BAB II GAS INSULATED SWITCHGEAR ( GIS )
2.1
SEJARAH GIS GIS yang sekarang telah menggunakan Gas SF6 ( Sulfur Hexafluoride )
sebagai media isolasi, menjadikannya sebagai sebuah teknologi yang maju dan telah banyak dipakai di banyak gardu untuk melayani kebutuhan listrik dimulai tahun 1960. Pada awalnya GIS merupakan sebuah konsep dari “ ruang yang tertutup ” oleh bahan logam pada tahun 1920 dimana minyak digunakan sebagai bahan isolasi di dalamnya. Kemudian pada tahun 1930-an, digunakanlah gas untuk pertama kalinya sebagai media isolasi , dimana Freon merupakan gas pertama yang dipakai saat itu . Dengan munculnya teknologi untuk menghasilkan Gas SF6, maka digunakanlah gas SF6 sebagai media untuk mengisolasi sistem tegangan tinggi pada GIS, yang kemudian mulai diperkenalkan ke pasaran pada tahun 1968 sebagai pemadam busur api dan media isolasi. Tonggak sejarah yang kemudian membuat semakin berkembangnya teknologi GIS adalah pemasangan gardu 550 kV GIS di Kanada dengan kapasitas pemutusan tertinggi yang pernah dicapai senilai 100 kA. Kemudian adanya gardu 765 kV GIS di Afrika Selatan dan bahkan baru – baru ini adanya gardu 1000 kV GIS di Jepang. Konsistensi dari penelitian, pembangunan, serta upaya yang inovatif membuat teknologi ini berkembang pesat dengan diciptakannya GIS yang bentuk nya semakin terpadu dan dioptimalkan secara keseluruhan. GIS biasanya didesain modular ( dapat dirakit perbagian ) dan sudah diisi dengan SF6 dengan kuantitas yang minimum per bagian ( compartment ). Sejak awal penerapannya, GIS telah
4 Universitas Sumatera Utara
mengalami perkembangan yang sangat pesat, dengan perkiraan 80.000 bay yang ada sekarang dan pertambahannya kemudian diperkirakan mencapai 6.000 bay pertahun. Kunci keberhasilan teknologi GIS adalah dari desainnya yang dibuat semakin terpadu, ketahanan GIS terhadap lingkungan sekitarnya, keandalan, serta mudah dipahami dan didokumentasikan. Pada saat sekarang ini dimana penilaian terhadap modal sebuah proyek didasarkan pada biaya total dari keseluruhan umur peralatan, menjadikan GIS bisa menjadi solusi yang lebih baik jika dibandingkan dengan AIS ( Air Insulated Switchgear ).
2.2
KOMPONEN - KOMPONEN GIS GIS memiliki berbagai macam komponen dimana komponen – komponen
tersebut memiliki fungsi dan tugas masing – masing dalam kerja GIS . Beberapa komponen umum yang ada pada GIS antara lain adalah : a.
Pemutus Tenaga ( Circuit breaker )
b.
Saklar Pemisah ( Disconnecting switch )
c.
Saklar Pembumian ( Earthing switch )
d.
Trafo arus (Current transformer )
e.
Trafo Tegangan (Voltage transformer )
f.
Rel Daya (Busbar )
g.
Sambungan kabel (Cable connection )
h.
Panel control (Control panel )
5 Universitas Sumatera Utara
a. Pemutus Tenaga Adalah alat pemutus arus listrik pada rangkaian yang dibuat untuk melindungi sistem dari kerusakan akibat beban lebih ataupun hubung singkat. Tidak seperti sekering, pemutus tenaga dapat di-set ulang baik secara manual ataupun otomatis untuk mengalirkan arus listrik. Pemutus tenaga dapat digerakkan dengan cara manual ataupun dengan mekanisme penggerak seperti motor, spring, pneumatik dan hidrolik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1
Gambar 2.1 Pemutus Tenaga pada GIS dengan penggerak motor b. Saklar Pemisah Adalah alat pengamanan yang digunakan untuk memisahkan peralatan yang ada di gardu dari arus dan tegangan yang ada pada jaringan listrik, sehingga dapat dilakukan pemeriksaan atau perawatan pada gardu oleh operator dalam keadaan aman, dimana
saklar pemisah baru dapat
dioperasikan setelah pemutus tenaga pada kondisi terbuka, seperti yang ditunjukkan Gambar 2.2
Gambar 2.2 Saklar Pemisah pada GIS 6 Universitas Sumatera Utara
c. Saklar Pembumian Adalah alat pengaman yang digunakan untuk membumikan peralatan peralatan gardu induk selama proses perbaikan atau perawatan sehingga arus sisa yang masih ada di dalam peralatan gardu disalurkan ke bumi untuk menjaga keselamatan operator. Saklar pembumian hanya dapat dioperasikan apabila saklar pemisah sudah dalam kondisi terbuka seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.3 dibawah ini
Gambar 2.3 Saklar pembumian pada GIS d. Trafo Arus Adalah peralatan yang digunakan untuk mengukur arus pada jaringan listrik gardu dimana Trafo Arus dapat digunakan sebagai peralatan pengukuran maupun proteksi, seperti pada Gambar 2.4
Gambar 2.4 Current transformer pada GIS
7 Universitas Sumatera Utara
e. Trafo Tegangan Merupakan peralatan yang digunakan untuk mengukur tegangan pada jaringan listrik gardu dimana Trafo Tegangan dapat digunakan untuk pengukuran dan proteksi serta digunakan sebagai penyuplai tegangan pada peralatan relay proteksi yang ada pada gardu seperti telihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Trafo Tegangan pada GIS f. Rel Daya Merupakan bagian dari GIS sebagai titik pertemuan atau penghubung dengan transformator – transformator tenaga seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Rel Daya pada GIS
8 Universitas Sumatera Utara
GIS dapat dibedakan dalam beberapa klasifikasi umum yaitu : A. Berdasarkan jumlah fasa per tabung, yaitu GIS dengan satu fasa per tabung atau GIS dengan tiga fasa per tabung. B. Berdasarkan lokasi instalasi, yaitu GIS dengan instalasi indoor atau GIS dengan instalasi outdoor dan GIS bergerak ( mobile ). C. Berdasarkan jenis penggerak, yaitu penggerak motor, hydraulic, pneumatic, dan spring.
2.3
DIAGRAM SATU GARIS GARDU INDUK GIS 150Kv GLUGUR MEDAN
Gambar 2.7 Diagram satu garis Gardu Induk GIS 150kV Glugur Medan
9 Universitas Sumatera Utara
2.4
PARAMETER TERUKUR DARI GIS Pada GIS terdapat beberapa parameter yang dapat diukur, meliputi kondisi
fisik isolasi gas SF6 dan fenomena listrik berupa partial discharge, untuk kondisi fisik isolasi gas SF6 dapat dipengaruhi oleh beberapa hal berikut : a.
Tekanan ( pressure )
b.
Kemurnian ( purity )
c.
Titik embun ( dew point )
d.
Produk hasil dekomposisi ( decomposition product )
e.
Suhu lingkungan ( ambient temperature )
a. Tekanan ( pressure ) Tekanan isolasi gas SF6 berkaitan dengan kerapatan partikel gas di dalam kompartemen GIS, dimana nilai tekanan ini sangat berpengaruh pada kekuatan dielektrik dari gas SF6 itu sendiri. Jika terjadi penurunan kekuatan dielektrik gas SF6 maka pada saat menahan medan listrik homogen yang tinggi akan rentan terjadi breakdown. Tekanan ini dapat berkurang jika terjadi kebocoran pada kompartemen GIS dan terdapat celah pada sambungan antar kompartemen yang bisa diakibatkan oleh korosi tabung yang terbuat dari logam ataupun kesalahan pada saat pemasangan GIS itu sendiri . b. Kemurnian ( purity ) Kemurnian dapat dinyatakan sebagai persentase jumlah gas SF6 murni dalam suatu kompartemen GIS. Semakin tinggi persentase ini maka akan semakin sedikit ditemukan zat lain dalam gas SF6 tersebut. Untuk gas SF6
10 Universitas Sumatera Utara
yang baru, nilai kemurnian yang disyaratkan dalam standar IEC 60376 adalah > 97 %. c. Titik embun ( dew point ) Titik embun menunjukkan titik dimana gas berubah menjadi air. Hal ini berkaitan dengan tingkat kelembaban dari gas SF6, yaitu berapa banyak partikel air yang terkandung dalam isolasi gas SF6. Nilai titik embun ini sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan terutama suhu, dimana semakin tinggi suhu maka semakin tinggi pula kandungan uap air yang berada di dalam tabung GIS. d. Produk hasil dekomposisi ( decomposition product ) Produk hasil dekomposisi terjadi karena ketidaksempurnaan pembentukan kembali gas SF6, hal ini bisa terjadi karena adanya pemanasan berlebihan, percikan listrik, serta busur api yang terjadi. Beberapa produk hasil dekomposisi beserta sumber penyebabnya dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut ini. Tabel 2.1 Produk hasi dekomposisi SF6 GAS Udara Moisture Hydrofluoric acid
SENYAWA N2, O2 H2O HF
Sulfur dioxide
SO 2
Sulfur diflouride Sulfur tetraflouride Thionil fluoride
SF 2 SF 4 SOF 2
SUMBER Bocor / intrusi dari luar Bocor / intrusi dari luar Terbentuk di gas SF6 jika terjadi busur api Terbentuk jika SOF 2 berekasi dengan air Mudah bereaksi Mudah bereaksi Jika ada busur api dan air
11 Universitas Sumatera Utara
Jika produk hasil dekomposisi ini terjadi dalam jumlah yang besar, maka kekuatan dielektrik dari isolasi gas SF6 akan mengalami penurunan. e. Suhu lingkungan ( ambient temperature ) Suhu lingkungan memiliki kaitan yang sangat erat dengan titik embun. Untuk lingkungan dengan temperature yang tinggi maka kandungan uap air yang ada di dalam tabung pun akan menjadi tinggi pula. Hal ini akan membuat kemungkinan untuk terjadinya intrusi uap air kedalam isolasi gas akan menjadi lebih tinggi. Sedangkan untuk fenomena listrik berupa partial discharge adalah peluahan elektrik pada medium isolasi yang terdapat diantara dua elektroda berbeda tegangan, dimana peluahan tersebut tidak sampai menghubungkan kedua elektroda secara sempurna. Peristiwa seperti ini dapat terjadi pada bahan isolasi padat. Sedangkan pada bahan isolasi gas, partial discharge terjadi disekitar elektroda yang runcing seperti pada Gambar 2.7. Adanya aktivitas partial discharge di GIS menandakan terdapat gangguan dalam kompartemen GIS. Sumber partial discharge tersebut dapat disebabkan oleh beberapa hal sebagai berikut : •
Partikel bebas
•
Partikel bebas yang menempel pada permukaan
•
Tonjolan atau ketidakrataan permukaan ( protrusi )
•
Sambungan antar kompartemen yang tidak erat
•
Gelembung udara ( void )
12 Universitas Sumatera Utara
spacer
duct Partikel pada spacer protrusi
konduktor
Protrusi pada potensial tanah
Partikel bebas
Void pada spacer
Gambar 2.8 Ilustrasi gangguan umum yang terjadi pada GIS
Aktivitas partial discharge pada isolasi SF6 dapat kita deteksi melalui beberapa teknik yang lazim digunakan, yaitu sebagai berikut : a. IEC 60270 pada teknik ini yang dideteksi untuk mengetahui adanya aktivitas partial discharge
adalah muatan pada saat
timbulnya aliran listrik sesaat ( satuan yang digunakan adalah pC, nC ) b. Ultra High Frequency / Very High Frequency (UHF / VHF) Mendeteksi timbulnya gelombang elektromagnetik yang terjadi ( satuan yang digunakan μV, mV ). Teknik ini biasanya digunakan pada bagian non metal dari GIS.
13 Universitas Sumatera Utara
c. Teknik emisi akustik Mendeteksi timbulnya gelombang akustik / suara ( satuan yang digunakan adalah μV, mV ). Teknik ini biasanya digunakan pada bagian metal dari GIS. Pada tabel 2.2 di bawah ini dapat kita lihat perbandingan dari beberapa teknik diagnosis partial discharge pada GIS Tabel 2.2 perbandingan teknik diagnosis partial discharge IEC 60270
VHF / UHF
Accoustic Emission
Kondisi GIS
Off – line
On – line Off – line
On – line Off – line
Kalibrator
Ada
Tidak ada
Tidak ada
Peredaman noise
Buruk
Sangat baik
Baik
Sensitivitas
10% atau 1pC
5pC
5pC
Jangkauan pengukuran
-
Luas
Sempit
Lokasi pemasangan sensor Besaran partial discharge
-
Bagian non – metal
Bagian metal
PRPD
Frequency spectrum
Individual pulses
14 Universitas Sumatera Utara
