Pemutus Sirkuit HVDC

Pemutus Sirkuit HVDC: Fungsi, Tantangan, dan Solusi

Pemutus sirkuit HVDC (High - Voltage Direct Current) adalah perangkat pengalihan khusus yang dirancang untuk menghentikan aliran arus searah abnormal dalam rangkaian listrik. Ketika terjadi kerusakan pada sistem, kontak mekanis pemutus sirkuit terpisah, secara efektif membuka sirkuit. Namun, memutus sirkuit dalam sistem HVDC adalah tugas yang menantang dibandingkan dengan pasangannya AC (Alternating Current). Ini terutama karena arus dalam sirkuit HVDC mengalir dalam satu arah dan tidak secara alami melewati nilai nol arus, yang penting untuk pemadaman busur dalam pemutus sirkuit AC.

Fungsi utama pemutus sirkuit HVDC adalah untuk menghentikan aliran arus searah tekanan tinggi dalam jaringan listrik. Sebaliknya, pemutus sirkuit AC dapat dengan mudah memadamkan busur ketika arus mencapai titik nol alaminya dalam gelombang AC. Pada saat nol arus ini, energi yang perlu diputus juga nol, memungkinkan celah kontak untuk mendapatkan kekuatan dielektriknya kembali dan mampu menahan tegangan pemulihan transien alami.

Dalam pemutus sirkuit HVDC, situasinya jauh lebih kompleks. Karena gelombang DC tidak memiliki nol arus alami, pemutusan busur paksa dapat menyebabkan pembentukan tegangan pemulihan transien yang sangat tinggi. Tanpa pemadaman busur yang tepat, ada risiko restrikes, yang akhirnya dapat mengakibatkan kerusakan kontak pemutus. Ketika merancang pemutus sirkuit HVDC, insinyur harus mengatasi tiga tantangan kunci:

1. Pembuatan Nol Arus Buatan: Hal ini penting untuk pemadaman busur karena absennya nol arus alami dalam DC membuat sulit untuk memutus busur.

2. Pencegahan Restrikes Busur: Setelah busur dipadamkan, langkah-langkah harus diambil untuk mencegahnya menyala kembali, yang bisa menyebabkan kerusakan pada pemutus dan gangguan sistem.

3. Penguraian Energi yang Disimpan: Energi yang disimpan dalam komponen sistem perlu dikeluarkan dengan aman untuk menghindari potensi bahaya.

Untuk mengatasi kurangnya nol arus alami, pemutus sirkuit HVDC menggunakan prinsip pembuatan nol arus buatan untuk pemadaman busur. Salah satu pendekatan umum melibatkan pengenalan sirkuit L - C (induktor - kapasitor) paralel. Ketika sirkuit ini diaktifkan, ia menyebabkan arus busur bergetar. Getaran ini intens dan menghasilkan beberapa nol arus buatan. Pemutus sirkuit kemudian memadamkan busur pada salah satu titik nol arus buatan tersebut. Untuk metode ini efektif, arus puncak getaran harus melebihi arus searah yang perlu diputus.

Implementasi yang lebih rinci melibatkan penghubungan sirkuit resonansi seri yang terdiri dari induktor (L) dan kapasitor (C) di seberang kontak utama (M) pemutus sirkuit DC konvensional melalui kontak bantu (S1). Selain itu, resistor (R) dihubungkan melalui kontak (S2). Dalam kondisi operasi normal, kontak utama (M) dan kontak pengisian (S2) tetap tertutup. Kapasitor (C) diisi hingga tegangan garis melalui resistansi tinggi (R). Sementara itu, kontak (S1) tetap terbuka, dengan tegangan garis di antaranya. Penyiapan ini menjadi dasar untuk menciptakan kondisi yang diperlukan untuk memutus arus DC selama skenario kerusakan dengan menghasilkan nol arus buatan dan mengelola proses listrik terkait.

Ketika datang ke pemutusan arus sirkuit utama Id, mekanisme operasi memulai serangkaian tindakan. Pertama, ia membuka kontak S2 dan secara bersamaan menutup kontak S1. Konfigurasi ini memicu pelepasan kapasitor C melalui induktansi L, kontak utama M, dan kontak bantu S1. Akibatnya, arus getaran terbentuk, seperti yang digambarkan dalam gambar di bawah. Arus getaran ini menghasilkan nol arus buatan, yang penting untuk operasi pemutus sirkuit yang tepat. Kontak utama M pemutus sirkuit kemudian dibuka tepat pada salah satu titik nol arus buatan tersebut. Setelah kontak utama M berhasil memutus arus, kontak S1 dibuka, dan kontak S2 ditutup, mereset sistem untuk operasi potensial di masa depan dan memastikan integritas proses pemutusan sirkuit HVDC.

Metode Alternatif untuk Memutus Arus Utama Searah

Metode alternatif untuk memutus arus utama searah dalam sistem high - voltage direct current (HVDC) melibatkan penyimpangan arus ke kapasitor, yang secara efektif mengurangi besarnya arus yang perlu diputus oleh pemutus sirkuit. Metode ini digambarkan dalam gambar di bawah, dan dimulai dengan kapasitor C yang awalnya dalam keadaan tidak terisi.

Ketika kontak utama M pemutus sirkuit mulai terbuka, peristiwa penting terjadi: arus sirkuit utama, yang sebelumnya mengalir melalui kontak utama M, dialihkan dan mulai mengalir ke kapasitor C. Akibat penyimpangan ini, beban arus yang harus ditangani oleh kontak utama M selama proses pemutusan secara signifikan berkurang. Pengurangan besar arus ini memudahkan beban pada pemutus sirkuit, membuat proses pemutusan lebih mudah dikelola dan kurang mungkin menyebabkan kerusakan atau kegagalan.

Selain peran kapasitor dalam penyimpangan arus, resistor non-linier R juga merupakan komponen esensial dari sistem ini. Resistor non-linier R memainkan peran penting dalam menyerap energi yang terkait dengan aliran arus tanpa menyebabkan peningkatan substansial pada tegangan di seberang kontak utama M. Dengan mengeluarkan energi secara efisien, resistor non-linier membantu menjaga integritas pemutus sirkuit dan sistem listrik secara keseluruhan, memastikan bahwa tingkat tegangan tetap dalam batas yang dapat diterima selama proses pemutusan arus. Operasi koordinasi kapasitor C dan resistor non-linier R memberikan metode yang efektif dan andal untuk memutus arus utama searah dalam sistem HVDC.

Laju kenaikan tegangan pemulihan di seberang M dinyatakan sebagai

Dalam pemutus sirkuit DC yang mengandalkan arus getaran untuk memutus aliran, tantangan mencegah restrikes sangat berat. Ini disebabkan oleh durasi yang sangat singkat dalam pemutusan arus atau "penghentian". Ketika arus diputus dengan cepat dalam rentang waktu yang sangat singkat, hal ini menghasilkan lonjakan tajam dan mendadak pada tegangan restrikes di terminal pemutus. Tegangan tinggi ini, yang naik dengan cepat, menimbulkan ancaman signifikan bagi integritas pemutus sirkuit. Untuk memastikan operasi yang andal, pemutus sirkuit harus dirancang dengan kekuatan dielektrik dan kemampuan menahan tegangan yang cukup untuk bertahan dari tegangan restrikes yang intens tanpa mengalami restrikes, yang dapat menyebabkan kerusakan, busur listrik, dan kegagalan sistem.