Bagaimana Memilih Pemutus Sirkuit Vakum dengan Benar

01 Pendahuluan

Dalam sistem menengah tegangan, pemutus sirkuit adalah komponen utama yang tidak terpisahkan. Pemutus sirkuit vakum mendominasi pasar domestik. Oleh karena itu, perancangan listrik yang benar tidak dapat dipisahkan dari pemilihan pemutus sirkuit vakum yang tepat. Dalam bagian ini, kita akan membahas bagaimana cara memilih pemutus sirkuit vakum dengan benar dan kesalahan umum dalam pemilihannya.

02 Kapasitas Penghentian Arus Korsleting Tidak Perlu Terlalu Tinggi

Kapasitas penghentian arus korsleting pada pemutus sirkuit tidak perlu terlalu tinggi, tetapi harus memiliki margin tertentu untuk mengakomodasi ekspansi kapasitas jaringan di masa depan yang mungkin menyebabkan peningkatan arus korsleting. Namun, dalam perancangan listrik sebenarnya, kapasitas penghentian arus yang dipilih sering kali terlalu tinggi. 

Misalnya, dalam substasi transformator pengguna akhir dalam sistem 10kV, arus korsleting busbar sebagian besar sekitar 10kA, dan dalam sistem kapasitas lebih besar, bisa mencapai hingga 16kA. Namun, dalam gambar perancangan listrik, kapasitas penghentian arus pemutus sirkuit vakum sering ditentukan setinggi 31.5kA, bahkan 40kA. Kapasitas penghentian arus yang sangat tinggi ini mengakibatkan investasi yang sia-sia. Dalam kasus-kasus tersebut, kapasitas penghentian arus 20kA atau 25kA sudah cukup. Saat ini, namun, pemutus sirkuit vakum dengan kapasitas penghentian arus 31.5kA berada dalam permintaan tinggi dan diproduksi massal, sehingga mengurangi biaya produksi dan harga, sehingga menjadi lebih banyak digunakan.

Dalam perancangan listrik, arus korsleting yang dihitung biasanya cenderung lebih tinggi. Alasannya adalah bahwa impedansi sistem dan resistansi kontak dalam rangkaian sering diabaikan selama perhitungan. Tentu saja, kapasitas penghentian arus pemutus sirkuit harus dipilih berdasarkan arus korsleting maksimum yang mungkin. Namun, nilai pengaturan perlindungan korsleting tidak boleh didasarkan pada arus korsleting maksimum. 

Ini karena busur sering terjadi selama korsleting, dan resistansi busur sangat tinggi. Dalam perhitungan desain, korsleting diperlakukan sebagai korsleting tiga fasa logam murni, tanpa asumsi busur dan tanpa resistansi kontak. Dalam statistik kegagalan sebenarnya, lebih dari 80% korsleting adalah satu fasa, dan busur hampir selalu hadir selama insiden korsleting. Akibatnya, arus korsleting sebenarnya jauh lebih rendah dari nilai yang dihitung secara ideal. 

Jika nilai pengaturan perlindungan terlalu tinggi, hal ini mengurangi sensitivitas perlindungan atau menyebabkan perlindungan instan gagal beroperasi. Dalam praktik teknik, masalahnya sering bukan pemutus sirkuit gagal menghentikan, tetapi elemen perlindungan gagal beroperasi karena nilai pengaturan yang terlalu tinggi. Secara singkat, korsleting tiga fasa logam murni jarang terjadi—hanya terjadi ketika kabel grounding tidak dilepas setelah perawatan sebelum pemutus sirkuit ditutup. Namun, grounding biasanya dilakukan melalui switch grounding atau gerobak grounding, dan fungsi interlock ada, sehingga korsleting tiga fasa logam murni sangat tidak mungkin terjadi.

Dalam gambar konstruksi listrik, sering terlihat bahwa kapasitas penghentian arus pemutus sirkuit masuk utama ditentukan satu tingkat lebih tinggi daripada pemutus sirkuit feeder. Hal ini tidak perlu. Pemutus utama menangani kegagalan korsleting busbar, sementara pemutus feeder menangani kegagalan pada rangkaian masing-masing. Namun, di sisi beban pemutus feeder, karena dekat dengan busbar, arus korsleting tidak berbeda signifikan dari arus korsleting busbar. Oleh karena itu, kapasitas penghentian arus pemutus utama dan feeder harus sama.

03 Persyaratan Umur Elektrik dan Mekanik Tidak Perlu Terlalu Tinggi

Umur elektrik yang disebut di sini tidak merujuk pada jumlah kali pemutus sirkuit dapat dibuka dan ditutup di bawah arus beban nominal atau sebagian pada interval yang ditentukan, tetapi jumlah kali dapat menghentikan arus korsleting tanpa memerlukan perawatan. Tidak ada standar nasional untuk angka ini. Umumnya, produsen merancang untuk 30 gangguan seperti itu. Beberapa produk produsen dapat menangani 50. Dalam dokumen lelang proyek pengguna, sering terlihat persyaratan yang terlalu tinggi untuk jumlah gangguan korsleting. Misalnya, satu dokumen tender mensyaratkan pemutus sirkuit vakum perlindungan jalur 12kV untuk menghentikan arus korsleting nominal 100 kali, dengan umur mekanik 100.000 operasi dan penghentian arus nominal 20.000 kali—persyaratan ini tidak masuk akal.

Jumlah gangguan korsleting yang terlalu tinggi tidak perlu. Gangguan korsleting adalah insiden listrik yang besar. Setiap kejadian harus diperlakukan sebagai kecelakaan serius yang memerlukan analisis penyebab dasar dan tindakan korektif untuk mencegah terulang. Oleh karena itu, selama masa layanan efektif pemutus sirkuit, hanya akan menghentikan gangguan korsleting beberapa kali. Semakin tinggi tegangan sistem, kerusakan yang disebabkan oleh korsleting semakin besar, tetapi probabilitas terjadinya lebih rendah. Jadi, pemutus sirkuit menengah tegangan yang mampu menghentikan 30 gangguan korsleting sudah cukup. Uji tipe untuk penghentian korsleting mahal. Untuk pemutus sirkuit vakum 12kV, setiap uji penghentian korsleting saat ini berharga sekitar 10.000 RMB. Melakukan uji berlebihan menghasilkan biaya tinggi dan tidak perlu.

Apakah jumlah gangguan yang sukses lebih tinggi berarti kemampuan penghentian lebih baik? Ini adalah kesalahan persepsi umum lainnya. Kunci uji penghentian korsleting pemutus sirkuit vakum terletak pada sepuluh operasi pertama. Selama pemutus berhasil menghentikan arus yang ditentukan dalam sepuluh tes pertama, kinerja selanjutnya biasanya dapat diandalkan. Data statistik dari uji tipe menunjukkan bahwa probabilitas kegagalan tertinggi terjadi selama sepuluh gangguan pertama dan berkurang secara bertahap seiring meningkatnya jumlah gangguan. Setelah 30 gangguan, kemungkinan kegagalan dalam tes selanjutnya hampir nol. Oleh karena itu, mampu menghentikan 30 kali tidak berarti tidak bisa menghentikan 50—hanya berarti pengujian lebih lanjut tidak perlu.

Mengenai umur mekanik pemutus sirkuit vakum, tidak perlu persyaratan yang terlalu tinggi. Kelas M1 aslinya tidak kurang dari 2.000 operasi, dan kelas M2 hanya 10.000. Sekarang, produsen bersaing dalam umur mekanik—satu mengklaim 25.000, yang lain 100.000. Dalam proses lelang, peserta membandingkan nilai umur mekanik, yang tidak berarti bagi pemutus sirkuit vakum untuk distribusi. Namun, dalam aplikasi spesifik seperti switching motor, tungku busur, atau sirkuit kompensasi kapasitor otomatis, kontak vakum lebih cocok (pemutus sirkuit SF6 biasa digunakan untuk switching bank kapasitor menengah tegangan). Kontak memiliki umur mekanik dan elektrik lebih dari satu juta operasi (umur elektrik diukur dengan penghentian arus nominal, bukan arus korsleting). Tidak perlu bersaing dalam umur mekanik pemutus sirkuit.

04 Persyaratan Berlebihan untuk Parameter Listrik Lainnya

Arus tahan singkat pemutus sirkuit merujuk pada kemampuannya untuk menahan stres termal arus korsleting selama kegagalan. Ini berbeda dengan kenaikan suhu. Uji kenaikan suhu melibatkan aliran arus nominal atau yang ditentukan melalui pemutus sirkuit untuk waktu lama dan memastikan bahwa kenaikan suhu di berbagai titik tidak melebihi batas yang ditentukan. Arus tahan singkat pemutus sirkuit biasanya diuji selama 3 detik.

Dalam waktu ini, panas yang dihasilkan oleh arus korsleting tidak boleh merusak pemutus. Kemampuan tahan termal 3 detik sudah cukup. Alasannya adalah setelah terjadi korsleting, perlindungan berbasis waktu mungkin melibatkan penundaan sengaja untuk memastikan selektivitas. Untuk perlindungan berbasis waktu, penundaan 0,5 detik antara pemutus sirkuit berdampingan memastikan selektivitas. Jika pemutus berbeda dua tingkat, penundaan trip adalah 1 detik; jika tiga tingkat, 1,5 detik. Kemampuan tahan 3 detik sudah cukup. Namun, beberapa pengguna atau perancang bersikeras pada kemampuan tahan termal 5 detik, yang benar-benar tidak perlu.

Selama proses penutupan pemutus sirkuit, kontak bergerak dan tetap mungkin bergoyang. Jika waktu bergoyang terlalu lama atau sinkronisasi penutupan tiga fasa besar, breakdown dan restrike mungkin terjadi antara kontak. Restrike menyebabkan proses muat-lepas dalam sirkuit, meningkatkan kecuraman dan amplitudo overvoltage. Overvoltage ini dikenal sebagai overvoltage restrike kontak.

Bahayanya bahkan dapat melebihi overvoltage potongan arus pemutus sirkuit vakum, mengancam isolasi putaran-putaran trafo dan motor. Oleh karena itu, waktu bergoyang kontak dan sinkronisasi tiga fasa tidak boleh melebihi 2ms. Parameter pemutus sirkuit saat ini diproduksi untuk memenuhi persyaratan ini. Namun, beberapa pengguna menuntut nilai kurang dari 2ms, bahkan meminta tidak lebih dari 1ms, yang melebihi kemampuan teknis saat ini.

05 Masalah Negatif yang Disebabkan oleh Arus Awal Vakum Interrupter yang Terlalu Tinggi

Arus awal nominal untuk interrupter vakum menengah tegangan adalah 630A. Saat ini, beberapa produsen tidak lagi memproduksi versi 630A, dan arus awal minimum telah meningkat menjadi 1250A. Ini terkait dengan pembuatan interrupter vakum. Namun, hal ini membawa sejumlah konsekuensi negatif. Karena arus awal interrupter vakum terlalu tinggi, pemutus sirkuit vakum yang dirakit dengan interrupter ini harus sesuai dengan rating arus interrupter. 

Akibatnya, semua komponen terkait—seperti tiang, kontak colokan pada tiang, dan kontak tetap dalam switchgear—harus juga sesuai dengan rating arus interrupter. Hal ini mengakibatkan pemborosan material non-ferrous yang parah dalam sebagian besar kasus. Misalnya, pemutus sirkuit vakum 12kV mungkin hanya mensupply trafo 1000kVA, dengan arus nominal sisi 10kV hanya 57,7A. Namun, karena interrupter vakum dimulai pada 1250A, pemutus sirkuit harus berating 1250A. Akibatnya, semua aksesori pemutus harus memiliki arus nominal paling sedikit 1250A, dan kontak tetap dalam switchgear juga harus berating paling sedikit 1250A, mengakibatkan pemborosan material non-ferrous yang signifikan.

Lebih buruk lagi, pengguna atau perancang bersikeras bahwa kapasitas penghantaran arus konduktor utama dalam switchgear harus sesuai dengan pemutus sirkuit—yaitu, kapasitas penghantaran arus konduktor dirancang untuk 1250A. Sebenarnya, kapasitas 60A sudah cukup, dan selama penampang minimal konduktor sirkuit lulus uji stabilitas dinamis dan termal, ada ruang yang cukup untuk hemat material.