Pengembangan Global dan Teknologi Kunci Unit Utama Cincin dengan Isolasi Padat (RMUs)

Status Pengembangan di Dalam Negeri dan Luar Negeri

Toshiba Corporation dari Jepang mengembangkan bahan resin epoksi berkinerja tinggi dan teknologi pengecoran pada tahun 1999, dan kemudian meluncurkan unit ring main padat (RMU) berisolasi padat 24 kV pada tahun 2002. Lini produk telah diperluas sejak itu, dan perusahaan tersebut sekarang bergerak menuju tegangan yang lebih tinggi yaitu 72 kV dan 84 kV. Holec, yang awalnya merupakan pelopor Eropa dengan konsep desain canggih dan proses manufaktur ramah lingkungan yang tidak mencemari, kemudian diakuisisi oleh Eaton.

RMU berisolasi padat Holec adalah salah satu yang pertama diperkenalkan ke China, dan banyak produsen domestik yang mengembangkan RMU berisolasi padat sendiri memiliki pengaruh jelas dari desain Holec. Meskipun China memulai lebih lambat dalam bidang ini, perkembangannya sangat cepat. Perusahaan-perusahaan representatif seperti Beijing Shuangjie, Shenyang Haocheng, dan Beihai Galaxy telah mengembangkan produk yang telah lulus uji tipe, mencapai kapabilitas produksi massal, dan semakin dipromosikan dan diterapkan.

Teknologi Kunci dan Tren Pengembangan

Pencapaian dan kemajuan teknologi isolasi padat adalah dasar bagi promosi dan penerapan yang sukses dari switchgear berisolasi padat. Banyak produsen di seluruh dunia, termasuk Toshiba dan Hitachi, telah menginvestasikan sumber daya manusia, material, dan finansial yang signifikan ke dalam teknologi isolasi padat, mencapai kemajuan teknis yang signifikan. Berdasarkan integrasi hasil penelitian global, tantangan teknis kunci dan tren pengembangan adalah sebagai berikut:

• Pengembangan resin epoksi berkinerja tinggi baru. Menggunakan resin epoksi berkinerja tinggi untuk langsung mengekstraksi interrupter vakum memfasilitasi konduksi panas dan menghilangkan kebutuhan akan buffer karet silikon.

• Desain isolasi untuk memastikan tegangan tahan dan level discharge parsial yang diperlukan.

• Penelitian dan pengembangan proses pengecoran resin epoksi untuk mengatasi masalah seperti discharge parsial dan retak pada komponen isolasi padat.

• Penelitian dan pengembangan lapisan perisai permukaan untuk komponen isolasi padat.

• Analisis stabilitas resin epoksi. Menggunakan uji penuaan percepatan untuk mempelajari umur layanan normal resin epoksi dan menganalisis tren dan laju perubahan kinerja, seperti discharge parsial, selama umur layanan.

• Desain cerdas. Menggunakan teknologi sensor dan pengukuran canggih untuk mencapai pemantauan online kualitatif dan kuantitatif dari parameter karakteristik seperti level discharge parsial.

Masalah dan Keterbatasan yang Ada

RMU berisolasi padat memiliki persyaratan teknis dan proses yang lebih tinggi dibandingkan RMU berisolasi gas SF₆. Jika teknologi belum matang atau proses tidak memadai, risiko kegagalan isolasi, kesalahan operasional, dan potensi bahaya lebih besar daripada unit berisolasi gas SF₆. Oleh karena itu, RMU berisolasi padat membutuhkan standar yang lebih tinggi dalam teknologi, proses manufaktur, dan kualitas bahan baku. Meskipun ada peningkatan penerimaan pengguna dalam beberapa tahun terakhir, beberapa masalah masih ada dari perspektif pengembangan industri jangka panjang dan keandalan peralatan:

(1) Masalah Discharge Parsial

Berbeda dengan isolasi gas, di mana kebocoran gas dapat dimonitor dan discharge mungkin bisa pulih sendiri, isolasi padat, setelah rusak oleh discharge, tidak dapat pulih. Discharge cenderung bertambah sepanjang masa pakai produk, yang dapat menyebabkan kegagalan isolasi dan hubungan pendek antara fasa.

(2) Retak Komponen Isolasi

RMU berisolasi padat awal, baik di dalam negeri maupun luar negeri, mulai menunjukkan retak pada komponen isolasi karena getaran frekuensi daya jangka panjang, getaran operasional, dampak mekanis, siklus termal, dan fluktuasi suhu lingkungan, yang menyebabkan peningkatan insiden kecelakaan.

(3) Keamanan dan Keandalan Fungsi Isolasi

Keamanan dan keandalan fungsi isolasi pada RMU berisolasi padat sangat penting. Saat ini, disconnector tiga posisi tradisional digunakan secara utama, sepenuhnya terenkapsulasi dalam isolasi padat. Kinerja isolasi dari break isolasi bergantung pada celah udara antara kontak bergerak dan tetap serta jarak merayap permukaan komponen isolasi. Flashover permukaan sepanjang komponen isolasi meningkatkan risiko kegagalan break dan potensi bahaya personil. Selain itu, faktor lingkungan dan penuaan material dapat meningkatkan arus bocor permukaan, yang secara signifikan mengurangi kinerja isolasi dan mengancam operasi yang aman dan andal.

(4) Pemilihan dan Pengembangan Material Isolasi

Kualitas dan kinerja bahan isolasi utama secara langsung mempengaruhi keandalan dan stabilitas unit secara keseluruhan. Mengingat penggunaan luas bahan isolasi, pertimbangan untuk mendaur ulang, memisahkan, memproses, dan menggunakan kembali limbah bahan dan komponen sangat penting untuk meminimalkan pemborosan sumber daya.

(5) Masalah Proses Enkapsulasi

Desain produk harus memfasilitasi kemudahan manufaktur dan perakitan, sementara proses manufaktur dan perakitan harus bertujuan untuk polusi lingkungan minimal atau nol dan penggunaan energi dan sumber daya yang optimal. Untuk produk yang terenkapsulasi, formulasi proses enkapsulasi dan pemilihan peralatan enkapsulasi sangat kritis.

Analisis Teknologi Kunci

(1) Teknologi Enkapsulasi Berkualitas Tinggi dan Efisien

Berdasarkan mekanisme discharge parsial, discharge internal pada komponen isolasi padat sebagian besar disebabkan oleh rongga ( gelembung ) dalam bahan. Enkapsulasi konvensional melibatkan penempatan komponen yang telah dipanaskan ke dalam cetakan logam yang telah dipanaskan, evakuasi rongga cetakan, penyuntikan perlahan resin epoksi yang telah dipanaskan dan dapat diatur, dan penyembuhan. Metode ini tidak efisien, mahal, dan sering gagal menghilangkan gelembung secara total, menyebabkan banyak rongga. Rongga-rongga ini dapat menyebabkan discharge parsial setelah komisi, akhirnya menyebabkan kegagalan isolasi dan mengancam operasi yang aman dan andal. Oleh karena itu, adopsi teknologi enkapsulasi resin epoksi berkualitas tinggi dan efisien sangat penting.

(2) Optimalisasi Desain Struktur Modul Isolasi

Desain modul isolasi harus memenuhi persyaratan fungsional, inspeksi, dan instalasi, serta memastikan daya tarik estetika, pengurangan konsumsi bahan, dan penghindaran stres residu. Stres residu dapat menyebabkan retak internal dan eksternal pada komponen isolasi, yang dapat menyebabkan discharge parsial dan kegagalan isolasi selama operasi. Oleh karena itu, penelitian mendalam tentang layout keseluruhan, ketebalan, dan transisi modul isolasi diperlukan, serta pertimbangan desain pendinginan.

(3) Optimalisasi Desain Medan Listrik

Discharge korona terjadi ketika kekuatan medan listrik dekat permukaan konduktor mencapai kekuatan breakdown gas sekitarnya, biasanya dalam medan yang sangat tidak seragam. Ujung tajam atau titik pada elektroda tegangan tinggi dapat mengonsentrasikan medan listrik, menyebabkan discharge korona. Sebagai bentuk discharge parsial, korona dapat berkembang menjadi kegagalan isolasi seiring waktu, mempengaruhi operasi yang aman dan andal. Oleh karena itu, merancang komponen konduktif untuk memastikan medan listrik yang cukup lemah dan seragam adalah teknologi kunci. Metode yang efektif termasuk penggunaan perangkat lunak simulasi untuk perhitungan medan listrik, optimasi distribusi medan listrik, dan penyempurnaan bentuk isolasi dan elektroda. Ring perisai atau langkah-langkah serupa untuk mengurangi kekuatan medan listrik juga mungkin diperlukan.

(4) Penelitian dan Desain Lapisan Perisai

Tujuan utama penerapan lapisan perisai logam yang di-ground pada permukaan luar modul isolasi adalah: pertama, untuk membatasi kegagalan short-circuit hanya pada fase-ke-tanah jika terjadi kegagalan isolasi, mengurangi energi arcing internal dan risiko kegagalan; kedua, untuk mempertahankan kinerja isolasi dalam lingkungan apa pun tanpa memerlukan pembersihan permukaan, mencapai operasi bebas perawatan, dan memastikan distribusi medan listrik tetap tidak berubah bahkan jika benda asing logam masuk ke dalam penutup.

(5) Penelitian dan Analisis Stabilitas Resin Epoksi

Sebagai bahan polimer, resin epoksi dapat mengalami degradasi (penuaan) selama proses, aplikasi, dan penyimpanan, mempengaruhi kinerja dan umur layanan. Faktor penuaan yang paling umum adalah panas dan radiasi ultraviolet. Dalam switchgear, pembangkitan panas berkelanjutan selama operasi tidak dapat dihindari mempercepat penuaan resin epoksi. Oleh karena itu, menggunakan uji penuaan simulasi untuk menganalisis statistik kinerja komponen isolasi padat yang dibuat dari bahan yang berbeda dan pada tahap penuaan yang berbeda sangat penting untuk menetapkan hubungan kritis.

Kesimpulan

Teknologi isolasi padat telah mendapatkan pengakuan dari pengguna dan pasar dan semakin dipromosikan dan diterapkan. Hal ini memerlukan produsen peralatan untuk memproduksi produk yang memenuhi tuntutan keandalan dan stabilitas pasokan listrik. Penelitian signifikan telah dilakukan pada proses enkapsulasi dan desain lapisan perisai permukaan untuk RMU berisolasi padat, menghasilkan hasil yang nyata. Namun, upaya-upaya ini masih kurang. Harus ditekankan lebih lanjut pada penelitian bahan enkapsulasi baru, pencegahan retak komponen isolasi, dan desain struktural komponen inovatif. Secara keseluruhan, penelitian teknis, akumulasi, dan terobosan lebih lanjut diperlukan untuk RMU berisolasi padat.