Merancang Perangkat Isolasi Udara & Gas yang Andal 24kV

Saat ini, jaringan distribusi menengah di China sebagian besar beroperasi pada 10kV. Dengan perkembangan ekonomi yang pesat, beban listrik telah meningkat, semakin mengungkapkan keterbatasan metode penyediaan daya yang ada. Karena keunggulan luar biasa peralatan switch tegangan tinggi 24kV dalam memenuhi permintaan kapasitas beban yang lebih tinggi, telah diam-diam mendapatkan traksi dalam industri. Setelah Perusahaan Negara Grid "Pemberitahuan tentang Promosi Tingkat Tegangan 20kV," tingkat tegangan 20kV telah melihat peningkatan adopsi yang cepat.

Sebagai produk kritis untuk tingkat tegangan ini, struktur dan desain isolasi peralatan switch tegangan tinggi 24kV telah menjadi fokus utama dalam industri. Sesuai dengan standar industri listrik "Persyaratan Teknis Umum untuk Peralatan Switch dan Pengendali Tegangan Tinggi" (DL/T 593-2006), persyaratan isolasi spesifik untuk peralatan switch didefinisikan dengan jelas. Persyaratan isolasi untuk produk 24kV adalah sebagai berikut:

Jarak udara minimum (antara fase, antara fase dan tanah): 180mm; Tegangan tahanan frekuensi daya (antara fase, antara fase dan tanah): 50/65 kV/menit, (melintasi sambungan isolasi): 64/79 kV/menit; Tegangan tahanan impuls petir (antara fase, antara fase dan tanah): 95/125 kV/menit, (melintasi sambungan isolasi): 115/145 kV/menit.

Catatan: Data di sisi kiri garis miring berlaku untuk sistem netral terhubung solid, sementara data di sisi kanan berlaku untuk sistem dengan netral terhubung melalui koil penghilang busur atau tidak terhubung.

Peralatan switch tegangan tinggi 24kV dapat dikategorikan berdasarkan metode isolasi menjadi peralatan switch logam tertutup yang diisolasi udara dan unit ring utama SF6 yang diisolasi gas. Peralatan switch logam tertutup yang diisolasi udara untuk 24kV, terutama tipe yang dapat ditarik (selanjutnya disebut sebagai peralatan switch tengah 24kV), telah menjadi fokus desain kunci. Artikel ini membahas beberapa rekomendasi mengenai struktur dan desain isolasi peralatan switch tengah 24kV dan unit ring utama SF6 yang diisolasi gas, ditawarkan untuk referensi dan komentar.

1. Desain Peralatan Switch Tengah 24kV

Teknologi untuk peralatan switch tengah 24kV berasal dari tiga sumber: Pertama, peningkatan dari produk KYN28-12 12kV dengan mengganti langsung komponen-komponen yang berkaitan dengan isolasi. Kedua, produk tengah asing yang masuk ke pasar domestik, seperti ABB dan Eaton Senyuan. Ketiga, peralatan switch tengah 24kV yang dikembangkan secara independen di China. Kategori ketiga, yang dirancang khusus untuk kondisi teknis dan persyaratan yang ada di China, paling kompetitif di pasar. Oleh karena itu, selama desain, struktur produk keseluruhan dan desain isolasi harus dipertimbangkan secara penuh, seperti yang diuraikan di bawah ini:

1.1 Struktur Kabinet Sama Tinggi dan Penataan Busbar Segitiga

Sebagian besar peralatan switch tengah 12kV menggunakan struktur yang lebih tinggi di depan dan lebih rendah di belakang, dengan tiga busbar fase disusun dalam konfigurasi segitiga (delta), dan ruang instrumen sebagai struktur terpisah yang dapat dilepas. Jika metode ini digunakan untuk peralatan switch tengah 24kV, jelas tidak akan memenuhi persyaratan jarak udara minimum 180mm. Oleh karena itu, peralatan switch tengah 24kV harus menggunakan desain kabinet sama tinggi, dengan ruang instrumen terintegrasi ke dalam kabinet utama.

Tinggi kabinet harus ditingkatkan menjadi 2400mm, memberikan lebih banyak ruang untuk kompartemen busbar dan pemutus sirkuit. Penataan bushing dinding busbar harus dalam konfigurasi segitiga. Pendekatan ini tidak hanya memenuhi persyaratan jarak udara tetapi juga efektif menekan dan menahan gaya elektromagnetik, meningkatkan pendinginan busbar, dan meningkatkan keandalan isolasi.

1.2 Desain Lebar Peralatan Switch yang Rasional

Dari sudut pandang keandalan isolasi, isolasi udara adalah metode yang paling andal; selama jarak isolasi minimum terjamin, isolasi dapat sepenuhnya dijamin. Mengingat desain isolasi udara penuh, lebar teoretis peralatan switch 24kV harus 1020mm. Namun, dalam produksi sebenarnya, sebagian besar produsen memilih lebar kabinet 1000mm, yang memerlukan penggunaan isolasi komposit. Secara umum, tabung heat-shrink diterapkan pada busbar, dan penghalang insulasi SMC (Sheet Molding Compound) dipasang antara fase dan antara fase dan tanah untuk meningkatkan isolasi.

1.3 Desain untuk Distribusi Medan Listrik yang Seragam

Tes membuktikan bahwa semakin tinggi tingkat tegangan, semakin tinggi pula kekuatan medan listrik lokal selama tes tegangan tahanan frekuensi daya, terkadang disertai dengan suara pelepasan korona yang jelas. Menurut peraturan, selama tidak terjadi pelepasan gangguan, tes dianggap lulus. Namun, kekuatan medan listrik lokal yang tinggi dapat mempengaruhi kemampuan produk untuk menahan tegangan overvoltage selama operasi normal. 

Oleh karena itu, desain produk harus memprioritaskan pencapaian distribusi medan listrik yang seragam sebanyak mungkin, menghindari konsentrasi medan lokal. Dari pengalaman praktis, pembentukan konduktor untuk mencapai medan yang seragam efektif. Untuk ujung potongan busbar, gunakan mesin frais bentuk untuk membentuk ujung menjadi sudut bulat. Untuk ujung busbar di dalam kotak kontak, terlebih dahulu bentuk menjadi setengah lingkaran, lalu frais menjadi sudut bulat. Di mana memungkinkan, pasang tutup pelindung logam di luar kontak plum blossom pemutus sirkuit, atau sematkan jaring pelindung logam saat pengecoran kotak kontak. Langkah-langkah ini dapat secara efektif menyederhanakan distribusi medan listrik, menekan puncak medan, dan lebih lanjut meningkatkan tingkat isolasi.

1.4 Penggunaan Bahan Insulasi dengan Jarak Lepas yang Panjang

Bahan insulasi seperti bushing dinding, kotak kontak, dan insulator penyangga harus memiliki sirip yang diperbesar dan jarak lepas yang cukup untuk memenuhi persyaratan isolasi 24kV. Terutama dalam desain kotak kontak, harus ditambahkan jaring pelindung logam, dan rongga dalam harus menggunakan struktur lidah untuk menghindari masalah yang melekat pada struktur cincin, yang tidak dapat secara efektif menekan embun dan akumulasi polusi selama operasi.

2. Desain Unit Ring Utama SF6 yang Diisolasi Gas 24kV

Unit ring utama SF6 yang diisolasi gas 24kV asing dimulai awal; perusahaan seperti Siemens dan ABB memperkenalkannya pada awal 1980-an. Ini karena banyak negara asing menggunakan 24kV sebagai tegangan distribusi menengah utama. Produk mereka teknologinya canggih, performanya tinggi, dan sangat andal. Unit ring utama SF6 yang diisolasi gas 24kV domestik baru berkembang dalam beberapa tahun terakhir. Terbatas oleh berbagai kondisi, produk masih dalam tahap penelitian, pengembangan, dan pengujian.

Karena sifat canggih teknologi unit ring utama SF6 yang diisolasi gas 24kV, struktur dan desain isolasinya harus mengambil manfaat dari pengalaman asing yang matang. Berikut adalah beberapa rekomendasi mengenai struktur produk dan desain isolasi:

2.1 Fokus pada Kesesuaian Struktur

Karena semua bagian hidup dan saklar dalam unit ring utama SF6 yang diisolasi gas 24kV tersegel dalam enklosur baja nirkarat yang diisi dengan gas SF6, mereka kompak. Dalam desain struktur, kekuatan isolasi dan kelembaban gas insulasi harus dipertimbangkan secara penuh untuk merancang dimensi kabinet secara rasional. Unit harus memiliki fungsi lengkap, mudah dioperasikan, dan strukturnya sederhana.

2.2 Kemampuan Ekspansi Konfigurasi

Desain konfigurasi harus memiliki kemampuan ekspansi. Dalam batas tertentu, kualitas produk dan potensinya untuk diterima secara luas tergantung pada fleksibilitas konfigurasinya. Desain standarisasi, modular memungkinkan ekspansi fleksibel ke kiri dan kanan.

2.3 Keandalan Desain Isolasi

Risiko utama untuk unit ring utama SF6 yang diisolasi gas 24kV adalah penurunan kinerja isolasi. Faktor-faktor yang menyebabkan penurunan isolasi termasuk: kebocoran gas SF6; bahan insulasi polimer atau bahan penyegelan memiliki permeabilitas tertentu terhadap gas-gas berbeda (seperti uap air), menyebabkan kondensasi yang tidak dapat diterima pada dinding dalam wadah; kontrol kandungan kelembaban dalam gas SF6; dan retak pada komponen insulasi.

Untuk mencegah penurunan isolasi, langkah-langkah yang sesuai harus diambil, seperti: pembuatan wadah gas dari baja nirkarat dengan pengelasan penuh, tanpa membuka lubang yang tersegel; membuat bushing sambungan kabel dari resin epoxy dan mengelasnya secara integral ke wadah; meningkatkan segel wadah gas untuk meminimalkan penetrasi uap air; mengukur kandungan kelembaban secara rutin dengan alat pengukur kelembaban SF6, menempatkan jumlah desikator yang tepat dalam enklosur yang tersegel, dan membakar semua komponen sesuai dengan suhu dan waktu yang ditentukan; saat mengosongkan dan mengisi ulang peralatan switch SF6, membersihkan saluran pengisian dengan gas N2 atau SF6 murni; dan meminimalkan stres mekanis internal pada komponen insulasi untuk mencegah penuaan dan retak. Langkah-langkah ini akan secara efektif meningkatkan keandalan isolasi.

3. Kesimpulan

Meskipun struktur dan desain isolasi peralatan switch tegangan tinggi 24kV didasarkan pada peralatan switch 12kV, persyaratannya jauh lebih tinggi. Selain itu, karena kurangnya pengalaman operasional yang nyata, semua faktor pengaruh harus dipertimbangkan secara penuh selama proses desain untuk memenuhi standar produk.