Membuat kondisi di bawah arus pendek untuk peralatan pengatur sirkuit
Penjelasan Rinci tentang Aliran Arus Pembuatan dan Fenomena Pre-Strike pada Switchgear
Dalam switchgear, khususnya pada pemutus sirkuit (CB) dan sakelar pemutus beban (LBS), aliran arus pembuatan merujuk pada proses di mana busur listrik dimulai ketika kontak mulai menutup. Proses ini tidak dimulai tepat saat kontak secara fisik menyentuh, tetapi dapat terjadi beberapa milidetik lebih awal karena fenomena yang dikenal sebagai pre-strike. Berikut adalah penjelasan rinci tentang fenomena ini dan implikasinya.
Pre-Strike: Inisiasi Busur Sebelum Kontak Menyentuh
Penghancuran Dielektrik: Saat kontak mendekati satu sama lain selama operasi penutupan, media isolasi (seperti udara, SF6, atau vakum) antara mereka mengalami penghancuran dielektrik. Ini terjadi karena medan listrik dalam celah antara kontak meningkat seiring mereka semakin dekat. Ketika kekuatan medan melebihi kekuatan dielektrik media isolasi, celah tersebut hancur, dan busur pemutusan dimulai.
Pembentukan Medan Listrik: Medan listrik antara kontak terbentuk saat mereka bergerak mendekati satu sama lain. Medan ini sebanding dengan tegangan di antara kontak dan berbanding terbalik dengan jarak antara mereka. Ketika medan menjadi cukup kuat, ia menyebabkan ionisasi molekul gas dalam celah, mengarah pada pembentukan jalur konduktif untuk aliran arus.
Inisiasi Busur: Busur dimulai sebelum kontak benar-benar menyentuh, biasanya beberapa milidetik lebih awal. Inisiasi busur yang awal ini disebut pre-strike. Selama pre-strike, busur terbentuk dalam celah kecil antara kontak, dan arus mulai mengalir melalui busur daripada menunggu kontak membuat kontak fisik.
Implikasi Pre-Strike
Pelumeran Berlebihan Permukaan Kontak: Jika energi yang terlibat dalam pre-strike besar, hal ini dapat menyebabkan pelumeran berlebihan permukaan kontak. Ini sangat bermasalah dalam kondisi pendek arus, di mana arus bisa sangat tinggi. Logam cair pada permukaan kontak dapat menyebabkan penyolderan kontak, di mana kedua permukaan bergabung bersama.
Penyolderan Kontak: Kontak yang tersolder dapat mencegah perangkat pemutus merespons dengan tepat terhadap perintah pembukaan berikutnya. Jika mekanisme pengoperasian switchgear tidak memberikan gaya yang cukup untuk memutus titik-titik yang tersolder, perangkat mungkin gagal membuka dengan baik, yang dapat menyebabkan bahaya keselamatan dan kerusakan peralatan.
Karakteristik Arus Pendek: Arus pendek seringkali mengandung komponen DC, yang dapat menyebabkan nilai puncak arus jauh lebih tinggi daripada arus pendek AC murni. Penambahan puncak arus ini dapat memperburuk efek pre-strike, mengakibatkan kerusakan kontak yang lebih parah dan penyolderan.
Ketergantungan Tegangan Busur: Tegangan di seberang busur (tegangan busur) sangat bergantung pada medium pemutusan yang digunakan dalam switchgear. Bahkan dengan panjang busur yang sangat pendek, masih dapat terjadi penurunan tegangan signifikan dekat elektroda. Hal ini karena resistansi busur tidak merata sepanjang panjangnya, dan daerah dekat elektroda cenderung memiliki resistansi yang lebih tinggi karena konsentrasi panas dan partikel ionisasi.
Pembuatan Dalam Kondisi Pendek Arus
Pemutus Sirkuit (CB): Dalam pemutus sirkuit, operasi pembuatan dalam kondisi pendek arus sangat menantang. Tingkat arus yang tinggi dan keberadaan komponen DC dapat menyebabkan arcing intensif dan kerusakan kontak. Pemutus sirkuit modern dirancang dengan bahan dan mekanisme pendinginan canggih untuk mengurangi efek-efek ini, tetapi pre-strike tetap menjadi kekhawatiran.
Sakelar Pemutus Beban (LBS): Sakelar pemutus beban juga rentan terhadap pre-strike selama operasi pembuatan, terutama dalam aplikasi arus tinggi. Namun, perangkat LBS biasanya digunakan dalam aplikasi tegangan dan arus yang lebih rendah dibandingkan dengan pemutus sirkuit, sehingga risiko kerusakan kontak yang parah umumnya lebih rendah.
Tahapan Operasi Pembuatan dalam Switchgear
Operasi pembuatan switchgear dapat dibagi menjadi beberapa tahap, seperti ditunjukkan dalam gambar:
Tahap 1: Pendekatan Awal Kontak: Kontak mulai bergerak mendekati satu sama lain, dan medan listrik di antara mereka mulai terbentuk. Pada tahap ini, tidak ada arus yang mengalir, tetapi potensi pre-strike semakin meningkat.
Tahap 2: Pembentukan Busur Pre-Strike: Seiring kontak semakin dekat, medan listrik melebihi kekuatan dielektrik media isolasi, menyebabkan penghancuran dielektrik. Busur pre-strike terbentuk, dan arus mulai mengalir melalui busur sebelum kontak menyentuh.
Tahap 3: Kontak Menyentuh dan Transfer Busur: Kontak akhirnya melakukan kontak fisik, dan busur dipindahkan dari celah antara kontak ke permukaan kontak. Arus terus mengalir melalui rangkaian yang sudah tertutup.
Tahap 4: Operasi Steady-State: Setelah kontak sepenuhnya tertutup, sistem memasuki operasi steady-state, dan arus mengalir melalui kontak yang tertutup tanpa adanya busur.
Strategi Pengurangan
Untuk meminimalkan efek pre-strike dan penyolderan kontak, beberapa strategi desain dan operasional dapat diterapkan:
Penggunaan Media Isolasi dengan Kekuatan Dielektrik Tinggi: Menggunakan media isolasi dengan kekuatan dielektrik tinggi, seperti gas SF6 atau vakum, dapat mengurangi kemungkinan pre-strike dengan memerlukan medan listrik yang lebih tinggi untuk memulai penghancuran.
Bahan Kontak Canggih: Menggunakan bahan kontak dengan titik lebur tinggi dan konduktivitas termal yang baik dapat membantu mengurangi kerusakan kontak selama pre-strike. Bahan seperti paduan tembaga-tungsten umumnya digunakan dalam switchgear tegangan tinggi.
Mekanisme Pendinginan: Mengintegrasikan mekanisme pendinginan, seperti sistem puffer atau aliran gas paksa, dapat membantu mendispersikan panas dari busur dan mengurangi suhu permukaan kontak, meminimalkan risiko penyolderan.
Peningkatan Desain Mekanis: Memastikan bahwa mekanisme pengoperasian memberikan gaya yang cukup untuk memutus titik-titik yang tersolder selama operasi pembukaan dapat mencegah switchgear gagal membuka dengan baik.
Sistem Perlindungan: Melaksanakan sistem perlindungan, seperti relai overcurrent dan mekanisme deteksi gangguan, dapat membantu mendeteksi dan merespons kondisi pendek arus lebih cepat, mengurangi durasi dan intensitas busur.
Kesimpulan
Fenomena pre-strike, di mana busur dimulai sebelum kontak secara fisik menyentuh, adalah aspek kritis dari operasi pembuatan dalam switchgear. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan kontak berlebihan, penyolderan, dan potensi kegagalan perangkat pemutus. Memahami faktor-faktor yang berkontribusi pada pre-strike, seperti pembentukan medan listrik dan karakteristik media isolasi, penting untuk merancang dan mengoperasikan switchgear yang handal. Dengan menerapkan strategi pengurangan yang tepat, seperti menggunakan media isolasi dengan kekuatan dielektrik tinggi, bahan kontak canggih, dan mekanisme pendinginan, efek pre-strike dapat diminimalkan, memastikan operasi switchgear yang aman dan andal baik dalam pemutus sirkuit maupun sakelar pemutus beban.
