VACUUM CIRCUIT BREAKER

American National Standards Association (ANSI) C37.100 [l] mendefinisikan Circuit breaker sebagai peralatan pensaklaran adalah peralatan mekanik yang mampu menghantarkan dan memutus aliran arus listrik pada kondisi normal juga pada kondisi abnormal ( mis : gangguan hubung singkat ).

Pada umumnya vacuum circuit breaker digunakan untuk aplikasi indoor dan outdoor pada range tegangan antara 5 kv hingga 38 kv. Jika kontak pemutus vacuum circuit breaker dibuka, maka pada katoda kontak terjadi emisi thermis dan medan tegangan yang tinggi yang memproduksi elektron-elektron bebas. Elektron hasil emisi ini bergerak menuju anoda, elektron-elektron bebas ini tidak bertemu dengan molekul udara sehingga tidak terjadi proses ionisasi. Akibatnya, tidak ada penambahan elektron bebas yang mengawali pembentukan busur api. Dengan kata lain, busur api dapat dipadamkan.

Pemutusan arus pada vacuum circuit breaker

Pemutusan arus oleh vacuum circuit breaker, layaknya circuit breaker lainnya dilakukan dengan cara memisahkan pasangan kontak di dalam circuit breaker. Pada waktu terjadi pemutusan aliran listrik dengan proses terpisahnya pasangan kontak, pada saat itu juga timbul diffusion bunga api di antara kedua kontak CB. Bunga api ini disebut sebagai diffusion mode, dimana bentuk sebaran bunga api dapat digambarkan seperti gambar di bawah.

Besar arus yang mengalir pada titik katoda tergantung kepada material kontak yang digunakan. Dan untuk material tembaga, besar arusnya kira – kira 100 Ampere per titik. Bunga api akan tetap terjadi pada diffuse colomn mode hingga besar arus mencapai kira – kira 15 KA. Seiring meningkatnya besar arus pada satu - satu titik anoda, maka pada anoda akan muncul uap dari metal sebagai akibat naiknya temperatur pada anoda.

Pada waktu pemutusan normal aliran listrik arus bolak - balik, bunga api akan terdistribusi namun dengan cepat akan menghilang seiring berkurangnya besar arus, selama proses ini bunga api akan mengalami proses transisi dari diffusion mode ke constricted mode dan kembali lagi ke diffusion mode sebelum besar arus benar – benar nol. tujuan kita mengetahui hal di atas adalah untuk memampukan kita meminimalkan besar temperatur yang timbul pada kontak dan memaksimalkan durasi bunga api yang terdistribusi selama setengah siklus. Tujuan ini dapat kita capai dengan mendesain kontak untuk mengatur interaksi antara aliran arus dengan medan magnet yang timbul. Bergantung terhadap metode yang digunakan, medan magnet dapat timbul dengan arah melintang atau arah aksial terhadap bunga api yang terjadi.

Arah medan magnet melintang

Untuk menghasilkan arah medan yang melintang, kontak dapat disesain dengan bentuk spiral seperti pada gambar di bawah.

Dua type kontak spiral yang dipakai pada pemutus vacuum.

Gaya magnet yang timbul pada medan magnet melintang.

Gambar bentuk bunga api yang dipengaruhi oleh medan magnet melintang 26,8 KA

(Courtesy of Dr. M. B. Schulman, Cutler-Hammer, Horseheads, NY)

Seiring timbulnya gaya magnet dengan arah yang berputar sebagai akibat arah medan magnet yang melintang maka bunga api juga akan ikut berputar, hal ini akan mempercepat hilangnya bunga api yang juga akan memperkecil terperatur dan emisi uap metal pada elektroda.

Arah medan magnet aksial

Medan magnet aksial akan memperkecil besar tegangan dan membatasi besar daya pada bunga api yang terjadi di antara kontak pemutus. Medan magnet aksial berperan dalam timbulnya bunga api terdistribusi pada level arus yang tinggi. Dengan cara ini, bunga api akan tersebar merata pada permukaan kontak pemutus dan sebagai hasilnya, akan mencegah gross melting pada kontak. Dengan menggunakan medan magnet aksial, maka dampak yang dihasilkan oleh timbulnya bunga api pada waktu pemutusan aliran listrik dapat dibatasi.

Gambar di atas merupakan ilutrasi struktur kontak dan arah gaya pada bunga api yang dihasilkan akibat medan magnet aksial. Dari gambar terlihat aksi dari gaya medan terhadap lajur bunga api sebagai hasil interaksi medan magnet dengan aliran arus listrik.

Gambar bunga api pada level arus yang tinggi ( 101 KA ) yang dipengaruhi medan magnet aksial (Courtesy of Dr. M. B. Schulman, Cutler-Hammer, Horseheads, NY )

Konstruksi pemutus vacuum

Pemutus vacuum didesain dengan dua metode, perbadaaan kedua metodenya terdapat pada prosedur yang digunakan untuk mengelas dan mengangkat pemutus.

Pada metode pertama dikenal dengan pinch-off method, pemutus ditempatkan tersendiri di dalam sebuah pumping stand setelah semua bagian vacuum circuit breaker selesai dirakit. Sebuah pipa evakuasi ditempatkan pada salah satu ujung pemutus, yang umumnya berdekatan dengan kontak diam.

Pada Metode kedua, pemutus secara bersamaan dilas dan dipasang dengan temperatur tinggi. Sehingga derajat ke vakuman circuit breaker lebih baik.

        1. Upper breaker terminal 

        2. Fixed contact

        3. Moving contact 

        4. Interrupter body

        5. Lower breaker terminal

        6. Insulating coupler

        7.Contact pressure spring  

        8. Metal bellows

        Pemutus arus seperti pada gambar di atas terdiri dari :

            1. Isolasi keramik

            2. Plat metal ( stainless stell )   

            3. Kontak diam  

            4.  Kontak bergerak   

            5. Metal penghembus 

            6. Metal perisai/pelindung lapisan pertama  

            7.  Lingkup kontak  

            8.  Perisai/pelindung lapisan kedua 

            9.  Perisai/pelindung lapisan ketiga