Analisis Jaminan Keamanan dan Keandalan Peralatan Pengalihan Tegangan Menengah
Sebagai seorang profesional yang terlibat dalam operasi sistem tenaga listrik, saya mengakui bahwa peralatan pemutus tegangan menengah (MV) memainkan peran penting dalam distribusi, pengukuran, dan perlindungan tenaga listrik. Menjamin keamanan dan keandalan operasionalnya sangat krusial—setiap gangguan dapat mengganggu seluruh sistem tenaga listrik secara signifikan. Untuk meningkatkan keandalan, kita harus memprioritaskan optimasi pada tingkat desain, memungkinkan peralatan pemutus MV untuk memenuhi fungsinya dan menjaga stabilitas jaringan.
1. Definisi Peralatan Pemutus Tegangan Menengah
Dalam praktik saya, peralatan pemutus MV merujuk pada peralatan pemutus berlapis logam seperti yang didefinisikan dalam GB 3906—2020 AC Metal-Clad Switchgear and Controlgear for Rated Voltages from 3.6 kV to 40.5 kV: peralatan yang sepenuhnya tertutup oleh casing logam kecuali untuk konduktor masuk/keluar.
Dalam sistem tenaga listrik, peralatan pemutus MV melakukan fungsi-fungsi kunci: beralih, pengukuran, distribusi tenaga, dan perlindungan di berbagai tahap pembangkitan, transmisi, dan distribusi. Selama operasi, saya menyesuaikan konfigurasinya berdasarkan permintaan jaringan—menghubungkan atau memutuskan peralatan/pengumpan untuk mempertahankan stabilitas. Ketika terjadi kerusakan pada perangkat jaringan atau jalur, saya menggunakan peralatan pemutus MV untuk segera mengisolasi bagian yang rusak, memastikan pasokan tenaga listrik tidak terputus ke area yang tidak terpengaruh.
2. Kepentingan Menjamin Keandalan Peralatan Pemutus MV
Peralatan pemutus MV digunakan secara luas dalam sistem tenaga listrik. Dengan ekspansi jaringan listrik di China dan peningkatan kompleksitasnya, jaringan sekarang membawa beban yang lebih berat untuk memenuhi permintaan sosial. Berdasarkan pengalaman saya, hanya dengan menjamin keandalan peralatan pemutus MV, barulah dapat mengelola distribusi, pengukuran, dan perlindungan tenaga listrik secara efektif, sehingga menjaga stabilitas jaringan secara keseluruhan.
Setiap insiden keselamatan atau kegagalan operasional dalam peralatan pemutus MV akan mengganggu sistem distribusi, mengancam pasokan tenaga listrik. Dalam kasus yang parah, hal ini dapat menyebabkan pemadaman luas, mengakibatkan kerugian ekonomi yang signifikan bagi produksi sosial. Oleh karena itu, saya menekankan pentingnya meningkatkan keandalan peralatan pemutus MV melalui berbagai tindakan, memastikan fungsi stabil dan dukungan jaringan.
3. Strategi untuk Meningkatkan Keandalan Peralatan Pemutus MV
3.1 Desain Struktur Casing yang Rasional
Desain casing ilmiah adalah dasar untuk menjamin keandalan peralatan pemutus MV, yang saya prioritaskan dalam praktik teknik. Misalnya:
Optimasi desain ini sesuai dengan praktik terbaik industri, memastikan peralatan pemutus MV memenuhi persyaratan keamanan dan kinerja dalam operasi nyata.
3.2 Desain Struktur Isolasi yang Rasional
Untuk meningkatkan keamanan dan keandalan peralatan pemutus tegangan menengah-rendah, penguatan desain isolasi sangat penting. Dalam desain praktis, selain memenuhi persyaratan isolasi, faktor-faktor seperti biaya desain dan perlindungan lingkungan juga harus dipertimbangkan.
3.2.1 Pemilihan Gas Insulasi yang Rasional
Dalam peralatan pemutus tegangan menengah, gas SF₆ telah menjadi media insulasi utama. Namun, gas ini tidak hanya beracun tetapi juga memiliki GWP (Potensi Pemanasan Global) yang sangat tinggi. Meskipun CO₂ adalah gas rumah kaca dengan GWP tinggi, gas SF₆ memiliki GWP 23.900 kali lebih tinggi dari CO₂, menunjukkan dampak signifikan terhadap lingkungan alam. Untuk peralatan pemutus tegangan menengah-rendah dengan persyaratan kinerja pemutusan non-kritis, secara desain, kita dapat mencoba menggantikan gas SF₆ dengan N₂ atau udara kering. Dibandingkan dengan gas SF₆, kinerja isolasi N₂ dan udara kering dapat mencapai 30% dari gas SF₆. Perbandingan kinerja antara N₂, udara kering, dan gas SF₆ ditunjukkan dalam Tabel 1.
Seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1, N₂ dan udara kering bukan gas rumah kaca, tidak membahayakan lingkungan ekologis. Mereka juga memiliki titik didih rendah, menghilangkan kekhawatiran tentang likuifaksi selama penggunaan normal, bahkan di daerah yang sangat dingin. Perlu dicatat, N₂, sebagai komponen utama udara, memiliki sifat kimia yang stabil. Namun, konsentrasi N₂ yang terlalu tinggi dapat menyebabkan asfiksiasi karena kekurangan oksigen. Ketika merancang dengan N₂ sebagai gas insulasi, ventilasi dan peralatan pelindung harus dikonfigurasi. Sebaliknya, menggunakan udara kering sebagai gas insulasi menghindari masalah tersebut. Melalui perbandingan komprehensif, udara kering dapat diadopsi untuk menggantikan SF₆ sebagai gas insulasi dalam desain isolasi peralatan pemutus.
Ketika menggunakan udara kering sebagai gas insulasi, desain celah udara minimum harus dipertimbangkan. Sesuai standar yang relevan, untuk tegangan nominal 12 kV, celah udara minimum antar fase dan dari fase ke tanah harus 125 mm. Jika uji kondensasi lulus, celah udara minimum dapat sedikit lebih kecil dari 125 mm. Menggunakan udara kering sebagai gas insulasi memungkinkan pengurangan yang tepat pada celah udara minimum.
3.2.2 Meningkatkan Tegangan Pembusukan dalam Celah Gas
Selama proses desain, untuk memastikan keamanan dan keandalan peralatan pemutus tegangan menengah-rendah, tegangan pembusukan dalam celah gas juga harus ditingkatkan, dengan metode spesifik sebagai berikut:
Meningkatkan distribusi medan listrik dalam peralatan pemutus tegangan menengah-rendah. Ini dapat dicapai dengan mengoptimalkan bentuk elektroda berdasarkan kondisi aktual atau memanfaatkan muatan ruang untuk meningkatkan kehomogenan medan listrik. Jika kehomogenan medan listrik sangat buruk, menambah penghalang juga merupakan pilihan.
Menghambat proses ionisasi udara kering. Aplikasi tekanan tinggi dalam peralatan pemutus tegangan menengah dapat melemahkan proses ionisasi udara kering. Alternatif lain, menggunakan vakum tinggi dalam peralatan pemutus tegangan menengah dapat mencapai efek yang sama.
Ketika menggunakan tekanan tinggi atau vakum tinggi, kekuatan tangki gas diperlukan sangat tinggi, dan masalah kebocoran cenderung terjadi dalam aplikasi praktis, mengakibatkan konsekuensi serius. Oleh karena itu, dalam desain aktual, mengoptimalkan bentuk elektroda dan menambah penghalang dalam medan listrik yang sangat tidak homogen adalah metode yang lebih layak untuk meningkatkan tegangan pembusukan dalam celah gas.
3.3 Pemilihan Komponen yang Rasional
Komponen inti peralatan pemutus tegangan menengah, termasuk pemutus sirkuit vakum, pemutus vakum, dan kontak, secara langsung mempengaruhi keamanan dan keandalan operasional peralatan, memerlukan kontrol kualitas yang ketat.
Ambil contoh peralatan pemutus ABB. Pemutus vakum mereka menjalani inspeksi pra-pengiriman yang ketat: tes tegangan tinggi otomatis memverifikasi kekuatan isolasi, sementara perangkat magnetron spiral mengukur tekanan internal dalam ruang yang diisi dengan gas inert. Setelah periode isolasi tertentu, tes tekanan kedua dilakukan, dan hasilnya dibandingkan untuk memastikan kinerja penyegelan memenuhi standar.
Dalam manufaktur, pemutus vakum ABB memerlukan kontrol lingkungan dan proses yang ketat. Diproduksi di pabrik Jerman CalorEmag, mereka dirakit secara profesional oleh perusahaan peralatan pemutus tegangan menengah regional sebelum disuplai secara terpusat. Paduan performa tinggi seperti Cu-Cr dan W-C-Ag diprioritaskan untuk material komponen untuk memastikan ketahanan.Perakitan terjadi di ruang bersih khusus menggunakan proses "penyegelan dan penghabisan satu kali": pada suhu 800°C, vakum tinggi pertama dicapai, diikuti oleh pengelasan dan penyegelan simultan untuk menjamin keandalan proses.
Evolusi R&D pemutus vakum mencerminkan optimalisasi kinerja berkelanjutan: perakitan awal yang terpapar udara hanya mengandalkan partisi insulasi untuk isolasi. Perbaikan berikutnya termasuk lengan insulasi di atas pemutus dan kontak untuk menyeimbangkan medan listrik, diikuti oleh pengecoran integral untuk pemutus dan kontak untuk meningkatkan isolasi antar fase dan ketahanan terhadap benturan, sambil mengadopsi bahan ramah lingkungan untuk mengintegrasikan kinerja dengan pertimbangan lingkungan.
3.4 Perencanaan Validasi Uji Desain yang Rasional
Setelah desain peralatan pemutus tegangan menengah selesai, validasi eksperimental menjadi fase kritis. Validasi sebenarnya harus mematuhi standar relevan, seperti GB 3906—2020 AC Metal-Clad Switchgear and Controlgear for Rated Voltages from 3.6 kV to 40.5 kV, GB/T 11022—2020 Common Technical Requirements for High-Voltage AC Switchgear and Controlgear Standards, dan GB/T 1984—2014 High-Voltage AC Circuit Breakers.
Titik Penting untuk Uji Jenis
Verifikasi kinerja komprehensif harus dilakukan untuk komponen listrik dan elemen bantu peralatan pemutus tegangan menengah untuk memastikan parameter teknis memenuhi persyaratan. Ketika proses desain atau kondisi produksi berubah, uji jenis harus dilakukan kembali untuk menjamin keamanan dan keandalan peralatan. Untuk peralatan yang diproduksi secara normal, biasanya diperlukan uji kenaikan suhu setiap 8 tahun; uji operasi mekanis dilakukan untuk memeriksa kinerja operasional; sementara itu, verifikasi keamanan seperti uji daya tahan arus singkat dan uji daya tahan arus puncak juga diperlukan.
Ambil contoh peralatan pemutus tegangan menengah ABB, telah lulus validasi eksperimental di banyak negara berdasarkan standar paling ketat hingga saat ini, menunjukkan keamanan dan keandalan luar biasa. Ambil contoh uji busur internal, yang memverifikasi:
4 Kesimpulan
Sebagai komponen inti sistem tenaga listrik, keandalan operasional peralatan pemutus tegangan menengah secara langsung mempengaruhi keamanan jaringan. Oleh karena itu, sangat penting untuk memperkuat desain keamanan dan keandalan peralatan, mengoptimalkan parameter teknis secara ketat sesuai standar, dan membangun pertahanan keamanan yang solid melalui uji validasi sistematis, memastikan peralatan pemutus tegangan menengah secara stabil melaksanakan fungsi distribusi, perlindungan, dan kontrol dalam sistem tenaga listrik.
