Situasi saat ini dan tren pengembangan pemutus sirkuit tegangan tinggi SF6

Pemutus sirkuit tegangan tinggi, juga dikenal sebagai saklar tegangan tinggi, memiliki kemampuan pemutusan dan pemadam busur yang cukup. Mereka tidak hanya dapat memutus dan menutup arus kosong dan arus beban pada sirkuit tegangan tinggi, tetapi juga, ketika terjadi gangguan pada sistem, dapat bekerja sama dengan perangkat pelindung dan perangkat otomatis untuk segera memutus arus gangguan, mengurangi jangkauan pemadaman listrik, dan mencegah penyebaran kecelakaan. Ini sangat penting untuk memastikan operasi aman sistem tenaga listrik.

Pemutus sirkuit tegangan tinggi telah berkembang melalui pemutus sirkuit minyak, pemutus sirkuit udara bertekanan, pemutus sirkuit vakum, dan pemutus sirkuit SF₆. Dari jenis-jenis tersebut, dua jenis pertama secara bertahap telah ditinggalkan, dan pemutus sirkuit SF₆ lebih banyak digunakan dibandingkan dua jenis terakhir. Pemutus sirkuit SF₆ mulai banyak digunakan pada awal tahun 1970-an. Mereka menggunakan heksafluorida sulfur sebagai media pemadam busur. Jenis pemutus sirkuit ini memiliki kapasitas pemutusan yang besar. Dalam kondisi pemutusan bebas, kapasitas pemutusannya sekitar 10 kali lebih besar daripada pemutus sirkuit lainnya. Peran penting dalam operasi stabil dan aman sistem tenaga listrik, serta manfaat ekonomi dan sosialnya juga sangat signifikan.

1. Kinerja Pemutus Sirkuit SF₆

Pemutus sirkuit SF₆ adalah peralatan beralih tanpa minyak yang menggunakan gas SF₆ sebagai media isolasi dan pemadam busur. Kinerja isolasi dan karakteristik pemadam busurnya jauh lebih tinggi daripada pemutus sirkuit minyak. Pemutus sirkuit heksafluorida sulfur memiliki karakteristik berikut:

• Kemampuan pemadam busur yang kuat, daya dielektrik yang tinggi, dan nilai tahanan tegangan unit fraktur yang tinggi. Akibatnya, pada tingkat tegangan nominal yang sama, jumlah port fraktur seri yang diperlukan berkurang, meningkatkan kinerja ekonomi produk.

• Umur elektrik yang panjang. Dapat memutus secara berkelanjutan pada kapasitas penuh 50kA sebanyak 19 kali, dan arus pemutusan kumulatif dapat mencapai 4200kA. Siklus perawatan panjang, dan cocok untuk operasi sering.

• Kinerja pemutusan yang baik. Karena elektro-negativitas gas SF₆, ia memiliki kemampuan adsorpsi elektron bebas yang kuat. Busur yang terbentuk dalam SF₆ mendukung pembentukan "struktur kolom busur" (inti busur dan selubung busur). Penyebaran plasma ionisasi dibatasi, memungkinkan rekomposisi ion yang efektif. Arus pemutusan besar, mencapai 80-100kA, bahkan 200kA. Waktu pemadam busur pendek, umumnya 5-15ms. Pada saat yang sama, kinerja pemutusan untuk pemutusan fase berlawanan, gangguan dekat zona, garis panjang tanpa beban, dan kondisi no-load transformator juga baik.

• Kinerja isolasi yang tinggi. Daya isolasi SF₆ sekitar 5-10 kali lebih tinggi daripada udara.

• Gas SF₆ tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun, tidak mudah terbakar, dan merupakan gas yang sangat stabil yang sulit bereaksi dengan zat lain. Selain itu, ketika pemutus sirkuit dibuka, peningkatan tekanan yang disebabkan oleh pemanasan busur sangat kecil, memastikan operasi yang andal dan mencegah kecelakaan ledakan.

2. Pengembangan Pemutus Sirkuit Tegangan Tinggi SF₆
2.1 Pemutus Sirkuit SF₆ Tekanan Ganda

Dua sistem gas SF₆ (sistem tekanan tinggi dan sistem tekanan rendah) ditetapkan di dalam pemutus sirkuit. Hanya selama proses pembukaan, ruang tekanan tinggi mengalir ke ruang tekanan rendah melalui kontrol katup tiup untuk membentuk aliran gas tekanan tinggi. Setelah pemutusan selesai, katup tiup ditutup. Prinsip ruang pemadam busur adalah bahwa kompresor gas dan pipa terhubung antara ruang tekanan tinggi dan ruang tekanan rendah. Ketika tekanan gas di ruang tekanan tinggi berkurang atau tekanan gas di ruang tekanan rendah naik hingga batas tertentu, kompresor gas mulai memompa gas SF₆ dari ruang tekanan rendah ke ruang tekanan tinggi, membentuk sistem gas tertutup otomatis.

2.2 Pemutus Sirkuit SF₆ Tekanan Tunggal

Struktur tekanan tunggal sederhana dan dapat menyesuaikan diri dengan rentang suhu lingkungan yang luas. Jenis kompresi gas juga telah melalui proses pengembangan: dalam hal peniupan busur, jenis tekanan tunggal generasi pertama memiliki struktur peniupan tunggal, dengan arus pemutusan kecil (umumnya 31.5kA) dan tegangan port fraktur rendah (umumnya 170kV). Jenis tekanan tunggal generasi kedua memiliki struktur peniupan ganda, dengan arus pemutusan meningkat menjadi (40-50kA), dan tegangan port fraktur masih rendah. Umumnya, produk 252kV memiliki dua port fraktur. Jenis tekanan tunggal generasi ketiga memiliki struktur peniupan ganda yang dilengkapi dengan efek ekspansi termal (pemadam busur hibrida). Arus pemutusan besar, meningkat menjadi 63kA, dan tegangan port fraktur tinggi. Satu port fraktur dapat mencapai 252kV, 363kV, 420kV, bahkan 550kV.

Pengembangan jenis tekanan tunggal, dari sudut pandang ruang pemadam busur, telah mengadopsi piston kompresi gas yang lebih kecil. Keuntungan yang dihasilkan dari pengurangan piston di ruang pemadam busur adalah sebagai berikut:

• Massa seluruh sistem gerakan selama proses pemutusan produk berkurang.

• Daya operasi produk berkurang.

• Penyangga produk menjadi lebih mudah, dan umur mekanisnya panjang.

2.3 Pemutus Sirkuit SF₆ Energi Sendiri

Pemutus sirkuit SF₆ energi sendiri memiliki dua prinsip pemadam busur: prinsip ekspansi termal dan prinsip rotasi busur. Saat ini, sebagian besar pemutus sirkuit energi sendiri menggunakan prinsip ekspansi termal. Prinsip energi sendiri adalah menggunakan energi busur untuk memanaskan gas SF₆ di ruang ekspansi, membangun tekanan, membentuk aliran gas, dan memadamkan busur. Namun, ketika memutus arus kecil, karena energi busur kecil, diperlukan piston kecil untuk mengompresi gas untuk membentuk bantuan tiup. Karena penurunan signifikan dalam daya operasi, mekanisme operasi pegas dengan struktur sederhana dapat digunakan. Jenis ekspansi termal sekarang telah berkembang hingga generasi kedua. Produk generasi pertama mencapai efek pengurangan daya operasi dengan mengurangi energi kompresi gas yang diperlukan untuk pemadam busur. Diameter piston kompresi gas dirancang berdasarkan pemutusan 30% dari arus gangguan maksimum, dan massa gerakan juga kecil, yang mengurangi daya operasi. Produk generasi kedua lebih lanjut meningkatkan efek ekspansi termal dan kinerja pemutusan, tidak hanya meningkatkan pemutusan arus kapasitif tetapi juga lebih lanjut mengurangi daya operasi.

2.4 Pemutus Sirkuit SF₆ Cerdas

Ciri lain dari pemutus sirkuit tegangan tinggi modern adalah kecerdasannya, berkembang dari sistem elektromekanik tradisional menjadi sistem cerdas modern berpusat pada komputer. Saat ini, konten deteksi online pemutus sirkuit tegangan tinggi adalah sebagai berikut:

• Gas SF6;

• Sistem mekanisme operasi;

• Pelepasan;

• Rangkaian kontrol dan bantu;

• Rantai transmisi daya.

Melalui deteksi-deteksi ini, lebih dari 90% kerusakan dapat ditemukan. Deteksi online dapat mengubah perawatan berkala pemutus sirkuit menjadi perawatan berbasis kondisi real-time.

3. Pemutus Sirkuit SF₆ Tipe Tiang Porselen dan Tipe Tank dan Aplikasinya

China pertama kali menerapkan pemutus sirkuit SF₆ pada tahun 1970 ketika Administrasi Listrik Timur Laut mengimpor tiga pemutus sirkuit SF₆ tipe tiang porselen 220KV H-912 tekanan ganda yang diproduksi oleh Siemens dari luar negeri dan menginstalnya di substasi primer HuShitai di Shenyang. Mereka masih beroperasi dengan baik hingga hari ini.

Pemutus sirkuit heksafluorida sulfur tegangan tinggi dibagi menjadi tipe tiang porselen dan tipe tank menurut strukturnya. Ketika membandingkan keduanya, masing-masing memiliki karakteristiknya sendiri:

• Baik pemutus sirkuit SF₆ tipe tiang porselen maupun tipe tank dapat memenuhi persyaratan tegangan tinggi dan kapasitas besar. Ruang pemadam busur tipe tiang porselen dipasang pada dukungan insulasi. Dengan menghubungkan ruang pemadam busur secara seri dan memasangnya pada dukungan insulasi dengan ketinggian yang sesuai, nilai tegangan nominal apa pun dapat diperoleh. Dukungan insulasi sebagian besar adalah tiang porselen, dan dukungan komposit organik juga telah muncul. Ruang pemadam busur tipe tank dipasang di dalam tangki logam yang terhubung ke potensial tanah. Di bawah tegangan tinggi, beberapa ruang pemadam busur perlu dihubungkan secara seri dan dipasang dalam tangki yang sama untuk setiap fase.

• Pemasangan transformator arus. Dalam hal pemasangan transformator arus, pemutus sirkuit tipe tiang porselen berada pada posisi yang kurang menguntungkan. Karena ruang pemadam busur tipe tiang porselen dipasang di dalam isolator dan di atas dukungan insulasi, transformator arus harus dipasang secara terpisah pada dukungan insulasinya sendiri. Namun, transformator arus tipe bushing dapat dipasang pada bushing pemutus sirkuit tipe tank. Dalam beberapa skenario aplikasi, pemutus sirkuit tidak perlu dilengkapi dengan transformator arus, terutama ketika digunakan sebagai saklar untuk menghidupkan bank kapasitor dan reaktor paralel. Di sini, harga tipe tiang porselen hanya 60% dari harga pemutus sirkuit tipe tank, dan karena penggunaan port fraktur ganda, dapat lebih baik menahan restrike.

• Kapasitas tahanan luar. Dari sudut pandang tahanan luar, beberapa ruang pemadam busur seri pemutus sirkuit tipe tiang porselen dapat memenuhi nilai tegangan nominal apa pun, tetapi kapasitas tahanan luarannya dibatasi oleh panjang ruang pemadam busur itu sendiri. Untuk pemutus sirkuit tipe tank, asalkan kapasitas tahanan yang diperlukan untuk mengurangi jumlah port fraktur dapat dikembangkan, bushing insulasi dapat dibuat. Oleh karena itu, pemutus sirkuit tipe tank dapat mencapai satu port fraktur 550kV/63kA dan dua port fraktur 1100kV/50kA.

• Konsumsi gas SF₆. Dalam hal konsumsi gas SP6, tipe tiang porselen unggul dibandingkan tipe tank. Konsumsi gas pemutus sirkuit tipe tank jauh lebih tinggi daripada tipe tiang porselen.

• Adaptabilitas lingkungan. Dari sudut pandang adaptabilitas lingkungan, pemutus sirkuit tipe tank volume besar menunjukkan keunggulannya. Pemanas dapat dipasang di pemutus sirkuit tipe tank, sedangkan tidak dapat dipasang di tipe tiang porselen.

• Tahan gempa. Dari sudut pandang tahan gempa, pemutus sirkuit tipe tank jauh lebih unggul daripada tipe tiang porselen. Karena pemutus sirkuit tipe tiang porselen memiliki pusat gravitasi yang tinggi, tahan gempanya buruk.

• Perbandingan harga. Dalam hal harga, untuk kapasitas yang sama, pemutus sirkuit tipe tiang porselen lebih unggul daripada tipe tank. Secara umum, harga pemutus sirkuit tipe tank sekitar 20% lebih tinggi daripada pemutus sirkuit tipe tiang porselen dengan transformator arus luar (seperti transformator SF₆).

4. Masalah yang Perlu Diperhatikan Selama Operasi dan Perawatan Pemutus Sirkuit SF₆

Untuk mengontrol ketat kebocoran gas dan mencegah kelembaban dan kelembapan masuk ke kotak, teknologi pemrosesan dan persyaratan material jauh lebih tinggi dibandingkan dengan peralatan listrik tegangan tinggi umum. Pada saat yang sama, diperlukan sistem gas SF₆ khusus, termasuk katup dengan kinerja penyegelan yang baik, peralatan deteksi kebocoran, perangkat pemulihan gas, dan pemantauan tekanan. Selain itu, karena konsumsi logam yang besar, kompleksitas manufaktur meningkat.

Gas SF₆ murni tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun, dan tidak mudah terbakar. Namun, dalam sintesis heksafluorida sulfur, senyawa fluorida rendah sulfur juga diproduksi, yang beracun. Dalam pemutus sirkuit, gas akan terurai di bawah suhu tinggi busur melalui disosiasi dan ionisasi, menghasilkan gas yang sangat beracun. Oleh karena itu, adsorber dipasang di dalam pemutus sirkuit, dan aluminium aktif diletakkan di dalamnya untuk menyerap gas-gas beracun tersebut.

Meskipun demikian, perhatian khusus harus diberikan untuk mencegah keracunan selama perawatan. Oleh karena itu, gas harus dikuras dan dibuang bersih sebelum bekerja. Jika masih tercium bau tidak menyenangkan, masker gas dan sarung tangan karet harus dipakai. Selain itu, produk dekomposisi busur juga mengandung beberapa fluoride logam, yang tersebar dalam bentuk bubuk di dalam pemutus sirkuit. Meskipun bubuk-bubuk ini bukan zat beracun yang sangat berbahaya, langkah-langkah pencegahan harus tetap diambil untuk mencegah mereka terhirup selama pembersihan.

5. Kesimpulan

Dengan peningkatan terus-menerus tegangan sistem tenaga listrik, baik tipe tiang porselen maupun tipe tank pemutus sirkuit SF₆ terus berkembang seiring kemajuan teknologi. Terutama dalam beberapa tahun terakhir, prinsip pemadam busur energi sendiri telah dikembangkan dan diterapkan, yaitu tekanan tinggi digunakan untuk membentuk aliran gas tiup untuk memadamkan busur. Jumlah port fraktur berkurang, dan konsumsi bahan turun.

Karena harganya relatif tinggi dan persyaratan yang tinggi untuk aplikasi, manajemen, dan operasi gas SF₆, pemutus sirkuit SF₆ tidak secara luas diterapkan pada tegangan menengah (35kV, 10kV). Secara umum, pemutus sirkuit SF₆ tegangan tinggi memiliki prospek aplikasi yang luas, dan penelitian, pengembangan, dan peningkatan teknologi produk akan membawa manfaat ekonomi dan sosial yang signifikan.