Pemutus sirkuit vakum / vacuum circuit breaker adalah sejenis pemutus sirkuit di mana pendinginan busur terjadi dalam media vakum. Operasi penyalaan dan penutupan kontak pembawa arus dan interupsi busur yang saling terkait terjadi di ruang vakum di pemutus yang disebut pemutus vakum.
Vakum yang digunakan sebagai media pendinginan busur dalam pemutus sirkuit dikenal sebagai vacuum circuit breaker karena vakum memberikan kekuatan isolasi yang tinggi karena sifat pendinginan busur yang unggul. Pemutus sirkuit ini cocok untuk sebagian besar aplikasi tegangan standar karena untuk tegangan yang lebih tinggi, teknologi vakum telah dikembangkan namun tidak layak secara komersial. Circuit breaker ini digunakan untuk tegangan menengah mulai dari 11 KV hingga 33 KV.
Pengoperasian kontak pembawa arus dan gangguan busur terkait terjadi di dalam ruang vakum pemutus, yang dikenal sebagai pemutus vakum / vacuum interrupter. Interrupter ini mencakup ruang busur baja di tengah isolator keramik yang ditempatkan secara simetris. Pemeliharaan tekanan vakum dalam pengganggu vakum dapat dilakukan pada 10– 6 bar. Kinerja pemutus sirkuit vakum terutama tergantung pada bahan yang digunakan untuk kontak pembawa arus seperti Cu/Cr. Pada tekanan ini sangat sedikit molekul yang ada di interrupter.
Pemutus sirkuit vakum terutama memiliki dua sifat fenomenal.
- Kekuatan isolasi tinggi: Dibandingkan dengan berbagai media isolasi lainnya yang digunakan dalam vakum pemutus sirkuit adalah media dielektrik yang unggul. Ini lebih baik daripada semua media lain kecuali udara dan SF6, yang digunakan pada tekanan tinggi.
- Ketika busur dibuka dengan memindahkan kontak dalam ruang hampa, gangguan terjadi pada nol arus pertama. Dengan interrupter busur, kekuatan dielektriknya meningkat hingga ribuan kali dibandingkan dengan pemutus lainnya.
Dua sifat di atas membuat pemutus lebih efisien, tidak terlalu besar dan biaya lebih murah. Masa pakainya juga jauh lebih lama daripada pemutus sirkuit lainnya, dan hampir tidak diperlukan perawatan.
Konstruksi Vacuum Circuit Breaker
Konstruksinya sangat sederhana dibandingkan dengan pemutus sirkuit lainnya. Konstruksinya dibagi menjadi tiga bagian, yaitu kontak tetap, kontak bergerak dan pelindung busur yang ditempatkan di dalam ruang pemutus busur.
Selubung luar pemutus sirkuit vakum terdiri dari kaca karena glass envelope membantu dalam pemeriksaan pemutus dari luar setelah operasi. Jika kaca menjadi seperti susu dari yang awalnya seperti cermin keperakan, maka ini menunjukkan bahwa pemutus kehilangan vakum.
Kontak tetap dan bergerak dari pemutus ditempatkan di dalam pelindung busur. Tekanan dalam pengganggu vakum pada saat penyegelan dijaga pada sekitar 10^-6 torr. Kontak bergerak dari pemutus sirkuit bergerak melalui jarak 5 sampai 10 mm tergantung pada tegangan operasi.
Logam bellow terbuat dari baja tahan karat digunakan untuk memindahkan kontak yang bergerak. Desain bellow metalik sangat penting karena masa pakai pemutus sirkuit vakum bergantung pada kemampuan komponen untuk melakukan operasi berulang.
Bahan Kontak
Bahan kontak VCB harus mengikuti sifat-sifat berikut.
- Memiliki Kepadatan tinggi
- Resistansi kontak harus lebih kecil
- Konduktivitas listrik tinggi untuk melewati arus beban biasa tanpa panas berlebih.
- Konduktivitas termal tinggi untuk menghilangkan dengan cepat panas besar yang dihasilkan di seluruh busur.
- Fungsi termionik harus tinggi untuk memungkinkan penghancuran busur awal.
- Kecenderungan harus rendah untuk meleleh
- Level pemotongan arus yang lebih sedikit
- Kemampuan menahan busur yang tinggi
- Titik didih harus tinggi untuk mengurangi erosi busur.
- Konten gas harus di bawah untuk memastikan masa pakai lebih lama
- Tekanan uap rendah harus cukup untuk mengurangi jumlah uap logam yang tidak dapat dibagi di dalam ruangan.
Cara Kerja Vacuum Circuit Breaker
Kekuatan vakum dielektrik delapan kali lebih besar dari udara dan empat kali lebih besar dari gas SF6. Kekuatan dielektrik yang tinggi ini memungkinkan untuk memadamkan busur vakum dalam celah kontak yang sangat kecil. Untuk celah kontak pendek, massa kontak rendah dan tidak ada kompresi media, energi penggerak yang diperlukan dalam pemutus sirkuit vakum adalah minimum. Ketika dua bidang kontak baru saja dipisahkan satu sama lain, kedua kontak itu tidak dapat dipisahkan secara instan. Bidang kontak pada wajah kontak berkurang dan akhirnya sampai pada suatu titik hingga akhirnya keduanya tidak tersentuh. Hal ini terjadi dalam sepersekian detik mikro. Pada saat de-touching kontak dalam ruang hampa, arus melalui kontak terkonsentrasi pada titik kontak terakhir pada permukaan kontak dan membuat titik panas. Karena vakum, logam pada permukaan kontak mudah menguap karena titik panas membuat media penghantar untuk jalur busur. Kemudian busur akan dimulai dan dilanjutkan sampai interupsi zero selanjutnya.
Pada arus nol, busur vakum dipadamkan dan uap logam konduksi dikondensasi kembali pada permukaan kontak. Pada titik ini, kontak sudah dipisahkan sehingga tidak ada penguapan kembali pada permukaan kontak untuk siklus arus berikutnya. Itu berarti, busur tidak dapat terbentuk kembali. Dengan cara ini pemutus sirkuit vakum mencegah pembentukan kembali busur dengan menghasilkan kekuatan dielektrik yang tinggi dalam celah kontak setelah nol arus.
Ada dua jenis bentuk busur. Untuk gangguan arus hingga 10kA, busur tetap menyebar dan uap terlepas lalu menutupi seluruh permukaan kontak. Di atas 10kA, busur terdifusi dan dibatasi oleh medan magnetnya sendiri lalu berkontraksi. Fenomena ini memunculkan pemanasan kontak di pusatnya. Untuk mencegah hal ini, desain kontak harus sedemikian rupa sehingga busur tidak tetap diam tetapi terus bepergian dengan medan magnetnya sendiri. Bentuk kontak yang dirancang khusus dari pemutus sirkuit vakum membuat busur stasioner terbatas bergerak di sepanjang permukaan kontak, sehingga menyebabkan erosi kontak minimum dan seragam.
Pemotongan Arus
Pemotong arus di pemutus sirkuit vakum terjadi di dalam pemutus sirkuit minyak serta di udara karena ketidakstabilan kolom busur. Dalam pemutus sirkuit vakum, pemotongan arus terutama tergantung pada tekanan uap serta sifat emisi elektron dalam bahan kontak. Jadi, tingkat pencacahan juga dipengaruhi oleh konduktivitas termal, ketika konduktivitas termal lebih kecil, maka tingkat pencacahan akan lebih rendah.
Dimungkinkan untuk mengurangi tingkat saat pemotongan terjadi dengan memilih bahan kontak untuk menyediakan uap logam yang cukup untuk membiarkan arus mendekati nilai yang sangat rendah, namun hal ini tidak sering dilakukan karena mempengaruhi daya dielektrik dengan buruk.
Perbedaan antara Unit Kontaktor Vakum / Vacuum Contactor Unit dan Pemutus Sirkuit Vakum / Vacuum Circuit Breaker
Pemutus sirkuit vakum kadang mengalami error seperti gangguan pembumian, korsleting, tegangan lebih/kurang. Kontaktor biasanya dilakukan secara seri melalui sekering yang menyediakan untuk menghindari arus gangguan. Perbedaan utama antara unit kontaktor vakum dan pemutus sirkuit vakum tercantum di bawah ini berdasarkan karakteristik yang berbeda.
Untuk Vacuum Circuit Breaker:
- Kapasitas sakelar adalah kemampuannya mengalihkan arus dari nilai rendah ke arus hubung singkat sistem lengkap
- Daya tahan tinggi untuk mekanik
- Daya tahan tinggi untuk listrik tinggi seperti ruang hampa yang berkisar 10 ribu - 50 ribu pengoperasian pada arus kontinu terukur. Untuk vakum, adalah 30 - 100 pengoperasian pada peringkat hubung singkat penuh.
- Ini tidak berlaku untuk aplikasi daya tahan yang sangat tinggi.
- Dioperasikan secara elektrik
- Terkunci secara mekanis karena CB tetap tertutup ketika kehilangan tegangan sistem.
- Menggunakan relay pelindung
- Sirkuit pendek dibiarkan melalui energi rendah
- Cocok untuk operasi jarak jauh
- Daya kontrol digunakan untuk pengoperasian CB, relai rotektif, dan pemanas ruangan
- Menggunakan area yang lebih besar
- Biayanya tinggi
- Pemeliharaan yang dibutuhkan sedang
- Dapat mengalihkan arus dari nilai yang sangat rendah hingga mengganggu kapasitas kontaktor vakum tanpa sekering. Sekering bekerja untuk arus yang lebih tinggi dibandingkan dengan kemampuan pemutusan kontaktor vakum saja, hingga mencapai kemampuan pemutusan sekering
- Daya tahan sangat tinggi untuk proses mekanikal kira - kira 1.000.000 proses hingga 630A
- Arus kontinu switching yang sangat tinggi berkisar dari 450 ribu hingga 1 juta pengoperasian hingga 630 A. Data daya tahan tidak dibuat dalam hubung singkat pemutusan arus yang membutuhkan penggantian sekering ketika mengalihkan arus hubung singkat.
- Digunakan untuk operasi switching yang sangat sering
- Hanya untuk mengoperasikan listrik
- Biasanya, kontaktor vakum terbuka setelah tegangan sistem hilang; kontaktor vakum akan mengunci setelah tegangan sistem kembali
- Menggunakan relai pelindung untuk perlindungan kelebihan beban dan sekering untuk perlindungan korsleting
- Sirkuit pendek dibiarkan melalui energi rendah
- Cocok untuk operasi jarak jauh
- Daya kontrol digunakan untuk pengoperasian CB, relai rotektif, dan pemanas ruangan
- Menggunakan area yang lebih kecil
- Biaya sedang
- Pemeliharaannya rendah
Kelebihan VCB
- VCB menawarkan kekuatan isolasi terbaik. Alat ini memiliki sifat pendinginan busur yang sangat unggul daripada media lainnya.
- VCB memiliki umur panjang.
- Tidak seperti Oil Circuit Breaker (OCB) atau Air blast Circuit Breaker (ABCB), ledakan pada VCB dihindari. Hal ini meningkatkan keselamatan personel operasi.
- Tidak ada bahaya kebakaran
- Vakum CB beroperasi dengan cepat sehingga ideal untuk pembersihan ketika terjadi kegagalan. VCB cocok untuk operasi berulang.
- VCB hampir bebas perawatan.
- Tidak ada gas buang ke atmosfer dan operasi minim suara.
Kekurangan VCB
- Kerugian utama dari VCB adalah tidak ekonomis pada tegangan melebihi 38 kV.
- Biaya pemutus menjadi berlebihan pada tegangan yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena pada tegangan tinggi (di atas 38 kV) lebih dari dua pemutus sirkuit diperlukan untuk dihubungkan secara seri.
- Produksi VCB tidak ekonomis jika diproduksi dalam jumlah kecil.
Aplikasi Pemutus Sirkuit Vakum
Pemutus sirkuit vakum saat ini diakui sebagai teknologi gangguan arus paling andal untuk switchgear tegangan menengah. Alat ini membutuhkan perawatan minimum dibandingkan dengan teknologi pemutus sirkuit lainnya.
Teknologi ini cocok untuk aplikasi tegangan menengah. Untuk teknologi vakum tegangan tinggi telah dikembangkan, tetapi tidak layak secara komersial. Pemutus sirkuit vakum digunakan pada Switchgear berlapis logam dan juga pada pemutus sirkuit bertempat porselen.
Comments
Post a Comment