Perancangan dan Implementasi Perangkat Pemanas Gas untuk Pemutus Sirkuit SF6 Tiang Porselen 110kV

Pemutus sirkuit tegangan tinggi adalah salah satu peralatan kontrol paling krusial dalam sistem tenaga listrik. Status operasional pemutus sirkuit tegangan tinggi secara langsung mempengaruhi operasional aman dan stabil dari sistem tenaga listrik. Di antaranya, pemutus sirkuit SF₆ tiang porcelen luar ruangan merupakan salah satu jenis utama pemutus sirkuit tegangan tinggi. SF₆ memiliki kekuatan tahanan listrik yang tinggi, kinerja pemadam busur yang luar biasa, dan kemampuan isolasi. Namun, dalam aplikasi praktis, telah ditemukan bahwa di daerah dengan cuaca sangat dingin seperti Bashang di Zhangjiakou, Provinsi Hebei, suhu rendah dapat dengan mudah menyebabkan gas SF₆ menguap, yang mengakibatkan penurunan tekanan gas SF₆. Ini mungkin memicu alarm tekanan rendah pada pemutus sirkuit atau bahkan mengakibatkan kunci (kunci pemutus sirkuit berarti pemutus sirkuit tidak bisa menutup atau membuka), yang sangat mempengaruhi kapabilitas pemutusan dan kinerja isolasi pemutus sirkuit. Untuk mengatasi masalah ini, makalah ini merancang perangkat pemanas gas untuk pemutus sirkuit SF₆ tiang porcelen 110kV.

1 Alarm Tekanan Rendah dan Kunci Pada Pemutus Sirkuit SF₆ Tiang Porcelen

Di daerah Bashang, Zhangjiakou, suhu musim dingin dapat mencapai -30 °C. Alarm tekanan rendah dan bahkan kunci pada pemutus sirkuit SF₆ telah terjadi berkali-kali di substation di daerah Bashang. Dalam satu bulan saja, alarm tekanan rendah terjadi lebih dari 30 kali, dan kunci terjadi lebih dari 10 kali, yang menimbulkan ancaman potensial besar terhadap operasional aman dan stabil jaringan listrik. Penelitian menunjukkan bahwa penyebab utama alarm dan kunci pada pemutus sirkuit SF₆ tiang porcelen 110kV adalah kurangnya perangkat pemanas gas SF₆. Karena ruang gas SF₆ terpapar langsung ke lingkungan eksternal, ketika suhu lingkungan turun ke level tertentu, gas SF₆ akan menguap, menyebabkan tekanan di ruang gas menjadi lebih rendah dari nilai alarm dan kunci yang ditentukan.

2 Masalah dengan Solusi Tradisional

Saat ini, metode utama untuk menyelesaikan masalah alarm tekanan rendah dan kunci pada pemutus sirkuit SF₆ tiang porcelen adalah sebagai berikut:
(1) Mengisi ulang pemutus sirkuit untuk meningkatkan bobot molekul gas di tangki, sehingga meningkatkan tekanan gas SF₆. Namun, metode ini tidak berlaku dalam cuaca sangat dingin. Karena gas SF₆ yang ditambahkan akan cepat menguap dalam lingkungan suhu rendah dan tekanan tinggi, dan masih tidak mungkin untuk meningkatkan tekanan gas. Tekanan nominal SF₆ dalam pemutus sirkuit umumnya 0,6 MPa, dan tekanan uap jenuh SF₆ adalah 0,6 MPa pada -20 °C. Ketika suhu lingkungan menurun, tekanan uap jenuh SF₆ juga akan turun. Dengan kata lain, dalam lingkungan suhu sangat rendah, meskipun pemutus sirkuit diisi ulang, karena tekanan uap jenuh gas SF₆, gas yang diisi akan cepat menguap, dan tujuan meningkatkan tekanan tidak dapat dicapai. Oleh karena itu, ketika suhu lingkungan lebih rendah dari -20 °C, metode ini tidak dapat memulihkan tekanan nominal di dalam pemutus sirkuit.
(2) Memutuskan sirkuit kunci pemutus sirkuit secara manual untuk memungkinkan pemutus sirkuit menutup dan membuka normal. Namun, metode ini menyebabkan pemutus sirkuit kehilangan perlindungan dari kunci listrik. Jika tekanan gas di dalam pemutus sirkuit gagal memenuhi persyaratan pemadam busur atau bahkan isolasi, kecelakaan serius mungkin terjadi, dan biaya tenaga kerja relatif tinggi.
(3) Menggunakan metode pemanasan gas SF₆ untuk menyelesaikan masalah penguapan media pemadam busur pada pemutus sirkuit SF₆ di daerah dingin. Berdasarkan struktur spesifik pemutus sirkuit, perangkat pemanas yang sesuai disesuaikan, dan suhu operasional gas SF₆ ditingkatkan melalui pemanasan untuk menghindari penguapan gas SF₆ dalam lingkungan suhu rendah. Perangkat pemanas gas pemutus sirkuit umumnya dapat mengaktifkan atau menonaktifkan fungsi pemanasan secara otomatis sesuai dengan perubahan suhu lingkungan. Personel operasional dan pemeliharaan dapat menyetel nilai seting suhu aktivasi dan deaktivasi otomatis berdasarkan suhu lingkungan aktual. Dibandingkan dengan memutuskan sirkuit kunci pemutus sirkuit secara manual, metode ini mengurangi biaya tenaga kerja dalam operasional dan pemeliharaan. Namun, instalasi perangkat pemanas memerlukan biaya manusia dan material yang tinggi, dan efisiensi termal relatif rendah.

3 Perangkat Pemanas untuk Pemutus Sirkuit SF₆ Tiang Porcelen

Berdasarkan karakteristik struktural pemutus sirkuit SF₆ tiang porcelen, perangkat pemanas untuk pemutus sirkuit SF₆ tiang porcelen dirancang, yang terdiri dari tiga bagian: modul pemanas, modul kontrol suhu, dan modul sumber daya.

3.1 Modul Pemanas

Lokasi instalasi perangkat pemanas sangat penting, yang secara langsung mempengaruhi efisiensi pemanasan gas SF₆. Pemutus sirkuit tiang porcelen terdiri dari beberapa unit dasar, termasuk ruang pemadam busur, semprotan insulator, mekanisme operasional, rangka penyangga, dll. Ada dua semprotan insulator yang saling terhubung di bawah ruang pemadam busur, yang diisi dengan gas SF₆. Fungsi utama semprotan insulator adalah untuk mencapai isolasi terhadap tanah. Oleh karena itu, saat merancang pemutus sirkuit tiang porcelen, jarak isolasi tertentu harus dipertahankan, dan kekuatan mekanik bahan keramik harus dijamin. Ini berarti bahwa tidak mungkin untuk menginstal perangkat pemanas konduktif pada permukaan luar semprotan porcelen [5]. Dalam makalah ini, bagian pemanas dipilih sebagai ruang transmisi. Namun, ruang transmisi memiliki bentuk yang tidak teratur, dan perangkat pemanas tradisional sulit untuk diperbaiki. Selain itu, ruang transmisi terletak di dasar pemutus sirkuit tiang porcelen, dan ruangannya sempit. Perangkat pemanas tradisional terlalu besar, yang mungkin mempengaruhi operasional normal mekanisme transmisi pemutus sirkuit.

Modul pemanas dirancang berdasarkan karakteristik pemutus sirkuit tiang porcelen di daerah Bashang, Zhangjiakou. Modul pemanas terdiri dari pita pemanas dan kawat resistansi. Pita pemanas dibuat dari karet silikon insulator, dan lem panas 3M di belakang, dengan outlet di depan, seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Kawat resistansi dibungkus di dalam pita pemanas. Pita pemanas yang terbuat dari karet silikon insulator dan lem panas 3M dapat menahan suhu tinggi (tegangan AC220V), dan bentuk dan panjang pita pemanas dapat dipilih secara fleksibel sesuai dengan bentuk ruang transmisi pemutus sirkuit di lapangan.

Gambar 1 menunjukkan sisi depan dan belakang modul pemanas

3.2 Modul Kontrol Suhu

Modul kontrol suhu terdiri dari sensor dan pengontrol suhu. Secara khusus, sensor dipasang pada pita pemanas fase B pemutus sirkuit tiang porcelen. Fungsinya adalah untuk mengukur suhu di ruang transmisi pemutus sirkuit tiang porcelen dan mentransmisikan data suhu ke pengontrol suhu, seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Pengontrol suhu adalah mikrokomputer pengontrol suhu JY-260. Itu digunakan untuk menerima dan menampilkan suhu di posisi ini, dan mengontrol mulai dan berhenti modul pemanas berdasarkan ambang batas suhu yang dipreset, seperti digambarkan pada Gambar 3.

Gambar 2 Sensor suhu

Gambar 3 Termostat

3.3 Modul Sumber Daya

Modul sumber daya mencakup sumber daya yang dikontrol suhu dan sumber daya yang dimulai secara paksa, seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Di antaranya, sumber daya yang dikontrol suhu terhubung ke modul pemanas melalui pengontrol suhu. Berdasarkan suhu lingkungan di daerah Bashang, ambang batas operasional sumber daya yang dikontrol suhu ditetapkan, dan sumber daya yang dikontrol suhu beroperasi normal dalam ambang batas tersebut. Sumber daya yang dimulai secara paksa terhubung langsung ke modul pemanas. Ketika suhu lebih rendah dari ambang batas operasional sumber daya yang dikontrol suhu, sumber daya yang dimulai secara paksa diaktifkan.

Gambar 4 Sumber daya yang dikontrol suhu

3.4 Mode Kerja Perangkat Pemanas

Perangkat pemanas untuk pemutus sirkuit SF₆ tiang porcelen memiliki dua mode pemanasan.
(1) Mode kontrol suhu: Perangkat pemanas menggunakan sensor yang dipasang pada pita pemanas fase B pemutus sirkuit tiang porcelen untuk mendapatkan suhu di ruang transmisi pemutus sirkuit tiang porcelen dan mentransmisikannya ke pengontrol suhu. Pengontrol suhu menerima dan menampilkan suhu pita pemanas pemutus sirkuit tiang porcelen, dan kemudian mengontrol modul pemanas berdasarkan ambang batas suhu yang dipreset.
(2) Mode start paksa: Dengan melewati pengontrol suhu, pemanasan berkelanjutan ruang transmisi dilakukan, dan gas SF₆ di dalam pemutus sirkuit tiang porcelen dipanaskan. Dengan cara ini, masalah seperti alarm tekanan rendah pada pemutus sirkuit tiang porcelen dan penurunan kapabilitas pemutusan yang disebabkan oleh gas SF₆ yang menguap dapat dihindari.

4 Kesimpulan

Menyasar terjadinya seringnya alarm tekanan rendah dan bahkan kunci pada pemutus sirkuit dalam cuaca sangat dingin di daerah Bashang, Zhangjiakou, makalah ini merancang perangkat pemanas gas untuk pemutus sirkuit SF₆ tiang porcelen 110kV. Perangkat ini dapat memastikan operasional aman dan stabil pemutus sirkuit. Selain itu, memiliki keunggulan biaya instalasi rendah dan waktu instalasi singkat, dan menunjukkan nilai promosi yang baik.