20 KV PADA GARDU INDUK GANDUL DITINJAU DARI SEGI TEKNO - EKONOMIS

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

( Ir. Yudhi Gunardi, MT )

LEMBAR PERNYATAAN Yang bertanda tangan dibawah ini: Nama

: Egidius Kellson Jong Tiwang

NIM

: 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

( Egidius Kellson J. T )

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.

Penulis

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

2.7

2.8

CIRCUIT BREAKER

9

PROSES PEMADAMAN BUSUR API

9

2.7.1

Pengarus Terhadap Arus

10

2.7.2

Pengaruh Terhadap Tegangan

11

KARAKTERISTIK PEMUTUS TENAGA (CIRCUIT BREAKER)

11

2.9

2.10 2.11

PENGOPERASIAN PEMUTUS TENAGA (CIRCUIT BREAKER)

12

2.9.1

Persiapan Operasi

12

2.9.2

Mengoperasikan Circuit Breaker

12

PEMUTUS DAYA DENGAN PROSES PEMADAMAN SENDIRI

13

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 2.11.2.2Prinsip kerja dari low oil circuit breaker 2.12

2.13

17 20

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

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

2.13.3.5Bagian penyangga

31

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 SF6 Circuit Breaker

35

2.14.3 Prinsip Kerja SF6 Circuit Breaker

35

BAB III METODOLOGI PEMILIHAN PEMUTUS TENAGA PADA GARDU INDUK GANDUL 150/20 KV 3.1

PENGENAL PEMUTUS TENAGA

3.2

PERHITUNGAN SHORT TIME CURRENT PADA PEMUTUS

37

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

4.2

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

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

5.2

SARAN

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

Tabel 3.5

Jadwal pemeliharaan circuit breaker harian dan mingguan pada VCB dan OCB

Tabel 3.6

50

Data teknik pada masing-masing CB untuk menghitung jumlah trip (n)

Tabel 4.2

48

Jadwal pemeliharaan circuit breaker overhaul pada ABB dan GCB

Tabel 4.1

47

Jadwal pemeliharaan circuit breaker overhaul pada ABB dan GCB

Tabel 3.11

45

Jadwal pemeliharaan circuit breaker per tahun pada VCB dan OCB

Tabel 3.10

45

Jadwal pemeliharaan circuit breaker per tahun pada ABB dan GCB

Tabel 3.9

45

Jadwal pemeliharaan circuit breaker per bulan pada VCB dan OCB

Tabel 3.8

44

Jadwal pemeliharaan circuit breaker per bulan pada ABB dan GCB

Tabel 3.7

43

54

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

Tabel 4.5

Harga barang dan biaya pemasangan

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.

Gambar 2.2 Penurunan arus hubung singkat simetris

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

Trafo arus

Kumparan arus Alat mekanisme untuk membuka dan menutup pemutus tenaga (PMT)

Arah arus mengalir

masuk Kontak gerak Kontak tetap

keluar

Kontak geser

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) d. Circuit Breaker dengan media gas Sulphurhexa Flourida (SF6CB)

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 = T 1. 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-kontak tersebut adalah nol. Tegangan akan tetap nol sampai kontakkontak CB membuka. Setelah kontak membuka pada saat t = T1, maka tegangan 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 pemisahpemisahnya, 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 pemisahpemisahnya dimasukan, seperti pada gambar 2.7. Setelah pemutus tenaga dimasukan, diperiksa apakah terjadi kebocoran isolasi ( misalnya; minyak dan sebagainya) pada CB.

2

Keterangan gambar 2.3 Urutan pembukaan jaringan 1. Pemutus tenaga ( // ) 2. Pemisah ( // ) 3. Pemisah tanah ( // )

2

1 2 3

Gambar 2.6 Diagram satu garis urutan pembukaan jaringan

2

2

Keterangan gambar 2.4 Urutan penutupan jaringan 1. Pemisah tanah ( // ) 2. Pemisah ( // ) 3. Pemutus tenaga ( // )

3 2 1

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 Keterangan gambar : 1. Kontak tetap 2. Kontak bergerak 3. Pengatur busur api

b. kontak mulai membuka

c.kontak terbuka

4. Busur api 5. Gas bertekanan 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 (upper fixed contact)

•

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 busur api

b. Potongan isolator penyangga dan mekanisme kutub

Gambar 2.11 Low circuit breaker

a

b

c

Keterangan: a. PMT dalam kedudukan menutup b. Busur api dalam minyak bertekan c. Proses pemadaman busur api d. Ruang busur api dalam keadaan normal

Gambar 2.12 Pengatur busur api

d

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 (topcasing). 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

Gambar 2.16 Diagram dasar sistem udara tekan

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 2. Unit pemutus Utama 3. Rumah pemutus Bantu 4. Penyangga pemutus utama 5. Isolator penyangga 6. Tangki udara 7. Terminal unit pemutus 8. Lubang pembuang udara 9. Kepala kontak bergerak pemutus utama 10. Kontak tetap pemutus utama 11. Katup kelambatan 12. Silinder penutup

14. Kontak bergerak pemutus Bantu 15. Silinder bergerak 16. Pegas kontak bergerak pemutus Utama 17. Jari-jari kontak pemutus Bantu 18. Torak katup tekan 19. Katup tekan 20. Katup kerja 21. Katup pembuang 22. Torak katup pembuang 23. Katup pengatur 24. Poros penggerak 25. Torak

Gambar 2.17 Urutan prinsip kerja ABCB type Y

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 masalahmasalah 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 Tensile strength (Kg/cm2) Compresive strength (Kg/cm2) Bending strength (Kg/cm2)

500 5000 850

600 6000 700

Ceramics 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 kontakkontak 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 tekanan atmosfir.

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 URAIAN BERAT MOLEKUL 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

SATUAN Gram

HARGA 146,07

kg/l kg/l kg/l

6,4 . 10-3 12,50 . 10-3 39,00 . 10-3

kg/l

1,56

O

Suhu kritis

0 C

45,6

Berat jenis kritis

kg/l

0,730

Tekanan kritis

bar

40

Dergra opurity - SF6 - Carbontetra fluoride (CF4) - Oxygen + nitrogen (udara) - Water (H2O) - Acidity expressed as HF - Hidrolysable fluorides, expressed as HF

% % % ppm ppm ppm

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 SF6 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 kontakkontak 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 SF6 sama dengan minyak dan pada tekanan 1,25 kg/cm2 kekuatan dielektrik gas SF6 15% lebih tinggi dari minyak. KV SF6

120

oil

100 80 60

U

40

O N2

20

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Kg/cm2

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 b. Pengikatan tak langsung: SF6 + e- = SF6 + F-

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. Time Konstan Inµs Time Konstan In µs 200

2,5 2,0 1,5

160

SF6

Air

120

1,0

80

0,5

40 0

1

2

3

1

4

2

3

4

5

6

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 2 √3 (H ωo )2

dimana: Ea = tegangan busur api H = konstanta waktu busur api ωo = 2πfo fO = frekuensi natural Karena konstanta waktu busur api (H) SF6 100 kali lebih kecil dari udara untuk nilai yang sama dari tegangan, maka fo juga bisa 100 kali lebih besar. Dengan kata lain SF6 CB dapat menahan RRRV yang besar dan sangat cocok untuk mengatasi gangguan hubung singkat. 2.14.2 Konstruksi Gas SF6 Circuit Breaker Ruangan pemadam busur api SF6 CB yang berbentuk silinder terbagi atas dua bagian penting, yaitu ruang bertekanan dan ruang pembuangan yang ukurannya lebih besar, dimana kedua ruangan tersebut berisi gas SF6. Pada saat menutup, kontak tetap dan kontak gerak terhubung sehingga bisa menghantar arus listrik (sebelah kiri dari garis tengah gambar 2.18). material yang terbuat dari fiber glass atau mika tidak boleh ada pada daerah yang dilalui jalur busur api, karena bisa terurai dan mencemari gas. Teflon sering dipakai karena tahan terhadap proses pembusuran dan tidak mencemari gas. Selain terdapat kontak-kontak, pada ruang bertekanan terdapat kumparan elektroda dan jari-jari kontak. Kumparan yang berbentuk silinder berguna untuk membangkitkan pergolakan pada busur api dan pada akhirnya bisa mendinginkan busur api. Elektroda yang berbentuk cincin akan membentuk jalur busur api ke kontak gerak, ketika kontak-kontak membuka. Pada saat membuka itu, ruang bertekanan dan ruang pembuangan akan tergabung melalui nozzle. 2.14.3 Prinsip Kerja SF6 Circuit Breaker Pada saat kontak membuka arus berpindah dari kontak tetap ke elektroda berbentuk cincin melalui kumparan (gambar 2.23). Jadi busur api terjadi antara elektroda dengan kontak gerak. Gas SF6 yang ada diruang bertekanan dipanasi oleh busur api, sehingga tekanannya naik. Karena perbedaan tekanan antara ruang bertekanan dengan ruang pembuangan, maka gas SF6 yang ada di ruang bertekanan mengalir ke ruang pembukaan melalui nozzle sambil meniup busur api.

Ditambah dengan dorongan gas SF6 dari alat penyemprot Bantu yang dipasang terpadu dengan kontak gerak, maka busur api akan terus tertekan sehingga tidak bisa besar. Tepat pada saat nol arus pada setengah siklus pertama tercapai, busur api padam. Gas SF6 dengan segera memulihkan kekuatan dielektrik antara elektroda cincin dengan kontak gerak.

Keterangan: 1. Ruang pemadaman 2. Kontak tetap 3. Kumparan elektro negatif 4. Jari-jari kontak 5. Elektroda berbentuk cincin 6. Nozzle 7. Kontak gerak 8. Ruang bertekanan 9. Alat penyemprot bantu 10. Ruang pembuangan 11. Segel terhadap atmosfir

Gambar 2.23 Konstruksi sulphur hexa fluoride CB

BAB III METODOLOGI PEMILIHAN PEMUTUS TENAGA PADA GARDU INDUK GANDUL 150/20 KV 3.1

PENGENAL PEMUTUS TENAGA

Arus hubung singkat akan mengakibatkan terjadinya pelepasan energi dalam bentuk panas yang akan mengakibatkan kerusakan peralatan. Metode perhitungan arus hubung singkat akan menghasilkan alat proteksi yang baik, sehingga ketika terjadi hubung singkat tidak akan terjadi kerusakan pada sistem. Pemutus tenaga mempunyai beberapa pengenal dasar (rating) sebagai berikut: a. Arus pemutus dasar simetris (symmetrical circuit current), adalah dimana Iac adalah amplitude komponen arus bolak-balik (abb) dan besarnya arus pemutus simetris adalah sama dengan harga efektif dari komponen arus bolak-balik[4]. abb =

Iac v2

(3.1)

b. Arus pemutus dasar Asimetris (asymetrical breaking current), dimana arus pemutus IMC adalah nilai efektif arus total. Dan IMC terdiri dari komponen Iac dan Idc dasar asimetris pada saat EE’ (kontak terpisah) terlihat pada gambar dibawah.

Gambar.3.1. Menentukan arus puncak awal, arus pemutus dasar dan komponen dc c. Kapasitas pemutus dasar (breaking capacity), ditentukan dengan[1]: √3 x (arus pemutus) x (tegangan dasar) dikarenakan nilai dari arus pemutus dasar ada dua, maka kapasitas pemutus dasar juga mempunyai dua harga sesuai dengan nilai arus pemutus arus dasarnya, yaitu; kapasitas pemutus dasar simetris dan kapsitas pemutus dasar asimetris.

Jadi kapasitas pemutus dasar simetris adalah √3 x (arus pemutusan dasar simetris) x (tegangan dasar), dan kapasitas pemutus dasar asimetris adalah √3 x (arus pemutusan dasar asimetris) x (tegangan dasar) Satuan dari kapasitas pemutus daya adalah MVA = 3 (kA) (kV) x 103,

(3.2)

dimana arus pemutus dasar kilo-amper dan tegangan dasar dalam kilo-volt. d. Kapasitas mula dasar (making capacity), dimana arus puncak mula/awal dari pemutus daya yang terjadi pada waktu gangguan, merupakan nilai efektif total dari arus pertama (termasuk komponen AC dan DC) dari gelombang arusnya. Kapasitas mula dasar pengenal (making capacity) sama dengan: = 1,8 x √2 x Kapasitas Pemutus Dasar Simetris = 2,25 x Kapasitas Pemutus Dasar Simetris e. Arus pengenal waktu singkat (short time current rating) adalah kemampuan pemutus daya dialiri arus hubung singkat secara efektif atau mampu dialiri arus yang besar dalam periode hubung singkat yang tertentu. Dalam keadaan normal, besar arus ini dinyatakan dalam kA dalam periode 1 detik atau 4 detik yang dikenal sebagai pengenal satu detik dan pengenal empat detik. 3.2

PERHITUNGAN SHORT TIME CURRENT PADA PEMUTUS TENAGA SALURAN TEGANGAN MENENGAH

Persamaan untuk menghitung temperatur yang timbul dari material adalah [10]: θ = θ2 – θ 1

(3.3)

dimana: θ1 = temperatur yang terdapat pada material θ2 = batas temperatur tertinggi yang diberikan Persamaan untuk menghitung tahanan konduktor atau kontak adalah: l R = ρ. A dimana: ρ = tahanan jenis l = panjang konduktor A = luas penampang

(3.4)

Persamaan untuk menghitung efisiensi thermis adalah: n=

Panas yang diberikan pada bahan kontak Panas yang ditimbulkan

(3.5)

Bila dimisalkan; M = massa dari material yang dipanaskan oleh arus; S = spesifik panas dari material kontak (cal/gr/detik); θ = temperatur yang timbul dari material; n = efisiensi thermis; maka, M θ S = 0,24 . I2 . R . t . n Bila diketahui M, θ, S, R, n dan t = 1 detik, maka besarnya I (short time current test) dapat ditentukan, yaitu: I=

3.3

√M θ S 0,24 . R . t . n

(3.6)

PERHITUNGAN WAKTU HUBUNG SINGKAT

Lamanya waktu hubung singkat, adalah: 2 2 t = K 2A I

(3.7)

dimana: t = lamanya hubung singkat (detik) K = konstanta (0,0113) A = luas penampang (mm2) I = harga dari arus hubung singkat (Ampere) Tabel. 3.1 Karakteristik listrik pemutus tenaga SF6 dan Vacuum pada tegangan menengah NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

DESKRIPSI Tegangan Arus Luas penampang Massa material Tahanan panas Spesifik heat Panjang konduktor Arus gangguan ( I2 ) Temperatur tertinggi Temperatur tertinggi pada material Panas yang diberikan pada bahan kontak Panas yang ditimbulkan

SF6 24 kV 630 A 78,54 mm2 0,699 kg/m 100 Ω mm2/km 40 cal/gr/detik 0,5 km 325 A 50OC 40OC 30OC 20OC

VACUUM 24 kV 1250 A 706,9 mm2 1,330 kg/m 100 Ω mm2/km 40 cal/gr/detik 0,5 km 325 A 50OC 40OC 30OC 20OC

3.4

PEMELIHARAAN PEMUTUS TENAGA/CIRCUIT BREAKER

Pemeliharaan CB tergantung pada ukuran dan statusnya, apakah dijaga atau tidak dijaga.

Pelaksanaan

dari

pemeliharaan

dapat

dilakukan

sesuai

dari

jenis

pemeliharaannya, maka pelaksanaannya dapat dilakukan apakah CB dalam keadaan operasi atau tidak operasi. Kurun waktu pemeliharaan CB adalah sebagai berikut: a. Harian/mingguan b. Bulanan c. Tahunan d. Ovehaul Hasil-hasil pengawasan dan pelaksanaan pemeliharaan perbaikan dicatat pada kartu yang tergantung di circuit breaker, sedang pengamatan atau pemeriksaan harian, mingguan dan bulanan dicatat dalam kartu pemeriksaan (checking list) circuit breaker. Penentuan kurun waktu untuk overhaul pada CB secara garis besar ditentukan seperti dalam tabel 3.2[9]. Tabel 3.2 Penentuan kurun waktu overhaul circuit breaker NO.

JENIS CIRCUIT BREAKER

KURUN WAKTU OVERHAUL

1

Oil Circuit Breaker

5 tahun selambat-lambatnya atau pada saat jumlah angka pemutusan n = 1500 kali

2

Air Blast Circuit Breaker

9 tahun selambat-lambatnya atau pada saat jumlah angka pemutusan n = 4500 kali

3

Vacuum Circuit Breaker

10 tahun atau pada saat jumlah angka pemutusan n = 10.000 – 20.000 kali

4

SF6 Circuit Breaker

Disesuaikan dengan angka petunjuk dari pabrik

Jumlah angka pemutusan (number of switching) n adalah sekian kali circuit breaker membuka atau memutus arus, pada saat terjadi pemutusan arus beban atau manipulasi jaringan a adalah 1. Tetapi bila pembukaan circuit breaker disebabkan karena arus gangguan (lebih besar dari arus nominal circuit breaker) dan besarnya tergantung pada arus gangguan dapat dinyatakan dalam rumus:

n = 300

I2 I1

1,5

(3.8)

dimana: I1 = arus kapasitas pemutusan (breaking current capacity) CB I2 = arus gangguan n = jumlah angka pemutusan Arus I1 dapat diperoleh dari data circuit breaker atau dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini: I1 =

Kapasitas Daya Circuit Breaker 3 x

Tegangan pada CB

(3.9)

Dengan mengambil contoh suatu circuit breaker yang berkapasitas 1.500 MVA pada tegangan 72,5 kV, maka: I1 =

1.500 3 x 72,5

Sedangkan I2 atau arus gangguan dapat diukur pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik dan gardu-gardu induk yang dilengkapi dengan alat antara lain Oscilloper Turbograph. Bila diketahui besarnya arus gangguan I2 maka dapat dengan mudah menggunakan table 3.3 berikut ini untuk menentukan n[7]. Tabel 3.3 Penentuan n apabila besarnya arus gangguan diketahui I2 / I 1 A Pembukaan manipulasi 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

n B 1 5 25 50 75 105 140 175 215 255 300

3.5

PERHITUNGAN DAYA

Untuk menghitung daya yang dapat disalurkan melalui pemutus tenaga, digunakan persamaan: P = √3 . V . I

(3.10)

dimana: P = daya yang dapat disalurkan (kVA) V = tegangan nominal (Volt) I = arus nominal (Ampere) 3.6

PEMELIHARAAN CIRCUIT BREAKER

Sesuai dengan kurun waktu pemakaiannya, pekerjaan pemeliharaan circuit breaker dengan media minyak, udara, hampa udara/vacuum dan gas SF6. Ada gardu induk yang dijaga maupun yang tidak dijaga, baik jadwal harian, mingguan dan bulanan yang dilaksanakan dalam keadaan tidak operasi seperti yang ditentukan dalam keadaan tidak operasi seperti yang ditentukan dalam tabel-tabel berikut[8]: a. Tabel 3.4 adalah jadwal pemeliharaan circuit breaker harian dan mingguan pada ABB dan GCB. b. Tabel 3.5 adalah jadwal pemeliharaan circuit breaker harian dan mingguan pada VCB dan OCB. c. Tabel 3.6 adalah jadwal pemeliharaan circuit breaker per bulan pada ABB dan GCB. d. Tabel 3.7 adalah jadwal pemeliharaan circuit breaker per bulan pada VCB dan OCB. e. Tabel 3.8 adalah jadwal pemeliharaan circuit breaker per tahun pada ABB dan GCB. f. Tabel 3.9 adalah jadwal pemeliharaan circuit breaker per tahun pada VCB dan OCB. g. Tabel 3.10 adalah jadwal overhaul circuit breaker per tahu pada ABB dan GCB. h. Tabel 3.6 adalah jadwal overhaul circuit breaker per bulan pada VCB dan OCB

Tabel 3.4 Jadwal pemeliharaan circuit breaker harian dan mingguan pada ABB dan GCB NO

1

PERALATAN / KOMPONEN YANG DIPERIKSA PMT dengan udara hembus ( ABCB )

PMT dengan media gas SF6 ( GCB )

Indikator tekanan udara

Indikator tekanan gas SF6

Cara Pelaksanaan

-

2

Tangki pipa-pipa minyak

Tangki pipa-pipa minyak (hydrolis)

-

3

Kompresor

Kompresor

-

Memeriksa tinggi permukaan minyak pada indikator tangki, bushing dan tabung isolator Memeriksa tekanan udara dan gas SF6 pada indikator tangki Memeriksa apakah ada kebocoran udara / minyak Memeriksa apakah udara mengandung air, dilakukan dengan cara membuka katup pembuang setelah itu ditutup kembali Memeriksa kerja motor kompresor apakah normal Memeriksa apakah V-belt motor kompresor dalam keadaan baik Memeriksa apakah tidak ada kebocoran minyak pelumas kompresor

4

Indikator PMT

Indikator PMT

-

Memeriksa apakah indikator PMT tersebut sudah sesuai dengan keadaan PMT masuk/keluar

5

Lemari kontrol

Lemari kontrol

-

Memeriksa apakah pintu tersebut sudah tertutup dengan sempurna Memeriksa apakah lampu tanda penerangan dan pemanas masih normal

6

Sumber tegangan DC

Sumber tegangan DC

-

Memeriksa tegangan DC dan sekringnya untuk kumparan penutup atau pelepasan PMT, motor kompresor DC dan motor pengisi pegas DC dalam keadaan baik

7

Sumber tegangan AC

Sumber tegangan AC

-

Memeriksa tegangan AC dan sekringnya untuk alat pemanas, motor kompresor AC apakah dalam keadaan baik

Indikator pegas

-

Memeriksa indikator pegas harus selalu terisi

8 9

Isolator

-

Memeriksa apakah dalam keadaan bersih, retak atau pecah

10

Indikator tekanan udara

-

Memeriksa tekanan udara tekan dalam tengki apakah dalam kondisi normal

11

Indikator tekanan minyak

Indikator tekanan minyak

-

Memeriksa apakah tekanan minyak dalam tangki pada kondisi normal

12

Terminal utama

Terminal utama

-

Memeriksa apakah terdapat benda asing

Tabel 3.5 Jadwal pemeliharaan circuit breaker harian dan mingguan pada VCB dan OCB NO

1

PERALATAN / KOMPONEN YANG DIPERIKSA PMT dengan hampa PMT dengan media udara ( VCB ) minyak ( OCB ) Tabung hampa udara

2

3

Tangki pipa-pipa udara

4

Cara Pelaksanaan

Tabung katup pembuang minyak

-

Memeriksa apakah ada kebocoran udara

-

Memeriksa apakah ada kebocoran minyak

Indikator level minyak

-

Memeriksa tinggi permukaan minyak pada indikator tangki, bushing dan tabung isolator

Tangki pipa-pipa udara

-

Memeriksa apakah ada udara? Periksa apakah udara tersebut mengandung air dengan membuka katup pembuang

Kompresor

-

Memeriksa kerja motor kompresor apakah normal dapat bekerja secara automatik Memeriksa apakah V-belt motor kompresor dalam keadaan baik (tidak kendor/putus) Memeriksa apakah tidak ada kebocoran minyak pelumas kompresor

5

Indikator PMT

Indikator PMT

-

Memeriksa apakah indicator PMT tersebut sesuai dengan keadaan PMT masuk/keluar

6

Lemari kontrol

Lemari kontrol

-

Memeriksa apakah pintu tersebut sudah tertutup dengan sempurna Apakah gasket pintu dalam keadaan baik Memeriksa apakah lampu-lampu tanda penerangan dalam keadaan normal

-

7

Sumber tegangan DC

Sumber tegangan DC

-

Memeriksa tegangan DC dan sekringnya untuk kumparan penutup atau pelepasan PMT, motor kompresor DC dan motor pengisi pegas DC dalam keadaan baik

8

Sumber tegangan AC

Sumber tegangan AC

-

Memeriksa tegangan AC dan sekringnya untuk alat pemanas, motor kompresor AC apakah dalam keadaan baik

Isolator

-

Memeriksa apakah dalam keadaan bersih, retak atau pecah

9 10

Indikator pegas

Indikator pegas

-

Memeriksa indikator pegas harus selalu terisi

11

Indikator tekanan udara (pneumatic)

Indikator tekanan udara (pneumatic)

-

Memeriksa tekanan udara tekan (pneumatic) dalam tangki dalam kondisi normal

12

Indikator tekanan minyak

Indikator tekanan minyak

-

Memeriksa apakah tekanan minyak (hydrolis) pada tangki dalam kondisi normal

13

Terminal utama

Terminal utama

-

Memeriksa apakah terdapat benda-benda asing/kotoran

Tabel 3.6 Jadwal pemeliharaan circuit breaker per bulan pada ABB dan GCB NO

PERALATAN / KOMPONEN YANG DIPERIKSA Cara Pelaksanaan

PMT dengan udara hembus ( ABCB )

PMT dengan media gas SF6 ( GCB )

1

Counter (alat penghitung jumlah kerja) PMT

Counter (alat penghitung jumlah kerja) PMT

-

Memeriksa penunjukkan counter dan catat hasil pembacaan (sudah berapa kali kerja pemutusan PMT)

2

Terminal pentanahan

Terminal pentanahan

-

Memeriksa apakah terdapat sambungansambungan yang kendor atau panas lebih

3

Kerangka dan tangki

Kerangka dan tangki

-

Memeriksa apakah terdapat kebocoran udara Memeriksa apakah ada tanda-tanda korosi dari luar

-

Tabel 3.7 Jadwal pemeliharaan circuit breaker per bulan pada VCB dan OCB NO

PERALATAN / KOMPONEN YANG DIPERIKSA Cara Pelaksanaan

PMT dengan hampa udara ( VCB )

PMT dengan media minyak ( OCB )

1

Counter (alat penghitung jumlah kerja) PMT

Counter (alat penghitung jumlah kerja) PMT

-

Memeriksa penunjukkan counter dan catat hasil pembacaan (sudah berapa kali kerja pemutusan) PMT

2

Terminal pentanahan

Terminal pentanahan

-

Memeriksa apakah terdapat sambungansambungan yang kendor atau panas lebih

3

Kerangka dan tangki

Kerangka dan tangki

-

Memeriksa apakah terdapat kebocoran udara atau minyak Memeriksa apakah ada tanda-tanda korosi dari luar

-

Tabel 3.8 Jadwal pemeliharaan circuit breaker per tahun pada ABB dan GCB NO

PERALATAN / KOMPONEN YANG DIPERIKSA Cara Pelaksanaan

PMT dengan udara hembus ( ABCB )

PMT dengan media gas SF6 ( GCB )

1

Pondasi

Pondasi

-

Memeriksa pondasi apakah terdapat keretakan-keretakan dan perubahan kedudukan

2

Katup-katup, sumbatsumbat, pipa-pipa dan tangki

Katup-katup, sumbatsumbat, pipa-pipa dan tangki

-

Memeriksa katup-katup, sumbat-sumbat, pipa-pipa dan tangki udara atau gas yang bocor diperbaiki Memersihkan bagian dalam tangki untuk mencegah tersumbatnya katup-katup Memeriksa katup-katup pembuangan yang dapat dibuka tanpa kunci apakah masih tertutup

-

3

Lemari control peralatan listrik

Lemari control peralatan listrik

-

Memeriksa keadaan cat dan bila perlu dilakukan pengecatan

-

Memeriksa lemari control apakah terdapat bahan isolasi yang rusak (bersihkan dan perbaiki) Memeriksa dan perbaiki bila terdapat engsel, kunci/grendel, perapat dan cat pintu yang luntur kemudian dibersihkan dari debu-debu yang menempel dibagian dalam Memeriksa lampu-lampu tanda, elemenelemen pemanas dang anti bila kondisinya kurang baik Memeriksa sekring-sekring atau pemutus pada semua sumber tenaga dan rangkaian pengawatannya Memeriksa dan kencangkan semua sambungan pengawatan pada ujung terminal Memeriksa tahanan isolasi pengawatan dengan sambungan perlengkapan untuk sirkuit-sirkuit terbuka, sirkuit-sirkuit pendek dan kerusakan isolasinya

-

-

4

Isolator

Isolator

-

5

Terminal utama dan pentanahan

Terminal utama dan pentanahan

-

6

Membersihkan porselin dengan air atau carbon tetra chloride dan periksa apakah terdapat keretakan Memeriksa pada bagian-bagian yang lecet dengan laquer (mis: dengan glyptal merah Memeriksa dan keraskan bila terdapat baut/ mur yang kendor Memeriksa dan ganti baru bila terdapat kebocoran pada perapat packing yang bocor Mengkencangkan semua baut-baut penghubung terminal ke rel Memeriksa dan kencangkan bila terdapat baut-baut sambungan tanah yang kendor atau ganti jika putus

Tekanan gas SF6

-

Memeriksa tekanan gas SF6 apakah penunjukkan tekanannya rendah, bila perlu ditambah gas SF6 lagi

7

Counter (alat penghitung jumlah kerja) PMT

Counter (alat penghitung jumlah kerja) PMT

-

Memeriksa penunjukkan counter dan catat penunjukkannya berapa kali terjadinya pemutusan PMT

8

Posisi indikator

Posisi indikator

-

Memeriksa penunjukkan indikator atau tanda lainnya Memeriksa dan kencangkan bila terdapat bagian-bagian batang atau tuas-tuas yang longgar

-

9

Lemari kontrol mekanis

Lemari kontrol mekanis

-

Memeriksa kondisi metal dan bagian dari logam lainnya

10

Mekanis penggerak

Mekanis penggerak

-

Memeriksa dan perbaiki bila terdapat engsel-engsel, kunci/grendel, gasket/packing, dan cat kembali pintu yang luntur, kemudian bersihkan debu-debu yang menempel dibagian dalam

-

Memeriksa tahanan isolasi dari solenoidsolenoid katup udara dan gas dengan menggunakan meger dan bila perlu dilakukan penggantian Memeriksa dan kencangkan bila bila terdapat kontra mur dan baut yang kendor dan memberikan pelumasan pada bantalan, batang, pengungkit, poros berputar, pegas dan roda gigi (bersihkan dahulu kemudian mengganti dengan pelumas yang baru) Memeriksa kondisi kontak-kontak pada sakelar bantu dan bila perlu berikan pelumas Memeriksa posisi membuka dan menutupnya kontak-kontak sakelar bantu dengan teliti, bila perlu lakukan penyetelan

-

-

Tabel 3.9 Jadwal pemeliharaan circuit breaker per tahun pada VCB dan OCB NO

PERALATAN / KOMPONEN YANG DIPERIKSA Cara Pelaksanaan

PMT dengan hampa udara ( VCB )

PMT dengan media minyak ( OCB )

1

Pondasi

Pondasi

-

Memeriksa pondasi apakah terdapat keretakan dan perubahan kedudukan

2

Dielektrik

Dielektrik

-

Memeriksa kekuatan dielektriknya, bila tidak memenuhi syarat harus diganti

Indikator minyak

-

Membersihkan kaca indikator yang kotor beserta semua hubungan-hubungan dalam tangki atau dalam ruang pemutus tenaga

3

4

Alat pernafasan dan ventilasi

Alat pernafasan dan ventilasi

-

5

Lemari kontrol peralatan listrik

Lemari kontrol peralatan listrik

Memeriksa alat pernafasan dan ventilasi, dan pastikan dalam keadaan normal

-

Memeriksa lemari kontrol apakah terdapat bahan isolasi yang rusak, bila perlu diperbaiki atau dibersihkan Memeriksa dan perbaiki bila terdapat engsel-engsel, kunci/grendel, perapat dan cat pintu yang luntur, kemudian bersihkan debu-debu yang menempel dibagian dalam Memeriksa lampu-lampu tanda, elemenelemen pemanas dan diganti bila kondisinya sudah kurang baik Memeriksa sekring-sekring atau pemutus pada semua sumber tenaga dan rangkaian pengawatannya

-

-

-

6

Terminal utama dan pentanahan

Terminal utama dan pentanahan

-

Memeriksa dan kencangkan sambungansambungan pengawatan ujung-ujung terminal Memeriksa tahanan isolasi pengawatan dengan sambungan perlengkapan untuk sirkut-sirkuit terbuka, sirkuit-sirkuit pendek dan kerusakan isolasinya Mengkencangkan semua baut-baut penghubung terminal ke rel Memeriksa dan kencangkan bila terdapat baut-baut sambungan tanah yang kendor atau putus (ganti jika diperlukan)

7

Counter (alat hitung jumlah kerja) PMT

Counter (alat hitung jumlah kerja) PMT

-

Memeriksa dan mencatat counter berapa kali terjadi pemutusan pada PMT

8

Posisi indikator

Posisi indikator

-

Memeriksa posisi penunjukkan indikator atau tanda lainnya Memeriksa dan kencangkan bila terdapat bagian-bagian batang atau tuas-tuas yang longgar

9

Lemari kontrol mekanis

Lemari kontrol mekanis

-

10

Mekanis penggerak

Mekanis penggerak

-

-

-

Memeriksa kondisi metal dan bagian dari logam lainnya Memeriksa dan perbaiki bila terdapat engsel-engsel, kunci/grendel, gasket/packing dan cat pintu yang luntur, kemudian bersihkan dari debu-debu yang menempel dibagian dalam Memeriksa tahanan isolasi dari solenoidsolenoid katup udara dan gas dengan menggunakan meger dan bila diperlukan, lakukan penggantian Memeriksa dan kencangkan bila terdapat kontra mur/baut yang kendor dan berikan pelumasan pada bantalan, batang, pengungkit, poros berputar, pegas, dan roda gigi, bila diperlukan bersihkan dahulu kemudian ganti dengan pelumas yang baru Memeriksa kondisi kontak-kontak pada saklar bantu dan beri pelumas jika diperlukan Memeriksa posisi membuka dan menutupnya kontak-kontak saklar Bantu dengan teliti (lakukan penyetelan jika diperlukan)

Tabel 3.10 Jadwal pemeliharaan circuit breaker overhaul pada ABB dan GCB NO

PERALATAN / KOMPONEN YANG DIPERIKSA PMT dengan udara hembus ( ABCB )

1

Isolator

Cara Pelaksanaan

PMT dengan media gas SF6 ( GCB )

-

2

Ruang pemutus tenaga

-

Memeriksa kebocoran-kebocoran udara hembus pada isolator penyangga dan ruangan pemutus tenaga dengan cara mendengarkan Membersihkan bagian dalam isolator unit pemutus bantu (disconnecting unit) Memeriksa dan kencangkan bila terdapat baut-baut dan mur-mur yang kendor Memeriksa dengan teliti semua baut pengikat katup kelambatan (delay valve) apakah masih lengkap ataupun kendor Memeriksa kebocoran-kebocoran udara hembus

3

Kontak-kontak unit pemutus bantu

-

Meratakan dengan melapisi pelumas grafit (graphite grease) pada kontakkontak, jika bagian lapisan perak kontakkontak mengalami sedikit kerusakan/lecet

4

Kontak-kontak unit pemutus utama

-

Memeriksa kontak tetap, dan diganti jika terdapat keausan atau kerusakan pada permukaan kontak Memeriksa kontak bergerak, apakah gerakan ujung kontak rata Meratakan dengan melapisi pelumas grafit pada kontak-kontak jika bagian lapisan perak kontak-kontak sedikit rusak/ lecet Mengganti ujung kontak (arcing lip) jika terdapat keausan atau cacat pada ujung permukaannya

-

-

5

6

Katup penghembus (ventilasi valve), katup pelepasan (exhaust valve) dan pipa-pipa

-

Katup kelambatan (delay valve)

-

-

-

7

Silinder penutup (closing cylinder)

-

Memeriksa dan kencangkan/ganti bila terdapat baut-baut dan mur-mur dan pipapipa yang kendor/kurang Memeriksa apakah terdapat kebocoran udara hembus Memeriksa dudukan katup (valve seat) apakah terdapat kerusakan dan periksa apakah terdapat kebocoran-kebocoran udara hembus pada katup jika posisi PMT terbuka Membersihkan permukaan piston dan silinder dengan pelumas litium Melakukan pengoperasian katup kelambatan pada proses pembukaan dan penutupan PMT (harus bekerja normal) Membersihkan piston, batang piston dan dinding dalam silinder penutup dengan bensin dan lapisi dengan lapisan pelumas

-

Melumasi bantalan batang piston dengan pelumas lithium

8

Unit penggerak (operating unit)

-

Membersihkan piston-piston, engselengsel, tuas-tuas, pasak-pasak, penghisappenghisap (plunger) dan sebagainya dan lapisi dengan lapisan pelumas lithium

9

Control unit dan auxiliary switch

-

Membersihkan silinder-silinder, pistonpiston dan dinding bagian dalam silinder dan lumasi dengan minyak pelumas baru Memeriksa pasak-pasak dan kontakkontak, apakah masih lengkap Mengganti gasket-gasket yang telah rusak

10

Driving piston

-

Bersihkan piston dan dinding-dinding silinder dan beri minyal pelumas baru

11

Resistor

-

Memeriksa tahanan resistor antara kedua ujung ujungnya dengan posisi kontakkontak unit pemutus utama dalam keadaan terbuka

12

Condensor

-

Memeriksa harga isolasi antara kedua ujung-ujung dan antara ujung dengan bagian tengah kondensor Memeriksa kekuatan dielektrik dari isolasi minyak, bila tidak memenuhi syarat harus disaring atau diganti

Perapat (gasket/packing)

-

13

-

Perapat (gasket/packing)

Mengganti semua gasket/packing dengan yang baru

Tabel 3.11 Jadwal pemeliharaan circuit breaker overhaul pada VCB dan OCB NO

1

PERALATAN / KOMPONEN YANG DIPERIKSA PMT dengan hampa udara ( VCB )

PMT dengan media minyak ( OCB )

Pengatur busur api (arc control device)

Pengatur busur api (arc control device)

Cara Pelaksanaan

-

-

2

Jari-jari kontak tetap atas dan cincin busur kontak tetap

Jari-jari kontak tetap atas dan cincin busur kontak tetap

-

-

3

Jari-jari kontak tetap

Jari-jari kontak tetap

-

Memeriksa kondisi busur api kondisi busur api, setelah dikeluarkan dari dalam ruangan pemutus tenaga, dang anti jika telah melampaui batas pengikisan Membersihkan bagian dalamnya kemudian keringkan dan lumasi pengatur busur api tersebut sebelum dimasukan kembali dengan mencelupkan kedalam minyak beberapa kali Memeriksa permukaan jari-jari kontak, jika terdapat bintik-bintik yang disebabkan oleh busur api, bersihkan dengan kikir halus atau amplas Mengganti jari-jari kontak dan cincin busur kontak yang telah aus agar memperlancar gerak batang kontak bergerak Memeriksa jari-jari bila telah aus supaya

diganti 4

Ujung kontak (arcing lip)

Ujung kontak (arcing lip)

-

Memeriksa ujung kontak apakah terdapat keausan, ganti ujung kontak tersebut jika sudah banyak terkikis

5

Batang kontak bergerak/batang pengangkat

Batang kontak bergerak/batang pengangkat

-

Memeriksa batang kontak bergerak, apakah kendor atau melengkung dan perbaiki seperlunya serta bersihkan. Memeriksa kelengkapan semua peralatan bantu

6

Batang penggerak poros-poros engkol

Batang penggerak poros-poros engkol

-

Memeriksa batang penggerak apakah kendor atau bengkok, perbaiki seperlunya dan bersihkan Memeriksa kontra mur-baut, kunci-kunci dan bantalan-bantalan yang kendor

7

Dashpot

Dashpot

-

Memeriksa apakah selingnya sesuai dan atur seperlunya. Bersihkan dan cairan dalam daspot cairan

8

Pegas-pegas penekan kontak

Pegas-pegas penekan kontak

-

Memeriksa sifat kumparan pegas-pegas apakah dalam keadaan baik

9

Media pemadaman busur api

Media pemadaman busur api

-

Memeriksa kekuatan dielektriknya, bila tidak memenuhi syarat harus diganti

10

Perapat (gasket/packing)

Perapat (gasket/packing)

-

Mengganti semua gasket/packing dengan yang baru

BAB IV ANALISIS TEKNO EKONOMIS PEMILIHAN PEMUTUS TENAGA 150/20 KV G I GANDUL 4.1

ANALISIS SECARA TEKNIS

Dalam menganalisa dari masing-masing jenis circuit breaker pada tegangan 150/20 kV dilakukan dengan metode perbandingan. Adapun analisa yang meliputi penelitian dan perhitungan yang erat hubungannya dengan mediator masing-masing circuit breaker sebagai pemadaman busur api. 4.1.1

Metode Perbandingan

Adapun cara yang digunakan dalam perbandingan atau penelitian, mula-mula diadakan survey dari beberapa macam circuit breaker berdasarkan pada media pemadaman busur api yang ada di GI Gandul. CB-CB tersebut dipasang pada trafo 150/20 kV, dan untuk sistem pemutus tenaga dengan gas SF6 (GCB) ada yang dipasang pada trafo 150/70 kV. Dari sini didapatkan sistem pemadaman yang handal khususnya pada tegangan menengah 20kV. Hal ini diperkuat dengan tabel gangguan yang terjadi pada transmisi Jakarta Selatan (table 4.2). 4.1.2

Analisa Arus Hubung Singkat (Short Time Current)

Berdasarkan persamaan-persamaan pada bab sebelumnya, maka yang memungkinkan untuk mendapatkan hasil yang maksimal, arus hubung singkat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.3), dimana untuk; θ2 adalah batas temperatur tertinggi yang diberikan (50OC), dan θ1 adalah temperatur yang terdapat pada material (40OC),didapat: θ = 50OC – 40OC = 10OC Perhitungan tahanan konduktor/kontak adalah dengan menggunakan persamaan (3.4), dengan tahanan jenis (ρ = 100 Ωmm2/km) dan panjang (l = 0,5 km), sedangkan luas penampang untuk masing-masing CB diberikan sebagai berikut: A = 78,54 mm2 (gas SF6), A = 706,9 mm2 (vacuum), dan A = 914, 7 mm2 (minyak)

maka didapat: =

100 mm 2 /km . 0,5 km = 0,636 Ω 78,54 mm2

R vacum =

100 mm 2 /km . 0,5 km = 0,071 Ω 706,9 mm2

R

100 mm 2 /km . 0,5 km = 0,055 Ω 914,7 mm2

R

gas SF6

minyak

=

Untuk menghitung efisiensi thermis digunakan persamaan (3.5), dimana: a. Panas yang diberikan pada bahan kontak = 30OC, b. Panas yang ditimbulkan = 20OC, didapat: O n = 30 O C = 1,5 20 C

Dengan demikian, arus hubung singkat dapat ditentukan dengan persamaan (3.6), sebagai berikut: a. Pemutus tenaga gas SF6, dimana: M = 0,699 kg/m

θ = 10OC

S = 40 cal/gr/detik

t = 1 detik

R = 0,636 Ω

n = 1,5

didapat: I=

0,699 kg/m . 10 OC . 40 cal/gr/detik = 34,9 A 0,24 . 0,636 Ω . 1 detik . 1,5

b. Pemutus tenaga vacuum, dimana: M = 1,330 kg/m

θ = 10OC

S = 40 cal/gr/detik

t = 1 detik

R = 0,071 Ω

n = 1,5

didapat: I=

1,330 kg/m . 10 OC . 40 cal/gr/detik = 144,3 A 0,24 . 0,071 Ω . 1 detik . 1,5

c. Pemutus tenaga minyak, dimana: M = 1,512 kg/m

θ = 10OC

S = 40 cal/gr/detik

t = 1 detik

R = 0,055 Ω

n = 1,5

didapat: I=

4.1.3

1,512 kg/m . 10 OC . 40 cal/gr/detik = 174,8 A 0,24 . 0,055 Ω . 1 detik . 1,5

Analisa Waktu Hubung Singkat

Waktu hubung singkat pemutus tenaga dapat ditentukan dengan persamaan (3.7), sebagai berikut: a. Pemutus tenaga gas SF6, dimana: K = Konstanta (0,0113) A = 78,54 mm2 I = 34,9 A didapat: 2 2 mm 2 = 0,00065 detik t = 0,0113 . 78,54 34,9 2 A

b. Pemutus tenaga vacuum, dimana: 2 2 mm 2 = 0,0031 detik t = 0,0113 . 706,9 144,3 2 A

c. Pemutus tenaga minyak, dimana: 2 2 mm 2 = 0,0035 detik t = 0,0113 . 914,7 174,8 2 A

4.1.4

Perhitungan Trip Circuit Breaker Yang Harus Direvisi

Seperti yang telah dijelaskan pada bab tiga bahwa jadwal pemeliharaan yang baik dan tepat akan memperpanjang umur dari circuit breaker. Dengan data teknik yang diperoleh dari masing-masing CB, maka jumlah trip (n) dapat dihitung seperti pada tabel 4.1[10/11]:

Tabel 4.1 Data teknik pada masing-masing CB untuk menghitung jumlah trip (n) Parameter

Jenis Circuit Breaker GCB 170 kV Trafo III 150/20 kV (GI Gandul) 10,1 %

OCB 20 kV Trafo I 150/20 kV (feeder nenek) 12,5 %

VCB 20 kV Trafo II 150/20 kV (feeder bayu) 12,5 %

ABCB 150 kV Trafo I 150/70 kV

HPL 170 A1

HKK 24/1220

Nissin

Voltage Arus nominal Breaking current Sym / Asym Frekuensi Fasa

170 kV 4000 A

24 kV 1250 A

GVB-P/2000-1000 /20 MF 24 kV 2000A 40 kA

12,5 kA

50 Hz 3Φ

20/22 kA 50 Hz 3Φ

50 Hz 3Φ

50 Hz 3Φ

Sistem mekanik Tahun operasi Rated voltage Rated breaking capacity Cycle Breaking capacity Short circuit bus Pada trafo 60 MVA Jumlah trip (n) yang harus direvisi

Pegas

Pegas

Pegas

Pegas

2003 s/d sekarang

1983 s/d 2003

2003 s/d sekarang

1983 s/d 2003

170 kV

24 kV

24 kV

24 kV

3 11764 MVA

3 913,44 MVA

3 920 MVA

3 3633 MVA

20 kV

20 kV

20 kV

20 kV

450,68 MVA

450,68 MVA

450,68 MVA

450,68 MVA

Dipasang pada X (impedansi) Type

4.1.5

63 kA

9,98 %

24 kV 800 A

63 kA

5000 450,68 11764 x 1,2 = 2921,80 kali ≈ 2922 kali

n=

300 (

1,5

)

1500 450,68 913,44 x 1,2 = 18,96 kali ≈ 19 kali

n=

300 (

1,5

)

20000 450,68 300 ( 920 x 1,2 = 255,59 kali ≈ 256 kali

n=

1,5

)

4500 450,68 300 ( 3633 x 1,2 = 551,4 kali ≈ 552 kali

n=

Perbandingan Prinsip Pemutusan Arus

Dari pembahasan sebelumnya telah diketahui bahwa walaupun sama-sama dapat di andalkan teknologi pemutusan arusnya dengan prinsip pemadaman sendiri (self extinguishing), tetapi cara kerjanya tidak sama. Pada ABCB dengan media udara hembus arus pemutusan akan diberikan pada katup listrik, sehingga katup yang lebih rendah akan terbuka untuk mengirimkan udara kontrol pada katup udara transfer. Saat katup relai bekerja, hingga operasi udara dimana setiap pemutusan mengakibatkan tekanan, sehingga kapasitas pemutusan tidak ditentukan tekanan nominal tetapi oleh tekanan didalam ruang pemadaman saat busur api telah dipadamkan.

1,5

)

Untuk OCB pada saat terjadi gangguan, kotak CB yang direndam dalam minyak akan membuka sehingga terjadi busur api. Sedangkan pada GCB sangat cocok untuk proses pemadaman api sendiri, masalahnya hanya pada bagaimana memanfaatkannya. Busur api dipadamkan dengan memindahkan panasnya ke media dan disembur dengan menggunakan prinsip penekanan sendiri (self pressuresing). Sedangkan untuk VCB dengan media vacuum yang tidak memiliki elektron bebas, sehingga busur api yang terjadi merupakan penguapan dari bahan kontak. Seiring dengan turunnya arus, uap logam semakin sedikit dan padam ketika nol arus tercapai. Kendala yang harus diatasi dalam pemilihan bahan dan bentuk kotak, bahan kontak yang baik adalah yang bisa menahan panas, sedangkan untuk bentuk kotak yang cocok adalah yang bisa menghindari pemusatan titik busur api pada arus besar. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa GCB lebih menguntungkan karena medianya secara aktif memadamkan busur api dengan mendinginkan maksimum. Kontak-kontaknya mampu menahan arus yang besar dan bisa dioperasikan sampai system jaringan listrik ekstra tinggi. Sedangkan VCB, media pemadaman busur api secara pasif dan dengan pendinginan minimum sehingga kemampuan kontak terbatas dan hanya cocok dioperasikan sampai tegangan tinggi. Untuk OCB, sistem pemadaman tidak efektif karena sering terjadi trip, maka sering pula minyaknya diganti, sedangkan ABCB sebenarnya bisa digunakan sampai tegangan ekstra tinggi, tetapi sistemnya terlalu berbelit-belit disebabkan terlalu banyaknya komponen-komponen pendukung sehingga tidak efisien. 4.1.6

Kekuatan Mekanik

Dalam praktek hal-hal yang perlu mendapat perhatian dalam mengevaluasi sebuah CB adalah keandalannya. Keandalan suatu bagian dari peralatan dapat dilihat dari waktu rata-rata operasinya. Perbandingan antara OCB, ABCB, GCB dan VCB dalam hal mekanisme operasinya dapat dianggap sama, tetapi pada pemutusannya terdapat segi perbedaan. Jumlah bagian yang bergerak dan pemutus biasanya lebih banyak pada ABCB daripada lainnya. Tetapi perbandingan analistis dari keandalan berdasarkan bagian-bagian yang bergerak ini tidak bisa dilakukan karena CB-CB ini dirakit dari komponen-komponen yang sama sekali berbeda dan disesuaikan dengan media yang digunakan. Keunggulan CB-CB tergantung pada banyak factor termasuk dimensi perawatan, desain dasar, bahan dasar, metode pembuatan, dan kualitas prosedur control. Test daya tahan dan umur CB

dapat memberikan dasar sebagai perbandingan. Lagi pula pengalaman-pengalaman pelayanan yang cukup dari CB-CB tersebut telah memungkinkan untuk perbandingan praktis. 4.1.7

Umur Circuit Breaker

Umur pakai CB dapat dilihat dari jumlah operasi dalam mengatasi gangguan arus hubung singkat, jadi ini sudah termasuk dari perawatan seperti terlihat pada tabel 4.1. Untuk OCB dilihat dari jumlah trip atau besar arus gangguan akan menyebabkan minyak menjadi hitam. Sedangkan ABCB, tergantung pada kondisi komponennya seperti kebocoran tekanan udara, saluran pengatur udara dan kontak geraknya yang disebabkan karena terbakar, kerusakan pada karet seal dan lain-lain. Untuk GCB, tergantung pada kondisi tekanan gasnya dan VCB tergantung dari vacuumnya. Dari sini dapat disimpulkan bahwa VCB lebih lama umurnya karena tekanan switchingnya sangat rendah. Selain itu, VCB dirancang tertutup selamanya sehingga bila umur pemakaiannya telah terlampaui, maka tabung interlupnya harus diganti dengan yang baru. Untuk CB-CB yang lain masih bisa diganti dan diperiksa medianya. Perlu diketahui bahwa perbandingan umur pakai masing-masing CB ini hanya berlaku pada jaringan listrik tegangan menengah. 4.2

ANALISIS SECARA EKONOMIS

Pada umumnya yang menjadikan pemilihan pemakaian pemutus tenaga dari segi ekonomis berdasarkan faktor-faktor dibawah ini: a. Faktor biaya perawatan dan pemeriksaan. b. Faktor kerugian energi yang tak terjual. c. Faktor biaya instalasi. Tinjauan dari evaluasi dan analisa faktor-faktor tersebut adalah untuk mendapatkan pemakaian CB dengan pengeluaran yang ekonomis tetapi menghasilkan prestasi yang optimal sehingga akan dicapai tingkat efisien yang tinggi. 4.2.1

Perawatan Dari Masing-Masing CB

Untuk perawatan disini hanya terbatas pada perawatan luar dari masing-masing pemutus tenaga 20/150 kV yang terdapat di GI Gandul. Perawatan disini sudah termasuk biaya

operasi dalam arti pada saat beroperasi diperlukan teknisi. Adapun keperluan-keperluan untuk perawatan beserta pengoperasian adalah: a. Biaya transportasi (termasuk bahan bakar) b. Vaselin tak berasam c. Minyak pelumas d. Kertas gosok e. Kuas dan kain lap f. Uang makan + lembur pemeliharaan teknik antara 4-6 orang (jika harus) Dengan total biaya yang dikeluarkan sebesar Rp. 401.250,Untuk mendapatkan biaya pemeriksaan per bulan, harus diketahui perkiraan gaji dan jumlah operator serta jumlah CB yang terdapat pada tiap-tiap Bay yang ada pada GI Gandul. Gaji rata-rata setiap operator berkisar Rp. 2.366.700,- dan jumlah operator yang melakukan pemeriksaan serta pemeliharaan adalah 8 orang dengan gaji total per bulan Rp. 18.933.600 (X) dan jumlah CB adalah 38 buah (Y), jadi biaya pemeriksaan : X = 18.933.600 = Rp. 498.252,63 Y 38 Sedangkan untuk biaya perawatan dari masing-masing CB dalam arti pergantian suku cadang ditinjau dari perhitungan n kali trip bisa diketahui bahwa OCB yang paling mahal. Karena waktu operasinya yang lebih banyak dibandingkan dengan CB lainnya pada tegangan 20 kV. Untuk GCB dan VCB seperti yang ditulis pada bab 4.1.4 mempunyai umur yang lebih lama sehingga jika umurnya sudah melampaui batas harus diganti yang baru. Tabel 4.2 Biaya penggantian peralatan OCB 20 kV Trafo III 60 MVA bulan Maret 2000 Nama Peralatan

Jumlah

Kenal NP-14 Kawat las RB 26 Resibon hand step Resibon cutter Mur / baut ½ “x3” Bambu Kayu 6 x 12 Plastik 90 cm Minyak Diala B

2 ljr 5 kg 1 bh 1 bh 8 bh 1 ljr 4 bh 6m 418 ltr Total

Harga Rp 247.000 8.600 32.500 37.500 1.250 15.000 33.500 4.500 8.450

Rincian Rp 494.000 43.000 32.500 37.500 10.000 15.000 134.000 27.000 3.532.100 4.325.100

4.2.2

Kerugian Energi Listrik Akibat Gangguan

Pada saat gangguan masing-masing CB perbedaan waktu yang menyebabkan kerugian beban. Dari tabel 4.3 dibawah ini, diperlihatkan CB-CB yang mengalami gangguan untuk menghitung energi yang tak tersalurkan. Tabel 4.3 Waktu gangguan pada CB 20 kV Waktu kejadian Tanggal Jam 1 Maret 2000 03.51 1 Maret 2000 16.27 3 Maret 2000 18.17

Bagian yang terganggu GCB 20 KV Siput GCB 20 KV Abang VCB 20 KV Nenek

Normal kembali Lama pemadaman (Jam) (menit) 7 03.58 1 16.27 9 19.46

Dari tabel 4.3, energi yang tak tersalurkan selama gangguan dapat dihitung dengan menggunakan dengan menggunakan persamaan: P =

E . I . √3 . T . cos φ 60

dimana: t

: waktu selama pemadaman

I

: arus sebelum gangguan

cos φ : faktor daya pada GI Gandul E

: besar tegangan CB

a. GCB 20 kV yang dipasang pada feeder Siput ( I = 40 A, t = 7, E = 20 kV, dan cos φ = 0,81 ), diperoleh: P =

20 . 40 . √3 . 7 . 0,81 = 130,94 kwh 60

b. GCB 20 kV yang dipasang pada feeder Abang ( I = 60 A, t = 1, E = 20 kV, dan cos φ = 0,81), diperoleh: P =

20 . 60 . √3 . 1 . 0,81 = 20,06 kwh 60

c. VCB 20 kV yang dipasang pada feeder Nenek ( I = 270 A, t = 9 A., E = 20 kV, dan cos φ = 0,81), diperoleh: P =

20 . 270 . √3 . 9 . 0,81 = 1136, 4 kwh 60

Dari perhitungan beban yang hilang, maka kerugian waktu gangguan masing-masing circuit breaker dapat diketahui. Kerugian finansial dapat dihitung dengan berdasarkan pada tarif PLN pada tahun 2000, yaitu sebesar = Rp. 279,69 a. Untuk GCB 20 kV = 130,94 x 279,69 = Rp. 36.622,6086 ≈ Rp. 36.623,b. Untuk GCB 20 kV = 20,06 x 279,69 = Rp. 5.610,5814 ≈ Rp. 5.611,c. Untuk VCB 20 kV = 1136,4 x 279,69 = Rp. 317.839,716 ≈ Rp. 317.840,Jadi kerugian finansial karena energi listrik yang tak tersalurkan akibat adanya gangguan dari masing-masing circuit breaker dapat diketahui serta circuit breaker mana yang menunjukan paling besar kerugiannya. 4.2.3

Biaya Instalasi

Biaya instalasi ini juga termasuk faktor yang menentukan keekonomisan dari masingmasing circuit breaker. Dari sini akan bisa diketahui circuit breaker yang dipilih jika analisis dari harga barang serta biaya pemasangan. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada tabel 4.4. Tabel 4.4 Harga barang dari masing-masing CB Uraian OCB ABB VCB GCB

Harga Rp. 20.600.000,Rp. 44.570.000,Rp. 67.800.000,Rp. 77.500.000,-

Diketahui biaya pemasangan diambil 23 % dari harga barang, maka biaya total menjadi seperti pada tabel 4.5. Tabel 4.5 Harga barang dan biaya pemasangan Uraian OCB ABB VCB GCB

Biaya Rp. 25.338.000,Rp. 54.821.000,Rp. 83.394.000,Rp. 95.325.000,-

Dari perhitungan biaya pemasangan serta harga dari masing-masing circuit breaker dapat diketahui dari perbandingan macam-macam CB. Yang mana perhitungan diatas menunjukkan GCB mempunyai biaya instalasi tertinggi sedangkan biaya yang terendah adalah OCB.

BAB V PENUTUP 5.1

KESIMPULAN

Dari pembahasan pada bab-bab sebelumnya, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut: a. GCB 20 kV dan VCB 20 kV yang telah menerapkan prinsip pemadaman sendiri, ternyata sistem aliran gas/uap logam lebih sederhana dan tidak perlu dikompresi, sehingga energi yang dibutuhkan hanya terbatas pada pergerakan mekanisme operasi dan ruang/dimensi yang dibutuhkan lebih kecil dibandingkan CB-CB lainnya. b. Konstruksi yang sederhana dan rapat dari GCB 20 kV dan VCB 20 kV memberikan keuntungan-keuntungan tersendiri dalam perawatan dan pemeliharaan yang minimal, serta tidak terjadi polusi ke atmosfir dari sisa pemadaman busur api. c. Karena keterbatasan dari kemampuan kontak-kontak VCB menahan panas (karena pendinginan yang minimum), maka VCB cocok dioperasikan sampai tegangan tinggi sedangkan GCB mampu dioperasikan sampai tegangan ekstra tinggi. d. Biaya perawatan VCB 20 kV dan GCB 20 kV lebih murah dibandingkan dengan OCB dan ABCB, karena timbulnya kerusakan lebih sedikit. e. Meskipun biaya perawatan OCB 20 kV lebih mahal, tetapi harga medianya (minyak) cukup murah, sehingga menjadi salah satu faktor yang menyebabkan OCB masih dioperasikan pada GI Gandul 500 kV. f. Kerugian energi listrik akibat gangguan VCB 20 kV lebih banyak kerugiannya, dikarenakan selang waktu antara kejadian dengan waktu normal sangat lama. g. Untuk biaya instalasi GCB lebih mahal dibandingkan dengan CB-CB lainnya. Tetapi mengingat kemampuan GCB dalam memadamkan busur api sangat cocok untuk proses pemadaman sendiri, sehingga bisa dioperasikan sampai jaringan listrik ekstra tinggi. 5.2

SARAN

Saran yang dapat diberikan adalah: a. Dengan selisih harga beli serta biaya instalasi yang tidak jauh berbeda antara GCB dengan VCB, maka akan lebih hemat jika untuk semua feeder dipasang GCB

dengan alasan biaya perawatan serta kerugian akibat terjadinya gangguan lebih kecil. b. Untuk lebih memaksimalkan penggunaan semua CB yang terpasang, maka jumlah operator yang melakukan pemeriksaan serta perawatan harus ditambah, mengingat kerugian yang ditimbulkan tergantung dari kecepatan operator melakukan perbaikan. c. Semua peralatan yang tidak habis terpakai dan selalu dibutuhkan dalam perawatan dan perbaikan, sebaiknya disimpan agar biaya yang dikeluarkan tidak terlalu besar.

DAFTAR PUSTAKA

[1] ANSI/IEEE std 242, “Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems”, 1986. [2] Arismunandar, A., “Teknik Tenaga Listrik II”, Paramita, Jakarta, 1982. [3] Aaron, D., Deutchman., Walter, J Michels., Charles, E Wilson., “Machine Design Theory and Practise”. [4] Hilal, H., “Analisa Sistem Tenaga Listrik”, UMB, Jakarta, 2005 [5] Lamma, M. “Peralatan Tegangan Tinggi”, UMB, Jakarta, 2005. [6] Ravindranath, B., and Chander, M., “Power System Protection and Switchgear”, 1983 [7] Sunil, S., Switchgear and Protection”, New Delhi, 1980. [8] --------------------, “Buku Kuning PLN Gandul”. [9] --------------------, “Buku Petunjuk Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Untuk Pemutus Tenaga”, PLN Pusat 1989. [10] --------------------, “Data Teknik Gardu Induk Gandul”. [11] --------------------, “Manual Book Circuit Breaker”.

KEMANG I

CIMANGGIS

KA BEL 2 C D L 1x800m m C A P 1100 A

In: 920 A

C ON D U KTOR 2 GA N N ET 2 X 392,84 m m C A P 2x805 A

II

In: 920 A

LA 1 5 0 /0 .1 /V 3

1 0 0 0 - 2 0 0 0 /5 A

1 0 0 0 - 2 0 0 0/5 A

LA

WT

1 5 0/0 . 1 /V 3

WT

WT

WT

1600A

2000A

LA 1 5 0 /0. 1 /V 3

1 6 0 0A

1 6 0 0A

5 0 0 - 1 0 0 0/5 - 5 A

5 0 0 - 1 0 0 0 /5-5 A

II

In: 1230 A

LA 1 5 0/0 . 1 /V 3

1600A 3150A

I

In: 1230 A

5 0 0 - 1 0 0 0 /5A

3 1 5 0A

5 0 0 - 1 0 0 0 /5 A

3 1 5 0A

3150A

2000A 1 5 0 /0 .1 /V 3

1 5 0/0 . 1 /V3

1 6 0 0A

2 5 0 0A

2500A

I

1600A

2 0 0 0A

II 1 6 0 0A

1600A

2 0 0 0A

1 6 0 0A

3150A

3 0 0 /5 A

2 0 0 0 /5 A

In: 1732 A

TRAFO 2 150/20 kV 60 MVA YNyn0 12 Ω

20000/100V /100V

TRF PS 1

2000 / 5A 2000 / 5A

2000 / 5A

2000A

2000A

2 0 0 0A

3150A

2 0 0 0 /5 A

2 0 0 0/5 A

WT

WT

LA

LA

1 5 0 /0 .1 /V 3

LA

TRAFO 3 150/20 kV 60 MVA YNyn0

LA

1 5 0/0 . 1 /V 3

12 Ω

In: 1650 A

I

In: 1650 A

II

C ON D U KTOR 2 D R A KE 2 X 468,45 m m C A P 2x900 A

CAWANG

In: 1650 A

In: 1650 A

II

C ON D U KTOR 2 D R A KE 2 X 468,45 m m C A P 2x900 A

PETUKANGAN

2 0 0 0 A /5 A

2 0 0 0A/5 A

LA

WT

1 5 0 /0 .1 /V 3

3150A

3150A

3 0 0 /5 A

1600A

WT

2500A

2 5 0 0A

3 1 5 0A

2 0 0 0/5 A

In: 1732 A 20000/ 100V /100V

2000 / 5A

3150A

1600A

1 6 0 0A

1600A

1 5 0 /0 . 1/V 3

12 Ω

1 6 0 0A

1 6 0 0A

LA

TRAFO 1 150 /20 kV 60 MVA YNyn0

3150A

3150A

3 0 0 /5 A

LA

1600A

1 6 0 0A

I

150 KV

1 5 0/0 . 1 /V3

LA

LA

1 5 0 /0 .1 /V 3

In: 1732 A

In: 1718 A

In: 1718 A

IBT 1

IBT 2

500 /150 /66 kV 500 MVA YNyn0d1

500/150/66 kV 500 MVA YNyn0d1

2 0 0 0A

20KV REL II ( 2A ) 20KV REL I ( 1A )

A

20KV REL I ( 1 B )

B

20KV REL II ( 2 B ) 2000A 2000A

TRF PS 2

2000 / 5A 20000/ 100V/ 100V

PT. PLN (PERSERO) P3B REGION JAKARTA DAN BANTEN UPT JAKARTA SELATAN

GI. GANDUL DIGAMBAR

TANGGAL

DIPERIKSA

DIKETAHUI

ABUNJANI 24 AGUSTUS 2005 FP. MONGDONG TRINO ERWIN

BUS A

TRAFO 150/20kV 60MVA

GI SERPONG 150kV

GITET SURALAYA 500kV

K ET ER A N GA N : SUTET 500kV :

R E L II

TRAFO 150/20kV 60MVA

GI PETUKANGAN 150kV

BUS B

BUS B

REL I

TRAFO 150/20kV 60MVA

GIS KEMANG 150kV

GIS KEMBANGAN 500kV

R E L II

R E L II

FUTURE

IBT 2 500 /150 kV 500MVA

T 133

IBT 1 500 /150kV 500MVA II

REL I R E L II

CONDUCTOR ACSR 298,07mm 2 KAP. 640 Amp 2,70 KM S

KABEL CDL 1 X 800mm 2 KAP. 920 Amp 11,38 KM S

TRAFO 150 /20kV 60MVA

BUS A

CONDUCTOR 2 DOVE 4 X 328,05mm KAP . 4 X 715 Amp 110,897 KM S II

CONDUCTOR DRAKE 2 X 468mm2 KAP. 1800 Amp 16,45 KM S

RE L I

II

R E L II

:

SUTR <20kV

:

BATASAN KERJA

:

CONDUCTOR 2 ACSR 298,07mm KAP. 640 Amp 12,90 KM S

I

TRAFO 150 /20kV 60MVA

FUTURE

GI LEGOK 150kV

I

REL I R E L II

I

GITET GANDUL 500kV BUS B I I

GITET CIBINONG 500kV

BUS A

:

SUTT 70kV

CONDUCTOR 2 ZEBRA 2 X 468,45mm KAP. 2 X 1623 Amp 6,30 KM S II

TRAFO 150/20kV 60MVA

BUS B

:

SKTT 150 kV

TRAFO 150 /20kV 60MVA

GI BINTARO 150kV

BUS A

GI GANDUL 150kV

CONDUCTOR ACSR 298,07mm 2 KAP. 640 Amp 15,90 KM S

KE GI DURI KOSAMBI 150kV

REL I

FUTURE

CONDUCTOR GANNET 4 X 392,67mm2 KAP . 4 X 805 Amp 30,14 KM S I

SUTT 150 kV REL I

II

I

CONDUCTOR 2 DOVE 4 X 328,05mm KAP . 4 X 715 Amp 21,271 KM S

GI CIBINONG 150kV

II

CONDUCTOR DRAKE 2 X 468mm2 KAP. 1800 Amp 13,80 KM S II REL I

GI CIMANGGIS 150kV

REL I

CONDUCTOR GANET 2 X 392,44mm 2 KAP. 1610 Amp 13,80 KM S

GI DEPOK 70kV

R E L II

TRAFO 150/20kV 60MVA

CONDUCTOR CU 70mm 2 KAP. 330 Amp 11,2 KM S I

CONDUCTOR 2 ZEBRA 2 X 468,45mm KAP. 2 X 1623 Amp 8,70 KM S I

TRAFO 70/20kV 30MVA

RE L I

II

GI LENGKONG 150kV

R E L II

KE GI KEDUNG BADAK 70kV II

R E L II

CONDUCTOR DRAKE 2 X 468mm 2 KAP. 1800 Amp 4,50 KM S I

GI CAWANG 150kV

PT. PLN (PERSERO ) P3B REGION JAKARTA DAN BANTEN UNIT PELAYANAN TRANSM ISI JAKARTA SELATAN

GI CAWANG 70kV

WILAYAH KERJA UNIT PELAYANAN TRANSMISI JAKARTA SELATAN

II

DIGAMBAR

TANGGAL

DIPERIKSA

DISETUJUI

RMT

5 SEPTEM BER 2005

F.P. MONGDONG

TRINO ERWIN