Penelitian tentang Karakteristik Busur dan Pemutusan Unit Ring Main Terisolasi Gas Ramah Lingkungan

Unit-unit utama cincin isolasi gas ramah lingkungan (RMUs) adalah peralatan distribusi listrik yang penting dalam sistem listrik, dengan karakteristik hijau, ramah lingkungan, dan keandalan tinggi. Selama operasi, pembentukan busur dan karakteristik pemutusan sangat mempengaruhi keamanan RMUs isolasi gas ramah lingkungan. Oleh karena itu, penelitian mendalam tentang aspek-aspek ini memiliki arti penting besar untuk memastikan operasi aman dan stabil dari sistem listrik. Artikel ini bertujuan untuk menyelidiki pembentukan busur dan karakteristik pemutusan RMUs isolasi gas ramah lingkungan melalui pengujian eksperimental dan analisis data, menjelajahi pola dan karakteristiknya, dengan tujuan memberikan dukungan teoritis dan bimbingan teknis untuk penelitian dan pengembangan peralatan tersebut.

1.Penelitian Karakteristik Pembentukan Busur pada Unit-Unit Utama Cincin Isolasi Gas Ramah Lingkungan

1.1 Konsep Dasar dan Faktor-faktor Pengaruh Gas Ramah Lingkungan

Gas-gas ramah lingkungan merujuk pada gas-gas yang tidak menguras lapisan ozon. Contoh umum termasuk nitrogen (N₂), udara kering terkompresi (tanpa minyak dan tanpa lembab), dan gas baru yang dirumuskan khusus. RMUs isolasi gas ramah lingkungan menawarkan keunggulan seperti ramah lingkungan, keamanan, dan keandalan, dan oleh karena itu digunakan secara luas dalam sistem listrik. Memahami karakteristik pembentukan busurnya memerlukan pemahaman tentang konsep dasar dan faktor-faktor pengaruh gas-gas ramah lingkungan. 

Sifat fisik dan kimia, struktur molekul, suhu, tekanan, kelembaban, dan faktor lainnya semua mempengaruhi kinerja isolasi dan perilaku pembentukan busur gas-gas ini, yang harus diteliti secara eksperimental. Selain itu, tantangan praktis seperti volume konsumsi gas dan keterdaurulangannya perlu diselesaikan. Oleh karena itu, penelitian mendalam tentang konsep dasar dan faktor-faktor pengaruh gas-gas ramah lingkungan sangat penting untuk meneliti karakteristik pembentukan busur di RMUs isolasi gas ramah lingkungan.

1.2 Metode Penelitian dan Setup Uji untuk Karakteristik Pembentukan Busur

Penelitian karakteristik pembentukan busur memerlukan metode uji standar dan setup eksperimental. Metode uji biasanya mencakup pengujian listrik berdasarkan fenomena busur dan analisis kimia. Setup uji harus memastikan ulang, akurasi, dan keamanan, umumnya terdiri dari sumber tegangan tinggi, ruang busur, alat ukur, dan sistem pengambilan data. Ruang busur adalah komponen kritis, mensimulasikan proses pembentukan busur sebenarnya di dalam RMUs isolasi gas ramah lingkungan. Untuk meneliti karakteristik busur secara efektif, setup harus menyediakan tingkat tegangan dan arus yang sesuai dan memungkinkan perekaman real-time dari parameter seperti tegangan busur, arus, durasi, dan produk sampingan. Tindakan keamanan yang memadai juga harus diterapkan untuk mencegah kecelakaan selama pengujian.

1.3 Pengujian dan Analisis Arus, Tegangan, dan Durasi Busur
Dalam penelitian karakteristik busur, arus busur, tegangan, dan durasi adalah parameter kunci. Arus busur merujuk pada besarnya arus yang mengalir melalui daerah busur selama arcing; tegangan busur adalah perbedaan potensial di seberang daerah busur; dan durasi busur adalah interval waktu dari inisiasi busur hingga padam. Mengukur parameter ini memerlukan alat khusus seperti generator tegangan tinggi, trafo arus, trafo tegangan, dan osiloskop digital. Pengujian eksperimental dan pengumpulan data pada parameter ini di RMUs isolasi gas ramah lingkungan, diikuti oleh analisis data, membantu mengungkap tren dan hubungan, sehingga memperdalam pemahaman tentang karakteristik pembentukan busur dan memberikan data dasar untuk penelitian lebih lanjut.

1.4 Analisis Produk Sampingan Selama Arcing
Selama arcing di RMUs isolasi gas ramah lingkungan, berbagai produk sampingan—seperti oksida, fluorida, klorida, dan asap—dihasilkan, yang mungkin menimbulkan bahaya bagi lingkungan dan kesehatan manusia. Saat ini, dua pendekatan utama digunakan untuk menganalisis produk sampingan busur: analisis eksperimental dan simulasi numerik. Analisis eksperimental melibatkan simulasi proses arcing di laboratorium, pengumpulan sampel produk sampingan, dan analisis kimia untuk menentukan distribusi spesies dan konsentrasi. Simulasi numerik menggunakan model komputasi untuk memprediksi distribusi produk sampingan dan jalur reaksi. 

Teknik analitik seperti kromatografi, spektrometri massa, dan mikroskop elektron digunakan dalam analisis eksperimental. Dalam simulasi numerik, metode seperti analisis elemen hingga dan CFD (Dinamika Fluida Komputasional) digunakan untuk memodelkan distribusi produk sampingan dan mekanisme reaksi kimia selama arcing. Hasil dari analisis produk sampingan meningkatkan pemahaman tentang reaksi kimia dan konversi energi selama arcing, memberikan dukungan teoritis dan teknis untuk desain dan aplikasi RMUs isolasi gas ramah lingkungan, serta data referensi untuk pemantauan lingkungan dan keselamatan personel.

2. Penelitian Karakteristik Pemutusan Unit-Unit Utama Cincin Isolasi Gas Ramah Lingkungan

2.1 Konsep Dasar dan Faktor-faktor Pengaruh Fenomena Pemutusan
2.1.1 Metode Pengujian Pemutusan
Pengujian pemutusan adalah langkah kritis dalam meneliti karakteristik pemutusan RMUs isolasi gas ramah lingkungan. Biasanya dilakukan menggunakan metode eksperimental konvensional atau simulasi numerik. Metode konvensional melibatkan pembangunan platform uji pemutusan dan variasi kondisi uji (misalnya, arus, tegangan) untuk mengamati perilaku pemutusan dan mengumpulkan data eksperimental. Di sisi lain, simulasi numerik menggunakan model komputer untuk mensimulasikan fenomena fisik selama pemutusan, memungkinkan generasi cepat dataset besar dan prediksi kinerja pemutusan.

2.1.2 Penyiapan Uji
Untuk mempelajari karakteristik gangguan, perlu dirancang dan dibangun penyiapan uji gangguan khusus. Penyiapan ini mencakup sumber daya listrik tegangan tinggi, peralatan pengalihan, dan instrumen pengukuran. Sumber daya listrik tegangan tinggi menyediakan energi untuk perangkat pengalihan yang melakukan operasi gangguan sebenarnya, sementara instrumen mengukur dan mencatat karakteristik gangguan.

2.1.3 Pengujian dan Analisis Parameter Karakteristik Gangguan
Penelitian tentang karakteristik gangguan memerlukan pengujian dan analisis parameter seperti arus, tegangan, dan waktu selama proses gangguan. Parameter ini merupakan indikator kunci untuk mengevaluasi kinerja gangguan. Arus dan tegangan mendeskripsikan perilaku listrik selama gangguan, sementara waktu mencerminkan dinamika temporal. Analisis parameter ini mengungkap informasi kritis seperti tren variasi arus dan tegangan gangguan, durasi gangguan, dan kinerja keseluruhan.

2.2 Metode Penelitian dan Penyiapan Uji untuk Karakteristik Gangguan
Metode umum untuk mempelajari karakteristik gangguan RMU gas-isolasi ramah lingkungan termasuk uji gangguan konvensional dan simulasi numerik canggih. Uji konvensional melibatkan penyiapan perangkat pengalihan dan beban dalam rig uji, memvariasikan parameter sumber daya (tegangan, arus, dll.), mengamati proses transien selama gangguan, dan mencatat parameter seperti arus, tegangan, dan waktu untuk pemrosesan dan analisis data. 

Dibandingkan dengan uji konvensional, simulasi numerik menawarkan akurasi yang lebih tinggi dalam pemodelan karakteristik gangguan. Dengan menggunakan teknik simulasi dan pemodelan komputer, metode numerik menyelesaikan medan fisik kunci—seperti medan listrik, medan magnet, medan suhu, dan medan aliran—selama gangguan, sambil mempertimbangkan berbagai faktor termasuk arus, tegangan, jarak antar elektroda, dan suhu lingkungan. Selain itu, simulasi numerik memungkinkan optimasi desain RMU dengan menyesuaikan sifat material dan konfigurasi geometris.
Untuk penyiapan uji, sumber daya DC tegangan tinggi dan unit pelepasan kapasitor daya tinggi dapat menyediakan kondisi tegangan tinggi dan arus tinggi yang diperlukan. Sistem pengambilan data kecepatan tinggi dan perekam digunakan untuk menangkap parameter gangguan dengan tepat. Untuk memastikan ulang dan akurasi, penyiapan uji harus dikalibrasi dan divalidasi.

2.3 Pengujian dan Analisis Arus, Tegangan, dan Waktu Gangguan
Pengujian dan analisis arus, tegangan, dan waktu gangguan adalah bagian penting dari studi karakteristik gangguan.
(1) Tujuan Uji: Untuk memahami karakteristik gangguan RMU gas-isolasi ramah lingkungan dengan menguji dan menganalisis arus, tegangan, dan waktu gangguan, mengevaluasi kinerjanya dalam kondisi operasi nyata, dan memberikan dasar untuk pemanfaatan dan perbaikan peralatan.
(2) Peralatan Uji: Amperemeter digital, transformator tegangan, instrumen pengukur waktu, osiloskop, dan sistem pengambilan data digunakan untuk memastikan pengukuran arus, tegangan, dan waktu selama gangguan yang akurat.
(3) Prosedur Uji:

• Uji Arus Gangguan: Lakukan gangguan dalam kondisi uji standar, rekam bentuk gelombang arus, dan pastikan koneksi yang tepat antara peralatan uji dan RMU. Ukur variasi arus menggunakan transformator arus dan amperemeter digital.

• Uji Tegangan Gangguan: Secara serupa, lakukan gangguan dalam kondisi standar, rekam bentuk gelombang tegangan, dan ukur perubahan tegangan menggunakan transformator tegangan dan voltmeter digital.

• Uji Waktu Gangguan: Gunakan instrumen pengukur waktu untuk merekam interval waktu dari awal hingga selesai operasi gangguan dengan akurat.

• Uji Proses Transien: Gunakan osiloskop dan sistem pengambilan data untuk menangkap bentuk gelombang arus dan tegangan transien selama gangguan untuk analisis karakteristik transien.

(4) Perekaman Data dan Analisis: Rekam bentuk gelombang arus, bentuk gelombang tegangan, data waktu gangguan, dan bentuk gelombang transien. Analisis apakah arus gangguan memenuhi persyaratan teknik, apakah tegangan gangguan sesuai dengan spesifikasi, dan apakah waktu gangguan memenuhi kriteria desain. Evaluasi dampak proses transien terhadap kinerja dan stabilitas peralatan. Melalui prosedur uji detail di atas, pertimbangan komprehensif semua faktor relevan memastikan pengumpulan data yang akurat dan analisis mendalam. Hasil ditunjukkan dalam Tabel 1.

Tabel 1: Pengujian dan Analisis Parameter Arus, Tegangan, dan Waktu

Melalui analisis Tabel 1, kesimpulan berikut dapat ditarik:

• Terdapat hubungan tertentu antara arus penghentian dan tegangan; umumnya, arus penghentian meningkat seiring dengan peningkatan tegangan.

• Waktu penghentian terkait dengan kedua arus dan tegangan; semakin tinggi arus dan tegangan, semakin pendek waktu penghentian.

• Selama pengujian, perhatian harus diberikan untuk mengontrol rentang arus dan tegangan selama penghentian untuk menghindari ketidakakuratan dalam hasil pengujian yang disebabkan oleh nilai yang terlalu tinggi atau terlalu rendah. Selain itu, faktor-faktor lain yang mempengaruhi—seperti suhu dan kelembaban lingkungan—juga harus dipertimbangkan.

2.4 Analisis Medan Elektromagnetik Selama Proses Penghentian
Untuk analisis medan elektromagnetik selama proses penghentian unit ring main gas isolasi ramah lingkungan, harus dibuat setup uji untuk melakukan pengukuran dan analisis medan elektromagnetik. Dalam percobaan, sistem pengukuran medan elektromagnetik dapat disiapkan untuk menguji dan merekam medan elektromagnetik selama proses penghentian, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2: Analisis Medan Elektromagnetik Selama Proses Pemutusan

Analisis variasi medan elektromagnetik selama proses penghentian berdasarkan Tabel 2 menunjukkan bahwa pada saat penghentian, arus tiba-tiba turun menjadi nol, dan kekuatan medan magnetik berkurang secara tajam. Selanjutnya, kekuatan medan magnetik perlahan pulih kembali ke keadaan sebelum penghentian. Analisis medan elektromagnetik dapat memberikan data referensi yang penting untuk desain dan optimasi unit ring utama isolasi gas ramah lingkungan.

3.Analisis Hasil Penelitian Karakteristik Busur Api dan Penghentian
3.1 Analisis dan Pengolahan Data Parameter Selama Proses Busur Api dan Penghentian
Selama uji busur api dan penghentian, parameter seperti arus, tegangan, dan waktu diukur secara terpisah untuk menganalisis karakteristik busur api dan penghentian. Dalam pengolahan data, metode statistik digunakan untuk menghitung rata-rata, standar deviasi, dan koefisien variasi untuk setiap parameter.

① Data uji busur api dianalisis dan diproses. Nilai rata-rata arus busur api, tegangan, dan waktu berturut-turut adalah 8.5 kA, 4.2 kV, dan 2.5 ms. Standar deviasi dan koefisien variasi juga dihitung untuk memahami distribusi dan stabilitas data uji. Hasil menunjukkan bahwa standar deviasi arus busur api adalah 0.8 kA dengan koefisien variasi 9.4%; standar deviasi tegangan busur api adalah 0.4 kV dengan koefisien variasi 9.5%; dan standar deviasi waktu busur api adalah 0.2 ms dengan koefisien variasi 8.0%. Ini menunjukkan bahwa data uji busur api menunjukkan distribusi yang relatif stabil dan keandalan tinggi.

② Data uji penghentian dianalisis dan diproses. Nilai rata-rata arus penghentian, tegangan, dan waktu berturut-turut adalah 3.5 kA, 3.8 kV, dan 3.0 ms. Demikian pula, standar deviasi dan koefisien variasi dihitung. Hasil menunjukkan bahwa standar deviasi arus penghentian adalah 0.5 kA dengan koefisien variasi 14.3%; standar deviasi tegangan penghentian adalah 0.3 kV dengan koefisien variasi 7.9%; dan standar deviasi waktu penghentian adalah 0.1 ms dengan koefisien variasi 4.4%. Ini menunjukkan bahwa data uji penghentian relatif kurang stabil dan memiliki keandalan lebih rendah.

Berdasarkan analisis data di atas, dapat disimpulkan bahwa keandalan data uji busur api lebih tinggi dibandingkan data uji penghentian, mungkin karena medan elektromagnetik yang kompleks yang terlibat dalam proses penghentian, yang memerlukan investigasi lebih lanjut. Selain itu, hubungan antara karakteristik busur api dan penghentian dapat lebih dieksplorasi berdasarkan data uji.

3.2 Analisis Hubungan Antara Karakteristik Busur Api dan Penghentian
Dengan menganalisis dan memproses parameter dari kedua proses busur api dan penghentian, hubungan antara karakteristik busur api dan penghentian dapat lebih diteliti. Kedua karakteristik ini merupakan indikator kinerja utama dari unit ring utama isolasi gas ramah lingkungan, dan pemahaman tentang hubungan mereka dapat memberikan petunjuk berharga untuk desain dan optimasi.

Dari sudut pandang karakteristik busur api dan penghentian, parameter seperti arus, tegangan, dan waktu mempengaruhi kedua proses secara berbeda. Selama busur api, arus busur api dan durasi adalah parameter utama, sementara tegangan juga memiliki pengaruh tertentu. Sebaliknya, selama penghentian, arus penghentian adalah parameter dominan, dengan waktu dan tegangan juga berperan. Oleh karena itu, ketika menganalisis hubungan antara karakteristik busur api dan penghentian, parameter kunci masing-masing harus dipertimbangkan secara terpisah.

Analisis data menunjukkan adanya korelasi tertentu antara karakteristik busur api dan penghentian:

• Kenaikan arus busur api dan tegangan menyebabkan peningkatan pembentukan produk sampingan busur api dan konsumsi energi yang lebih besar selama busur api, sehingga meningkatkan kesulitan penghentian.

• Kenaikan arus penghentian menghasilkan energi busur yang lebih tinggi selama penghentian, yang juga meningkatkan kesulitan penghentian.

Selain itu, analisis medan elektromagnetik selama busur api dan penghentian menunjukkan bahwa medan elektromagnetik sangat mempengaruhi kedua proses tersebut. Selama busur api, medan elektromagnetik memberikan gaya penahan yang membatasi difusi busur. Selama penghentian, medan elektromagnetik menghasilkan gaya tolakan yang mendorong busur keluar, mempengaruhi kinerja penghentian.

Temuan-temuan ini menunjukkan bahwa karakteristik busur api dan penghentian saling terkait, sebagian besar dipengaruhi oleh parameter operasional kunci dan efek medan elektromagnetik. Oleh karena itu, dalam desain dan optimasi unit ring utama isolasi gas ramah lingkungan, hubungan antara karakteristik busur api dan penghentian harus dipertimbangkan secara komprehensif, dan desain harus disesuaikan dengan skenario aplikasi spesifik untuk mencapai kinerja optimal.

4.Kesimpulan

Melalui penelitian karakteristik busur api dan penghentian unit ring utama isolasi gas ramah lingkungan, dapat disimpulkan bahwa karakteristik-karakteristik ini berbeda signifikan dari unit ring utama isolasi SF₆ tradisional. Unit ring utama isolasi gas ramah lingkungan menuntut persyaratan yang lebih ketat terhadap parameter seperti arus, tegangan, dan waktu, yang memerlukan desain dan optimasi yang lebih presisi. Selain itu, distribusi medan elektromagnetik selama busur api dan penghentian berbeda: selama busur api, medan elektromagnetik lebih terkonsentrasi dan intens, sedangkan selama penghentian, lebih merata.

Seiring dengan ekspansi penerapan unit ring utama isolasi gas ramah lingkungan, penelitian masa depan mungkin akan fokus pada aspek-aspek berikut:

• Optimasi desain unit ring utama isolasi gas ramah lingkungan melalui analisis simulasi.

• Penelitian karakteristik busur api dan penghentian dalam berbagai kondisi operasi.

• Eksplorasi potensi aplikasi gas ramah lingkungan baru dalam unit ring utama isolasi.

Secara ringkas, temuan penelitian ini sangat signifikan untuk mendorong pengembangan dan optimasi unit utama cincin isolasi gas yang ramah lingkungan.