KEMAMPUAN CIRCUIT BREAKER DALAM MENGATASI GANGGUAN PADA JARINGAN PRIMER DI GARDU INDUK BUKIT ASAM SUBIANTO Dosen Tetap Yayasan Perguruan Tinggi Palembang Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Palembang ABSTRAK Dalam melakukan penyaluran tenaga listrik sering terjadi gangguan yang mengakibatkan terputusnya aliran listrik kebeban atau konsumen. Maka dari itu diperlukan sistem pengaman yang baik salah satunya adalah pemutus tenaga. Tujuan dilakukan studi ini agar mengetahui besarnya arus yang terjadi dalam hal ini arus hubung singkat 3 phasa yang terjadi di tiap penyulang, sehingga bisa di bandingkan dengan kapasitas pemutus tenaga yang terpasang di Gardu Induk Bukit Asam pada sisi 20 kv, apakah masih sesuai dengan ratingnya. Dari hasil studi perhitungan ini didapat arus gangguan hubung singkat yang terjadi pada penyulang dahlia dan bougenvil sebesar 68,728 ka.. Sedangkan daya hubung singkat yang terjadi pada penyulang dahlia dan bougenvil sebesar 2,3808 MVA. Masing-masing besarnya arus hubung singkat tersebut masih sesuai dengan rating arus hubung singkat maksimum pemutus tenaga yang terpasang yaitu 0,630 ka dan rating daya kapasitas pemutus tenaga pada tiap penyulang yaitu 0,0218 MVA ini berarti pemutus tenaga yang terpasang masih mampu untuk melindungi sistem dari arus gangguan. Kata kunci : Kapasitas, Gangguan, Pengaman dan Arus I. PENDAHULUAN Bonggas L, Tobing. 2003. Peralatan Tegangan Tinggi. Medan. A. Latar Belakang Circuit Breaker atau Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) adalah suatu peralatan pemutus rangkaian listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang mampu untuk membuka dan menutup rangkaian listrik pada semua kondisi, termasuk arus hubung singkat, sesuai dengan ratingnya. Juga pada kondisi normal ataupun tidak normal. Syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu PMT agar dapat melakukan hal-hal diatas adalah sebagai berikut : 1. Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara terus-menerus. 2. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus tenaga itu sendiri. 3. Dapat memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus hubung singkat tidak sampai merusak peralatan sistem, membuat sistem kehilangan kestabilan, dan merusak pemutus tenaga itu sendiri. Besar kecilnya arus tergantung pada besarnya impedansi dari sistem tersebut serta jenis gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi dalam suatu sistem tenaga listrik, arus hubung singkat yang terbesar yang mungkin terjadi adalah arus hubung singkat tiga phasa, oleh karena itu maka besarnya arus hubung singkat tiga phasa ini yang dipakai dalam penentuan kapasitas pemutus tenaga yang dipasang dalam 164
sistem, maupun untuk mengevaluasi kapasitas pemutus tenaga yang sudah terpasang dalam sistem, jika terjadi perubahan, baik yang bersifat penambahan atau penggantian pada sistem. B. Pengertian CB (Circuit Breaker) atau PMT (Sakelar Pemutus Tenaga) Setiap PMT dirancang sesuai dengan tugas yang akan dipikulnya, ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam rancangan suatu PMT, yaitu: a. Tegangan efektif tertinggi dan frekuensi daya jaringan dimana pemutus daya itu akan dipasang. Nilainya tergantung pada jenis pentanahan titik netral sistem. b. Arus maksimum kontinyu yang akan dialirkan melalui pemutus daya. Nilai arus ini tergantung pada arus maksimum sumber daya atau arus nominal beban dimana pemutus daya tersebut terpasang. c. Arus hubung singkat maksimum yang akan diputuskan pemutus daya tersebut. d. Lamanya maksimum arus hubung singkat yang boleh berlangsung. hal ini berhubungan dengan waktu pembukaan kontak yang dibutuhkan. e. Jarak bebas antara bagian yang bertegangan tinggi dengan objek lain disekitarnya. f. Jarak rambat arus bocor pada isolatornya. g. Kekuatan dielektrik media isolator sela kontak. h. Iklim dan ketinggian lokasi penempatan pemutus daya. Tabel : Faktor koreksi antara tegangan vs lokasi. Ketinggian (Meter) Faktor Koreksi 1000 1,00 1212 0,98 1515 0,95 3030 0,80 Proses Terjadinya Busur Api Gambar : Pembentukan Busur Api Untuk memadamkan busur api tersebut perlu dilakukan usaha-usaha yang dapat menimbulkan proses deionisasi, antara lain dengan cara sebagai berikut: 1. Meniupkan udara ke sela kontak, sehingga partikel-partikel hasil ionisai dijauhkan dari sela kontak. 2. Menyemburkan minyak isolasi kebusur api untuk memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi. 165
3. Memotong busur api dengan tabir isolasi atau tabir logam, sehingga memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi. 4. Membuat medium pemisah kontak dari gas elektronegatif, sehingga elektron-elektron bebas tertangkap oleh molekul netral gas tersebut. C. Klasifikasi Circuit Breaker Listrik. PT PLN (PERSERO), Palembang. PT PLN (PERSERO).1984. Himpunan Buku Petunjuk Operasi dan Pemeriharaan Peralatan Penyaluran Tenaga 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 Gambar : Pemadaman busur api pada pemutus daya minyak 2. Sakelar PMT Udara Hembus (Air Blast Circuit Breaker) Gambar : Pemadaman busur api pada pemutus daya udara hembus 3. Sakelar PMT vakum (Vacuum Circuit Breaker) Gambar : Kontak pemutus daya vakum 166
4. Sakelar PMT Gas SF6 (SF6 Circuit Breaker) Tabel : Karakteristik gas SF6 Tabel : Batas tekanan gas SF6 pada pemutus tenaga, pada suhu 20ºC, tekanan atmosphir 760 mmhg. Merk PMT Tekanan Gas SF6 Sudah Terisi dari Pabrik Tekanan Normal Tekanan Gas SF6 PMT pada Pengoperasian (Bar) (Bar) (Bar) (Bar) Merlin Gerlin 0,03 6 5,2 5 Delle Alsthom 0,203 5,05 0,05 4,7 4,58 4,62 Abdul Kadir. 1998. Transmisi Tenaga Listrik, Universitas Indonesia. Jakarta. D. Pemutus Tenaga Pemutus tenaga adalah suatu peralatan pemutus rangkaian listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang berfungsi untuk memutuskan dan menghubungkan arus atau daya listrik, baik dalam keadaan normal 167
atau keadaan tidak normal, termasuk arus hubung singkat atau keadaan beban lebih, sesuai dengan ratingnya. Pemutus tenaga juga sering disebut Circuit Breaker (CB). a) Kemampuan Arus Pemutus Tenaga Tabel : Faktor pengali berbagai pemutus tenaga Periode waktu pembukaan (Cycle) Faktor Perkalian 8 cycle 1.0 5 cycle 1.1 3 cycle 1.2 2 cycle 1.4 Langsung 1.6 b) Kemampuan Arus Sesaat (Momentary Duty) Secara umum, kemampuan arus sesaat adalah : " I HS dimana : I HS = Arus hubung singkat simetri (ka) I HS = Arus hubung singkat asimetri (ka) Besarnya kapasitas pemutus dasar tergantung pada besarnya arus hubung singkat terbesar yang mungkin pemutus tenaga tersebut, Jadi : 1,6 ' x I HS S p =. V pf. I HS dimana : S p = Daya hubung singkat (MVA) V pf = Tegangan dasar (kv) I HS = Arus hubung singkat asimetri (ka) Gambar 6. Pemutus tenaga jenis media Bulk Oil 168
II. METODOLOGI PENELITIAN A. Komponen Simetris William D. Stevenson, Jr.1983. Analisa Sistem Tenaga Listrik. Erlangga, Jakarta. Komponen Urutan positif Komponen Urutan Negatif Komponen Urutan Nol B. Jaringan Urutan Generator Tanpa Beban a. Jalur-jalur arus urutan positif b. Ekivalen urutan positif c. Jalur-jalur arus urutan negavif d. Ekivalen urutan negatif e. Jalur-jalur arus urutan nol f. Ekivalen Urutan nol Gambar : Jalur-jalur untuk arus pada setiap urutan dalam suatu generator dan ekivalen urutan yang bersesuaian 169
Impedansi urutan nol total dimana mengalir arus I a0 adalah : Z 0 = 3 Z n + Z g0 Persamaan untuk komponen jatuh tegangan dari titik a phasa a ke rel pedoman (atau tanah) adalah : V a1 = Ea I a1 Z 1 ; V a2 = 0 I a2 Z 2 ; V a0 = 0 I a0 Z 0 C. Gangguan Hubung Singkat Gangguan Hubung Singkat Pada Generator Tanpa Beban Gambar : Hubung singkat tiga phasa pada generator Sehingga besar arus gangguan adalah : I f = I a I f = I a1 + I a2 + I a0 I f = I a1 = Gangguan Tidak Simetris Pada Sistem Tenaga Gambar : Tiga penghantar untuk sistem tiga phasa Sehingga besar arus gangguan hubung singkat adalah : I HS = I a1 + I a2 + I a0 I HS = I a1 = D. Analisa Gangguan Hubung Singkat Tiga Phasa Sistem Per Unit : Sistem per unit (pu) = Impedansi Pada Busbar 150 kv : Total reaktansi (pu) = Impedansi Transformator : X (pu) = X (%) 170
X PU baru = X PU lama x x Induktansi Saluran : L = 2x10-7 Ln (H/km) X L = 2.π.f.L (ohm/km) GMD = Resistansi Saluran : Impedansi Saluran : Z = Impedansi saluran = (R + jx L ). (Panjang saluran) Kapasitas Alat Pemutus Tenaga : Sp =. V pf. I HS III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Data Teknis Data Transformator Daya Daya Nominal : 60 MVA Tegangan : 150 kv / 20 kv Reaktansi : 14 % Data Pemutus Tenaga Tabel : Data Pemutus Tenaga Sisi 20 kv Gardu Induk Bukit Asam PMT pada Rating Arus Arus hub. Instalasi Frekuensi Penyulang Tegangan Normal singkat Jenis Dahlia In Door 20 kv 50 H Z 630 A 12,5 ka SF6 Bougenvil In Door 20 kv 50 H Z 630 A 12,5 ka SF6 Data Penghantar Tabel : Data Penghantar Tiap-tiap Penyulang Gardu Induk Bukit Asam Luas Jenis Jumlah GMR Penyulang penampang Penghantar (mm 2 Urat (mm) ) Panjang Saluran (km) Resistansi 20 0 C (Ω / km) Dahlia AAAC 150 19 5,2365 0,5 0,2060 Bougenvil AAAC 150 19 5,2365 0,5 0,2060 B. Perhitungan Impedansi Impedansi Saluran Pada Tiap-tiap Penyulang 1) Penyulang Dahlia Induktansi dan Reaktansi (Penyulang Dahlia) L = 2.10-7 Ln = 2.10-7 Ln = 0,001064 ( H/km ) X L = 2.π.f.L = 0,334096 (ohm/km ) 171
Resistansi (Penyulang Dahlia) R 60 = R 20 = 0,2060 = 0,2392 (ohm/km) Impedansi Saluran Z saluran = (R + jx L). (panjang saluran) = 0,1196 + j 0,167048 ohm Z saluran Z pu Z Z pu dasar 0,01794 j 0,02506 2) Penyulang Bougenvil Induktansi dan Reaktansi (Penyulang Bougenvil) L = 2.10-7 Ln = 2.10-7 Ln = 0,001064 (H/km) pu X L = 2.π.f.L = 0,334096 (ohm/km) Resistansi (Penyulang Bougenvil) R 60 = R 20 = 0,2060 = 0,2392 (ohm/km) Impedansi Saluran (Penyulang Tembesu) Z saluran = (R + jx L ). (panjang saluran) = 0,1196 + j 0,167048 Z saluran Z pu Z Z pu dasar 0,01794 j 0,02506 pu Tabel : Impedansi Tiap-tiap Penyulang No Nama Penyulang Impedansi (pu) 1 Dahlia 0,01794 + j 0,02506 2 Bougenvil 0,01794 + j 0,02506 Besar Arus Gangguan Hubung Singkat Pada Tiap-Tiap Penyulang Tabel : Impedansi Total dan Arus Gangguan Hubung Singkat pada Tiap-tiap Penyulang Arus Hubung Singkat No Nama Penyulang Impedansi Total (pu) I HS (ka) I HS (ka) 1 Dahlia 0,0403 42,955 68,728 2 Bougenvil 0,0403 42,955 68,728 Besar Daya Hubung Singkat Pada Tiap-tiap Penyulang Tabel : Besar Daya Hubung Singkat yang Dihasilkan dari Tiap-tiap Penyulang No Nama Penyulang Daya Hubung Singkat (MVA) 1 Dahlia 2,3808 2 Bougenvil 2,3808 172
Perhitungan Kapasitas Pemutus Tenaga (Circuit Breaker) yang terpasang di tiap-tiap penyulang sisi 20 kv Gardu Induk Bukit Asam Tabel : Daya Hubung Singkat, dan Pemutus Tenaga terpasang Nama Penyulang Daya Hubung Singkat (MVA) Kapasitas PMT Terpasang (MVA) Dahlia 2,3808 0,0218 Bougenvil 2,3808 0,0218 IV. PENUTUP 1. Arus gangguan hubung singkat yang terjadi pada kedua penyulang yaitu Penyulang Dahlia dan Penyulang Bougenvil mempunyai nilai yang sama yaitu sebesar 68,728 ka. 2. Daya hubung singkat yang terjadi pada Penyulang Dahlia dan Penyulang Bougenvil yaitu sebesar 2,3808 MVA. 3. Kapasitas pemutus tenaga yang terpasang pada sisi 20 kv pada Penyulang Dahlia dan Bougenvil masih sesuai dengan ratingnya yaitu 0,0218 MVA dan rating arus maksimum pemutus tenaga yaitu 0,630 ka, ini artinya Pemutus Tenaga yang terpasang masih mampu untuk melindungi sistem dari arus gangguan. DAFTAR PUSTAKA Abdul Kadir. 1998. Transmisi Tenaga Listrik, Universitas Indonesia. Jakarta. Dedi Tarmizi, 2011. Studi Kapasitas Pemutus Tenaga Pada Sisi 20 kv Di Gardu Induk Bungaran,, Skripsi Jurusan Teknik Elektro. Universitas PGRI Palembang (tidak dipublikasikan) Antonius Hamdadi, MS. 1995. Analisa Sistem Tenaga II. Diklat Kuliah, Universitas Palembang. Sriwijaya, Bonggas L, Tobing. 2003. Peralatan Tegangan Tinggi. Medan. http://www. Pemutus Tenaga.co.id. diakses 28 Mei 2011. PT PLN (PERSERO).1984. Himpunan Buku Petunjuk Operasi dan Pemeriharaan Peralatan Penyaluran Tenaga Listrik. PT PLN (PERSERO), Palembang. Van Valkenburg. M.E.1994. Analisis Jaringan Listrik (Edisi ke-3). Terjemakan oleh : Nasution. S.H. Erlangga, Jakarta, Indonesia. William D. Stevenson, Jr.1983. Analisa Sistem Tenaga Listrik. Erlangga, Jakarta. 173