Pemutus Litar Udara Letusan: Operasi, Kelebihan, dan Jenis

Pemutus litar udara letusan menggunakan udara bertekanan atau gas sebagai medium pemutusan lengkung. Udara bertekanan disimpan dalam tangki dan, apabila diperlukan, dilepaskan melalui semburan untuk menghasilkan jet berkelajuan tinggi. Jet ini memainkan peranan penting dalam memadamkan lengkung yang terbentuk apabila pemutus litar memutuskan arus elektrik.

Pemutus litar udara letusan sering digunakan untuk aplikasi dalaman dalam julat voltan sederhana hingga tinggi dengan kapasiti pemutusan sederhana. Biasanya, ia sesuai untuk voltan sehingga 15 kV dan kapasiti pemutusan 2500 MVA. Selain itu, ia kini digunakan di dalam switchyard luaran voltan tinggi untuk garisan 220 kV.

Walaupun pelbagai gas seperti karbon dioksida, nitrogen, freon, atau hidrogen boleh menjadi media pemutusan lengkung, udara bertekanan telah muncul sebagai pilihan utama untuk pemutus litar letusan gas. Terdapat beberapa sebab yang kuat untuk ini:

• Nitrogen: Kemampuan pemutusan litar adalah sama dengan udara bertekanan, tidak memberikan kelebihan signifikan dari segi prestasi.

• Karbon Dioksida: Salah satu kelemahan utamanya adalah kesukaran mengawal aliran. Ia cenderung membeku di katup dan laluan sempit lain, yang boleh mengganggu fungsi pemutus litar.

• Freon: Walaupun mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi dan sifat pemadam lengkung yang baik, ia datang dengan harga yang mahal. Selain itu, apabila terdedah kepada lengkung, ia akan pecah menjadi unsur-unsur pembentuk asid, menimbulkan risiko kepada peralatan dan persekitaran.

Pemutus litar udara letusan menawarkan beberapa ciri yang diinginkan:

• Operasi Berkelajuan Tinggi: Dalam rangkaian elektrik yang besar dan saling berkait, mengekalkan kestabilan sistem adalah sangat penting. Pemutus litar udara letusan unggul dalam hal ini kerana selang masa yang sangat singkat antara pelepasan impuls pencetus dan pemisahan kontak. Respons yang cepat ini membantu mengurangkan impak gangguan pada grid elektrik secara keseluruhan.

• Sesuai untuk Operasi Frequent: Berbeza dengan pemutus litar yang menggunakan minyak, yang boleh mengkarbonisasi dan merosot dengan cepat akibat pemindahan berulang, pemutus litar udara letusan boleh menanggung operasi yang sering. Ketiadaan minyak juga bermaksud ada penurunan penggunaan dan kerusakan pada permukaan kontak yang membawa arus. Walau bagaimanapun, penting untuk memastikan bekalan udara bertekanan yang berterusan dan mencukupi apabila pemindahan sering dijangka.

• Pemeliharaan Minimum: Kemampuan untuk menangani pemindahan berulang dengan mudah berubah menjadi keperluan pemeliharaan yang dikurangkan. Ini bukan sahaja menghemat kos pemeliharaan tetapi juga meningkatkan kebolehpercayaan dan ketersediaan pemutus litar.

• Penghapusan Risiko Kebakaran: Kerana pemutus litar udara letusan tidak mengandungi minyak, risiko kebakaran yang berkaitan dengan pemutus litar berisi minyak sepenuhnya dihapuskan, menjadikannya pilihan yang lebih selamat untuk pemasangan elektrik.

• Saiz yang Lebih Kecil: Pertumbuhan kekuatan dielektrik yang cepat dalam pemutus litar udara letusan membolehkan celah akhir yang diperlukan untuk pemadam lengkung jauh lebih kecil. Reka bentuk yang padat ini menghasilkan peranti yang lebih kecil, yang boleh diintegrasikan dengan lebih mudah ke dalam sistem elektrik dan menduduki ruang yang lebih sedikit.

Prinsip Pemadam Lengkung

Pemutus litar udara letusan bergantung pada sistem udara bertekanan tambahan untuk menyediakan udara ke pengekalk udara. Apabila pemutus litar perlu dibuka, udara bertekanan dialihkan ke dalam ruang pemadam lengkung. Udara bertekanan tinggi ini memberikan daya pada kontak bergerak, menyebabkannya berpisah. Semasa kontak bergerak terpisah, semburan udara menyapu gas ion yang terbentuk oleh lengkung, dengan efektif memadamkannya.

Lengkung biasanya dipadam dalam satu atau lebih siklus. Selepas pemadam lengkung, ruang lengkung diisi dengan udara bertekanan tinggi, yang membantu mencegah restrikes. Pemutus litar udara letusan termasuk dalam kategori tenaga pemadam luar. Tenaga yang digunakan untuk memadam lengkung berasal dari udara bertekanan tinggi, bebas daripada arus yang diputuskan.

Jenis Pemutus Litar Udara Letusan

Semua pemutus litar udara letusan beroperasi berdasarkan prinsip pemisahan kontak mereka dalam aliran udara yang membentuk lengkung yang dicipta dengan membuka katup letusan. Lengkung yang terbentuk dengan cepat dipusatkan melalui semburan, di mana ia dikekalkan pada panjang tetap dan tunduk kepada daya maksimum aliran udara. Berdasarkan arah semburan udara bertekanan di sekitar kontak, pemutus litar udara letusan boleh diklasifikasikan kepada tiga jenis:

• Pemutus Litar Semburan Aksial: Dalam jenis ini, aliran udara selari dengan lengkung, mengalir secara longitudinal sepanjang panjangnya. Pemutus litar semburan aksial boleh dibahagikan lagi kepada semburan tunggal atau ganda. Sesetengah susunan semburan ganda, di mana semburan udara mengalir secara radial ke dalam semburan atau ruang antara kontak, kadang-kadang dirujuk sebagai pemutus litar semburan radial, walaupun konsep reka bentuk aksial utama.

Struktur dan operasi asas pemutus litar udara letusan ditunjukkan dalam gambar rajah di atas. Dalam keadaan operasi normal, kontak tetap dan bergerak kekal dalam keadaan tertutup, dipertahankan oleh daya yang diberikan oleh spring. Tangki ekualisir udara disambungkan ke ruang lengkung melalui katup udara. Katup ini diaktifkan oleh mekanisme impuls tiga kali, yang memicu pembukaannya apabila terjadi gangguan atau keperluan untuk memutuskan arus.

Apabila terjadi gangguan dalam sistem elektrik, impuls tripping bertindak sebagai katalis tindakan. Impuls ini mengaktifkan katup udara yang menghubungkan tangki ekualisir ke ruang lengkung, menyebabkannya terbuka. Apabila udara bertekanan tinggi dari tangki masuk ke dalam ruang lengkung, ia memberikan daya yang signifikan pada kontak bergerak. Setelah tekanan udara melebihi rintangan yang diberikan oleh daya spring yang biasanya memegang kontak tertutup, kontak bergerak mulai berpisah, memulakan proses pemutusan arus elektrik dan pemadam lengkung.

Apabila kontak berpisah akibat tekanan udara berkelajuan tinggi, lengkung terbentuk antara mereka. Udara, mengalir pada kelajuan tinggi secara aksial sepanjang panjang lengkung, dengan efektif mengeluarkan haba dari tepi lengkung. Seiring arus mendekati sifar, pengambilan haba yang berterusan ini menyebabkan diameter lengkung menyusut secara signifikan. Pada saat arus mencapai sifar, lengkung berhasil dipadam. Kemudian, udara segar, mengalir melalui semburan, mengisi ruang antara kontak. Aliran udara segar ini membersihkan gas ion yang panas yang hadir dalam ruang kontak, dengan cepat memulihkan kekuatan dielektrik antara kontak dan mencegah restrikes potensial.

Pemutus Litar Semburan Silang

Dalam pemutus litar semburan silang, mekanisme pemadam lengkung beroperasi dengan cara yang berbeza. Di sini, semburan lengkung diarahkan tegak lurus kepada lengkung itu sendiri. Gambar di bawah memberikan ilustrasi skematik prinsip semburan silang yang digunakan dalam jenis pemutus litar ini. Apabila lengan kontak bergerak diaktifkan dalam ruang terbatas, lengkung terhasil. Segera, semburan udara transversal mendorong lengkung ini ke arah plat pemisah. Plat pemisah memecah lengkung menjadi segmen-segmen yang lebih kecil, menghabiskan tenaganya. Proses ini secara efektif melemahkan lengkung sehingga, setelah arus melewati sifar, ia tidak mempunyai tenaga untuk restrikes, memastikan pemutusan yang berjaya bagi litar elektrik.

Peralihan Rintangan dan Kelemahan Pemutus Litar Udara Letusan

Peralihan Rintangan

Secara umum, peralihan rintangan tidak mutlak diperlukan dalam pemutus litar udara letusan. Apabila lengkung dipadam, ia secara semula jadi mencipta beberapa rintangan, yang membantu mengatur voltan restrikes sementara. Walau bagaimanapun, jika rintangan tambahan dianggap bermanfaat untuk aplikasi tertentu, ia boleh dimasukkan dengan menghubungkan resistor di seberang bahagian pemisah lengkung. Rintangan tambahan ini memberikan lapisan kontrol tambahan atas voltan sementara, meningkatkan prestasi pemutus litar dalam keadaan tertentu.

Kelemahan Pemutus Litar Udara Letusan

Salah satu batasan utama pemutus litar udara letusan adalah keperluan ketat untuk bekalan udara bertekanan yang berterusan pada tekanan yang tepat. Untuk memastikan ketersediaan ini, instalasi berskala besar sering diperlukan, biasanya menampilkan dua atau lebih kompresor. Menjaga tanaman kompresi yang kompleks ini bukanlah tugas yang mudah; ia memerlukan penyelenggaraan rutin untuk menjaga kompresor berjalan dengan efisien dan menangani isu mekanikal yang mungkin timbul.

Selain itu, kebocoran udara pada sambungan paip adalah masalah yang persisten. Bahkan kebocoran kecil pun dapat secara bertahap menguras tekanan udara, mengganggu prestasi pemutus litar. Mendeteksi dan memperbaiki kebocoran ini dapat memakan waktu dan tenaga. Tantangan pemeliharaan ini, ditambah dengan kebutuhan sistem bekalan udara yang canggih, berkontribusi pada biaya operasional yang lebih tinggi.

Apabila dibandingkan dengan minyak atau jenis pemutus litar udara lain, pemutus litar udara letusan terutama mahal untuk aplikasi voltan rendah. Infrastruktur luas yang diperlukan untuk generasi udara bertekanan dan biaya pemeliharaan yang berkaitan membuatnya kurang hemat biaya dalam skenario di mana voltan yang lebih rendah terlibat, membatasi penggunaan luas mereka dalam konteks tersebut.