Tinjauan Komprehensif tentang Jalur Transmisi UHV dan Penghantar Komposit: Tantangan Desain dan Aplikasi
1 Karakteristik dan Komponen Jalur Transmisi Tegangan Tinggi
1.1 Karakteristik Jalur Transmisi Tegangan Tinggi
Jalur transmisi tegangan tinggi ditandai dengan biaya yang relatif rendah karena jumlah informasi yang diperlukan lebih sedikit. Mereka biasanya menggunakan dua konduktor, satu terhubung ke kutub positif dan yang lainnya ke kutub negatif. Jalur transmisi arus searah memiliki daya tahan dan dapat menghantarkan arus jarak jauh. Di beberapa fasilitas transmisi tegangan tinggi di China, transmisi arus bolak-balik juga digunakan secara luas, yang terutama nyata dalam kehidupan sehari-hari.
1.2 Jalur Transmisi Tegangan Tinggi sebagai Komponen Utama Desain Listrik
Dalam pekerjaan desain dasar, gambar teknik yang diperlukan untuk konstruksi harus disiapkan dan diikuti dengan cermat sesuai prosedur kerja. Pemilihan bahan baku untuk rencana konstruksi, serta perancangan rute, metode, dan tantangan penyimpanan yang sesuai oleh tim konstruksi, memastikan operasi normal jalur listrik, meningkatkan efisiensi kerja, dan meningkatkan efektivitas pekerjaan konstruksi.
2 Status Pengembangan Jalur Transmisi Tegangan Ekstra Tinggi
Dibandingkan dengan jalur biasa, jalur transmisi tegangan ekstra tinggi (UHV) memiliki persyaratan yang lebih tinggi, seperti tingkat isolasi luar, teknologi insinyur listrik, dan tindakan perlindungan jalur. Jika tingkat isolasi luar jalur transmisi UHV tidak memenuhi standar atau tindakan perlindungan tidak cukup, masalah seperti kilapan kotoran, tegangan berlebih, dan breakdown akan meningkat. Oleh karena itu, penggunaan isolator komposit pada jalur transmisi UHV adalah esensial dan merupakan bagian tak terpisahkan dari pembangunan grid modern.
3 Masalah dengan Isolator Komposit pada Jalur Transmisi UHV
3.1 Kerusakan Antarmuka
Masalah kerusakan listrik pada isolator komposit sebagian besar disebabkan oleh sambaran petir, menyumbang lebih dari setengah dari semua kerusakan. Meskipun bahan terus-menerus ditingkatkan, masalah kerusakan antarmuka berulang masih ada. Selama produksi, batang inti dan selubung menunjukkan fenomena lepas yang signifikan, dan antarmuka antara selubung dan diameter batang mungkin tergerogoti, yang dapat menyebabkan kerusakan antarmuka dan mempengaruhi umur layanan isolator. Perbaikan dan peningkatan produk yang berkelanjutan diperlukan untuk mengurangi probabilitas kegagalan antarmuka.
3.2 Patah Brittle Batang Inti
Patah brittle batang inti adalah jenis kesalahan isolator komposit yang sering ditemui pada jalur transmisi UHV. Selama proses patah brittle batang inti, akibat erosi asam, serat batang inti secara bertahap patah di bawah pengaruh erosi asam, bahkan menyebabkan seluruh batang inti patah di bawah beban kecil. Alasan utamanya adalah sebagai berikut:
Pertama, biasanya terjadi pada posisi di mana kekuatan medan terminal tegangan tinggi relatif tinggi. Membalikkan ring grading dapat menyebabkan patah brittle isolator material komposit. Untuk menyelesaikan masalah ini, desain dan pemrosesan ring grading harus memastikan bahwa kekuatan medan mencapai tingkat yang ditentukan, secara efektif menghindari patah bahan.
Kedua, retak mungkin terjadi ketika selubung atau ujung rusak. Namun, penggunaan batang inti anti-asam tanpa boron baru secara signifikan meningkatkan resistansi asam secara keseluruhan, sangat mengurangi masalah ini. Perlu dicatat bahwa tidak semua batang inti serat memiliki karakteristik resistansi asam yang unggul; oleh karena itu, evaluasi kinerja dan seleksi diperlukan. Meskipun patah brittle memiliki dampak signifikan pada operasi, probabilitas terjadinya rendah dan dapat dikurangi melalui berbagai intervensi.
3.3 Masalah Penuaan
Setelah periode penggunaan, isolator mungkin mengalami masalah penuaan yang sebagian besar disebabkan oleh faktor suhu dan peluncuran permukaan. Meskipun bahan karet silikon memiliki siklus penuaan yang lebih panjang, penuaan awal operasional masih dapat terjadi karena pencemaran lingkungan dan teknologi formulasi bahan. Sementara sebagian besar wilayah dapat mempertahankan kondisi dan karakteristik yang baik melalui gel silikon, penuaan tidak dapat dihindari. Untuk memastikan operasi isolator yang aman, pengujian awal diperlukan. Oleh karena itu, pemeriksaan berkala isolator material komposit diperlukan untuk mencegah deteriorasi lebih lanjut.
3.4 Masalah Mekanis
Isolator material komposit menunjukkan degradasi kinerja mekanis yang signifikan selama penggunaan. Saat ini, isolator plug-in internal digunakan, tetapi mereka memiliki persyaratan tinggi untuk metode sambungan, dengan perbedaan signifikan dalam kemiringan creep dibandingkan dengan desain isolator gulungan tepi.
4 Penentuan Panjang Rantai Isolator dan Jarak Udara Minimum untuk Jalur UHV
4.1 Jarak Isolasi Listrik yang Dipertimbangkan dalam Desain Jalur UHV
Persyaratan penyesuaian isolasi untuk jalur AC UHV 1000kV harus memastikan operasi yang aman dan andal dalam berbagai kondisi seperti frekuensi daya, overvoltage switching, dan overvoltage petir. Kilapan frekuensi daya isolator adalah faktor kontrol utama untuk rantai isolator. Struktur isolasi luar biasanya dihitung berdasarkan toleransi pencemaran, dikombinasikan dengan pengalaman teknik yang ada, mempertimbangkan faktor-faktor seperti ketinggian dan penutupan es. Untuk overvoltage switching, overvoltage multiple 1.6p.u. dan 1.7p.u. diambil; ketika tegangan operasional tertinggi sistem adalah 1100kV, jika overvoltage switching tidak dapat mengontrol jumlah potongan isolator dan nilai yang dihitung lebih rendah dari 50% tegangan discharge impuls rantai isolator, ada risiko discharge impuls. Dalam sistem UHV, overvoltage petir tidak memiliki hubungan langsung dengan tegangan operasional, dan tingkat isolasi luar yang tinggi membuat overvoltage petir bukan menjadi faktor penentu.
4.2 Panjang Rantai Isolator
Dalam kondisi tercemar, panjang rantai isolator ditentukan menggunakan metode anti-pencemaran. Ini termasuk: (1) mengukur tegangan kilapan pencemaran dari berbagai isolator dalam kondisi atmosfer untuk mendapatkan hubungan antara tegangan kilapan 50% dan kepadatan garam dari berbagai isolator; (2) mengukur tegangan tahan isolator; (3) memperbaiki dan menghitung kepadatan garam yang larut; (4) kalibrasi efek rasio abu-ke-garam terhadap kontaminasi permukaan isolator; (5) memperbaiki ketidakseragaman permukaan atas dan bawah; (6) melakukan koreksi ketinggian di ketinggian tinggi; dan (7) menghitung jumlah bagian isolator di bawah kondisi tegangan kerja maksimum.
4.3 Penentuan Jarak Udara Minimum untuk Jalur UHV
4.3.1 Perhitungan Jumlah Minimum Potongan Isolator untuk Operasi Normal
Makalah ini fokus pada isu ilmiah kunci dalam pemilihan jarak minimum untuk jalur transmisi UHV, menggunakan jalur transmisi tunggal sebagai objek penelitian. Hal ini mempelajari pengaruh jarak udara terhadap dimensi menara transmisi di bawah tegangan frekuensi daya dan efek petir, menentukan jarak minimum menara transmisi menggunakan jarak udara yang diukur, dan mempertimbangkan dampak degradasi isolator terhadap struktur menara transmisi, mengusulkan jarak minimum menara transmisi dengan mempertimbangkan degradasi isolator.
4.3.2 Penentuan Jarak Gap Overvoltage Switching
Ini melibatkan penentuan faktor penyesuaian statistik untuk operasi overvoltage switching berdasarkan perhitungan tegangan discharge impuls kerja U50% untuk celah udara individu.
Di antaranya, Us mewakili overvoltage switching, diukur dalam kV; Z adalah konstanta, sehingga diatur ke 2.45; untuk celah udara tunggal, σ1 diatur ke 0.06; di antaranya, σm adalah varians dari banyak celah udara, yang diatur ke 0.024. Oleh karena itu:
Oleh karena itu, faktor koordinasi statistik kc untuk overvoltage operasional celah udara jalur adalah:
5 Aplikasi Isolator Komposit dalam Jalur Transmisi Tegangan Ekstra Tinggi
Melalui operasi praktis jalur yang ada di negara kita, telah ditemukan bahwa penggunaan isolator komposit dapat mengurangi biaya pemeliharaan jalur dan pencemaran pada jaringan listrik. Di area tercemar, disarankan untuk menggunakan isolator komposit. Untuk jalur transmisi 1000kV, disarankan untuk menggunakan isolator sekitar 9 meter tinggi, dan di area tercemar berat, isolator lebih dari 17 meter tinggi. Jika adopsi koneksi seri ganda, tinggi isolator dapat disesuaikan lebih lanjut, tetapi ini juga akan meningkatkan berat dan panjang isolator, meningkatkan biaya jalur.
Di daerah ketinggian dan tercemar berat, isolator komposit menawarkan keuntungan ekonomi dan teknis yang lebih tinggi. Ketika panjang string gabungan tidak melebihi 10 meter, dapat mengurangi area jendela menara, mengontrol beban menara, dan mengurangi kejadian kecelakaan kilapan. Oleh karena itu, isolator material komposit memiliki keunggulan signifikan dalam aspek-aspek ini. Untuk memastikan operasi jangka panjang yang stabil dan andal dari jalur transmisi tegangan ekstra tinggi, penelitian mendalam harus dilakukan.
Di satu sisi, penelitian tentang sifat mekanis isolator material komposit ultra-besar tonase harus dilakukan untuk membentuk standar dan metode pengujian yang efisien. Selain itu, sambil memastikan tekanan seragam pada isolator komposit, langkah-langkah yang tepat harus diambil untuk mengatasi gangguan elektromagnetik dan masalah discharge korona untuk meminimalkan kecelakaan tiba-tiba. Metode busur yang wajar memastikan pemadaman busur yang efektif.
Struktur mekanis yang dioptimalkan menjamin bahwa isolator yang rusak tidak akan jatuh ke tanah. Standar kontrol kualitas yang ketat harus dibentuk untuk melarang produk yang tidak memenuhi standar, dengan kontrol bahan yang ketat untuk batang inti dan rok, dan peningkatan teknik manufaktur dari sumbernya untuk mengurangi bahaya keselamatan operasional. Selama konstruksi, prosedur penyimpanan ilmiah harus diimplementasikan untuk mengontrol kerusakan potensial. Rencana pemeliharaan dan inspeksi yang efektif harus dijalankan untuk mengidentifikasi bahaya keselamatan secara tepat waktu dan mengambil tindakan yang sesuai untuk memastikan keselamatan produksi.
6 Kesimpulan
Isolator komposit telah semakin banyak diterapkan dalam jaringan listrik China dan telah menjadi komponen penting dalam pembangunan jaringan listrik. Mengingat persyaratan area lintang besar dan kondisi beban tinggi pada jalur transmisi tegangan ekstra tinggi, isolator sintetis harus diprioritaskan daripada isolator kaca dan jenis lainnya. Seiring dengan peningkatan skala jalur transmisi tegangan ekstra tinggi, tantangan yang lebih besar muncul, menyebabkan permintaan yang lebih tinggi terhadap kinerjanya.
Selain memastikan tekanan seragam pada isolator komposit, langkah-langkah yang tepat harus diambil untuk mengatasi gangguan elektromagnetik dan masalah discharge korona untuk meminimalkan kecelakaan tiba-tiba. Metode busur yang wajar memastikan pemadaman busur yang efektif. Struktur mekanis yang dioptimalkan menjamin bahwa isolator yang rusak tidak akan jatuh ke tanah. Standar kontrol kualitas yang ketat harus dibentuk untuk melarang produk yang tidak memenuhi standar, dengan kontrol bahan yang ketat untuk batang inti dan rok, dan peningkatan teknik manufaktur dari sumbernya untuk mengurangi bahaya keselamatan operasional.
Selama konstruksi, prosedur penyimpanan ilmiah harus diimplementasikan untuk mengontrol kerusakan potensial. Rencana pemeliharaan dan inspeksi yang efektif harus dijalankan untuk mengidentifikasi bahaya keselamatan secara tepat waktu dan mengambil tindakan yang sesuai untuk memastikan keselamatan produksi.
