Penerapan Unit Ring Utama Isolasi Padat Cerdas (SIRMUs) dalam Jaringan Distribusi Qinzhou

1 Pendahuluan​

Wilayah pesisir menghadapi tantangan lingkungan termasuk hujan lebat, petir, suhu tinggi, kelembaban tinggi, dan korosi semprotan garam. Untuk memastikan keselamatan jaringan distribusi perkotaan di lingkungan seperti itu, meminimalkan pemadaman listrik yang disebabkan oleh perawatan peralatan, dan mencegah kecelakaan akibat akhir umur peralatan dan faktor lain yang mempengaruhi keamanan jaringan, kami telah meneliti penggunaan jenis baru Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU). SIRMU ini menawarkan umur panjang, operasi bebas perawatan, kepatuhan lingkungan, kecerdasan, dan peningkatan keandalan pasokan listrik.

Saat ini, lebih dari 90% Ring Main Units (RMUs) tegangan menengah bergantung pada gas SF₆ sebagai media isolasi. Gas SF₆ sangat stabil secara kimia, memiliki sifat isolasi dan pemadam busur yang luar biasa, dan digunakan secara luas dalam peralatan listrik. Perangkat pemutus sirkuit gas-isolasi SF₆ kompak. Namun, gas SF₆ menguap pada suhu rendah, mengurangi kemampuan isolasi dan pemadam busurnya. Pada suhu tinggi, ia terurai menjadi produk sampingan yang sangat beracun, membawa risiko signifikan bagi manusia. Selain itu, kebocoran dan emisi tidak dapat dihindari selama pengisian gas, operasi, dan pemulihan, menjadikan SF₆ sebagai polutan lingkungan utama. SF₆ diakui secara internasional sebagai salah satu dari enam gas rumah kaca utama; dari perspektif lingkungan, penggunaannya harus diminimalkan atau dihilangkan. Prinsip desain Solid Insulated Ring Main Unit pada dasarnya mengeliminasi kebutuhan akan gas SF₆, memberikan jaminan dasar untuk pengurangan emisi dan perlindungan lingkungan di sektor jaringan distribusi, sesuai dengan persyaratan lingkungan.

Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) cerdas untuk ekstensi jaringan distribusi menawarkan bukan hanya ramah lingkungan dan ketahanan luar biasa terhadap lingkungan yang keras, tetapi juga tingkat kecerdasan yang tinggi. Fungsinya mencakup semua fitur yang biasanya disediakan oleh peralatan sistem tenaga primer dan sekunder dalam satu unit. Produk ini mengadopsi pendekatan desain terintegrasi dan modular untuk komponen tekanan tinggi dan rendah, menawarkan versatilitas dan keterluasan yang luar biasa, mewakili perangkat listrik cerdas yang sebenarnya.

​2 Aplikasi Teknis Solid Insulated Ring Main Units (SIRMUs) Cerdas​​

​2.1 Aplikasi Teknologi Isolasi Padat​

Teknologi isolasi padat terutama melibatkan penyegelan dan pengepakan bagian hidup peralatan switchgear tegangan menengah dengan bahan padat, atau mentransfer intensitas medan listrik yang tinggi ke dalam bahan isolasi padat. Ini memungkinkan bahan padat untuk menahan potensial yang lebih tinggi, sehingga mengurangi kekuatan medan di udara. Bahan isolasi padat yang paling umum adalah resin epoksi dan karet silikon.

Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) menggunakan bahan isolasi padat sebagai media isolasi utama. Komponen sirkuit konduktif kunci seperti pemutus vakum dan koneksi mereka, saklar pemutus, saklar tanah, busbar utama, dan busbar cabang dipaketkan secara individual atau bersama-sama dalam isolasi padat, membentuk satu atau beberapa modul. Modul-modul ini sepenuhnya terisolasi, sepenuhnya tertutup, fungsional spesifik, dan dirancang untuk rekonfigurasi dan ekspansi. Permukaan yang dapat diakses manusia dilapisi dengan lapisan perisai konduktif atau semi-konduktif dan langsung serta andal di-ground. Karakteristik kunci termasuk isolasi penuh, penyegelan penuh, modularitas, ukuran kompak, dan kecerdasan. SIRMUs menunjukkan kinerja yang jauh lebih unggul dibandingkan RMUs SF₆ dalam menahan lingkungan keras seperti dingin ekstrem, ketinggian, kelembaban, dan angin/pasir kuat. Dengan desain tertutup penuh, tahan air, tanpa konduktor tekanan tinggi yang terpapar, mereka sangat cocok untuk daerah yang lembab dan rentan banjir, mampu menyediakan pasokan listrik yang andal dalam kondisi lembab atau terendam.

​2.2 Aplikasi Teknologi Perlindungan Cerdas​

Integrasi teknologi mikroprosesor dan komputer ke dalam peralatan listrik memberikan fungsi cerdas sambil memungkinkan komunikasi dua arah dengan pusat kendali. Ini membentuk sistem pemantauan, perlindungan, dan manajemen jaringan cerdas. Melalui konfigurasi parameter sederhana, perangkat cerdas tunggal dapat dengan mudah melakukan fungsi yang biasanya memerlukan beberapa perangkat.

Desain struktural SIRMU sesuai dengan persyaratan jaringan pintar modern yang tangguh. Ia menggunakan algoritma cepat untuk memberikan kapabilitas pemutusan cepat pada pemutus sirkuit, memungkinkan isolasi cepat jalur yang bermasalah dan efektif mencegah tripping berantai. Dengan sistem perlindungan ground single-phase, ia memungkinkan deteksi online dari masalah tersebut di sistem yang tidak di-ground (atau di-ground impedansi tinggi/PET/PEN) tanpa memerlukan konfigurasi tambahan, memberikan alarm atau perintah trip sesuai dengan nilai yang ditetapkan. Sirkuit utama menggunakan desain modular single-phase, yang sepenuhnya menghindari short circuit fase-ke-fase selama operasi dan meningkatkan efisiensi perawatan sambil mengurangi biaya. Sistem operasi embedded terintegrasi dengan arsitektur CPU inti, termasuk prosesor ARM (ARMP) untuk pemrosesan umum dan kontrol sistem, serta DSP yang kuat untuk multitasking efisien, memungkinkan pemrosesan data, kontrol, dan komunikasi berkecepatan tinggi. Unit-unit ini strukturnya kompak, ukuran kecil, ringan, dan mudah dipasang. Celah isolasi dapat diverifikasi secara visual untuk operasi aman. Pengenalan mode pasokan otomatis memungkinkan perubahan otomatis yang fleksibel untuk pasokan ganda, meningkatkan keandalan pasokan listrik. Dukungan komunikasi yang fleksibel (GSM SMS, GPRS, CDMA layanan nirkabel universal, serat optik, twisted pair, nirkabel, carrier), dan mendukung banyak protokol komunikasi, memfasilitasi implementasi mudah otomatisasi distribusi.

​2.3 Bebas Perawatan dan Ramah Lingkungan​

Pemutus utama menggunakan pemutus sirkuit vakum bebas perawatan yang dikenal karena stabilitas dan keandalannya, tidak memerlukan perawatan berkala. Desain terintegrasi saklar pemutus dan saklar tanah dengan pemutus sirkuit memberikan struktur yang kompak dengan interlock mekanis dan elektris yang andal, efektif mencegah kesalahan operasi.

​2.4 Proses Manufaktur dan Jaminan Kualitas Kunci untuk SIRMUs​

Untuk memastikan stabilitas produksi, konsistensi, dan kualitas produk—sehingga menjamin daya tahan isolasi jangka panjang produk SIRMU—tiang isolasi padat menggunakan proses Automatic Pressure Gelation (APG) saat dibuat dari resin epoksi. Persyaratan proses manufaktur untuk SIRMUs melebihi SF₆ gas-insulated RMUs. Kontrol proses produksi yang kurang memadai secara signifikan meningkatkan kemungkinan dan keparahan cacat dan kesalahan isolasi tersembunyi dibandingkan dengan unit SF₆. Kontrol kualitas bahan baku yang ketat dan kemampuan proses maju sangat penting.

Isolasi eksternal pemutus vakum dicapai melalui berbagai media, termasuk epoxy, karet silikon, dan udara. Oleh karena itu, kekuatan isolasi material individu dan pengobatan antarmuka antara media insulasi yang berbeda sangat penting. Baik epoxy maupun karet silikon menawarkan kekuatan dielektrik yang luar biasa, mencapai 5-6 kali kekuatan udara. Mencapai kekuatan ini memerlukan kontrol yang ketat atas proses pencetakan—suhu dan tekanan optimal—serta memastikan degasing dan ventilasi bahan selama pencetakan untuk menghindari gelembung mikro yang terperangkap. Kegagalan untuk melakukan hal ini tidak hanya mengurangi kekuatan isolasi, tetapi juga menyebabkan distribusi medan listrik yang tidak merata, meningkatkan aktivitas discharge parsial (PD), dan menimbulkan risiko operasional. Pengobatan antarmuka memastikan kekuatan isolasi antarmuka yang cukup di bawah stres, siklus termal, dll., mencegah kegagalan isolasi. Metode deteksi yang andal untuk kualitas antarmuka diperlukan. Saat ini, pengukuran PD, pemeriksaan sinar-X, dan uji impuls petir dapat secara akurat menilai kekuatan isolasi antarmuka.

Penggunaan pemeriksaan sinar-X sebagai uji pabrik mencegah cacat seperti gelembung, pori, atau retak dalam perakitan isolasi padat dan memastikan bahwa pemutus vakum, koneksi/terminalnya, dan busbar isolasi padat tidak menunjukkan deformasi abnormal yang terlihat dalam gambar sinar-X relatif terhadap posisinya. Melakukan pengukuran PD mencegah inisiasi dan penghentian PD di kelemahan atau cacat dalam isolasi SIRMU yang disebabkan oleh medan listrik tinggi, menghindari degradasi kumulatif yang menyebabkan kegagalan isolasi seiring waktu.

​3 Skema Desain Teknis untuk SIRMU Cerdas​

Berdasarkan pengalaman operasi jaringan distribusi yang luas dan analisis peralatan canggih domestik dan internasional, mempertimbangkan kondisi operasi jaringan praktis dan persyaratan lingkungan, kami menentukan melalui perbandingan komprehensif untuk mengembangkan dan menerapkan proyek "Riset Aplikasi 10kV Intelligent Solid Insulated Ring Main Unit".

​3.1 Konten Teknis Utama​

Unit Solid Insulated Ring Main (SIRMUs) tipe AVR-12 baru dipasang di lokasi asli. Konfigurasi pasokan ganda digunakan, memanfaatkan fungsi cerdas SIRMU untuk isolasi cepat jalur yang bermasalah, deteksi cepat ground single-phase, dan transmisi semua informasi saklar melalui serat optik ke Master Station Otomatisasi Distribusi (DMS) atau melalui SMS ke telepon personel pemeliharaan. Menggunakan platform pemantauan master station memungkinkan statistik data dan analisis kegagalan.

Proyek ini diimplementasikan dalam aspek berikut:

• Berdasarkan skema RMU asli dan mempertimbangkan pentingan pengguna, pasokan listrik disediakan melalui dua garis masuk. Selama operasi normal, Incomer #1 menyediakan daya sementara Incomer #2 berada dalam hot standby.
• Perangkat utama adalah Ring Main Unit tipe AVR-12, terdiri dari 7 bay: 6 bay pemutus sirkuit (CB) dan 1 bay Transformator Potensial (PT).
• 6 bay CB mengadopsi struktur CB + Disconnector (DS) + Grounding Switch (ES), dilengkapi dengan perangkat perlindungan terintegrasi.
• Bay PT menggunakan struktur DS + PT single-phase, menyediakan daya komunikasi. PT dapat dihidupkan/matikan menggunakan DS di bay PT, memungkinkan perawatan PT atau jalur tanpa memerlukan outages lengkap SIRMU.
• Menggunakan SIRMUs tipe CB memungkinkan gangguan berulang arus fault pendek. Dibandingkan dengan perlindungan fusible, selain menghilangkan ketidaknyamanan dan pemborosan penggantian fuse, mereka memberikan cakupan perlindungan pendek yang komprehensif melalui penyesuaian setelan.

​Operasi Normal:​​
Controller cerdas mengumpulkan parameter (status pemutus, status pemutus, arus/voltase primer, arus/voltase zero-sequence, status master station DMS) untuk setiap bay masuk/keluar. Unggah data real-time melalui serat optik ke Master Station Switch Distribusi Cerdas memungkinkan operasi jarak jauh.

​Fault Pendek:​​
Fitur perlindungan cepat controller cerdas mendeteksi arus fault dan aliran daya dalam 15ms dan membersihkan fault dalam 25ms, memastikan pasokan jalur normal, mencegah tripping berantai, dan meminimalkan ruang pemadaman. Karakteristik instan (voltase, arus, status saklar) memungkinkan kontrol atas karakteristik tindakan aktuator magnet permanen, mempersingkat waktu pemutusan fault untuk mengisolasi jalur yang bermasalah dengan cepat. Sementara itu, controller mengirim informasi tindakan SIRMU melalui serat ke pusat pemantauan, memungkinkan penilaian tepat waktu status produk dan memfasilitasi lokasi kegagalan dan pemulihan daya.

​Ground Fault Single-Phase:​​
Controller menggunakan magnitudo/fase arus zero-sequence dan magnitudo/fase voltase zero-sequence untuk menentukan apakah terjadi fault pada sisi beban SIRMU. Hanya untuk ground fault pada sisi beban, controller mengeluarkan perintah perlindungan trip atau alarm dan mengunggah informasi fault melalui serat. Fault pada sisi sumber tidak memicu tindakan dari controller SIRMU ini.

​3.2 Tantangan Teknis Utama​

(1) Mengaplikasikan teknologi isolasi padat dan proses manufaktur APG untuk memastikan keandalan, umur panjang, dan operasi bebas perawatan SIRMU di lingkungan suhu tinggi dan kabut asin tinggi.
(2) Memanfaatkan konsep desain terintegrasi dan fleksibel yang menggabungkan bagian primer tekanan tinggi pemutus sirkuit dengan bagian kontrol cerdas sekunder. Sensor arus/voltase gabungan built-in memungkinkan pengambilan sinyal arus/voltase primer dan status saklar secara real-time untuk kontrol fleksibel dari aktuator pemutus, mengoptimalkan operasi pemutus vakum.
(3) Deteksi cepat arus fault dan pelaksanaan tindakan perlindungan.

​Pelaksanaan Proyek:​​
Proyek ini menggunakan RMUs isolasi padat dengan perangkat kontrol cerdas terintegrasi. Pemutus utama menggunakan perangkat kombinasi yang terdiri dari Pemutus Sirkuit Vakum yang Diaktifkan Magnet Permanen (VCB) dengan Disconnector (DS) dan Grounding Switch (ES) terintegrasi. Dilengkapi dengan sistem kontrol cerdas, ia melakukan fungsi kontrol otomatis bahkan tanpa koordinasi DMS. Aktuator magnet permanen menawarkan keandalan tinggi dan operasi bebas perawatan. Komunikasi serat optik memungkinkan pengumpulan real-time semua parameter operasi RMU, mempermudah pemulihan daya jarak jauh dan analisis kegagalan daya, serta mengumpulkan pengalaman untuk perangkat terminal jaringan pintar. Lemari stainless steel eksternal meminimalkan perawatan di masa depan.

​4 Kesimpulan​

Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) Cerdas adalah RMU generasi berikutnya yang aman, ramah lingkungan, stabil, andal, dan sangat cerdas. Ia sangat cocok untuk diterapkan di lokasi yang keras, ditandai dengan ketinggian, variasi suhu ekstrem, kontaminasi, dan kelembaban.