Membuat keadaan di bawah arus pendek untuk peralatan pemutus arus
Penjelasan Terperinci tentang Aliran Arus dan Fenomena Pre-Strike dalam Peralatan Pengalihan
Dalam peralatan pengalihan, terutama dalam 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 bersentuhan tetapi dapat terjadi beberapa milidetik lebih awal disebabkan oleh fenomena yang dikenal sebagai pre-strike. Berikut adalah penjelasan terperinci mengenai fenomena ini dan implikasinya.
Pre-Strike: Inisiasi Busur Sebelum Kontak Bersentuhan
Kegagalan Dielektrik: Ketika kontak mendekati satu sama lain selama operasi penutupan, media insulasi (seperti udara, SF6, atau vakum) di antara mereka mengalami kegagalan dielektrik. Hal ini terjadi karena medan listrik di celah antara kontak meningkat seiring mereka semakin dekat. Ketika kekuatan medan melebihi kekuatan dielektrik media insulasi, celah tersebut gagal, dan busur pemutusan dimulai.
Pembentukan Medan Listrik: Medan listrik antara kontak terbentuk seiring mereka bergerak mendekati satu sama lain. Medan ini proporsional dengan tegangan di antara kontak dan berbanding terbalik dengan jarak antara mereka. Ketika medan menjadi cukup kuat, ia menyebabkan ionisasi molekul gas di celah, yang mengarah pada pembentukan jalur konduktif untuk aliran arus.
Inisiasi Busur: Busur dimulai sebelum kontak benar-benar bersentuhan, biasanya beberapa milidetik lebih awal. Inisiasi busur awal ini disebut pre-strike. Selama pre-strike, busur terbentuk di celah kecil antara kontak, dan arus mulai mengalir melalui busur daripada menunggu kontak untuk bersentuhan secara fisik.
Implikasi dari Pre-Strike
Peleburan Berlebihan Permukaan Kontak: Jika energi yang terlibat dalam pre-strike besar, hal ini dapat menyebabkan peleburan berlebihan permukaan kontak. Ini sangat bermasalah dalam kondisi pendek-sirkuit, 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 disolder dapat mencegah perangkat pemutus merespons dengan tepat terhadap perintah pembukaan selanjutnya. Jika mekanisme operasi peralatan pengalihan tidak memberikan gaya yang cukup untuk memecah titik-titik yang disolder, perangkat mungkin gagal membuka dengan baik, yang dapat mengarah pada bahaya keselamatan dan kerusakan peralatan.
Karakteristik Arus Pendek-Sirkuit: Arus pendek-sirkuit sering kali mengandung komponen DC, yang dapat menyebabkan nilai puncak arus jauh lebih tinggi daripada arus pendek-sirkuit AC murni. Kenaikan puncak arus ini dapat memperparah efek pre-strike, yang mengarah pada kerusakan kontak yang lebih parah dan penyolderan.
Ketergantungan Tegangan Busur: Tegangan di seberang busur (tegangan busur) sangat bergantung pada medium pemutusan yang digunakan dalam peralatan pengalihan. Bahkan dengan panjang busur yang sangat pendek, masih ada penurunan tegangan yang signifikan dekat elektroda. Ini karena resistansi busur tidak seragam sepanjang panjangnya, dan daerah dekat elektroda cenderung memiliki resistansi yang lebih tinggi karena konsentrasi panas dan partikel terionisasi.
Pembuatan dalam Kondisi Pendek-Sirkuit
Pemutus Sirkuit (CB): Dalam pemutus sirkuit, operasi pembuatan dalam kondisi pendek-sirkuit sangat menantang. Tingkat arus yang tinggi dan keberadaan komponen DC dapat menyebabkan arcing yang intens dan kerusakan kontak. Pemutus sirkuit modern dirancang dengan bahan canggih dan mekanisme pendinginan untuk mengurangi efek-efek ini, tetapi pre-strike tetap menjadi perhatian.
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 pemutus sirkuit, sehingga risiko kerusakan kontak yang parah umumnya lebih rendah.
Tahapan Operasi Pembuatan dalam Peralatan Pengalihan
Operasi pembuatan peralatan pengalihan 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 insulasi, menyebabkan kegagalan dielektrik. Busur pre-strike terbentuk, dan arus mulai mengalir melalui busur sebelum kontak bersentuhan.
Tahap 3: Sentuhan Kontak dan Transfer Busur: Kontak akhirnya bersentuhan secara 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 masuk ke operasi steady-state, dan arus mengalir melalui kontak yang tertutup tanpa adanya busur.
Strategi Mitigasi
Untuk meminimalkan efek pre-strike dan penyolderan kontak, beberapa strategi desain dan operasional dapat diterapkan:
Penggunaan Media Insulasi dengan Kekuatan Dielektrik Tinggi: Menggunakan media insulasi dengan kekuatan dielektrik tinggi, seperti gas SF6 atau vakum, dapat mengurangi kemungkinan pre-strike dengan memerlukan medan listrik yang lebih tinggi untuk memulai kegagalan.
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 peralatan pengalihan tegangan tinggi.
Mekanisme Pendinginan: Menyertakan 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 Mekanikal: Memastikan bahwa mekanisme operasi menyediakan gaya yang cukup untuk memecah titik-titik yang disolder selama operasi pembukaan dapat mencegah peralatan pengalihan gagal membuka dengan baik.
Sistem Perlindungan: Implementasi sistem perlindungan, seperti relai overcurrent dan mekanisme deteksi kerusakan, dapat membantu mendeteksi dan merespons kondisi pendek-sirkuit lebih cepat, mengurangi durasi dan intensitas busur.
Kesimpulan
Fenomena pre-strike, di mana busur dimulai sebelum kontak benar-benar bersentuhan, adalah aspek penting dari operasi pembuatan dalam peralatan pengalihan. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan kontak berlebihan, penyolderan, dan potensi kegagalan perangkat pemutus. Memahami faktor-faktor yang berkontribusi terhadap pre-strike, seperti pembentukan medan listrik dan karakteristik media insulasi, sangat penting untuk merancang dan mengoperasikan peralatan pengalihan yang andal. Dengan menerapkan strategi mitigasi yang sesuai, seperti penggunaan media insulasi dengan kekuatan dielektrik tinggi, bahan kontak canggih, dan mekanisme pendinginan, efek pre-strike dapat diminimalkan, memastikan operasi peralatan pengalihan yang aman dan andal baik dalam pemutus sirkuit maupun sakelar pemutus beban.
