Bagaimana Memilih Pemutus Litar Vakum dengan Betul

01 Pengenalan

Dalam sistem tegangan menengah, pemutus litar adalah komponen utama yang tidak terpisahkan. Pemutus litar vakum mendominasi pasaran domestik. Oleh itu, reka bentuk elektrik yang betul tidak dapat dipisahkan dari pemilihan pemutus litar vakum yang tepat. Dalam bahagian ini, kita akan membincangkan bagaimana memilih pemutus litar vakum dengan betul dan kesilapan umum dalam pemilihan mereka.

02 Kapasiti Pemutusan Arus Korting Tidak Perlu Terlalu Tinggi

Kapasiti pemutusan arus korting pemutus litar tidak perlu terlalu tinggi, tetapi harus ada sedikit margin untuk mengakomodasi peningkatan kapasiti grid masa depan yang mungkin menyebabkan kenaikan arus korting. Namun, dalam reka bentuk elektrik sebenar, kapasiti pemutusan pemutus litar yang dipilih sering terlalu tinggi. 

Sebagai contoh, dalam substansi transformator pengguna akhir dalam sistem 10kV, arus korting busbar kebanyakan berada sekitar 10kA, dan dalam sistem kapasiti yang lebih besar, ia mungkin mencapai hingga 16kA. Namun, dalam gambaran reka bentuk elektrik, kapasiti pemutusan pemutus litar vakum sering ditentukan sebanyak 31.5kA, atau bahkan 40kA. Kapasiti pemutusan yang tinggi ini menyebabkan pelaburan yang sia-sia. Dalam kes-kes di atas, kapasiti pemutusan 20kA atau 25kA sudah mencukupi. Walau bagaimanapun, pemutus litar vakum dengan kapasiti pemutusan 31.5kA kini sangat dicari dan dihasilkan secara masif, yang menyebabkan penurunan kos pembuatan dan harga, sehingga menjadi lebih meluas digunakan.

Dalam reka bentuk elektrik, arus korting yang dikira biasanya pada sisi yang lebih tinggi. Sebabnya adalah kerana impedans sistem dan rintangan kontak dalam litar loop sering diabaikan semasa pengiraan. Tentu saja, kapasiti pemutusan pemutus litar harus dipilih berdasarkan arus korting maksimum yang mungkin. Namun, nilai set pengesahan korting tidak harus berdasarkan arus korting maksimum. 

Ini kerana lengkung sering terjadi semasa korting, dan rintangan lengkung sangat tinggi. Dalam pengiraan reka bentuk, korting diperlakukan sebagai korting tiga fasa logam murni, berasumsi tiada lengkung dan tiada rintangan kontak. Dalam statistik kegagalan sebenar, lebih dari 80% korting adalah satu fasa, dan lengkung hampir selalu hadir semasa peristiwa korting. Akibatnya, arus korting sebenarnya jauh lebih rendah daripada nilai kiraan ideal. 

Jika nilai set pengesahan terlalu tinggi, ia mengurangkan sensitivitas perlindungan atau menyebabkan perlindungan instan gagal beroperasi. Dalam amalan kejuruteraan, masalahnya sering bukan pemutus litar gagal memutus, tetapi elemen perlindungan gagal beroperasi disebabkan nilai set yang terlalu tinggi. Secara sampingan, korting tiga fasa logam murni jarang berlaku—hanya berlaku apabila wayar grounding tidak dilepas selepas penyelenggaraan sebelum pemutus litar ditutup. Namun, grounding biasanya dilakukan melalui saklar grounding atau troli grounding, dan fungsi interlock ada, menjadikan korting logam murni sangat tidak mungkin.

Dalam gambaran reka bentuk elektrik, biasa melihat kapasiti pemutusan pemutus litar utama masuk ditentukan satu tahap lebih tinggi daripada pemutus litar feeder. Ini tidak perlu. Pemutus utama menangani kesalahan korting busbar, sementara pemutus feeder menangani kesalahan dalam litar masing-masing. Namun, di sisi beban feeder pemutus, kerana kedekatannya dengan busbar, arus korting tidak berbeza banyak dari arus korting busbar. Oleh itu, kapasiti pemutusan pemutus utama dan feeder harus sama.

03 Keperluan Umur Elektrik dan Mekanikal Tidak Perlu Terlalu Tinggi

Umur elektrik yang dimaksudkan di sini bukan merujuk kepada jumlah kali pemutus litar dapat dibuka dan ditutup di bawah arus beban atau sebahagian beban pada interval yang ditentukan, tetapi jumlah kali ia dapat memutus arus korting tanpa memerlukan pemeliharaan. Tiada piawaian negara untuk angka ini. Secara umum, pengeluar merancang untuk 30 gangguan seperti itu. Produk beberapa pengeluar dapat menangani 50. Dalam dokumen tender projek pengguna, sering dilihat keperluan yang terlalu tinggi untuk jumlah gangguan korting. Sebagai contoh, satu dokumen tender memerlukan pemutus litar vakum perlindungan laluan 12kV untuk memutus arus korting bernilai 100 kali, dengan umur mekanikal 100,000 operasi dan pemutusan arus bernilai 20,000 kali—keperluan ini tidak munasabah.

Jumlah gangguan korting yang terlalu tinggi tidak perlu. Gangguan korting adalah insiden elektrik yang besar. Setiap kejadian harus diperlakukan sebagai kecelakaan serius yang memerlukan analisis sebab utama dan tindakan korektif untuk mencegah kejadian berulang. Oleh itu, sepanjang umur layanan efektif pemutus litar, ia hanya akan memutus gangguan korting beberapa kali. Semakin tinggi voltan sistem, semakin besar kerusakan yang disebabkan oleh korting, tetapi kemungkinan terjadinya semakin rendah. Jadi, pemutus litar tegangan menengah yang mampu memutus 30 gangguan korting sudah cukup. Ujian tipe untuk pemutusan korting mahal. Untuk pemutus litar vakum 12kV, setiap ujian pemutusan korting kini berharga sekitar 10,000 RMB. Melakukan ujian berlebihan mengeluarkan kos yang tinggi dan tidak perlu.

Apakah jumlah gangguan yang berhasil lebih tinggi bermaksud kapasiti pemutusan yang lebih baik? Ini adalah salah satu kesilapan umum lainnya. Kunci ujian pemutusan korting pemutus litar vakum terletak pada sepuluh operasi pertama. Asalkan pemutus berhasil memutus arus yang ditentukan dalam sepuluh ujian pertama, prestasi selanjutnya biasanya dapat diandalkan. Data statistik dari ujian tipe menunjukkan bahwa kemungkinan kegagalan tertinggi terjadi selama sepuluh gangguan pertama dan berkurang secara bertahap seiring meningkatnya jumlah gangguan. Setelah 30 gangguan, kemungkinan kegagalan dalam ujian selanjutnya hampir nol. Oleh itu, mampu memutus 30 kali tidak berarti tidak dapat memutus 50—hanya berarti ujian lebih lanjut tidak perlu.

Mengenai umur mekanikal pemutus litar vakum, tidak perlu persyaratan yang terlalu tinggi. Kelas M1 aslinya tidak kurang dari 2,000 operasi, dan kelas M2 hanya 10,000. Sekarang, pengeluar bersaing dalam umur mekanikal—satu mengklaim 25,000, yang lain mengklaim 100,000. Dalam proses lelang, peserta membandingkan nilai umur mekanikal, yang tidak bermakna untuk pemutus litar vakum pengedaran. Namun, dalam aplikasi spesifik seperti pemutusan motor yang sering, tungku busur, atau litar kompensasi kapasitor otomatis, kontak vakum lebih sesuai (pemutus litar SF6 biasanya digunakan untuk pemutusan bank kapasitor tegangan menengah). Kontak memiliki umur mekanikal dan elektrikal yang melebihi satu juta operasi (umur elektrikal diukur dengan pemutusan arus bernilai, bukan arus korting). Tidak perlu bersaing dalam umur mekanikal pemutus litar.

04 Persyaratan Berlebihan untuk Parameter Elektrik Lainnya

Arus tahan pendek pemutus litar merujuk kepada kemampuannya untuk menahan stres termal arus korting semasa kesalahan. Ini berbeda dengan kenaikan suhu. Uji kenaikan suhu melibatkan aliran arus bernilai atau yang ditentukan melalui pemutus litar untuk waktu yang lama dan memastikan kenaikan suhu di berbagai titik tidak melebihi batas yang ditentukan. Arus tahan pendek pemutus litar biasanya diuji selama 3 detik.

Dalam waktu ini, panas yang dihasilkan oleh arus korting tidak boleh merusak pemutus litar. Kemampuan tahan termal 3 detik sudah cukup. Alasannya adalah setelah korting terjadi, perlindungan berjenjang mungkin melibatkan penundaan sengaja untuk memastikan selektivitas. Untuk perlindungan berbasis waktu, penundaan 0.5 detik antara pemutus litar berdekatan memastikan selektivitas. Jika pemutus litar 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 litar, kontak bergerak dan tetap mungkin bergoyang. Jika waktu bergoyang terlalu lama atau sinkronisasi penutupan tiga fasa besar, terjadi breakdown dan restrike antara kontak. Restrike menyebabkan proses muatan-pembongkaran dalam litar, meningkatkan kecuraman dan amplitudo overvoltage. Overvoltage ini dikenal sebagai overvoltage restrike kontak.

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

05 Masalah Negatif yang Disebabkan oleh Arus Mulai yang Terlalu Tinggi Pemutus Vakum

Arus mulai bernilai pemutus vakum tegangan menengah adalah 630A. Saat ini, beberapa pengeluar tidak lagi memproduksi versi 630A, dan arus mulai minimum telah meningkat menjadi 1250A. Ini terkait dengan manufaktur pemutus vakum. Namun, hal ini membawa sejumlah konsekuensi negatif. Karena arus mulai pemutus vakum terlalu tinggi, pemutus litar vakum yang dirakit dengan pemutus tersebut harus sesuai dengan rating arus pemutus. 

Akibatnya, semua komponen terkait—seperti tiang, kontak plug-in pada tiang, dan kontak tetap dalam switchgear—harus juga sesuai dengan rating arus pemutus. Ini menyebabkan pemborosan material non-ferrous yang parah dalam banyak kasus. Misalnya, pemutus litar vakum 12kV mungkin hanya mensuplai transformer 1000kVA, di mana arus bernilai sisi 10kV hanya 57.7A. Namun, karena pemutus vakum mulai pada 1250A, pemutus litar harus berating 1250A. Akibatnya, semua aksesori pemutus harus memiliki rating arus minimal 1250A, dan kontak tetap dalam switchgear juga harus berating tidak kurang dari 1250A, yang menyebabkan 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 litar—yaitu, kapasitas penghantaran arus konduktor dirancang untuk 1250A. Pada kenyataannya, kapasitas 60A sudah cukup, dan selama penampang minimum konduktor litar lulus pemeriksaan stabilitas dinamis dan termal, ada ruang yang cukup untuk menghemat material.