Satu Artikel untuk Memahami Cara Memilih Parameter Mekanis dari Pemutus Sirkuit Vakum

1. Jarak Kontak Nominal

Ketika pemutus sirkuit vakum berada dalam posisi terbuka, jarak antara kontak bergerak dan kontak tetap di dalam interupsi vakum disebut jarak kontak nominal. Parameter ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, termasuk tegangan nominal pemutus, kondisi operasi, sifat arus yang diputus, bahan kontak, dan kekuatan dielektrik celah vakum. Utamanya bergantung pada tegangan nominal dan bahan kontak.

Jarak kontak nominal sangat mempengaruhi kinerja isolasi. Seiring peningkatan jarak dari nol, kekuatan dielektrik meningkat. Namun, setelah mencapai titik tertentu, peningkatan jarak lebih lanjut memberikan hasil yang menurun dalam kinerja isolasi dan mungkin secara signifikan mengurangi umur mekanis interupsi.

Berdasarkan pengalaman instalasi, operasi, dan perawatan, rentang jarak kontak nominal yang umum adalah:

• 6kV dan di bawah: 4–8 mm

• 10kV dan di bawah: 8–12 mm

• 35kV: 20–40 mm

2. Perjalanan Kontak (Overtravel)

Perjalanan kontak harus dipilih untuk memastikan bahwa tekanan kontak yang cukup dipertahankan bahkan setelah aus kontak. Ini juga memberikan energi kinetik awal kepada kontak bergerak selama pembukaan, meningkatkan kecepatan pembukaan awal untuk memutuskan sambungan las, mengurangi waktu busur, dan mempercepat pemulihan dielektrik. Selama penutupan, ini memungkinkan pegas kontak memberikan pengelembutan halus, meminimalkan pantulan kontak.

Jika perjalanan kontak terlalu kecil:

• Tekanan kontak tidak cukup setelah aus

• Kecepatan pembukaan awal rendah, mempengaruhi kapasitas pemutusan dan stabilitas termal

• Pantulan dan getaran penutupan parah

Jika perjalanan kontak terlalu besar:

• Energi penutupan yang diperlukan meningkat

• Reliabilitas operasi penutupan berkurang

Secara umum, perjalanan kontak adalah 20%–40% dari jarak kontak nominal. Untuk pemutus sirkuit vakum 10kV, biasanya 3–4 mm.

3. Tekanan Operasi Kontak

Tekanan operasi kontak pemutus sirkuit vakum memiliki dampak signifikan terhadap kinerja. Ini adalah jumlah dari gaya penutupan sendiri interupsi vakum dan gaya pegas kontak. Pemilihan yang tepat harus memenuhi empat persyaratan:

• Menjaga resistansi kontak dalam batas yang ditentukan

• Memenuhi persyaratan uji stabilitas dinamis

• Mengurangi pantulan penutupan

• Mengurangi getaran pembukaan

Penutupan di bawah arus pendek merupakan kondisi yang paling menuntut: arus prabiru menghasilkan tolakan elektromagnetik, menyebabkan pantulan kontak, sementara kecepatan penutupan berada pada level terendah. Skenario ini menguji apakah tekanan kontak cukup.

Jika tekanan kontak terlalu rendah:

• Waktu pantulan penutupan meningkat

• Resistansi sirkuit utama lebih tinggi, menyebabkan kenaikan suhu berlebihan selama operasi berkelanjutan

Jika tekanan kontak terlalu tinggi:

• Gaya pegas meningkat (karena gaya penutupan sendiri konstan)

• Persyaratan energi penutupan lebih tinggi

• Dampak dan getaran yang lebih besar pada interupsi vakum, berisiko merusak

Dalam praktiknya, gaya elektromagnetik kontak tidak hanya bergantung pada arus pendek puncak, tetapi juga pada struktur kontak, ukuran, kekerasan, dan kecepatan pembukaan. Pendekatan komprehensif sangat penting.

Data empiris untuk tekanan kontak berdasarkan arus pemutusan:

• 12.5 kA: 50 kg

• 16 kA: 70 kg

• 20 kA: 90–120 kg

• 31.5 kA: 140–180 kg

• 40 kA: 230–250 kg

4. Kecepatan Pembukaan

Kecepatan pembukaan langsung mempengaruhi laju pemulihan kekuatan dielektrik setelah nol arus. Jika pemulihan kekuatan dielektrik lebih lambat dari kenaikan tegangan pemulihan, dapat terjadi penyalaan ulang busur. Untuk mencegah penyalaan ulang dan meminimalkan waktu busur, kecepatan pembukaan yang cukup sangat penting.

Kecepatan pembukaan tergantung utamanya pada tegangan nominal. Untuk tegangan dan jarak kontak yang tetap, kecepatan yang diperlukan bervariasi dengan arus pemutusan, jenis beban, dan tegangan pemulihan. Arus pemutusan yang lebih tinggi dan arus kapasitif (dengan tegangan pemulihan tinggi) memerlukan kecepatan pembukaan yang lebih tinggi.

Kecepatan pembukaan tipikal untuk pemutus sirkuit vakum 10kV: 0.8–1.2 m/s, terkadang melebihi 1.5 m/s.

Dalam praktik, kecepatan pembukaan awal (diukur selama beberapa milimeter pertama) memiliki dampak lebih besar pada kinerja pemutusan daripada kecepatan rata-rata. Pemutus vakum kinerja tinggi dan 35kV sering menentukan kecepatan awal ini.

Meskipun kecepatan yang lebih tinggi tampak menguntungkan, kecepatan berlebihan meningkatkan getaran pembukaan dan over-travel, meningkatkan stres pada bellows dan menyebabkan kelelahan dini dan kebocoran. Ini juga meningkatkan stres mekanis pada mekanisme, berisiko gagal komponen.

5. Kecepatan Penutupan

Karena kekuatan dielektrik statis tinggi interupsi vakum pada jarak nominal, kecepatan penutupan yang diperlukan jauh lebih rendah daripada kecepatan pembukaan. Kecepatan penutupan yang cukup diperlukan untuk meminimalkan erosi listrik prabiru dan mencegah penyolderan kontak. Namun, kecepatan penutupan berlebihan meningkatkan energi penutupan dan subjek interupsi pada dampak yang lebih besar, mengurangi umur layanan.

Kecepatan penutupan tipikal untuk pemutus sirkuit vakum 10kV: 0.4–0.7 m/s, hingga 0.8–1.2 m/s jika diperlukan.

6. Waktu Pantulan Penutupan

Waktu pantulan penutupan adalah indikator kunci kinerja pemutus sirkuit vakum. Ini dipengaruhi oleh tekanan kontak, kecepatan penutupan, jarak kontak, bahan kontak, desain interupsi, struktur pemutus, dan kualitas instalasi/penyesuaian.

Waktu pantulan yang lebih pendek menunjukkan kinerja yang lebih baik. Pantulan berlebihan menyebabkan erosi listrik parah, meningkatkan risiko tegangan tinggi, dan mungkin menyebabkan penyolderan kontak selama operasi pemutusan pendek atau switching kapasitor, serta uji stabilitas termal. Pantulan yang lama juga mempercepat kelelahan bellows.

Untuk pemutus sirkuit vakum 10kV dengan kontak tembaga-kromium, waktu pantulan penutupan sebaiknya tidak melebihi 2 ms. Untuk bahan lain, mungkin sedikit lebih tinggi tetapi tidak boleh melebihi 5 ms.

7. Sinkronisasi Tiga Pola

Sinkronisasi tiga pola mengukur derajat simultanitas dalam penutupan atau pembukaan tiga pola. Karena nilai sinkronisasi pembukaan dan penutupan serupa, biasanya hanya sinkronisasi penutupan yang ditentukan.

Sinkronisasi buruk sangat mempengaruhi kapasitas pemutusan dan memperpanjang waktu busur. Dengan kecepatan operasi cepat dan celah kecil, penyesuaian presisi mudah memenuhi persyaratan. Sinkronisasi penutupan umumnya diperlukan dalam 1 ms.

8. Penyelarasan Kontak Bergerak dan Tetap (Koaksialitas)

Penyelarasan koaksial yang tepat antara kontak bergerak dan tetap sangat penting untuk kinerja interupsi vakum dan dijamin melalui presisi manufaktur. Apakah penyelarasan ini dipertahankan setelah instalasi tergantung pada jenis mekanisme operasi dan proses perakitan.

Untuk mekanisme gantung, penyelarasan utamanya ditentukan oleh mekanisme itu sendiri. Untuk tipe lantai, penyelarasan mekanis sama pentingnya. Selama instalasi, hindari penerapan gaya geser atau lateral pada interupsi.

Toleransi koaksialitas tipikal: ≤2 mm.