Pemutus Sirkuit Vakum vs Pemutus Sirkuit Udara: Perbedaan Utama

Pemutus Sirkuit Udara Rendah Tegangan vs. Pemutus Sirkuit Vakum: Struktur, Kinerja, dan Aplikasi

Pemutus sirkuit udara rendah tegangan, juga dikenal sebagai pemutus sirkuit bingkai universal atau bingkai cetakan (MCCBs), dirancang untuk tegangan AC 380/690V dan tegangan DC hingga 1500V, dengan arus nominal berkisar dari 400A hingga 6300A atau bahkan 7500A. Pemutus ini menggunakan udara sebagai medium pemadam busur. Busur dipadamkan melalui perpanjangan busur, pembelahan, dan pendinginan oleh saluran busur (jalur busur). Pemutus seperti ini dapat memutus arus pendek sebesar 50kA, 80kA, 100kA, atau hingga 150kA.

Komponen Utama dan Fungsionalitas

• Mekanisme Operasi: Terletak di bagian depan pemutus, memberikan kecepatan yang diperlukan untuk pemisahan dan penutupan kontak. Gerakan kontak yang cepat membantu menarik dan mendinginkan busur, memfasilitasi padamannya.

• Unit Trip Cerdas: Dipasang di samping mekanisme operasi, ini adalah "otak" dari pemutus sirkuit rendah tegangan. Menerima sinyal arus dan tegangan melalui sensor, menghitung parameter listrik, dan membandingkannya dengan pengaturan perlindungan LSIG yang telah ditetapkan:

• L: Penundaan panjang (perlindungan beban berlebih)

• S: Penundaan pendek (perlindungan arus pendek)

• I: Instan (trip instan)

• G: Perlindungan gangguan tanah
  Berdasarkan pengaturan ini, unit trip memberi sinyal kepada mekanisme untuk membuka pemutus dalam kasus beban berlebih atau arus pendek, memberikan perlindungan komprehensif.

• Kamar Busur dan Terminal: Terletak di bagian belakang, kamar busur berisi kontak dan saluran busur. Terminal keluar tiga fase bawah dilengkapi dengan:

• Sensor arus elektronik (untuk masukan sinyal ke unit trip)

• Transformator arus elektromagnetik (CT) (untuk menyediakan daya operasional ke unit trip)

Mekanisme operasi biasanya memiliki umur mekanis kurang dari 10.000 operasi.

Evolusi dari Pemutusan Udara ke Vakum

Secara historis, pemutus sirkuit udara tegangan menengah ada tetapi besar, memiliki kapasitas pemutusan terbatas, dan menghasilkan busur api signifikan (busur tidak nol), membuatnya tidak aman dan tidak praktis.

Sebaliknya, pemutus sirkuit vakum (VCBs) memiliki layout keseluruhan yang serupa: mekanisme operasi di bagian depan, dan pemutus di bagian belakang. Namun, pemutus menggunakan pemutus vakum (atau "botol vakum"), yang secara struktural mirip dengan bola lampu pijar — amplop kaca atau keramik tertutup yang dikosongkan menjadi vakum tinggi.

Dalam vakum:

• Hanya diperlukan celah kontak kecil untuk memenuhi persyaratan isolasi dan tahanan tegangan.

• Busur dipadamkan dengan cepat karena tidak adanya medium ionizable dan difusi uap logam yang efisien.

Aplikasi Pemutus Sirkuit Vakum

Pemutus sirkuit vakum telah berkembang pesat dan sekarang digunakan secara luas di sistem rendah, menengah, dan tinggi tegangan:

• VCB Rendah Tegangan: Biasanya berperingkat 1.14kV, dengan arus nominal hingga 6300A dan kapasitas pemutusan arus pendek hingga 100kA.

• VCB Menengah Tegangan: Paling umum dalam rentang 3.6–40.5kV, dengan arus hingga 6300A dan kapasitas pemutusan hingga 63kA. Lebih dari 95% switchgear menengah tegangan sekarang menggunakan pemutusan vakum.

• VCB Tinggi Tegangan: Pemutus satu kutub telah mencapai 252kV, dan pemutus sirkuit vakum 550kV telah dicapai melalui pemutus seri-terhubung.

Perbedaan Desain Kunci

Berbeda dengan pemutus sirkuit udara yang menggunakan pegas kontak, pemutus sirkuit vakum memerlukan mekanisme operasi untuk:

• Memberikan kecepatan buka dan tutup yang cukup

• Menjamin tekanan kontak yang memadai

Tekanan kontak ini harus tetap cukup bahkan setelah aus kontak hingga 3mm, untuk menghantarkan arus nominal secara andal dan menahan arus puncak singkat selama gangguan.

Keunggulan Pemutus Sirkuit Vakum

• Keandalan dan keamanan tinggi

• Tidak terpengaruh oleh kondisi lingkungan (debu, kelembaban, ketinggian)

• Tidak ada busur api (tidak ada busur eksternal)

• Ukuran kompak dan interval perawatan panjang

Keunggulan ini membuat pemutus vakum ideal untuk digunakan di lingkungan berbahaya seperti pabrik kimia, tambang batubara, fasilitas minyak & gas, di mana risiko ledakan dan keamanan kebakaran sangat penting.

Studi Kasus Dunia Nyata: Kinerja Pemutus Vakum vs. Udara di Bawah Gangguan

Sebuah pabrik kimia besar menginstal dua pemutus sirkuit — satu pemutus sirkuit udara dan satu pemutus sirkuit vakum — dalam konfigurasi sirkuit identik dan dikenakan pada kondisi gangguan yang sama.

Sirkuit tersebut adalah konfigurasi ikatan, di mana sumber daya di kedua sisi pemutus tidak sinkron. Ini menghasilkan tegangan sementara di seberang celah kontak mendekati dua kali tegangan nominal, menyebabkan kegagalan pemutus.

Hasil:

• Pemutus Sirkuit Udara:
  Mengalami kerusakan total. Enklaf unit pemutus pecah, dan switchgear di kedua sisinya rusak parah. Rekonstruksi dan penggantian luas diperlukan.

• Pemutus Sirkuit Vakum:
  Kegagalannya jauh lebih sedikit merusak. Setelah mengganti pemutus vakum dan membersihkan produk sampingan busur (sisa asap) dari pemutus dan ruang, switchgear dapat dikembalikan ke layanan dengan cepat.

Kesimpulan

Pemutus sirkuit vakum menunjukkan kemampuan pengendalian gangguan, keamanan, dan keandalan yang superior dibandingkan pemutus udara, terutama di bawah overvoltage transien yang parah. Pemutus vakum tertutup mereka mencegah penyebaran busur, meminimalkan kerusakan dan waktu henti.

Di lingkungan yang mudah meledak atau mudah terbakar seperti pabrik kimia dan tambang batubara, operasi bebas busur dan kinerja yang kuat dari pemutus sirkuit vakum memberikan keunggulan teknologi dan keamanan yang jelas.