Perlindungan untuk fuse transformator kotak gaya Amerika
Pengenalan Fuse pada Trafo Kotak Gaya Amerika
Trafo kotak gaya Amerika umumnya menggunakan kombinasi fuse colokan dan fuse pelindung cadangan secara seri untuk memberikan perlindungan. Prinsip perlindungan ini canggih dan andal, serta operasinya sederhana. Fuse pelindung cadangan adalah fuse pembatas arus yang terendam minyak, biasanya dipasang di dalam trafo kotak. Ini akan beroperasi hanya ketika terjadi kesalahan di dalam trafo kotak, dan digunakan untuk melindungi jalur tegangan tinggi. Fuse colokan adalah fuse colokan yang terendam minyak, yang akan meledak ketika terjadi kesalahan pendek pada sisi sekunder, atau ketika ada beban berlebih atau suhu minyak terlalu tinggi. Fuse colokan adalah aksesori utama untuk perlindungan arus berlebih pada trafo kotak terendam minyak dalam sistem distribusi listrik.
Fuse di dalamnya dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis: tipe arus, tipe ganda-sensitif, dan tipe dua-faktor. Fuse dapat ditarik untuk penggantian tanpa perlu mematikan trafo kotak. Fuse tipe arus, ketika disambungkan secara seri dengan fuse pelindung cadangan, membentuk "perlindungan double-fuse". Fuse tipe arus digunakan untuk perlindungan beban berlebih, dan fuse pelindung cadangan digunakan untuk melindungi terhadap kesalahan internal trafo (seperti pendek rangkaian kumparan, dll.). Fuse ganda-sensitif, ketika disambungkan secara seri dengan fuse pelindung cadangan, juga membentuk "perlindungan double-fuse". Fuse ganda-sensitif melindungi terhadap kesalahan atau beban berlebih pada sisi tekanan rendah trafo dari segi arus dan suhu.
Fuse pelindung cadangan digunakan untuk melindungi terhadap kesalahan internal trafo (seperti kesalahan pendek kumparan, dll.). Kurva amper-detik standar dapat berkoordinasi dengan akurat dengan fuse dan pemutus sirkuit di tingkat atas dan bawah. Fuse dua-faktor, ketika disambungkan secara seri dengan fuse pelindung cadangan, membentuk "perlindungan double-fuse". Fuse dua-faktor melindungi terhadap kesalahan atau beban berlebih pada sisi tekanan rendah trafo dari aspek arus dan suhu. Fuse pelindung cadangan digunakan untuk melindungi terhadap kesalahan internal trafo (seperti kesalahan pendek kumparan, dll.), dan kurva amper-detik standarnya dapat berkoordinasi dengan akurat dengan fuse dan pemutus sirkuit di tingkat atas dan bawah.
Struktur Dasar Fuse
Fuse memiliki struktur yang berbeda sesuai dengan fungsi yang mereka lakukan. Artikel ini singkat menjelaskan fuse pembatas arus tipe NX McGraw Edison dari Perusahaan COOPER (Cooper) di Amerika Serikat.
Struktur fuse pembatas arus tipe NX McGraw Edison ditunjukkan pada Gambar 1. Ini mengandung elemen fusible dengan strip fuse perak murni. Strip fuse perak murni dipilin pada dukungan talc (komponen dukungan laba-laba), dan dukungan ini dapat menghasilkan gas ionisasi yang membantu memutus sirkuit. Fuse dan pasir silika dipasang dalam tabung isolasi serat kaca.
1 - Isi pengisi pasir silika murni;2 - Dukungan talc;3 - Terminal tembaga padat;4 - Sistem segel ganda;5 - Label identifikasi;6 - Tutup serat kaca;7 - Strip fuse perak murni.
Gambar 1. Elemen konstituen dasar fuse pembatas arus tipe NX McGraw Edison.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, fuse pembatas arus tipe NX McGraw Edison (model fuse lain memiliki struktur yang mirip dengan fuse ini) terutama mencakup:
Isi pengisi pasir silika murni. Ukuran partikel, kebersihan, dan kerapatan spesifik menyediakan karakteristik penyerapan panas dan pemadam busur, yang penting bagi fuse untuk mempertahankan karakteristik pemutusan yang konsisten dan tingkat energi yang lewat rendah.
Dukungan talc. Selama operasi fuse, dukungan talc memberikan dukungan pemasangan yang stabil tanpa menghasilkan gas dan akumulasi tekanan.
Terminal tembaga padat. Kepala colokan kuningan dipilih untuk menyediakan sambungan konduktif listrik dengan panjang berkisar antara 0,25 hingga 10 inci.
Sistem segel ganda. Karet gelang nitril dan sealant resin epoksi dapat menjamin integritas segel fuse.
Label identifikasi yang kuat. Ini memudahkan pengguna untuk mendapatkan parameter tegangan, arus, nomor pesanan, dan informasi lainnya.
Tutup serat kaca. Ini memberikan kekuatan tinggi untuk fuse dan integritas pemeliharaan, memungkinkan fuse untuk menahan jangkauan perlindungan dari arus fusing minimum hingga maksimum 50 kA selama proses gangguan apa pun.
Strip fuse perak murni. Ini dapat mempertahankan stabilitas di bawah kondisi aliran arus dan tekanan termal dan memberikan karakteristik fusing yang konsisten. Selama gangguan arus besar, strip fuse dapat secara efektif mengontrol dan mengurangi tingkat puncak tegangan busur. Selama proses gangguan, komponen ini dapat secara efektif mengontrol dan membatasi arus dan energi yang diperbolehkan.
Karakteristik Operasional dan Prinsip Perlindungan Fuse
Proses kerja fuse bergantung pada model elemen fuse di dalamnya. Untuk semua fuse, pemutusan arus kesalahan besar pada dasarnya sama. Aliran arus akan melelehkan elemen fusible sepanjang panjangnya, dan busur yang dihasilkan akan menyebabkan elemen fusible meledak, memvitrifikasi pasir silika dan membentuk saluran kaca yang membatasi perkembangan busur. Saluran kaca ini membatasi busur dengan meningkatkan nilai resistansi, mengurangi arus dan memaksanya mencapai nol lebih awal.
Dalam fuse lokal atau full-range, pemutusan arus sedang atau kecil harus dicegah. Misalnya, dalam fuse pembatas arus tipe McGraw Edison, titik "M" (yaitu, kawat paduan timah) ditempatkan di tengah elemen fusible utama untuk menurunkan suhu leburannya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2(a). Setelah elemen fusible meleleh pada titik M, arus dialihkan ke elemen fusible bantu. Kawat tipis terhubung ke elemen fusible utama dengan celah 1/4 dari ujung elemen utama. Gradien tegangan melintasi busur di titik M dan celah elemen fusible bantu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2(b). Oleh karena itu, jika elemen fusible utama terus bercabang, hubungan kawat ini pasti akan muncul di tiga posisi, memperpanjang panjang busur tiga kali lipat dan menggunakan area ini untuk mendispersikan energi sirkuit, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2(c). Pada tahap awal bercabang, panas yang cukup dikumpulkan untuk mendekomposisi struktur laba-laba di area tersebut, dan gas yang ditiupkan dari struktur laba-laba dapat mendinginkan batu leleh dan mengurangi panjang busur hingga titik kesalahan dapat diputus.
Gambar 2 Proses fuse pembatas arus tipe NX McGraw Edison mengurangi arus
Pemilihan fuse pembatas arus sebagian besar didasarkan pada parameter tegangan nominalnya. Ketika menentukan parameter yang tepat, beberapa faktor perlu dipertimbangkan, termasuk jenis sistem listrik, tegangan maksimum sistem, kondisi gulungan trafo (jika fuse digunakan untuk perlindungan trafo), status grounding kabel netral, dan jenis beban.
Secara umum, sirkuit fase tunggal dapat dilindungi oleh fuse pembatas arus dengan parameter nominal lebih besar dari tegangan grounding fase tunggal. Namun, untuk sirkuit tiga fase, fuse harus memiliki parameter inter-phase yang sesuai. Dalam kasus tertentu, dengan asumsi tegangan putus positif-sekuensial yang diterapkan pada fuse tidak melebihi tegangan desain maksimum, parameter grounding fase tunggal mungkin berlaku untuk sistem tiga fase. Dalam situasi tersebut, diasumsikan bahwa dua fuse pembatas arus yang tersambung seri akan membagi tegangan yang diterapkan dalam kondisi gangguan yang diberikan. Tabel 1 menggambarkan hubungan antara parameter tegangan nominal rekomendasi dan parameter aplikasi fuse pembatas arus.
Untuk perlindungan perangkat listrik, persyaratan pemutusan fuse pembatas arus harus berkoordinasi dengan perangkat yang dilindungi. Selain itu, kurva waktu-arus fuse juga harus berkoordinasi dengan perangkat perlindungan di sistem, terutama ketika fuse cadangan terlibat dan pemutusan kesalahan arus kecil bergantung pada fuse ekspulsi.
Tabel 1 Parameter Tegangan Nominal Rekomendasi Fuse Pembatas Arus dan Parameter Aplikasi Fuse Pembatas Arus
Sama seperti fuse biasa, fuse pembatas arus mungkin juga mengalami penurunan daya pada suatu suhu lingkungan. Faktor derating untuk berbagai skenario aplikasi ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Faktor Derating Suhu Lingkungan untuk Aplikasi Fuse Pembatas Arus Tipe NX
Kunci untuk menerapkan perlindungan fuse untuk trafo distribusi adalah bahwa fuse harus memenuhi persyaratan berikut:
Memberikan perlindungan pendek sirkuit dan memisahkan trafo yang bermasalah dari sistem terlebih dahulu. Fuse seharusnya tidak meledak selama arus inrush, arus mulai beban dingin, dan arus berlebih jangka pendek. Harus berkoordinasi dengan perangkat tingkat atas (meledak sebelum sectionalizer beroperasi).
Mencegah situasi arus berlebih parah yang mungkin menyebabkan kerusakan overheating atau kerusakan mekanis pada trafo. Perlu dicatat bahwa jika perlu, item ② dapat ditunda karena tujuan utama perlindungan fuse adalah perlindungan beban berlebih bukan perlindungan pendek sirkuit.
Kurva waktu-arus arus inrush/arusa mulai beban dingin trafo distribusi diperkirakan berdasarkan situasi berikut: pada 0,01 s, arusnya 25 kali arus beban penuh; pada 0,1 s, arusnya 12 kali arus beban penuh; pada 1 s, arusnya 6 kali arus beban penuh; pada 10 s, arusnya 3 kali arus beban penuh; dan pada 100 s, arusnya 2 kali arus beban penuh.
Untuk memastikan bahwa fuse yang digunakan untuk perlindungan trafo distribusi tidak meledak selama arus inrush atau arus mulai beban dingin, kurva fuse harus berada di sisi kanan kurva arus inrush/arusa mulai beban dingin. Artinya, waktu peledakan fuse harus lebih lama dari durasi arus-arus tersebut.
Kurva kerusakan trafo dapat diperoleh dari produsen atau standar ANSIC57 dan dapat digambar pada grafik kurva yang sama. Seperti yang telah disebutkan, jika harus membuat konsesi, kurva kerusakan trafo harus diprioritaskan daripada kurva arus inrush.
Gambar 4 menunjukkan kurva arus inrush/arusa mulai beban dingin trafo satu fase dengan level tegangan 13,8 kV dan kapasitas nominal 50 kV·A. Arus beban penuh trafo adalah 3,62 A. Kurva fuse diasumsikan dalam gambar. Sebenarnya, ada dua kurva fuse. Kurva peleburan minimum memberikan waktu terpendek untuk kerusakan fuse, dan kurva pemutusan maksimum memberikan waktu terlama untuk pemutusan kesalahan fuse. Waktu pemutusan maksimum fuse ekspulsi seharusnya tidak pernah kurang dari 0,8 siklus (yaitu, 0,0133 s), jadi kurva ini digambar horizontal pada 0,0133 s.
Gambar 4 menunjukkan kurva waktu-arus arus inrush/arusa mulai beban dingin trafo distribusi. Perlu dicatat bahwa kurva fuse harus memastikan koordinasi antara fuse dan perangkat perlindungan tingkat atas. Perangkat tingkat atas mungkin adalah perangkat pemisah sirkuit, seperti fuse atau recloser. Fuse perlindungan trafo harus meledak sebelum fuse tingkat atas rusak atau sebelum recloser tingkat atas terkunci.
Beberapa trafo distribusi dianggap memiliki fungsi perlindungan diri penuh (CSP), yaitu, mereka memiliki fungsi perlindungan arus berlebih dan arus inrush.
Trafo perlindungan diri biasanya memiliki fuse pembatas arus besar dan pemutus sirkuit sirkuit sekunder untuk pencegahan beban berlebih dalam casingnya. Trafo biasa biasanya dilindungi oleh fuse tambahan di sisi primer. Trafo kotak biasanya memiliki fuse yang independen dari casing (desain panel depan non-tetap), entah itu terletak di minyak trafo atau di sumur bushing kering atau silinder (desain panel depan tetap). Dalam setiap kasus, desain yang tepat harus diterapkan untuk mempermudah penggantian fuse di tempat.
Rasio fuse adalah rasio arus peledakan minimum fuse terhadap arus beban penuh trafo. Rasio ini menunjukkan pentingnya perlindungan beban berlebih untuk operasi berkelanjutan perangkat. Rasio fuse tinggi memungkinkan lebih banyak kegagalan trafo tanpa meledak selama arus inrush atau beban berlebih; rasio fuse rendah meningkatkan jumlah peledakan fuse, dan beberapa peledakan mungkin tidak perlu, tetapi dapat melindungi trafo dengan lebih baik dari beban berlebih. Rasio fuse tipikal berkisar antara 2 hingga 4.
Dalam trafo perlindungan diri, rasio fuse fuse internal sekitar 8 karena sisi sekunder trafo perlindungan diri dilengkapi dengan pemutus sirkuit yang tidak terpengaruh oleh beban berlebih.
Jangkauan Perlindungan dan Koordinasi Perlindungan Fuse
Ketika memilih fuse untuk perlindungan trafo kotak, umumnya, laju peleburan dapat dihitung dengan membagi arus beban penuh trafo dengan arus peleburan minimum fuse. Menggunakan laju peleburan tinggi dapat melindungi sistem dari trafo yang bermasalah, tetapi hanya memberikan perlindungan beban berlebih terbatas; laju peleburan rendah dapat memberikan perlindungan beban berlebih maksimum, tetapi fuse rentan terhadap arus gangguan dan arus inrush.
Selain itu, faktor-faktor komprehensif harus dipertimbangkan, termasuk kontinuitas operasi, kegagalan trafo yang disebabkan oleh beban berlebih, koordinasi antara fuse trafo dan perangkat pemisah, dan dampak arus inrush dan mulai beban dingin. Jika kurva karakteristik trafo diketahui, fuse dapat disesuaikan dengan sederhana dengan membuat kurva karakteristik waktu fuse jatuh dalam area antara kurva inrush trafo dan kurva kerusakan trafo.
Kurva-kurva ini dibuat sesuai standar, tetapi tidak selalu berlaku, sehingga fuse perlu dipilih. Arus inrush sangat bergantung pada fluks magnetik sisa di inti besi selama gelombang tegangan saat penutupan. Untuk menahan arus inrush, fuse harus mampu menahan 25 kali arus beban penuh pada 0,01 s dan 12 kali arus beban penuh pada 0,1 s. Penyaluran ulang setelah pemadaman tenaga utama akan menghasilkan mulai beban dingin. Ketika kurva arus inrush diketahui, kurva fuse yang dipilih harus lebih lambat dari kurva arus inrush. Tegangan pelepasan petir dapat menjenuhkan inti trafo dan menghasilkan arus inrush. Secara umum, jika kerusakan petir menjadi masalah, lebih baik menggunakan fuse ukuran lebih besar.
Selain itu, ketika memilih fuse untuk perlindungan trafo kotak, koordinasi antara fuse juga harus dipertimbangkan. Di sini, masalah koordinasi dalam dua situasi dibahas:
Koordinasi antara dua fuse pembatas arus. Untuk mencapai tujuan koordinasi, kurva harus dimulai dari 0,01 s. Untuk waktu di atas 0,01 s, koordinasi antara dua fuse berbeda dalam satu set dapat dicapai dengan hanya menumpuk TCCS dan menggunakan metode koordinasi 75%; untuk waktu di bawah 0,01 s, koordinasi dapat dicapai dengan menggunakan nilai peleburan minimum dan total pemutusan. Ketika dua fuse pembatas arus dikoordinasikan secara seri, arus maksimum yang melewati fuse perlindungan atau fuse sisi beban seharusnya tidak melebihi arus peleburan minimum fuse yang dilindungi atau sisi sumber daya. Artinya, fuse sisi beban akan membatasi arus yang melewati ke tingkat yang tidak cukup untuk melelehkan fuse sisi sumber daya. Deteksi koordinasi di atas 0,01 s tidak diperlukan karena batas koordinasi memiliki nilai tetap. Koordinasi ini konservatif dan membentuk standar koordinasi untuk arus gangguan apa pun. Jika arus gangguan dibatasi, koordinasi dapat dicapai dengan mengubah arus dalam kurva.
Koordinasi antara fuse pembatas arus cadangan dan fuse ekspulsi. Metode perlindungan ini sering diadopsi karena memungkinkan sebagian besar kesalahan (dengan arus kecil) diselesaikan oleh fuse ekspulsi yang murah. Ketika terjadi kesalahan pada perangkat yang dilindungi, fuse pembatas arus akan membatasi besarnya arus. Sangat penting bahwa fuse ekspulsi dapat membersihkan kesalahan arus kecil tanpa merusak fuse pembatas arus. Fuse pembatas arus dapat melewati arus yang cukup setelah fuse ekspulsi meledak dan dapat memberikan indikasi kesalahan yang jelas. Karakteristik fuse akan membentuk irisan kurva pemutusan maksimum fuse ekspulsi dan kurva peleburan minimum fuse pembatas arus, menghasilkan arus yang lebih besar, yang akan menyebabkan operasi sinkron. Jika kedua fuse pembatas arus dipilih dengan tepat, trafo kotak dapat mencapai perlindungan penuh.
Operasi dan Pemeliharaan Perlindungan Fuse
Ketika menggunakan fuse untuk perlindungan trafo kotak, perhatikan situasi berikut:
Fuse colokan dioperasikan secara manual, dan pengguna memerlukan keterampilan dan pengalaman tertentu. Sebelum menggunakan fuse colokan untuk memutus trafo yang terenergi, operator harus memiliki pengalaman dalam mengeluarkan fuse colokan dari pemegang fuse. Penanganan yang tidak tepat dapat menyebabkan kesalahan switching dan mungkin memerlukan penggantian trafo atau menyebabkan kebakaran.
Jika fuse colokan digunakan untuk penutupan kesalahan, dapat menyebabkan cedera serius. Kesalahan internal dapat menyebabkan trafo retak atau tutup atas terlepas. Oleh karena itu, trafo harus selalu ditenagai dari lokasi jauh untuk memastikan keamanan.
(3) Jika trafo terletak di bangunan tertutup atau ruang bawah tanah, atau jika operator berada langsung di atas trafo, perakitan fuse colokan sebaiknya tidak digunakan untuk menghubungkan atau memutus trafo. Dalam situasi tersebut, sulit bagi operator untuk beroperasi dengan benar, dan sulit untuk meninggalkan dengan aman jika terjadi kesalahan operasi.
Sebelum mengoperasikan fuse colokan, status trafo harus diperiksa dengan hati-hati. Periksa apakah ada suara pelepasan busur di dalam casing; periksa apakah casing bengkak atau ada tanda kebocoran atau tumpahan minyak; periksa apakah ada tanda kebocoran, tumpahan, atau noda hitam karbon di dekat perangkat pelepasan tekanan. Jika situasi tersebut terjadi, fuse colokan sebaiknya tidak digunakan untuk menghubungkan atau memutus trafo, karena dapat menyebabkan kebakaran atau korban jiwa.
Tekanan trafo harus dilepaskan sebelum mengoperasikan fuse colokan. Pembebasan tekanan casing trafo yang salah dapat menyebabkan perakitan colokan fuse diletuskan bersama dengan minyak panas. Ini dapat menyebabkan cedera benturan, luka bakar, dan pencemaran lingkungan.
Menggunakan fuse colokan dengan nilai ampere terlalu tinggi dapat menyebabkan ketidakcocokan dengan fuse pembatas arus cadangan di dalam trafo atau bagian lain dari sistem. Dalam hal ini, ketika terjadi kesalahan di dalam trafo, dapat menyebabkan pemadaman listrik yang lebih luas atau menyebabkan trafo terbakar atau meledak. Memasang fuse colokan dengan nilai ampere lebih kecil dari yang direkomendasikan akan menyebabkan peleburan tidak perlu dan gangguan operasi.
Kerusakan pada tabung fuse akan mempengaruhi pemasangan yang benar dari fuse. Periksa tabung fuse dengan hati-hati untuk memastikan tidak ada korosi yang lebih besar dari lubang pada bagian mana pun dari kuningan, dan bahwa pembakaran atau abrasi komponen isolasi tidak lebih panjang dari 1/2 in (13 mm). Jika kerusakan melebihi tingkat ini, tabung fuse yang rusak harus diganti dengan yang baru. Jika terjadi peleburan kuningan dalam jumlah besar, atau abrasi melampaui setengah panjang tabung fuse, pemegang fuse colokan juga harus diganti. Jika komponen rusak, dapat mencegah pemutusan kesalahan selanjutnya dan menyebabkan kerusakan yang lebih besar.
Kesimpulan
Tingkat teknologi perlindungan fuse relatif maju, dan memiliki rasio kinerja-harga yang sangat baik, dengan prospek pengembangan yang luas baik di pasar domestik maupun internasional. Saat ini, sejumlah besar trafo kotak gaya Amerika di Cina menggunakan fuse untuk perlindungan. Dibandingkan dengan metode perlindungan lainnya, perlindungan fuse tidak hanya memiliki keandalan tinggi tetapi juga harga relatif rendah, yang sangat cocok untuk situasi saat ini di Cina. Oleh karena itu, perlindungan fuse memiliki prospek aplikasi yang baik di Cina.
