BAB II KARAKTERISTIK PEMUTUS TENAGA

Transkripsi

1 BAB II KARAKTERISTIK PEMUTUS TENAGA 2.1 Fungsi Pemutus Tenaga Pemutus tenaga (PMT) adalah saklar yang dapat digunakan untuk menghubungkan atau memutuskan arus atau daya listrik sesuai dengan ratingnya. Pemutus tenaga diperlukan untuk mengendalikan jaringan tegangan listrik pada waktu memutuskan atau memasukkan tegangan pada keadaan tanpa beban, berbeban maupun pada keadaan hubung singkat. Fungsi utama pemutus tenaga yaitu harus dapat membuka (memutus arus) dan menutup rangkaian (mengalirkan arus). Pada waktu pemutusan atau menghubungkanarus listrik akan terjadi busur api listrik. Pemadaman busur api listrik pada waktu pemutusan dapat dilakukan oleh beberapa macam media, seperti : minyak, udara atau gas. Permasalahan pada pemutus tenaga adalah kemampuannya untuk mengendalikan arus yang mengalir didalam rangkaian yang menyangkut bagian dari system konduktor, dibawah kondisi normal dan tidak normal. Fungsi pemutus tenaga adalah memiliki dua kondisi stabil, yaitu penutupan dalam praktek impedansinya sangat kecil, dan pembukaan yang idealnya mempunyai impedansi tinggi. Pemutus tenaga harus mampu mengatasi perubahan kondisi dengan cepat bila diperlukan. Pada saat ini pemadam busur api listrik pada umumnya menggunakan media gas SF 6. karena dengan menggunakan media ini pada pemutus tenaga akan diperoleh banyak keuntungan. 4

2 2.2 Persyaratan Pemutus Tenaga Di dalam memilih suatu pemutus tenaga harus memenuhi beberapa persyaratan, diantaranya yaitu : a. pemutus tenaga harus mampu mengalirkan arus nominal secara kontinyu untuk waktu yang tidak terbatas. b. Pemutus tenaga harus cepat dalam memutuskan arus hubung singkat yang terjadi, dan secepatnya bersifat sebagai isolasi sesuai dengan waktu tunda maksimum. c. Pemutus tenaga harus mampu memutuskan dengan aman pada situasi kerja arus nominal, dan terbuka secara otomatis pada kondisi arus hubung singkat atau pada beban lebih. d. Pemutus tenaga harus mampu menahan akibat yang ditimbulkan aloeh busur api listrik ada sela kontak. e. Kontak-kontak dari suatu pemutus tenaga harus mampu membuka, apabila didalam rangkaian (system) terjadi gangguan. f. Pemutus tenaga harus mampu tidak beroperasi dalam kondisi yang dapat merusak alat tersebut. g. Pemutus tenaga harus dapat memutuskan arus yang sangat kecil, misalnya arus magnetisasi transformator atau saluran yang sifatnya induktif atau kapasitif. 5

3 2.3 Jenis Pemutus Tenaga Berdasarkan Media Berdasarkan pada media pemadam busur api tersebut, pemutus tenaga dapat dibagi menjadi : a. pemutus tenaga dengan media minyak b. pemutus tenaga dengan media udara hembus. c. Pemutus tenaga dengan udara magnetis. d. Pemutus tenaga dengan media gas SF 6. e. Pemutus tenaga dengan media hampa udara. Tabel 2.1. Tipe Pemutus Tenaga No Tipe Medium Tegangan, Breaking Capacity 1 PMT Udara Tekanan udara ( ) V (5-15)MVA (3.6-12) KV MVA 2 Miniature CB. Tekana udara ( ) V 3 Tank Type oil CB. Minyak (3.6 12) KV 4 Minimum Oil CB. Minyak ( )KV 5 Air Blast CB. 245 KV, MVA Compressed Air up to 1100 KV, (20 40 ) bar MVA 12 KV, 1000 MVA 6 SF6 CB. SF6 Gas 36 KV, 2000 MVA 145 KV, 7500 MVA 245 KV, MVA 7 Vacuum CB. Vacuum 36 KV, 750 MVA 8 H.V.DC CB. Vacuum, SF6 500 KV DC Gas 6

4 2.3.1 Pemutus Tenaga Dengan Media Minyak Pemutus tenaga dengan media minyak ini dapat dibedakan menjadi 2 jenis berdasarkan pada jumlah pemakaian minyak yaitu : a. pemutus tenaga dengan banyak menggunakan minyak (bulk oil circuit breaker). b. pemutus tenaga dengan sedikit menggunakan minyak (low oil circuit breaker) Pemutus Tenaga Dengan Banyak Menggunakan Minyak Pemutus Tenaga Dengan Banyak Menggunakan Minyak secara umum dipergunakan pada system tegangan sampai 245 KV. Pada tipe ini minyak berfungsi sebagai : a. Peredam loncaatan bunga api listrik selama pemutusan kontak-kontak. b. Bahan isolasi antara bagian-bagian yang bertegangan dengan badan Pemutus Tenaga Dengan Sedikit Menggunakan Minyak Pada pemutus tenaga dengan menggunakan sedikit minyak ini, minyak hanya digunakan sebagai peredam loncatan bunga api listrik, sedangkan sebagai bahan isolasi dari bagian-bagian yang bertegangan dipergunakan porselin. Pemutus arus dimasukkan dari tabung yang terbuat dari bahan isolasi. Diantara bagian pemutus dan tabung diisi minyak yang berfungsi untuk memadamkan busur api listrik waktu pemutusan. 7

5 2.3.2 Pemutus Tenaga Dengan Udara Hembus Pada Pemutus Tenaga dengan udara hembus, udara tekanan tinggi dihembuskan ke busur api melalui nozzle pada kontak pemisah. Ionisasi media diantara kontak dipadamkan oleh hembusan udara Pemutus Tenaga Dengan Menggunakan Udara Magnetis Pada Pemutus Tenaga dengan udara magnetis ini, mempunyai kemampuan tahanan listrik yang sangat tinggi dan tidak memerlukan perawatan. Busur api dihembuskan oleh medan magnet yang dibangkitkan oleh arus yang akan diputus sendiri, kedalam ruang pemutus busur api Pemutus Tenaga Dengan Media Gas SF 6 Pada pemutus tenaga SF 6 ada dua tipe yaitu : a. Tipe tekanan tunggal (single pressure type) b. Tipe tekanan ganda ((double pressure type), dimana pada saat ini tidak diproduksi lagi Pada pemutus tenaga tipe tekanan tunggal, pemutus tenaga disini gas SF 6 dengan tekanan kira-kira 5 kg/cm 2. selama pemisahan kontak-kontak, gas SF 6 ditekan kedalam suatu tabung silinder yang menempel pada kontak yang bergerak. Pada waktu pemutusan gas SF 6 ditekan melalui nozzle dan tiupan ini yang mematikan busur api listrik. Pada tipe tekanan ganda, gas dari sistem tekanan tinggi dialirkan melalui nozzle ke gas sistem tekanan rendah selama pemutusan busur api listrik. Pada 8

6 sistem gas tekanan ganda tekanan gas ± 12 kg/cm 2. gas pada sistem tekanan rendah kemudian dipompakan kembali ke sistem tekanan tinggi. Beberapa kelebihan yang terdapat pada pemutus tenaga SF 6 adalah : a. instalasinya mudah b. Perawatannya sederhana c. Kemampuan SF 6 memadamkan busur api listrik dalam waktu yang singkat menyebabkan erosi kontak sangat kecil. Kontak dapat dipakai pada temperatur yang lebih tinggi tanpa terjadi penurunan kualitas. d. Karena bersifat elektronegatif, terbentuknya kekuatan dielektrik sangat cepat. e. Dengan tekanan tunggal system puffer dua aliran, membuat pemadaman busur api lebih cepat. f. Karena gaas SF 6 murni tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar, maka cocok digunakan sebagai PMT. Sedangkan kekurangan pada pemutus tenaga gas SF6 adalah : a. Pada ssaat penguraian gas SF6 ketika terjadi busur api, unsure SF4 jika bercampur dengan air akan membentuk Hydrogen fluoride. Hydrogen Fluoride ini mempunyai sifat korosif terhadap porcelain. b. Diperlukan gas SF6 yang berkuaitas baik. c. Konstruksi dari pemutus trenaga ini harus betul-betul rapat, bebas dari kebocoran. 9

7 2.4 Jenis Penggerak PMT a. PMT dengan penggerak pegas atau per Untuk menggerakan kontak-kontak pmt dengan tenaga pegas atau per yang di gerakkan oleh motor listrik. b. PMT dengan penggerak Hidrolis. Yaitu pmt yang digerakkan dengan tenaga hidrolis dari minyak yang di pompa hingga tekanan tertentu. c. PMT dengan penggerak Pneumatik. Yaitu pmt yang digerakkan oleh udara tekanan tinggi. 2.5 Rating PMT Dan Tegangan Pemulihan Pemutus tenaga mempunyai beberapa pengenal (rating) dasar yang menunjukkan harga karakteristik yang menentukan kondisi kerja untuk mendesain pemutus tenaga. Pemutus tenaga harus mampu membawa arus beban penuh secara terus menerus dan harus juga dapat memutuskan gangguan arus secara tepat. Rating pemutus tenaga arus bolak-balik adalah sebagai berikut : a. Arus dasar simetris, ini adalah harga RMS dari komponen arus bolak-balik pada kutub dimana terjadi pemisahan kontak. Harga arus pemutusan simetris diberikan (2.1) I sym = X 2 Dimana : I sym : Arus Pemutus 10

8 X : Komponen simetris atau bolak-balik dari arus pemutusan waktu terjadi busur api b. Arus pemutusan dasar asimetris, ini adalah hargaaa arus total meliputi komponen arus bolak-balik dan komponen arus searah pada kutub dimana terjadi pemisahan kontak. Harga arus pemutusan asimetris diberikan 2 I asym = X + Y 2 (2.2) 2 Dimana: Y 2 : Komponen searah dari arus pemutus waktu terjadi busur api Pada gambar 2.1 diberikan bentuk gelombang arus hubung singkat. A B T O C D Gambar 2.1.Bentuk gelombang arus hubung singkat 11

9 AB dan CD = Sampul arus pemutusan OT = Waktu hubung singkat I 0, I 1,, I 10 = Harga rms dari arus pemutusan dasar asimetris c. Kapasitas pemutusan dasar, adalah suatu besaran gangguan hubung singkat maksimum yang diizinkan, pada saat kontak-kontak pemutus tenaga akan membuka. Kapasitas pemutusan dinyatakan dalam MVA yang sama dengan 3x tegangan dasar (KV) x Arus pemutusan dasar (KA). Kapasitas pemutusan dasar bersangkutan dengan arus pemutusan dasar komponen yang simetris. Yang bersangkutan dengan arus pemutusan dasar asimetris adalah kapasitas pemutusan asimetris. d. Waktu pemutusan dasar, adalah jumlah dari waktu buka kontak dan waktu berlangsungnya busur api. Waktu buka adalah jangka waktu mul;ai dari dimuatinya kumparan pembuka (tripping coil) sampai terbukanya kontak dari pemutus tenaga itu. 2.6 Proses Terjadinya Busur Api Jika kontak pemisah daya dipisahkan,maka beda potensial di antara kontak akan menimbulkan medan elektrik di antara kontak tersebut, seperti ditunjukkan pada gambar 2.2. Arus yang sebelumnya mengalir pada kontak akan memanaskan kontak dan menghasilkan emisi thermis pada permukaan kontak. Sedangkan medan elektrik menimbulkan emisi medan tinggi pada kontak katoda (K). kedua emisi ini menghasilkan electron bebas yang sangat banyak dan bergerak menuju kontak anoda (A). 12

10 Gambar 2.2 Pembentukan Busur Api Electron-elektron ini membentur molekul netral media isolasi di kawasan positif. Benturan-benturan ini akan menimbulkan proses ionisasi. Dengan demikian, jumlah electron bebas yang menuju anoda semakin bertambah dan muncul ion positif hasil ionisasi yang bergerak menuju katoda. Perpindahan electron bebas ke anoda menimbulkan arus dan memanaskan anoda. Ion positif yang tiba di katoda akan menimbulkan dua efek yang berbeda. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya tinggi, misalnya tungsten atau karbon, maka ion positif akan menimbulkan pemanasan di katoda. Akibatnya, emisi thermis semakin meningkat. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya rendah, misalnya tembaga, ion positif akan menimbulkan emisi medan tinggi. Hasil emisi thermis dan emisi medan tinggi akan melanggengkan 13

11 proses ionisasi, sehingga perpindahan muatan antar kontak terus berlangsung dan inilah yang disebut busur api. Untuk memadamkan busur api tersebut perlu dilakukan usaha-usaha yang dapat menimbulkan proses deionisasi, antara lain dengan cara sebagai berikut : a. meniupkan udara ke sela kontak, sehingga partikel-partikel hasil ionisasi dijauhkan dari sela kontak. b. Menyemburkan minyak isolasi ke busur api untuk memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi. c. Memotong busur api dengan tabir isolasi atau tabir logam, sehingga memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi. d. Membuat medium pemisah kontak dari gas elektronegatif, sehingga electron-elektron bebas tertangkap oleh molekul netral gas tersebut. Jika pengurangan partikel bermuatan karena proses deionisasi lebih banyak daripada penambahanmuatan karena proses ionisasi maka busur api akan padam. Ketika busur api padam, di sela kontak akan tetap ada terpaan medan elektrik. Jika suatu saat terjadi terpaan medan elektrik yang lebih besar daripada kekuatan dielektrik media isolasi kontak, busur api akan terjadi lagi. 2.7 Tegangan Pemulihan Tegangan Pemulihan atau Recovery Voltage (RV) adalah tegangan pemulihan yang timbul melintasi kutub-kutub pemutus sesudah akhir arus nol. RV timbul melintasi kutub-kutub pemutus tenaga dengan cepat sesudah akhir 14

12 pemutusan busur, yang menyebabkan adanya dielektrik yang tinggi pada kontakkontak didalam pemutus tenaga tersebut. Jika pembentukan kekuatan dielektrik dari medium diantara kontak-kontak tidak lebih dari kecepatan kenaikan RV, maka akan terjadi pembentukan busur api listrik kembali. Pada suatu pemutus tenaga arus bolak-balik pemutusan arus terjadi pada saat gelombang arus berada pada titik nol. Sesudah arus nol, busur api listrik menjadi padam. 2.8 Hubungan Rele Dan Pemutus Tenaga Konstruksi suatu pemutus tenaga ditunjukkan pada gambar 2.3. Bagian utama pemutus tenaga adalah kontak tetap dan kontak bergerak. Kontak bergerak dapat digerakkan secara manual atau dengan bantuan motor listrik atau system pneumatic. Jika kontak bergerak ditarik ke atas, maka pemutus tenaga dalam kondisi tertutup. Jika kontak bergerak didorong ke bawah, maka pemutus tenaga dalam kondisi terbuka. Gambar 2.3. konstruksi Pemutus Tenaga 15

13 Hubungan kerja pemutus tenaga dan rele proteksi ditunjukkan pada gambar 2.4. misalkan Hubung Singkat terjaaadi pada fasa R. akibatnya arus di faasa R melonjak relatif besar. Arus yang besar ini melalui kumparan primer CT 1, akibatnya arus yang mengalir di kumparan sekunder CT 1 dan rele R 1 juga semakin beasr. Jika arus tersebut melebihi setelan arus rele maka rele bekerja menutup kontak K 1, akibatnya arus mengalir pada kumparan pengganjal TC sehingga ganjal G tertarik ke atas. Akibatnya tungkai penggerak TP tertarik ke kiri dan kontak utama KU terbuka. Gambar 2.4. Hubungan Rele Proteksi dan Pemutus Tenaga 16