Bagaimana SF6 memadamkan busur listrik?
Cara Kerja Pemadam Busur SF6 (Sulfur Hexafluoride)
1. Sifat Fisik dan Kimia SF6
Kekuatan Isolasi Tinggi: Molekul SF6 memiliki elektro-negativitas negatif yang kuat, yang memungkinkannya menangkap elektron bebas dengan cepat, membentuk ion negatif. Ion-ion negatif ini bergerak lebih lambat dan kurang mungkin menyebabkan ionisasi, menghasilkan kekuatan isolasi tinggi dari gas SF6. Hal ini membuat SF6 jauh lebih unggul dibandingkan udara atau vakum dalam hal isolasi.
Kapasitas Panas Tinggi: SF6 memiliki berat molekul yang besar (sekitar 146) dan menunjukkan kapasitas panas dan konduktivitas termal yang tinggi. Ketika busur terbentuk, gas SF6 dapat menyerap sejumlah besar panas, mendinginkan busur dengan cepat, dan mengurangi suhunya.
Stabilitas Kimia: SF6 sangat stabil pada suhu ruangan tetapi terurai menjadi senyawa fluorin yang lebih rendah (seperti SF4, S2F10, dll.) pada suhu tinggi (misalnya, selama pembusuran). Produk-produk dekomposisi ini kembali bergabung menjadi SF6 setelah busur padam, memulihkan sifat isolasi gas tersebut.
2. Prinsip Dasar Pemadam Busur SF6
Pembentukan dan Padaman Busur: Ketika pemutus sirkuit dibuka, kontak-kontak terpisah, dan arus mengalir melalui celah kecil antara kontak, membentuk busur. Kehadiran busur menghasilkan suhu tinggi lokal, menyebabkan material kontak menguap dan menghasilkan sejumlah besar elektron bebas, yang menjaga busur tetap hidup.
Peran Gas SF6:
Pendinginan Cepat Busur: Gas SF6 memiliki kapasitas panas yang tinggi dan dapat menyerap panas yang dihasilkan oleh busur dengan cepat, menyebabkan suhu busur turun dengan cepat. Seiring penurunan suhu, energi kinetik partikel bermuatan (elektron dan ion) dalam busur berkurang, menghabiskan energi busur.
Penghambatan Ionisasi: Molekul SF6 dapat menangkap elektron bebas dari busur dengan cepat, membentuk ion negatif. Ion-ion negatif ini bergerak lebih lambat dan kurang mungkin mempertahankan proses ionisasi, sehingga menghambat perkembangan busur yang berkelanjutan.
Pemulihan Kekuatan Isolasi: Setelah busur padam, gas SF6 dengan cepat memulihkan sifat isolasinya. Berkat kekuatan isolasi yang lebih unggul dibandingkan udara, isolasi antara kontak dipulihkan dengan cepat, mencegah busur kembali menyala.
3. Proses Rinci Pemadam Busur SF6
Tahap Awal Pembentukan Busur: Saat kontak pemutus sirkuit mulai terpisah, arus mengalir melalui celah kecil antara mereka, membentuk busur. Suhu busur naik dengan cepat hingga beberapa ribu derajat Celsius, menyebabkan material kontak menguap dan menghasilkan sejumlah besar elektron bebas.
Efek Pendinginan Gas SF6: Ketika busur terbentuk, gas SF6 dengan cepat menyerap panas yang dihasilkan oleh busur, menyebabkan suhu busur turun. Secara bersamaan, molekul SF6 menangkap elektron bebas dari busur, membentuk ion negatif, yang menghambat proses ionisasi.
Padaman Busur: Seiring penurunan suhu busur, energi partikel bermuatan dalam busur berkurang secara bertahap, menyebabkan padaman busur secara lengkap. Pada titik ini, gas SF6 dengan cepat memulihkan sifat isolasinya, meningkatkan kekuatan isolasi antara kontak, dan mencegah busur kembali menyala.
Pemulihan Pasca-Busur: Setelah busur padam, produk-produk dekomposisi SF6 (seperti SF4, S2F10, dll.) dengan cepat bergabung kembali membentuk SF6, memulihkan struktur kimia asli dan sifat isolasi gas tersebut. Proses ini terjadi sangat cepat, biasanya dalam hitungan milidetik.
4. Keuntungan Pemadam Busur SF6
Padaman Busur Cepat: Gas SF6 dapat memadamkan busur hampir seketika, biasanya dekat dengan persilangan nol arus. Ini mengurangi durasi busur, meminimalkan kerusakan pada kontak.
Pemulihan Isolasi Cepat: Setelah busur padam, gas SF6 dengan cepat memulihkan kekuatan isolasinya, mencegah busur kembali menyala dan memastikan penghentian arus yang andal.
Kesesuaian untuk Tegangan dan Arus Tinggi: Kekuatan isolasi tinggi dan kinerja pemadam busur yang luar biasa dari SF6 membuatnya sangat sesuai untuk aplikasi tegangan dan arus tinggi, seperti sistem transmisi ultra-tinggi (UHV).
Tidak Berbahaya Terbakar: Gas SF6 tidak mudah terbakar, menghilangkan risiko kebakaran yang dapat terjadi dengan pemutus sirkuit berisi minyak, membuatnya lebih aman untuk digunakan dalam sistem listrik.
5. Aplikasi Pemadam Busur SF6
Pemutus Sirkuit Tegangan Tinggi: Gas SF6 banyak digunakan dalam pemutus sirkuit tegangan tinggi, terutama dalam sistem yang beroperasi pada 110kV dan di atasnya, termasuk sistem transmisi UHV dan extra-high voltage (EHV). Pemutus sirkuit SF6 menawarkan kinerja pemutusan yang luar biasa, desain kompak, dan umur layanan yang panjang, menjadikannya ideal untuk operasi sering dan pemutusan arus tinggi.
Sakelar Beban dan Pemisah: Selain pemutus sirkuit, gas SF6 juga digunakan dalam sakelar beban dan pemisah, memberikan isolasi dan kemampuan pemadam busur yang andal.
GIS (Gas-Insulated Switchgear): Dalam sistem GIS, gas SF6 berfungsi sebagai medium isolasi dalam peralatan pemutus tertutup, menawarkan koneksi listrik padat dan isolasi yang andal.
Ringkasan
Gas SF6 secara efektif memadamkan busur dengan memanfaatkan sifat isolasi, kapasitas panas, dan pemulihan kekuatan isolasi yang cepat. Mekanisme pemadam busur yang efisien ini menjadikan pemutus sirkuit SF6 komponen penting dalam sistem tenaga listrik tegangan tinggi, memastikan operasi yang aman dan andal. SF6 banyak digunakan dalam sistem transmisi dan distribusi listrik, di mana kemampuannya untuk dengan cepat memadamkan busur dan mencegah penyalaan kembali sangat kritis untuk mempertahankan stabilitas dan keamanan sistem.
