Fitur Teknis Aplikasi dan Standar dari Reaktor Seri Kering 500kV di Brasil

1 Fitur Teknis dan Referensi Standar dari Reaktor Shunt Tipe Kering 500kV
1.1 Fitur Teknis

Reaktor shunt tipe kering 500kV, sebuah perangkat tenaga bebas minyak untuk sistem transmisi ultra-tinggi, memiliki fitur inti seperti isolasi canggih, disipasi panas inovatif, desain elektromagnetik yang dioptimalkan, dan struktur modular. Keunggulan-keunggulan ini, yang melampaui reaktor berbasis minyak tradisional, juga mendorong permintaan standar teknis baru.

• Isolasi Canggih: Menggunakan pengecoran resin epoksi dan nanokomposit (dengan partikel nano-SiO₂ yang meningkatkan kekuatan breakdown epoxy sekitar 40% dan tegangan awal peluruhan parsial sebesar 25%), meningkatkan isolasi dan ketahanan terhadap peluruhan parsial. Terobosan ini membutuhkan pendefinisian ulang tingkat isolasi dan metode uji peluruhan parsial dalam standar.

• Disipasi Panas Inovatif: Struktur komposit (pendinginan udara paksa multi-saluran + bantuan disipasi panas dengan material perubahan fase) menjaga kenaikan suhu titik panas di bawah 60K (jauh di bawah batas IEC, diverifikasi melalui analisis elemen hingga dan eksperimen). Diperlukan metode uji/limit kenaikan suhu baru dalam standar.

• Desain Elektromagnetik yang Dioptimalkan: Penempatan lilitan bertingkat bergeser dan isolasi gradien mengoptimalkan distribusi medan listrik, meningkatkan ketahanan terhadap arus pendek. Analisis elemen hingga menunjukkan pengurangan sekitar 20% dalam kekuatan medan listrik maksimum pada lilitan. Standar harus menambahkan metode evaluasi untuk distribusi medan listrik dan ketahanan terhadap arus pendek.

• Struktur Modular: Terdiri dari unit dasar identik yang tersambung seri, memudahkan manufaktur, transportasi, dan instalasi di lokasi. Standar membutuhkan persyaratan uji untuk keandalan sambungan antar-modul dan konsistensi kinerja keseluruhan.

1.2 Referensi dan Formulasi Standar Teknis

Dalam penerapan teknologi reaktor shunt tipe kering 500kV di Brasil, standar teknis memainkan peran kunci. Tim peneliti mendalami standar listrik Brasil ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Bagian 6: Reaktor, dan menggabungkan standar internasional seperti IEC 60076 - 6 Power Transformers - Bagian 6: Reaktor dan IEEE Std C57.12.90 - 2021 Standard Test Procedures for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers, untuk mengembangkan spesifikasi teknis reaktor shunt tipe kering 500kV yang sesuai dengan konteks Brasil.

Fokus utama selama formulasi spesifikasi:

• Tingkat Isolasi: Disesuaikan dengan jaringan listrik Brasil, persyaratan isolasi ditingkatkan (tegangan tahanan impuls petir: 1550kV; tegangan tahanan impuls operasional: 1175kV - lebih tinggi dari standar Cina tetapi sesuai dengan jaringan). Sesuai NBR5356 - 6, uji impuls beralih Tz ≥ 1000 μs dan Td ≥ 200 μs.

• Kenaikan Suhu & Disipasi Panas: Untuk lingkungan suhu tinggi Brasil, batas rata-rata kenaikan suhu dikencangkan dari 60K menjadi 50K (melalui desain pendinginan inovatif, meningkatkan keamanan). Ditambahkan analisis termografi dan pemantauan suhu jangka panjang untuk struktur pendingin komposit.

• Persyaratan Rugi & Perhitungan: Dirancang sesuai standar Brasil dengan batas rugi gangguan 0,3%. Menggunakan Lampiran B.2 IEEE Std C57.12.90 - 2021, model konversi rugi 50Hz-60Hz dibangun, memastikan perhitungan rugi yang akurat dan dapat dibandingkan di berbagai frekuensi.

• Adaptabilitas Lingkungan: Untuk iklim panas dan lembab Brasil, ditambahkan persyaratan anti-kabut asin, anti-korsleting polusi, dan anti-UV untuk meningkatkan keandalan jangka panjang. Diformulasikan uji seperti penuaan percepatan dan siklus panas-lembab.

2 Praktek Aplikasi Reaktor Shunt Tipe Kering 500kV di Brasil
2.1 Tantangan dalam Pengenalan Teknologi dan Adaptasi Standar

Penerapan teknologi reaktor shunt tipe kering 500kV dalam sistem tenaga listrik Brasil menimbulkan beberapa tantangan, memerlukan solusi untuk isu-isu kunci berikut:

• Perbedaan Standar Teknis: ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Bagian 6: Reaktor Brasil dan GB/T 1094.6 - 2017 Power Transformers - Bagian 6: Reaktor Cina secara struktural mirip tetapi berbeda dalam persyaratan spesifik dan detail implementasi. Keduanya merujuk IEC 60076 - 6 tetapi dipersonalisasi untuk kebutuhan nasional, bervariasi dalam tingkat isolasi, batas kenaikan suhu, dan metode perhitungan rugi. Perbedaan-perbedaan ini membutuhkan penanganan hati-hati selama adaptasi teknologi.

• Adaptabilitas Iklim: Iklim tropis Brasil (misalnya, wilayah Silvânia: suhu rata-rata tahunan >25°C, kelembaban relatif ≥80%) menuntut disipasi panas dan isolasi yang lebih tinggi. Lingkungan panas dan lembab ini sangat menantang isolasi dan umur layanan peralatan listrik tradisional.

• Adaptasi Karakteristik Jaringan: Jaringan 500kV Brasil memiliki fluktuasi tegangan sekitar 15% lebih tinggi dari jaringan level sama di Cina, dengan lingkungan harmonisa yang berbeda. Reaktor memerlukan adaptabilitas tegangan yang lebih kuat dan kinerja anti-harmonisa yang lebih baik.

• Kebutuhan Operasi & Pemeliharaan (O&M) Lokal: Untuk memastikan operasi andal jangka panjang, kemampuan/pola O&M lokal harus dipertimbangkan, mencakup pelatihan teknis, pasokan suku cadang, dan layanan lokal.

2.2 Penyesuaian dan Inovasi Standar Teknis

Untuk mengatasi tantangan tersebut, penelitian ini mengambil langkah-langkah inovatif, yang paling penting adalah menyesuaikan standar teknis dan spesifikasi pra-proyek berdasarkan penggunaan dan pengujian aktual reaktor tipe kering baru. Ini menyelesaikan masalah adaptasi teknis dan memberikan referensi kunci untuk proyek serupa.

Modifikasi standar teknis kunci:

• Batalkan Uji Peluruhan Parsial: Gangguan korona eksternal pada reaktor tipe kering jauh melebihi peluruhan parsial internalnya. Tanpa metode uji/kriteria yang matang untuk peluruhan parsial gangguan, dan mengingat NBR 5356 - 11 - 2016 hanya berlaku untuk transformator tipe kering tekanan rendah (tanpa gangguan eksternal) dan IEEE C57.21 menghapus reaktor shunt tipe kering dari uji tersebut, uji peluruhan parsial untuk reaktor tipe kering 500kV dibatalkan.

• Optimalkan Isolasi & Waktu Uji: Sesuai standar Brasil, tegangan tahanan impuls petir adalah 1550kV dan tegangan tahanan impuls operasional adalah 1175kV. Karena impedansi reaktor, parameter waktu uji impuls beralih disesuaikan menjadi Td ≥ 120 μs dan Tz ≥ 500 μs.

• Tingkatkan Disipasi Panas: Untuk iklim panas dan lembab Brasil, struktur disipasi panas komposit baru menggunakan isolasi Kelas H (180°C) (meningkatkan ketahanan panas 30°C dibanding desain tradisional) dikembangkan. Simulasi termal menunjukkan kenaikan suhu titik panas tetap di bawah 60K (di bawah batas desain).

• Penyesuaian Metode Perhitungan Rugi: Rugi reaktor terdiri dari rugi resistansi DC lilitannya (Pdc) dan rugi tambahan lilitan (Pa). Untuk struktur reaktor tertentu, baik Pdc maupun Pa proporsional dengan kuadrat arus. Menggunakan konduktor transpos, dan dengan hanya beberapa komponen logam konduktif kecil (seperti konektor) di titik sambungan (non-magnetis), rugi tambahan menyumbang proporsi rendah dari rugi DC. Hasil uji menunjukkan rugi tambahan prototipe sekitar 9%-12%, sehingga rumus perhitungan rugi sebagai berikut:

• Meningkatkan Adaptabilitas Tegangan: Dengan mengoptimalkan desain elektromagnetik, rentang adaptasi tegangan peralatan diperluas untuk mengatasi fluktuasi tegangan besar di jaringan listrik Brasil. Sementara itu, kinerja anti-harmonisa peralatan ditingkatkan, dan mode harmonisa dikurangi melalui desain lilitan khusus.

3 Evaluasi Efek Praktis dan Standar Teknis
3.1 Analisis Efek Praktis

Melalui aplikasi di Gardu Induk Silvânia, reaktor shunt tipe kering 500kV menunjukkan kinerja yang luar biasa. Berdasarkan laporan uji CEPRI-EETC03-2022-0880 (E), indikator kunci:

• Tingkat Rugi: Rugi terukur: 58.367kW @ 80°C (di bawah batas 60kW), memverifikasi metode perhitungan dan kontrol rugi yang efektif.

• Kontrol Suara: Suara terukur: 57dB(A) (jauh di bawah persyaratan 80dB(A)), berkat desain kontrol suara yang fokus.

• Kinerja Kenaikan Suhu: Rata-rata kenaikan suhu: 22.9K; kenaikan suhu titik panas: 26.5K (keduanya di bawah batas desain), memvalidasi desain pendinginan baru untuk iklim Brasil.

• Kinerja Listrik: Menunjukkan kinerja baik dalam uji (impuls petir/operasional). Menggunakan parameter ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1, Td, Tz) untuk impuls operasional, mempertimbangkan impedansi reaktor.

Ini membuktikan kelayakan dan keunggulan reaktor dalam jaringan listrik Brasil, terutama dalam efisiensi energi dan perlindungan lingkungan, mendukung pembangunan berkelanjutan. Hasil juga memverifikasi spesifikasi teknis yang ilmiah dan visioner.

3.2 Evaluasi Optimalisasi Standar Teknis

Berdasarkan praktek dan operasi, tim mengusulkan optimalisasi:

• Batas Rugi: Turunkan batas rugi reaktor 500kV/20Mvar dari 60kW @ 80°C menjadi 58kW @ 80°C; gunakan 75°C sebagai referensi perhitungan rugi.

• Standar Suara: Rinci standar (misalnya, 75dB(A) untuk gardu induk dekat perumahan); pertimbangkan suara pada berbagai tegangan (misalnya, 600kV).

• Batas Kenaikan Suhu: Sesuaikan batas rata-rata kenaikan suhu dari 60K menjadi 50K; tentukan isolasi Kelas B (indeks suhu 130°C, kenaikan suhu rata-rata/titik panas 60/90°C).

• Koordinasi Isolasi: Tingkatkan tegangan tahanan impuls petir menjadi 1600kV (untuk petir yang sering terjadi di Brasil); gunakan 140kV daya frekuensi kering untuk isolasi titik netral. Tentukan frekuensi uji (≥48Hz, 80% dari nominal) dan durasi (≥60s).

• Adaptabilitas Lingkungan: Tambahkan persyaratan anti-kabut asin (daerah pesisir); pertimbangkan dampak EMF, atur jarak. Gunakan perisai, lapisan anti-polusi/UV dalam desain.

Saran-saran ini meningkatkan kinerja dan keandalan reaktor, membimbing standar masa depan, dan membantu jaringan listrik Brasil berkembang secara efisien, andal, dan berkelanjutan.