Instalasi Listrik MODUL III. 3.1 Umum

Transkripsi

1 MODUL III Instalasi Listrik 3.1 Umum Instalasi listrik system distribusi terdapat dimana mana, baik pada system pembangkitan maupun pada system penyaluran (transmisi/distribusi) dalam bentuk instalasi pasangan luar maupun pasangan dalam dan pada berbagai tingkat tegangan rendah maupun instalasi tegangan tinggi. Instalasi listrik (system transmisi/distribusi) harus memenuhi persyaratan : 1) Aman san mudah didekati, baik guna maksud maksud pemeriksaan maupun untuk keperluan pengusahaan serta manipulasi. Bagian yang bertegangan harus memiliki jarak antara yang cukup aman satu dengan yang lain, maupun dengan tanah dan ini terutama harus lebih diperhatikan pada instalasi pasangan luar. Terhindar akan kemungkinan adanya kesalahan manipulasi, misalnya diperlengkapi dengan alat ukur, kendali dengan system generalnya (interlock) yang cukup baik. Sejauh mungkin harus aman terhadap para karyawan maupun lingkungan sekelilingnya seperti terhindar terhadp kemungkinan adanya bahaya kebakaran serta memiliki kemampuan membatsi akibat kebakaran, baik yang disebabkan oleh minyak maupun oleh busur api. Disamping itu aman terhadap bahaya sentuhan tegangan listrik, jadi harus memiliki pula terhadap bahaya sentuhan tegangan listrik, jadi harus memiliki pula system penahan yang baik. 2) Penggantian bagian bagian yang mengalami kerusakan mudah dapat dilaksanakan, sehingga sekalipun terjadi gangguan pada sambungan rel, penyaluran energy ke pemakai tetap dapat dilaksanakan tanpa adanya pemutusan ( yang terlalu lama ). 3) Memiliki keandalan yang cukup, dengan system cadangan yang memadai. 4) Cukup kuat terjamin terhadap kemungkinan pengaruh hubung singkat serta pengaruh tegangan lebih. 5) Mudah diperluas dalam menghadapi kemungkinan kenaikan beban serta sifat sifat beban yang berbeda beda. 6) Akhirnya instalasi listrik disamping harus memenuhi syarat teknis tersebut diatas, harus pula merupakan instalasi yang cukup murah, baik dilihat dari PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badruddin SISTEM DISTRIBUSI 1

2 segi biaya pembangunannya maupun dari segi biaya pengusahaan serta pemeliharaannya. Syarat syarat (criteria ) tersebut diatas merupakan persyaratan utuh, tidak berdiri sendiri sendiri, tetapi berkaitan satu dengan yang lain. Bila persyaratan tersebut dilihat secara terpisah pisah justru malahan akan saling bertentangan satu dengan yang lain. Satu instalasi dengan biaya pembangunan yang rendah misalnya, umumnya sulit untuk dapat dilaksanakan dengan biaya pengusahaan (pemeliharaan) yang murah. Agar instalasi tersebut misalnya tetap aman sesuai dengan persyaratan 1), seyogyanya perlu dirawat secara teratur dan kalau perlu harus dipadamkan agar dalam pelaksanaan pemeliharaan benar benar dapat dilaksanakan dengan baik. Tetapi hal ini tentunya akan bertentangan dengan tuntutan persyaratn 3), dimana pada instalasi tersebut dipersyaratkan pula memiliki keandalan yang tinggi. Suatu instalasi yang sama sekali bebas gangguan tidaklah mungkin. Instalasi yang memiliki keandalan tinggi umumnya mahal, dan tercermin pada harga listriknya. Instalasi yang murah sulit diharapkan memiliki keandalan yang tinggi. Tuntutan persyaratan suatu instalasi listrik yang demikian banyaknya dimana persyaratan yang satu sering bertentangan dengan yang lain, pada akhirnya harus dipecahkan berdasarkan atas suatu kompromi yang memenuhi persyaratan melelui proses perencanaan sebelum instalasi tersebut dibangun. Sebaiknya proses perencanaan tersebut akan dapat dilaksanakan secara lebih baik dan lebih tepat bila persyaratan (pembatasan) tersebut dinyatakan secara cukup jelas dan terperinci (kweantitatif). Perincian mengenai keandalan misalnya akan dapat diterjemahkan secara lebih tepat kedalam proses perencanaan bila disebutkan secara kwantitatif dalam tingkat kemungkinan gangguan yang diijinkan misalnya 1 hari per tahun. Proses perencanaan dan penemuan teknologi modern sering menghasikan penemuan hubat yang pada hakekatnya sangat sederhana, mudah dan memenuhi berbagai persyaratan yang diinginkan, karena itu perencanaan (proses pemikiran sebelum pelaksanaan ) perlu memperhatikan adanya penyesuaian perencanaan dengan perkembangan teknologi ( berdasarkan catalog/ iklan produksi peralatan biasanya), suatu hal yang sangat penting artinya pada proses perencanaan suatu instalasi. Komponen komponen instalasi jaringan dapat dilihat seperti pada gambar 4.1 terdiri atas: Pemutus tenaga Pemisah Sakelar daya pemisah Sekering Rel PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badruddin SISTEM DISTRIBUSI 2

3 Isolator Transformator daya Tranformator pengukuran (trafo arus dan trafo tegangan) Antaran antaran / kabel kabel Perlengkapan perlengkapan lainnya (armatir) Gambar 4.1 pembagian komponen system jaringan tegangan tinggi 3.2 Pemilihan Komponen Jaringan Pemutus Tenaga (cirkiut Breaker) Pemutus tenaga adalah sakelar yang secara sadar dapat dipergunakan untuk menghubung atau memutuskan lingkaran arus/ daya listrik sesuai dengan arus/daya hubung yang tertera pada data pemutus tenaga tersebut. Ini menyangkut pemasukan dan pemutusan dalam keadaan normal dan terganggu ( hubung singkat maupun hubung tanah ). Yang dimaksud secara sadar disini ialah pengoperasian yang dilakukan oleh petugas, pemutus dengan relais atau melalui pengendalian secara otomatis seperti pada pemutus sementara. Pada pemutus sementara PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badruddin SISTEM DISTRIBUSI 3

4 pemutusan tenaga harus dapat melaksanakan urutan manipulasi keluar masuk keluar. Prinsip umum yang dipakai guna pemadaman busur api ialah dengan mendinginkan busur api dan dengan mengurangi pembawa muatan listrik busur bunga api tersebut setelah arus tersebut melalui titik nol ( pada system arus bolak balik ). Pemadaman tersebut dapat dilaksanakan dengan memakai bahan pemadam berbentuk bahan cairan atau gas. Kekuatan pemadam busur api tersebut dapat di buat tergantung pada besarnya arus pemutusan atau hanya tergantung pada besarnya arus pemutusan, sehingga pada arus pemadaman yang lebih kuatpun pemutusan, sehingga pada arus pemadaman yang lebih kuatpun pemutusan arus tetap da[pat dilaksanakan. Salah satu dari kedua cara effek pemadaman tersebut umumnya dipakai pada pemutus daya pemutus tenaga. Proses pemutusan pada arus searah dan arsu tiga phasa Pada pemutusan arus searah tegangan busur api pada kontak pemutus tenaga harus lebih besar dari pada sumber daya agar arus searah tersebut nol besarnya. Induktivitas yang selalu ada yang memberikan perbedaan tegangan sebesar L di/dt menghalangi pemutus arus tersebut. Pada arus bolak balik selalu terjadi setiap periode dua kali arus titik nol yang menyebabkan arus busur api pada kontak pemutus tenaga padam dengan sendirinya. Tugas pemutus tenaga pada saat ini ialah mencegah penyalaan kembali busur api tersebut. Oleh karena ini perlu di mengerti sebab terjadinya pemadaman busur api tersebut. Selama proses pemutusan kontak tenaga ini besarnya luas permukaan kontak tersebut menjadi makin kecil. Sebelum terjadi pemutusan ini kepadatan arus pada kontak pemutusan tersebut menjadi sangat besar, sehingga dapat api tersebut (periksa gambar 4.2) PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badruddin SISTEM DISTRIBUSI 4

5 Gambar 4.2 bagan kawasan kontak pemutusan a) Dekat sebelum pemutusan b) Dekat setelah pemutusan 1. Kontak pemutusan 2. Kawasan padat arus 3. Medan aliran arus 4. Busur api dengan tegangan busur Lingkaran arus tetap tertutup selama busur api menyala. Hal ini akan terjadi bila tersedia tegangan busur api ul1 yang cukup. Besarnya tegangan busur api meningkat sesuai dengan panjangnya busur api tersebut. Penyetelan kembali busur api tersebut, sehingga tegangan balik uw guna menyalakan busur api yang baru tidak lagi mencukupi. Hal ini dapat diperoleh dengan mendinginkan busur api tersebut dengan bahan cairan atau gas sampai kawasan kontak pemutusan dihilangkan ionisasinya dan dengan demikian tahanan listriknya menjadi kuat kembali. Dalam hal ini energy busur apinya ditiadakan. Tetapi karena arus dari lingkaran arus praktis sama besarnya, maka tegangan busur api harus meningkat. Bila tegangan jaringan tidak cukup untuk memenuhinya, maka busur api akan padam dan proses pemutusan akan berakhir. Dengan meningkatnya tegangan busur api meningkat pula daya busur api ( periksa gambar 4.3). panas yang terbentuk selama proses pemutusan disebut arus pemutus Na membebani kawasan pemutus dengan pengaruh panas dan tekanan. PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badruddin SISTEM DISTRIBUSI 5

6 3.2.2 Fungsi Pemutus Tenaga. Pemutus tenaga (PMT) ialah sakelar 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 memasukan tegangan pada keadaan tanpa beban, berbeban maupun pada keadaan hubung singkat. Pada waktu pemutus atau menghubungkan arus 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 untk mengendalikan arus yang mengalir didalam rangkaian yang menyangkut bagian dari system konduktor, dibawah kondisi normal atau tidak normal. Fungsi pemutus tenaga adalah memliki 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 pemadaman busur api listrik umumnya menggunakan media gas SF6 dan media hampa udara, karena dengan menggunakan kedua media ini pada pemutus tenaga akan diperoleh banyak keuntungan Persyaratan Pemutus Tenaga. Fungsi utama pemutus tenaga adalah harus dapat membuka (memutus arus) dan menutup rangkaian (mengalirkan arus). Di dalam memilih satu 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 sebagi isolasi sesuai dengan waktu tunda maksimum. c. Pemutus tenaga harus mampu memutuskan dengan aman pada situasi kerja arus nominal, dan terbuka secar otomatis pada kondisi arus hubung singkat atau pada beban lebih. d. Pemutus tenaga harus mampu menahan akibat yang ditimbulkan oleh busur api listrik pada sela kontak. e. Kontak kontak dari suatu pemutus tenaga harus mampu membuka, apabila di dalam rangkaian (system) terjadi gangguan. f. Pemutus tenaga harus mampu tidak beroperasi dalam kondisi yang dapat merusak alat tersebut. PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badruddin SISTEM DISTRIBUSI 6

7 g. Pemutus tenaga harus dapat memutuskan arus yang sangat kecil, misalnya arus magnetisasi transformator atau saluran yang sifatnya induktif atau kapasitif Jenis Pemutus Tenaga berdasarkan media. Berdasarkan pada media pemadaman busur api tersebut, pemutus tenaga dapat dibagi menjadi: a. Pemutus tenaga dengan media minyak b. Pemutus tenaga dengan media udar hembus (air circuit breaker) c. Pemutus tenaga dengan udara magnetis (air magnetic circuit breaker) d. Pemutus tenaga dengan media gas SF6 (sulfur hexafluoride) e. Pemutus tenaga dengan media hampa udar ( vacuum circuit breaker) Pemutus Tenaga dengan Media Minyak. Pemutus tenaga dengan media minyak ini dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan pada jumlah pemakaian minayk, yaitu : a. Pemutus tenaga dengan banyak menggunakan minyak b. Pemutus tenaga dengan sedikit menggunakan minyak Pemutus tenaga dengan banyak menggunakan minyak. Pemutus tenaga dengan banyak menggunakan minyak secar umum diperlukan pada system tegangan sampai 245 kv. Pada tipe ini minyak berfungsi sebagai: a. Peredam loncatan 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 sedikit minyak ini, minyak hanya digunakan sebagai peredam loncatan bunga api listrik, sedangkan sebagai bahan isolasi dari bagian bagian yang bertegangan digunakan porselin. Pemutus arus dimasukkan dari tabung yang terbua dari bahan isolasi. Diantara bagian pemutus dan tabung diisi minyak yang berfungsi untujk memadamkan busur api listrik waktu pemutusan Pemutusan 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. PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badruddin SISTEM DISTRIBUSI 7

8 3.2.7 Pemutus Udara Dengan Udara magnetis Pada pemutus tenaga dengan udara magnetis ini, mempunyai kemampuan ketahanan 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 SF6 Pada pemutus tenaga SF6 ada dua tipe, yaitu : a. Tipe tekanan tunggal (single preassure type) b. Tipe tekanan ganda (double preassure type), dimana pada saat ini tidak diproduksi lagi. Pada pemutus tenaga tipe tekanan tunggal, pemutus tenaga disini gas SF6 dengan tekanan kira kira 5 kg/cm2. Selama pemisahan kontak kontak, gas SF6 di tekan ke dalam suatu tabung silinder yang menempel pada kontak yang bergerak. Pada waktu pemutusan gas SF6 ditekan melalui nozzle dan tiupan ini yang mematikan busur api listrik. Pada tipe tekanan ganda, gas dari tekanan tinggi dialirkan melalui nozzle ke gas system tekanan rendah selama pemutusan busur api listrik. Pada system gas tekanan ganda tekanan gas kurang lebih 12 kg/cm2 dan pada system gas tekanan rendah, tekanan gas kurang lebih 2 kg/cm2. Gas pada system tekanan rendah kemudian dipompakan kembali ke system tekanan tinggi Pemutus tenaga dengan hampa udara Pemutus tenaga jenis hampa udara belum banyak digunakan. Kontak kontak pemutus tenaga ini terdiri atas kontak tetap dan kontak bergerak. Keduanya ditempatkan dalam ruang hampa udara. Ruang hampa udara ini mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi dan media pemadaman busur api listrik yang baik. Pemadaman busur api listrik terjadi dengan sendirinya, karena ruangan pemutus mempunyai kemampuan yang tinggi. Pada masing masing jenis pemutus tenaga memliliki cara yang berbeda dalam proses pemadaman busur api listrik. Dalam tulisan ini hanya akan dibahas jenis pemutus tenaga dengan menggunakan gas SF6 dan hampa udara. 3.3 Prinsip Dasar Kapsitor Kapasitor adalah suatu alat yang terdiri atas dua konduktor yang menpunyai jumlah muatan yang sama tapi berlawanan polaritas. Juga didefinisikan bahwa kapasitor adalah suatu komponen yang mempunyai kemampuan menyimpan energy PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badruddin SISTEM DISTRIBUSI 8

9 listrik (elektro static) berupa medan listrik yang dapat dilepaskan menurut keadaan tertentu. Bila terminalnya dihubungkan dengan arus bolak balik (AC), akan menyebabkan arus yang melaluinya terdahulu (leading) terhadap tegangan, arus ini disebut arus kapasitif. Oleh karena itu kapasitor digunakan untuk mengkompensir arus induktif (lagging) yang banyak dibutuhkan oleh peralatan peralatan dalam system tenaga listrik. Bentuk kapasitor yang sering dijumpai dilapangan adalah kapasitor keeping (pelat) parallel seperti dapat dilihat pada gambar 3.3. Besar kapasitor dari kapasitor ditentukan oleh jarak konduktor/ lempenganyang parallel(d) dsn luas lempengannnya(a). Gambar 3.3 Kapasitor keeping parallel Jika antara lempengan tersebut tanpa hampa udara sebagai bahan dielektriknya, maka besar kapasitansi dari kapsitor tersebut adalah [3] : Dimana : = 8,85 x ( Coulomb/Nm) D = jarak antara plat ( meter) A = luas masing masing plat(m2) C0 = kapasitansi kapasitor bila antara platnya hampa udara (farad). PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badruddin SISTEM DISTRIBUSI 9