Pemilihan dan Pengaturan Pemutus Sirkuit: Panduan Lengkap dari Parameter Dasar hingga Perlindungan Selektif
Klasifikasi Pemutus Sirkuit
(1) Pemutus Sirkuit Udara (ACB)
Pemutus sirkuit udara, juga dikenal sebagai pemutus sirkuit bingkai cetak atau universal, menyimpan semua komponen dalam bingkai logam terisolasi. Biasanya berbentuk terbuka, memungkinkan pemasangan berbagai aksesori, dan memudahkan penggantian kontak dan bagian-bagian. Umumnya digunakan sebagai sakelar pasokan daya utama. Unit trip arus lebih mencakup jenis elektromagnetik, elektronik, dan cerdas. Pemutus memberikan empat tahap perlindungan: penundaan waktu panjang, penundaan waktu pendek, seketika, dan perlindungan arus tanah. Setiap pengaturan perlindungan dapat disesuaikan dalam rentang berdasarkan ukuran bingkai.
Pemutus sirkuit udara cocok untuk jaringan distribusi dengan frekuensi 50Hz, tegangan nominal 380V atau 660V, dan arus nominal dari 200A hingga 6300A. Mereka digunakan utamanya untuk mendistribusikan energi listrik dan melindungi sirkuit serta peralatan daya dari beban berlebih, tegangan rendah, hubungan singkat, penyimpangan satu fase, dan gangguan lainnya. Pemutus ini menawarkan berbagai fungsi perlindungan cerdas dan memungkinkan perlindungan selektif. Dalam kondisi normal, mereka dapat digunakan untuk pemutusan sirkuit yang jarang. ACB dengan rating hingga 1250A dapat digunakan dalam jaringan 50Hz, 380V untuk melindungi motor dari beban berlebih dan hubungan singkat.
Pemutus sirkuit udara juga umumnya digunakan sebagai sakelar utama pada sisi 400V trafo, sakelar penghubung bus, sakelar feeder kapasitas tinggi, dan sakelar kontrol motor besar.
(2) Pemutus Sirkuit Bodi Cetak (MCCB)
Juga dikenal sebagai pemutus sirkuit plug-in, pemutus sirkuit bodi cetak menyimpan terminal, kontak, ruang pemadam busur, unit trip, dan mekanisme operasi dalam wadah plastik. Kontak tambahan, unit trip tegangan rendah, dan unit trip shunt sering modular. Strukturnya padat, dan biasanya tidak memerlukan perawatan. Cocok untuk perlindungan sirkuit cabang. Pemutus bodi cetak biasanya termasuk unit trip termo-magnetik, sementara model yang lebih besar mungkin dilengkapi dengan sensor trip padat.
Unit trip arus lebih untuk MCCB tersedia dalam jenis elektromagnetik dan elektronik. Biasanya, MCCB elektromagnetik bersifat non-selektif dan hanya memberikan perlindungan penundaan waktu panjang dan seketika. MCCB elektronik menawarkan empat fungsi perlindungan: penundaan waktu panjang, penundaan waktu pendek, seketika, dan perlindungan arus tanah. Beberapa MCCB elektronik baru juga memiliki fitur interlocking zon selektif.
Pemutus sirkuit bodi cetak umumnya digunakan untuk kontrol dan perlindungan sirkuit feeder, sakelar utama pada sisi tekanan rendah trafo distribusi kecil, kontrol distribusi daya terminal, dan sebagai sakelar daya untuk berbagai mesin produksi.
(3) Pemutus Sirkuit Mini (MCB)
Pemutus sirkuit mini adalah perangkat pelindung terminal yang paling banyak digunakan dalam sistem distribusi terminal listrik bangunan. Digunakan untuk perlindungan terhadap hubungan singkat, beban berlebih, dan tegangan tinggi dalam sirkuit satu fase dan tiga fase hingga 125A, dan tersedia dalam konfigurasi tunggal (1P), ganda (2P), tiga (3P), dan empat kutub (4P).
MCB terdiri dari mekanisme operasi, kontak, perangkat pelindung (berbagai unit trip), dan sistem pemadam busur. Kontak utama ditutup secara manual atau listrik. Setelah ditutup, mekanisme tripping bebas mengunci kontak dalam posisi tertutup. Koil unit trip arus lebih dan elemen pemanas unit trip termal dihubungkan seri dengan sirkuit utama, sementara koil unit trip tegangan rendah dihubungkan paralel dengan sumber daya.
Dalam desain listrik bangunan sipil, pemutus sirkuit mini digunakan utamanya untuk tujuan perlindungan dan operasi seperti beban berlebih, hubungan singkat, arus berlebih, hilangnya tegangan, tegangan rendah, grounding, kebocoran, transfer otomatis sumber daya ganda, dan pengaktifan motor yang jarang.
Parameter Karakteristik Dasar Pemutus Sirkuit
(1) Tegangan Operasi Nominal (Ue)
Tegangan operasi nominal adalah tegangan nominal pemutus sirkuit, di bawah mana pemutus dapat beroperasi secara berkelanjutan dalam kondisi layanan dan kinerja normal yang ditentukan.
Di China, untuk level tegangan hingga 220kV, tegangan operasi maksimum adalah 1,15 kali tegangan nominal sistem; untuk 330kV dan di atasnya, tegangan operasi maksimum adalah 1,1 kali tegangan nominal. Pemutus sirkuit harus menjaga isolasi dan mampu menutup dan memutus di bawah tegangan operasi maksimum sistem.
(2) Arus Nominal (In)
Arus nominal adalah arus yang dapat dibawa oleh unit trip secara berkelanjutan pada suhu lingkungan di bawah 40°C. Untuk pemutus dengan unit trip yang dapat disesuaikan, merujuk pada arus maksimum yang dapat dibawa oleh unit trip secara berkelanjutan.
Jika digunakan pada suhu lingkungan di atas 40°C tetapi tidak melebihi 60°C, pemutus dapat beroperasi dengan beban yang dikurangi untuk layanan jangka panjang.
(3) Pengaturan Arus Trip Overload (Ir)
Ketika arus melebihi pengaturan Ir unit trip, pemutus sirkuit akan melakukan trip setelah penundaan waktu. Ini juga mewakili arus maksimum yang dapat dibawa oleh pemutus tanpa melakukan trip. Nilai ini harus lebih besar dari arus beban maksimum Ib tetapi kurang dari arus izin maksimum Iz sirkuit.
Untuk unit trip termo-magnetik, Ir biasanya dapat disesuaikan dalam kisaran 0,7–1,0In. Untuk unit trip elektronik, kisaran penyesuaian biasanya lebih lebar, yaitu 0,4–1,0In. Untuk pemutus dengan unit trip arus lebih yang tidak dapat disesuaikan, Ir = In.
(4) Pengaturan Arus Trip Hubungan Singkat (Im)
Unit trip hubungan singkat (seketika atau penundaan waktu pendek) menyebabkan pemutus sirkuit melakukan trip dengan cepat ketika arus kerusakan tinggi terjadi. Ambang batas trip-nya adalah Im.
(5) Arus Tahan Pendek Nominal (Icw)
Ini adalah nilai arus yang diperbolehkan melewati konduktor selama durasi tertentu tanpa menyebabkan kerusakan karena panas berlebih.
(6) Kapasitas Pemutusan
Kapasitas pemutusan pemutus sirkuit merujuk pada kemampuannya untuk memutus arus kerusakan dengan aman, yang tidak selalu terkait dengan arus nominalnya. Rating umum termasuk 36kA dan 50kA. Secara umum dibagi menjadi kapasitas pemutusan hubungan singkat akhir (Icu) dan kapasitas pemutusan hubungan singkat layanan (Ics).
Prinsip Umum Pemilihan Pemutus Sirkuit
Pertama, pilih jenis dan jumlah kutub berdasarkan aplikasi; kemudian pilih arus nominal berdasarkan arus operasi maksimum; terakhir, pilih jenis unit trip dan aksesori. Persyaratan spesifik adalah sebagai berikut:
Tegangan operasi nominal pemutus sirkuit ≥ tegangan nominal garis.
Kapasitas pembuatan/pemutusan hubungan singkat nominal pemutus sirkuit ≥ arus beban hitung garis.
Kapasitas pembuatan/pemutusan hubungan singkat nominal pemutus sirkuit ≥ arus hubungan singkat maksimum yang mungkin dalam garis (biasanya dihitung sebagai nilai RMS).
Arus hubungan singkat satu fasa ke tanah di ujung garis ≥ 1,25 kali pengaturan trip instan (atau penundaan waktu pendek) pemutus sirkuit.
Tegangan nominal unit trip tegangan rendah = tegangan nominal garis.
Tegangan nominal unit trip shunt = tegangan sumber daya kontrol.
Tegangan operasi nominal mekanisme operasi listrik = tegangan sumber daya kontrol.
Ketika digunakan dalam rangkaian penerangan, pengaturan trip instan unit trip elektromagnetik biasanya 6 kali arus beban.
Ketika menggunakan pemutus sirkuit untuk perlindungan hubungan singkat satu motor, pengaturan trip instan adalah 1,35 kali arus start motor (untuk seri DW) atau 1,7 kali (untuk seri DZ).
Ketika menggunakan pemutus sirkuit untuk perlindungan hubungan singkat beberapa motor, pengaturan trip instan adalah 1,3 kali arus start motor terbesar ditambah arus operasi motor-motor lainnya.
Ketika menggunakan pemutus sirkuit sebagai sakelar utama pada sisi tekanan rendah trafo distribusi, kapasitas pemutusannya harus melebihi arus hubungan singkat pada sisi tekanan rendah trafo. Arus nominal unit trip tidak boleh kurang dari arus nominal trafo. Pengaturan perlindungan hubungan singkat biasanya 6–10 kali arus nominal trafo; pengaturan perlindungan beban berlebih sama dengan arus nominal trafo.
Setelah memilih jenis dan rating pemutus sirkuit awal, diperlukan koordinasi dengan perangkat pelindung hulu dan hilir untuk menghindari trip bertingkat dan meminimalkan cakupan kecelakaan.
Selektivitas Pemutus Sirkuit
Dalam sistem distribusi, pemutus sirkuit diklasifikasikan sebagai selektif atau non-selektif berdasarkan kinerja perlindungan. Pemutus sirkuit tekanan rendah selektif memiliki perlindungan dua tahap atau tiga tahap. Karakteristik instan dan penundaan waktu pendek digunakan untuk perlindungan hubungan singkat, sementara karakteristik penundaan waktu panjang digunakan untuk perlindungan beban berlebih. Pemutus non-selektif biasanya instan, hanya digunakan untuk perlindungan hubungan singkat, atau penundaan waktu panjang, hanya digunakan untuk perlindungan beban berlebih.
Dalam sistem distribusi, jika pemutus hulu selektif dan pemutus hilir non-selektif atau selektif, selektivitas dicapai dengan memanfaatkan penundaan waktu unit trip penundaan waktu pendek atau perbedaan pengaturan penundaan waktu. Ketika pemutus hulu beroperasi dengan penundaan waktu, pertimbangkan hal berikut:
Terlepas dari apakah pemutus hilir selektif atau non-selektif, pengaturan trip overcurrent instan pemutus hulu biasanya tidak kurang dari 1,1 kali arus hubungan singkat tiga fase maksimum di output pemutus hilir.
Jika pemutus hilir non-selektif, untuk mencegah unit trip overcurrent penundaan waktu pendek hulu beroperasi lebih dulu karena sensitivitas unit trip instan hilir yang kurang selama hubungan singkat, pengaturan trip overcurrent penundaan waktu pendek pemutus hulu biasanya tidak kurang dari 1,2 kali unit trip instan hilir.
Jika pemutus hilir juga selektif, untuk memastikan selektivitas, waktu operasi penundaan waktu pendek pemutus hulu harus setidaknya 0,1 detik lebih lama dari pemutus hilir.
Secara umum, untuk memastikan operasi selektif antara pemutus sirkuit tekanan rendah hulu dan hilir, pemutus hulu sebaiknya memiliki unit trip overcurrent penundaan waktu pendek, dan arus operasinya harus setidaknya satu tingkat lebih tinggi dari unit trip hilir. Minimal, arus operasi Iop.1 harus tidak kurang dari 1,2 kali arus operasi Iop.2, yaitu Iop.1 ≥ 1,2Iop.2.
Perlindungan Bertingkat Pemutus Sirkuit
Dalam desain sistem distribusi, koordinasi antara pemutus sirkuit hulu dan hilir harus mencapai "selektivitas, kecepatan, dan sensitivitas." Selektivitas berkaitan dengan koordinasi antara pemutus, sementara kecepatan dan sensitivitas terkait dengan karakteristik perangkat pelindung dan mode operasi sirkuit.
Koordinasi yang tepat antara pemutus hulu dan hilir memungkinkan isolasi selektif sirkuit yang bermasalah, memastikan sirkuit lain yang tidak bermasalah tetap beroperasi normal. Koordinasi yang buruk mempengaruhi keandalan sistem.
Perlindungan bertingkat adalah aplikasi praktis dari karakteristik pembatasan arus pemutus sirkuit. Prinsip utamanya adalah memanfaatkan efek pembatasan arus pemutus hulu (QF1), yang memungkinkan pemilihan pemutus hilir (QF2) dengan kapasitas pemutusan lebih rendah, sehingga mengurangi biaya. Pemutus hulu QF1 yang membatasi arus dapat memutus arus hubungan singkat prospektif maksimum di titik pemasangannya. Karena pemutus hulu dan hilir terhubung seri, ketika terjadi hubungan singkat di output pemutus hilir QF2, arus hubungan singkat aktual sangat berkurang oleh efek pembatasan arus QF1, jauh di bawah arus hubungan singkat prospektif di titik tersebut. Dengan demikian, kapasitas pemutusan QF2 secara efektif ditingkatkan oleh QF1, melebihi kapasitas pemutusan nominalnya.
Perlindungan bertingkat memiliki beberapa syarat: misalnya, sirkuit berdekatan tidak boleh memiliki beban kritis (karena trip QF1 juga akan mematikan sirkuit QF3), dan pengaturan instan QF1 dan QF2 harus sesuai. Data bertingkat hanya dapat ditentukan secara eksperimental, dan koordinasi antara pemutus hulu dan hilir harus disediakan oleh produsen.
Sensitivitas Pemutus Sirkuit
Untuk memastikan operasi yang andal dari unit trip overcurrent instan atau penundaan waktu pendek di bawah kondisi operasi sistem minimum dan selama gangguan hubungan singkat ringan dalam jangkauan perlindungannya, sensitivitas pemutus sirkuit harus memenuhi persyaratan "Kode Desain Distribusi Listrik Tekanan Rendah" (GB50054-95), yang menentukan sensitivitas tidak kurang dari 1,3, yaitu Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3. Di sini, Iop adalah arus operasi unit trip overcurrent instan atau penundaan waktu pendek, Ik.min adalah arus hubungan singkat satu fasa atau dua fasa di ujung garis yang dilindungi di bawah kondisi operasi sistem minimum, dan Sp adalah sensitivitas pemutus sirkuit.
Ketika memilih pemutus sirkuit, sensitivitasnya juga harus diverifikasi. Untuk pemutus selektif dengan unit trip overcurrent penundaan waktu pendek dan instan, hanya sensitivitas unit trip penundaan waktu pendek yang perlu diperiksa; sensitivitas unit trip instan tidak memerlukan verifikasi.
Pemilihan dan Pengaturan Unit Trip Pemutus Sirkuit
(1) Pengaturan Arus Operasi Unit Trip Overcurrent Instan
Beberapa peralatan listrik yang dilindungi oleh pemutus sirkuit memiliki arus puncak yang tinggi selama startup, beberapa kali arus nominal, menyebabkan pemutus mengalami arus puncak yang tinggi secara singkat. Arus operasi Iop(o) unit trip overcurrent instan harus melebihi arus puncak Ipk, yaitu Iop(o) ≥ Krel·Ipk, di mana Krel adalah faktor keandalan. Ketika memilih pemutus sirkuit, pastikan pengaturan trip overcurrent instannya melebihi arus puncak untuk mencegah trip tidak diinginkan.
(2) Pengaturan Arus Operasi dan Waktu Unit Trip Overcurrent Penundaan Waktu Pendek
Arus operasi Iop(s) unit trip overcurrent penundaan waktu pendek juga harus melebihi arus puncak Ipk, yaitu Iop(s) ≥ Krel·Ipk, di mana Krel adalah faktor keandalan. Waktu trip penundaan waktu pendek biasanya 0,2s, 0,4s, atau 0,6s, ditentukan berdasarkan selektivitas dengan perangkat pelindung hulu dan hilir, memastikan perangkat hulu beroperasi lebih lambat dari perangkat hilir satu langkah waktu.
(3) Pengaturan Arus Operasi dan Waktu Unit Trip Overcurrent Penundaan Waktu Panjang
Unit trip overcurrent penundaan waktu panjang digunakan utamanya untuk perlindungan beban berlebih. Arus operasinya Iop(l) hanya perlu melebihi arus beban maksimum sirkuit (arus hitung I30), yaitu Iop(l) ≥ Krel·I30, di mana Krel adalah faktor keandalan. Waktu operasi harus melebihi durasi beban berlebih jangka pendek yang diperbolehkan untuk mencegah trip tidak diinginkan.
(4) Persyaratan Koordinasi Antara Arus Operasi Unit Trip Overcurrent dan Sirkuit yang Dilindungi
Untuk mencegah kerusakan isolasi atau kebakaran karena beban berlebih atau hubungan singkat tanpa pemutus sirkuit melakukan trip, arus operasi unit trip overcurrent Iop harus memenuhi kondisi: Iop ≤ Kol·Ial. Di sini, Ial adalah kapasitas muatan arus yang diperbolehkan kabel terisolasi; Kol adalah faktor overload jangka pendek yang diperbolehkan—biasanya 4,5 untuk unit trip instan dan penundaan waktu pendek, 1,1 untuk unit trip penundaan waktu panjang yang digunakan untuk perlindungan hubungan singkat, dan 1,0 ketika hanya digunakan untuk perlindungan beban berlebih. Jika persyaratan koordinasi ini tidak terpenuhi, pengaturan unit trip harus disesuaikan, atau penampang konduktor atau kabel harus ditingkatkan secara tepat.
