Perilaku Pemutus Sirkuit Vakum Outdoor Dalam Lingkungan Simulasi
Pemutus sirkuit vakum luar ruangan sebagian besar digunakan dalam segmen Tegangan Menengah Tinggi (TMT). Mereka berfungsi sebagai komponen penting dalam sektor distribusi, terutama dalam jaringan 11kV dan 33kV. Berbagai bahan komposit digunakan dalam pembuatan pemutus ini. Di antaranya, penghenti vakum merupakan komponen paling vital. Untuk pemutus sirkuit luar ruangan, penghenti vakum biasanya ditempatkan dalam perumahan porcelen.
Pemutus-pemutus ini dihubungkan ke mekanisme operasi melalui batang operasi yang dicetak dari resin yang diperkuat serat kaca, yang pada gilirannya dihubungkan ke batang operasi umum yang terbuat dari baja. Mekanisme operasi pemutus sirkuit vakum luar ruangan umumnya mengadopsi desain tipe pegas, yang ditempatkan dalam penutup baja lembaran. Mengingat penggunaan berbagai bahan, sangat penting untuk mengevaluasi kompatibilitas bahan-bahan tersebut, serta desain dan kerajinan, dalam berbagai kondisi lingkungan tempat pemutus tersebut dimaksudkan untuk beroperasi. Evaluasi ini memastikan kinerja tanpa hambatan dan, akibatnya, stabilitas jaringan listrik yang menjadi bagian darinya.
Uji lingkungan untuk pemutus sirkuit, khususnya uji suhu rendah dan suhu tinggi, ditutupi dalam pasal 6.101.3 IEC 62271-100[1]. Untuk iklim dingin, rentang suhu yang disukai untuk nilai minimum dan maksimum adalah -50°C hingga +40°C, sedangkan untuk iklim sangat panas, rentangnya adalah -5°C hingga +50°C. Pada ketinggian hingga 1000 meter, suhu ambien minimum yang disukai untuk uji suhu rendah adalah -10°C, -25°C, -30°C, dan -40°C. Dalam aplikasi luar ruangan, desain pemutus sirkuit vakum harus memperhitungkan perubahan suhu yang cepat. Di India, banyak lokasi di wilayah seperti Kashmir, Himachal Pradesh, Uttarakhand, dan Sikkim mengalami variasi suhu tersebut.
Suhu dapat turun hingga -25°C. Di lokasi-lokasi tersebut, masalah-masalah terkait kondisi dingin diperparah oleh kejadian sering fenomena seperti angin dingin dan badai salju. Selama musim panas, di banyak bagian India, suhu dapat mencapai 50°C. Produsen yang mengekspor pemutus sirkuit ke negara-negara yang mengalami suhu sangat rendah atau sangat tinggi perlu menentukan kinerja produk mereka dalam kondisi iklim ekstrem tersebut.
Makalah ini membahas kinerja pemutus sirkuit vakum luar ruangan kelas 36 kV (VCB) dalam kondisi lingkungan simulasi sesuai dengan IEC 62271-100. Uji yang dibahas di sini termasuk (a) uji suhu rendah dan (b) uji suhu tinggi. Selain itu, makalah ini menjelajahi waktu operasi, selisih waktu antar kutub, dan waktu pengisian mekanisme operasi untuk VCB luar ruangan kelas 36 kV.
Uji Suhu Rendah
Untuk memahami kinerja VCB luar ruangan dalam kondisi suhu rendah, prosedur yang ditentukan dalam IEC-62271-100 diadopsi sebagai acuan. Standar IEC ini menyatakan bahwa untuk pemutus sirkuit satu perumahan dengan mekanisme operasi umum, uji tiga fasa harus dilakukan. Untuk pemutus sirkuit multi-perumahan dengan kutub independen, pengujian satu kutub lengkap diperbolehkan. Dalam kasus di mana ada keterbatasan fasilitas uji, pemutus sirkuit multi-perumahan dapat diuji menggunakan salah satu atau lebih dari alternatif berikut, dengan syarat kondisi operasi mekanis pemutus sirkuit dalam setup uji tidak lebih menguntungkan daripada kondisi normal:
Selama uji, perawatan, penggantian bagian, atau penyesuaian ulang pemutus sirkuit dilarang. Kecuali desain pemutus sirkuit memerlukan sumber panas, pasokan cairan atau gas untuk pemutus sirkuit harus berada pada suhu udara uji.
Karakteristik operasi berikut dari pemutus harus diuji:
Waktu penutupan
Waktu pembukaan
Selisih waktu antar kutub
Penyebaran waktu antar unit satu kutub (jika uji multi-kutub)
Waktu pengisian kembali perangkat operasi
Konsumsi rangkaian kontrol
Konsumsi perangkat trip dan pencatatan pelepasan shunt
Durasi impuls perintah penutupan dan pembukaan
Uji kedap air jika berlaku
Tekanan gas jika berlaku
Resistansi rangkaian utama
Grafik waktu-perjalanan
Karakteristik ini harus direkam pada:
Parameter yang berubah karena tekanan tidak berlaku untuk VCB karena kontak terletak dalam botol vakum dan perakitan penghenti vakum ini terenkapsulasi dalam perumahan porcelen isolasi udara untuk aplikasi luar ruangan.
Urutan uji untuk uji suhu rendah didefinisikan dalam kl. 6.101.3.3 IEC 62271-100. Karakteristik operasi awal [1.4] didefinisikan setelah memaparkan pemutus pada 20 ± 5°C. Setelah pemeriksaan awal dengan pemutus dalam posisi tertutup, suhu akan diturunkan ke suhu udara ambien minimum sesuai dengan kategori suhu. Pemutus akan dibiarkan dalam posisi tertutup selama 24 jam dengan pemanas anti-kondensasi aktif. Setelah 24 jam, pemutus dibuka & ditutup pada nilai tegangan penyedia nominal. Waktu pembukaan dan penutupan direkam untuk menetapkan karakteristik operasi suhu rendah. Kemudian, pasokan ke pemanas anti-kondensasi diputus selama periode waktu (t₁) sesuai spesifikasi produsen, dengan minimal dua jam. Selama interval ini, alarm diperbolehkan tetapi kunci keluar tidak diperbolehkan. Setelah waktu t₁, pemutus dibuka dan waktu pembukaannya direkam. Jika memungkinkan, karakteristik perjalanan mekanis juga diukur untuk memungkinkan penilaian kapasitas penghentian.
Pemutus akan berada dalam posisi terbuka selama 24 jam setelah itu pemutus akan ditutup dan dibuka. Kemudian 50 operasi CO dilakukan dengan tiga operasi CO pertama dilakukan tanpa penundaan. Operasi CO sisanya dilakukan sebagai C - tₑ - O - tₑ. Waktu tₑ adalah periode waktu antara operasi. Interval 3 menit akan diberikan untuk setiap siklus atau urutan. Setelah selesai 50 operasi CO, suhu ruang uji iklim dinaikkan dengan laju 10 K/jam. Selama periode transisi, operasi C - tₑ - O - tₑ dan O - tₑ - C - tₑ - O dilakukan sehingga pemutus tetap dalam posisi tertutup dan terbuka selama 30 menit antara urutan operasi. Setelah pemutus stabil pada suhu ambien, pengukuran ulang karakteristik operasi dilakukan pada 20 ± 5°C untuk perbandingan dengan karakteristik awal pada 20 ± 5°C.
CPRI telah melakukan uji suhu rendah dan suhu tinggi pada switchgear Tegangan Menengah Tinggi (TMT) hingga 36 kV selama lebih dari sepuluh tahun. Gambar 1 menunjukkan susunan uji tipikal untuk pemutus sirkuit vakum luar ruangan 36 kV (VCB) yang diinstal dalam ruang uji untuk uji suhu tinggi dan rendah.
Hasil eksperimental untuk VCB luar ruangan kelas 36 kV selama uji suhu rendah dan suhu tinggi disajikan. VCB yang diuji dilengkapi dengan mekanisme operasi pegas.
Uji suhu tinggi dilakukan pada +55°C, dan uji suhu rendah dilakukan pada -10°C dan -25°C. Karakteristik berikut diperiksa untuk menganalisis kinerja VCB:
Waktu Penutupan dan Pembukaan (Waktu Operasi)：Waktu penutupan didefinisikan sebagai interval waktu antara pengaktifan rangkaian penutup, dengan pemutus sirkuit dalam posisi terbuka, dan saat kontak bersentuhan di semua kutub.Waktu pembukaan pemutus sirkuit didefinisikan sebagai interval waktu antara saat pengaktifan pelepasan pembuka, dengan pemutus sirkuit dalam posisi tertutup, dan saat kontak arcing terpisah di semua kutub.
Untuk mendapatkan data volumetrik, nilai rata-rata waktu operasi dari ketiga kutub dipertimbangkan untuk tujuan perbandingan. Karena penyebaran waktu antar kutub telah dibandingkan, perubahan maksimum antara waktu maksimum dan minimum kutub individu secara otomatis direpresentasikan.
a) Penyebaran Waktu antar Kutub
b) Karakteristik perangkat pengisian kembali, seperti waktu pengisian kembali dan konsumsi arus.
c) Perubahan karakteristik operasi dalam referensi ke karakteristik operasi awal.
Kinerja pemutus selama uji suhu tinggi dan rendah telah dibandingkan dengan merujuk pada karakteristik yang disebutkan di atas, dan hasilnya dibahas dalam bagian berikutnya.
Evaluasi Kinerja pada Suhu Tinggi
Hasil uji suhu tinggi disajikan dalam Tabel 1. Karakteristik awal diukur pada 20°C. IEC 62271-100 tidak menentukan nilai apa pun untuk waktu operasi atau waktu penutupan. Waktu pembukaan awal yang diukur sekitar 36 ms, dan waktu penutupan sekitar 44 ms. Demikian pula, waktu pengisian kembali perangkat operasi berkisar dari 9,6 detik hingga 11,3 detik, dan arus pengisian kembali berada dalam kisaran 2,8 A hingga 3,1 A.
Setelah 24 jam paparan pada 55°C dengan pemutus dalam posisi tertutup, waktu pembukaan dan penutupan meningkat secara merata sekitar 5%. Setelah 24 jam paparan lebih lanjut pada 55°C dengan pemutus dalam posisi terbuka, waktu penutupan meningkat sekitar 2,5%, dan waktu pembukaan meningkat 4%.
Tidak ada perubahan signifikan dalam penyebaran waktu antar kutub untuk ketiga sampel uji selama uji seluruhnya. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa perilaku serupa di semua kutub VCB. Waktu pengisian kembali berkurang dari 11,3 detik menjadi 9,6 detik, tetapi arus berubah dari 2,9 A menjadi 3,4 A.
Dalam membandingkan waktu pembukaan dan penutupan antara nilai awal dan akhir pada suhu ambien, perubahan kurang dari 1% dalam waktu operasi diamati, yang dianggap tidak signifikan.
Karakteristik operasi awal diukur pada 20°C. Nilai awal yang diukur dari waktu pembukaan sekitar 36 ms, dan waktu penutupan adalah 44 ms. Demikian pula, waktu pengisian kembali perangkat operasi adalah 10,6 detik, dan arus perangkat pengisian kembali adalah 2,8 A.
Setelah 24 jam paparan pada -10°C dengan pemutus dalam posisi tertutup, waktu pembukaan berkurang sekitar 0,7%, dan waktu penutupan meningkat sekitar 2%, tanpa perubahan signifikan.
Selama periode dua jam tanpa pemanas anti-kondensasi, waktu pembukaan berkurang sebesar 1,36%. Setelah 24 jam paparan lebih lanjut pada -10°C dengan pemutus dalam posisi terbuka, waktu penutupan meningkat sekitar 3%, dan waktu pembukaan berkurang sekitar 2%.
Selama uji akhir pada suhu ambien, perubahan kurang dari 1%. Sepanjang periode uji suhu rendah seluruhnya pada -10°C, tidak ada perubahan signifikan dalam penyebaran waktu antar kutub.
Kinerja pemutus pada berbagai suhu, mulai dari +55°C, -10°C, dan -25°C, disajikan dalam Tabel 1.
Perubahan signifikan dalam waktu operasi diamati ketika pemutus beroperasi pada suhu rendah -25°C. Hasil dalam Tabel 3 menunjukkan bahwa pemutus menunjukkan lambat dalam pembukaan dan penutupan pada -25°C. Persentase perubahan waktu operasi pada -25°C cukup berbeda. Setelah 24 jam paparan, waktu pembukaan meningkat 30%, dan waktu penutupan meningkat sekitar 25%. Demikian pula, setelah elemen pemanas anti-kondensasi dimatikan selama dua jam, waktu pembukaan meningkat 46%. Paparan lebih lanjut selama 24 jam pada -25°C dengan pemutus dalam posisi terbuka dan pasokan elemen pemanas anti-kondensasi dipulihkan menyebabkan peningkatan 44% dalam waktu pembukaan dan 21% dalam waktu penutupan. Grafik waktu untuk waktu penutupan dan pembukaan yang direkam selama uji jelas menunjukkan perubahan ini.
Uji pada suhu ambien 20°C ditunjukkan dalam Gambar 2. Grafik waktu penutupan yang direkam setelah 50 jam paparan pada -25°C disediakan dalam Gambar 3. Ketika dibandingkan, lambatnya pemutus pada -25°C jelas terlihat.
Ketika dibandingkan dengan kinerjanya pada -10°C, di mana perubahan waktu operasi hanya sekitar 0,5% hingga 3%, karakteristik pemutus pada -25°C telah menurun secara signifikan. Pada -25°C, perubahan waktu operasi selama berbagai tahap uji mencapai sekitar 45%.
Makalah ini menyajikan hasil eksperimental dari perbandingan kinerja pemutus sirkuit vakum luar ruangan kelas 36 kV (VCB) selama uji suhu rendah dan suhu tinggi sesuai dengan IEC 62271-100.
Temuan utama dari makalah ini adalah sebagai berikut:
Selama uji suhu tinggi pada 55°C, VCB luar ruangan berkinerja memuaskan. Perubahan yang diamati dalam waktu operasi dan penyebaran waktu antar kutub tidak signifikan.
Selama uji suhu rendah pada -10°C, perubahan dalam waktu operasi dan penyebaran waktu antar kutub tidak signifikan.
Perubahan signifikan dalam waktu operasi diamati ketika pemutus beroperasi pada suhu rendah -25°C. Perubahan yang diamati dalam waktu pembukaan berkisar dari 20% hingga 46%, dan perubahan dalam waktu penutupan berkisar dari 25% hingga 43%.
Uji yang dilakukan menunjukkan bahwa bahkan jika VCB luar ruangan dapat beroperasi normal pada -10°C, tidak ada jaminan bahwa ia akan berkinerja sama dalam kondisi yang lebih dingin seperti -25°C. Oleh karena itu, sangat penting untuk memverifikasi kinerjanya pada suhu rendah yang diperlukan.
