Apa yang Terjadi Ketika Pemutus Sirkuit Vakum Kehilangan Vakum Hasil Uji Sebenarnya Dibongkar

Apa yang Terjadi Ketika Pemutus Vakum Kehilangan Vakumnya?

Jika pemutus vakum kehilangan vakumnya, skenario operasional berikut harus dipertimbangkan:

• Kontak terbuka

• Operasi penutupan

• Tertutup dan beroperasi normal

• Membuka dan memutus arus normal

• Membuka dan memutus arus gangguan

Kasus a, b, dan c relatif sederhana. Dalam situasi-situasi ini, sistem umumnya tidak terpengaruh oleh hilangnya vakum.

Namun, kasus d dan e memerlukan pembahasan lebih lanjut.

Anggaplah pemutus sirkuit vakum pengumpan tiga fasa kehilangan vakum pada satu kutub. Jika beban yang disajikan oleh pemutus yang rusak adalah beban terhubung delta (tanpa grounding), operasi switching tidak akan menyebabkan kegagalan. Secara esensial, tidak ada yang terjadi. Dua fase sehat (misalnya, Fase 1 dan Fase 2) berhasil memutus sirkuit, dan arus pada fase yang rusak (Fase 3) berhenti secara alami.

Situasi yang berbeda muncul dengan beban yang di-grounding. Dalam kasus ini, pemutusan oleh dua fase sehat tidak menghentikan aliran arus pada fase yang rusak. Busur api tetap ada di Fase 3 tanpa ada yang memadamkannya, dan arus ini berlanjut hingga perlindungan cadangan beroperasi. Hasilnya biasanya kerusakan kritis pada pemutus.

Karena pemutus sirkuit vakum dalam rentang 3–15 kV sebagian besar digunakan dalam sistem yang di-grounding, kami telah menyelidiki efek dari pemutus yang gagal di laboratorium uji kami beberapa tahun lalu. Kami sengaja mengekspos pemutus vakum ke tekanan atmosfer ("rata") dan kemudian mengekspos pemutus tersebut ke tes pemutusan pendek sirkuit penuh.

Seperti yang diprediksi, "pemutus rata" gagal membersihkan gangguan pada fase yang terkena dan hancur. Pemutus cadangan laboratorium berhasil membersihkan gangguan tersebut.

Setelah tes, pemutus tersebut dilepas dari sel switchgear. Meskipun tertutup asap hitam, tetapi mekanisnya masih utuh. Asap dan asap hitam dibersihkan dari pemutus dan switchgear, unit yang rusak diganti, dan pemutus dimasukkan kembali ke kompartemen. Kemudian pada hari yang sama, tes pendek sirkuit lainnya dilakukan—dengan sukses. Pengalaman lapangan bertahun-tahun setelahnya telah mengkonfirmasi temuan dari tes-tes laboratorium tersebut.

Salah satu pelanggan kami, sebuah perusahaan kimia besar, mengalami kegagalan terisolasi pada konfigurasi sirkuit serupa (satu dengan pemutus magnetik udara, satu dengan pemutus vakum) di dua fasilitas berbeda di negara yang berbeda. Keduanya memiliki konfigurasi sirkuit dan mode kegagalan yang sama: sirkuit penghubung di mana sumber daya di kedua sisi pemutus tidak sinkron, menerapkan hampir dua kali tegangan nominal di antara celah kontak. Hal ini menyebabkan kegagalan pemutus.

Kegagalan-kegagalan ini disebabkan oleh kondisi aplikasi yang melanggar pedoman ANSI/IEEE dan jauh melebihi peringkat desain pemutus. Mereka tidak menunjukkan cacat desain. Namun, tingkat kerusakan memberikan pelajaran:

• Dalam kasus pemutus magnetik udara, rangka unit pecah dengan keras. Sel switchgear di kedua sisi mengalami kerusakan luas, memerlukan rekonstruksi besar. Pemutus menjadi total hilang.

• Dalam kasus pemutus vakum, kegagalannya jauh lebih sedikit merusak. Pemutus vakum yang rusak diganti, produk busur (asap hitam) dibersihkan dari pemutus dan kompartemen, dan sistem dikembalikan ke layanan.

Tes laboratorium ekstensif kami, di mana kami secara rutin mendorong pemutus vakum ke batasnya, mendukung hasil dunia nyata ini.

Baru-baru ini, beberapa tes daya tinggi dilakukan di laboratorium kami untuk mengevaluasi upaya pemutusan menggunakan "bocor" pemutus vakum. Lubang kecil (~3 mm diameter) dibor ke dalam rumah pemutus untuk mensimulasikan kehilangan vakum. Hasilnya mengungkapkan:

• Arus normal 1.310 A (arus kontinyu nominal: 1.250 A) diputus oleh satu kutub pemutus vakum. Arus mengalir melalui pemutus "rusak" selama 2,06 detik sebelum pemutus cadangan laboratorium membersihkan gangguan. Tidak ada bagian yang dilemparkan, pemutus tidak meledak, dan hanya cat pada rumah pemutus yang melepuh. Tidak ada kerusakan lain yang terjadi.

• Kutub kedua dari pemutus yang sama mencoba memutus 25 kA (arus pemutusan nominal: 25 kA). Busur api berlangsung 0,60 detik sebelum pemutus laboratorium membersihkan gangguan. Busur api membakar lubang di sisi rumah pemutus. Tidak ada ledakan atau puing-puing yang terlempar. Partikel bercahaya dilemparkan dari lubang, tetapi tidak ada komponen mekanis atau pemutus sebelah yang rusak. Semua kerusakan terbatas pada pemutus yang gagal.

Tes-tes ini mengkonfirmasi bahwa konsekuensi dari kegagalan pemutus vakum jauh lebih ringan dibandingkan dengan kegagalan dalam teknologi pemutusan lainnya.

Namun pertanyaan sesungguhnya bukan apa yang terjadi ketika gagal, tetapi seberapa mungkin gagal?

Tingkat kegagalan pemutus vakum sangat rendah. Hilangnya vakum tidak lagi menjadi kekhawatiran signifikan.

Pada awal 1960-an, pemutus vakum rentan bocor—ini adalah masalah besar. Desain awal menggunakan las atau penyambungan antara material yang berbeda, tanpa bahan organik. Pembuatan tangan sangat umum, terutama dengan insulator kaca borosilikat, yang tidak dapat menahan suhu tinggi.

Hari ini, las mesin dan penyambungan induksi tungku batch digunakan dengan kontrol proses yang sangat ketat. Satu-satunya bagian bergerak di dalam pemutus vakum adalah kontak tembaga, yang terhubung ke pelat ujung melalui bellows stainless steel yang dilas. Karena kedua ujung bellows dilas, tingkat kegagalan dari segel bergerak ini sangat rendah—menunjukkan keandalan tinggi dari pemutus sirkuit vakum modern.

Sebenarnya, MTTF (Mean Time To Failure) dari pemutus vakum modern sekarang diperkirakan 57.000 tahun.

Kekhawatiran pelanggan tentang hilangnya vakum sah pada tahun 1960-an, ketika pemutus vakum baru diterapkan pada aplikasi daya. Pada saat itu, pemutus vakum sering bocor, dan masalah lonjakan juga umum. Hanya satu perusahaan yang menawarkan pemutus vakum, dan laporan menunjukkan banyak masalah.

Pada pertengahan 1970-an, pemutus vakum yang dikembangkan di Eropa—seperti desain Siemens modern—berbeda secara fundamental dari model 1960-an dalam hal bahan dan kontrol proses. Kontak tembaga-bismut lebih rentan terhadap lonjakan daripada paduan kromium-tembaga saat ini. Pemutus yang dibuat tangan lebih rentan bocor daripada unit yang diproduksi dengan presisi hari ini.

Hari ini, kontrol proses yang ketat dan otomatisasi telah menghilangkan sebagian besar variabilitas manusia. Sebagai hasilnya, pemutus vakum modern menawarkan umur layanan yang panjang, dan stres dielektrik yang mereka berikan pada peralatan yang terhubung tidak lebih buruk dari pemutus magnetik udara atau minyak tradisional.