ANALISIS
PEMILIHAN JENIS PEMUTUS TENAGA 150/20 KV
PADA GARDU INDUK GANDUL
DITINJAU DARI SEGI TEKNO - EKONOMIS
Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat
Dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun oleh
Egidius Kellson Jong. T
0140212-022
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS MERCUBUANA
JAKARTA
LEMBAR PENGESAHAN
ANALISIS PEMILIHAN JENIS PEMUTUS TENAGA 150/20 KV
PADA GARDU INDUK GANDUL DITINJAU DARI SEGI
TEKNO - EKONOMIS
Menyetujui,
Koordinator Tugas Akhir Pembimbing
( Ir. Yudhi Gunardi, MT ) ( Ir. Hamzah Hilal, MSc )
Mengetahui,
Ketua Program Studi Teknik Elektro
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini:
Nama : Egidius Kellson Jong Tiwang
N I M : 0140212 – 022
Jurusan : Teknik Elektro Fakultas : Teknologi Industri
Judul : Analisis Pemilihan Jenis Pemutus Tenaga 150/20 kV Pada Gardu Induk Gandul Ditinjau Dari Segi Tekno – Ekonomis
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Tugas Akhir yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan belum pernah dipublikasikan. Dan bila ternyata di kemudian hari penulisan Tugas Akhir ini adalah hasil penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya akan mempertanggung jawabkannya sekaligus bersedia mematuhi tata tertib yang berlaku di Universitas Mercu Buana.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Jakarta, 7 Juni 2009
ABSTRAK
Untuk keandalan sistem pemutus tenaga 150/20 kV yang dipasang pada GI Gandul, digunakan metode analisis dari perbandingan teknis dan ekonomis, karena mengingat posisi dari GI Gandul sebagai pendistribusi daya kepada gardu-gardu lain yang ada di Jakarta Selatan dan sekitarnya.
Pada segi teknis, pengoperasiannya termasuk proses pemadaman busur api yang merupakan sistem utama dari circuit breaker dalam proses pengaman jika terjadi gangguan dan juga bagian-bagian dari circuit breaker yang merupakan pendukung dari proses pemutusan arus.
Pada segi ekonomis dalam bentuk pemakaian circuit breaker dengan pengeluaran yang ekonomis dengan hasil yang optimal sehingga tercapai tingkat efisiensi yang tinggi. Hal ini termasuk biaya perawatan, harga beli, rugi energi yang terjual dengan pemeliharaan masing-masing circuit breaker.
Dari analisis tersebut, dihasilkan sistem pemutus tenaga yang optimal dalam mengatasi setiap gangguan yang terjadi, serta efisien dari segi ekonomis. Dengan demikian didapat GCB yang mempunyai keandalan dalam proses pemadaman busur api. Sistem pemutus arus GCB sangat sederhana meskipun harga dan biaya instalasi sangat mahal dibandingkan pemutus tenaga lainnya. GCB mempunyai keandalan sistem yang sangat menunjang untuk dioperasikan di GI Gandul.
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas limpahan nikamt dan karunia Tuhan YME, sehingga tugas akhir ini dapat penulis selesaikan.
Tuga akhir ini disusun dengan segala kemampuan yang ada, dan menyadari bahwa dalam penyusunannya masih terdapat kesalahan dan kekurangan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari berbagai pihak, sehingga penulisan tugas akhir ini akan menjadi lebih baik dan bermanfaat.
Dalam penyusunan tugas akhir ini banyak bantuan dan dorongan dari berbagai pihak dan pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Hamzah Hilal, Msc selaku dosen pembimbing. 2. Bapak Ir. Yudhi Gunardi, MT selaku koordinator tugas akhir.
3. Bapak Ir. Budi Yanto H, MSc selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Mercu Buana.
4. Bapak Ir. Trino Erwin selaku Manager PLN UPT – Jakarta Selatan. 5. Bapak Edison selaku Operator Supervisor PLN UPT – Jakarta Selatan.
6. Ibu dan keluarga tercinta yang selalu mendoakan dan memberi semangat agar penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Untuk Nandi dan Sidah yang telah membantu dalam mencarikan data-data agar penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Semoga penulisan yang sederhana ini dapat memberikan arid an manfaat, khususnya bagi penulis yang berkaitan dalam pengembangan pikiran lebih lanjut dan pembaca pada umumnya.
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL TUGAS AKHIR LEMBAR PENGESAHAN
LEMBAR PERNYATAAN
ABSTRAK i
KATA PENGANTAR ii
DAFTAR ISI iii
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR TABEL viii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG 1 1.2 TUJUAN 1 1.3 BATASAN MASALAH 2 1.4 METODOLOGI PENULISAN 2 1.5 SISTEMATIKA PEMBAHASAN 2
BAB II PROTEKSI HUBUNG SINGKAT DAN KARAKTERISTIK
CIRCUIT BREAKER
2.1 TUJUAN PROTEKSI 3
2.2 JENIS-JENIS GANGGUAN 3
2.2.1 Akibat-Akibat Dari Gangguan 3
2.2.2 Tingkat Arus Gangguan 4
2.3 PERILAKU ARUS HUBUNG SINGKAT 4
2.4 PRINSIP KERJA SISTEM PEMUTUS TENAGA 7
2.5 PENGERTIAN DAN KLASIFIKASI CIRCUIT BREAKER 8
2.6 PERSYARATAN YANG HARUS DILAKUKAN
CIRCUIT BREAKER 9
2.7 PROSES PEMADAMAN BUSUR API 9
2.7.1 Pengarus Terhadap Arus 10
2.7.2 Pengaruh Terhadap Tegangan 11
2.8 KARAKTERISTIK PEMUTUS TENAGA
2.9 PENGOPERASIAN PEMUTUS TENAGA
(CIRCUIT BREAKER) 12
2.9.1 Persiapan Operasi 12
2.9.2 Mengoperasikan Circuit Breaker 12
2.10 PEMUTUS DAYA DENGAN PROSES PEMADAMAN
SENDIRI 13
2.11 CIRCUIT BREAKER DENGANMEDIA MINYAK 14
2.11.1 Bulk Oil Circuit Breaker 14
2.11.1.1Fungsi bagian utama BOCB 15
2.11.1.2Prinsip kerja dari bulk oil circuit breaker 17
2.11.2 Low Oil Circuit Breaker 17
2.11.2.1Bagian-bagian utama dari low oil circuit
breaker 17
2.11.2.2Prinsip kerja dari low oil circuit breaker 20
2.12 CIRCUIT BREAKER DENGAN MEDIA UDARA 20
2.12.1 Fungsi Bagian Utama ABCB 21
2.12.1.1Ruang CB 21
2.12.1.2Kontak-kontak 22
2.12.1.3Pengatur busur api 23
2.12.1.4Bagian penyangga 23
2.12.1.5Katup hembus dan katup pembuangan 23
2.12.1.6Tangki 24
2.12.1.7Mekanisme penggerak 24
2.12.1.8Sistem udara tekan 24
2.12.2 Prinsip Kerja ABCB 25
2.13 CIRCUIT BREAKER DENGAN MEDIA HAMPA UDARA 27
2.13.1 Sifat-Sifat Mekanis 27
2.13.2 Media Vacuum 27
2.13.3 Konstruksi Vacuum Circuit Breaker 28
2.13.3.1Ruang vacuum 28
2.13.3.2Mekanisme operasi 29
2.13.3.3Kontak-kontak 29
2.13.3.4Prinsip kerja VCB 30
2.14 CIRCUIT BREAKER DENGAN MEDIA GAS SF6 31 2.14.1 Sifat-Sifat Gas SF6 31 2.14.1.1Sifat fisik 31 2.14.1.2Sifat kimia 32 2.14.1.3Sifat dielektrik 33 2.14.1.4Sifat pemadaman 34
2.14.2 Konstruksi Gas SF6Circuit Breaker 35
2.14.3 Prinsip Kerja SF6Circuit Breaker 35
BAB III METODOLOGI PEMILIHAN PEMUTUS TENAGA PADA GARDU INDUK GANDUL 150/20 KV
3.1 PENGENAL PEMUTUS TENAGA 37
3.2 PERHITUNGAN SHORT TIME CURRENT PADA PEMUTUS
TENAGA SALURAN TEGANGAN MENENGAH 38
3.3 PERHITUNGAN WAKTU HUBUNG SINGKAT 39
3.4 PEMILIHAN PEMUTUS TENAGA/CIRCUIT BREAKER 40
3.5 PERHITUNGAN DAYA 42
3.6 PEMELIHARAAN CIRCUIT BREAKER 42
BAB IV ANALISIS TEKNO EKONOMIS PEMILIHAN PEMUTUS TENAGA 150/20 KV GI GANDUL
4.1 ANALISIS SECARA TEKNIS 51
4.1.1 Metode Perbandingan 51
4.1.2 Analisis Arus Hubung Singkat (Short Time Current) 51
4.1.3 Analisa Waktu Hubung Singkat 53
4.1.4 Perhitungan Trip Circuit Breaker Yang Harus Direvisi 53
4.1.5 Perbandingan Prinsip Pemutus Arus 54
4.1.6 Kekuatan Mekanik 55
4.1.7 Umur Circuit Breaker 56
4.2 ANALISIS SECARA EKONOMIS 56
4.2.1 Perawatan Dari Masing-Masing CB 56
4.2.2 Kerugian Energi Listrik Akibat Gangguan 58
4.2.3 Biaya Instalasi 59
BAB V PENUTUP
5.1 KESIMPULAN 60
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gelombang arus hubung singkat simetris Gambar 2.2 Penurunan arus hubung singkat simetris Gambar 2.3 Gelombang srus hubung singkat asimetris Gambar 2.4 Diagram skematis pemutus tenaga (PMT) Gambar 2.5 Proses pemadaman busur api
Gambar 2.6 Diagram satu garis urutan pembukaan jaringan Gambar 2.7 Diagram satu garis urutan penutupan jaringan Gambar 2.8 Oli circuit breaker dengan pengontrol busur api Gambar 2.9 Susunan kontak-kontak
Gambar 2.10 Proses pemadaman busur api Gambar 2.11 Low circuit breaker
Gambar 2.12 Pengatur busur api
Gambar 2.13 Batang penghisap pada pengatur busur api Gambar 2.14 Air blast circuit breaker
Gambar 2.15 Potongan ABCB (posisi mulai membuka) Gambar 2.16 Diagram dasar sistem udara tekan
Gambar 2.17 Urutan prinsip kerja ABCB type Y Gambar 2.18 Skema dari vacuum circuit breaker
Gambar 2.19 Konstruksi vacuum circuit breaker
Gambar 2.20 Keadaan permukaan kontak Cu dan CuCr 500 mikro-detik setelah nol arus
Gambar 2.21 Perbandingan kekuatan dielektrik pada media udara, minyak, dan gas SF6
Gambar 2.22 Konstanta waktu busur api SF6 dan udara sebagai fungsi
dari tekanan
Gambar 2.23 Konstruksi sulphur hexa fluoride CB
Gambar 3.1 Menentukan arus puncak awal, arus pemutus dasar dan komponen dc
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kekuatan bahan mentah kaca dan keramik 27
Tabel 2.1 Karakteristik gas SF6 32
Tabel 3.1 Karakteristik listrik pemutus tenaga SF6 dan Vacuum
pada tegangan menengah 39
Tabel 3.2 Penentuan kurun waktu overhaul circuit breaker 40
Tabel 3.3 Penentuan n apabila besarnya arus gangguan diketahui 41 Tabel 3.4 Jadwal pemeliharaan circuit breaker harian dan mingguan
pada ABB dan GCB 43
Tabel 3.5 Jadwal pemeliharaan circuit breaker harian dan mingguan
pada VCB dan OCB 44
Tabel 3.6 Jadwal pemeliharaan circuit breaker per bulan pada
ABB dan GCB 45
Tabel 3.7 Jadwal pemeliharaan circuit breaker per bulan pada
VCB dan OCB 45
Tabel 3.8 Jadwal pemeliharaan circuit breaker per tahun pada
ABB dan GCB 45
Tabel 3.9 Jadwal pemeliharaan circuit breaker per tahun pada
VCB dan OCB 47
Tabel 3.10 Jadwal pemeliharaan circuit breaker overhaul pada
ABB dan GCB 48
Tabel 3.11 Jadwal pemeliharaan circuit breaker overhaul pada
ABB dan GCB 50
Tabel 4.1 Data teknik pada masing-masing CB untuk menghitung
jumlah trip (n) 54
Tabel 4.2 Biaya penggantian peralatan OCB 20 kV Trafo III 60 MVA
bulan Maret 2000 57
Tabel 4.3 Waktu gangguan pada CB 20 kV 58
Tabel 4.4 Harga barang dari masing-masing CB 59
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Dewasa ini perkembangan teknologi menuntut adanya perubahan segala bidang. Ini dimaksudkan untuk mendapatkan suatu hasil yang maksimum dan hal ini juga berlaku pada perubahan pemutus tenaga. Dimana pemutus tenaga adalah alat yang dapat digunakan untuk menghubungkan dan memutuskan arus/daya listrik sesuai dengan ratingnya. Pemutus dapat dilaksanakan dalam keadaan normal untuk pemeliharaan atau dapat juga terjadi karena adanya gangguan pada sistem.
Pemutus ini akan berhasil jika busur listrik telah dipadamkan dan arus mencapai harga nol, maka gangguan dapat diamankan. Kejadian di atas banyak terjadi pada gardu induk yang mempunyai kedudukan sangat vital sebagai pemasok daya, terutama pada GI Gandul yang mempunyai tegangan bus sebesar 150/20 kV yang tentunya memerlukan sistem pengamanan yang akurat.
Pada waktu pemutus arus/daya listrik akan terjadi busur api, dimana pemadaman bususr api pada waktu pemutusan dapat dilakukan dengan beberapa macam media seperti minyak (oil), udara hembus (air blast), hampa udara (vacuum) dan menggunakan gas SF6. Maka untuk mengatasi masalah tersebut seiring dengan
perkembangan teknologi digunakanlah pemutus tenaga yang mempunyai keandalan teknis dalam memadamkan busur api serta mempunyai nilai ekonomis dari segi pembiayaan.
Pemilihan dari pemutus tenaga harus disesuaikan dengan kedudukan GI Gandul yang sangat vital, sehingga harus betul-betul mempunyai tingkat keandalan yang tinggi dalam memadamkan busur api yang disebabkan oleh arus hubung singkat. Dan juga tingkat ekonomisnya harus ditekan seefisien mungkin tanpa harus mengabaikan tingkat keandalan sistem mekaniknya.
1.2 TUJUAN
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mendapatkan sistem pumutus tenaga yang terbaik. Dengan menganalisa dari berbagai macam media pemadaman busur api sehingga didapatkan suatu sistem yang handal dalam memadamkan busur api serta menguntungkan jika ditinjau secara ekonomis.
1.3 BATASAN MASALAH
Guna mencapai sasaran yang dituju dan mencegah meluasnya masalah yang timbul ke arah yang tidak relevan, maka perlu kiranya diberikan suatu batasan-batasan dari masalah yang dibahas. Dalam hal ini masalah dibatasi pada analisa antara media oil
circuit breaker, air blast circuit breaker, vacuum circuit breaker, dan gas SF6 circuit
breaker.
Adapun yang dianalisa berupa: a. Prinsip pemadaman busur api.
b. Analisa kerja dari masing-masing jenis pemutus tenaga. c. Analisa ekonomis dari masing-masing segi pemutus tenaga.
1.4 METODOLOGI PENULISAN
Adapun metodologi yang dipakai penulis dalam menyusun tugas akhir ini adalah:
a. Review literatur dengan mengacu pada buku-buku atau makalah yang terkait.
b. Metode observasi dengan mengamati langsung obyek yang dipelajari.
c. Metode pengumpulan data dengan mengumpulkan data dari obyek serta yang diperoleh dari buku panduan obyek yang dianalisa.
d. Analisis data yang diperoleh.
1.5 SISTEMATIKA PEMBAHASAN
Penyusunan tugas akhir ini dibuat secara sistematis dalam 5 bab. Bab dua berisi perilaku hubung singkat dan proses pemadaman busur api, prinsip kerja CB, klasifikasi CB, cara pengoperasian CB serta proses pemadaman sendiri dari masing-masing CB beserta konstruksi dan sistemnya. Bab tiga berisi metode perhitungan arus hubung singkat, waktu hubung singkat serta cara pemeliharaan pemutus tenaga. Bab empat mencakup analisa pemilihan pemutus tenaga baik dari teknis maupun ekonomis. Bab lima merupakan kesimpulan dari pembahasan secara keseluruhan.
BAB II
PROTEKSI HUBUNG SINGKAT DAN
KARAKTERISTIK
CIRCUIT BREAKER
2.1 TUJUAN PROTEKSI
Tujuan proteksi sistem tenaga listrik adalah mengamankan bagian jaringan yang terganggu dari sistem keseluruhan, sehingga sistem lainnya masih sehat dan tidak ikut terganggu, yang umumnya disebabkan oleh beban lebih dan hubung pendek. Gangguan ini umumnya dapat merusak peralatan ditempat terjadinya gangguan dan menggangu kontinuitas penyaluran daya[4].
Untuk mengatasi kesulitan ini, diperlukan adanya suatu pengaman. Keadaan yang paling abnormal di dalam suatu jaringan distribusi meliputi antara lain: gangguan saluran, beban lebih, gagalnya perlengkapan, campur tangan manusia dan hewan, umumnya merupakan sebab utama dari keadaan abnormal di atas.
Gangguan bisa disebabkan kerusakan pada sistem isolasi. Pertumbuhan beban yang melonjak merupakan sebab utama dari beban. Sedangkan gagalnya perlengkapan bisa disebabkan oleh rusaknya isolasi, perencanaan yang tidak tepat, pembuatan instalasi atau pemakaiannya yang tidak tetap.
2.2 JENIS-JENIS GANGGUAN
Jenis gangguan yang terjadi tergantung pada sistem konfigurasi suatu instalasi. Pada sistem fasa tiga, gangguan fasa ke tanah, fasa ke fasa, dan dua fasa ke tanah, merupakan gangguan yang umum terjadi. Sedangkan pada sistem satu fasa, gangguan yang terjadi hanyalah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah.
Gangguan satu fasa ke tanah terjadi apabila ada satu penghantar yang terhubung ke tanah atau terhubung dengan kawat netral yang terhubung ke tanah. Gangguan fasa ke fasa terjadi apabila ada dua penghantar terhubung pendek. Sedangkan gangguan dua fasa ke tanah terjadi apabila dua penghantar terhubung dengan tanah atau apabila penghantar terhubung dengan netral dari sistem tiga fasa yang ditanahkan.
2.2.1 Akibat-Akibat Dari Gangguan
Akibat-akibat yang disebabkan oleh gangguan antara lain: a. Merusak peralatan pada daerah terjadinya gangguan.
b. Menggangu stabilitas kerja.
c. Penurunan tegangan yang cukup besar yang dapat menyebabkan rendahnya mutu tenaga yang dikirim dan merintangi kerja normal peralatan.
d. Menginterupsi kontinuitas pelayanan daya ke beban, bila gangguan itu menyebabkan sampai terputusnya suatu sirkuit.
2.2.2 Tingkat Arus Gangguan
Tingkat arus gangguan adalah suatu nilai yang menggambarkan besarnya arus gangguan disuatu tempat dalam sistem untuk suatu kondisi tertentu. Hal-hal yang mempengaruhi tingkat arus gangguan adalah:
a. Kapasitas unit pembangkit yang beroperasi. b. Konfigurasi sistem.
Untuk suatu titik tertentu pada sistem instalasi, tingkat arus gangguan ditentukan dari perhitungan impedansi dari semua titik ke arah titik yang dihitung. Dan yang perlu diperhatikan adalah kemampuan peralatan sistem dalam menghadapi arus gangguan.
Tingkat arus gangguan harus secara periodik dihitung kembali untuk meninjau kembali penyetelan relai yang akan menggerakkan pemutus tenaga/circuit breaker agar dapat mengatasi tingkat arus gangguan. Kemamapuan peralatan dalam menghadapi arus gangguan ditinjau dari segi kemampuan thermisnya tergantung pada besarnya arus gangguan dan juga lamanya arus gangguan berlangsung
Perlu juga diperhatikan bahwa kemampuan pemutus tenaga/circuit breaker
dalam memutus arus gangguan sangat tergantung pada pemeliharaan pemutus tenaga secara periodik sesuai dengan petunjuk yang tertulis dalam buku petunjuk pemeliharaan.
Untuk saat ini pemutus tenaga/circuit breaker dengan menggunakan gas SF6 dan
hampa udara/vacuum lebih banyak dikembangkan dan digunakan. Hal ini dikarenakan kemampuan proteksi serta pemeliharaannya yang lebih sederhana, meskipun secara fungsinya tidak berbeda dengan pemutus tenaga/circuit breaker yang menggunakan minyak (oil circuit breaker) ataupun pemutus tenaga yang menggunakan udara tekan
(air blast circuit breaker) untuk memadamkan busur api.
2.3 PERILAKU ARUS HUBUNG SINGKAT
Bila terjadi hubung singkat, timbul rangkaian baru dengan impedansi yang lebih rendah sehingga arus bertambah besar. Pada gambar 2.1 terlihat bahwa arus hubung singkat
simetris yang mempunyai sumbu yang sama dengan arus normal sebelum hubung singkat terjadi. Untuk memperoleh arus hubung singkat simetris, faktor daya arus hubung singkat harus sama dengan nol dan gangguan tepat terjadi pada saat tegangan normal maksimum[6].
Gambar 2.1 Gelombang arus hubung singkat simetris
Gambar 2.2. menunjukan arus hubung singkat simetris yang menurun dan kebanyakan arus hubung singkat tidak simetris, tetapi bergeser dari sumbu arus normal untuk beberapa putaran.
Jika faktor daya benar-benar nol sampai tercapai nilai tetap, hubung singkat terjadi pada titik nol dari gelombang tegangan, maka arus mulai terbentuk dari nol, tetapi tidak dapat mengikuti sumbu arus normal karena arus selalu tertingal 90 derajat dibelakang tegangan. Walaupun arus itu simetris terhadap sumbu baru, arus tersebut tidak simetris terhadap sumbu aslinya.
Gambar 2.3 Gelombang arus hubung singkat asimetris
Gambar 2.3 menunjukan asimetris maksimum yang mungkin terjadi. Bila tahanan sistem sampai titik gangguan tidak diabaikan (bukan faktor daya nol), titik gelombang tegangan untuk menghasilkan asimetris maksimum atau minimum akan berbeda jika tahanan rangkaian tersebut dapat diabaikan. Asimetris maksimum terjadi jika gangguan dimulai pada tegangan nol, sudut waktu sama dengan 90O + θ (diukur
dari titik nol gelombang tegangan), dimana tan θ = X/R dari rangkaian.
Pergeseran gelombang arus asimetris dari suatu gelombang simetris dari puncak yang sama merupakan suatu nilai arus positif yang dianggap sebagai arus langsung. Arus asimetris merupakan jumlah komponen arus bolak-balik b dan komponen arus searah a.
Pada ¼ siklus, komponen arus bolak-balik simetris sama dengan nol dan jumlah arus sama dengan komponen arus searah. Pada ½ siklus, jumlah arus adalah maksimum yang merupakan jumlah komponen arus bolak-balik positif maksimum dan komponen arus searah. Angka penurunan permulaan dari komponen arus searah berbanding terbalik dengan perbandingan X/R dari sistem sumber ke titik gangguan. Semakin rendah perbandingan X/R, semakin cepat penurunannya dan biasa disebut pengurangan arus searah. Dengan demikian, jumlah arus hubung singkat dipengaruhi oleh pengurangan arus searah sebelum mencapai titik tetapnya[1].
2.4 PRINSIP KERJA SISTEM PEMUTUS TENAGA
Terminal
Arah arus mengalir
Trafo arus
Kontak tetapKontak gerak Kontak geser
masuk keluar
Kumparan arus Alat mekanisme untuk membuka dan menutup pemutus tenaga (PMT)
Gambar 2.4 Diagram skematis pemutus tenaga (PMT)
Dalam skema pada gambar 2.4 diperlihatkan kontak tetap dan kontak geser yang terhubung oleh suatu kontak gerak. Kemudian gerak ini dapat dioperasikan secara manual ataupun otomatis dengan bantuan sistem mekanis yang mempunyai suatu kumparan pembuka (trip coil) yang terhubung pada kumparan sekunder trafo arus. Jika trafo arus mendeteksi adanya arus gangguan, maka kumparan pembuka dimuati sehingga kontak gerak terpisah dari kontak tetap. Dalam hal ini akan timbul selang waktu antara mulai dimuatinya kumparan pembuka sampai terbukanya kontak. Besaran waktu ini disebut waktu membuka (opening time).
Pada saat kontak gerak terpisah dari kontak tetap akan timbul busur listrik diantara kedua kontak tersebut dan kejadian ini akan berlangsung sampai beberapa saat. Tahanan busur listrik ini umumnya lebih besar dari elemen-elemen lainnya, sehingga sebagian daya akan hilang dalam proses ini. Akibatnya adalah komponen-komponen
pemutus tenaga akan mendapatkan tekanan mekanis dan elektro mekanis. Dan untuk itu komponen-komponen suatu pemutus tenaga terbuat dari bahan-bahan yang tahan terhadap tekanan yang tinggi. Selang waktu antara terpisahnya kontak sampai padamnya busur listrik disebut waktu busur (arcing time). Jumlah waktu membuka dengan waktu busur disebut waktu pembukaan total (total break time)[2].
Busur listrik terjadi karena karena pancaran elektron yang disebabkan permukaan-permukaan kontak. Pancaran elektron ini dapat disebabkan oleh 2 hal, yaitu[5]:
a. Gradien potensial yang tinggi pada kontak, hal ini dikenal sebagai pancaran medan
(field emission)
b. Kenaikan temperatur yang tinggi, hal ini dikenal sebagai pancaran thermis
(thermionic emission)
Karena kontak-kontak pemutus tenaga terbuat dari bahan metal yang emisi thermisnya sangat rendah, maka penyebab utama terjadinya busur listrik adalah karena adanya pancaran medan.
2.5 PENGERTIAN DAN KLASIFIKASI CIRCUIT BREAKER
Circuit breaker adalah saklar yang digunakan untuk menghubungkan dan memutuskan
arus atau daya listrik sesuai dengan ratingnya. Pada waktu pemutusan atau penghubungan arus atau daya listrik akan terjadi busur api. Pemadaman busur api pada waktu pemutusan dapat dilakukan oleh beberapa macam bahan, yaitu minyak, udara atau gas.
Berdasarkan pada media pemadam busur api listrik, circuit breaker dapat dibagi menjadi[2]:
a. Circuit Breaker dengan minyak
• Circuit Breaker dengan menggunakan banyak minyak (bulk oil circuit breaker).
• Circuit Breaker dengan sedikit minyak (low oil circuit breaker)
b. Circuit Breaker dengan menggunakan udara
• Circuit Breaker dengan udara hembus (air blast circuit breaker)
• Circuit Breaker dengan hampa udara (vacuum circuit breaker)
c. Circuit Breaker dengan menggunakan magnet (magnetic blow out circuit breaker)
2.6 PERSYARATAN YANG HARUS DILAKUKAN CIRCUIT BREAKER
Ada beberapa macam circuit breaker yang tersedia di pasar saat ini. Walaupun berbeda dalam bentuk dan bahan peredam busur apinya, namun pada dasarnya circuit breaker
mempunyai fungsi yang sama sebagai bagian dari sistem pengaman atau proteksi tenaga listrik. Adapun persyaratan yang harus dimiliki tiap-tiap circuit breaker adalah sebagai berikut[5]:
a. Harus mampu menutup dan dialiri listrik beban penuh dalam kurun waktu yang pendek.
b. Dalam keadaan tertentu seperti ada gangguan, maka circuit breaker harus mampu bekerja secara otomatis untuk memutuskan beban normal atau beban yang melebihi beban penuh. Dalam hal ini circuit breaker bekerja dalam satu koordinasi dengan relai.
c. Jika ada gangguan circuit breaker harus memutus atau membuka secara cepat agar pealatan listrik lainnya tidak rusak. Gangguan ini biasanya berupa gangguan hubung singkat.
d. Celah atau gap diantara kontak-kontak circuit breaker harus mampu dan tahan terhadap tegangan rangkaian bila kontak membuka.
e. Harus mampu dialiri arus hubung singkat sampai gangguan hilang.
f. Mampu memutuskan arus yang magnetisasi dari tansformator atau dari jaringan serta arus pemuatan (charging current).
g. Mampu menahan akibat busur api diantara kontak-kontak circuit breaker dan gaya elektromagnetis serta pengaruh panas karena hubung singkat.
2.7 PROSES PEMADAMAN BUSUR API
Circuit breaker merupakan peralatan listrik yang terdiri atas pasangan kontak tetap dan
kontak gerak. Bila karena adanya suatu gangguan maka kontak-kontak akan membuka/terpisah pada jarak tertentu yang relatif masih cukup dekat. Dan karena terdapat beda tegangan/potensial diantara kedua kontak tersebut maka timbul loncatan bunga api. Loncatan bunga api yang terjadi berulang-ulang inilah yang disebut busur api. Pada gambar 2.5 dapat dilihat proses pemadaman busur api mulai saat terjadi gangguan sampai pemutusan berakhir yang berlangsung sangat cepat.
Gambar 2.5. Proses pemadaman busur api
Sebelum terjadi gangguan, sistem tenaga listrik dalam keadaan normal. Pada saat terjadi gangguan, tegangan diantara kontak-kontak nol sampai terjadi pembusuran, yaitu sampai kontak CB membuka. Saat kontak-kontak membuka, suatu busur api terjadi dengan suatu tegangan yang rendah dan hampir konstan dan ini dikenal sebagai tegangan pembusuran. Bila kekuatan dielektrik dari media CB mampu naik lebih cepat dari tingkat kenaikan tegangan penyulut ulang (Rate of Rises of Restriking Voltage / RRRV) maka busur api dapat dipadamkan. Tetapi bila berlaku sebaliknya yaitu kekuatan dielektrik dari media CB terlambat naik terhadap RRRV, maka busur api akan timbul kembali sehingga pemadaman busur api gagal. Dan hal ini terus berlangsung/berulang sampai kekuatan dielektrik pada celah kontak mampu menahan kenaikan RRRV.
2.7.1 Pengaruh Terhadap Arus
Bentuk dari gelombang arus dan tegangan saat CB membuka dapat dilihat pada gambar 2.5. pada saat t = 0, yaitu saat terjadi gangguan maka arus listrik yang mengalir akan sampai suatu nilai yang tinggi selama siklus pertama. Harga arus maksimum sesaat (pada gambar 2.5 dinyatakan OM) ini disebut arus penahan (making current).
Setelah beberapa siklus sejak relai bekerja, maka kontak-kontak CB akan membuka. Diasumsikan bahwa kontak-kontak CB membuka pada saat t = T1. harga
efektif arus gangguan ketika kontak membuka disebut sebagai breaking current. Pada saat t = T2 dimulai dari titik nol, tingkat kekuatan dielektrik bila meningkat dengan
cepat akan mampu memadamkan dan mencegah kelanjutannya busur api.
2.7.2 Pengaruh Terhadap Tegangan
Sebelum t = 0 (gambar 2.5), kontak-kontak dalam keadaan tertutup dan tegangan di antara kontak tersebut adalah nol. Tegangan akan tetap nol sampai kontak-kontak CB membuka. Setelah kontak-kontak membuka pada saat t = T1, maka tegangan kontak-kontak naik. Sesungguhnya tegangan ini adalah tegangan jatuh pada busur api selama perioda pembusuran. Tegangan ini sefasa karena busur api bersifat resistif. Selama ½ siklus berikutnya, tegangan pada kontak naik sesuai dengan kenaikan resistansi busur api.
Akhir pada saat t = T2 pada saat busur api dapat dipadamkan, frekuensi tegangan peralihan (transient) muncul di antara kontak-kontak CB. Frekuensi tegangan peralihan yang tinggi ini berusaha untuk menimbulkan kembali busur api. Tegangan ini disebut tegangan pukul balik (restriking voltage). Sebenarnya tegangan pukul balik ini muncul pada kontak-kontak CB setelah arus mencapai nol. Sedangkan tegangan sistem pada tegangan normal (50 Hz) muncul di antara kontak-kontak CB setelah pemadaman busur api terjadi dan disebut tegangan pemulihan (recovery voltage).
2.8 KARAKTERISTIK PEMUTUS TENAGA (CIRCUIT BREAKER)
Pemutus tenaga mempunyai beberapa karakteristik kerja, yaitu[9]:
a. Pemutus dengan kelambatan waktu (time delay tripping), hal ini dimaksudkan untuk mencegah pemutusan yang salah terhadap arus lonjakan (in rush current) dan melakukan pemutusan yang cepat pada saat beban lebih (over current). Pemutus dengan keterlambatan waktu dibagi lagi menjadi dua bagian, yaitu:
• Kelambatan waktu lama, yang berfungsi untuk membedakan antara starting arus asut (in rush current) dan arus beban (overload current).
• Kelambatan waktu cepat, yang berfungsi untuk koordinasi pemutus selektif terhadap rangkaian cabang dengan memberikan kelambatan kerja beberapa gelombang.
b. Pemutus langsung (instantaneous tripping), hal ini dilakukan untuk mengisolir hubung singkat secepatnya. Total waktu pemutusan adalah total waktu dimulai dari saat terjadinya hubung singkat sampai pemutusan selesai.
Berhubungan dengan karakteristik pemutusan langsung adalah kapasitas pemutusan
(breaking capacity) dan kapasitas pemasukan (making capacity). Kapasitas
pemutusan harus cukup untuk melakukan pemutusan arus hubung singkat maksimum pada daerah proteksi serta cukup untuk menanggung arus transient.
2.9 PENGOPERASIAN PEMUTUS TENAGA (CIRCUIT BREAKER) 2.9.1 Persiapan Operasi
Pemutus tenaga yang baru selesai dipasang atau perbaikan maupun overhaul sebelum diberi tegangan, harus dinyatakan oleh regu pemeliharaan bahwa pemutus tenaga telah siap untuk dioperasikan. Pemeriksaan persiapan yang dilakukan sebelum dilaporkan ke piket atau operator adalah sebagai berikut[9]:
a. Tinggi atau isi minyak dalam katup-katup yang dapat dibaca dalam gelas penduga harus berada dalam keadaan batas normal.
b. Katup-katup sirkulasi minyak sudah pada posisi operasi.
c. Pentanahan, dimana klem-klem dan kawat tanah untuk pengaman sudah tidak mengganggu operasi.
d. Relai, pengecekan kedudukan relai-relai pengaman sudah dalam keadaan siap dipakai, termasuk sumber arus searah/arus bolak-balik.
Pengoperasian kembali circuit breaker yang trip akibat gangguan adalah sebagai berikut:
a. Segera melaporkan ke piket saat setelah trip akibat gangguan. b. Mencatat relai-relai yang bekerja dan meriset kembali.
c. Pemeriksaan visual pemutus tenaga.
d. Laporkan keadaan circuit breaker ke piket atau operator.
e. Pemasukan pemutus tenaga kembali dilakukan setelah ada perintah dari piket operator.
2.9.2 Mengoperasikan Circuit Breaker
Pembukaan jaringan pemutus tenaga dioperasikan lebih dahulu, kemudian pemisah-pemisahnya, seperti pada gambar 2.6 Dan sebelum pemisah dikeluarkan atau
dioperasikan harus diperiksa apakah pemutus tenaga sudah sempurna dilihat secara visual (dengan cara melihat pemutus amper-meter apakah menunjukkan angka nol).
Penutup jaringan pada pemutus tenaga dioperasikan setelah pemisah-pemisahnya dimasukan, seperti pada gambar 2.7. Setelah pemutus tenaga dimasukan, diperiksa apakah terjadi kebocoran isolasi ( misalnya; minyak dan sebagainya) pada CB.
2 2
1 2
3
Keterangan gambar 2.3 Urutan pembukaan jaringan 1. Pemutus tenaga ( // ) 2. Pemisah ( // ) 3. Pemisah tanah ( // )
Gambar 2.6 Diagram satu garis urutan pembukaan jaringan
2 2
3 2
1
Keterangan gambar 2.4 Urutan penutupan jaringan 1. Pemisah tanah ( // ) 2. Pemisah ( // ) 3. Pemutus tenaga ( // )
Gambar 2.7 Diagram satu garis urutan penutupan jaringan
2.10 PEMUTUS DAYA DENGAN PROSES PEMADAMAN SENDIRI
Pada tiga puluh tahun terakhir ini, pemutus daya (circuit breaker) telah mengalami perkembangan yang pesat, terutama sejak ditemukannya CB-CB model terbaru yang memiliki prinsip pemadaman busur api sendiri. Demikian juga kemampuan pemadamannya menunjukkan kenaikan yang lebih cepat dibandingkan dengan kapasitas pembangkit. Perkembangan tersebut disebabkan oleh dua faktor, yaitu:
a. Perkembangan dalam kapasitas pembangkit b. Kecenderungan pemakaian sistem interkoneksi
Bila sebuah CB memutus gangguan arus tinggi yang telah mencapai 60 KA, maka suhu didalam CB bias naik sampai 30.000OK. desain CB yang terbaru yaitu CB
dengan media ruang hampa (vacuum circuit breaker) dan SF6CB ini mampu memutus
arus sebesar itu dengan lama pemadaman 5-20 milidetik.
Pada air blast circuit breaker digunakan udara sebagai media pemadam busur dengan tekanan yang sangat tinggi sampai 100 atm. Sementara akhir-akhir ruang hampa dengan tekanan yang sangat rendah yaitu 10-7 Torr sudah digunakan dan berhasil. Hal
ini terutama karena media tersebut tidak mempunyai partikel yang harus diionisasi yang dapat menyediakan alur diantara kontak-kontak yang membuka.
Pada oil circuit breaker digunakan minyak sebagai media dengan massa yang rendah dan kecepatan melepas hydrogen tinggi, sebaliknya CB modern menggunakan gas SF6 yang berat sebagai media pemadaman busur api. Gas ini tidak mudah terbakar
dan mempunyai daya tarik yang kuat pada elektron yang cenderung untuk menarik elektron-elektron yang bisa menyalakan kembali (re-ignition) busur api.
2.11 CIRCUIT BREAKER DENGAN MEDIA MINYAK
Circuit breaker dengan media minyak yaitu oil circuir breaker (OCB) telah digunakan
secara luas di dalam sistem tenaga listrik. Dalam hal ini minyak digunakan untuk meredam atau memadamkan busur api.
Proses pemadaman busur api pada oil circuit breaker ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada saat terjadi gangguan, kontak-kontak pemutus yang direndam di dalam minyak akan membuka sehingga terjadi busur api. Panasnya busur api akan segera dipindahkan pada minyak dan akan memecah molekul minyak menjadi gas hidrogen, carbon dan gas-gas lainnya. Gas hidrogen yang terbentuk ini (60% - 80%) digunakan untuk memadamkan dan mendinginkan busur api dengan cepat. Kelebihan dari gas hidrogen ini adalah memiliki panas yang tinggi.
2.11.1 Bulk Oil Circuit Breaker
Bulk oil circuit breaker (BOCB) berbentuk tabung besar yang di dalamnya berisi
minyak dalam jumlah yang banyak. Sesuai dengan namanya, bulk oil circuit breaker ini dilengkapi dengan alat pengontrol busur api yang dapat mempercepat proses pemadaman busur api seperti yang dapat di lihat pada gambar 2.8[3].
Keterangan : 1. Tangki 2. Minyak 3. Kontak gerak 4. Gas yang terbentuk 5. Alat pengontrol busur api 6. Kontak tetap
7. Batang penahan
8. Penghantar dari tembaga 9. Tabung yang diisi minyak 10. Penghantar
Gambar 2.8 Oil circuit breaker dengan pengontrol busur api
2.11.1.1 Fungsi bagian utama BOCB
Beberapa bagian utama dan fungsinya dari BOCB, seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.9 antara lain:
a. Tangki, dibuat dari plat baja yang dilengkapi dengan ventilasi (saluran pengaman dimana arah alirannya dari dalam keluar) yang berfungsi untuk membebaskan tekanan dalam tangki yang timbul selama proses pemadaman busur api. Bentuk dari tangki CB direncanakan sesuai dengan kebutuhan yaitu ada satu tangki untuk 3 kutub/satu tangki untuk satu kutub saja.
b. Kontak-kontak, terdiri atas kontak bergerak (moving contact) dan kontak tetap
(fixed contact). Kontak tetap dilengkapi dengan pegas yang berfungsi menahan
kontak bergerak. Kontak bergerak adalah sebuah batang tembaga berbentuk silinder yang dilengkapi dengan ujung kontak.
c. Pengatur busur api (arc control device), biasanya dipergunakan pada BOCB yang berkapasitas besar dan CB dengan sedikit menggunakan minyak (LOCB). Pengatur busur api mengatur busur api sehingga pemadamannya dapat berlangsung dengan baik. Mekanisme dalam pengatur busur api dapat dijelaskan pada gambar 2.10.
Keterangan :
1. Penahan kontak (contact support) 2. Kontak utama (main contact) terdiri dari electrolic copper dengan tungsten copper tips 3. Belitan pegas (coiled spring) terdiri dari phospore bronze
4. Kontak bergerak (moving contact) 5. Ujung contact (arcing contact) 6. Tangki kontak bergerak
Gambar 2.9 Susunan kontak-kontak
a. kontak menutup b. kontak mulai membuka c.kontak terbuka Keterangan gambar :
1. Kontak tetap 4. Busur api
2. Kontak bergerak 5. Gas bertekanan 3. Pengatur busur api 6. Minyak
Gambar 2.10 Proses pemadaman busur api
d. Kontak bergerak (2) terpisah meninggalkan kontak tetap (1), di dalam pengatur busur api terbentuk gas seperti pada gambar 2.10b, gas yang dihasilkan ini akan bertambah tekanannya di dalam pengatur busur api. Karena cepatnya kontak bergerak meninggalkan kontak tetap dan besarnya tekanan gas, maka akan menimbulkan blast effect seperti pada gambar 2.10c, sehingga busur api akan padam. Pengatur busur api terpasang tetap dan terhubung dengan selubung gas serta dilengkapi dengan batang penghisap yang berfungsi menekan minyak untuk memadamkan busur api.
e. Mekanisme penggerak, berfungsi untuk menggerakkan kontak pemutusan dan penutupan dari CB. Pemutusan dan penutupan pemutus tenaga oleh mekanisme penggerak dapat secara mekanis, pneumatik atau secara hidrolis. Penilaian mekanisme penggerak adalah tergantung dari perencanaan CB dan letak pengoperasian.
2.11.1.2 Prinsip kerja dari bulk oil circuit breaker
Untuk proses membuka dan menutup dari CB ini adalah dengan menggerakkan batang penggerak (tension rod, gambar 2.8 no.7), turun untuk membuka kotak-kontak dan naik untuk menutup kontak-kontak. Batang penggerak digerakkan oleh mekanisme penggerak (operating mechanisme).
2.11.2 Low Oil Circuit Breaker
Minyak pada low oil circuit breaker hanya digunakan sebagai peredam loncatan busur api, sedangkan sebagai bahan isolasi dari bagian-bagian yang bertegangan digunakan porselin atau material dari jenis organik. Pemutusan arus dilakukan di bagian dalam dari pemutus. Pemutus ini dimasukkan dalam tabung yang terbuat dari bahan isolasi. Diantara bagian pemutus dan tabung diisi minyak yang berfungsi untuk memadamkan busur api waktu pemutusan atau pemasukkan arus atau daya listrik.
2.11.2.1 Bagan-bagian utama dari low oil circuit breaker
Bagian-bagian utama dari low oil circuit breaker adalah :
a. Bagian atau ruang pemutus tenaga, berupa ruangan yang diselubungi bagian luar oleh porselin atau isolator steatite dan di sebelah dalam diselubungi oleh tabung berkelit. Dalam ruangan tersebut terletak kontak-kontak yang melekat pada bagian atas tabung berkelit, sedangkan kontak-kontak bergerak yang tersambung pada batang bergerak terletak didalam system pemadaman busur api dan minyak. Bagian ini terletak diantara bagian ruang atas (top chamber) dan bagian penyangga.
b. Kontak-kontak, pada low oil circuit breaker terdiri dari kontak tetap dan kontak bergerak. Kontak tetap terdiri dari segmen-segmen yang disebut jari-jari kontak, terbuat dari campuran tembaga dan perak. Ujung jari-jari kontak yang akan berhubungan atau bersentuhan dengan kontak bergerak terbuat dari tembaga toristen.Kontak tetap terbagi menjadi dua bagian, yaitu:
• Kontak tetap atas terdapat dalam pengatur busur api (arc control
device/torbulator) yang menghubungkan ke terminal atas (upper terminal),
seperti pada gambar 2.11a.
• Kontak tetap bawah (flower fixed contact)
• Kontak tetap bawah terletak pada dasar bagian pemutus yang dihubungkan ke terminal bawah (flower terminal), seperti pada gambar 2.11b.
Keterangan:
1. Jari-jari kontak tetap atas 2. Jari-jari kontak luncur paling bawah
3. Batang kontak bergerak 4. Ujung kontak pada batang kontak bergerak
a. Potongan ruangan pemadam b. Potongan isolator penyangga busur api dan mekanisme kutub
Gambar 2.11 Low circuit breaker
a b c d
Keterangan:
a. PMT dalam kedudukan menutup b. Busur api dalam minyak bertekan c. Proses pemadaman busur api
d. Ruang busur api dalam keadaan normal
c. Pengatur busur api, dengan sedikit menggunakan minyak fungsinya sama dengan yang menggunakan banyak minyak. Hanya pengatur busur api pada pemutus tenaga dengan sedikit menggunakan minyak ini terdapat beberapa perlengkapan tambahan yang terpasang tetap dan atau yang terpasang dapat bergerak, berfungsi sebagai pompa minyak seperti yang terlihat pada gambar 2.12.
Pengatur busur api terpasang tetap dan terhubung dengan selubung atas (
top-casing). Pengatur busur api ini dilengkapi dengan batang penghisap (piston rod)
yang berfungsi sebagai penekan minyak untuk memadamkan busur api.
Gambar 2.13 Batang penghisap pada pengatur busur api
• Mekanisme penggerak, berfungsi untuk menggerakkan kontak bergerak untuk pemutusan dan penutupan dari CB. Pemutusan dan penutupan CB oleh mekanisme penggerak dapat secara:
o Mekanik
o Pneumatik
o Hidraulik
o Elektrik
Penilaian mekanisme penggerak ini tergantung dari perencanaan CB dan letak pengoperasiannya.
• Bagian penyangga, terbuat dari porselin atau isolator steatite yang menurut konstruksinya dari pabrik ada yang dipasang vertical atau horizontal pada ruang
dasar. Didalam bagian ini terdapat batang kontak bergerak (sebagian) tersambung dengan batang penggerak CB. Sedangkan minyak yang didalam bagian penyangga berfungsi untuk mengisolasi antara bagian-bagian bertegangan dengan badan.
• Bagian ruang atas (top chamber), terdiri atas:
o Separator yang berfungsi untuk menyemburkan minyak keluar. Jika terjadi pemuaian minyak secara berlebihan ketika terjadi proses pemutusan dan penutupan (pemasukan) dalam keadaan ada gangguan.
o Penduga permukaan minyak untuk mengetahui batas-batas minimum minyak dalam CB.
o Katup ventilasi sebagai alat pernapasan yang berfungai untuk pelepasan uap yang timbul dari dalam CB.
o Pengaman diafragma yang terpasang dibawah tutup kubah yang direncanakan terangkat/terlepas untuk pengaman CB atau untuk melindungi CB dari kerusakan, jika timbul tekanan yang tinggi didalam CB.
2.11.2.2 Prinsip kerja dari low oil circuit breaker
Untuk membuka dan menutup CB adalah dengan menaikan dan menurunkan posisi dari kontak bergerak yang terhubung pada batang penggerak yang digerakan oleh mekanisme penggerak.
Pada proses penutupan batang penggerak yang berhubungan engan kontak bawah bergerak kea rah kontak tetap atas sehingga kontak tetap dan kontak bergerak terhubung, yang merupakanpenghubung arus dari terminal atas ke terminal bawah.
Pada proses pembukaan batang kontak bergerak yang berhubungan dengan kontak tetap bawah meninggalkan kontak tetap atas, sehingga kontak tetap dan kontak bergerak akan terlepas yang merupakan terputusnya terminal atas dengan terminal bawah.
2.12 CIRCUIT BREAKER DENGAN MEDIA UDARA
Circuit breaker dengan peredam udara yang disebut juga air blast circuit breaker
(ABCB), memadamkan busur api dengan menyemprot udara bertekanan tinggi, sehingga diperlukan sebuah kompresor. Ruang ABCB terbagi atas dua bagian, yaitu ruang bertekanan atmosfir dan ruang bertekanan tinggi. Pada saat kontak-kontak
terpisah, kedua ruangan itu tersekat, maka udara yang berada dalam ruangan bertekanan tinggi akan menyemprot busur api dan masuk melalui nozzle ke ruangan bertekanan atmosfir. Jadi nozzle tersebut terbentuk bila antara kontak gerak dan kontak tetap terpisah.
Jadi pemadaman busur api dikarenakan panas dari ruangan bertekanan tinggi ke ruangan bertekanan rendah melalui nozzle dan udara yang baru tersebut dengan cepat membentuk kekuatan dielektrik. Makin tinggi tekanan udara yang disemprotkan makin besar pula daya listrik yang dapat diputus[2].
a. model axial flow b. model coss flow
Gambar 2.14 Air blast circuit breaker
2.12.1 Fungsi Bagian Utama ABCB 2.12.1.1 Ruangan CB
Ruangan CB berfungsi sebagai ruangan pemadaman busur api (gambar 2.14) dan terdiri dari beberapa bagian, yaitu:
a. Unit pemutus utama (2) berfungsi sebagai pemutus utama, yang berupa ruangan yang diselubungi bagian luar oleh isolator dari porselin dan didalamnya terdapat ruangan udara, kontak-kontak bergerak (a) yang dilengkapi oleh pegas penekan, torak (a5) dan kontak tetap (b) sebagai penghubung yang melekat pada isolator. b. Unit pemutus bantu (1) berfungsi sebagai pemutus arus yang melalui tahanan. unit
pemutus Bantu ini berupa ruangan yang diselubungi bagian luar oleh isolator dari porselin dan didalamnya terdapat ruangan udara, kontak-kontak bergerak (f) yang dilengkapi oleh pegas penekan, torak dan katup tetap (e) sebagai penghubung yang terletak melekat pada porselin.
c. Katup kelambatan yang berfungsi sebagai pengatur udara bertekanan dari unit pemutus bantu akan terbuka selama 25 mikro-detik setelah kontak-kontak pada unit
pemutus utama terbuka. Katub kelambatan ini berupa bejana berbentuk silinder yang berongga sebagai ruang udara dan didalamnya terdapat pula ruang pengatur (c5), katup penahan (c18), katup pengatur (c3), rumah perapat (c10), dan tempat katup (c11) seperti pada gambar 2.15.
d. Tahanan, dimana alat ini dipasang paralel dengan unit pemutus utama dan berfungsi untuk mengurangi kenaikan harga dari tegangan pukul serta mengurangi arus pukulan pada waktu pemutusan.
e. Kapasitor, juga dipasang paralel dengan tahanan, unit pemutus utama dan unit pemutus Bantu yang berfungsi untuk mendapatkan pembagian tegangan yang sama pada setiap celah kontak, sehingga kapasitas pemutusan pada setiap celah adalah sama besarnya.
Gambar 2.15 Potongan ABCB (posisi mulai membuka) 2.12.1.2 Kontak-kontak
Kontak-kontak dibagi dalam 2 unit pemutus, yaitu: pemutus utama dan pemutus bantu. Dimana pemutus utama merupakan kontak bergerak dilapisi oleh perak dan teridiri atas: a. Kepala kontak bergerak
b. Silinder kontak c. Jari-jari kontak d. Batang kontak e. Pegangan kontak
Sedangkan untuk kontak tetap terdiri atas: a. Kepala kontak
b. Pegangan kontak
Dan untuk pemutus bantu hanya merupakan kontak bergerak dan kontak tetap. Bentuk kontak tetap terdiri atas:
a. Jari-jari kontak b. Pegangan kontak
2.12.1.3 Pengatur busur api
Udara bertekanan tinggi dari tangki yang disuplai ke ruangan pemadam busur api melalui bagian peyangga yang berongga, sehingga udara bertekanan tinggi tersebut akan menekan kepala kontak bergerak (a1) sehingga akan memisahkan kontak bergerak dengan kontak tetap dalam unit pemutusan utama.
Busur api yang terjadi antara kontak bergerak dan kontak tetap akan terhembus ke dalam mulut pipa kontak tetap, sehingga busur api akan padam oleh aliran udara bertekanan tersebut. Gas pembuangan mengalir keluar melalui saluran pembuangan ke udara luar. Udara bertekanan di dalam unit pemutus mengalir ke ruang pelambatan (c5) melalui katup kelambatan dan setelah pemadaman busur api dalam unit pemutus, katup kalambatan akan bergerak dan udara bertekanan tinggi mengalir ke dalam unit pemutus bantu, sehingga kontak bergerak akan terpisah dengan kontak tetap. Arus yang melalui tekanan (3) yang paralel dengan unit pemutus (2) akan diputuskan oleh kontak-kontak dalam unit pemutus bantu.
2.12.1.4 Bagian penyangga
Bagian penyangga terbuat dari porselin yang berfungsi sebagai penyangga dari ruangan pemutus tenaga dan juga sebagai isolasi antara bagian-bagian bertegangan dengan badan. Bagian penyanga ini mempunyai rongga atau disebut isolator berongga yang berfungsi sebagai saluran udara hembus dan tangki persediaan udara ke ruangan pemutus tenaga.
2.12.1.5 Katup hembus dan katup pembuangan
Katup hembus dan katup pembuangan ini terpasang pada dasar bagian penyangga. Katup hembus berfungsi sebagai pelepasan katup udara bertekanan tinggi dari dalam tangki udara ke ruang pemutus tenaga pada waktu pemutusan. Katup pembuangan
berfungsi sebagai pelepasan udara bertekanan tinggi dari ruangan pemutus tenaga ke udara luar pada waktu penutupan.
2.12.1.6 Tangki
Tangki persediaan udara terbuat dari plat baja, dan berfungsi sebagai persediaan udara hembus untuk peredam busur api pada saat terjadinya pemutusan. Setiap kutub (pole) dapat dilengkapi dengan satu buah tangki persediaan udara atau untuk tiga kutub yang dilengkapi dengan satu buah tangki persediaan udara.
2.12.1.7 Mekanisme penggerak
Mekanisme penggerak berfungsi untuk pemutusan dan penutupan dari CB. Penutupan dan pemutusan oleh mekanisme penggerak dapat dilakukan secara:
a. Mekanik b. Pneumatik c. Hidraulik d. Elektrik
Prinsip mekanisme penggerak tergantung pada perencanaan circuit breaker dan letak pengoperasiannya.
2.12.1.8 Sistem udara tekan
Keterangan: 1 . Starter 2 . Panel kontrol 3 . Motor induksi 4 . Kompresor
5 . Tangki persediaan utama 6 . Katup penutup
7 . Tangki persediaan udara 8 . Pengukuran tekanan rendah 9 . Pengukur tekanan
10. Katup pembuangan 11. Katup searah
12. Katup penutup cepat setempat 13. Katup pengatur
Pada gambar 2.16 diperlihatkan diagram dasar dari sistem udara tekan. Udara hembus yang diperlukan untuk pemutusan selalu tersedia pada tangki persediaan dengan tekanan 20-30 kgf/cm2. Jika tekanan udara pada tangki persediaan berkurang di bawah harga
tertentu (misalnya 20 kgf/cm2), maka katup pengattur secara otomatis terbuka dan udara
dari tangki persediaan (30-40 kgf/cm2) akan masuk ke dalam tangki persediaan.
Bila terjadi penurunan tekanan udara pada tangki persediaan atau tangki utama basah, maka katup penutup cepat setempat (12) akan menutup. Bila sebaliknya terjadi kebocoran pada pipa, maka katup searah (11) akan bekerja. Tekanan udara pada tangki persediaan dapat dipertahankan pada harga yang diinginkan, sedangkan tekanan udara pada tangki persediaan utama diatur dengan tekanan 35 kgf/cm2, yaitu lebih tinggi dari
tekanan udara pada tangki persediaan. Jadi tekanan udara pada tangki persediaan utama berkurang di bawah harga dari yang telah ditentukan, maka kompresor akan bekerja otomatis.
2.12.2 Prinsip Kerja ABCB
Pemutus tenaga seperti yang terlihat pada gambar 2.17 akan terbuka jika kumparan pelepas bekerja dan katup pengatur (23a) akan membuka dan udara bertekanan tinggi mengatur kesebelah bawah dari silinder penggerak (15). Dengan berputarnya poros penggerak (24) searah jarum jam, akan menyebabkan katup kerja (20) dan katup tekan (19) akan membuka. Ruangan didalam isolator penyangga (5) dan unit penutup utama (2) akan terisi penuh dengan udara bertekanan tinggi dari tangki, sehingga kontak bergerak (9) di dalam pemutus utama membuka. Busur api akibat pembukaan kontak dipadamkan oleh hembusan udara dan gas yang timbul akibat busur api tersebut keluar bersama-sam melalui lubang pembuang udara (8).
Setelah terjadi pembukaan pada pemutus utama dengan kelambatan dua siklus yang diatur oleh katup kelambatan (11), maka udara tekan akan masuk kedalam unit pemutus bantu (1). Setelah kontak pemutus bantu membuka dan arus sisa yang mengalir melalui tahanan yang paralel dengan pemutus utama diputuskan. Pada akhir langkah kerja pembukaan, kontak-kontak bergerak pemutus bantu (14) menutup lubang pembuang udara (8). Ruang isolator penyangga, pemutus utama dan pemutus bantu terisi penuh oleh udara bertekanan tinggi. Kontak bergerak pemutus utama masuk kembali setelah ruangan pegas penuh dengan tekanan. Setelah pemutusan arus, pembukaan dari kontak pemutus bantu dipertahankan membuka oleh tekanan udara dalam ruang tersebut.
Sedangkan pemutus tenaga akan masuk bila kumparan penutup bekerja, akibatnya katup pengatur (23b) akan membuka dan udara tekan mengalir ke sisi atas dari silinder penggerak (15) dan akan menyebabkan berputarnya poros penggerak (24) yang berlawanan arah dengan putaran jarum jam, maka katup pembuangan terbuka. Sehingga udara yang bertekanan tinggi didalam ruangan isolator penyangga (5) dan unit pemutus utama (2) terbuang melalui katup pembuang (21). Karena turunnya tekanan udara tersebut dengan tiba-tiba, maka katup kelambatan (11) bekerja dan udara tekan dalam ruang udara dari dari katup kelambatan mengalir masuk kedalam silinder penutup (12) dan mendorong kontak-kontak bergerak pemutus (14) masuk.
Keterangan gambar:
1. Unit pemutus Bantu 14. Kontak bergerak pemutus Bantu
2. Unit pemutus Utama 15. Silinder bergerak
3. Rumah pemutus Bantu 16. Pegas kontak bergerak pemutus Utama 4. Penyangga pemutus utama 17. Jari-jari kontak pemutus Bantu
5. Isolator penyangga 18. Torak katup tekan
6. Tangki udara 19. Katup tekan
7. Terminal unit pemutus 20. Katup kerja
8. Lubang pembuang udara 21. Katup pembuang
9. Kepala kontak bergerak pemutus utama 22. Torak katup pembuang 10. Kontak tetap pemutus utama 23. Katup pengatur
11. Katup kelambatan 24. Poros penggerak
12. Silinder penutup 25. Torak
2.13 CIRCUIT BREAKER DENGAN MEDIA HAMPA UDARA
Meskipun telah lama ditemukan (awal abad 19) tetapi aplikasinya secara luas baru ditemukan beberapa tahun yang lalu. Hal ini disebabkan pengetahuan akan masalah-masalah ilmu materi, teknologi hampa udara dan fisikan plasma belum cukup berkembang untuk memecahkan masalah teknis yang ditemui dalam desain dan konstruksi vacuum circuit breaker (VCB)[3].
Ruang hampa udara yang berekanan sangat rendah mempunyai dus sifat utama, yaitu: a. Kekuatan isolasinya tinggi.
b. Ketika jaringan listrik terbuka oleh pemisah kontak-kontak dalam ruang hampa udara, pemutusan arus terjadi pada arus nol pertama dengan kekuatan dielektrik yang melintasi kontak dengan nilai ribuan kali lebih tinggi dari pada kekuatan yang didapat dari CB lama.
2.13.1 Sifat-Sifat Mekanis
Umur VCB salah satunya ditentukan oleh kerusakan tabung vacuum yang disebabkan oleh kebocoran mendadak diruang vacuum. Sebab-sebab kebocoran secara umum dapat dikategorikan sebagai berikut:
a. Kerusakan pada pembungkus isolasi (insulating envelope) yang terbuat dari bahan kaca, kaca kristal atau keramik dan logam pelapis yang mengisolasi antara bagian yang bergerak dengan yang diam dibawah kondisi normal.
b. Kebocoran pada sekat kembang kempis yang terbuat dari stainless steel yang menutup ruang vacuum karena gerakan bolak-balik (membuka dan menutup) dari kontak.
c. Kebocoran ruang kedap udara pada komponen-komponen yang pengerjaannya /pembuatannya secara las atau patri.
Tabel 2.1 Kekuatan bahan mentah kaca dan keramik
Glass Ceramics Tensile strength (Kg/cm2) Compresive strength (Kg/cm2) Bending strength (Kg/cm2) 500 600 5000 6000 850 700 1400 1600 14000 16000 3000 3500 2.13.2 Media Vacuum
Setiap media mempunyai tekanan di bawah 760mmHg atau di bawah 1 atmosfir adalah termasuk media vacuum (hampa udara). Torricelli adalah orang pertama yang berhasil
menghampakan ruang dengan menggunakan barometer mercury. Tekanan diukur 1 torr = 1 mmHg. Sekarang ini telah dihasilkan tekanan serendah 10-7 torr. Tekanan serendah
itu mengakibatkan tidak terdapat elektron-elektron bebas, sehingga kekuatan dielektriknya sangat tinggi.
Pada saat kontak membuka, busur api bisa terjadi karena jarak kedua kontaknya dekat. Busur api ini merupakan busur api uap logam. Ketika arus mencapai nol pada saat setengah siklus pertama partikel-partikel uap logam dengan sangat cepat terkondensasi pada kontak-kontak dan dinding-dinding tabung. Kekuatan dielektik media vacuum naik dengan segera sehingga busur api tidak bisa menyala kembali. 2.13.3 Konstruksi Vacuum Circuit Breaker
Kontruksi VCB sangat sederhana dan hampir sama dengan konstruksi ABCB dan OCB. Perbedaannya hanya terletak pada ruang pemadaman busur api. Ruang pemadaman busur api ini hampa udara (vacuum). Didalamnya terdapat dua buah kontak CB (kontak gerak dan kontak tetap). Kontak gerak terhubung fleksibel dengan terminal CB. Pada gambar 2.18 diperlihatkan skema dari konstruksi VCB.
Keteragan: 1. Kontak tetap 2. Pelindung akhir 3. Elektroda 4. Plat penyokong 5. Plat penyokong 6. Bingkai insulator
7. Batang sekat kembang kempis 8. Kontak gerak
Gambar 2.18 Skema dari vacuum circuit breaker
2.13.3.1 Ruang vacuum
Ruang vacuum terbuat dari bahan sintesis seperti urethane foam dan dilindungi oleh fiber glass dan kemudian masih diperkuat oleh tabung plastik atau tabung kaca atau tabung porselin. Di dalam ruang vacuum yang tertutup rapat ini terdapat logam pelindung (metal shield), logam sekat kembang kempis (metal bellows) dan kedua buah kontak CB. Sekat kembang kempis digunakan untuk menggerakkan kontak sejauh 5-10 mm, tergantung jenis dan kegunaan CB. Logam sekat kembang kempis ini umumnya
terbuat dari stainless steel dan bentuknya sangat penting karena nyala saklar tergantung pada kemampuan sekat kembang kempis untuk mengulang operasi dengan baik
Salah satu ujung kontak tetap yang terpasang di luar ruang vacuum dihubungkan dengan sistem jaringan listrik. Sedangkan ujung kontak gerak yang juga dipasang di luar ruang vacuum dihubungkan dengan batang mekanisme operasi.
2.13.3.2 Mekanisme operasi
Sesuai dengan gambar 2.19, ujung bagian bawah dari kontak gerak dipasang pada
per/spring atau solenoid mekanisme yang beroperasi, sehingga logam sekat kembang
kempis di dalam ruang vacuum bergerak turun naik selama operasi membuka dan menutupnya kontak-kontak. Tetapi harus ada tekanan yang cukup sehingga hubungan antara kedua kontak berjalan dan tidak terjadi pengotoran.
Keterangan:
1. Tangki kontak tetap
2. Bantalan pelindung percikan 3. Kontak tetap
4. Pelindung percikan 5. Lapisan percikan 6. Ujung kontak gerak 7. Bantalan kontak gerak 8. Sekat kembang kempis
9. Pelindung percikan sekat kembang kempis 10. Kontak gerak
11. Body glass-ceramic
Gambar 2.19 Konstruksi vacuum circuit breaker
2.13.3.3 Kontak-kontak
Kontak-kontak VCB terdiri dari kontak tetap dan kontak bergerak yang ditempatkan didalam ruang hampa udara. Ruang hampa udara ini mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi dan media pemadaman busur api yang baik.
Dengan memilih bahan kontak yang tepat, tingkat kerusakan permukaan kontak bisa lebih diperkecil. Logam-logam yang dijual secara komersial tidak cocok digunakan pad VCB karena mengandung gas. Dengan logam murni juga tidak cocok dipakai pada VCB karena logam murni dengan titik leleh yang tinggi dan tekanan uap yang rendah merupakan konduktor yang jelek pada temperatur yang tinggi. Berbagai macam bahan logam telah dicoba dikombinasikan untuk mendapatkan bahan kontak yang baik.
Sampai saat ini dipercaya bahwa campuran tembaga - chrome (CuCr) merupakan pilihan terbaik.
Pada gambar 2.20 diperlihatkan bentuk kontak-kontak VCB dengan bahan tembaga bebas oksigen (OFCH–Cu) dan campuran tembaga–chrome. Gambar ini diambil 500 mikrodetik setelah arus mencapai nol. Bahan CuCr (gambar b) menunjukkan permukaan yang lebih halus dan jumlah partikelnya jauh lebih sedikit dari pada (gambar a), bahkan dengan besar arus dua kali lipat dari yang dites pada tembaga murni.
a b
Gambar 2.20 Keadaan permukaan kontak Cu dan CuCr 500 mikro-detik setelah nol arus
2.13.3.4 Prinsip kerja VCB
Busur api terjadi bila kontak-kontak pada circuit breaker yang dialiri arus listrik membuka. Pada VCB, busur api ini merupakan busur api uap logam yang terjadi karena berlanjutnya aliran arus pada media vacuum yang dihasilkan dari penguapan bahan kontak. Elektron-elektron dan pembawa muatan ion logam yang menyusun plasma ini terpencar dengan sangat cepat didalam ruang vacuum. Ketika mendekati nol arus jumlah partikel yang bermuatan juga turun. Dan setelah nol arus tercapai, aliran arus dalam plasma akan terputus. Bersama dengan itu busur api padam dan uap logam yang sangat konduktif tersebut terkondensasi dalam beberapa mikrodetik pada permukaan kontak dan dinding bagian dalam VCB, serta cepat memulihkan kekuatan dielektrik celah kontak.
Pada pemutusan arus yang lebih kecil (di bawah 6 kA), busur apinya lebih mudah dipadamkan karena bentuk busur apinya menyebar. Sedangkan pada arus yang besar, busur api cenderung memusat pada satu detik. Untuk menanggulanginya kontak-kontak dibuat sedemikian rupa sehingga busur api tersebar di seluruh permukaan kontak. Oleh sebab itu media vacuum bahan dan bentuk kontak juga besar peranannya untuk memadamkan busur api.
2.13.3.5 Bagian penyangga
Bagian ini terbuat dari porselin atau isolatorsteatit yang menurut konstruksinya dari pabrik dipasang vertikal atau horisontal pada ruang dasar. Di dalam bagian ini terdapat batang kontak-kontak (sebagian) tersambung dengan batang penggerak pemutus tenaga.
2.14 CIRCUIT BREAKER DENGAN MEDIA GAS SF6
Gas SF6 (sulfur hexafluorida) terbentuk dari unsur sulfur (belerang) dan fluoride. Gas
ini sudah ditemukan pada tahun 1900, tetapi baru dipakai pada CB pada tahun 1953. Gas SF6 adalah suatu gas dengan molekul polyatomic yang mempunyai tegangan
tembus (break down voltage) yang tinggi dan akan stabil sehingga elektron akan terikat kepada molekul atau satu dari hasil disosiasinya membentuk ion negatif yang baru. Nilai kemungkinan penangkapan elektron dari gas SF6 cukup tinggi, sehingga elektron
bebas akan terikat kepada atom SF6 dan akan membentu ion negatif yang relatif lebih
berat dari elektron[2]. 2.14.1 Sifat-Sifat Gas SF6
Gas SF6 mempunyai beberapa sifat, yaitu: a. Sifat fisik
b. Sifat dielektrik c. Sifat kimiawi
2.14.1.1 Sifat fisik
Sifat-sifat umum dari gas SF6 adalah sebagai berikut:
a. Tegangan tembus gas SF6 akan semakin tinggi jika tekanan absolute gas SF6
semakin besar. Dan tegangan tembus gas SF6 semakin rendah jika prosentase udara
bercampur dengan gas SF6 semakin besar.
b. Mempunyai kestabilan thermal.
c. Tidak berwarna, tidak berbau dan tidak beracun.
d. Bentuk fisik dari gas SF6 akan berubah sesuai dengan perubahan suhu dan tekanan
absolutnya.
e. Tidak mudah terbakar.
f. Berat dan kerapatannya lima kali lebih besar dari pada udara pada suhu 20O dan
Pada tekanan yang sama, gas SF6 mempunyai kemampuan memindahkan panas
2-2,5 kali lebih besar dari udara. Sedangkan sifat daya tahan terhadap panas pada suhu dibawah 600O K lebih tinggi dari pada nitrogen (udara). Hal ini disebabkan pemindahan
panas yang kontinyu dari busur api ke gas SF6 yang ada di sekitar kontak. Sifat ini
sangat membantu pemindahan busur api agar cepat padam. Tabel 2.2 Karakteristik gas SF6
U R A I A N
BERAT MOLEKUL SATUANGram HARGA146,07
Berat jenis pada temperature 20O C
- pada tekanan 1 bar - pada tekanan 2 bar - pada tekanan 6 bar
Berat jenis cair pada temperature 0O C
Suhu kritis Berat jenis kritis Tekanan kritis Dergra opurity
- SF6
- Carbontetra fluoride (CF4)
- Oxygen + nitrogen (udara)
- Water (H2O)
- Acidity expressed as HF
- Hidrolysable fluorides, expressed as HF
kg/l kg/l kg/l kg/l 0O C kg/l bar % % % ppm ppm ppm 6,4 . 10-3 12,50 . 10-3 39,00 . 10-3 1,56 45,6 0,730 40 min 99 max 0,05 max 0,05 max 15 max 0,3 max 0,3 2.14.1.2 Sifat kimia
Pada temperatur di atas 150O C gas SF
6 mempunyai sifat tidak merusak metal dan
plastik. Tetapi pada temperatur tinggi yang disebabkan panas busur, maka gas SF6 terdekompensasi antara lain menjadi SF4, SF2 serta ion atau atom S dan F, yang mana
zat ini bersifat korosif jika bercampur dengan kelembaban. Jika bercampur dengan uap metal akan menghasilkan serbuk putih yang bersifat isolatif. Oleh sebab itu kontak-kontak pemutus tenaga harus disertai dengan pembersih serbuk ini. Tidak terdapatnya karbon dalam SF6 merupakan salah satu kebaikan utama untuk pemutusan busur, karena
tidak menyebabkan medium pemadam terkontaminasi. Semua ketidak murnian aktif yang terjadi karena busur dapat dihilangkan dengan menghisap material ini dengan aluminium aktif.
2.14.1.3 Sifat dielektrik
Kekuatan dielektrik gas SF6 pada tekanan atmosfir adalah 2,5 kali lebih kuat dari pada
udara dan 30% lebih kecil dari pada minyak. Sebenarnya nilai ini tergantung pada sifat medan dan jarak elektroda-elektroda. Gambar 2.21 menunjukkan hubungan antara kekuatan dielektrik dengan tekanan.
Terlihat pada gambar 2.21, kekuatan dielektrik dari gas SF6 yang 30% lenih
kecil dari pada minyak akan naik dengan cepat sesuai dengan naiknya tekanan. Pada tekanan 0,65 kg/cm2 kekuatan dielektrik gas SF
6 sama dengan minyak dan pada tekanan
1,25 kg/cm2 kekuatan dielektrik gas SF
6 15% lebih tinggi dari minyak.
20 40 60 80 100 120 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 SF6 oil N2 KV Kg/cm2 U O
Gambar 2.21. Perbandingan kekuatan dielektrik pada media udara, minyak dan gas SF6
Kekuatan dielektrik gas SF6 tetap dapat dipertahankan meskipun telah tercampur
dengan udara (nitrogen). Dengan komposisi 30% SF6 + 70% udara saja kekuatan
dielektriknya masih dua kali lipat dari udara pada tekanan yang sama. Tetapi di bawah angka tersebut kekuatan dielektriknya berkurang dengan cepat.
Molekul-molekul gas yang bersifat elektro negatif memiliki kemampuan menangkap/menarik elektron-elektron bebas dengan membentuk ion-ion negatif. Pengikatan bebas terjadi dengan cara, yaitu:
a. Pengikatan langsung: SF6 + e- = SF-6
-Ion-ion negatif ini menjadi berat dan sulit bergerak sehingga sulit untuk mengalir. Oleh karena itu gas-gas elektro negatif ini kekuatan dielektriknya lebih besar dari pada udara.
2.14.1.4 Sifat pemadaman
Pemadaman busur api sangat dipengaruhi oleh kecepatan timbulnya kekuatan dielektrik dalam celah kontak sebelum dan sesudah melintasi arus nol.
Keuntungan gas SF6 sebagai pemadam busur api dapat diketahui dari rendahnya
konstanta waktu busur api, yaitu waktu yang diperlukan bagi suatu media untuk memulihkan kembali kekuatan dielektriknya. Sebagai perbandingan, konstanta waktu busur api SF6 adalah sebesar 1 mikrodetik (1µs) sedang udara sebesar 100 µs. konstanta
waktu busur api dari SF6 yang rendah ini disebabkan oleh sifat elektro negatifnya, yaitu
electron-elektron bebasnya bisa diikat oleh molekul-molekul gas SF6. Ion-ion gas SF6
yang terjadi ini segera mengelilingi busur api dan membentuk rintangan isolasi. Hal ini mengurangi diameter busur api dan area itu menyebabkan turunnya konstanta waktu yang sangat membantu mempercepat pemadaman busur api. Pada gambar 2.22 diperlihatkan konstanta waktu media SF6 dan udara sebagai fungsi dari tekanan.
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 SF 6 0 1 2 3 4 Air 200 160 120 80 40 1 2 3 4 5 6 Time Konstan In µs Time Konstan In µs
Gambar 2.22 Konstanta waktu busur api SF6 dan udara sebagai fungsi dari tekanan
Pengaruh konstanta waktu busur api yang rendah pada CB dapat dilihat pada persamaan Mayer berikut[1]:
E = Ea
