Pembahasan tentang Masalah Likuifaksi Gas selama Pemasangan Pemutus Sirkuit Tangki di Daerah Dingin Ekstrem

Penjelasan Teknis tentang Pemutus Sirkuit Heksafloorida Belerang (SF₆) dan Tantangan Likuifaksi Gas

Pemutus sirkuit SF₆, yang menggunakan gas heksafloorida belerang—dikenal karena sifat pemadam busurnya yang luar biasa dan insulasinya—sebagai medium pemadam busur, secara luas diterapkan dalam sistem tenaga listrik. Pemutus ini cocok untuk operasi sering dan skenario yang membutuhkan penghentian cepat. Di China, pemutus sirkuit SF₆ pada dasarnya digunakan untuk tingkat tegangan 110kV dan di atasnya. Namun, karena sifat fisik gas SF₆, gas tersebut mungkin likuifaksi di bawah kondisi suhu dan tekanan tertentu, menyebabkan kepadatan gas SF₆ dalam tangki pemutus sirkuit menurun. Ketika kepadatan turun hingga batas tertentu, pemutus sirkuit akan memicu kunci perlindungan. Di beberapa wilayah di China, seperti Inner Mongolia, Timur Laut China, Xinjiang, dan Tibet, di mana suhu lingkungan dapat mencapai -30°C atau bahkan lebih rendah di musim dingin, fenomena kunci yang disebabkan oleh likuifaksi gas SF₆ terjadi dari waktu ke waktu.

Penjelasan Singkat tentang Likuifaksi Gas SF₆

Gas SF₆ memiliki stabilitas kimia yang sangat tinggi. Ini adalah gas tanpa warna, tidak berbau, tidak berasa, dan tidak mudah terbakar pada suhu dan tekanan normal, dengan sifat insulasi dan pemadam busur yang luar biasa.

Suhu kritis gas merujuk pada suhu tertinggi di mana gas dapat dilikuifaksi. Ketika suhu lebih tinggi dari nilai ini, gas tidak dapat dilikuifaksi tidak peduli seberapa banyak tekanan yang diberikan.

Untuk "gas permanen" seperti oksigen, nitrogen, hidrogen, dan helium, suhu kritis mereka berada di bawah -100°C, sehingga likuifaksi gas tidak perlu dipertimbangkan pada suhu lingkungan. Gas SF₆ berbeda; suhu kritisnya adalah 45.6°C. Ia hanya dapat mempertahankan keadaan gas yang konstan ketika suhu di atas 45.6°C. Pada suhu lingkungan, ia dapat dilikuifaksi ketika tekanan eksternal mencapai nilai tertentu. Oleh karena itu, untuk peralatan yang diisi dengan gas SF₆, masalah likuifaksi gas perlu dipertimbangkan.

Kurva parameter keadaan gas SF₆ ditunjukkan pada Gambar 1. Dalam kondisi kepadatan gas ρ tetap, seiring penurunan suhu, tekanan gas juga menurun. Ketika suhu turun hingga titik likuifaksi A yang sesuai dengan kepadatan gas ini, gas mulai melikuifaksi, dan kepadatan gas kemudian menurun.

Kondisi Aktual di Lapangan

Stasiun Pengubah Ximeng terletak di Chaoke Wula Sumu, Kota Xilinhot, Liga Xilingol, Daerah Otonomi Inner Mongolia. Dengan ketinggian 914 meter dan lintang 44.2°, stasiun ini memiliki periode pemanasan hingga tujuh bulan dan diklasifikasikan sebagai daerah dingin parah di China. Di halaman filter AC stasiun, 20 set pemutus sirkuit tipe tangki 3AP3 DT yang diproduksi oleh Hangzhou Siemens dipasang, dengan tegangan nominal 550 kV. Pemutus-pemutus sirkuit ini dilengkapi dengan reley kepadatan yang memiliki fungsi kompensasi suhu, dan indikasinya mencerminkan perubahan kepadatan gas daripada perubahan tekanan. Parameter utama pemutus sirkuit ditunjukkan pada Tabel 1.

Selama proses instalasi, pengisian gas dilakukan sesuai dengan parameter yang disediakan oleh produsen. Tekanan pengisian gas nominal ditetapkan pada 0.8 MPa, tekanan alarm pada 0.72 MPa, dan tekanan kunci pada 0.7 MPa (tekanan manometer pada 20°C). Kurva parameter keadaan gas SF₆ ditunjukkan pada Gambar 2. Seperti yang terlihat dari gambar, ketika tangki tersegel dengan baik dan tidak ada kebocoran gas, gas di dalam tangki akan melikuifaksi ketika suhu turun hingga -18°C; alarm akan terpicu ketika suhu mencapai -21°C; dan pemutus sirkuit akan dikunci ketika suhu turun hingga -22°C. Kondisi aktual di lapangan ditunjukkan pada Gambar 3.

Kondisi aktual di lapangan sesuai dengan hasil yang diperoleh dari kurva parameter keadaan.

 Berdasarkan situasi pasokan bahan di lapangan dan kemajuan pemasangan peralatan, pemutus sirkuit tipe tangki menyelesaikan pemasangan, penyedotan vakum, dan pengisian gas pada akhir November. Uji serah terima peralatan dan pekerjaan komisioning berkonsentrasi pada sepuluh hari pertama Desember. Pada saat itu, suhu lingkungan telah turun di bawah -22°C, dan semua pemutus sirkuit yang dipasang dikunci, sehingga tidak mungkin untuk melakukan uji serah terima peralatan pemutus sirkuit secara normal dan akibatnya mempengaruhi jadwal konstruksi seluruh stasiun.

Solusi

Mengingat fenomena kunci yang disebutkan di atas di lapangan, solusi berikut diajukan:

Mengurangi Jumlah Pengisian Gas

Dapat dilihat dari kurva karakteristik parameter gas SF₆ bahwa ketika jumlah pengisian gas di dalam tangki berkurang, suhu likuifaksi gas akan turun, dan suhu kunci yang sesuai juga akan menurun. Misalnya, ketika tekanan pengisian gas nominal diatur menjadi 0.56 MPa, suhu likuifaksi adalah -28°C, dan suhu kunci adalah -32°C. Pada saat itu, suhu likuifaksi lebih rendah dari suhu lingkungan, dan tidak akan ada fenomena kunci. Namun, setelah mengurangi jumlah pengisian gas, kinerja pemadam busur dan insulasi pemutus sirkuit akan menurun. Metode-metode yang melibatkan perubahan keadaan akhir peralatan dan mempengaruhi kinerjanya perlu dipelajari dan dibuktikan secara menyeluruh oleh unit desain dan produsen sebelum implementasi.

Jika keadaan akhir peralatan tidak diubah, yaitu mengurangi jumlah pengisian gas hingga nilai tertentu (seperti 0.6 MPa) sebelum uji serah terima dan mengisi ulang jumlah pengisian gas hingga nilai nominal setelah uji dan komisioning selesai. Metode ini tampaknya layak, tetapi sebenarnya tidak. Pertama, setelah mengurangi jumlah pengisian gas, kinerja insulasi pemutus sirkuit menurun. Tanpa demonstrasi yang akurat, ada kemungkinan pemutus sirkuit bisa tembus selama uji tegangan. Kedua, bahkan jika uji berhasil lancar, hasil uji tidak memiliki nilai referensi. Uji serah terima peralatan adalah pemeriksaan atas kualitas produksi produsen dan kualitas pemasangan pemasang, dan harus dilakukan setelah pemasangan peralatan benar-benar selesai. Dan proses pengisian gas jelas merupakan langkah dalam proses pemasangan peralatan.

Menggunakan Gas Campuran

Saat ini, di dalam dan luar negeri, ada praktik mengurangi suhu likuifaksi dengan mencampur proporsi tertentu gas lain (seperti CF₄, CO₂, dan N₂) ke dalam gas SF₆. Namun, kinerja insulasi dan pemadam busur gas campuran tidak dapat mencapai tingkat gas SF₆ murni. Dengan tekanan pengisian gas yang sama, kapasitas pemutusan arus pemutus sirkuit yang diisi dengan gas campuran akan sekitar 20% lebih rendah daripada pemutus sirkuit yang diisi dengan gas SF₆ murni. Jika kinerja insulasi yang sama ingin dicapai, tekanan pengisian gas campuran harus lebih tinggi dari gas SF₆ murni.

Ambil contoh gas campuran SF₆/N₂, rumus perhitungan berikut dapat digunakan:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

Dalam rumus, Pm adalah tekanan pengisian gas campuran untuk mencapai kinerja insulasi yang sama, P_SF6 adalah tekanan pengisian gas SF₆ murni, dan x% adalah persentase kandungan gas SF₆ dalam gas campuran.Dapat dilihat dari rumus di atas bahwa untuk gas campuran SF₆/N₂ yang mengandung 20% gas SF₆, tekanan pengisian gas yang diperlukan sekitar 1.4 kali gas SF₆ murni. Untuk pemutus sirkuit di lapangan, tekanan pengisian gas perlu mencapai 1.12 MPa, yang menuntut struktur baru untuk seluruh pemutus sirkuit.

Memasang Perangkat Pemanas

Faktor eksternal utama untuk likuifaksi gas SF₆ adalah suhu lingkungan lebih rendah dari suhu likuifaksi. Jika pemanas pelacak dipasang di sekitar tangki untuk memanaskan tangki dan meningkatkan suhunya, masalah likuifaksi dapat diselesaikan.

Pemutus sirkuit tipe tangki Hangzhou Siemens menggunakan reley kepadatan Swiss trafag, yang memiliki fungsi kompensasi suhu dan indikasinya mencerminkan perubahan kepadatan gas daripada perubahan tekanan. Prinsip indikasi reley kepadatan ini adalah memantau kepadatan gas dengan membandingkan perbedaan tekanan antara gas di dalam tangki pemutus sirkuit dan gas standar yang dibawa oleh reley kepadatan. Seperti ditunjukkan pada Gambar 7, ketika suhu lingkungan berubah dalam rentang di atas suhu likuifaksi, tekanan gas di dua ruang gas berubah secara bersamaan, perbedaan tekanan nol, sendi ekspansi tidak bergerak, dan jarum meter tidak bergerak; ketika gas di dalam tangki melikuifaksi atau bocor, tekanan gas standar relatif meningkat, sendi ekspansi bergerak, menyebabkan jarum meter bergerak.

Ketika suhu lingkungan turun hingga suhu likuifaksi, pemanas pelacak aktif, dan suhu tangki meningkat. Hal ini menciptakan perbedaan suhu antara gas di dalam tangki dan gas di dalam sendi ekspansi, menghasilkan penyimpangan dalam indikasi meter dan mencegahnya mencerminkan kondisi sebenarnya gas di dalam tangki.

Kesimpulan

Makalah ini memberikan penjelasan singkat tentang proses likuifaksi gas SF₆. Terkait masalah likuifaksi gas SF₆ yang terjadi selama pemasangan pemutus sirkuit tipe tangki di halaman filter AC Stasiun Pengubah Ximeng, tiga solusi diajukan dan didiskusikan: mengurangi jumlah pengisian gas, mengganti dengan gas campuran, dan menambahkan perangkat pemanas. Melalui analisis dan perbandingan, ditemukan bahwa mengurangi jumlah pengisian gas dan mengganti dengan gas campuran akan mempengaruhi kinerja insulasi dan pemadam busur gas, sehingga tidak cocok. Metode menggunakan pemanas pelacak untuk memanaskan tangki untuk mencegah likuifaksi gas, meskipun akan menyebabkan kesalahan tertentu dalam indikasi meter, dapat memastikan uji serah terima peralatan berjalan lancar, sehingga merupakan solusi yang lebih tepat.