Analisis Dampak Operasi GIS Disconnector terhadap Peralatan Sekunder

Dampak Operasi Pemutus GIS terhadap Perangkat Sekunder dan Tindakan Pengurangan

1.Dampak Operasi Pemutus GIS terhadap Perangkat Sekunder
1.1 Efek Overvoltage Transien
Selama operasi membuka/tutup pemutus Gas-Insulated Switchgear (GIS), perulangan penyalaan dan padam busur antara kontak menyebabkan pertukaran energi antara induktansi sistem dan kapasitansi, menghasilkan overvoltage switching dengan magnitudo 2–4 kali tegangan fase nominal dan durasi berkisar dari puluhan mikrodetik hingga beberapa milidetik. Ketika mengoperasikan busbar pendek—di mana kecepatan kontak pemutus lambat dan tidak ada kemampuan memadamkan busur—fenomena pre-strike dan re-strike menghasilkan Very Fast Transient Overvoltages (VFTOs).

VFTOs menyebar melalui konduktor internal GIS dan penutup. Di titik ketidaklanjutan impedansi (misalnya, bushings, transformator instrumen, terminasi kabel), gelombang berjalan dipantulkan, dibiaskan, dan tumpang tindih, mengubah bentuk gelombang dan memperbesar puncak VFTO. Dengan front gelombang yang curam dan waktu naik dalam skala nanodetik, VFTOs menginduksi lonjakan tegangan transien pada input perangkat sekunder, menimbulkan risiko kerusakan pada elektronik sensitif. Hal ini dapat menyebabkan relai pelindung bekerja tidak benar—memicu trip yang tidak perlu—dan mengganggu pemrosesan sinyal presisi tinggi dan transmisi data. Selain itu, gangguan elektromagnetik (EMI) frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh VFTO menurunkan modul komunikasi, meningkatkan tingkat kesalahan bit atau menyebabkan hilangnya data, sehingga menghambat fungsi pemantauan dan kontrol substation.

1.2 Kenaikan Potensial Penutup
Seiring ekspansi jaringan tegangan ultra-tinggi (UHV) dan extra-tinggi (EHV) di China, gangguan elektromagnetik dari operasi pemutus GIS menjadi semakin parah. Struktur koaksial GIS—yang terdiri dari konduktor aluminium/besi di dalam dan penutup aluminium/baja di luar—menunjukkan transmisi frekuensi tinggi yang sangat baik. Karena efek kulit, arus transien frekuensi tinggi mengalir sepanjang permukaan luar konduktor dan permukaan dalam penutup, biasanya mencegah bocor medan dan menjaga penutup pada potensial tanah dalam kondisi normal.

Namun, ketika arus transien yang disebabkan oleh VFTO bertemu dengan ketidakcocokan impedansi (misalnya, di bushings atau terminasi kabel), terjadi refleksi dan dibiaskan sebagian. Beberapa komponen tegangan menghubungkan antara penutup dan tanah, menyebabkan kenaikan potensial instan pada penutup yang seharusnya di-ground. Ini menimbulkan risiko keselamatan personel dan dapat merusak isolasi antara penutup dan konduktor internal, mempercepat penuaan material dan mengurangi umur peralatan. Selain itu, potensial yang meningkat ini menyebar melalui kabel dan perangkat terhubung ke sistem sekunder, menginduksi EMI yang menyebabkan tripping palsu, kesalahan data, atau bahkan kerusakan internal—secara langsung mengancam keandalan sistem tenaga listrik.

1.3 Gangguan Elektromagnetik (EMI)
Di substation GIS, operasi pemutus/pemutus dan sambaran petir menghasilkan medan elektromagnetik transien yang mempengaruhi sistem sekunder melalui koppeling konduktif dan radiatif.

• Gangguan konduktif timbul melalui transformator instrumen dan perbedaan potensial tanah. VFTOs menghubungkan dari rangkaian primer ke sekunder melalui kapasitansi dan induktansi parasit dalam transformator. Mereka juga disuntikkan ke grid grounding melalui elektroda grounding, meningkatkan seluruh potensial tanah dan menciptakan loop tanah yang mengganggu peralatan sekunder.

• Gangguan radiatif terjadi ketika medan EM transien menyebar melalui ruang, secara langsung menghubungkan ke kabel sekunder dan perangkat. Kopling medan listrik mempengaruhi simpul impedansi tinggi, menyebabkan distorsi sinyal atau pemicuan palsu—terutama sensitif terhadap jarak, orientasi medan, dan geometri perangkat. Kopling medan magnet menginduksi gaya elektromotif dalam loop sirkuit sesuai hukum Faraday; tingkat keparahannya tergantung pada kekuatan medan, laju perubahan, dan luas loop.

1.4 Dampak Getaran Mekanis
Operasi pemutus menginduksi getaran mekanis karena dampak kontak, gesekan, dan gaya elektromagnetik selama aksi buka/tutup. Pemisahan cepat saat membuka atau pengekangan kuat saat menutup menghasilkan gelombang kejut yang menggetarkan struktur GIS. Transmisi melalui penghubung dan roda gigi lebih lanjut menyebar getaran ke peralatan sekunder yang berdekatan.

Getaran tersebut dapat melonggarkan pengencang mekanis, menurunkan koneksi listrik, meningkatkan kesalahan pengukuran, atau—dalam kondisi ekstrem—menyebabkan korsleting. Paparan jangka panjang mempercepat penuaan komponen mekanis dan elektronik, mempersingkat umur peralatan dan mengurangi keandalan.

2.Tindakan Pengurangan untuk Perlindungan Perangkat Sekunder
2.1 Desain Struktural GIS yang Dioptimalkan

• Pemilihan Material: Gunakan campuran SF₆ dengan kekuatan dielektrik lebih tinggi; pilih material rendah kerugian, konduktivitas tinggi (misalnya, Cu/Al) untuk perisai; optimalkan panjang busbar dan kapasitansi untuk menekan amplitudo VFTO.

• Perbaikan Struktural: Haluskan geometri konduktor dan perisai untuk mengurangi konsentrasi medan listrik; perbaiki desain dukungan insulator untuk distribusi medan yang merata; implementasikan kecepatan operasi pemutus yang dikontrol dan tambahkan sirkuit snubber untuk menyerap energi transien.

• Kontrol Getaran: Pasang penahan hidrolik atau pegas di mekanisme operasi; gunakan peredam karet antara GIS dan fondasi; tingkatkan presisi permukaan kontak untuk meminimalkan gaya dampak.

2.2 Perlindungan dan Grounding yang Ditingkatkan

• Penghalangan: Sisipkan perangkat sekunder yang sensitif (misalnya, relai, unit komunikasi) dalam kotak konduktif (baja galvanis/aluminium) dengan sambungan yang tersegel. Gunakan kabel berpenghalang atau berpenghalang ganda dengan terminasi yang tepat; gunakan konektor berfilter dan layar jaring pada ventilasi. Untuk kabel pendek (<10 m), gunakan penghalaman satu titik; untuk jalur yang lebih panjang, gunakan penghalaman multi-titik untuk meminimalkan tegangan induksi.

• Penghalaman: Jaga resistansi penghalaman ≤4 Ω. Dalam tanah dengan resistivitas tinggi, gunakan grid penghalaman terhubung dengan batang vertikal. Gunakan penghalaman satu titik untuk sirkuit analog dan penghalaman multi-titik untuk sistem digital/tinggi frekuensi. Optimalkan tata letak grid (misalnya, jaring persegi panjang dengan elektroda persimpangan silang) untuk memastikan penyebaran arus yang merata dan gradien potensial rendah.

2.3 Teknologi Penyaringan dan Penekanan

• Penyaring: Pasang penyaring garis daya di input perangkat sekunder untuk memblokir noise frekuensi tinggi. Terapkan algoritma penyaringan sinyal digital untuk meningkatkan integritas data di saluran komunikasi.

• Perlindungan Lonjakan: Pasang penahan ZnO dekat perangkat sekunder untuk menahan VFTOs dan lonjakan saklar. Gunakan perangkat perlindungan lonjakan (SPDs) pada jalur sinyal dan komunikasi untuk mengalihkan energi transien ke tanah, memastikan transmisi sinyal lemah yang stabil.

2.4 Penguatan Perangkat Sekunder

• Perlindungan Perangkat Keras: Perkuat braket pemasangan dengan baja yang lebih tebal dan tambahkan pelat penegak. Isolasikan perangkat menggunakan mount karet atau isolator getaran dua tahap. Aman PCB dengan substrat yang lebih tebal, perbaikan tepi, dan bantalan redam. Potong komponen kritis (misalnya, IC, relai) dalam kapsulan atau pemegang elastis untuk mencegah longgar. Hindari jejak panjang dan tipis untuk mengurangi risiko retak.

• Perlindungan Perangkat Lunak: Implementasikan checksum dan kode koreksi kesalahan (ECC) untuk mendeteksi/koreksi korupsi data. Sisipkan instruksi "NOP" (tidak ada operasi) dalam firmware untuk memungkinkan pemulihan dari lompatan program yang disebabkan oleh EMI, mencegah deadlock, dan meningkatkan ketahanan sistem.

3.Kesimpulan
Pemahaman yang mendalam tentang bagaimana operasi disconnector GIS mempengaruhi perangkat sekunder menunjukkan bahwa strategi mitigasi yang komprehensif sangat penting untuk keandalan jaringan. Selama perancangan, konstruksi, dan operasi sistem daya, kompatibilitas elektromagnetik (EMC) antara GIS dan sistem sekunder harus diprioritaskan. Dengan mengintegrasikan optimasi struktural, penghalaman/penyegelan yang kuat, penyaringan maju, dan penguatan perangkat keras/perangkat lunak, efek buruk dari transien, EMI, dan getaran yang disebabkan oleh disconnector dapat diminimalisir secara efektif—memastikan pengiriman daya yang lebih aman, andal, dan tangguh.