Perangkat Penutup Otomatis untuk Pemutus Sirkuit Rendah Berdasarkan Relai Waktu

Untuk memastikan operasi jaringan yang aman dan stabil serta mencegah lonjakan arus beban merusak peralatan listrik selama pemulihan daya, semua beban yang terhubung ke transformator distribusi harus diputus sebelum diberi energi.

Oleh karena itu, pemutus sirkuit tegangan rendah dilengkapi dengan fungsi pelepasan undervoltage: ketika transformator dimatikan karena perawatan atau gangguan jalur, hilangnya tegangan pada bus tegangan rendah menyebabkan pemutus sirkuit cabang mengalami trip secara otomatis. Setelah transformator diberi energi kembali, karena pemutus sirkuit tegangan rendah umumnya tidak memiliki kemampuan penyambungan ulang otomatis, operator harus menutup pemutus sirkuit di tempat secara manual untuk memulihkan daya. Terpengaruh oleh lokasi pemutus, lalu lintas, dan kondisi cuaca, operasi manual ini membutuhkan waktu yang cukup lama—rata-rata 33 menit—yang menyebabkan pemadaman berkepanjangan dan sangat mempengaruhi keandalan pasokan daya.

Untuk mengatasi masalah ini, telah dikembangkan perangkat penyambungan ulang otomatis untuk pemutus sirkuit tegangan rendah berdasarkan relai waktu. Output tegangan rendah transformator mensuplai daya ke coil relai. Setelah transformator diberi energi, coil relai waktu mendapatkan daya, dan setelah penundaan yang ditetapkan, kontak geser singkatnya menutup sementara rangkaian penutup, menyebabkan pemutus sirkuit tegangan rendah secara otomatis menyambung kembali. Penundaan waktu menghindari arus inrush transformator, memastikan keselamatan peralatan. Melalui logika kontrol yang tepat, penyambungan ulang otomatis dicegah setelah trip overcurrent atau pemutusan manual.

1. Persyaratan Desain dan Solusi

Berdasarkan peraturan operasi jaringan, persyaratan desain spesifik ditetapkan untuk perangkat transfer otomatis undervoltage:

• Ketika sisi tegangan tinggi transformator distribusi dimatikan karena perawatan atau gangguan, transformator kehilangan tegangan dan pemutus sirkuit tegangan rendah mengalami trip melalui pelepasan undervoltage. Setelah transformator diberi energi kembali, pemutus sirkuit secara otomatis menyambung kembali setelah penundaan waktu yang ditetapkan.

• Jika terjadi gangguan di bawah pemutus sirkuit tegangan rendah, pemutus sirkuit mengalami trip secara andal dan tidak boleh menyambung kembali secara otomatis.

• Jika pemutus sirkuit tegangan rendah dibuka secara manual, tidak boleh menyambung kembali secara otomatis.

Untuk memenuhi persyaratan ini, solusi yang andal diajukan menggunakan relai waktu sebagai inti kontrol, memanfaatkan karakteristik penundaan waktu dan kontak gesernya untuk mencapai penyambungan ulang otomatis. Model relai waktu yang dipilih adalah DS-28.

Relai waktu DS-28 yang digunakan dalam perangkat terdiri dari elektromagnet yang menggerakkan mekanisme pengatur waktu jam tangan. Coil elektromagnetik mendapatkan daya dari output tegangan rendah transformator, mensuplai relai waktu yang terus-menerus mendapatkan energi. Relai ini memiliki satu set kontak geser tertunda dan satu set kontak utama tertunda (kontak akhir). Skema kabel internal relai waktu untuk perangkat transfer otomatis undervoltage ditunjukkan pada Gambar 1. 

Untuk mencegah kerusakan coil akibat pemberian energi yang berkepanjangan, resistor thermal fuse ditambahkan sebagai resistor pelindung eksternal. Dalam desain, terminal 1 dan 13–3 digunakan sebagai sinyal pemicu yang terhubung ke rangkaian daya, sementara terminal 5 dan 6, serta 16–3 dan 17, berfungsi sebagai kontak geser tertunda dan kontak biasanya tertutup instan, masing-masing. Gambar 2 menunjukkan diagram kabel perangkat penyambungan ulang otomatis berbasis relai waktu untuk pemutus sirkuit tegangan rendah.

2.Strategi Kontrol Perangkat Transfer Otomatis Undervoltage

2.1 Undervoltage Transformator

Ketika transformator mengalami undervoltage, pemutus sirkuit tegangan rendah mengalami trip. Karena bus tegangan rendah tidak mendapatkan energi, relai waktu tetap dalam keadaan awal, dengan kontak geser tertunda dan kontak utama tertunda terbuka, sementara kontak biasanya tertutup instan tertutup.

Setelah pemulihan daya pada jalur, output tegangan rendah transformator mendapatkan energi, mensuplai daya ke relai waktu. Pada titik ini, kontak biasanya tertutup instan terbuka, memperkenalkan resistor pembagi tegangan ke dalam rangkaian coil, menyebabkan elektromagnet mendapatkan energi dan menjaga keterlibatan jangka panjang. Mekanisme pengatur waktu mulai beroperasi, dan kontak geser tertunda mulai bergerak menuju posisi tertutup.

Setelah penundaan yang ditetapkan (biasanya ditetapkan antara 10 hingga 15 detik melalui tombol penyesuaian waktu pada panel relai waktu untuk menghindari arus inrush transformator), kontak geser tertunda menutup singkat dan kemudian terbuka lagi. Tindakan ini mensimulasikan menekan dan melepaskan tombol penutup manual, memastikan bahwa rangkaian penutup tidak terus-menerus mendapatkan energi, yang dapat mencegah pemutusan manual atau menyebabkan pemutus sirkuit menutup pada titik gangguan.

Secara umum, transformator distribusi memiliki kapasitas hingga 2000 kVA, dan durasi arus inrush transformator berlangsung sekitar 6 hingga 10 detik. Untuk menghindari dampak arus inrush transformator, waktu penundaan ditetapkan antara 10 hingga 15 detik saat instalasi dengan menyesuaikan dial waktu pada panel relai waktu. Diagram kabel untuk rangkaian penutup ditunjukkan pada Gambar 3.

Kontak utama (kontak akhir) menutup setelah kontak geser dan berhenti di mekanisme stop mekanis. Selama output tegangan rendah transformator tetap mendapatkan energi, relai akan tetap dalam keadaan ini. Ketika output tegangan rendah kehilangan tegangan (yaitu, coil elektromagnetik tidak mendapatkan energi), semua kontak segera kembali ke posisi aslinya.

2.2 Trip Pemutus Sirkuit karena Gangguan

Ketika terjadi gangguan pada jalur atau peralatan di bawah pemutus sirkuit tegangan rendah, pemutus sirkuit mengalami trip karena overcurrent. Karena output tegangan rendah transformator tetap mendapatkan energi, kontak relai tetap dalam posisi saat ini, memastikan pemutus sirkuit tidak menyambung kembali secara otomatis.

2.3 Trip Manual

Ketika pemutus sirkuit tegangan rendah dibuka secara manual, output tegangan rendah transformator masih mendapatkan energi. Kontak relai tetap tidak berubah, dan rangkaian penutup tidak terpengaruh oleh relai waktu, mencegah penutupan otomatis pemutus sirkuit.

3. Uji Fungsi Perangkat

Setelah merakit perangkat transfer otomatis undervoltage berbasis relai waktu, uji fungsi komprehensif dilakukan. Setelah uji berhasil, prosedur instalasi standar dan diagram kabel ditetapkan, disertai dengan tindakan keamanan dan teknis yang rinci. Perangkat diinstal di 10 wilayah. Setelah enam bulan beroperasi, perangkat beroperasi andal dan benar selama pemadaman rutin dan pemadaman akibat gangguan. Waktu pemulihan daya rata-rata berkurang dari 33 menit sebelum instalasi menjadi 10–15 detik.

Hasil uji lapangan mengkonfirmasi bahwa perangkat transfer otomatis undervoltage berbasis relai waktu untuk pemutus sirkuit tegangan rendah memenuhi semua persyaratan desain.

4. Kesimpulan

Perangkat transfer otomatis undervoltage untuk pemutus sirkuit tegangan rendah yang diusulkan memanfaatkan kontak geser tertunda relai waktu untuk mengatasi serangkaian masalah yang disebabkan oleh pemasangan coil pelepasan undervoltage. Ini memungkinkan pemutus sirkuit tegangan rendah untuk mencapai penyambungan ulang otomatis setelah peristiwa undervoltage. Perangkat beroperasi andal selama gangguan daya normal dan tetap tidak aktif selama kondisi abnormal. Dengan prinsip yang sederhana, kabel yang mudah, dan biaya yang rendah, perangkat telah terbukti dalam uji lapangan untuk memulihkan daya dengan aman dan andal setelah trip undervoltage, mengurangi waktu penutupan pemutus sirkuit dari 33 menit menjadi 10–15 detik. Ini secara signifikan meningkatkan efisiensi utilitas dan keandalan pasokan daya, menunjukkan nilai praktis yang tinggi dalam aplikasi dunia nyata.