Pemutus Daya

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 :

1. PD dengan minyak volume besar (bulk-oil)
2. PD minyak kecil (low oil/small oil CB)
3. PD semburan udara (air blast-CB)
4. PD dengan SF6
5. 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)

1. Rating tegangan
2. Rating arus normal
3. Rating pemutusan arus hubung singkat
4. Rating arus sesaat
5. Rating arus empat detik
6. Rating arus penyambungan (making current)
7. Rating pemutusan arus pengisian saluran
8. Rating kapasitas pemutus daya
9. Rating waktu pemutusan
10. Rating urutan operasi
11. Rating frekuensi
12. 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.

1. Fasa ke tanah    : bisa 50%
2. Fasa ke fasa        : bisa 15%
3. 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 I_hs 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:

1. Waktu pemutusan adalah konstant
2. Daya yang diperlukan adalah kecil
3. Dapat dioperasikan secara manual (penegangan pegas)
4. 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.