4.2 Pemutus Daya
Fungsi : menutup dan membuka rangkaian dengan baik, dalam keadaan tidak
berbeban maupun berbeban, dan dapat memutuskan arus hubung singkat secara
otomatis dengan baik.
Pemutus daya (PD) harus dapat menyalurkan arus beban penuh untuk waktu
yang lama tanpa menyebabkan pemanasan yang berlebihan, dan harus mampu menahan
arus gangguan untuk waktu tertentu maupun menahan akibat-akibat bunga api dan
gaya-gaya elektromagnetis.
4.2.1 Jenis
Pemutus Daya
Berdasarkan cara pemadaman busur api dan medium yang digunakan dalam
Pemutus daya :
- PD dengan minyak volume besar (bulk-oil)
- PD minyak kecil (low oil/small oil CB)
- PD semburan udara (air blast-CB)
- PD dengan SF6
- PD hampa udara
1. PD
minyak kecil (low oil/small oil CB)
1.
Fungsi minyak disini adalah sebagai
bahan isolasi antara bagian-bagian yang bertegangan dengan tanki atau tanah,
dan memadamkan busur api.
2.
Keuntungan :
3.
Tangki tertutup dan tidak terpengaruh udara luar
4.
Minyak adalah isolasi yang baik
5.
Kerugian :
6.
Dapat meledak dan terbakar
7.
Memerlukan pemeliharaan periodik
8.
Ukuran relatif besar
2. PD minyak
kecil (low oil/small oil CB)
Fungsi minyak disini hanya sebagai pemadam busur api. Minyak ditempatkan
dalam suatu tabung bersama dengan alat kontak sehingga tidak memerlukan
ruangan/volume yang besar, menhemat minyak dan ruangan. Kemungkinan kebakaran
sangat kecil.
Kerugian :
Memerlukan pemelirahaan yang sering, setiap kali bekerja maka volume
minyak berkurang.
3. PD semburan
udara (air blast-CB)
Pemadaman busur api dilakukan dengan semburan udara pada tekanan tinggi,
sehingga dapat mencegah timbulnya bunga api yang terus menerus.
PD ini bebas resiko kebakaran, dan pemeliharaannya ringan. Namun demikian
PD ini terpengaruh atmosfir, dan memerlukan peralatan untuk udara tekan, dan
suaranya cukup keras.
4. PD dengan SF6
Sebagai bahan isolasi dan pemadam busur api disini dipergunakan SF6.
Keuntungan :
Kekuatan dielektrik 2x udara
Tidak beracun, tidak terbakar
Kemampuan memadamkan busur api lebih baik dari minyak
Tidak membahyakan manusia
Pemelirahaan kecil
Kerugian :
Lebih mahal dari minyak
Perlu instalasi tambahan untuk SF6
5. PD hampa udara
Udara pada tahanan rendah atau vakum mempunyai kekuatan dielektrik yang
tinggi.
Keuntungan :
Suara-suara tidak keras
Pemeliharaan sedikit
4.2.2
Besaran-besaran dari PD (rating)
- Rating tegangan
- Rating arus normal
- Rating pemutusan arus hubung singkat
- Rating arus sesaat
- Rating arus empat detik
- Rating arus penyambungan (making current)
- Rating pemutusan arus pengisian saluran
- Rating kapasitas pemutus daya
- Rating waktu pemutusan
- Rating urutan operasi
- Rating frekuensi
- Rating tingkat isolasi
1. Rating
tegangan
Rating tegangan PD adalah tegangan maksimum sistem dimana PD dirancang.
Standar IEC untuk tegangan diatas 72,5 kV : 100, 123, 145, 170, 245, 300, 362,
420, 525, 765 kV. Standar ini didasarkan atas operasi pada ketinggian 1000 m
atau kurang. Bila PD dioperasikan pada ketinggian lebih besar dari 1000 m
diatas permukaan laut kama tegangan operasi harus dikalikan dengan faktor
koreksi tegangan dalam tabel dibawah ini, oleh karena makin tinggi suatu tempat
kerapatan udara relatif semakin turun sehingga tegangan flash-over juga
menurun.
2. Rating arus
normal
Rating arus normal adalah harga arus efektif yang mampu dialirkan melalui
PD secara terus menerus, tanpa melampaui temperatur yang diperkenankan. Standar
rating arus normal PD yang direkomendasi oleh IEC adalah 400, 630, 900, 1250,
1600, 2000, 2500, 3150, 4000, 5000, 6300 Amp.
3. Rating pemutus
arus hubung singkat
Rating pemutus arus hubung singkat dinyatakan dalam dua besaran, yaitu
besaran :
Rms dari komponen arus bolak balik
Presentasi komponen arus searah
Nilai rms komponen a.b.b menurut standar IEC adalah sebagai berikut : 6,3
; 8; 10; 12,5; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 dalam kA.
Komponen arus searah tergantung pada waktu pemutusan, dan dinyatakan
dalam persen arus rating a.b.b. Presentasi dari komponen a.b.b ini dapt
ditentukan dari gambar dibawah ini (gambar 3.5)
4. Rating arus
sesaat
Rating arus sesaat adalah harga arus total terbesar (bolak balik dan
searah) yang dapat dilakukan PD dengan aman selama satu detik atau kurang, yang
besarnya adalah 1.73 kali arus hubung singkat komponen a.b.b. Karena redaman
yang cukup besar, maka sering diambil faktor perkalian 1.6 dan bukan 1.73.
5. Rating arus
empat detik
Rating arus empat detik adalah harga arus total terbesar (bolak balik dan
searah) yang mampu ditahan oleh PD selama sampai dengan 4 detik. Pada umumnya
rating arus 4 detik ini diambil sama dengan arus pemutusan (bolak-balik)
6. Rating arus
penyambungan (making current)
Besarnya rating arus penyambungan menurut IEC adalah 2,5 kali harga
rating arus pemutusan hubung singkat (komponen bolak-balik), atau [
7. Rating
pemutusan arus pengisian saluran
(line charging breaking current)
Rating pemutusan arus pengisian saluran adalah harga terbesar arus
pengisian saluran yang mampu diputuskan dengan aman.
Arus pengisian adalah kapasitif dan relatif sukar untuk diputuskan.
8. Rating
kapasitas pemutusan daya
Rating kapasitas pemutusan pemutusan daya adalah: daya terbesar yang
dapat diputuskan oleh pemutus daya dengan aman pada rating tegangannya.
Rating ini tidak boleh dilampaui oleh daya hubung singkat. Misalnya arus
hubung singkat terbesar yang mengalir melalui pemutus daya (pada waktu
pemutusan) adalah I, dan V adalah tegangan fasa ke fasa, maka kapasitas minimum
dari PD yang dipakai adalah f.VI, dimana f=faktor
pengali karena adanya pengaruh komponen arus searah. Pengaruh
9. Rating waktu
pemutusan
Waktu pemutusan ialah jumlah dari waktu buka kontak dan waktu
berlangsungnya busur api. Waktu buka kontak adalah jangka waktu mulai dari
......?nya kumparan pembuka sampai terbukanya kontak PD waktu itu sering
dinyatakan dalam cycle atau detik.
Pada saat PD terbaik mempunyai waktu pemutusan 2-3 cycle.
10. Rating urutan
operasi
Urutan operasi ini adalah operasi sehubungan dengan operasi PD yang
dilengkapi dengan auto-recloser. Penguna recloser adalah pada sistem yang
mengalami gangguan tidak permanen, yaitu pada jaringan hantaran udara. Untuk
keperluan pemutusan tersebut, suatu PD mempunyai rating urutan operasi yang
menurut IEC ada dua alternatif, yaitu :
Gambar 10.1
(10.1) 0 – t – C0 – t’ – C0
Dimana 0=operasi terbuka
C0=operasi penutupan yang dapat segera diikuti dengan operasi pemutusan
tanpa selang waktu
t,t’=selang waktu antara dua operasi yang berurutan
t=0,3 detik, untuk PD operasi cepat
t=3 menit untuk PD operasi lambat
t’=3 menit
Gambar 10.2
(10.2) operasi : C0 – t’’ – C0
Dimana t’’=15 detik
11. Rating
frekuensi
Rating frekuensi menunjukkan frekuensi daya dari PD tersebut dirancang,
oleh IEC direkomendasikan 50 dan 60 Hz.
12. Rating
tingkat isolasi
Tingkat isolasi PD didasarkan pada tegangan lebih yang mingkin terjadi,
yaitu tegangan lebih kilat, t.1 switching dan t.1 frekuensi daya. Isolasi
terhadap t1 kilat dinyatakan dalam tegangan impuls kilat, yang nilainya
dipengaruhi oleh pentanahan sistem. Bila sistem tidak diketanahkan secara
efektif tingkat isolasinya dapat dikurangi. Tingkat isolasi terhadap t1
switching dinyatakan dalam tegangan ketanahan impuls switching. IEC menetapkan
tegangan ketanahan impuls switching untuk PD dalam dua harga, yaitu untuk
terminal ke tanah, dan antara terminal PD.
Tegangan ketanahan impuls switching ini juga tergantung pada pentanahan
sistem. Tabel-tabel dibawah ini adalah standard tingkat isolasi yang
direkomendasikan oleh IEC : tabel 4.1 dan tabel 4.2
4.2.3 Pemilihan
kemampuan pemutusan arus h.s
Untuk ini perlu ditentukan a.h.s maksimum ditempat PD. Yang mudah
dihitung adalah arus simetris mula-mula, dan dari besaran ini diturunkan
nilai-nilai arus h.s lainnya.
Pada umumnya a.h.s terbesar adalah untuk h.s tiga fasa, kecuali beberapa
macam h.s lainnya yang nilai a.h.s nya dapat lebih tinggi dari h.s tiga fasa,
yaitu hubung singkat.
- Fasa ke tanah : bisa 50%
- Fasa ke fasa : bisa 15%
- Fasa-fasa ke tanah : bisa 25% lebih besar
4.2.4 Transient
Recovery Voltage (TRV) = Restriking Voltage
Gelombang seperti diatas dinyatakan dalam beberapa parameter.
=tegangan
referensi=nilai puncak tegangan fasa-netral sitem
=puncak pertama dari
tegangan
=puncak tertinggi dari
tegangan
=waktu untuk
mencapai V1
= 1.5 x x ; untuk sistemyang tidak diketanahkan
= 1.3 x x ; untuk sistem yang ditanahkan dengan efektif.
( =tegangan LL-rms)
= waktu untuk mencapai
Vc, dalam ms
RRRV (rate of rise of restriking voltage)= , untuk gelombang dengan puncak banyak.
RRRV= , untuk gelombang dengan puncak tunggal. Seperti
pada hubung singkat yang a.h.s kecil
Faktor amplitude =
Frekuensi natural = . cyc/sec ; dalam ms
PEMUTUSAN ARUS HUBUNG SINGKAT
Rangkaian hub
singkat biasanya mendekati suatu rangkaian yang mengandung R, L, dan C. Bila PD
menutup maka Ihs akan mengalir.
• Bila PD dibuka kontaknya pada i=0 maka pada
terminal PD akan mencapai tegangan V, oleh krn itu adanya C pada rangkaian,
maka tegangan tidak langsung mencapai V, tapi akan berisolasi disekitar V
• Tegangan
antara terminal PD segera setelah kontak konak PD terpisah disebut recovery
voltage. Bagian trancient dari recovery voltage disebut Trancient Recovery
Voltage atau Restriking Voltage
• Restriking voltage akan berisolasi dengan
frekuensi natural bekisar antar 100-10.000 cycle per sekon
• Bentuk dari gelombang restriking voltage tergantung dari beberapa
hal baik intern maupun ekstern PD yaitu :
intern : Peralatan pemadam besar api
ekstern : Konstanta jaringan R,
L, C
Surge impedence
Corona
• Kapasitas pemutusan dari PD akan menurun bila
frekuensi natural dari system naik sebab waktu untuk mengembalikan dielektrik
PD akan berkurang.
• Operasi dari PD yang mengakibatkana tegangan
lebih transient disamping arus hub singkat adalah :
• pemutusan
trafo daya pada beban nol
• pemutusan
jaringan pada beban nol
• switching
pada keadaan out of phase
• arus
hub singkat kilometri atau hub singkat
jaringan pendek
PEMUTUSAN TRAFO PADA KEADAAN BEBAN NOL
• Pemutusan arus eksitasi trafo, meskipun
kecil, bisa menimbulkan tegangan lebih.
Berikut adalah
gambar pemutusan arus eksitasi trafo daya tak berbeban :
Keterangan :
a) Arus eksitasi diputus, dan sebelum terjadi nol, terjadi arus arus pulsa
b) Waktu terjadi arus pulsa maka terdapat tegangann diantara terminal PD, dan akhirnya setelah arus eksitasi menjadi nol maka tegangan berosilasi disekitar V system
c) Bentuk gelombang pada terminal trafo
d) Gangguan beruntun :
e) Tegangan lebih akibat pemutusan trafo tak
berbeban atau transmisi tak berbeban, dapat mengakibatkan flash over di suatu
tempat yang akhirnya dapat mengakibatkan hub singkat penuh.
PEMUTUSAN JARINGAN TRANSMISI TAK BERBEBAN
• Pemutusan jaringan transmisi atau kabel dalam
keadaan tak berbeban, sama dengan pemutusan suatu kapasitor.
Berikut adalah
gambar jaringan tak berbeban :
Restriking pada
pemutusan jaringan transmisi tak berbeban :
Bila tegaangann antara
1 dan 2 cukup besar maka dapat terjadi restrik dalam PD, energy yang tersimpan
dalam C akan didischarge kembali ke system dalam bentuk osilasi
Pada titik A terjadi
restriking, akibatnya terjadi osilasi sehingga teganga mencapai titik B dan
pada titik B ini terjadi lagi restriking menjadi nol. Tegangan antara 1 dan 2
dari S menjadi lebih besar lagi.
Bila ini terus terjadi
maka tegangan lebih akan membahayakan system.
PD semburan udara
tekan pada umumnya memiliki kemampuan bebas restriking.
PD biasanya tidak
bebas restriking kecuali dilengkapi secara khusus untuk hal ini.
4.2.4.4. Pemutusan dalam keadaan out of phase
Dalam suatu sistem yang besar , dimana terdapat banyak pusat pembangkit
maka dapat terjadi bahwa satu pusat pembangkit mengalami out of phase terhadap
pembangkit lainnya. Oleh sebab itu maka recovery voltage ( tegangan antara
kontak-kontak PD) dapat mempunyai bebrbagai nilai, tergantung dari sistem
pentanahan, macam gangguan, konfigurasi sistem, dll. Kemungkinan tersebut
digambarkan sebagai berikut : gambar 4.10
Kemungkinan PD harus bekerja pada keadaan out of phase saat ini berkurang
karena kecepatan dari relay yang cukup tinggi. Namun demikian bila auto
reclosing dipakai, kemungkinan PD bekerja pada phase yang berlawanan tetap ada.
• Data yang harus
diputuskan dalam keadaan out of step 180⁰, akan mencapai setinggi- tingginya
kapasitas h.s kedua sistem. Oleh sebab itu kemampuan pemutusan dari PD harus
pula memperhatikan tegangan lebih ini
4.2.4.5 arus hubung singkat pada jaringan pendek
• Bentuk
restriking voltage dalam keadaan gangguan kilometrik (jaringan pendek) adalah
sebagai gigi gergaji dengan kecuraman s.d. 4-6 kv per microseconn (gambar 4.11)
• Berbagai macam PD mempunyai dielektrik
recovery yang berbeda, sehingga kemampuan untuk mengatasi restriking voltage
ini juga berbeda, misalnya PD minyak, gas atau semburan udara (gambar 4.12 (a)
dan (b) )
• PD udara agak
lamban dengan PD minyak
• Gambar 4.12
menunjukkan bahwa PD udara mengalami restriking
• Restriking
voltage tergantung pada lokasi hubung singkat pada jaringan. sebagai ilustrasi
dibawah ini digambarkan bentuk restriking voltage dan dielectric recovery untuk
berbagai macam lokasi hubung singkat.
• Ganguan terjadi
dekat terminal PD (arus h.s=98% I hs maksimum)
• Gangguan terjadi
dilokasi dimana arus h.s=90% I hs maks
• id, dimana arus
h.s=70% I hs maks
• Id, dimana arus
h.s=50% I hs maks
DRV = dielectric recovery voltage
Rv = restriking voltage
Jadi dalam memilih PD, restriking voltage dari sistem mempunyai peran
yang sangat penting
4.2.5. Mekanisme operasi (operating mechanisme)
• Mekanisme
operasi merupakan bagian yang penting juga, dia harus dapat menutup dan membuka
PD dengan cepat
• Faktor – faktor
yang perlu diperhatikan dalam memilih mekanisme operasi dari PD diantaranya:
o Daya operasi kecil
o Gerakan yang cepat
o Percepatan yang besar, yang segera hilang
setelah kontak PD bertemu
o Trip free.
Mekanisme operasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
₋
Operasi
tangan
₋
Operasi
selenoid
₋
Operasi
dengan motor listrik
₋
Operasi
dengan pegas yang digerakkan motor
₋
Operasi
pnomatik
₋
Operasi
tangan
Tidak digunakan
untuk tegangan tinggi.
Sangat tergantung
tenaga operator dan tidak reliable
• Operasi sistem dengan selenoid
Tenaga listrik
elektromagnit dirubah menjadi tenaga mekanis, sederhana, ada kekurangan –
kekurangan :
- Konsumsi daya lebih besar
- Gerakan lamban
- Percepatan mula rendah prcepatan tinggi pada akhir gerakannya
- Kurang sesuai untuk tegangan tinggi
Operasi dengan motor listrik
Sebuah motor AC atau DC memutar plunyer yang menggerakkan PD tanpa
akumulasi tenaga. Konsumsi daya adalah kecil, tapi operasinya lamban.
Operasi dengan pegas yang digerakkan motor
Pegas ditegangkan dengan motor, dan dilepaskan untuk mengoperasikan PD.
Waktu operasi hanya tergantung dari kekuatan pegas, dan tidak tergantung pada
waktu menegangkan pegas. Kecepatannya dapat mencapai 5 cycle.
Keuntungannya:
- Waktu pemutusan adalah konstant
- Daya yang diperlukan adalah kecil
- Dapat dioperasikan secara manual (penegangan pegas)
- Perawatan ringan
Operasi pnomatik
Daya yang diperlukan untuk operasi PD diperoleh dari tenaga potensial
udara tekan.
Keuntungan :
- Kecepatan tinggi
- Baik untuk recloser, sebab bagian bagian yang bergerak dapat bergerak kearah yang berlawanan sebab ringan
- Pada air blast C.B udara tekan yang sama dapat dipergunakan sebagai mekanisme operasi dan pemadaman busur api.