Analisis kinerja isolasi pemutus sirkuit vakum luar ruangan 10kV

Pendahuluan

Pemutus vakum adalah komponen paling krusial dalam pemutus sirkuit vakum. Pemutus ini memiliki banyak keunggulan seperti kapasitas pemutusan yang besar, operasi sering, kinerja padam busur yang luar biasa, tidak ada polusi, dan ukuran yang kompak. Seiring dengan perkembangan pemutus sirkuit vakum menuju level tegangan yang lebih tinggi, penelitian mendalam tentang kinerja isolasi internal dan eksternal pemutus vakum luar ruangan menjadi semakin penting.

Distribusi medan listrik di dalam pemutus sangat mempengaruhi kinerja isolasi pemutus sirkuit vakum. Distribusi medan listrik yang tidak merata dapat menyebabkan terjadinya putus kontak, yang pada akhirnya mengakibatkan gagal buka pada pemutus sirkuit. Pemasangan pelindung grading di dalam pemutus vakum dapat meratakan distribusi medan listrik internal, sehingga struktur pemutus vakum menjadi lebih rasional dan kompak.

Namun, penambahan pelindung juga menyebabkan perubahan dalam distribusi medan listrik di dalam pemutus. Untuk memverifikasi secara akurat kinerja isolasi pemutus dan menganalisis pengaruh pelindung terhadap distribusi medan listrik, analisis numerik medan listrik pemutus sirkuit vakum luar ruangan merupakan langkah kunci dalam memvalidasi keandalan produk.

Oleh karena itu, makalah ini menganalisis dan merancang struktur isolasi jenis baru pemutus sirkuit vakum AC tekanan tinggi luar ruangan 10kV yang dikembangkan dan diproduksi secara mandiri oleh perusahaan produksi saklar domestik.

Ketika melakukan analisis medan listrik statis pada pemutus sirkuit vakum, tegangan diterapkan pada batas model, dan elemen jaringan tetrahedral digunakan sesuai dengan struktur model. Jaringan dibuat menggunakan jaringan cerdas. Karena pemutus sirkuit vakum memiliki struktur simetri sumbu, pemutus vakum dipotong sepanjang sumbu X sistem koordinat tiga dimensi. Keuntungan menggunakan jaringan cerdas terletak pada fakta bahwa di area di mana kelengkungan grafik berubah signifikan, pembagian grid sangat padat, sementara di area dengan struktur yang lebih reguler, kepadatan grid relatif rendah.

Berdasarkan dua posisi kerja kontak pemutus, yaitu posisi putus dan tutup, serta jarak buka kontak yang berbeda selama proses pemutusan, analisis medan listrik dilakukan secara terpisah pada pemutus vakum. Karakteristik distribusi medan listrik dan titik-titik konsentrasi kekuatan medan ditentukan. Titik-titik konsentrasi kekuatan medan adalah area kunci analisis dalam makalah ini. Hasil medan listrik yang diperoleh dalam berbagai kondisi yang berbeda dibandingkan.

Gambar 1 Diagram Struktur Diperbesar Internal Pemutus Vakum

Gambar 1 - Tutup Ujung Stasioner; 2 - Pelindung Utama; 3 - Kontak; 4 - Bellows; 5 - Tutup Ujung Bergerak; 6 - Batang Konduktif Stasioner; 7 - Perumahan Insulator; 8 - Batang Konduktif Bergerak

Hasil Perhitungan dan Analisis

Makalah ini memeriksa kinerja isolasi antara titik-titik putus isolasi di bawah tegangan impulsi petir nominal. Tegangan tinggi 125 kV diterapkan pada kontak stasioner pemutus, dan potensial nol 0 diterapkan pada kontak bergerak. Distribusi potensial seluruh pemutus sirkuit diperoleh ketika jarak buka kontak masing-masing 50%, 80%, dan 100%. Satuan potensial adalah V, dan satuan kekuatan medan listrik adalah V/m.

Karena adanya pelindung pada pemutus vakum, distorsi medan listrik ditekan, menghasilkan distribusi tegangan yang sangat merata dan simetris di area dekat kontak. Potensial mengambang pada pelindung sekitar 60 kV.

• Distribusi potensial pemutus vakum pada jarak buka kontak 50%

• Distribusi potensial pemutus vakum pada jarak buka kontak 80%

•  Distribusi potensial pemutus vakum pada jarak buka kontak 100%

Pada Gambar 2, gambar (a) - (c) adalah peta kontur distribusi kekuatan medan listrik di dalam pemutus vakum di bawah tiga jarak buka kontak yang berbeda tersebut.

Untuk pemutus sirkuit vakum pada jarak buka kontak 50%, kekuatan medan listrik maksimum muncul di ujung pelindung, dengan nilai 25,4 kV/mm. Pada saat ini, kekuatan medan listrik antara kontak jauh lebih tinggi dibandingkan dengan dua jarak buka sebelumnya. Pelindung grading membuat tegangan di dekat kontak menunjukkan distribusi gradien, dan kekuatan medan listrik tersebar merata, dengan kekuatan medan listrik yang relatif besar antara kontak.

Ketika jarak buka kontak pemutus sirkuit vakum 80% dan 100%, kekuatan medan listrik maksimum masing-masing 21,2 kV/mm dan 18,1 kV/mm. Tegangan di dekat kontak menunjukkan distribusi gradien, dan kekuatan medan listrik tersebar merata.

• Peta kontur medan listrik pemutus vakum pada jarak buka kontak 50%

• Peta kontur medan listrik pemutus vakum pada jarak buka kontak 80%

• Peta kontur medan listrik pemutus vakum pada jarak buka kontak 100%

Dapat dilihat dari gambar bahwa ketika media isolasi eksternal konstan dan seragam, area dengan kekuatan distribusi medan listrik yang relatif besar di dalam pemutus vakum terutama terpusat pada permukaan ujung kontak bergerak dan stasioner serta ujung atas dan bawah pelindung. Area-area yang rentan terhadap insulasi ini mudah mengalami putus isolasi. Oleh karena itu, dalam desain aktual produk, distribusi medan listrik pada titik-titik konsentrasi kekuatan medan dapat ditingkatkan melalui metode desain optimasi seperti meningkatkan kelengkungan permukaan ujung kontak bergerak dan stasioner serta meruncingkan sudut tajam di kedua ujung pelindung.

Kekuatan medan listrik di permukaan luar pemutus vakum relatif kecil. Dapat dilihat dari gambar bahwa di area dekat kedua ujung rumah keramik pemutus vakum dan dekat tutup ujung pemutus, nilai kekuatan medan listrik lebih besar dibandingkan dengan posisi lain sepanjang permukaan.

Ketika kontak pemutus sirkuit vakum tertutup, tegangan tinggi 125 kV diterapkan pada konduktor pusat, dan potensial di batas tak hingga ditetapkan menjadi 0. Setelah beban, perhitungan menunjukkan bahwa kekuatan medan listrik sangat kecil baik di dalam maupun di luar pemutus, dengan kekuatan medan listrik maksimum 0,8 kV/mm. Kekuatan medan listrik tersebar merata, dan tegangan di sekitar kontak menunjukkan tren distribusi gradien yang berpusat pada kontak.

• (a) Peta kontur medan listrik pemutus vakum pada jarak buka kontak 50%

• (b) Peta kontur medan listrik pemutus vakum pada jarak buka kontak 80%

• (c) Peta kontur medan listrik pemutus vakum pada jarak buka kontak 100%

Kesimpulan

Melalui analisis dan penelitian terhadap medan listrik pemutus sirkuit vakum AC tekanan tinggi luar ruangan 10kV, variasi kekuatan medan listrik dan potensial pemutus di bawah berbagai kondisi batas telah diperoleh. Dari hasil di atas, jelas bahwa dengan menggunakan ANSYS untuk mensimulasikan prototipe objek secara akurat dan menerapkan metode elemen hingga untuk perhitungan numerik medan listrik dan potensial, perhitungan yang tepat dari variasi medan listrik dan potensial di dalam pemutus vakum dapat dicapai.