SF₆ vs. RMU Isolasi Padat: Mana yang Lebih Baik untuk Sistem Distribusi Listrik Anda?
1 Jaringan Cincin Pasokan Listrik dan Unit Utama Jaringan Cincin
Dengan perkembangan urbanisasi, permintaan untuk keandalan yang lebih tinggi dalam distribusi listrik terus meningkat, dan semakin banyak pengguna membutuhkan dua atau lebih sumber pasokan listrik. Metode "pasokan listrik radial" tradisional menghadapi tantangan seperti kesulitan pemasangan kabel, deteksi kerusakan yang rumit, dan ketidakfleksibelan dalam peningkatan dan ekspansi jaringan. Sebaliknya, "jaringan cincin pasokan listrik" memungkinkan sumber daya ganda atau multipel untuk beban kritis, menyederhanakan jalur distribusi, memfasilitasi pemasangan kabel, mengurangi jumlah peralatan pemutus, menurunkan tingkat kegagalan, dan memudahkan penentuan lokasi kerusakan.
1.1 Jaringan Cincin Pasokan Listrik
Jaringan cincin pasokan listrik merujuk pada konfigurasi di mana dua atau lebih garis keluar dari substasiun yang berbeda atau busbar yang berbeda dari substasiun yang sama dihubungkan untuk membentuk loop tertutup untuk distribusi listrik. Keuntungan utamanya adalah setiap cabang distribusi dapat menerima pasokan listrik dari salah satu sisi cincin. Jika satu sisi gagal, pasokan listrik masih dapat diberikan dari sisi lain. Meskipun beroperasi dalam mode single-loop, setiap cabang secara efektif mencapai tingkat keandalan sumber daya ganda, yang secara signifikan meningkatkan keandalan sistem. Di China, sistem jaringan cincin perkotaan mengikuti "kriteria keamanan N-1", yang berarti jika salah satu dari N beban gagal, N-1 beban sisanya masih dapat dipasok dengan aman tanpa gangguan atau pemotongan beban.
1.2 Konfigurasi Koneksi Jaringan Cincin
(1) Koneksi Cincin Dasar: Sumber daya tunggal dengan kabel yang membentuk cincin, memastikan pasokan listrik terus-menerus ke beban lain jika satu bagian kabel gagal (lihat Gambar 1).
(2) Koneksi Cincin dari Busbar yang Berbeda: Dua sumber daya, biasanya dioperasikan dalam mode open-loop, menawarkan keandalan tinggi dan operasi yang fleksibel (lihat Gambar 2).
(3) Konfigurasi Cincin Tunggal: Sumber daya berasal dari substasiun atau busbar yang berbeda; pemeliharaan pada bagian kabel manapun tidak mengganggu pasokan listrik ke beban manapun (lihat Gambar 3).
(4) Konfigurasi Cincin Ganda: Setiap beban dipasok dari dua jaringan cincin independen, memberikan keandalan yang sangat tinggi (lihat Gambar 4).
(5) Koneksi Ganda "T": Dua garis kabel terhubung ke bagian busbar yang berbeda, memungkinkan setiap beban menerima pasokan listrik dari kedua garis. Konfigurasi ini memastikan pasokan listrik hampir terus-menerus untuk pengguna sumber daya ganda dan sangat cocok untuk aplikasi kritis (lihat Gambar 5).
1.3 Unit Utama Jaringan Cincin dan Karakteristiknya
Unit utama jaringan cincin (RMU) adalah peralatan pemutus yang digunakan dalam sistem jaringan cincin, biasanya mencakup saklar pemutus beban, pemutus sirkuit, kombinasi pemutus sirkuit dan fusible, penghubung bus, perangkat pengukuran, transformator tegangan, atau kombinasi di antaranya. RMU kompak, hemat ruang, ekonomis, mudah dipasang, dan cepat dikomisionalkan, memenuhi permintaan untuk "miniaturisasi peralatan." Mereka digunakan secara luas di komunitas perumahan, bangunan publik, substation UKM, stasiun pemutus sekunder, substation pad-mounted, dan kotak distribusi kabel.
1.4 Jenis Unit Utama Jaringan Cincin
RMU Insulasi Udara: Menggunakan udara sebagai medium isolasi; unit-unit ini berukuran besar, membutuhkan ruang lebih, dan rentan terhadap kondisi lingkungan.
RMU SF₆: Menggunakan gas sulfur heksafluorida (SF₆) sebagai media insulasi dan pemadam busur. Saklar utama disegel dalam wadah logam yang diisi dengan SF₆, sementara mekanisme operasi berada di luar. Desain tertutup ini meminimalkan dampak lingkungan dan memungkinkan ukuran yang jauh lebih kecil dibandingkan unit insulasi udara. RMU SF₆ saat ini adalah jenis yang paling banyak digunakan.
RMU Insulasi Padat: Menggunakan material insulasi padat (misalnya, resin epoksi) untuk mengenkapsulasi dan mencetak saklar dan semua bagian hidup. Desain ini mengurangi jarak isolasi fasa-ke-fasa dan fasa-ke-tanah, menghasilkan dimensi yang kompak sebanding dengan RMU SF₆. Selain itu, mereka menghilangkan emisi SF₆ dan dapat mencapai operasi bebas pemeliharaan.
2 Batasan Unit Utama Jaringan Cincin SF₆
SF₆ adalah penyumbang utama efek rumah kaca. Meskipun memiliki sifat listrik yang luar biasa—seperti kekuatan dielektrik tinggi, pemadam busur yang efektif, stabilitas termal yang baik, dan elektro-negativitas yang kuat—dan tidak sensitif terhadap kelembaban, polusi, dan ketinggian, membuatnya ideal untuk peralatan listrik yang padat, SF₆ diakui sebagai gas rumah kaca yang sangat berbahaya. Sekitar 80% produksi global SF₆ digunakan dalam industri listrik. Baik Panel Intergovernmental tentang Perubahan Iklim (IPCC) maupun Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA) mengklasifikasikan SF₆ sebagai salah satu gas rumah kaca yang paling berbahaya. Regulasi Gas F-Eropa (2006) melarang penggunaan SF₆ di sebagian besar aplikasi, kecuali di mana tidak ada alternatif yang layak untuk peralatan pemutus listrik.
Selain itu, RMU SF₆ melibatkan kompleksitas penggunaan yang tinggi dan investasi yang signifikan, memerlukan berbagai peralatan bantu:
Sistem deteksi kebocoran SF₆ untuk memantau kebocoran gas, konsentrasi, tingkat oksigen, dan kandungan kelembaban.
Peralatan pemulihan SF₆: Selama pemutusan busur, produk sampingan seperti SF₄ dihasilkan; oleh karena itu, pada akhir masa pakai, tidak hanya SF₆ sisa yang harus dipulihkan, tetapi juga produk sampingan toksik harus ditangani secara khusus.
Sistem pemurnian SF₆ untuk membersihkan dan menggunakan kembali gas.
Sistem ventilasi di substation.
Ketika menggunakan RMU SF₆, tindakan berikut harus diperhatikan:
Minimalisasi kebocoran SF₆. Meskipun RMU SF₆ menggunakan wadah tertutup dengan tekanan berlebih, kebocoran gas tidak dapat dihindari. Penurunan tekanan gas menurunkan keandalan pemutusan, langsung mengancam keselamatan personel dan memperpendek umur peralatan.
Personel harus melakukan ventilasi paksa dan mengenakan perlengkapan pelindung khusus sebelum memasuki substation dengan peralatan SF₆.
Operasi kompleks, memerlukan pelatihan yang menyeluruh dan berulang untuk personel yang relevan.
3 Fitur dan Aplikasi Unit Utama Jaringan Cincin Insulasi Padat
Bahaya lingkungan potensial yang terkait dengan unit utama jaringan cincin (RMU) SF₆ telah membatasi perkembangan lebih lanjut, menjadikan pencarian alternatif SF₆ fokus penelitian utama di seluruh dunia. RMU insulasi padat pertama kali dikembangkan dan diperkenalkan oleh Eaton Corporation dari Amerika Serikat pada akhir 1990-an. Unit-unit ini tidak menghasilkan gas berbahaya selama operasi, tidak memiliki dampak lingkungan, menawarkan keandalan yang lebih tinggi, dan mencapai operasi benar-benar bebas pemeliharaan.
RMU insulasi padat mengintegrasikan pemutus vakum, saklar pemutus, saklar grounding, konduktor utama, busbar cabang, atau kombinasinya, yang dienkapsulasi dalam resin epoksi atau material insulasi padat lainnya. Komponen-komponen ini disegel dalam modul fungsional yang sepenuhnya diisolasi dan tertutup, yang dapat dikombinasikan kembali atau diperluas. Lapisan perisai konduktif atau semikonduktif diterapkan pada permukaan luar modul yang dapat diakses oleh personel, memastikan grounding yang andal.
3.1 Fitur Unit Utama Jaringan Cincin Insulasi Padat
(1) Desain Ramah Lingkungan. Unit-unit ini tidak menggunakan SF₆ sebagai media insulasi atau pemadam busur. Sebaliknya, mereka menggunakan pemutus vakum untuk switching dan material primer insulasi yang ramah lingkungan dan dapat didaur ulang. Dengan meminimalkan jumlah komponen, mereka memastikan konsumsi energi rendah dan tingkat kegagalan yang lebih rendah selama operasi.
(2) Benar-Benar Bebas Pemeliharaan. RMU insulasi padat menghilangkan kebutuhan untuk wadah tekanan SF₆. Isolasi internal dan pemutusan busur bergantung pada teknologi vakum, sementara isolasi eksternal menggunakan material padat seperti perumahan insulasi. Melalui teknologi encasing, pemutus vakum, jalur konduktif utama, dan dukungan isolasi diintegrasikan menjadi satu unit yang disegel dalam wadah logam, membuat kinerja tidak terpengaruh oleh faktor lingkungan eksternal. Struktur yang sepenuhnya diisolasi dan tertutup menghilangkan kebutuhan untuk deteksi kebocoran SF₆, pengisian gas, dan pembuangan limbah, memungkinkan operasi benar-benar bebas pemeliharaan.
(3) Efisiensi Biaya Tinggi. Meskipun investasi awal untuk RMU insulasi padat sedikit lebih tinggi daripada RMU SF₆, biaya siklus hidup totalnya jauh lebih rendah, seperti ditunjukkan dalam Tabel 1. Pengguna semakin mempertimbangkan faktor-faktor komprehensif seperti risiko keselamatan, kualitas listrik, kontrol biaya, dan keberlanjutan—tidak hanya harga pembelian awal—tetapi juga total biaya kepemilikan. Biaya kumulatif untuk pemeliharaan, pengisian gas, manajemen kebocoran, dan pemulihan akhir hidup untuk RMU SF₆ dapat mendekati harga pembelian awalnya, sementara RMU insulasi padat tidak memerlukan biaya tambahan setelah instalasi. Oleh karena itu, dari perspektif jangka panjang, RMU insulasi padat menawarkan manfaat ekonomi yang lebih unggul.
(4) Struktur Kompak. Dirancang untuk sekecil mungkin sambil memastikan keselamatan dan kemudahan operasi, unit-unit ini memiliki jejak dan volume yang lebih kecil bahkan dibandingkan dengan RMU SF₆, membantu pengguna menghemat ruang dan mencapai manfaat ekonomi langsung.
(5) Ketahanan Terhadap Kerusakan Busur Internal, Keamanan dan Keandalan yang Lebih Tinggi. Menurut laporan Exnis, kerugian signifikan akibat busur internal di switchgear primer dan sekunder terjadi setidaknya sekali setahun. Sebagian besar RMU insulasi padat mengintegrasikan desain tahan busur yang meminimalkan dampak busur internal, memastikan operasi yang lebih aman dan andal.
(6) Celah Isolasi yang Terlihat. Dilengkapi dengan jendela pengamatan, unit-unit ini memungkinkan inspeksi visual langsung kontak saklar pemutus tiga posisi, memastikan titik putus yang terlihat dan meningkatkan keselamatan operator.
(7) Kemampuan Cerdas. RMU insulasi padat lebih mudah disesuaikan dengan otomatisasi distribusi. Dengan menginstal unit terminal distribusi (DTUs) dan perangkat komunikasi, fungsi seperti pemantauan status, kendali jarak jauh ("empat-remote" fungsi), komunikasi, diagnosis diri, dan pencatatan peristiwa dapat dengan mudah diimplementasikan.
3.2 Status Aplikasi Saat Ini
Saat ini, adopsi luas RMU insulasi padat dibatasi oleh biaya yang relatif tinggi dan proses manufaktur yang kompleks. Produksinya memerlukan presisi teknis yang lebih tinggi daripada RMU insulasi SF₆. Teknik manufaktur yang tidak memadai dapat menyebabkan risiko isolasi yang lebih besar, probabilitas kegagalan yang lebih tinggi, dan bahaya yang lebih besar dibandingkan dengan RMU SF₆, sehingga memerlukan kontrol ketat atas kualitas bahan baku dan standar proses. Selain itu, konfigurasi kabel RMU insulasi padat kurang fleksibel, terutama untuk unit fungsional seperti kabinet transformator potensial (PT) dan kabinet pengukuran, menawarkan opsi terbatas dan membatasi aplikasi dan perkembangannya.
Dengan optimalisasi proses produksi yang berkelanjutan dan standarisasi yang semakin meningkat, kualitas RMU insulasi padat menjadi lebih stabil, dan harga secara bertahap menurun. Beberapa negara menawarkan insentif 5%-10% untuk produk yang tidak menggunakan SF₆ untuk mengurangi emisi. Hal ini mendorong pengguna untuk mempertimbangkan biaya siklus hidup total, bukan hanya harga pembelian awal. Berdasarkan praktik internasional, RMU insulasi padat dapat diprioritaskan dalam proyek yang sensitif terhadap lingkungan atau proyek baru—seperti komunitas perumahan, bangunan publik, dan infrastruktur kota—sambil secara bertahap menggantikan RMU SF₆.
RMU SF₆ yang sudah tua atau akhir masa pakainya dapat diganti secara sistematis berdasarkan umur layanan yang ditentukan oleh produsen. Subsidi untuk pengguna yang mengadopsi RMU insulasi padat yang ramah lingkungan dapat lebih mendukung pertimbangan biaya siklus hidup, mempromosikan adopsi produk, dan mendorong teknologi yang bertanggung jawab terhadap lingkungan. Dengan meningkatnya kesadaran lingkungan, RMU insulasi padat, sebagai salah satu alternatif untuk RMU SF₆, akan secara bertahap menggantikan sebagian unit SF₆ yang ada dan mendapatkan aplikasi yang luas, menunjukkan potensi pasar yang kuat.
4 Kesimpulan
RMU insulasi padat setara secara teknologi dengan RMU SF₆ dan memiliki keunggulan unik seperti tidak menghasilkan emisi berbahaya, operasi benar-benar bebas pemeliharaan, dan biaya siklus hidup total yang lebih rendah, membuatnya semakin menarik bagi pengguna. "Katalog Pertama Teknologi Baru Prioritas Promosi" (2011) dari State Grid Corporation of China menyatakan bahwa, mengingat tren menuju keandalan teknis yang lebih tinggi dan persyaratan lingkungan yang lebih ketat, RMU insulasi padat siap untuk sepenuhnya menggantikan RMU SF₆.
Selain itu, "Spesifikasi Teknis untuk Unit Utama Jaringan Cincin Insulasi Padat 12 kV" yang dikeluarkan oleh State Grid Corporation pada 2012 mengkonfirmasi bahwa RMU insulasi padat secara teknis mampu memenuhi permintaan operasional yang kompleks dan mewakili arah baru dalam pengembangan RMU, layak dipromosikan secara aktif. Ini menandai pengakuan resmi RMU insulasi padat oleh industri dan komunitas teknis. Sebagai alternatif yang layak untuk RMU SF₆, RMU insulasi padat akan secara bertahap menggantikan sebagian unit SF₆ yang ada, mencapai aplikasi yang luas, dan menunjukkan prospek pengembangan yang sangat baik di masa depan.
