HECI GCB untuk Generator – Pemutus Sirkuit SF₆ Cepat
1. Definisi dan Fungsi
1.1 Peran Pemutus Sirkuit Generator
Pemutus Sirkuit Generator (GCB) adalah titik putus yang dapat dikendalikan yang terletak antara generator dan trafo peningkat, berfungsi sebagai antarmuka antara generator dan jaringan listrik. Fungsi utamanya termasuk mengisolasi kerusakan di sisi generator dan memungkinkan kontrol operasional selama sinkronisasi generator dan koneksi ke jaringan. Prinsip kerja GCB tidak berbeda signifikan dari pemutus sirkuit standar; namun, karena adanya komponen DC tinggi dalam arus kerusakan generator, GCB diperlukan untuk beroperasi sangat cepat untuk mengisolasi kerusakan dengan cepat.
1.2 Perbandingan Antara Sistem Dengan dan Tanpa Pemutus Sirkuit Generator
Gambar 1 menggambarkan skenario penghentian arus kerusakan generator dalam sistem tanpa Pemutus Sirkuit Generator.
Gambar 2 menunjukkan skenario penghentian arus kerusakan generator dalam sistem yang dilengkapi dengan Pemutus Sirkuit Generator (GCB).
Seperti yang ditunjukkan dalam perbandingan di atas, keuntungan pemasangan Pemutus Sirkuit Generator (GCB) dapat diringkas sebagai berikut:
Selama startup dan shutdown normal unit pembangkit, tidak diperlukan pergantian pasokan daya bantu—hanya operasi pemutus sirkuit generator yang diperlukan, yang secara signifikan meningkatkan keandalan pasokan daya stasiun.
Dalam kasus kerusakan internal pada generator (yaitu, di sisi generator dari GCB), hanya pemutus sirkuit generator yang perlu diputus, sangat mengurangi kompleksitas operasional selama kerusakan unit.
Ini memberikan perlindungan yang lebih baik bagi trafo utama dan trafo stasiun tegangan tinggi. Ketika terjadi kerusakan internal pada salah satu trafo tersebut, generator terus memberi arus kerusakan selama periode penyusutan arus medannya (arus eksitasi)—bahkan setelah pemutus sirkuit sisi tegangan tinggi trafo utama telah dibuka oleh relai pelindung. Dengan GCB yang terpasang, generator dapat diputus dengan cepat, sehingga meminimalkan kerusakan pada trafo utama—manfaat kritis untuk unit pembangkit besar.
Keuntungan signifikan lainnya adalah mitigasi atau eliminasi kerusakan pada generator akibat operasi tidak serempak (pole-disagreement) dari pemutus sirkuit tegangan tinggi. Dalam koneksi unit generator-trafo, pemutus sirkuit tegangan tinggi beroperasi pada tegangan nominal tinggi, dan dalam switchgear tipe terbuka, jarak fase-ke-fase yang besar mencegah interlocking mekanis tiga kutub. Oleh karena itu, operasi tidak serempak dapat terjadi bahkan selama switching normal. Kondisi ini menginduksi arus negatif-sekuensial pada stator generator, dan rotor memiliki toleransi yang sangat terbatas terhadap medan magnetik negatif-sekuensial—potensial menyebabkan kerusakan rotor yang parah. Namun, GCB modern dirancang dan diproduksi dengan interlocking mekanis tiga kutub, efektif mencegah operasi tidak serempak.
Untuk kerusakan yang terjadi di sisi generator dari GCB, hanya pemutus sirkuit generator yang perlu diputus—tanpa membuka pemutus sisi tegangan tinggi trafo utama—meminimalkan dampak pada struktur jaringan secara keseluruhan dan menguntungkan stabilitas sistem.
Tata letak pembangkit menjadi lebih sederhana dan ekonomis, mengurangi waktu instalasi, komisioning, dan biaya. Trafo stasiun dan switchgear medium dan tinggi yang terkait dapat dihilangkan. Dengan implementasi GCB, ketersediaan rata-rata pembangkit meningkat sebesar 0,3%–0,6%, dan ketersediaan generator yang lebih tinggi berarti pendapatan energi yang lebih tinggi secara langsung.
2. Struktur dan Fungsi
2.1 Struktur Keseluruhan
Sistem pemutus sirkuit pada dasarnya terdiri dari komponen dan peralatan berikut, semuanya dipasang pada rangka dukungan bersama. Bergantung pada spesifikasi pesanan pembelian, beberapa komponen yang tercantum mungkin dikecualikan.
Desain standar dari switchgear tipe HEC/HECI meliputi:
Pemutus sirkuit SF₆
Pemutus sambungan (switch isolasi)
Switch grounding
Kapasitor
Transformator arus (CTs)
Transformator tegangan (VTs)
Pelindung lonjakan, link pendek, dan switch start-up (untuk Konverter Frekuensi Statis, SFC) tersedia sebagai item opsional.
1 – Pemutus sirkuit 2 – Pemutus sambungan (switch isolasi) 3a – Switch grounding 3b – Switch grounding 4 – Link pendek 5 – Switch start-up (SFC) 6 – Kapasitor
7 – Transformator arus 8 – Transformator tegangan 9 – Pelindung lonjakan 10 – Enklosur
Pemutus sirkuit diisi dengan gas SF₆ sebagai media pemadam busur. Kontak utama dan kontak busur dipisahkan. Kontak dioperasikan oleh mekanisme operasi pegas. Tiga kutub pemutus sirkuit terhubung secara mekanis.
1 – Koneksi fleksibel 2 – Pemutus (Sakelar pengasingan) 3 – Ruang pemadam busur 4 – Isolasi 5 – Penutup 6 – Sakelar pengaman (Pengait tanah) 7 – Koneksi busbar fase terisolasi
8 – Trafo arus
Komponen internal di dalam penutup GCB ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
2.2 Komposisi dan Fungsi Komponen
1) Mekanisme Operasi
Sakelar GCB tipe HECI5 menggunakan mekanisme operasi AHMA 4. Foto fisik dari mekanisme operasi ini adalah sebagai berikut:
1 – Motor kombinasi (motor pompa oli) 2 – Kontak bantu katup kontrol 3 – Kontak bantu
① Modul Operasi:
Modul ini mengadopsi struktur tekanan diferensial konstan, di mana minyak bertekanan tinggi terus menerus bekerja pada ujung atas batang piston. Kecepatan buka dan tutup dapat disesuaikan secara terpisah melalui sekrup throttle yang sesuai.
② Modul Penyimpanan Energi:
Di bawah aksi minyak hidrolik, piston akumulator menekan pegas cakram dan menyimpan energi hidrolik jangka panjang di silinder piston penyimpanan energi, menyediakan cadangan energi yang diperlukan untuk operasi buka dan tutup.
③ Modul Kontrol:
Sinyal perintah listrik dari ruang kontrol utama mengaktifkan katup solenoida buka/tutup, yang pada gilirannya menggeser katup kontrol arah untuk mencapai buka atau tutup pemutus sirkuit.
④ Modul Adapter (Tautan):
Selama pergerakan batang piston, lengan engkol penghubung menggerakkan sakelar bantu untuk berputar, sehingga mengganti sinyal posisi buka/tutup.
⑤ Modul Pompa Hidrolik:
Motor listrik menggerakkan pompa hidrolik untuk menyuntikkan minyak ke akumulator, mengubah energi listrik menjadi energi hidrolik.
⑥ Modul Pemantauan:
Kompresi pegas cakram menggerakkan cam pada switch batas, yang berputar untuk membuka atau menutup kontak mikroswitch. Ini memberikan sinyal alarm dan fungsi interlock otomatis untuk ruang kontrol utama. (Saat tekanan melebihi nilai yang ditentukan, katup pelepas tekanan akan terbuka secara otomatis untuk mencapai perlindungan overpressure.)
2) Pemutus Sirkuit
Pemutus sirkuit adalah komponen utama dari GCB. Prinsip strukturnya tidak rumit, dan diagram fungsionalnya ditunjukkan di bawah ini:
S1 – Switch batas pegas S0 – Sakelar bantu SA – Indikator posisi Y1 – Kumparan tutup Y2, Y3 – Kumparan buka 1 dan 2 M0 – Motor penyimpanan energi R10 – Pemanas DI – Indikator densitas
F6 – Monitor densitas
3) Sistem Gas SF₆
Dalam GCB, gas SF₆ hanya ada di dalam pemutus sirkuit, relay densitas, alat ukur densitas, dan pipa gas penghubung.
Monitor densitas adalah perangkat pemantauan tekanan yang dikompensasi suhu, digunakan untuk memantau densitas gas SF₆ di pemutus sirkuit tiga kutub (tiga fase). Tekanan gas dapat diamati langsung melalui manometer. Saat tekanan turun di bawah ambang batas yang ditentukan, monitor densitas mengirim sinyal "ISI GAS". Jika tekanan SF₆ terus menurun, dua mikroswitch independen akan mengaktifkan interlock yang mencegah operasi switching—pemutus sirkuit menjadi terkunci secara mekanis dan listrik.
Titik set monitor densitas ditentukan dalam diagram kontrol yang relevan dan kurva karakteristik densitas gas SF₆.
Panel kontrol lemari kontrol terdiri dari empat bagian utama:
Sakelar interlock
Counter operasi
Indikator operasi dan alarm
Tombol mode operasi lokal
4) Lemari Kontrol
Semua fungsi mekanisme operasi pemutus sirkuit terintegrasi dalam lemari kontrol. Konfigurasi akhir dan tata letak fungsional dijelaskan dalam diagram kontrol yang relevan. Komponen-komponen kontrol berikut ini semuanya ditempatkan di dalam lemari kontrol:
S2 – Saklar Pemilih Lokal/Jarak Jauh: Mode operasi dipilih melalui saklar S2.
Dalam posisi Jarak Jauh, perintah hanya dapat dikeluarkan dari ruang kontrol utama.
Dalam posisi Lokal, perintah hanya dapat dimulai dari lemari kontrol pemutus sirkuit.
Ketika dalam posisi Lokal, kunci saklar pemilih S2 tidak dapat dilepas. Disarankan untuk menyimpan kunci tersebut di ruang kontrol.
S11/S12 – Tombol push-button berpencahaya untuk operasi pemutus sirkuit.
5) Sistem Pelepasan Tekanan (Perlindungan Ledakan)
Piringan Meledak: Dalam kasus adanya arus pendek internal (disebabkan oleh arus pendek yang berkepanjangan), jika tekanan gas di dalam penutup mencapai ambang batas aktivasi, piringan meledak akan pecah untuk melepaskan tekanan berlebih secara instan. Venting cepat ini mencegah kegagalan penutup yang kritis dengan mengeluarkan gas SF₆ yang terlalu bertekanan dengan aman.
