Pendinginan Hidrogen pada Generator Sinkron

Pendinginan Hidrogen pada Generator Sinkron

Gas hidrogen digunakan sebagai media pendingin dalam casing generator karena sifat pendinginannya yang luar biasa. Namun, perlu dicatat bahwa campuran tertentu antara hidrogen dan udara sangat mudah meledak. Reaksi ledakan dapat terjadi ketika campuran hidrogen-udara mengandung antara 6% hidrogen dan 94% udara hingga 71% hidrogen dan 29% udara. Campuran dengan lebih dari 71% hidrogen tidak dapat dibakar. Dalam aplikasi praktis, rasio 9:1 hidrogen ke udara sering digunakan pada turbo-alternator yang sangat besar.

Aspek Penting dari Pendinginan Hidrogen

Keunggulan dibandingkan Pendinginan Udara

• Kinerja Pendinginan yang Lebih Baik: Gas hidrogen memiliki konduktivitas termal yang jauh lebih tinggi dibandingkan udara. Kapasitas transfer panasnya 1,5 kali lebih besar daripada udara, memungkinkan pendinginan komponen generator jauh lebih cepat. Penyebaran panas yang cepat ini membantu menjaga suhu operasi optimal dan mengurangi risiko overheating.

• Peningkatan Efisiensi Angin, Efisiensi, dan Pengurangan Kebisingan: Pada suhu dan tekanan yang sama, densitas hidrogen sekitar 1/14 dari udara. Ketika bagian berputar generator beroperasi dalam lingkungan gas hidrogen berdensitas rendah ini, kerugian angin dikurangi. Akibatnya, efisiensi mesin secara keseluruhan meningkat, dan kebisingan yang dihasilkan selama operasi berkurang, menghasilkan generator yang lebih efisien dan lebih tenang.

• Pencegahan Corona: Ketika udara digunakan sebagai media pendingin, dapat terjadi pembuangan corona dalam generator. Pembuangan ini menghasilkan zat seperti ozon, oksida nitrogen, dan asam nitrat, yang dapat merusak isolasi generator secara parah. Sebaliknya, pendinginan hidrogen secara efektif mencegah efek corona, sehingga memperpanjang umur isolasi dan mengurangi kebutuhan untuk perawatan dan penggantian yang sering.

Keterbatasan

• Konstruksi yang Mahal: Alternator pendingin hidrogen memerlukan rangka yang lebih mahal. Hal ini disebabkan oleh kebutuhan untuk menerapkan konstruksi tahan ledakan dan segel poros kedap gas untuk mencegah kebocoran hidrogen dan potensi ledakan. Fitur keamanan tambahan ini menambah biaya produksi generator secara keseluruhan.

• Proses Pemasukan Gas yang Kompleks: Tindakan khusus harus diambil saat memasukkan hidrogen ke dalam alternator untuk menghindari pembentukan campuran yang mudah meledak. Dua metode umum yang digunakan:

• Substitusi Gas: Pertama, udara di dalam alternator diganti dengan karbon dioksida (CO2), dan kemudian hidrogen diperkenalkan. Proses bertahap ini memastikan bahwa rentang ledakan campuran hidrogen-udara dihindari.

• Pompa Vakum: Unit alternator dievakuasi hingga 1/5 dari tekanan atmosfer sebelum hidrogen dimasukkan. Ini mengurangi keberadaan udara dan meminimalkan risiko reaksi ledakan selama pemasukan hidrogen.

• Persyaratan Pendinginan Tambahan: Untuk mengekstrak panas dari hidrogen secara efektif, kumparan pendingin yang membawa minyak atau air harus dipasang di dalam casing generator. Kumparan ini penting untuk mempertahankan suhu hidrogen yang tepat saat beredar melalui mesin.

• Keterbatasan Kapasitas: Meskipun memiliki banyak keunggulan, pendinginan hidrogen tidak cukup untuk alternator besar dengan kapasitas lebih dari 500 MW. Panas yang dihasilkan oleh mesin berdaya tinggi ini memerlukan solusi pendinginan yang lebih canggih, seperti pendinginan langsung dengan air, untuk memastikan operasi yang andal.

Rincian Operasional

Untuk mencegah pembentukan campuran hidrogen-udara yang mudah meledak, gas hidrogen di dalam generator dipertahankan pada tekanan yang lebih tinggi dari tekanan atmosfer. Tekanan positif ini mencegah masuknya udara, yang bisa mencemari hidrogen dan menciptakan situasi berbahaya. Pendinginan hidrogen pada tekanan 1, 2, dan 3 kali tekanan atmosfer dapat meningkatkan rating generator sebesar 15%, 30%, dan 40% masing-masing, dibandingkan dengan rating pendinginan udara.

Sistem pendinginan hidrogen memerlukan sistem sirkulasi yang sepenuhnya tertutup dan efisien. Gland bersegel minyak khusus dipasang antara poros dan casing. Gland ini berperan penting dalam mencegah kebocoran hidrogen dan masuknya udara. Karena minyak dalam gland ini menyerap hidrogen yang bocor dan udara yang masuk, perlu diproses secara teratur untuk mempertahankan efektivitasnya.

Gas hidrogen disirkulasikan melalui rotor dan stator generator menggunakan blower dan kipas. Setelah melewati komponen-komponen generator, hidrogen yang dipanaskan dialirkan ke atas kumparan pendingin yang terletak di dalam casing. Kumparan ini, yang dapat diisi dengan minyak atau air, menyerap panas dari hidrogen, mendinginkannya sebelum disirkulasikan kembali melalui generator.

Secara keseluruhan, pendinginan hidrogen menawarkan beberapa manfaat signifikan dibandingkan dengan pendinginan udara, termasuk efisiensi pendinginan yang lebih baik, peningkatan kinerja mesin, dan umur isolasi yang lebih panjang. Namun, hal ini juga datang dengan tantangan dan keterbatasan sendiri yang perlu dikelola dengan hati-hati untuk memastikan operasi generator yang aman dan andal.