Penanganan Kegagalan Pemutus Tegangan Tinggi untuk Membuka di Substasi 110 kV

Berdasarkan peraturan yang relevan, disconnector tegangan tinggi diperbolehkan untuk melakukan operasi berikut:

• Peralihan (membuka/menutup) transformator potensial (PTs) dan pelindung petir yang beroperasi normal;

• Peralihan disconnector grounding netral dari transformator utama dalam kondisi operasi normal;

• Peralihan loop arus kecil untuk menyeimbangkan arus sirkulasi.

Disconnector tegangan tinggi adalah komponen listrik tanpa kemampuan pemadam busur. Oleh karena itu, hanya boleh dioperasikan ketika berada dalam posisi terbuka. Mengoperasikan disconnector saat beban—yaitu, ketika pemutus sirkuit yang terkait ditutup atau peralatan sedang bertenaga—dapat menghasilkan busur listrik yang intens. Dalam kasus yang parah, hal ini dapat menyebabkan hubungan singkat antar fasa, merusak peralatan, dan bahkan membahayakan keselamatan personel.

Ketika disconnector berada dalam keadaan terbuka, harus ada pemisahan yang jelas dan andal antara kontak gerak dan kontak statis, memenuhi jarak isolasi yang diperlukan. Sebaliknya, ketika tertutup, harus mampu membawa baik arus beban normal maupun arus hubungan singkat secara andal. Fungsi utama disconnector adalah untuk memberikan titik isolasi yang andal antara bagian hidup tegangan tinggi dan sumber daya atau busbar, memastikan pemutusan yang jelas untuk pemeliharaan aman jalur yang tidak bertenaga.

Disconnector tegangan tinggi juga dapat digunakan dalam koordinasi dengan garis transmisi stasiun untuk melakukan operasi peralihan, sehingga mengubah konfigurasi operasional stasiun. Misalnya, dalam stasiun dengan operasi dua busbar, busbar operasi dapat dipindahkan ke busbar cadangan—atau komponen listrik pada satu busbar dipindahkan ke busbar lain—menggunakan pemutus sirkuit penghubung busbar dan disconnector tegangan tinggi di kedua sisi pemutus sirkuit penghubung. Namun, karena operasi peralihan yang sering, kegagalan seperti tidak dapat membuka atau menutup disconnector dapat terjadi. Kegagalan-kegagalan ini harus didiagnosis dan dianalisis secara sistematis. Jika ada cacat inheren dalam disconnector sendiri, perbaikan desain diperlukan.

1. Karakteristik Disconnector

Secara umum, satu disconnector dipasang di setiap sisi pemutus sirkuit untuk menciptakan titik pemutusan yang jelas—meningkatkan keamanan dan memudahkan pemeliharan. Daya disuplai dari busbar atas melalui lemari switchgear ke feeder keluar. Disconnector hulu pemutus sirkuit sebagian besar mengisolasi sumber daya. Namun, daya kadang-kadang dapat disuplai dari sisi hilir—misalnya, melalui aliran daya balik dari sirkuit lain atau kapasitor—yang memerlukan disconnector kedua di hilir pemutus sirkuit.

Suatu substation 110 kV menggunakan disconnector tegangan tinggi tipe GW16B/17B-252. Spesifikasi teknisnya terdaftar dalam Tabel 1. Disconnector ini adalah perangkat tegangan tinggi luar ruangan tiga kutub yang dirancang untuk operasi peralihan tanpa beban di substation 110 kV, memberikan isolasi listrik antara peralatan yang sedang diperbaiki dan sirkuit yang bertenaga.

Fitur utama dari disconnector ini termasuk struktur yang padat, tahan oksidasi tinggi, operasi stabil, dan kinerja seismik yang kuat. Sistem kontak mekanisnya menggunakan desain fleksibel tunggal sederhana, dengan komponen transmisi ditempatkan di dalam tabung konduktif untuk melindunginya dari gangguan lingkungan eksternal. Di dalam tabung konduktif terdapat sepasang pegas penyeimbang dan satu set pegas pengunci: yang pertama memastikan keseimbangan mekanis yang andal selama operasi buka dan tutup, sementara yang kedua memberikan tekanan kontak yang cukup untuk penguncian yang aman.

Karena disconnector biasanya dipasang di luar ruangan, mereka rentan terhadap pengaruh eksternal seperti angin dan aktivitas seismik. Untuk meningkatkan keandalan operasional, mekanisme pengunci diintegrasikan ke dalam badan disconnector untuk memastikan penutupan yang stabil dan aman. Baik disconnector maupun saklar penghubung tanahnya menggunakan tabung konduktif berbahan aluminium, dengan kontak gerak dan stasioner yang dilapisi perak atau emas untuk menjamin ketahanan aus, kekuatan mekanis, dan stabilitas listrik pada sendi putar.

Saklar penghubung tanah memiliki struktur ayunan lengan tunggal. Selama proses penutupan, kontak gerak terlebih dahulu berputar dan kemudian bergerak secara vertikal ke atas untuk mengengklik kontak stasioner, mencegah pantulan atau pentalan kontak. Desain ini memastikan penutupan yang andal dan stabilitas dinamis dan termal yang konsisten dalam kondisi arus pendek nominal.

2. Struktur dan Prinsip Kerja Disconnector

Proses operasional disconnector terdiri dari dua tindakan utama: tindakan lentur dan tindakan penguncian.

2.1 Tindakan Lentur

Dibimbing oleh mekanisme rotasi horizontal, sepasang roda gigi yang dipasang pada isolator porcelen berputar menggerakkan dua set rangkaian empat batang untuk melakukan gerakan planar. Dalam penggerakan ini, tabung konduktif bawah berputar maju untuk menutup (operasi tutup) atau mundur untuk membuka (operasi buka). Batang aktuator engsel di bagian atas sekrup pengoperasian sehingga menghasilkan pergeseran aksial relatif terhadap tabung konduktif bawah.

Ujung atas batang aktuator engsel ini terhubung ke perakitan roda gigi-rantai. Saat batang bergerak, ia memutar rantai, yang kemudian menggerakkan roda gigi. Ini menyebabkan tabung konduktif atas—yang terpasang pada poros roda gigi—bergerak relatif terhadap tabung konduktif bawah, baik lurus (menutup) atau melengkung (membuka).

Secara bersamaan, saat batang aktuator engsel mengalami pergeseran aksial, pegas penyeimbang di dalam tabung konduktif terus menyimpan dan melepaskan energi. Hal ini secara efektif menyeimbangkan torsi pengereman yang berat, memastikan operasi yang mulus dan stabil sepanjang siklus switching.

2.2 Tindakan Penguncian

Saat disconnector bergerak dari posisi terbuka menuju posisi tertutup dan mendekati perataan penuh (yaitu, konfigurasi hampir lurus), roda gigi terlibat dengan bidang miring pada gearbox dan terus meluncur di atasnya. Pada titik ini, di bawah gaya reaksi pegas pengembalian, batang aktuator engsel—yang terhubung ke rantai-roda gigi—bergerak maju.

Gerakan maju ini ditransmisikan melalui perakitan kontak gerak, di mana batang dorong mengubah gerakan linear menjadi tindakan penguncian jari-jari kontak. Setelah batang kontak stasioner digenggam dengan aman, roda gigi sedikit meluncur ke atas sepanjang bidang miring untuk mencapai penutupan mekanis penuh.

Pada tahap ini, pegas pengunci di dalam tabung konduktif semakin terkompresi dan memberikan gaya pada batang dorong, memastikan gaya penggerak yang stabil yang menjaga tekanan kontak yang konsisten dan andal antara jari-jari kontak dan batang stasioner.

Selama operasi pembukaan, roda gigi terus bergerak keluar sepanjang bidang miring hingga lepas sepenuhnya. Pegas pengembalian kemudian menarik batang dorong, menyebabkan jari-jari kontak membuka dalam bentuk "V", sehingga memutuskan koneksi listrik.

3. Studi Kasus

3.1 Observasi dan Analisis Kegagalan

Pada suatu tahun, selama operasi switching di substation 110 kV, satu disconnector tegangan tinggi gagal dibuka. Inspeksi komprehensif segera dilakukan pada sistem grounding, sistem konduktif utama, interlock mekanis, tabung konduktif atas/bawah, dan mekanisme operasi motor. Penyelidikan menunjukkan bahwa roda gigi transmisi di dalam kotak mekanisme motor rusak, dan komponen seperti pin sumbu dan sambungan patah. Personel operasi dan pemeliharaan melaporkan cacat tersebut, dan tindakan korektif diimplementasikan sesuai dengan jadwal pemeliharaan tahunan.

3.2 Tindakan Perbaikan

(1) Komponen Pendukung Ditingkatkan
Pin sumbu dan sambungan diganti dengan baja nirkarat berkualitas tinggi untuk mencegah korosi selama operasi jangka panjang. Busi impregnasi grafit dan busi komposit—tahan korosi dengan koefisien gesekan rendah—diadopsi untuk meningkatkan efisiensi transmisi. Semua bagian ferro yang terpapar dilapisi galvanis panas, secara signifikan meningkatkan kinerja anti-korosi. Pengalaman lapangan mengkonfirmasi bahwa pelapisan galvanis panas sangat cocok untuk aplikasi luar ruangan.

(2) Mekanisme Operasi Motor Ditingkatkan
Mekanisme motor CJ7A asli diganti dengan model CJ11 yang lebih baru. Foto mekanisme CJ11 yang ditingkatkan ditunjukkan pada Gambar 1.

(3) Desain Saklar Bantu Lanjutan
Saklar bantu adalah komponen sekunder kritis yang memberikan sinyal status buka/tutup. Kegagalannya dapat mengakibatkan sinyal yang salah dan malfungsi operasional. Desain baru menggunakan mekanisme mikro-saklar yang didorong oleh cam, memastikan switching yang andal, rotasi yang lancar, dan kekebalan terhadap kegagalan selama transisi buka/tutup.

(4) Perlindungan Kontrol Motor
Setelah operasi buka atau tutup selesai, daya motor terlebih dahulu diputus oleh saklar bantu. Jika saklar bantu gagal, sakelar batas terminal di sisi buka dan tutup memutus motor. Jika juga gagal, stopper mekanis di kedua sisi mengaktifkan relai termal untuk memutus daya. Sistem perlindungan tiga tingkat ini secara andal menghentikan motor setelah setiap operasi, mencegah gerakan tidak terkendali dan kerusakan mekanis potensial.

(5) Sistem Transmisi Mekanis
Sistem penghubung roda ulir digunakan. Roda ulir, penghubung, dan komponen reduksi lainnya diproses dengan presisi dan disegel dalam perumahan aluminium. Desain ini memastikan operasi yang lancar, rendah suara, dan tanpa guncangan.

(6) Sistem Kontrol Sekunder
Panel kontrol memiliki tata letak yang rasional dan menarik dengan struktur pintu engsel, memudahkan pemasangan kabel dan pemeliharaan di tempat sambil memastikan operasi sistem sekunder yang aman dan andal.

(7) Penyegelan Enklosur
Enklosur mekanisme menggunakan penyegelan bantalan udara pada pintu. Baik pintu maupun tutup atas terbuat dari baja tahan karat tebal 2,5 mm, sementara badan utama menggunakan baja tahan karat tebal 2 mm, memberikan ketahanan yang sangat baik terhadap angin, pasir, dan korosi.

4. Kesimpulan

Berdasarkan tahun-tahun pengalaman operasional dan analisis kerusakan mekanisme motor disconnector di substasi 110 kV ini, mekanisme asli ditingkatkan menjadi model CJ11 yang dikembangkan oleh Pinggao Group—mekanisme penggerak motor jenis roda ulir yang dirancang baru dan dikembangkan secara mandiri. Desain yang ditingkatkan ini mengatasi kekurangan sebelumnya dalam bidang teknik dan manufaktur, menawarkan keandalan operasional yang tinggi, gerakan yang halus, efisiensi transmisi yang tinggi, tidak ada guncangan inersia, rendah suara, kemampuan pertukaran yang kuat, dan penampilan yang menarik.

Selain operasi listrik lokal dan jarak jauh, mekanisme CJ11 juga mendukung operasi manual. Uji coba praktis di bawah beban nominal telah menunjukkan kemampuannya untuk melakukan lebih dari 10.000 operasi mekanis dengan andal.