Desain Unit Ring Utama Terisolasi Gas Ramah Lingkungan 12kV Baru

1. Desain Spesifik

1.1 Konsep Desain

State Grid Corporation of China secara aktif mempromosikan konservasi energi jaringan dan pengembangan rendah karbon untuk mencapai tujuan puncak karbon nasional (2030) dan netralitas (2060). Unit ring main gas-insulated yang ramah lingkungan mewakili tren ini. Sebuah unit ring main gas-insulated ramah lingkungan 12kV terintegrasi baru didesain dengan menggabungkan teknologi pemutus vakum dengan disconnector tiga posisi dan pemutus sirkuit vakum. Desain ini menggunakan SolidWorks untuk pemodelan 3D dengan struktur moduler (tangki gas, ruang pelepasan tekanan, badan lemari, ruang instrumen). Unit ini terdiri dari kompartemen logam tertutup terpisah (ruang mekanisme, ruang pemutus sirkuit, ruang kabel, ruang instrumen), masing-masing dengan saluran pelepasan tekanan independen. Desain mendukung konfigurasi unit independen dan kotak umum.

1.2 Integrasi Disconnector Tiga Posisi dan Pemutus Sirkuit Vakum 

Integrasi disconnector tiga posisi dan pemutus sirkuit vakum adalah kunci dalam desain ini, yang terdiri dari disconnector tiga posisi atas yang terhubung dan perangkat pemutus sirkuit dua posisi bawah. Disconnector tiga posisi beroperasi dalam posisi tanah, tertutup, dan isolasi, sementara pemutus sirkuit berfungsi dalam keadaan terbuka/tertutup. Rangka penyangga bilah isolasi menggunakan bahan nilon berkualitas tinggi dengan ketangguhan dan tahan panas yang baik. Teknologi pegas cakram Mubea memberikan tekanan kontak. 

Tutup seragam pada kontak bergerak memastikan keseragaman medan listrik dan mengurangi pelepasan parsial. Tutup insulasi pada bushing tiga fase meningkatkan isolasi antar fase. Selama pengujian, beberapa optimasi memastikan karakteristik mekanis yang tepat (kedalaman keterlibatan, pantulan, sinkronisasi tiga fase, kecepatan operasi). Pemutus sirkuit vakum memiliki tiang pola padat yang dipasang dengan empat sekrup. 

Terminal pemutus vakum berfungsi sebagai pusat rotasi untuk bilah disconnector, dengan lengan plastik berbentuk Z yang menggunakan prinsip tuas untuk operasi. Busbar tembaga dengan permukaan vulkanisasi menghubungkan terminal bawah pemutus sirkuit. Seperti ditunjukkan pada Gambar 1, desain integrasi ini mengakui pemutus vakum sebagai komponen inti yang menentukan keandalan keseluruhan, dengan struktur kontak dan metode pemadam busur menjadi elemen desain kritis.

Untuk mencapai miniaturisasi dan peningkatan keandalan, kontak cawan dengan medan magnet longitudinal, gulungan kawat, dan inti besi diterapkan. Berbeda dengan medan magnet transversal, medan longitudinal meningkatkan arus transisi dari busur tersebar ke busur terkonsentrasi, menawarkan aus listrik minimal, masa layanan yang lebih panjang, dan kapasitas pemutusan yang lebih baik. Medan magnet putaran yang dihasilkan oleh AC tiga fase dikombinasikan dengan medan longitudinal kontak cawan membentuk arus eddy yang mengurangi tegangan busur dan mendistribusikan busur merata di permukaan anoda. Desain ini meningkatkan kapasitas pemutusan pendek dari 20kA menjadi 25kA pada volume yang sama.

1.3 Mekanisme Operasi Saklar

Mekanisme operasi saklar, dipasang langsung di bagian depan tangki insulasi, menggerakkan pemutus sirkuit vakum dan disconnector tiga posisi melalui koneksi poros langsung tanpa komponen perantara. Desain ini meminimalkan waktu pembukaan pemutus sirkuit vakum untuk mencegah erosi kontak. Mekanisme mendukung operasi manual dan listrik dengan penyimpanan energi melalui prinsip kopling overrunning. Disconnector tiga posisi menggunakan penggerak pegas torsion dengan desain rotasi koaksial yang memastikan sinkronisasi tiga fase dan kinerja saklar grounding yang andal. Lubang operasi ganda mengontrol fungsi grounding dan isolasi secara terpisah.

1.4 Sirkuit Utama 

Sirkuit utama—terdiri dari bushing kabel, bilah disconnector, kontak pemutus vakum, koneksi fleksibel, dan busbar—diseal dalam tangki baja nirkarat menggunakan lip seal untuk bagian dinamis dan O-ring untuk penyegelan statis, diisi dengan nitrogen atau udara kering 0.02 MPa. Desain longitudinal terintegrasi disconnector tiga posisi dan pemutus sirkuit vakum memungkinkan penarikan moduler. Jarak antar fasa dipertahankan pada 150mm untuk isolasi yang tepat. Terminal pemutus vakum berfungsi sebagai pusat rotasi untuk bilah disconnector, dengan lengan plastik berbentuk Z yang mentranslasikan gerakan mekanisme operasi ke pergerakan kontak.

1.5 Tangki Gas dan Jalur Produksi

Desain tangki gas menekankan manufaktur presisi dan kedap udara. Potongan laser memastikan komponen baja nirkarat bebas burr sementara pengelasan robotik menjamin integritas sambungan dan kekuatan mekanis. Produksi menggunakan layout linear dengan kendaraan transportasi trek yang bergerak antara stasiun kerja untuk mengoptimalkan efisiensi alur kerja.

2 Analisis Isolasi 

2.1 Isolasi Disconnector Tiga Posisi

Desain tiga posisi jenis pisau switch menyediakan titik putus yang terlihat dan grounding yang andal. Penggunaan bahan nilon berkualitas tinggi untuk poros rotasi dan tutup equalizing aluminium pada kepala bilah meningkatkan keseragaman medan. Simulasi dan pengujian mengkonfirmasi kinerja isolasi dapat menahan tegangan impuls petir 90kV.

2.2 Isolasi Ground Secara Keseluruhan

Analisis fokus pada area kritis: jarak antar fasa dan jarak antar fasa dan tangki (jarak pusat minimum 125mm), dan komponen insulasi. Penempatan strategis isolasi padat di area medan tinggi dan isolasi gas di area medan rendah mengoptimalkan distribusi medan. Tindakan tambahan termasuk enkapsulasi epoxy kontak, peningkatan bahan lengan Z, batang insulasi serat, dan tutup pelindung di koneksi busbar untuk mencegah konsentrasi medan.

3 Kesimpulan 

Unit ring utama isolasi gas ramah lingkungan baru ini menggabungkan pemadam busur vakum dengan isolasi gas ramah lingkungan, dengan fitur penyegelan lengkap, operasi bebas perawatan, ukuran kompak, dan isolasi penuh. Semua komponen tegangan tinggi disegel dalam tangki baja nirkarat, menjadikannya cocok untuk aplikasi luar ruang dan dalam ruang termasuk stasiun saklar, ruang distribusi, dan substasiun kotak. Dirancang untuk sistem AC tiga fasa 50Hz, 12kV, unit ini menawarkan distribusi daya yang andal untuk aplikasi perumahan, komersial, industri, transportasi, dan infrastruktur dengan karakteristik keandalan, adaptabilitas lingkungan, dan keselamatan yang sangat baik.