Circuit Breaker

Klasifikasi Circuit Breaker

Jenis-jenis PMT berdasarkan media insulator dan material dielektriknya, adalah terbagi menjadi empat jenis, yaitu: sakelar PMT minyak, sakelar PMT udara hembus, sakelar PMT vakum dan sakelar dengan gas SF6

1. Sakelar PMT Minyak

Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 10 kA dan pada rangkaian bertegangan sampai 500 kV. Pada saat kontak dipisahkan, busur api akan terjadi didalam minyak, sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi busur api, karena panas yang ditimbulkan busur api, minyak mengalami dekomposisi dan menghasilkan gas hydrogen yang bersifat menghambat produksi pasangan ion. Oleh karena itu, pemadaman busur api tergantung pada pemanjangan dan pendinginan busur api dan juga tergantung pada jenis gas hasil dekomposisi minyak

  


Gambar 1. Pemadaman busur api pada pemutus daya minyak

Gas yang timbul karena dekomposisi minyak menimbulkan tekanan terhadap minyak, sehingga minyak terdorong ke bawah melalui leher bilik. Di leher bilik, minyakini melakukan kontak yang intim dengan busur api. Hal ini akan menimbulkan pendinginan busur api, mendorong proses rekombinasi dan menjauhkan partikel bermuatan dari lintasan busur api.

Minyak yang berada diantara kontak sangat efektif memutuskan arus. Kelemahannya adalah minyak mudah terbakar dan kekentalan minyak memperlambat pemisahan kontak, sehingga tidak cocok untuk sistem yang membutuhkan pemutusan arus yang cepat.

Sakelar PMT minyak terbagi menjadi 2 jenis, yaitu:

1. Sakelar PMT dengan banyak menggunakan minyak (Bulk Oil Circuit Breaker), pada tipe ini minyak berfungsi sebagai peredam loncatan bunga api listrik selama terjadi pemutusan kontak dan sebagai isolator antara bagian-bagian yang bertegangan dengan badan, jenis PMT ini juga ada yang dilengkapi dengan alat pembatas busur api listrik

2. Sakelar PMT dengan sedikit menggunakan minyak (Low oil Content Circuit Breaker), pada tipe ini minyak hanya dipergunakn sebagai peredam loncatan bunga api listrik, sedangkan sebagai bahan isolator dari bagian-bagian yang bertegangan digunakan porselen atau material isolasi dari jenis organic.

Tabel 1. Batas-batas pengusahaan minyak pemutus tenaga

 















2. Sakelar PMT Udara Hembus (Air Blast Circuit Breaker)

Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 40 kA dan pada rangkaian bertegangan sampai 765 kV. PMT udara hembus dirancang untuk mengatasi kelemahan pada PMT minyak, yaitu dengan membuat media isolator kontak dari bahan yang tidak mudah terbakar dan tidak menghalangi pemisahan kontak, sehingga pemisahan kontak dapat dilaksanakan dalam waktu yang sangat cepat. Saat busur api timbul, udara tekanan tinggi dihembuskan ke busur api melalui nozzle pada kontak pemisah dan ionisasi media diantara kontak dipadamkan oleh hembusan udara tekanan tinggi itu dan juga menyingkirkan partikel-partikel bermuatan dari sela kontak, udara ini juga berfungsi untuk mencegah restriking voltage (tegangan pukul ulang).

 











Gambar 2. Pemadaman busur api pada pemutus daya udara hembus

Kontak pemutus ditempatkan didalam isolator, dan juga katup hembusan udara. Pada sakelar PMT kapasitas kecil, isolator ini merupakan satu kesatuan dengan PMT, tetapi untuk kapasitas besar tidak demikian halnya.

3. Sakelar PMT vakum (Vacuum Circuit Breaker)

Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus rangkaian bertegangan sampai 38 kV. Pada PMT vakum, kontak ditempatkan pada suatu bilik vakum. Untuk mencegah udara masuk kedalam bilik, maka bilik ini harus ditutup rapat dan kontak bergeraknya diikat ketat dengan perapat logam.

Gambar 3. Kontak pemutus daya vakum.

Jika kontak 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.

4. Sakelar PMT Gas SF6 (SF6 Circuit Breaker)

Tabel 2. Karakteristik gas SF6

Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 40 kA dan pada rangkaian bertegangan sampai 765 kV. Media gas yang digunakan pada tipe ini adalah gas SF6 (Sulphur hexafluoride). Sifat gas SF6 murni adalah tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Pada suhu diatas 150º C, gas SF6 mempunyai sifat tidak merusak metal, plastic dan bermacam bahan yang umumnya digunakan dalam pemutus tenaga tegangan tinggi.

Sebagai isolasi listrik, gas SF6 mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi (2,35 kali udara) dan kekuatan dielektrik ini bertambah dengan pertambahan tekanan. Sifat lain dari gas SF6 ialah mampu mengembalikan kekuatan dielektrik dengan cepat, tidak terjadi karbon selama terjadi busur api dan tidak menimbulkan bunyi pada saat pemutus tenaga menutup atau membuka.

Tabel 2. Karakteristik gas SF6

 

















Selama pengisian, gas SF6 akan menjadi dingin jika keluar dari tangki penyimpanan dan akan panas kembali jika dipompakan untuk pengisian kedalam bagian/ruang pemutus tenaga. Oleh karena itu gas SF6 perlu diadakan pengaturan tekanannya beberapa jam setelah pengisian, pada saat gas SF6 pada suhu lingkungan.

Tabel 3. Batas tekanan gas SF6 pada pemutus tenaga, pada suhu 20ºC, tekanan atmosphir 760 mmHg.

 









Sakelar PMT SF6 ada 2 tipe, yaitu:

1. PMT Tipe Tekanan Tunggal (Single Pressure Type), PMT SF6 tipe ini diisi dengan gas SF6 dengan tekanan kira-kira 5 Kg/cm2 . selama pemisahan kontak-kontak, gas SF6 ditekan kedalam suatu tabung yang menempel pada kontak bergerak. Pada waktu pemutusan kontak terjadi, gas SF6 ditekan melalui nozzle dan tiupan ini yang mematikan busur api.

2. PMT Tipe Tekanan Ganda (Double Pressure Type), dimana pada saat ini sudah tidak diproduksi lagi. Pada tipe ini, gas dari sistem tekanan tinggi dialirkan melalui nozzle ke gas sistem tekanan rendah selama pemutusan busur api. Pada sistem gas tekanan tinggi, tekanan gas SF6 kurang lebih 12 Kg/cm2 dan pada sistem gas tekanan rendah, tekanan gas SF6 kurang lebih 2 kg/cm2. Gas pada sistem tekanan rendah kemudian dipompakan kembali ke sistem tekanan tinggi.

Daftar Pustaka

Bonggas L. Tobing, “ Peralatan Tegangan Tinggi”, Jakarta : Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, 2003.

Groupe Schneider Electric, “Training Manual 150 kV System”, Jakarta : Groupe Schneider Electric, 1999.

Groupe Schneider Electric, “Design, Operation and Maintenace Electrical Substation”, Jakarta : Groupe Schneider Electric, 1999

PT PLN, “Buku Petunjuk Operasi & Memelihara Peralatan Untuk Pemutus Tenaga”, Jakarta : PT PLN Pembangkitan dan Penyaluran Jawa Bagian Barat, 1993.

Ditulis Oleh HANIF GUNTORO, Sebagai bahan Laporan Kerja Praktek, Teknik Elektro-Universitas Mercu Buana-Jakarta, PKL dilakukan di PLTGU Cikarang Listrindo.

Contoh Menentukan Sambungan Trafo Daya

1.      Sambungan untuk vector group Yy6.

                                             (klik gambar untuk melihat lebih jelas)

-  Sambungan sisi primer A2 , B2 , C2.

-  Sambungan vector a1 , a2 , b1 , b2 , c1 , c2 sedemikian sehingga searah dengan r , s , t , yaitu a1 b1 c1 diganti.

-  Sambungan kumparan sekunder sesuai dengan hubungan vector sisi sekunder.

2.      Sambungan untuk vector group Yd1.

                                                  (klik gambar untuk melihat lebih jelas)

-  Sambungan sisi primer A2 , B2 , C2.

-  Hubungkan vector a2 a1 , b2 b1 , c2 c1 , membentuk sebangun dan searah dengan r, s, t ; yaitu a2 b1 , b2 c2 , c2 a1 .

Sifat-Sifat Listrik Dielektrik

Dalam menentukan dimensi suatu sistem isolasi, dibutuhkan pengetahuan yang pasti mengnai jenis, besaran dan durasi tekanan elektrik yang akan dialami bahan isolasi tersebut, dan disamping itu juga perlu untuk mempertimbangkan kondisi sekitar dimana isolasi akan ditempatkan. selain itu, perlu juga untuk mengetahui sifat-sifat dari bahan isolasi sehingga dapat dipilih bahan-bahan yang tepat untuk suatu sistem isolasi, dengan demikian akan dihasilkan suatu rancangan yang paling ekonomis.

Fungsi yang penting dari suatu bahan isolasi adalah:

1.   Untuk mengisolasi antara suatu penghantar dengan penghantar lainnya. Misalnya antara konduktor fasa dengan konduktor fasa lainnya, atau konduktor fasa dengan tanah.

2.      Untuk menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang diisolasi,

3.      Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia.

Tekanan yang diakibatkan oleh medan listrik, gaya mekanik, thermal dan reaksi kimia dapat saja terjadi serentak, sehingga perlu diketahui efek bersama dari semua parameter tersebut, dengan kata lain suatu bahan isolasi dinyatakan ekonomis jika bahan tersebut dapat menahan semua tekanan tersebut dalam jangka waktu yang lama.

Sifat listrik yang dibutuhkan untuk suatu bahan isolasi adalah sebagai berikut:

1.  Mempunyai kekuatan dielektrik (KD) yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi menjadi kecil dan  penggunaan bahan semakin sedikit, sehingga harganya pun akan semakin murah.

2.      Rugi-rugi dielektriknya rendah, agar suhu bahan isolasi tidak melebihi batas yang ditentukan.

3.   Memiliki kekuatan kerak (tracking strength) yang tinggi, agar tidak terjadi erosi karena tekanan listrik permukaan.

4.    Memiliki konstanta dielektrik yang tepat dan cocok, sehingga membuat arus pemuatan (charging current) tidak melebihi batas ayang diijinkan.

Bahan isolasi juga sekaligus merupakan bahan konstruksi peralatan, oleh karena itu ia juga memikul beban mekanis, sehingga bahan isolasi harus memenuhi persyaratan mekanis yang dibutuhkan. Sifat mekanis yang dibutuhkan tergantung pada pemakaian, seperti diberikan dibawah ini.

-          Isolator hantaran udara, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan regangan (tensile strength)

-          Isolator pendukung pada gardu, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekuk (bending strength)

-          Isolator antenna, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekan (pressure strength)

-          Pemutus daya (circuit breaker), sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekanan dadakan (bursting pressure withstand)

karakteristik mekanis, seperti elastisitas, kekenyalan dan lain-lain, mempunyai hubungan yang nyata dengan tekanan dan ketepatan rancangan

Peralatan-peralatan listrik akan mengalami kenaikan suhu selama beroperasi, baik pada tegangan kerja normal maupun dalam kondisi gangguan, sehingga bahan isolasi harus memiliki sifat themal sebagai berikut:

-          Kemampuan untuk menahan panas tinggi (daya tahan panas)

-          Kerentanan terhadap perubahan bentuk pada keadaan panas.

-          Konduktivitas panas tinggi.

-          Koefisien muai panas rendah.

-          Tidak mudah terbakar.

-          Tahan terhadap busur api, dan lain-lain.

bahan isolasi harus dapat menyesuaikan diri terhadap lingkungan dimana bahan itu digunakan. oleh karena itu bahan isolasi harus memiliki kemampuan sebagai berikut:

-          Memiliki daya tahan terhadap minyak dan ozon.

-          Memiliki kekedapan dan kekenyalan higroskopis yang tinggi.

-          Daya serap air rendah.

-          Stabil ketika mengalami radiasi.

Bahan isolasi untuk sistem tegangan tinggi sering menetapkan beberapa persyaratan, dan diantaranya ada yang saling bertentangan. Oleh karena itu dalam pemilihan bahan isolasi untuk suatu keperluan khusus sering dilakukan dengan mencari kompromi antara penyimpangan kebutuhan dengansifat yang diinginkan, sehingga pemilihan yang benar-benar memuaskan tidak terpenuhi.

ada enam sifat listrik dielektrik, yaitu:

1.      Kekuatan dielektrik

2.      Konduktansi

3.      Rugi-rugi dielektrik

4.      Tahanan isolasi

5.      Peluahan parsial (partial discharge)

6.      Kekuatan kerak isolasi (tracking strength)

semoga bermanfaat

sumber: “Bonggas L. Tobing, Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, Penerbit PT. Gramedia, Jakarta:2003

Konduktor

1.1 Jenis Bahan Konduktor

Bahan-bahan yang dipakai untuk konduktor harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut:

1.      Konduktifitasnya cukup baik.

2.      Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi.

3.      Koefisien muai panjangnya kecil.

4.      Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar.

Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor, antara lain:

1.      Logam biasa, seperti: tembaga, aluminium, besi, dan sebagainya.

2.      Logam campuran (alloy), yaitu sebuah logam dari tembaga atau aluminium yang diberi campuran dalam jumlah tertentu dari logam jenis lain, yang gunanya untuk menaikkan kekuatan mekanisnya.

3.      Logam paduan (composite), yaitu dua jenis logam atau lebih yang dipadukan dengan cara kompresi, peleburan (smelting) atau pengelasan (welding).

1.2 Klasifikasi Konduktor

1.2.1 Klasifikasi konduktor menurut bahannya:

1.      Kawat logam biasa, contoh:

a.       Bbc (bare copper conductor).

b.      Aac (all aluminum alloy conductor).

2.      Kawat logam campuran (alloy), contoh:

a.       Aaac (all aluminum alloy conductor)

b.      Kawat logam paduan (composite), seperti: kawat baja berlapis tembaga (copper clad steel) dan kawat baja berlapis aluminium (aluminum clad steel).

3.      Kawat lilit campuran, yaitu kawat yang lilitannya terdiri dari dua jenis logam atau lebih,
contoh: ascr (aluminum cable steel reinforced).

1.2.2 Klasifikasi konduktor menurut konstruksinya:

1.      Kawat padat (solid wire) berpenampang bulat.

2.      Kawat berlilit (standart wire) terdiri 7 sampai dengan 61 kawat padat yang dililit menjadi satu, biasanya berlapis dan konsentris.

3.      Kawat berongga (hollow conductor) adalah kawat berongga yang dibuat untuk

Mendapatkan garis tengah luar yang besar.

1.2.3. Klasifikasi konduktor menurut bentuk fisiknya:

1.      Konduktor telanjang.

2.      Konduktor berisolasi, yang merupakan konduktor telanjang dan pada bagian luarnya diisolasi sesuai dengan peruntukan tegangan kerja, contoh:

a.       Kabel twisted

b.      Kabel NYY

c.       Kabel NYCY

d.      Kabel NYFGBY

1.3 Karakteristik Konduktor

Ada 2 (dua) jenis karakteristik konduktor, yaitu:

1.   Karakteristik mekanik, yang menunjukkan keadaan fisik dari konduktor yang menyatakan kekuatan tarik dari pada konduktor (dari SPLN 41-8:1981,  C, maka° berselubung AAAC-S pada suhu sekitar 302untuk konduktor 70 mm kemampuan maksimal dari konduktor untuk menghantar arus adalah 275 A).

2. Karakteristik listrik, yang menunjukkan kemampuan dari konduktor terhadap arus listrik yang melewatinya (dari SPLN 41-10 : 1991, untuk konduktor 70 mm2 berselubung AAAC-S pada suhu sekitar 30o C, maka kemampuan maksimum dari konduktor untuk menghantar arus adalah 275 A).

1.3.1 Konduktivitas listrik

Sifat daya hantar listrik material dinyatakan dengan konduktivitas, yaitu kebalikan dari resistivitas atau tahanan jenis penghantar, dimana tahanan jenis penghantar tersebut didefinisikan sebagai: 

R . A ρ = ----------l

Dimana; A         : Luas Penampang (M2)
L         : Panjang Penghantar (M)
Ώ        : Tahanan Jenis Penghantar (Ohm.M)
R         : Tahanan Penghantar (Ohm)
Ρ         : Konduktivitas

1 a = ------ρ

Menyatakan kemudahan – kemudahan suatu material untuk meneruskan arus listrik. Satuan konduktivitas adalah (ohm meter). Konduktivitas merupakan sifat listrik yang diperlukan dalam berbagai pemakaian sebagai penghantar tenaga listrik dan mempunyai rentang harga yang sangat luas. Logam atau material yang merupakan penghantar listrik yang baik, memiliki konduktivitas listrik dengan orde 107 (ohm.meter) -1 dan sebaliknya material isolator memiliki konduktivitas yang sangat rendah, yaitu antara 10-10 sampai dengan 10-20 (ohm.m)-1. Diantara kedua sifat ekstrim tersebut, ada material semi konduktor yang konduktivitasnya berkisar antara 10-6 sampai dengan 10-4 (ohm.m)-1. Berbeda pada kabel tegangan rendah, pada kabel tegangan menengah untuk pemenuhan fungsi penghantar dan pengaman terhadap penggunaan, ketiga jenis atau sifat konduktivitas tersebut diatas digunakan semuanya.

Logam Konduktivitas listrik ohm meter
Perak ( Ag )       6,8 X 107
Tembaga ( Cu )  6,0 X 107
Emas ( Au ) 4,3 X 107
Alumunium ( Ac )  3,8 X 107
Kuningan ( 70% Cu – 30% Zn   1,6 X 107
Besi ( Fe )   1,0 X 107
Baja Karbon ( Ffe – C )   0,6 X 107
Baja Tahan Karat ( Ffe – Cr )  0,2 X 107

1.3.2 Kriteria mutu penghantar

Konduktivitas logam penghantar sangat dipengaruhi oleh unsur – unsur pemadu, impurity atau ketidaksempurnaan dalam kristal logam, yang ketiganya banyak berperan dalam proses pembuatan pembuatan penghantar itu sendiri. Unsur – unsur pemandu selain mempengaruhi konduktivitas listrik, akan mempengaruhi sifat – sifat mekanika dan fisika lainnya. Logam murni memiliki konduktivitas listrik yang lebih baik dari pada yang lebih rendah kemurniannya. Akan tetapi kekuatan mekanis logam murni adalah rendah.Penghantar tenaga listrik, selain mensyaratkan konduktivitas yang tinggi juga membutuhkan sifat mekanis dan fisika tertentu yang disesuaikan dengan penggunaan penghantar itu sendiri.

Selain masalah teknis, penggunaan logam sebagai penghantar ternyata juga sangat ditentukan oleh nilai ekonomis logam tersebut dimasyarakat. Sehingga suatu kompromi antara nilai teknis dan ekonomi logam yang akan digunakan mutlak diperhatikan. Nilai kompromi termurahlah yang akan menentukan logam mana yang akan digunakan. Pada saat ini, logam Tembaga dan Aluminium adalah logam yang terpilih diantara jenis logam penghantar lainnya yang memenuhi nilai kompromi teknis ekonomis termurah

Dari jenis–jenis logam penghantar pada tabel 1. diatas, tembaga merupakan penghantar yang paling lama digunakan dalam bidang kelistrikan. Pada tahun 1913, oleh International Electrochemical Comission (IEC) ditetapkan suatu standar yang menunjukkan daya hantar kawat tembaga yang kemudian dikenal sebagai International Annealed Copper Standard (IACS). Standar tersebut menyebutkan bahwa untuk kawat tembaga yang telah dilunakkan dengan proses anil (annealing), mempunyai panjang 1m dan luas penampang 1mm2, serta mempunyai tahanan listrik (resistance) tidak lebih dari 0.017241 ohm pada suhu 20oC, dinyatakan mempunyai konduktivitas listrik 100% IACS

Akan tetapi dengan kemajuan teknologi proses pembuatan tembaga yang dicapai dewasa ini, dimana tingkat kemurnian tembaga pada kawat penghantar jauh lebih tinggi jika dibandingkan pada tahun 1913, maka konduktivitas listrik kawat tembaga sekarang ini bisa mencapai diatas 100% IACS.

Untuk kawat Aluminium, konduktivitas listriknya biasa dibandingkan terhadap standar kawat tembaga. Menurut standar ASTM B 609 untuk kawat aluminium dari jenis EC grade atau seri AA 1350(*), konduktivitas listriknya berkisar antara 61.0 – 61.8% IACS, tergantung pada kondisi kekerasan atau temper. Sedangkan untuk kawat penghantar dari paduan aluminium seri AA 6201, menurut standar ASTM B 3988 persaratan konduktivitas listriknya tidak boleh kurang dari 52.5% IACS. Kawat penghantar 6201 ini biasanya digunakan untuk bahan kabel dari jenis All Aluminium Alloy Conductor (AAAC)

Disamping persyaratan sifat listrik seperti konduktivitas listrik diatas, kriteria mutu lainnya yang juga harus dipenuhi meliputi seluruh atau sebagian dari sifat – sifat atau kondisi berikut ini, yaitu:

a.    Komposisi kimia.

b.   Sifat tarik seperti kekuatan tarik (tensile strength) dan regangan tarik

(elongation).

c.    Sifat bending.

d.   Diameter dan variasi yang diijinkan

e.    Kondisi permukaan kawat harus bebas dari cacat, dan lain-lain.

Sumber:  Hanif Guntoro