SF₆ berbanding RMU Berasingan Padat: Yang Mana Lebih Baik untuk Sistem Pengagihan Kuasa Anda
1 Rangkaian Jaringan Tenaga Elektrik dan Unit Utama Rangkaian
Dengan perkembangan urbanisasi, permintaan untuk keandalan yang lebih tinggi dalam distribusi tenaga elektrik terus meningkat, dan semakin banyak pengguna memerlukan dua atau lebih sumber tenaga. Metode "penyediaan tenaga radial" tradisional menghadapi tantangan seperti kesulitan dalam pemasangan kabel, deteksi kerusakan yang rumit, dan ketidakfleksibelan dalam peningkatan dan ekspansi grid. Sebaliknya, "penyediaan tenaga jaringan cincin" memungkinkan sumber daya ganda atau multipel untuk beban penting, menyederhanakan garis distribusi, mempermudah pemasangan kabel, mengurangi jumlah peralatan pemutus, menurunkan tingkat kegagalan, dan mempermudah lokalisasi kerusakan.
1.1 Penyediaan Tenaga Jaringan Cincin
Penyediaan tenaga jaringan cincin merujuk pada konfigurasi di mana dua atau lebih jalur keluar dari substation yang berbeda atau busbar yang berbeda dari substation yang sama dihubungkan untuk membentuk loop tertutup untuk distribusi tenaga. Keuntungan utamanya adalah setiap cabang distribusi dapat menerima tenaga dari salah satu sisi cincin. Jika satu sisi gagal, tenaga masih dapat disediakan dari sisi lain. Meskipun beroperasi dalam mode single-loop, setiap cabang secara efektif mencapai tingkat keandalan sumber daya ganda, meningkatkan keandalan sistem secara signifikan. Di China, sistem jaringan cincin perkotaan mengikuti "kriteria keamanan N−1," artinya jika salah satu dari N beban gagal, N−1 beban yang tersisa masih dapat ditenagai dengan aman tanpa gangguan atau pengurangan beban.
1.2 Konfigurasi Koneksi Jaringan Cincin
(1) Koneksi Cincin Dasar: Sumber daya tunggal dengan kabel membentuk cincin, memastikan penyediaan tenaga 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 substation atau busbar yang berbeda; pemeliharaan pada bagian kabel manapun tidak mengganggu penyediaan tenaga ke beban apapun (lihat Gambar 3).
(4) Konfigurasi Cincin Ganda: Setiap beban ditenagai 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 tenaga dari kedua garis. Konfigurasi ini memastikan penyediaan tenaga hampir terus menerus untuk pengguna sumber daya ganda dan sangat cocok untuk aplikasi kritis (lihat Gambar 5).
1.3 Unit Utama Rangkaian dan Karakteristiknya
Unit utama rangkaian (RMU) adalah peralatan pemutus yang digunakan dalam sistem tenaga jaringan cincin, biasanya mencakup switch load, pemutus sirkuit, kombinasi pemutus dan sekering, coupler 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 perusahaan kecil dan menengah, stasiun switching sekunder, substation pad-mounted, dan kotak distribusi kabel.
1.4 Jenis Unit Utama Rangkaian
RMU Insulasi Udara: Menggunakan udara sebagai medium insulasi; unit-unit ini berukuran besar, membutuhkan ruang lebih, dan rentan terhadap kondisi lingkungan.
RMU SF₆: Menggunakan gas sulfur heksafluorida (SF₆) sebagai medium insulasi dan pemadam busur. Switch utama disegel dalam enklosur logam yang diisi dengan SF₆, sementara mekanisme operasi berada di luar. Desain segel mengurangi dampak lingkungan dan memungkinkan ukuran yang jauh lebih kecil dibandingkan unit insulasi udara. RMU SF₆ saat ini merupakan jenis yang paling banyak digunakan.
RMU Insulasi Padat: Menggunakan bahan insulasi padat (misalnya, resin epoksi) untuk mengenkapsulasi dan mencetak switch dan semua bagian hidup. Desain ini mengurangi jarak insulasi fase-ke-fase dan fase-ke-tanah, menghasilkan dimensi yang kompak sebanding dengan RMU SF₆. Selain itu, mereka menghilangkan emisi SF₆ dan dapat mencapai operasi bebas pemeliharaan.
2 Keterbatasan Unit Utama Rangkaian SF₆
SF₆ adalah kontributor utama terhadap 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 kompak, SF₆ diakui sebagai gas rumah kaca yang sangat berbahaya. Sekitar 80% produksi global SF₆ digunakan dalam industri tenaga. Baik Panel Intergovernmental tentang Perubahan Iklim (IPCC) maupun Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (EPA) mengklasifikasikan SF₆ sebagai salah satu gas rumah kaca yang paling berbahaya. Regulasi F-Gas UE (2006) melarang penggunaan SF₆ dalam 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 konten kelembaban.
Peralatan pemulihan SF₆: Selama pemutusan busur, produk sampingan seperti SF₄ terbentuk; oleh karena itu, pada akhir umur, tidak hanya gas sisa SF₆ yang harus dipulihkan, tetapi juga produk sampingan beracun harus ditangani secara khusus.
Sistem pemurnian SF₆ untuk membersihkan dan menggunakan kembali gas.
Sistem ventilasi di substation.
Ketika menggunakan RMU SF₆, tindakan berikut harus diamati:
Minimalkan kebocoran SF₆. Meskipun RMU SF₆ menggunakan enklosur segel tekanan berlebih, kebocoran gas tidak dapat dihindari. Tekanan gas yang berkurang menurunkan keandalan pemutusan, langsung membahayakan keselamatan personil dan memperpendek umur peralatan.
Personil harus melakukan ventilasi paksa dan memakai peralatan pelindung khusus sebelum memasuki substation dengan peralatan SF₆.
Operasinya kompleks, memerlukan pelatihan yang menyeluruh dan berulang untuk personil yang relevan.
3 Fitur dan Aplikasi Unit Utama Rangkaian Insulasi Padat
Bahaya lingkungan potensial yang terkait dengan unit utama rangkaian (RMU) SF₆ telah membatasi perkembangan lebih lanjut, menjadikan pencarian alternatif SF₆ fokus penelitian kunci di seluruh dunia. Unit utama rangkaian insulasi padat pertama kali dikembangkan dan diperkenalkan oleh Eaton Corporation dari Amerika Serikat pada akhir tahun 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.
Unit utama rangkaian insulasi padat mengintegrasikan pemutus vakum, switch putus, switch grounding, konduktor utama, busbar cabang, atau kombinasinya, yang dienkapsulasi dalam resin epoksi atau bahan insulasi padat lainnya. Komponen-komponen ini disegel dalam modul fungsional yang sepenuhnya terisolasi dan tertutup, yang dapat dikombinasikan kembali atau diperluas. Lapisan pelindung konduktif atau semikonduktif diterapkan pada permukaan luar modul yang dapat diakses oleh personil, memastikan grounding yang andal.
3.1 Fitur Unit Utama Rangkaian 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 bahan insulasi primer 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. Unit utama rangkaian insulasi padat menghilangkan kebutuhan akan wadah tekanan SF₆. Insulasi internal dan pemutusan busur bergantung pada teknologi vakum, sementara insulasi eksternal menggunakan bahan padat seperti perumahan insulasi. Melalui teknologi casting, pemutus vakum, jalur konduktif utama, dan dukungan insulasi diintegrasikan menjadi satu unit yang disegel dalam enklosur logam, membuat kinerja tidak terpengaruh oleh faktor lingkungan eksternal. Struktur yang sepenuhnya terisolasi dan tertutup menghilangkan kebutuhan untuk deteksi kebocoran SF₆, pengisian ulang gas, dan pembuangan limbah, memungkinkan operasi benar-benar bebas pemeliharaan.
(3) Efisiensi Biaya Tinggi. Meskipun investasi awal untuk unit utama rangkaian insulasi padat sedikit lebih tinggi daripada RMU SF₆, biaya siklus hidup total jauh lebih rendah, seperti ditunjukkan dalam Tabel 1. Pengguna semakin mempertimbangkan faktor-faktor komprehensif seperti risiko keselamatan, kualitas tenaga, kontrol biaya, dan keberlanjutan—tidak hanya harga pembelian awal—tetapi juga total biaya kepemilikan. Biaya kumulatif pemeliharaan, pengisian ulang gas, manajemen kebocoran, dan pemulihan akhir umur untuk RMU SF₆ dapat mendekati biaya pembelian awal mereka, sementara unit utama rangkaian insulasi padat tidak memerlukan biaya tambahan setelah instalasi. Dari perspektif jangka panjang, unit utama rangkaian insulasi padat menawarkan manfaat ekonomi yang superior.
(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 dalam peralatan pemutus primer dan sekunder terjadi setidaknya sekali setahun. Sebagian besar unit utama rangkaian insulasi padat mencakup 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 switch putus tiga posisi, memastikan titik putus yang terlihat dan meningkatkan keselamatan operator.
(7) Kemampuan Cerdas. Unit utama rangkaian insulasi padat lebih mudah diadaptasi untuk otomatisasi distribusi. Dengan menginstal unit terminal distribusi (DTUs) dan perangkat komunikasi, fungsi-fungsi seperti pemantauan status, kendali jarak jauh ("empat remote" fungsi), komunikasi, diagnosis sendiri, dan pencatatan peristiwa dapat dengan mudah diimplementasikan.
3.2 Status Aplikasi Saat Ini
Saat ini, adopsi luas unit utama rangkaian 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 diperlukan kontrol ketat atas kualitas bahan baku dan standar proses. Selain itu, konfigurasi kabel unit utama rangkaian insulasi padat kurang fleksibel, terutama untuk unit fungsional seperti kabinet transformator potensial (PT) dan kabinet pengukuran, menawarkan opsi yang terbatas dan membatasi aplikasi dan pengembangannya.
Dengan optimalisasi proses produksi yang berkelanjutan dan standarisasi yang semakin meningkat, kualitas unit utama rangkaian 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, unit utama rangkaian insulasi padat dapat diprioritaskan dalam proyek-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 mencapai akhir umur dapat diganti secara sistematis berdasarkan umur layanan yang ditentukan oleh produsen. Subsidi untuk pengguna yang mengadopsi unit utama rangkaian insulasi padat yang ramah lingkungan dapat lebih lanjut mendukung pertimbangan biaya siklus hidup, mempromosikan adopsi produk, dan mendorong teknologi yang bertanggung jawab terhadap lingkungan. Dengan meningkatnya kesadaran lingkungan, unit utama rangkaian 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
Unit utama rangkaian insulasi padat secara teknologi setara dengan RMU SF₆ dan memiliki keunggulan unik seperti tidak menghasilkan emisi berbahaya, benar-benar bebas pemeliharaan, dan biaya siklus hidup total yang lebih rendah, membuatnya semakin menarik bagi pengguna. "Katalog Pertama Teknologi Baru Prioritas Promosi" oleh State Grid Corporation of China (2011) menyatakan bahwa, dengan mempertimbangkan tren menuju keandalan teknis yang lebih tinggi dan persyaratan lingkungan yang lebih ketat, unit utama rangkaian insulasi padat siap untuk sepenuhnya menggantikan RMU SF₆.
Selain itu, "Spesifikasi Teknis untuk Unit Utama Rangkaian Insulasi Padat 12 kV" yang dikeluarkan oleh State Grid Corporation pada 2012 mengkonfirmasi bahwa unit utama rangkaian insulasi padat secara teknis mampu memenuhi tuntutan operasional yang kompleks dan mewakili arah baru dalam pengembangan unit utama rangkaian, patut dipromosikan secara aktif. Ini menandai pengakuan resmi unit utama rangkaian insulasi padat oleh industri dan komunitas teknis. Sebagai alternatif yang layak untuk RMU SF₆, unit utama rangkaian 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.
