPE mencapai 0,1%, faktor kerugian dielektriknya meningkat menjadi lebih dari tiga kali lipat dari keadaan kering,menyebabkan pemborosan energi dan kenaikan suhu yang tidak normal.
Oleh karena itu, pengujian kinerja isolasi harus dilakukan sebelum kabel mulai beroperasi, setelah membuat kembali ujung atau sendi perantara, dan setelah dugaan kerusakan lapisan dan masuknya air.Mengukur rasio resistensi perisai tembaga terhadap resistensi konduktor adalah langkah penting.
Kualitas Penanaman
Proses peletakan di tempat juga mempengaruhi umur kabel. Jika kabel diletakkan di luar jari-jari lentur minimum yang ditentukan, tekanan yang tidak merata dapat dihasilkan pada isolasi,menyebabkan kerusakan mekanik dan penuaan gabungan elektromekanik dari waktu ke waktuSelain itu, panjang kabel tertentu harus disediakan untuk memungkinkan penghentian kabel dilakukan kembali jika terjadi kecelakaan.
V. Tekanan Lingkungan yang Terjadi Selama Operasi
Penuaan Termal
Selama operasi normal, suhu operasi konduktor kabel XLPE biasanya 90 °C (suhu operasi jangka panjang yang diizinkan XLPE).ketika kabel beroperasi dalam kondisi kelebihan beban untuk jangka waktu yang lama, atau di lingkungan dengan disipasi panas yang buruk (seperti instalasi saluran padat), suhu isolasi dapat secara konsisten melebihi nilai desain.
Penuaan termal menyebabkan perubahan struktural pada bahan isolasi, termasuk pemecahan rantai molekul, pembentukan radikal bebas, pengurangan berat molekul, dan fragmentasi polimer,menyebabkan kerusakan fisik yang tidak dapat diubahakumulasi muatan ruang adalah salah satu mekanisme utama di mana penuaan termal mempengaruhi kualitas isolasi: muatan ruang mendistorsi distribusi medan listrik,memperburuk ketidakhomogenitas medan listrik, sehingga mempercepat penuaan isolasi kabel dan menyebabkan kerusakan lebih awal.
Studi telah menemukan bahwa pada suhu penuaan lembab 160°C, distribusi muatan ruang dalam isolasi polimer secara langsung terkait dengan degradasi kimia.,baik kepadatan tingkat trap dan kepadatan muatan ruang meningkat secara signifikan, yang berarti bahwa kemampuan bahan isolasi untuk menangkap muatan ditingkatkan, semakin memburuk kinerja isolasi.
Kelembaban dan Korosi Kimia
Selain pohon air yang disebutkan sebelumnya, masuknya kelembaban juga membawa konsekuensi langsung lainnya: korosi konduktor tembaga.
Dalam kabel bawah tanah yang beroperasi di fasilitas industri pesisir atau daerah kelembaban tinggi,Konduktor tembaga dapat memerah karena korosi terkait sulfat atau teroksidasi untuk membentuk lapisan oksida hijau (verdigris) karena masuknya kelembaban.
Penuaan Bersama Stres
Dalam operasi yang sebenarnya, penuaan kabel XLPE sering kali tidak disebabkan oleh satu faktor, tetapi oleh efek gabungan dari beberapa tegangan: panas, listrik, tegangan mekanis, dan kelembaban.
Sebagai polimer semi-kristalin, kabel XLPE pasti mengalami penuaan bertahap selama operasi. penuaan ini berasal dari efek gabungan dari berbagai tekanan lingkungan, termasuk siklus termal,paparan kelembabanDengan waktu, faktor-faktor ini secara bertahap melemahkan sifat dielektrik, akhirnya menyebabkan kegagalan isolasi.
VI. Cara mendeteksi dan menilai kesehatan kabel XLPE
Dalam operasi dan pemeliharaan yang sebenarnya, ada beberapa metode untuk membantu menentukan apakah kabel XLPE memiliki masalah yang disebutkan di atas.
AC tahan tes tegangan dan deteksi pembebasan parsial
Peringatan yang sangat penting: Kabel XLPE tidak boleh diuji menggunakan tegangan tinggi DC.
Alasannya adalah bahwa selama tes tegangan tahan DC, muatan ruang dapat disuntikkan ke dalam lapisan isolasi melalui "pohon" yang ada di isolasi kabel.Bahan isolasi XLPE memiliki resistivitas yang sangat tinggi, sehingga sulit bagi muatan residual untuk menghilang setelah pelepasan. muatan residual ini menghasilkan medan listrik yang bertumpuk pada medan listrik AC yang beroperasi,membuat kabel lebih rentan terhadap kerusakan setelah lulus tes tegangan tahan DC dan dioperasikan.
Oleh karena itu, untuk kabel listrik XLPE, disarankan untuk menggunakan kombinasi pengujian tegangan tahan AC dan deteksi debit parsial untuk evaluasi.
Pengukuran resistensi isolasi: Mengukur resistensi isolasi dari isolasi kabel utama efektif dalam mendeteksi penyerapan kelembaban isolasi secara keseluruhan, kerusakan secara keseluruhan,dan cacat penetrasiNamun, harus dicatat bahwa ketika PVC lapisan luar kabel yang terkubur langsung mengalami perendaman jangka panjang dalam air bawah tanah atau kerusakan kekuatan eksternal tetapi tidak gagal sepenuhnya,penurunan daya tahan isolasi saja tidak dapat secara langsung menentukan bahwa lapisan luar telah rusak dan disusup oleh air.
Pengukuran Kerugian Dielektrik: Seperti yang disebutkan sebelumnya, faktor kerugian dielektrik bahan isolasi XLPE meningkat secara signifikan ketika kandungan kelembaban mencapai 0,1%.Pengukuran kehilangan dielektrik secara teratur adalah cara penting untuk memantau penyerapan kelembaban dan kondisi penuaan isolasi.
VII. Mengapa Pelanggan Luar Negeri Perlu Perhatikan Masalah Ini
Sejauh ini, kami telah membahas secara rinci berbagai masalah yang mungkin dihadapi kabel XLPE dalam aplikasi praktis.
Memahami masalah ini tidak berarti membuat Anda "takut" menggunakan kabel XLPE. Sebaliknya, ini adalah pengetahuan teknik yang harus diberikan oleh produsen kabel yang berpengalaman kepada pelanggannya..Profesionalisme sejati bukan tentang kemasan produk yang sempurna, tetapi tentang mengetahui kondisi mana produk akan gagal, mengapa itu akan gagal, dan membantu pelanggan menghindari masalah ini.
Untuk pelanggan luar negeri, ketika membeli batch kabel XLPE, perhatian Anda bukan "Apakah kabel ini cacat?", melainkan "Jika saya menginstalnya dan menggunakannya sesuai dengan spesifikasi,berapa umurnya yang diharapkan?", "Sinyal abnormal apa yang harus saya perhatikan selama operasi?", dan "Kapan pengujian pencegahan harus dilakukan?"
Seorang pemasok yang dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan ini layak dipercaya untuk jangka panjang.
VIII. Ringkasan
Masalah umum dengan kabel XLPE dapat diringkas ke dalam beberapa tingkat.
Masalah yang paling mendasar adalah pohon-pohon listrik, pohon air, dan pohon-pohon elektrokimia adalah sinyal pra-reaksi yang mendahului kerusakan isolasi;Mereka secara bertahap mengikis integritas bahan isolasi pada tingkat mikroskopis.
Selama tahap manufaktur, cacat awal seperti celah udara, kotoran, dan ketidakaturan pada lapisan semikonduktif adalah kelemahan yang melekat pada kabel.Sumber cacat ini dapat ditelusuri kembali ke kontrol yang tidak memadai atas proses silang atau kebersihan bahan.
Selama tahap pemasangan dan penataan, aksesori dan sendi kabel adalah area yang paling parah terkena kegagalan. Kegagalan terminal menyumbang sebanyak 58%, dan kegagalan sendi menyumbang 23%.Pembuatan sendi yang tidak benar, penembusan kelembaban, dan radius lentur kabel yang terlalu kecil adalah faktor yang sering berkontribusi.
Selama tahap operasi, penuaan termal mempercepat kerusakan isolasi, sementara kelembaban dan korosi kimia lebih merusak lapisan pelindung dan konduktor.Efek kumulatif dari banyak tekanan mengarah pada kerusakan akhirnya.
Sepanjang umurnya, kerusakan isolasi adalah penyebab utama kegagalan kabel XLPE, menyumbang 86,7% dari semua kegagalan.dan pergeseran permukaan adalah mode kegagalan utama bahan isolasi XLPE.
Dalam hal pengujian, pengujian tegangan tahan DC dari kabel XLPE harus dihindari; sebaliknya, pengujian tegangan tahan AC dikombinasikan dengan pengujian debit parsial lebih dapat diandalkan.
Jika Anda saat ini menggunakan atau akan membeli kabel XLPE, disarankan untuk fokus pada tiga aspek utama:laporan inspeksi kualitas sebelum pengiriman (terutama hasil tes pelepasan parsial), kualitas aksesoris selama pemasangan (pemilihan tim konstruksi yang berkualitas),dan metode pemantauan status selama operasi (inspeksi reguler seperti pencitraan termal inframerah dan deteksi pelepasan parsial).
