Pembahasan Singkat tentang Pembaruan dan Aplikasi Kontak Stasioner pada Pemutus Sirkuit Tegangan Tinggi Outdoor 220 kV

Pemutus sambungan adalah jenis peralatan penghubung tegangan tinggi yang paling banyak digunakan. Dalam sistem tenaga listrik, pemutus sambungan tegangan tinggi adalah perangkat listrik tegangan tinggi yang digunakan bersama dengan pemutus sirkuit tegangan tinggi untuk melakukan operasi penghubungan. Mereka memainkan peran kritis selama operasi normal sistem tenaga listrik, operasi penghubungan, dan pemeliharaan stasiun. Karena frekuensi operasinya yang tinggi dan persyaratan keandalan yang tinggi, pemutus sambungan memiliki dampak signifikan terhadap desain, konstruksi, dan operasi aman stasiun dan pembangkit listrik.

Prinsip kerja dan struktur pemutus sambungan relatif sederhana. Karakteristik utamanya adalah tidak memiliki kemampuan pemadam busur; mereka hanya dapat membuka atau menutup sirkuit dalam kondisi arus kosong atau arus sangat rendah (biasanya < 2 A). Pemutus sambungan tegangan tinggi dapat diklasifikasikan berdasarkan lingkungan pemasangan menjadi tipe luar ruangan dan dalam ruangan. Berdasarkan struktur tiang penopang isolator mereka, mereka dapat lebih lanjut dikategorikan sebagai pemutus sambungan satu tiang, dua tiang, atau tiga tiang.

Stasiun 220 kV di sebuah pembangkit listrik perusahaan aluminium adalah stasiun step-down otomatis lengkap yang telah beroperasi selama hampir 19 tahun. Stasiun ini secara utama menyediakan tenaga DC kepada sel elektrolitik 200 kA dan memberikan tenaga produksi, bantu, dan rumah tangga kepada pabrik sekunder lainnya dalam perusahaan. Yard switch 220 kV luar ruangan menggunakan pemutus sambungan AC luar ruangan tipe GW7-220—perangkat listrik tegangan tinggi luar ruangan tiga tiang, bukaan horizontal, tiga fase, 50 Hz.

Sejak mulai beroperasi pada tahun 1998, pemutus sambungan AC luar ruangan ini telah memungkinkan transfer bus di bawah kondisi tanpa beban dan memberikan isolasi listrik antara peralatan yang tidak diberi energi (seperti busbar dan pemutus sirkuit yang sedang dalam pemeliharaan) dan jalur tegangan tinggi yang hidup. Setelah 19 tahun beroperasi, terjadi pemanasan luas pada kontak pemutus sambungan (pengukuran termometer inframerah mencapai hingga 150°C), yang menimbulkan bahaya keselamatan serius. Masalah ini dapat menyebabkan pembakaran pemutus sambungan 220 kV, mengakibatkan hilang fase, penyolderan kontak, atau pendek sementara busur—potensial menyebabkan padam total dan lumpuhnya seluruh sistem stasiun.

Sebagai respons, dilakukan pengumpulan data dan analisis penyebab akar, yang mengarah pada identifikasi penyebab utama pemanasan kontak. Tindakan retrofit efektif diimplementasikan dan kemudian dipromosikan untuk aplikasi yang lebih luas.

Struktur dan Prinsip Kerja Pemutus Sambungan AC Luar Ruangan Tipe GW7-220

Pemutus sambungan ini memiliki struktur tiga tiang, berputar secara horizontal, terdiri dari dasar, tiang penopang isolator, sistem konduktif, saklar tanah (kecuali versi non-tanah), dan mekanisme penggerak. Dasarnya terbuat dari baja channel dan pelat baja, dengan tiga braket pemasangan: dua tetap di ujung-ujung dan satu berputar di tengah. Di dalam housing baja channel ada tautan transmisi dan plat interlock. Pelat pemasangan di las di bawah dasar untuk pemasangan fondasi yang aman. Dasar tersedia dalam tiga konfigurasi: non-tanah, satu tanah, dan dua tanah. Untuk versi bertanah, braket saklar tanah di las ke salah satu atau kedua ujung dasar, dengan saklar tanah dipasang sesuai, dipilih berdasarkan kebutuhan sirkuit.

Rangkaian konduktif dipasang di atas tiang isolator dan terdiri dari pisau gerak (pisau gerbang konduktif) dan kontak statis. Pisau gerbang terdiri dari dua tabung tembaga yang dihubungkan melalui dua blok tembaga ke tutup aluminium, dengan ujung kontak silinder di las di ujungnya. Kontak statis memiliki desain kontak multi-titik jari-jari. Setiap jari kontak memiliki pegas tekan independen, memberikan perjalanan masuk yang cukup untuk menjaga kontak yang andal bahkan di bawah gaya tarik busbar. Pegas pengembalian miringkan kontak statis sedikit untuk memastikan pembukaan/penutupan yang lancar dan koordinatif.

Mekanisme operasi mencakup opsi listrik dan manual. Mekanisme listrik menggunakan motor asinkron yang menggerakkan roda gigi reduksi mekanis untuk memutar poros utama sebesar 180°. Gaya ditransmisikan melalui tabung baja penghubung ke pemutus sambungan, dan tautan merotasi tiang isolator pusat sebesar 71°, menyebabkan kontak gerak di kedua ujung batang konduktif dimasukkan atau ditarik dari kontak statis, menyelesaikan operasi penutupan atau pembukaan. Posisi titik mati mekanis dalam tautan memberikan penguncian sendiri di titik akhir perjalanan. Operasi manual tersedia untuk komisi atau jika mekanisme listrik gagal.

Analisis Penyebab Pemanasan Kontak pada Pemutus Sambungan AC Luar Ruangan

Yard switch 220 kV luar ruangan perusahaan aluminium memiliki 24 set pemutus sambungan tipe GW7-220 yang melayani dua jalur masuk 220 kV, unit rektifikasi #1–#4, dan transformator daya #1 dan #2, dengan total 144 kontak statis. Selama inspeksi rutin, pemanasan dievaluasi dengan mengamati guncangan panas, perubahan warna, atau pengukuran suhu yang melebihi 70°C di titik kontak. Statistik menunjukkan bahwa dari Januari hingga Desember 2014, terdapat 13 gangguan tidak terencana karena pemanasan kontak pemutus sambungan—rata-rata 1,08 insiden per bulan.

Pengujian dan analisis berulang dinamika kontak mengungkapkan penyebab akar berikut:

• Setiap kontak statis terdiri dari enam jari kontak independen dengan geometri kontak titik, menghasilkan area kontak total yang tidak cukup dan distribusi arus yang tidak merata di antara jari-jari—sebuah cacat struktural.

• Komponen kontak gerak yang beragam memungkinkan arus mengalir melalui pegas kontak, menyebabkan annealing, hilangnya elastisitas, penurunan tekanan kontak, dan peningkatan resistansi kontak, yang memperburuk pemanasan.

• Kondisi luar ruangan yang keras (sinar matahari, hujan) ditambah dengan pemilihan material yang kurang optimal (baja standar untuk pegas tekanan dan pin kontak) menyebabkan korosi parah, penuaan, kelelahan pegas, degradasi sifat mekanis, gaya kontak yang tidak cukup, dan resistansi loop yang berlebihan.

• Erosi busur telah menyebabkan lubang dan oksidasi parah pada permukaan kontak, yang semakin meningkatkan resistansi.

Retrofit dan Tindakan Pencegahan untuk Kontak Statik

• Hubungkan jari kontak yang semula independen menggunakan sabuk tembaga fleksibel untuk meningkatkan area kontak efektif antara kontak gerak dan statis.

• Ganti dan tingkatkan pegas tegangan dan pin untuk meningkatkan gaya pegas dan memperbaiki ketatnya kontak.

• Terapkan pelapis perak pada permukaan kontak bergerak dan tetap.

• Terapkan pelumas padat pada permukaan kontak untuk mengurangi gesekan dan mencegah oksidasi.

• Laksanakan pemantauan suhu inframerah, terutama di titik-titik koneksi kontak, dan buat database suhu.

• Lakukan pemeliharaan, inspeksi, dan pembersihan pemutus sambungan secara rutin.

Verifikasi dan Hasil Aplikasi

Pemantauan pasca-pembaruan menunjukkan:

• Dalam suhu lingkungan yang sama (17°C) dan kondisi operasional, suhu kontak turun dari sekitar 23°C (tanpa modifikasi) menjadi sekitar 19°C (setelah dimodifikasi).

• Inspeksi visual selama pemeliharaan menunjukkan adanya bintik-bintik kerusakan busur yang jauh lebih sedikit pada kontak yang telah dimodifikasi dibandingkan dengan kontak tanpa modifikasi.

Sampai saat ini, 5 unit pemutus sambungan (30 kontak tetap) telah dimodifikasi. Solusi teknis ini sedang diterapkan secara bertahap pada semua pemutus sambungan GW7-220 di switchyard luar ruangan 220 kV perusahaan.

Kesimpulan

Melalui analisis sistematis terhadap panas berlebihan kontak yang luas pada pemutus sambungan AC tekanan tinggi luar ruangan GW7-220, modifikasi yang ditargetkan pada kontak tetap berhasil dikembangkan dan diterapkan. Inisiatif ini telah meningkatkan keamanan pasokan listrik dan stabilitas operasional secara signifikan, serta memberikan pengalaman berharga untuk operasi, pemeliharaan, dan layanan pemutus sambungan GW7-220 di masa depan.