Satu Artikel untuk Memahami Tahapan Pemisahan Kontak pada Pemutus Sirkuit Vakum

Tahap Pemisahan Kontak Pemutus Sirkuit Vakum: Inisiasi Busur, Pemadaman Busur, dan Oskilasi

Tahap 1: Pembukaan Awal (Fase Inisiasi Busur, 0–3 mm)
Teori modern mengkonfirmasi bahwa fase pemisahan kontak awal (0–3 mm) sangat kritis untuk kinerja pemutusan pada pemutus sirkuit vakum. Pada awal pemisahan kontak, arus busur selalu beralih dari mode terkonsentrasi ke mode tersebar—semakin cepat transisi ini, semakin baik kinerja pemutusannya.

Tiga langkah dapat mempercepat transisi dari busur terkonsentrasi ke busur tersebar:

• Kurangi massa komponen bergerak: Selama pengembangan pemutus sirkuit vakum, mengurangi massa klamp konduktif membantu menurunkan inersia bagian bergerak. Uji perbandingan menunjukkan bahwa pendekatan ini meningkatkan kecepatan pembukaan awal dalam berbagai derajat.

• Tingkatkan gaya pegas pembuka, memastikan ia menjadi efektif selama fase pembukaan awal (0–3 mm).

• Minimalkan perjalanan kompresi kontak (idealnya 2–3 mm), memungkinkan pegas pembuka terlibat dalam proses pemisahan secepat mungkin.

Pemutus sirkuit tradisional biasanya menggunakan desain kontak colokan. Dalam arus pendek, gaya elektromagnetik menyebabkan kontak jari-jari merengkuh batang konduktif dengan erat, menghasilkan komponen gaya nol dalam arah gerakan. Sebaliknya, pemutus sirkuit vakum menggunakan antarmuka kontak datar. Ketika arus pendek terjadi, gaya elektromagnetik yang kuat bertindak sebagai gaya tolak pada kontak.

Ini berarti pemisahan kontak tidak perlu menunggu pelepasan penuh pegas kompresi kontak—pemisahan terjadi hampir bersamaan dengan pergerakan poros utama (dengan lag yang minimal atau tidak ada). Oleh karena itu, dengan perjalanan kompresi minimal, pegas pembuka dapat bertindak lebih awal, meningkatkan kecepatan pembukaan awal. Karena gaya penggerak awal dalam fase ini adalah tolakan elektromagnetik, massa yang harus diminimalkan mencakup semua komponen bergerak. Oleh karena itu, desain struktural seperti mekanisme split atau rakitan—yang sering melibatkan tautan panjang dan banyak—tidak cocok untuk pemutus sirkuit vakum, karena menghalangi pencapaian kecepatan pembukaan awal yang tinggi.

Tahap 2: Pemadaman Busur (3–8 mm)
Ketika kontak terpisah hingga 3–4 mm, transisi busur ke mode tersebar biasanya selesai—ini adalah jendela optimal untuk pemadaman busur. Uji coba ekstensif telah mengkonfirmasi bahwa celah busur ideal untuk pemutusan adalah 3–4 mm. Jika nol arus terjadi pada titik ini, kepadatan uap logam berkurang dengan cepat, dan daya dielektrik di seberang celah pulih dengan cepat, menghasilkan pemutusan yang sukses. Gaya penggerak pada tahap kedua ini adalah pegas pembuka.

Dalam sistem tiga fasa, jika pemadaman busur terjadi pada nol arus pertama, waktu busur sekitar 3 ms (diasumsikan kontak terpisah di tengah antara dua nol arus, di mana celah sudah cukup besar). Untuk mencapai pemadaman pada celah 3–4 mm, kecepatan pembukaan rata-rata selama fase ini harus 0,8–1,1 m/s. Ketika dikonversi ke ukuran umum 6 mm, kecepatan pembukaan rata-rata setara sekitar 1,1–1,3 m/s—rentang yang luas diterapkan oleh pemutus sirkuit vakum di seluruh dunia. Namun, data ini diperoleh dari uji operasi mekanis tanpa beban. Selama pemutusan arus tinggi, kecepatan pembukaan aktual jauh lebih tinggi karena gaya tolak elektromagnetik tambahan yang berkontribusi pada gerakan kontak. Akibatnya, dalam rentang waktu yang sama, kontak bergerak mungkin berjalan 6–8 mm.

Untuk meminimalkan waktu busur, langkah-langkah pengelemahan khusus harus diterapkan pada tahap kedua untuk mengurangi kecepatan batang konduktif dengan cepat. Waktu keterlibatan buffer minyak harus dikontrol dengan hati-hati. Tahap pertama membutuhkan pemisahan cepat, tetapi pegas pembuka belum sepenuhnya terlibat. Pada tahap kedua, kecepatan harus dikurangi—pegas pembuka tidak boleh terlalu kuat, atau akan mencegah penurunan kecepatan, memperpanjang waktu busur, dan mempersulit tahap ketiga.

Tahap 3: Oskilasi (8–11 mm)
Karena celah kontak kecil dan durasi pembukaan singkat pada pemutus sirkuit vakum, kontak yang bergerak dengan cepat harus dihentikan dalam waktu yang sangat singkat. Terlepas dari metode pengelemahan yang digunakan, laju perubahan kecepatan tetap tinggi, sehingga guncangan mekanis yang kuat tidak dapat dihindari. Getaran residu biasanya berlangsung sekitar 30 ms. Saat ini, baik pemutus sirkuit vakum domestik maupun internasional membutuhkan sekitar 10–12 ms untuk kontak bergerak terpisah dan masuk ke zona getaran, sementara durasi busur biasanya 12–15 ms. Jelas, permukaan kontak yang meleleh lokal mulai mendingin dan mengeras hanya setelah memasuki zona getaran. Getaran intens ini secara tidak terelakkan menyebabkan percikan logam cair, membentuk tonjolan tajam pada permukaan kontak dan meninggalkan partikel logam tersuspensi antara kontak—faktor eksternal kunci yang berkontribusi pada restrikes. Desain cacat seperti ini sering tidak sepenuhnya terungkap dalam uji tipe terbatas, menyebabkan kurangnya kesadaran tentang masalah ini selama bertahun-tahun.

Kesimpulan
Perancang pemutus sirkuit vakum harus memperhatikan proses pemisahan kontak secara keseluruhan. Strategi kunci termasuk: mengurangi massa bergerak, meningkatkan kecepatan pembukaan awal, mengurangi kecepatan dengan cepat pada tahap kedua, dan meminimalkan waktu busur sehingga busur padam sebelum kontak memasuki zona getaran. Ini memberikan waktu pendinginan yang cukup untuk permukaan kontak dan mengurangi intensitas getaran. Profil pemisahan yang dirancang dengan baik—sesuai dengan prinsip-prinsip mekanis dan elektris ini—signifikan meningkatkan umur layanan mekanis dan elektris, serta meningkatkan keandalan dan kinerja secara keseluruhan.