Analisis Standar dan Kinerja Struktural peralatan distribusi gabungan
Standar dan Klasifikasi Perangkat Distribusi Tenaga Listrik Gabungan
Ada berbagai jenis perangkat distribusi tenaga listrik gabungan. Yang umum digunakan termasuk substasi terpadu, transformator kotak, substasi pra-rakit, transformator gabungan, substasi kotak gaya Eropa, dan substasi kotak gaya Amerika.
Standar Relevan untuk Perangkat Distribusi Tenaga Listrik Gabungan
Standar relevan yang saat ini berlaku untuk perangkat distribusi tenaga listrik gabungan di China utamanya mencakup: standar nasional GB/T 17467 - 1998 Substasi Pra-Rakit Tegangan Tinggi/Rendah, standar industri mekanik JB/T 10217 - 2000 Transformator Gabungan, dan standar pemesanan industri listrik DL/T 537 - 2002 Pedoman Pemilihan Substasi Kotak Pra-Rakit Tegangan Tinggi/Rendah.
Pada tahun 1995, Komisi Elektroteknis Internasional (IEC) menerbitkan standar IEC1330 - 1995 Substasi Pra-Rakit Tegangan Tinggi/Rendah. Standar nasional GB/T 17467 - 1998 Substasi Pra-Rakit Tegangan Tinggi/Rendah setara dengan standar IEC1330. Dalam standar ini, substasi pra-rakit didefinisikan sebagai "peralatan yang telah lulus uji tipe dan digunakan untuk mentransmisikan energi listrik dari sistem tegangan tinggi ke sistem tegangan rendah. Ini termasuk transformator, switchgear tegangan rendah dan tinggi, kabel penghubung, dan peralatan bantu yang tertutup dalam casing".
Standar industri mekanik JB/T 10217 - 2000 Transformator Gabungan menyatakan bahwa definisi standar transformator gabungan adalah: "transformator yang menggabungkan badan transformator, switchgear, sekring, tap-changer, dan peralatan bantu yang sesuai".
Standar pemesanan industri listrik DL/T 537 - 2002 Pedoman Pemilihan Substasi Kotak Pra-Rakit Tegangan Tinggi/Rendah merevisi standar asli DL/T 537 - 1993 Kondisi Teknis Pemesanan Substasi Kotak 6-35kV, membuat standar industri listrik untuk substasi kotak konsisten dengan IEC 1330 - 1995. Perbedaan antara DL/T 537 - 2002 dan IEC 1330 - 1995 (yaitu, GB/T 17467 - 1998) ditunjukkan dalam Tabel 1.
Tiga standar domestik di atas semuanya merupakan standar rekomendasi. Karena karakteristik yang berbeda dari berbagai industri, setiap standar memiliki ciri khasnya sendiri. Standar pemesanan industri listrik dipertimbangkan dari perspektif pengguna, berdasarkan standar internasional (nasional), dan menambahkan konten yang diperkenalkan dalam Tabel 1, memberikan dasar yang lebih rinci untuk pemilihan peralatan.
Klasifikasi Perangkat Distribusi Tenaga Listrik Gabungan
Meskipun ada standar-standar tersebut, penamaan perangkat distribusi tenaga listrik gabungan dalam aplikasi praktis tidak sangat seragam, dan klasifikasinya juga bervariasi. Ada dua kategori utama: satu adalah mendefinisikan substasi pra-rakit hanya sebagai substasi kotak gaya Eropa; yang lain adalah menyebut semua perangkat distribusi tenaga listrik gabungan sebagai substasi pra-rakit, dan kemudian membagi substasi pra-rakit menjadi "substasi kotak gaya Eropa" dan "substasi kotak gaya Amerika". Beberapa pemasok, untuk memenuhi kebutuhan pengguna yang berbeda, bahkan memiliki produk dengan dua nama.
Analisis Struktur dan Kinerja
Substasi Pra-Rakit Gaya Eropa
Pada tahun 1970-an, China mengimpor peralatan distribusi tenaga listrik terpadu 6-10kV dari negara-negara Eropa seperti Prancis dan Jerman. Peralatan inovatif ini mengintegrasikan tiga komponen utama substasi (switchgear tegangan tinggi, transformator, dan kabinet distribusi tegangan rendah) ke dalam satu casing, membentuk konsep substasi pra-rakit.
Pada Desember 1993, Kementerian Listrik sebelumnya merilis standar industri DL/T 537-1993 "Spesifikasi Teknis untuk Substasi Pra-Rakit 6-35kV". Pasal 3.1 dari standar ini secara eksplisit mendefinisikan: "Perangkat distribusi listrik lengkap yang padat, terdiri dari peralatan distribusi tegangan tinggi, transformator daya, peralatan distribusi tegangan rendah, dan perangkat pengukuran energi listrik yang tertutup dalam satu atau beberapa kabinet, disebut sebagai substasi pra-rakit, singkatnya substasi kotak." Berasal dari desain Eropa, konfigurasi ini dikenal sebagai substasi pra-rakit gaya Eropa.
Setelah diterbitkannya Standar Nasional GB/T 17467-1998 "Substasi Pra-Rakit Tegangan Tinggi/Rendah" pada tahun 1998, terminologi resmi beralih menjadi "substasi pra-rakit". Namun, baik pengguna maupun produsen tetap merujuk pada instalasi-instalasi ini sebagai substasi kotak atau substasi gaya Eropa dalam praktik umum.
Ciri-ciri Struktural:
Substasi gaya Eropa biasanya terdiri dari tiga ruang fungsional:
Ruang tegangan tinggi
Ruang tegangan rendah
Ruang transformator
Dua konfigurasi utama yang digunakan:
Susunan linear: Konfigurasi standar
Susunan segitiga: Diadopsi untuk kebutuhan sirkuit tegangan rendah yang kompleks
Keunggulan Kinerja dibandingkan Substasi Konvensional:
Optimalisasi jarak beban:
Mengurangi radius pasokan daya sebesar 40-60%
Mengurangi biaya investasi kabel sebesar 25-35%
Mengurangi kerugian garis sebesar 15-20%
Efisiensi ruang:
Menempati sekitar 10% dari jejak substasi tradisional
Mengurangi biaya sipil sebesar 60-70%
Instalasi yang disederhanakan:
Waktu konstruksi lapangan dikurangi sebesar 50-60%
Keterbatasan Teknis dan Solusi:
Desain enkapsulasi menimbulkan tantangan manajemen panas yang kritis:
Pembatasan pendinginan meningkatkan suhu internal (peningkatan ΔT tipikal: 8-12°C)
Potensi dampak termal pada stabilitas komponen (estimasi degradasi kinerja: 3-5% per 10°C naik)
Strategi mitigasi industri meliputi:
Sistem ventilasi maju:
Dinding casing struktur labirin
Kipas penghisap aliran aksial (biasanya kapasitas 200-400 CFM)
Tindakan penguatan termal:
Optimasi radiator (luas permukaan ditingkatkan 20-30%)
Bahan isolasi tahan panas (kelas H atau lebih tinggi)
Solusi-solusi ini, meskipun efektif, memperkenalkan:
Kompleksitas struktural (perpanjangan siklus manufaktur: 15-20%)
Konsumsi energi tambahan (sistem bantu: 5-8% dari total beban)
Emisi akustik (peningkatan level noise tipikal: 3-5 dBA)
Kemajuan Teknologi Terbaru:
Produsen terkemuka telah mencapai perkembangan terobosan dalam manajemen panas:
Konfigurasi pembuangan panas baru untuk transformator (peningkatan efisiensi: 12-15%)
Aerodinamika casing yang dioptimalkan (penurunan suhu: 6-8°C)
Desain kapasitas tinggi (≥800kVA) tanpa ventilasi paksa
Kepatuhan dengan batas termal transformator kering GB 1094.11 (kenaikan suhu gulungan maksimum: 100K)
Inovasi-inovasi ini mempertahankan kepatuhan terhadap standar nasional sambil mencapai:
Penghematan energi (penurunan daya kipas: 100%)
Penurunan level noise (4-7 dBA)
Peningkatan keandalan operasional (peningkatan MTBF: 20-25%)
Substasi Kotak Gaya Amerika (Transformator Gabungan)
Pada tahun 1990-an, transformator distribusi tiga fase kompartemen gaya Amerika masuk ke pasar China. Menurut Standar Nasional Amerika (ANSI) C57.12.26 - 1992 Standar untuk Transformator Distribusi Tiga Fase Kompartemen Self-Cooled dengan Koneksi Plug-in Tegangan Tinggi, kabel tegangan tinggi terhubung ke transformator melalui konektor kabel di kompartemen tegangan tinggi, dan kabel tegangan rendah terhubung ke terminal tegangan rendah dengan baut di kompartemen tegangan rendah. Tangki minyak transformator kompartemen dipasang dengan sekring tegangan tinggi dan switch beban empat posisi. Transformator dapat beroperasi sebagai terminal atau dalam jaringan lingkar, melindungi dan mengontrol status pasokan daya di sisi tegangan tinggi transformator.
Produsen transformator di China telah menambahkan pemutus sirkuit tegangan rendah dan meteran listrik ke kompartemen tegangan rendah produk gaya Amerika, menjadikannya perangkat distribusi tenaga listrik gabungan. Perangkat-perangkat ini banyak digunakan di komunitas perumahan. Untuk membedakannya dari substasi kotak gaya Eropa, mereka disebut sebagai substasi kotak gaya Amerika, juga dikenal sebagai transformator gabungan. Standar industri mekanik JB/T 10217 - 2000 Transformator Gabungan menjelaskan definisi standar transformator gabungan (seperti yang disebutkan di atas). Dalam 3.7, ia mendefinisikan "kompartemen tegangan tinggi dan rendah" sebagai "ruang di mana terminasi kabel tegangan tinggi dan rendah serta bagian operasi dan kontrol komponen listrik tertutup oleh pelat baja, bergantung pada dinding tangki minyak". Ini adalah salah satu perbedaan struktural dari substasi kotak gaya Eropa.
Standar ini mengklasifikasikan transformator gabungan (substasi kotak gaya Amerika) menjadi dua jenis berdasarkan struktur tangki minyak: tipe tangki bersama dan tipe tangki terpisah. Dalam tipe tangki bersama, komponen listrik tegangan tinggi berbagi tangki minyak transformator dengan badan transformator, dinotasikan dengan huruf ZG. Dalam tipe tangki terpisah, komponen listrik tegangan tinggi seperti switch beban ditempatkan di tangki minyak terpisah, sementara komponen listrik tegangan tinggi lainnya dan badan transformator dipasang di tangki minyak lainnya. Sirkuit minyak kedua tangki tidak terhubung, dinotasikan dengan huruf ZF.
Transformator Gabungan Tangki Bersama
Selain keunggulan substasi kotak gaya Eropa, transformator gabungan tangki bersama memiliki keunggulan berikut:
Luas Lahan yang Lebih Kecil: Menempati sekitar 3/5 area substasi kotak gaya Eropa.
Pembuangan Panas yang Lebih Baik: Transformator langsung terpapar, yang menguntungkan untuk pembuangan panas. Strukturnya relatif sederhana, dan harga jualnya relatif rendah (sekitar 3/5 dari substasi kotak gaya Eropa).
Transportasi dan Instalasi yang Lebih Mudah: Volume lebih kecil, sehingga transportasi dan instalasi lebih mudah.
Dalam konteks China, substasi kotak gaya Amerika yang diimpor langsung dari luar negeri memiliki kekurangan berikut:
Degradasi Minyak Transformator: Ketika switch beban tegangan tinggi beroperasi, busur yang dihasilkan mungkin menyebabkan dekomposisi minyak transformator, mempengaruhi umur layanan keseluruhan substasi kotak gaya Amerika.
Operasi Tanpa Fasa: Ketika sekring tegangan tinggi meledak, mungkin menyebabkan transformator beroperasi dalam kondisi tanpa fasa.
Fungsi Sirkuit Tegangan Tinggi yang Terbatas: Sirkuit tegangan tinggi memiliki fungsi yang relatif sederhana, yang tidak sepenuhnya memenuhi persyaratan regulasi operasi listrik saat ini. Misalnya, switch beban tegangan tinggi tidak memiliki titik putus yang jelas.
Untuk mengatasi masalah-masalah ini, produsen domestik telah melakukan beberapa perbaikan. Seperti yang disebutkan di atas, pemutus sirkuit tegangan rendah (biasanya pemutus sirkuit udara cerdas) ditambahkan ke kompartemen tegangan rendah substasi kotak gaya Amerika untuk mencapai perlindungan ganda dari gangguan seperti overload, under-voltage, short-circuit, dan grounding. Ini menghilangkan fenomena ledakan sekring tegangan tinggi karena short-circuit atau overload di jalur feeder tegangan rendah, menghindari operasi transformator tanpa fasa. Kedua, bagian tegangan tinggi telah didesain ulang. Misalnya, dalam hal perlindungan tegangan tinggi, substasi kotak gaya Amerika menggunakan switch beban untuk memutus pasokan daya beban dan mengandalkan sekring cadangan dan sekring plug-in untuk perlindungan daya penuh.
Transformator Gabungan Tangki Terpisah
Hingga saat ini, sebagian besar substasi kotak gaya Amerika yang diproduksi oleh produsen transformator termasuk dalam transformator gabungan tangki bersama tipe ZG. Untuk menghilangkan kekurangan transformator gabungan tangki bersama yang disebutkan di atas, produsen transformator domestik telah memisahkan komponen-komponen tegangan tinggi seperti switch beban dan sekring cadangan dari tangki minyak transformator. Minyak flash-point tinggi disuntikkan ke kompartemen kecil komponen-komponen tegangan tinggi seperti switch beban, sementara minyak No. 25 biasa disuntikkan ke tangki minyak transformator. Ini tidak hanya menyelesaikan masalah penuaan minyak transformator yang disebabkan oleh operasi switch beban, tetapi juga menyelesaikan masalah pembuangan panas yang disebabkan oleh penggunaan minyak flash-point tinggi di seluruh tangki minyak transformator (karena viskositasnya yang tinggi).
Adopsi Transformator Aloy Amorf
Transformator adalah komponen terbesar dan paling banyak menghasilkan panas dalam substasi kotak. Karakteristik strukturnya dan tingkat kerugian langsung terkait dengan desain keseluruhan substasi kotak.
Pada tahun 1996, China berhasil mengembangkan dan memproduksi transformator distribusi non-kristalin di bawah 500 kVA, tetapi volumenya kecil, dan produksi massal belum dicapai. Pada tahun 1998, Shanghai Xindian Electric Company memperkenalkan teknologi desain dan manufaktur transformator amorf dari General Electric (GE) di Amerika Serikat untuk produksi massal. Saat ini, ada lebih dari 20 produsen transformator amorf. Kerugian tanpa beban inti aloy amorf adalah 20% dari seri S9, menunjukkan efek hemat energi yang sangat signifikan.
Standar transformator distribusi ANSI juga berperan dalam konteks yang lebih luas dari teknologi dan pasar transformator. Namun, faktor utama yang membatasi adopsi transformator aloy amorf dalam substasi kotak domestik adalah harga, yang memerlukan negara untuk menerapkan kebijakan insentif yang sesuai. Sebenarnya, ada banyak kebijakan insentif untuk penggunaan transformator aloy amorf di dalam dan luar negeri. Menurut produsen Taiwan, wilayah Taiwan telah menetapkan standar ketat untuk produk transformator aloy non-kristalin. Di mana pun pengguna membeli transformator aloy amorf, mereka dapat menerima subsidi berdasarkan kapasitas transformator, dengan hadiah puluhan ribu Dolar Taiwan Baru per kW.
Perbandingan antara Substasi Kotak Gaya Eropa dan Gaya Amerika
Seperti yang disebutkan di atas, baik substasi kotak gaya Amerika maupun gaya Eropa memiliki keunggulan dalam hal volume, luas lahan, dan koordinasi lingkungan. Substasi kotak gaya Amerika, yang sering dirancang dengan referensi ke norma-norma transformator distribusi ANSI, bahkan memiliki keunggulan tertentu dibandingkan substasi kotak gaya Eropa dalam aspek-aspek seperti luas lahan, harga, dan pembuangan panas. Misalnya, dalam kasus substasi kotak DXB(W)-1.10, bushing tegangan tinggi dan rendah, tap-changer, conservator, dan katup drainase minyak transformator dipasang di satu dinding samping, masing-masing tertutup dalam kompartemen peralatan tegangan tinggi dan rendah. Transformator kemudian menjadi bagian dari casing substasi kotak, sementara tiga dinding samping lainnya dilengkapi dengan sirip panas gelombang yang terpapar udara. Ini meningkatkan kondisi pembuangan panas dan mengurangi beberapa kerugian.
Namun, karena bagian pembuangan panas substasi kotak gaya Amerika terpapar udara untuk waktu yang lama, muncul masalah baru seperti korosi material akibat lingkungan alam, yang mempengaruhi umur layanan keseluruhan peralatan. Selain itu, pada musim panas, suhu sirip panas substasi kotak gaya Amerika dapat mencapai di atas 80-90°C, menimbulkan risiko luka bakar bagi orang yang tidak sengaja mendekatinya.
Substasi kotak gaya Eropa yang menggunakan transformator aloy amorf adalah produk baru yang dikembangkan oleh produsen domestik. Mereka mewakili kemajuan teknologi setelah transformator gabungan aloy amorf (termasuk tipe tangki bersama dan terpisah). Dengan perbaikan desain pembuangan panas lainnya, mereka mencapai pendinginan alami sambil memenuhi persyaratan kenaikan suhu nasional, menghilangkan konsumsi energi dan kebisingan kipas ventilasi. Dengan demikian, substasi kotak gaya Eropa aloy amorf memiliki karakteristik teknis yang unggul.
Kesimpulan
Dengan promosi lebih lanjut dari standar, penamaan perangkat distribusi tenaga listrik gabungan harus menjadi lebih seragam. Pengembangan teknologi dan perbaikan proses manufaktur dan struktur membuat substasi kotak gaya Amerika dan gaya Eropa lebih unggul dibandingkan substasi tradisional. Mereka lebih cocok dengan permintaan pasar untuk miniaturisasi, koordinasi lingkungan, multifungsi, dan pasokan daya yang andal dari peralatan distribusi tenaga listrik. Jika penggunaan bahan ramah lingkungan dan hemat energi seperti aloy amorf dapat menerima insentif kebijakan tertentu, kinerja teknis dan ekonomi substasi kotak domestik akan lebih ditingkatkan.
