Pemutus Sirkuit Ledakan Udara: Operasi, Keuntungan, dan Jenis

Pemutus sirkuit ledakan udara menggunakan udara terkompresi atau gas sebagai media pemutus busur. Udara terkompresi disimpan dalam tangki dan, ketika diperlukan, dilepaskan melalui nozzle untuk menghasilkan jet berkecepatan tinggi. Jet ini memainkan peran penting dalam memadamkan busur yang terbentuk saat pemutus sirkuit memutus arus listrik.

Pemutus sirkuit ledakan udara umumnya digunakan untuk aplikasi indoor dalam kisaran tegangan menengah-tinggi dengan kapasitas pemutusan sedang. Biasanya, mereka cocok untuk tegangan hingga 15 kV dan kapasitas pemutusan 2500 MVA. Selain itu, mereka sekarang juga digunakan di switchyard luar ruangan bertegangan tinggi untuk jalur 220 kV.

Sementara berbagai gas seperti karbon dioksida, nitrogen, freon, atau hidrogen dapat berpotensi digunakan sebagai media pemutus busur, udara terkompresi telah menjadi pilihan utama untuk pemutus sirkuit ledakan gas. Ada beberapa alasan yang kuat untuk hal ini:

• Nitrogen: Kemampuan pemutusannya setara dengan udara terkompresi, tidak memberikan keunggulan signifikan dalam hal kinerja.

• Karbon Dioksida: Salah satu kelemahan utamanya adalah kesulitan dalam mengontrol alirannya. Gas ini cenderung membeku di katup dan saluran sempit lainnya, yang dapat mengganggu fungsi pemutus sirkuit.

• Freon: Meskipun memiliki kekuatan dielektrik tinggi dan sifat pemadam busur yang baik, harganya sangat mahal. Selain itu, ketika terkena busur, ia terurai menjadi unsur-unsur pembentuk asam, yang menimbulkan risiko bagi peralatan dan lingkungan sekitar.

Pemutus sirkuit ledakan udara menawarkan beberapa fitur yang diinginkan:

• Operasi Berkecepatan Tinggi: Dalam jaringan listrik besar yang terhubung, menjaga stabilitas sistem sangat penting. Pemutus sirkuit ledakan udara unggul dalam hal ini karena interval waktu yang sangat singkat antara pelepasan impuls pemicu dan pemisahan kontak. Respons cepat ini membantu meminimalkan dampak gangguan pada jaringan listrik secara keseluruhan.

• Kesesuaian untuk Operasi Frekuensi Tinggi: Berbeda dengan pemutus sirkuit yang menggunakan minyak, yang dapat dengan cepat mengkarbonisasi dan menurun dengan pengoperasian berulang, pemutus sirkuit ledakan udara dapat menahan operasi frekuensi tinggi. Absennya minyak juga berarti ada usia pakai minimal pada permukaan kontak penghantar arus. Namun, penting untuk memastikan pasokan udara terkompresi yang terus menerus dan cukup ketika pengoperasian berulang diharapkan.

• Perawatan Minimal: Kemampuan untuk menangani pengoperasian berulang dengan mudah berarti persyaratan perawatan yang lebih rendah. Ini tidak hanya menghemat biaya perawatan tetapi juga meningkatkan keandalan dan ketersediaan pemutus sirkuit.

• Penghapusan Risiko Kebakaran: Karena pemutus sirkuit ledakan udara tidak mengandung minyak, risiko kebakaran yang terkait dengan pemutus sirkuit berisi minyak sepenuhnya dihilangkan, menjadikannya opsi yang lebih aman untuk instalasi listrik.

• Ukuran Lebih Kecil: Pertumbuhan cepat kekuatan dielektrik dalam pemutus sirkuit ledakan udara memungkinkan celah akhir yang diperlukan untuk pemadaman busur jauh lebih kecil. Desain kompak ini menghasilkan perangkat berukuran lebih kecil, yang dapat lebih mudah diintegrasikan ke dalam sistem listrik dan menghemat ruang.

Prinsip Pemadaman Busur

Pemutus sirkuit ledakan udara bergantung pada sistem udara terkompresi tambahan untuk menyediakan udara ke penerima udara. Ketika pemutus sirkuit perlu dibuka, udara terkompresi dialihkan ke ruang pemadaman busur. Udara bertekanan tinggi ini memberikan gaya pada kontak bergerak, menyebabkan mereka terpisah. Saat kontak terpisah, ledakan udara menyapu gas ionisasi yang terbentuk oleh busur, efektif memadamkannya.

Busur biasanya dipadamkan dalam satu atau lebih siklus. Setelah pemadaman busur, ruang busur diisi dengan udara bertekanan tinggi, yang membantu mencegah restrikes. Pemutus sirkuit ledakan udara termasuk dalam kategori energi pemadaman eksternal. Energi yang digunakan untuk memadamkan busur berasal dari udara bertekanan tinggi, independen dari arus yang diputus.

Jenis Pemutus Sirkuit Ledakan Udara

Semua pemutus sirkuit ledakan udara bekerja berdasarkan prinsip pemisahan kontak mereka dalam aliran udara pembentuk busur yang diciptakan dengan membuka katup ledakan. Busur yang terbentuk dengan cepat dipusatkan melalui nozzle, di mana panjangnya tetap dan terekspos pada gaya maksimum aliran udara. Berdasarkan arah ledakan udara terkompresi di sekitar kontak, pemutus sirkuit ledakan udara dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis:

• Pemutus Sirkuit Ledakan Udara Aksial: Dalam jenis ini, aliran udara sejajar dengan busur, mengalir longitudinal sepanjang panjangnya. Pemutus sirkuit ledakan udara aksial dapat lebih lanjut dikategorikan sebagai single-blast atau double-blast. Beberapa susunan double-blast, di mana ledakan udara mengalir radial ke nozzle atau ruang antara kontak, terkadang disebut sebagai pemutus sirkuit ledakan radial, meskipun konsep desain aliran aksial utama.

Struktur dan operasi dasar pemutus sirkuit ledakan udara digambarkan dalam diagram di atas. Dalam kondisi operasi normal, kontak tetap dan bergerak tetap dalam keadaan tertutup, dipertahankan oleh gaya yang diberikan oleh pegas. Tangki penampungan udara terhubung ke ruang busur melalui katup udara. Katup ini diaktifkan oleh mekanisme impuls tiga kali, yang memicu pembukanya ketika terjadi gangguan atau diperlukan pemutusan arus.

Ketika terjadi gangguan dalam sistem listrik, impuls trip bertindak sebagai katalis. Impuls ini mengaktifkan katup udara yang menghubungkan tangki penampungan udara ke ruang busur, menyebabkannya terbuka. Seiring udara bertekanan tinggi dari tangki masuk ke ruang busur, ia memberikan gaya yang signifikan pada kontak bergerak. Setelah tekanan udara melebihi resistensi yang diberikan oleh gaya pegas yang biasanya menahan kontak tertutup, kontak bergerak mulai terpisah, memulai proses pemutusan arus listrik dan pemadaman busur.

Ketika kontak terpisah karena tekanan udara berkecepatan tinggi, busur terbentuk antara keduanya. Udara, mengalir pada kecepatan tinggi sepanjang panjang busur, secara efektif menghilangkan panas dari tepi busur. Seiring arus mendekati nol, pengambilan panas ini menyebabkan diameter busur menyusut secara signifikan. Pada saat arus mencapai nol, busur berhasil diputus. Selanjutnya, udara segar, mengalir melalui nozzle, mengisi ruang antara kontak. Aliran udara segar ini membersihkan gas-gas ionisasi panas yang ada di ruang kontak, dengan cepat memulihkan kekuatan dielektrik antara kontak dan mencegah potensi re-ignisi busur.

Pemutus Sirkuit Ledakan Udara Silang

Dalam pemutus sirkuit ledakan udara silang, mekanisme pemadaman busur beroperasi berbeda. Di sini, ledakan busur diarahkan tegak lurus terhadap busur itu sendiri. Gambar di bawah ini memberikan ilustrasi skematik dari prinsip ledakan silang yang digunakan dalam jenis pemutus sirkuit ini. Ketika lengan kontak bergerak diaktifkan dalam ruang terbatas, busur terbentuk. Segera, ledakan udara transversal mendorong busur tersebut menuju pelat pemisah. Pelat pemisah memecah busur menjadi segmen-segmen yang lebih kecil, menghilangkan energinya. Proses ini secara efektif melemahkan busur sehingga, setelah arus melewati nol, busur tidak memiliki energi untuk restrike, memastikan pemutusan sirkuit listrik yang sukses.

Peralihan Tahanan dan Kelemahan Pemutus Sirkuit Ledakan Udara

Peralihan Tahanan

Secara umum, peralihan tahanan bukanlah kebutuhan mutlak dalam pemutus sirkuit ledakan udara. Ketika busur dipadamkan, ia secara inheren menciptakan beberapa tahanan, yang membantu mengatur tegangan restriking sementara. Namun, jika tahanan tambahan dianggap bermanfaat untuk aplikasi tertentu, tahanan tersebut dapat ditambahkan dengan menghubungkan resistor di seberang bagian pemisah busur. Tahanan tambahan ini memberikan lapisan kontrol tambahan atas transien tegangan, meningkatkan kinerja pemutus sirkuit dalam kondisi tertentu.

Kelemahan Pemutus Sirkuit Ledakan Udara

Salah satu batasan utama pemutus sirkuit ledakan udara adalah persyaratan ketat untuk pasokan udara terkompresi yang terus menerus dengan tekanan yang tepat. Untuk memastikan ketersediaan ini, instalasi berskala besar sering diperlukan, biasanya dengan dua atau lebih kompresor. Memelihara tanaman kompresi yang kompleks ini bukanlah tugas kecil; itu membutuhkan perawatan rutin untuk menjaga kompresor berjalan dengan efisien dan menangani masalah mekanis yang mungkin muncul.

Selain itu, kebocoran udara pada fitting pipa adalah masalah yang persisten. Bahkan kebocoran kecil pun dapat secara bertahap menguras tekanan udara, mengganggu kinerja pemutus sirkuit. Mendeteksi dan memperbaiki kebocoran ini bisa memakan waktu dan tenaga. Tantangan perawatan ini, ditambah dengan kebutuhan untuk sistem pasokan udara yang canggih, berkontribusi pada biaya operasional yang lebih tinggi.

Dibandingkan dengan minyak atau jenis pemutus sirkuit putus udara lainnya, pemutus sirkuit ledakan udara terutama mahal untuk aplikasi tegangan rendah. Infrastruktur yang luas yang diperlukan untuk pembangkitan udara terkompresi dan biaya perawatan yang terkait membuatnya kurang efisien biaya dalam skenario di mana tegangan lebih rendah terlibat, membatasi penggunaan luas mereka dalam konteks tersebut.