Apa yang Berlaku Apabila Pemutus Litar Vakum Kehilangan Vakum Hasil Ujian Sebenar Dikongsikan

Apakah yang Berlaku Apabila Pemutus Hampa Kehilangan Hampanya?

Jika pemutus hampa kehilangan hampanya, skenario operasional berikut harus dipertimbangkan:

• Kontak terbuka

• Operasi penutupan

• Tertutup dan beroperasi normal

• Terbuka dan memutus arus normal

• Terbuka dan memutus arus korsleting

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

Namun, kasus d dan e memerlukan pembahasan lebih lanjut.

Anggaplah pemutus litar penghantar tiga fasa kehilangan hampanya pada satu kutub. Jika beban yang dilayani oleh pemutus yang bermasalah adalah beban yang terhubung delta (tidak di-ground), operasi penukaran tidak akan menyebabkan kegagalan. Secara esensial, tidak ada yang terjadi. Dua fasa sehat (misalnya, Fasa 1 dan Fasa 2) berhasil memutus litar, dan arus pada fasa yang bermasalah (Fasa 3) berhenti secara alami.

Situasi yang berbeda muncul dengan beban yang di-ground. Dalam hal ini, pemutusan oleh dua fasa sehat tidak menghentikan aliran arus pada fasa yang bermasalah. Busur api bertahan di Fasa 3 tanpa ada yang memadamkannya, dan arus ini berlanjut hingga perlindungan cadangan beroperasi. Hasilnya biasanya kerusakan kritis pada pemutus.

Karena pemutus litar vakum dalam rentang 3–15 kV sebagian besar digunakan dalam sistem yang di-ground, kami telah menyelidiki efek pemutus yang gagal di laboratorium uji kami beberapa tahun lalu. Kami dengan sengaja mengekspos pemutus hampa ke tekanan atmosfer ("mendatar") dan kemudian menguji pemutus tersebut dengan uji pemutusan korsleting penuh.

Seperti yang diprediksi, "flat" pemutus gagal membersihkan korsleting pada fasa yang terkena dan hancur. Pemutus cadangan laboratorium berhasil membersihkan korsleting.

Setelah uji, pemutus tersebut dihapus dari sel peralatan switchgear. Ia sangat berdebu tetapi masih utuh secara mekanis. Asap dan debu dibersihkan dari pemutus dan switchgear, unit yang bermasalah diganti, dan pemutus dimasukkan kembali ke kompartemen. Kemudian pada hari yang sama, uji korsleting lainnya dilakukan—dengan sukses. Pengalaman lapangan bertahun-tahun telah mengkonfirmasi temuan-temuan dari uji laboratorium ini.

Salah satu pelanggan kami, sebuah perusahaan kimia besar, mengalami kegagalan terisolasi pada konfigurasi litar serupa (satu dengan pemutus magnet udara, satu dengan pemutus vakum) di dua fasilitas berbeda di negara yang berbeda. Keduanya memiliki konfigurasi litar dan mode kegagalan yang sama: litar penghubung di mana sumber daya di kedua sisi pemutus tidak sinkron, menerapkan hampir dua kali tegangan nominal di seluruh celah kontak. 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 magnet udara, enklosur unit pecah dengan keras. Sel switchgear di kedua sisi mengalami kerusakan luas, memerlukan rekonstruksi besar. Pemutus tersebut total hilang.

• Dalam kasus pemutus vakum, kegagalannya jauh kurang keras. Pemutus hampa yang bermasalah diganti, produk busur (debu) dibersihkan dari pemutus dan kompartemen, dan sistem dikembalikan ke layanan.

Uji laboratorium kami yang ekstensif, di mana kami secara rutin mendorong pemutus hampa ke batasnya, mendukung hasil dunia nyata ini.

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

• Arus normal 1,310 A (arus kontinyu nominal: 1,250 A) diputus oleh satu kutub pemutus vakum. Arus mengalir melalui pemutus yang "bermasalah" selama 2,06 detik sebelum pemutus cadangan laboratorium membersihkan korsleting. Tidak ada bagian yang dilemparkan, pemutus tidak meledak, dan hanya cat pada perumahan 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 bertahan selama 0,60 detik sebelum pemutus laboratorium membersihkan korsleting. Busur api membakar lubang di sisi perumahan pemutus. Tidak ada ledakan atau puing-puing terbang. Partikel bercahaya dilemparkan dari lubang, tetapi tidak ada komponen mekanis atau pemutus sebelah yang rusak. Semua kerusakan terbatas pada pemutus yang gagal.

Uji-uji ini mengkonfirmasi bahwa konsekuensi kegagalan pemutus hampa jauh lebih ringan dibandingkan dengan kegagalan dalam teknologi pemutusan lainnya.

Tetapi pertanyaan sebenarnya bukan apa yang terjadi ketika gagal, tetapi seberapa mungkin gagal?

Laju kegagalan pemutus hampa sangat rendah. Hilangnya hampa tidak lagi menjadi masalah signifikan.

Pada awal 1960-an, pemutus hampa rentan bocor—ini merupakan masalah besar. Desain awal menggunakan sambungan las atau solder antara bahan 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 solder induksi batch digunakan dengan kontrol proses yang sangat ketat. Satu-satunya bagian bergerak di dalam pemutus hampa adalah kontak tembaga, yang terhubung ke pelat ujung melalui belows baja nirkarat yang dilas. Karena kedua ujung belows dilas, laju kegagalan segel bergerak ini sangat rendah—menunjukkan keandalan tinggi pemutus litar vakum modern.

Sebenarnya, MTTF (Mean Time To Failure) pemutus hampa modern sekarang diperkirakan 57,000 tahun.

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

Pada pertengahan 1970-an, pemutus hampa yang dikembangkan di Eropa—seperti desain Siemens modern—berbeda secara fundamental dari model 1960-an dalam 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-manufaktur presisi saat ini.

Hari ini, kontrol proses yang ketat dan otomatisasi telah menghilangkan sebagian besar variabilitas manusia. Akibatnya, pemutus hampa modern menawarkan masa pakai panjang, dan stres dielektrik yang mereka berikan pada peralatan yang terhubung tidak lebih buruk dari pemutus magnet udara atau minyak tradisional.