Analisis Teknis Ketahanan Terhadap Korsleting Busur Internal dan Optimalisasi SF6 Fully Insulated Gas-Insulated Ring Main Units (RMUs)

Unit-unit Ring Main Unit (RMU) yang sepenuhnya terisolasi SF6 (selanjutnya disebut RMU) terutama terdiri dari unit switch beban dan perangkat gabungan switch beban AC tegangan tinggi-fuse (selanjutnya disebut perangkat gabungan). Sesuai dengan kebutuhan pengguna, mereka dapat dikonfigurasi sebagai struktur tangki umum atau struktur unitisasi.

Dalam aplikasi teknik praktis, koneksi listrik biasanya dibuat menggunakan busbar isolasi padat yang dipasang di bagian atas atau busbar plug-in yang dipasang di sisi. Di antara berbagai parameter teknis, arus transfer unit perangkat gabungan dan kemampuan penutupan unit switch beban mewakili tantangan utama dalam pengembangan. Selain itu, karena semakin meningkatnya kekhawatiran tentang keselamatan, kerusakan busur internal telah semakin menarik perhatian pengguna dalam beberapa tahun terakhir.

1. Analisis Masalah Teknis

Selama pengembangan dan produksi RMU, aspek-aspek berikut memerlukan pertimbangan yang cermat:

1.1 Arus Transfer

Arus transfer perangkat gabungan merujuk pada arus simetris tiga fasa di mana fungsi pemutusan beralih dari fuse ke switch beban. Untuk arus yang melebihi nilai ini, pemutusan dilakukan secara eksklusif oleh fuse. Dalam rentang arus gangguan yang lebih rendah, waktu lebur fuse tiga fasa menunjukkan variasi inheren. Fuse dengan waktu lebur terpendek memutuskan pertama, dan striker-nya mengaktifkan, memicu mekanisme trip untuk membuka switch beban.

Pemutusan dua fase sisanya bergantung pada perbandingan antara karakteristik waktu-arus sebenarnya dari fuse masing-masing (di mana arus di dua fase sisanya sekitar 87% dari arus tiga fasa) dan waktu pembukaan switch beban yang diinisiasi oleh striker fuse yang memutuskan pertama. Jika lebur fuse tertunda, dua fase sisanya diputus oleh switch beban. Dengan demikian, pemutusan arus gangguan dalam rentang ini dibagi antara fuse dan switch beban.

Arus transfer perangkat gabungan ditentukan oleh dua faktor kunci: waktu trip switch beban yang diinisiasi oleh striker fuse dan karakteristik waktu-arus sebenarnya dari fuse. Arus transfer nominal adalah parameter teknis kritis, mewakili arus maksimum yang dapat diputus dengan aman oleh switch beban. Saat memilih fuse pembatas arus, karakteristik waktu-arus mereka harus dievaluasi untuk memastikan arus transfer yang dihasilkan berada di bawah arus transfer nominal perangkat gabungan. Ini memastikan koordinasi yang andal dan aman antara switch beban dan fuse, memungkinkan perlindungan efektif transformator.

1.2 Kemampuan Penutupan

Selama pengujian switch beban, operasi penutupan yang tidak berhasil kadang-kadang terjadi, umumnya jatuh ke dalam dua kategori: gagal memenuhi jumlah penutupan yang diperlukan atau tidak dapat menutup pada arus pendek nominal. Analisis hasil uji menunjukkan bahwa kegagalan tersebut sebagian besar disebabkan oleh erosi berlebihan kontak utama, yang mengurangi kemampuan mereka untuk menangani arus pendek nominal.

Oleh karena itu, meminimalkan atau mencegah erosi kontak utama sangat penting untuk mencapai hasil uji yang sukses. Penelitian dan pengujian ekstensif telah menunjukkan bahwa menambahkan kontak bantu yang terbuat dari paduan tembaga-kromium titik lebur tinggi ke kontak utama asli dapat melindungi secara tidak langsung kontak utama tembaga titik lebur rendah. Pendekatan desain spesifik dapat diadaptasi secara fleksibel berdasarkan struktur kontak yang digunakan—baik gerakan linear atau jenis pisau putar.

2. Menahan Kerusakan Busur Internal

Busur listrik bereaksi dengan keras terhadap udara sekitarnya, menyebabkan kenaikan suhu dan tekanan yang cepat. Jika tidak dikelola dengan benar, hal ini dapat menimbulkan risiko serius bagi personel dan peralatan. Uji kerusakan busur internal harus dilakukan secara terpisah untuk kompartemen gas (kompartemen switch) dan kompartemen kabel RMU. Untuk lulus uji, kriteria berikut harus dipenuhi:

• Panel dan pintu switchgear harus tetap tertutup; deformasi terbatas dapat diterima.

• Kotak penyimpanan tidak boleh pecah, dan tidak ada fragmen yang lebih berat dari 60 g yang boleh dikeluarkan.

• Tidak boleh ada lubang yang terbentuk pada permukaan yang dapat diakses dari switchgear hingga ketinggian 2 m.

• Indikator horizontal dan vertikal yang digunakan selama uji tidak boleh terbakar oleh gas panas.

• Kotak penyimpanan harus tetap terhubung ke titik grounding sepanjang uji.

2.1 Arus Pemutusan Pendek Nominal

Arus pemutusan pendek nominal perangkat gabungan ditentukan oleh fuse yang dipilih. Pertimbangan berikut berlaku:

• Arus pemutusan pendek nominal fuse harus lebih besar atau sama dengan arus gangguan prospektif maksimum di titik instalasi dalam sistem distribusi.

• Arus pemutusan pendek nominal fuse harus sesuai dengan baik dengan arus pendek nominal switch beban dalam perangkat gabungan.

• Tiga fuse dengan model dan spesifikasi yang sama harus dipasang; jika tidak, kinerja pemutusan mungkin terganggu.

• Fuse harus dipasang dengan benar dan lengkap untuk memastikan striker aktif pada waktu yang tepat dan secara andal memicu mekanisme trip switch beban.

• Setelah satu atau dua fuse beroperasi, semua tiga harus diganti, kecuali jika dapat dipastikan bahwa fuse yang tidak beroperasi tidak membawa arus.

2.2 Operasi di Ketinggian Tinggi

Desain kompartemen gas tertutup pada RMU biasanya didasarkan pada operasi di ketinggian di bawah 1.000 m. Pada ketinggian yang lebih tinggi, udara menjadi lebih tipis dan tekanan atmosfer menurun. Karena densitas gas internal tetap konstan, tekanan relatif dalam kompartemen tertutup meningkat. Hal ini dapat menyebabkan stres mekanis yang lebih besar pada kotak penyimpanan, mengakibatkan deformasi dan risiko kebocoran gas yang lebih tinggi. Dalam kasus seperti itu, kekuatan kotak penyimpanan harus diperkuat dan divalidasi melalui pengujian. Mengurangi tekanan pengisian gas (atau densitas) bukanlah solusi yang ilmiah atau direkomendasikan.

2.3 Kontrol Kadar Kelembaban

Pasal 6.5.1 dari DL/T 791-2001, Pedoman untuk Pemilihan Switchgear Gas Insulated AC Indoor, menentukan kadar kelembaban dalam kompartemen gas: “Saat tekanan pengisian nominal tidak lebih dari 0,05 MPa, kadar kelembaban tidak boleh melebihi 2.000 μL/L (oleh volume).” Standar lainnya tidak memberikan panduan spesifik. Dalam produksi RMU, mengontrol kadar kelembaban pada 1.000 μL/L (pada 20°C) dianggap wajar, berdasarkan alasan berikut:

• Switch beban memutuskan arus yang relatif kecil (630 A), dengan maksimum arus transfer (sekitar 1.500-2.200 A).

• Tekanan pengisian rendah (diberi rating 0,03-0,05 MPa), jauh lebih rendah daripada GIS tegangan tinggi (sekitar 0,5 MPa).

• Kinerja penyegelan sangat baik, menghasilkan masuknya kelembaban dari lingkungan eksternal yang sangat lambat.

• Hasil uji menunjukkan produk dekomposisi SF6 yang minimal setelah pemutusan.

• Selama pengujian, sampel tidak dikendalikan kelembaban dengan sengaja, namun tidak ada kegagalan yang disebabkan oleh kelembaban berlebihan yang diamati.

Oleh karena itu, sepenuhnya mengabaikan kontrol kelembaban selama produksi tidak dapat dibenarkan, begitu pula dengan ketat mematuhi batas-batas insulasi tanpa mempertimbangkan persyaratan pemadam busur. Berdasarkan pengalaman produksi dan operasional bertahun-tahun, menjaga kadar kelembaban pada 1.000 μL/L (pada 20°C) selama manufaktur adalah teknis yang masuk akal dan wajar.

3. Kesimpulan

RMU telah diproduksi dan dioperasikan di China selama bertahun-tahun, menunjukkan teknologi yang matang, kinerja stabil, dan penerimaan pasar yang kuat. Diharapkan lebih banyak produsen akan memasuki bidang ini dan terus mengeksplorasi, mendiskusikan, dan berbagi wawasan tentang tantangan teknis yang dihadapi dalam penelitian, manufaktur, dan operasi, sehingga secara bersama-sama mendorong teknologi RMU dan mempromosikan peningkatan berkelanjutan.