PEMUTUS DAYA
(CIRCUIT BREAKER)
Pengertian
Pemutus daya adalah perangkat switching mekanis yang merupakan salah satu peralatan switchgear paling penting dalam sistem penyaluran tenaga listrik. Perangkat Automtic circuit breaker (ACB) merupakan switching yang dapat membuka atau memutuskan sirkuit baik secara manual atau otomatis dalam kondisi tanpa beban, beban penuh atau pada saat terjadi hubungan pendek.
Komponen utama dari circuit breaker (CB) adalah sistem kontak, terdiri dari: kontak bergerak, kontak tetap dan mekanisme (penggerak) pembukaan.
Lanjutan
Cara kerja
Pada saat circuit breaker bekerja atau interupsi akan menimbulkan busur arus listrik antara kontak diam dan kontak bergerak.
Busur listrik dipadamkan saat arus mencapai nol.
Berbagai teknik lain juga digunakan untuk memadamkan busur listrik tersebut.
Kontak terbuat dari tembaga. Permukaan kontak terbuat dari perak yang mempunyai tahanan
(resistensi) rendah. Ketika kontak ditutup, sisi luar kontak tertutup oleh aksi gerak pegas.
Terjadinya busur listrik
Dalam kondisi gangguan, sebelum kontak dibuka arus besar mengalir melalui kontak CB. Saat kontak mulai terpisah, bidang permukaan kontak berkurang. Kondisi ini akan meningkatkan kepadatan arus dan karenanya suhu naik.
Media antara kontak C.B. mungkin udara atau minyak. Panas yang dihasilkan dalam medium cukup untuk mengionisasi udara yang akan bertindak sebagai konduktor. Dengan demikian sebuah busur listrik terjadi di antara kontak. Busur bertindak sebagai konduktor dan karenanya sirkuit tidak terganggu. Arus yang mengalir karena busur tergantung pada resistensi busur. Dengan peningkatan resistensi busur, arus akan lebih kecil.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Resistansi Busur
Tingkat ionisasi semakin sedikit, jumlah partikel terionisasi di antara kontak yang meningkatkan resistansi busur.
Panjang busur listrik (Arc) resistance adalah fungsi dari panjang busur. Semakin panjang busur, semakin
besar akan menjadi resistensi busur.
Penampang melintang resistensi busur besar ketika penampang busur kurang.
Teori Gangguan Arc
Ada dua teori utama yang menjelaskan
gangguan busur atau gangguan nol saat ini adalah,
- Teori tingkat pemulihan (teori Slepian)
- Teori keseimbangan energi (teori Cassie)
Teori Tingkat Pemulihan (Teori Slepian)
Busur adalah kolom gas terionisasi. Untuk memadamkan busur, elektron dan ion harus dihilangkan dari celah pada nol saat ini.
Ion dan elektron dapat
dihilangkan dengan menyapu dengan menggunakan gas atau cairan di celah. Busur terputus jika ion dihilangkan dari celah pada laju yang lebih cepat
daripada laju ionisasi.
Slepian menggambarkan proses tersebut sebagai perlombaan antara kekuatan dielektrik dan
tegangan pembatas.
Teori Tingkat Pemulihan (Teori Slepian)
Dalam teori ini, laju di mana celah memulihkan kekuatan dielektriknya dibandingkan dengan laju di mana
tegangan pemulih di seluruh kontak naik.
Jika kekuatan dielektrik meningkat lebih cepat daripada tegangan restriking, busur akan dipadamkan.
Jika tegangan restriking meningkat lebih cepat daripada kekuatan dielektrik, ionisasi berlanjut dan busur akan ada selama setengah siklus lagi.
Teori Keseimbangan Energi (Teori Cassie)
Segera setelah nol saat ini, ruang kontak
mengandung gas terionisasi dan ruang akan memberikan beberapa perlawanan (post zero resistance).
Arus mengalir melalui resistensi ini dan menyebabkan disipasi daya.
Kekuatan awal = nol ketika tegangan pembatas awal nol.
Kekuatan ini kembali menjadi nol setelah deionisasi
lengkap ruang kontak.
Lanjutan
Di antara dua batas ini, daya yang dihamburkan akan naik ke maksimum dan kembali ke nol. Disipasi daya
menghasilkan produksi panas dan disipasi panas.
Jika panas yang dihasilkan melebihi kecepatan di mana panas dapat didisipasi, ionisasi akan bertahan dan busur terbentuk lagi.
Ketentuan Terkait dengan Pemutus Arus
Tegangan busur
Tegangan melintasi kontak C.B. ketika busur tetap disebut tegangan busur. Tegangan ini menjadi tegangan sistem saat busur dipadamkan.
Membatasi tegangan
Setelah busur dipadamkan, tegangan melintasi kontak pemutus tidak menjadi normal secara instan. Tapi osilasi sementara diproduksi.
Tegangan transien yang muncul di kontak pemutus pada saat kepunahan busur disebut tegangan
restriking.
Ketentuan Terkait dengan Pemutus Arus
Tegangan pemulihan
Tegangan frekuensi daya nominal yang muncul
di kontak pemutus setelah kepunahan busur
terakhir disebut tegangan pemulihan.
Ekspresi untuk Membatasi Tegangan dan RRRV
Tegangan pemulihan
Tegangan frekuensi daya normal yang muncul di kontak pemutus setelah kepunahan busur
terakhir disebut tegangan pemulihan.
Klasifikasi Pemutus Sirkuit
Berdasarkan tegangan
Tegangan rendah C.B (kurang dari 1 kV)
Tegangan menengah C.B (1 kV hingga 52 kV) Tegangan tinggi C.B (66 kV - 220 kV)
Tegangan ekstra tinggi C.B (300 kV - 765 kV)
Tegangan ultra tinggi C.B (di atas 765 kV)
Jenis pemutus Daya
Berdasarkan Medium yang digunakan untuk pemadam busur (Arc Quenching)
a. C. B Udara b. C.B Minyak
c. C.B Ledakan udara
d. C.B Sulfur Hexafluoride
e. C.B Vakum
Pemutus Sirkuit Pemutus Udara
Pemutus Sirkuit Pemutus Udara ini cocok untuk gangguan arus tinggi pada tegangan rendah.
Udara pada tekanan atmosfer digunakan sebagai media pendinginan busur.
Proses interupsi busur didasarkan pada deionisasi alami gas oleh aksi pendinginan. C.B ini memiliki dua pasang kontak: kontak utama dan kontak busur.
Kontak utama membawa arus ketika C.B dalam
posisi tertutup. Mereka memiliki resistensi
kontak yang rendah.
Pemutus Sirkuit Pemutus Udara
Perjalanan busur api disediakan untuk menambah panjang busur. Pemisah busur disediakan untuk memisahkan busur di dalam saluran busur.
Ketika kontak dibuka, kontak utama terbuka terlebih dahulu. Tetapi kontak busur tetap tertutup. Arus dialihkan dari kontak utama ke busur, Arc bergerak ke atas di sepanjang arc runner dan panjangnya
meningkat di dalam arc chute.
Arc splitter akan membagi busur dan karenanya busur didinginkan pada nol arus alami.
Pemutus sirkuit ini tersedia dalam rentang tegangan dari 400 V hingga 12 kV.
Pemutus Sirkuit Pemutus Udara
Air Blast Circuit Breakers ini menggunakan udara ditekan pada tekanan 18 - 20 kg / cm2 digunakan sebagai media pendinginan busur.
Tegangan yang digunakan untuk sistem dari 132 kV hingga 400 kV. Juga digunakan untuk aplikasi
tegangan 11 kV hingga 33 kV. Tetapi vakum dan SF6 C.B banyak digunakan dalam aplikasi tegangan yang disebutkan di atas.
Karenanya ledakan udara C.B menjadi menjadi cepat rusak. Jenis Ledakan silang
C.B Ledakan C. B aksial
Air Blast Circuit Breakers
Digunakan untuk mengatasi arus tinggi (100 kA) pada tegangan rendah.
Semburan udara bertekanan tinggi
diarahkan secara tegak lurus ke busur untuk gangguan. Kontak yang bergerak terbuka di luar saluran busur.
Air Blast Circuit Breakers
• Ketika busur ditiup dengan udara bertekanan di antara kontak, ledakan udara dipaksa pada busur untuk mengambil busur di dekat busur pembagi.
Pemisah ini akan memperpanjang busur
sehingga dapat untuk meningkatkan resistensi
busur. Arus busur dapat dikurangi dan karenanya busur didinginkan. Ini disebut cross blast C.B,
karena udara dipaksa melintasi busur.
Air Blast Circuit Breakers
Pemutus Sirkuit Aksial Ledakan
Semburan udara
bertekanan tinggi diarahkan sejajar
(paralel) ke busur untuk gangguan. Berlaku untuk aplikasi EHV dan
tegangan super tinggi.
Peralihan resistensi
dapat digunakan untuk mengurangi tegangan lebih transien.
Pemutus Sirkuit Minyak
Minyak mineral memiliki sifat isolasi yang lebih baik daripada udara. Ini memiliki properti pendingin yang baik. Oleh karena itu minyak mineral dapat digunakan sebagai media untuk
pendinginan busur dalam C.Bs. Ketika busur terbentuk, itu menguraikan minyak menjadi gas. Karenanya energi busur digunakan dalam penguraian minyak.
Kekurangan C.B Minyak
Minyak mudah terbakar dan dapat menimbulkan bahaya
kebakaran. Ini menghasilkan partikel karbon dalam minyak karena panas yang mengurangi kekuatan dielektrik minyak.
Karenanya OCB tidak cocok untuk arus besar.
Pemutus Sirkuit Minyak Minimum
Ini menggunakan volume minyak sedikit (10% ) minyak
digunakan untuk memadamkan busur dan 90% digunakan untuk tujuan isolasi. CB ini menggunakan tempat yang kecil dengan minyak untuk memadamkan busur. Tempat ini
disimpan di isolator porselen. Namun karena kecil, ada
masalah dalam melepaskan tekanan tinggi yang dihasilkan di dalam wadah. Karbonisasi akan lebih banyak dan karenanya minyak dapat kehilangan kekuatan dielektriknya. Kurang
cocok untuk operasi yang sering. Gangguan arus kapasitif dan induktif menciptakan masalah. Oleh karena itu diperlukan
resistensi switching.
Pemutus Sirkuit Minyak Minimum
Terdiri dari dua kamar yang
dipisahkan secara fisik dan diisi dengan minyak. Kamar atas
berisi perangkat kontrol busur, kontak tetap dan bergerak.
Ruang bawah terdiri dari mekanisme operasi dan
bertindak sebagai dukungan isolasi. Ruang pendukung terdiri dari porselen dan dipasang di ruang logam.
MOCB - Operasi
Perawatan Pemutus Sirkuit Minyak
• Ketika pemutus memutuskan arus, kontak mungkin terbakar oleh lengkung busur.
Minyak dikarbonisasi dan kehilangan kekuatan dielektriknya. Diperlukan penggantian oli dan kontak. Kekuatan dan tingkat dielektrik
minyak perlu diperiksa secara berkala. Minyak
dalam kondisi baik harus tahan 40 kV selama
satu menit dengan celah 4 mm antara kontak.
C.B type Sulfur Hexafluoride (SF6)
• SF6 merupakan gas inert (tidak mengalami reaksi
kimia apa pun) dan stabil secara thermal (menentang dekomposisi selama suhu tinggi). Sifat gas SF6
sebagai media pendinginan busur dan isolasi yang baik. Kepadatannya 5 kali lipat dari konveksi udara dan panas 1,6 kali lipat dari udara. Sifat gas SF6 tidak mudah terbakar, tidak beracun dan tidak berbau.
Tetapi produk sampingan yang diproduksi SF6
selama busur berbahaya bagi personil operasi dan dinding peralatan mudah korosif.
Konstruksi C.B
type Sulfur Hexafluoride (SF6)
Terdiri dari kontak tetap dan bergerak yang tertutup dalam ruang yang mengandung gas SF6. Kamar ini terhubung ke
reservoir gas SF6. Kontak tetap adalah kontak membawa arus silinder yang dilengkapi dengan tanduk busur. Kontak yang bergerak juga merupakan silinder berlubang dengan lubang di sisinya untuk memungkinkan gas SF6 mengalir keluar. Kedua ujung kontak dilapisi dengan material tahan busur
(tembaga-tungsten). Karena gas SF6 mahal, dapat direkondisi dan digunakan kembali setelah setiap operasi pemutus.
Digunakan untuk tegangan mulai dari 115 kV hingga 500 kV.
Operasi C.B
type Sulfur Hexafluoride (SF6)
Dalam posisi tertutup, kontak dikelilingi oleh gas SF6 pada tekanan sekitar 2,8 kg /cm2. Ketika C.B
beroperasi, kontak terbuka dan busur dipukul di antaranya. Katup antara reservoir dan ruang busur terbuka untuk memungkinkan gas SF6 pada 14 kg / cm2 ke ruang gangguan busur. Gas SF6 tekanan
tinggi menyerap elektron-elektron bebas di dalam busur untuk membentuk ion-ion negatif tidak
bergerak yang tidak efektif. Medium antara kontak memulihkan kekuatan dielektrik dan busur padam
Vacuum Circuit Breaker
Vakum urutan 10-5 hingga 10-7 torr digunakan sebagai media pendinginan busur. Pada tekanan rendah
(vakum tinggi), jalur bebas elektron rata-rata adalah besar dari urutan beberapa meter. Karenanya
elektron melintasi celah tanpa tabrakan. Ini memberikan kekuatan dielektrik tertinggi
dibandingkan media apa pun. Ruang antara kontak memulihkan kekuatan dielektriknya 1000 kali lebih cepat daripada yang terjadi pada media lain.
Pemutus Sirkuit Vakum
Amplop luar terbuat dari kaca dan bergabung dengan tutup ujung logam. Amplop kaca membantu memeriksa
bentuk pemutus di luar setelah operasi. Biasanya warna bagian dalam C.B ini adalah perak. Ketika menjadi putih susu, itu menunjukkan bahwa ia kehilangan vakum.
FC dan MC disimpan di dalam sputter shield yang terbuat dari stainless steel.
Perisai ini mencegah uap logam mencapai amplop
Pemutus Sirkuit Vakum
Bellow logam yang terbuat dari stainless steel digunakan untuk memindahkan kontak bergerak.
Kontak yang bergerak ini
terhubung ke mekanisme yang dioperasikan pegas sehingga bellow bergerak ke atas dan ke bawah selama penutupan dan pembukaan pemutus. Sebuah
lengkungan dipukul ketika kontak dibuka karena penguapan kontak.
Busur tidak mengenai seluruh permukaan kontak.
Pemutus Sirkuit Vakum
Itu menyerang antara proyeksi mikro kontak. Hot spot dibuat pada titik-titik busur mencolok. Dalam ruang hampa tinggi dengan urutan 10-5 merkuri, jalur
bebas rata-rata molekul gas menjadi sangat besar.
Bahkan jika ruang kontak dalam mm, elektron bergerak tanpa tabrakan. Karenanya keberadaan busur tidak mungkin dalam ruang hampa tinggi karena tidak ada tabrakan elektron. Arc dengan cepat padam karena uap logam, elektron dan ion akan menyebar lebih cepat dan diserap oleh
permukaan kontak.
Rating Pemutus Sirkuit
• Pemutus arus harus melakukan tugas utama berikut dalam kondisi korsleting.
Untuk membuka kontak untuk menghapus kesalahan Untuk menutup kontak pada suatu kesalahan
Untuk membawa arus gangguan sementara C.B lain sedang membersihkan kesalahan
Peringkat penting tambahan
Melebihi kapasitas Membuat kapasitas
Kapasitas waktu yang singkat
Melebihi kapasitas Ini adalah arus tertinggi dimana C.B dapat pecah pada tegangan pemulihan yang
dinyatakan dalam kondisi yang ditentukan. Ini
dinyatakan dalam istilah MVA Membuat kapasitas Ini adalah nilai puncak dari gelombang saat ini dalam
siklus pertama setelah C.B ditutup ketika ada kesalahan. Ini adalah 2,55 kali dari arus pendek melanggar arus normal. Kapasitas waktu yang singkat Nilai RMS arus yang dapat diputus oleh
pemutus sirkuit dengan aman untuk waktu tertentu tertentu tanpa ada kerusakan di dalamnya.
Gangguan Arus
Kapasitif
Gangguan Arus Induktif
Setelah C.B dibuka, induktor yang disimpan energi = energi yang tersimpan dalam kapasitor.
Tugas
Setiap 2 mahasiswa membuat materi paparan dalam bentuk PPT tentang:
1. Pemutus tenaga SF-6 2. Pemutus tenaga udara
3. Pemutus tenaga udara bertekanan (air blast) 4. Pemutus tenaga minyak
5. Pemutus tenaga udara hampa
Pilih salah satu dan dikirim lewat email.
