BAB II KARAKTERISTIK PEMUTUS TENAGA

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 SF6. karena
dengan menggunakan media ini pada pemutus tenaga akan diperoleh banyak
keuntungan.
4
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
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 SF6.
e.
Pemutus tenaga dengan media hampa udara.
Tabel 2.1.
No
Tipe
Tipe Pemutus Tenaga
Medium
Tegangan, Breaking
Capacity
(430 – 600) V
1
PMT Udara
Tekanan udara
(5-15)MVA
(3.6-12) KV - 500 MVA
2
Miniature CB.
Tekana udara
(430-600 ) V
3
Tank Type oil CB.
Minyak
(3.6 – 12) KV
4
Minimum Oil CB.
Minyak
(3.6 - 145 )KV
5
Air Blast CB.
Compressed Air
(20 – 40 ) bar
245 KV, 35000 MVA
up to 1100 KV, 50000
MVA
12 KV, 1000 MVA
6
SF6 CB.
SF6 Gas
36 KV , 2000 MVA
145 KV, 7500 MVA
245 KV , 10000 MVA
7
8
Vacuum CB.
Vacuum
36 KV, 750 MVA
H.V.DC CB.
Vacuum , SF6
500 KV DC
Gas
6
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).
2.3.1.1
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.
2.3.1.2
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
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.
2.3.3
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.
2.3.4
Pemutus Tenaga Dengan Media Gas SF6
Pada pemutus tenaga SF6 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 SF6
dengan tekanan kira-kira 5 kg/cm2. selama pemisahan kontak-kontak, gas SF6
ditekan kedalam 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 sistem tekanan tinggi dialirkan melalui
nozzle ke gas sistem tekanan rendah selama pemutusan busur api listrik. Pada
8
sistem gas tekanan ganda tekanan gas ± 12 kg/cm2. gas pada sistem tekanan
rendah kemudian dipompakan kembali ke sistem tekanan tinggi.
Beberapa kelebihan yang terdapat pada pemutus tenaga SF6 adalah :
a.
instalasinya mudah
b.
Perawatannya sederhana
c.
Kemampuan SF6 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 SF6 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
2.4
a.
Jenis Penggerak PMT
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
I sym =
X
2
(2.1)
Dimana :
Isym : Arus Pemutus
10
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:
Y2 : 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
1
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Gambar 2.1.Bentuk gelombang arus hubung singkat
11
AB dan CD
=
Sampul arus pemutusan
OT
=
Waktu hubung singkat
I0, I1, …, I10
=
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
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
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
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
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 CT1,
akibatnya arus yang mengalir di kumparan sekunder CT1 dan rele R1 juga semakin
beasr. Jika arus tersebut melebihi setelan arus rele maka rele bekerja menutup
kontak K1, 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