52
BAB 2
CIRCUIT BREAKER (CB) DAN
DISCONECTING SWITCH (DS)
KOMPETENSI
Kemampuan untuk memahami fungsi dan jenis circuit breaker (CB) dan disconnecting Switch (DS), proses terjadinya busur api saat CB membuka dan menutup, number of switching berkenaan dengan over haul CB dan implementasi CB dan DS dalam operasi sistem.
SASARAN PEMBELAJARAN
Setelah mempelajari materi ini mahasiswa diharapkan dapat :
Memahami fungsi utama (CB) dan DS
Menjelaskan jenis jenis CB dan DS
Memahami proses terjadinya busur api saat ON/OFF CB
Menentukan saat kapan CB harus di over haul
Memahami sistem interlock pada CB dan DS
METODE PEMBELAJARAN
Metode pembelajaran pada modul ini menggunakan metode kuliah (ceramah) dan Diskusi kelompok (Tanya jawab)
2.1. PENDAHULUAN
Circuit Breaker (CB) merupakan saklar yang berfungsi membuka dan menutup rangkaian sesuai dengan ratingnya, dan ketika melakukan pembukaan dan penutupan rangkaian, selalu disertai busur api listrik.
Circuit Breaker (CB) sering disebut sebagai peralatan dengan heavy duty, karena ia mampu mengintrupsi arus yang besar secara comparative dengan aman. CB didesign tidak hanya menghubungkan atau mengintrupsi arus beban dalam keadaan normal yang mengalir dalam rangkaian, namun juga mengintrupsi arus besar dalam keadaan abnormal (gangguan) yang mengalir dalam rangkaian, misalnya gangguan hubung singkat.
Sedangkan Disconecting Swith (DS) merupakan saklar yang membuka dan menutup rangkaian dalam keadaan tanpa beban. Untuk itu DS berperan besar dalam pemeliharaan peralatan, yang menjamin bahwa daerah itu bebas tegangan dan aman bagi operator dalam melakukan perbaikan. Dalam operasi sistem, CB dan DS merupakan satu kesatuan peralatan yang bekerja dengan cara interlock (saling mengunci).
2.2. CIRCUIR BREAKER
2.2.1. Busur listrik
Saat rangkaian listrik diputuskan oleh kontak saklar, timbul busur listrik yang panasnya dapat mencapai 25000C. Panas yang besar ini, dapat menyebabkan terjadinya oksidasi tembaga pada kontak, yang membuat konduktifitas kontak saklar menjadi menurun dan rugi-rugi daya pada kontak menjadi bertambah (dalam bentuk panas).
Jika keadaan ini terjadi, maka tingginya suhu pada kontak, dapat mengakibatkan rusaknya isolasi, elastisitas jepitan kontak berkurang dan pada akhirnya merusak kontak saklar itu sendiri.
Arus Gangguan
Jika dimisalkan terjadi hubung singkat pada suatu titik dalam rangkaian, dimana tegangan yang dibangkitkan 5000 V dan resistansi panjang conductor ke titik gangguan adalah 0,1 ohm, maka sesuai dengan hukum ohm, maka arus yang mengalir sebesar:
Arus=50000,1=50,000 amper
Jika arus ini mengalir melalui kontak CB, maka gaya yang sangat besar akan timbul diantara bagian CB yang menyalurkan arus dan dapat menyebabkan rusaknya peralatan. Arus yang sangat besar dapat pula menimbulkan medan induksi pada bagian metalik pada struktur CB itu sendiri.
Keadaan ini, pada gilirannya akan menimbulkan medan magnet baru, yang kemudian akan berinteraksi dengan medan magnet yang sudah ada sebelumnya, sehingga meningkatkan gaya destruktif yang ditimbulkan oleh arus gangguan.
Gambar 1. Efek arus hubung singkat pada kontak saklar dan penghantar
Kapasitas daya
Keadaan pada saat hubung singkat, merupakan keadaan yang sangat tidak stabil, yaitu: tegangan pada titik gangguan dapat lebih tinggi (untuk surya petir atau surya hubung) atau lebih rendah ( karena rugi-rugi tegangan yang lebih besar akibat aliran arus yang besar). Untuk itu CB secara mekanik, harus dikonstruksi cukup kuat, agar dapat menahan gaya yang ditimbulkan oleh arus hubung singkat yang besar.
Adapun kemampuan CB menahan gaya hubung singkat, diexpresikan dalam Volt-Ampere, yaitu perkalian tegangan nominal dan arus hubung singkat, dimana CB di design.
Jika 1 VA atau 1 Volt dikali dengan 1 Amper merupakan besaran yang sangat kecil, maka rating hubung singkat untuk daya yang besar dinyatakan dalam kVA atau MVA.
Adapun spesifikasi teknis yang diperlukan bagi circuit breaker adalah sebagai berikut:
Tegangan operasi rangkaian
Operasi normal atau arus beban maximum
Keadaan abnormal maximum atau arus ganguan yang harus diintrupsi
Karakteristik pertama menentukan syarat isolasi, yang kedua adalah syarat normal atau load carryng parts, dan yang ketiga merupakan syarat mekanis pada CB itu sendiri dan struktur yang mendukungnya.
Perinsip Operasi
Dalam mengintrupsi suatu rangkaian, CB secara actual melakukan pemisahan pada bagian elemen penghantar melalui media isolasi yang cukup untuk mencegah mengalirnya arus. Pemisahan kontak pada CB, selalu menimbulkan busur listrik, sedangkan busur listrik dapat menyebabkan material kontak CB teroksidasi, yang menyebabkan daya hantarnya menjadi menurun.
Untuk mengurangi efek timbulnya oksidasi, maka gerakan kontak-kontak CB harus bersifat membersihkan dirinya (Self Cleaning). Untuk itu konstruksi CB selalu mempertimbangkan teknik memadamkan busur dan teknik pembersihan kontak terhadap oksidasi.
Makin tinggi tegangan yang digunakan, semakin tinggi pula tegangan transien yang terjadi saat pemutusan, dan tentunya semakin sulit proses pemutusan kontak CB. Hal ini disebabkan karena tegangan transien yang besar dapat menyalakan kembali jaringan listrik yang terputus atau dalam pernyataan yang lain, semakin kapasitif rangkaian listrik yang diputus, maka semakin besar pula kemungkinan terjadinya penyalaan kembali.
Jenis CB dan Cara Memadamkan Busur Api
Air Circuit Breaker (ACB)
ACB merupakan CB yang menggunakan udara sebagai interrupting insulation medium, dimana dari semua media isolasi yang ada, udara merupakan media isolasi yang sangat mudah mengalami ionisasi.
Bentuk kontaknya menyerupai kontak sela tanduk yang ujungnya dibuat runcing, agar busur listrik yang timbul terkonsentrasi lebih besar hanya pada bagian yang runcing dari kontak-kontaknya.
Olehkarena berat jenis busur lebih rendah dari udara, maka busur listrik akan mengapung keatas mengikuti sela diantara kedua kontak, yang pada akhirnya busur api menjadi memanjang, dan akhirnya menjadi padam, sebagaimana yang terlihat pada gambar 1. Keadaan ini disebut dengan teknik pemutusan/pemadaman busur dengan cara mempepanjang busur.
Gambar 1a. Kontak sela tanduk saat menutup dan membuka
Gambar 1b. Keadaan busur pada kontak sela tanduk saat membuka
Untuk pemutus daya AC tegangan rendah, kontaknya dapat dibuat dari bahan bertitik lebur yang rendah, misalnya kuningan dan tembaga. Dalam hal ini busur api akan padam saat arus mencapai harga nol yang pertama, olehkarena tegangan tidak cukup kuat untuk menghasilkan emisi medan yang dapat mengawali terpaan balik dari busur api.
Untuk rangkaian bertegangan lebih tinggi, dapat menggunakan konstruksi kontak yang dimediasi oleh tabir metal atau pun tabir (palang) isolator yang dibentuk dalam beberapa seksi (bagian), sebagaimana terlihat pada gambar 2. Keadaan ini dimaksudkan agar busur api yang sudah memanjang ketika melewati tabir (baik metal maupun isolator) terpotong potong menjadi beberapa seksi, sekaligus berfungsi membantu proses pendinginan busur api.
Gambar 2. Kontak pemutus daya dengan tabir
Air Blast Circuit Breaker (CB dengan udara hembus)
Air blast Circuit Breaker disebut juga sebagai Compressed Air Circuit Breaker, dimana udara bertekanan tinggi dihembuskan ke busur api melalui nozzle pada kontak pemisah untuk memadamkan busur api sekaligus mencegah terjadinya restriking Voltage (tegangan balik/pukul).
Pemutus daya ini dirancang untuk mengatasi kelemahan dari pemutus daya udara, dengan membuat media isolator Kontak dari bahan yang tidak mudah terbakar dan menghalangi pemisahan kontak. Saat busur api timbul, udara bertekanan ditiupkan untuk mendinginkan busur api
Pada gambar 3a. diperlihatkan udara ditiup paralel dengan busur api, sedangkan pada gambar 3b. diperlihatkan udara ditiup tegak lurus terhadap busur api, sehingga nampak busur api menjadi lebih panjang
Udara ditiup parallel Udara ditiup tegak lurus
terhadap busur api terhadap busur api
Gambar 3. Pemadaman busur api pada air blast circuit breaker
Vacum Circuit Breaker (CB dengan Hampa udara)
Kontak-kontaknya ditempatkan dalam ruang hampa udara. Untuk mencegah udara masuk ke dalam ruang/bilik, maka bilik harus tertutup rapat dan kontak bergeraknya diikat ketat dengan perapat logam. Jika kontak dibuka, maka pada katoda kontak terjadi emisi termis dan medan tegangan tinggi yang memproduksi electron-elektron bebas, dan electron bebas ini kemudian bergerak menuju anoda.
Dalam pejalanannya menuju anoda, electron bebas ini tidak bertemu dengan molekul udara (tidak ada tubrukan) sehingga tidak ada penambahan electron bebas untuk terjadinya ionisasi, dan busur api dapat dipadamkan.
Gambar 4. Kontak pada Vacum Circuit Breaker
Oil Circuit Breaker (OCB)
OCB terdiri dari dua jenis, yaitu:
Bulk Oil Circuit Breaker (BOCB), merupakan CB yang menggunakan minyak banyak sebagai interrupting insulation medium, sehingga dimensinya menjadi besar. Kontak-kontaknya direndam dalam minyak, dimana minyak berfungsi sebagai pendingin busur api sekaligus isolasi antar bagian yang bertegangan dengan bodi (tangki). BOCB ada yang memiliki pengatur/pembatas busur api dan adapun yang tidak dan umumnya digunakan pada tegangan system hingga 245 kV.
Bulk Oil Circuit Breaker Bulk Oil Circuit Breaker
Dengan arc control device
Gambar 5. Bulk Oil Circuit Breaker
Keterangan:
Tangki 8. Konduktor dari tembaga
Minyak dielektrik 9. Bushing
Kontak yang bergerak 10. Konduktor tembaga berlapis emas
Gas yang terbentuk oleh dekomposisi minyak dielektrik 11. Inti busur api listrik
Alat pembantu busur api listrik 12. Gas hasil ionisasi
Kontak tetap 13. Gelembung gelembung gas
Batang penegang (dari fiberglass)
Low Oil Content Circuit Breaker (LOCCB), Media pemutus busur api yang digunakan adalah minyak sedikit, sedangkan bahan isolasi dari bagian yang bertegangan menggunakan porselin atau dari jenis organic, hanya saja pada LOCCB, terdapat minyak bertekanan pada bagian tertentu dari CB untuk disemprotkan pada saat terjadinya busur listrik, baik saat membuka maupun menutup. Untuk itu dimensinya lebih kecil dari BOCB.
Pada LOCCB kwalitas minyak memerlukan pengawasan yang teliti, khususnya ketika bekerja pada saat terjadinya gangguan. Saat minyak disemprotkan pada busur listrik yang besar karena gangguan, minyak akan mengalami karbonisasi yang besar pula, yang menyebabkan minyak cendrung menjadi hitam. Jika keadaan ini terjadi maka seyogianya dilakukan penggantian minyak.
Mengingat busur api terjadi dalam minyak, maka sudah barang tentu pada BOCB ataupun LOCCB, minyak akan cendrung memuai sekaligus mengalami penguapan dalam bentuk gas, yang kemudian menimbulkan tekanan pada minyak. Keadaan ini membantu proses pendinginan dan pemadaman busur api. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6a. Konstruksi ruang pemadaman busur
pada Low Oil Content CB secara umum
Gambar 6b. Konstruksi ruang pemadaman busur
pada Low Oil Content CB secara sederhana
Sulphur Hexafluoride Circuit Breaker (SHCB)
CB dengan gas bertekanan SF6, cara kerjanya sama dengan LOCCB, hanya saja SF6 merupakan media isolasi dan pendingin yang baik. Masalah utama pada SHCB adalah pada sealing (perapat) antara bagian CB yang bergerak dan yang diam, mengingat gas dapat menyelinap (bocor) diantara 2 bagian yang bergesekan
Pada SHCB terdapat pengukur tekanan gas, dan jika tekanan gas SF6 berkurang, dapat dilakukanpengisian gas kembali. Dibandingkan dengan LOCCB, SHCB mempunyai dimesi kurang lebih sama, namun pemeliharaannya lebih mudah.
Adapun sifat dari gas SF6 murni adalah: tidak berwarna dan berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar, dan pada temperature 150o mempunyai sifat yang tidak merusak metal atau plastic, kekuatan dielektriknya 2,35 kali udara dan akan bertambah dengan naiknya tekanan
Gambar 7a. Konstruksi ruang pemadaman busur api
pada SHCB secara umum
Gambar 7b. Konstruksi ruang pemadaman busur api
pada SHCB secara sederhana
PROSES TERJADINYA BUSUR API
Jika kontak pemutus daya (CB) dipisahkan, maka antar kontak terdapat beda potensial yang kemudian menimbulkan medan listrik (lihat gambar 8).
Gambar 8. Pembentukan busur api pada kontak
Arus yang tadinya mengalir pada kontak akan memanaskan kontak dan menghasilkan emisi thermis pada permukaan kontak, sedangkan medan listrik menghasilkan emisi medan tinggi pada kontak katoda.
Kedua emisi ini menghasilkan electron bebas yang sangat banyak dan bergerak menuju kontak anoda. Dalam perjalanannya, electron bebas ini akan berbenturan dengan molekul netral dari media isolasi di kawasan positif, dan menimbulkan ionisasi. Sehingga jumlah electron bebas yang menuju anoda semakin bertambah. Bersamaan dengan itu, ion positif hasil ionisasi, juga bergerak menuju katoda walaupun dengan mobilitas yang lebih rendah dari electron bebas, olehkarena massanya yang lebih besar.
Perpindahan electron bebas ke anoda menimbulkan arus dan memanaskan anoda, sedangkan perpindahan ion positif ke katoda akan menimbulkan dua efek yang berbeda, jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya tinggi, seperti tungsten atau karbon, maka ion positif akan menghasilkan pemanasan di katoda, yang kemudian meningkatkan emisi thermal. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya rendah, misalnya tembaga, maka ion positif akan menghasilkan emisi medan tinggi. Hasil emisi ini thermos maupun medan tinggi akan melanggengkan proses ionisasi, sehingga perpindahan muatan antar kontak terus berlangsung. Keadaan ini disebut dengan busur api.
Untuk memadamkan busur api tersebut, diperlukan usaha yang dapat menimbulkan proses DEIONISASI, antara lain sebagai berikut:
Meniupkan udara ke sela kontak, agar aliran electron dari hasil ionisasi dapat dihilangkan dari sela kontak
Menyemburkan minyak isolasi ke busur api, agar terjadi proses rekombinasi
Memotong busur api dengan tabir isolasi atau tabir logam, agar terjadi proses rekombinasi
Membuat medium pemisah kontak dari gas elektronegatif, sehingga electron-elektron bebas tertangkap oleh molekul netral gas tersebut
TEGANGAN PEMULIHAN KONTAK
Jika CB digunakan memutuskan arus AC, maka ada saatnya arus berharga nol, dan pada saat itu busur api akan padam, kemudian media sela kontak akan memulihkan dirinya menjadi isolasi, yaitu berangsur-angsur menaikkan kekuatan dielektriknya. Keadaan ini dapat dikatakan, bahwa tegangan di sela kontak yang tadinya sangat kecil berubah menjadi sangat besar. Tegangan sela kontak selama busur api padam disebut sebagai tegangan pemulihan (Recovery Voltage)
Tegangan pemulihan ini menimbulkan terpaan medan listrik di sela kontak, yang kuat medan listriknya tergantung pada tegangan pemulihan. Jika kenaikan terpaan medan listrik lebih cepat dari kenaikan kekuatan dielektrik sela, maka media sela kontak akan mengalami breakdown yang membuat sela kontak mengalirkan kembali busur api. Tegangan pemulihan pada kontak CB tergantung pada karakteristik rangkaian system yang akan diputuskannya
Rangkaian AC resistif
Gambar 9. Tegangan pemulihan rangkaian resisitif
Pada gambar 9. Ditunjukkan pembukaan suatu rangkaian resistif, dimana persamaan tegangan pada ragkaian dinyatakan sebagai:
Vs = Vk + Vr (1)
Dengan demikian tegangan kontak adalah: Vk = Vs – Vr
Saat kontak ditutup, tegangan kontak adalah nol, jika dimisalkan kontak dibuka pada saat t = t1, maka akan timbul busur api dalam selang waktu t1 hingga t2. Dalam selang waktu ini, tegangan kontak menjadi:
Vk = I Ra, Dimana Ra = Tahanan busur api
Karena tahanan busur api relative kecil, maka tegangan kontak hanya beberapa puluh volt saja, sehingga dapat diabaikan, dan kemudian busur api padam pada saat t = t2. Pada keadan ini arus pada rangkaian sama dengan nol, sehingga tegangan pada resistor juga bernilai nol (Vr = 0). Dengan demikian tegangan kontak menjadi:
Vk = Vs (2)
Keadaan ini menunjukkan bahwa tegangan pemulihan sama dengan tegangan sumber. Untuk itu harga sesaat tegangan kontak dapat ditulis:
Vk = - V Sin (3)
dimana V = Nilai puncak tegangan sesaat sumber
Rangkaian AC Kapasitif
Gambar 10. Tegangan pemulihan rangkaian kapasitif
Pada gambar 10. Terlihat bahwa arus mendahului tegangan sebesar 900. Adapun tegangan Sebelum CB terbuka, dinyatakan sebagai berikut:
Vs = Vk + Vc atau
Vk = Vs - Vc
Jika tegangan kontak (Vk) diabaikan, maka tegangan pada kapasitor sama dengan tegangan sumber. Misalkan bahwa saat t = t1, kontak CB dibuka, maka dalam selang waktu t1 hingga t2, timbul busur api, dan tegangan kapasitor sama dengan tegangan sumber. Saat t = t2, arus sama dengan nol, busur kemudian padam, dan tegangan kapasitor sama dengan nilai puncak tegangan sesaat sumber. Dengan demikian persaman tegangan kontak setelah busur padam adalah:
Vk = Vs -
Adapun nilai sesaat tegangan kontak adalah:
Vk = - Cos
Bentuk gelombang tegangan pemulihan terlihat pada gambar 10b, dimana kenaikan tegangan pemulihan relative lambat dibandingkan tegangan pemulihan resistif, namun tegangan kontak dapat mencapai 2 kali harga puncak tegangan sesaat sumber. Keadaan ini memberikan peluang terjadinya terpaan balik busur api (Restriking voltage)
Rangkaian Induktif
Gambar 11. Tegangan pemulihan rangkaian induktif
Pada gambar 11. Terlihat bahwa arus lagging tegangan sebesar 900. Adapun tegangan Sebelum CB terbuka, dinyatakan sebagai beriku:
Vs = Vk + VL , dimana VL = L di/dt
Jika tegangan kontak diabaikan, maka tegangan pada induktor sama dengan tegangan sumber. Misalkan bahwa saat t = t1, kontak CB dibuka, maka dalam selang waktu t1 hingga t2, timbul busur api, dan tegangan induktor sama dengan tegangan sumber. Saat t = t2, arus sama dengan nol, busur kemudian padam, dan tegangan induktor sama dengan nilai puncak tegangan sesaat sumber. Dengan demikian persaman tegangan kontak setelah busur padam adalah:
Vk = Vs
Adapun nilai sesaat tegangan kontak adalah:
Vk = Cos
Bentuk gelombang tegangan pemulihan terlihat pada gambar 11b, dimana tegangan kontak tiba-tiba mencapai nilai puncak tegangan sesaat sumber. Kenaikan tegangan pemulihan relative cepat dibanding tegangan pemulihan pada resistif. Keadaan ini, juga memberikan peluang terjadinya terpaan balik busur api (Restriking voltage)
Rangkaian Induktif- resistif
Gambar 12. Tegangan pemulihan rangkaian induktif-resistif
Pada gambar 11. Terlihat bahwa arus lagging tegangan sumber sebesar , dimana:
Saat busur api padam, tegangan kontak tiba-tiba naik dari 0 ke suatu nilai tertentu yang lebih kecil dari tegangan maximum sumber, dan besarnya tergantung pada besar sudut fasa , Semakin besar R, semakin kecil pula sudut fasa , dan kenaikan tegangan pemulihan semakin kecil, dengan kata lain bahwa keberadaan R dalam rangkaian membuat kenaikan tegangan kontak semakin kecil. Prinsip ini digunakan untuk mengurangi kenaikan tegangan saat pembukaan CB. Pada gambar 13 diperlihatkan CB yang dilengkapi dengan sebuah resistor
Sesaat setelah kontak utama Su dibuka, kontak bantu Sb ditutup, sehingga resistor R terhubung seri dengan beban B. Keberadaan resistor ini mengurangi kenaikan tegangan pemulihan kontak, agar terpaan balik busur api dapat dihindarkan.
Beberapa saat kemudian, kontak bantu dibuka, sehingga rangkaian terbuka sempurnah.
Pada saat penutupan kontak CB, terjadi tegangan lebih transien. Besar tegangan transien ini dapat dikurangi dengan terlebih dahulu menutup kontak bantu Sb, kemudian beberapa saat kemudian kontak utama Su ditutup.
Gambar 13. Pemutus daya dengan resistor seri (bantu)
Rangkaian induktif – kapasitif
Gambar 14. Tegangan pemulihan pada rangkaian LC
Pada gambar 14. Memperlihatkan suatu rangkaian yang mempresentasikan suatu trafo yang mencatu arus kepada sebuah kapasitor statis.
Jika dimisalkan pada bagian transmisinya terjadi hubung singkat dan untuk melokalisirnya, maka CB dibuka. Saat busur api padam, inductor (L) dan kapasitor (C) membentuk rangkaian osilator (L terhubung seri dengan C), sehingga terjadi tegangan yang berosilasi pada kapasitor.
Saat busur api padam, tegangan kontak sama dengan tegangan di kapasitor. Olehkarena itu tegangan kontak juga aka berosilasi sebagaimana halnya tegangan kapasitor. Besar frekwensi tegangan yang berosilasi, dinyatakan sebagai:
(4)
Adapun Tegangan yang dihasilkan terlihat pada gambar 14b. dimana kenaikan tegangan pemulihan relative lebih tinggi dibandingkan dengan tegangan pemulihan rangkaian induktif. Untuk itu maka perlunya dipertimbangan dalam pemulihan suatu CB.
OVER HAUL PADA CB
Akibat pembukaan dan penutupan kontak CB, dan pertimbangan kemampuan mekanis dari kontak, maka CB harus dilakukan pemeriksaan secara periodik untuk menjamin bahwa CB masih dapat digunakan atau harus diganti.
Secara umum, pengggantian CB dapat dilakukan dengan menentukan number of switching (NOS) dari CB, yaitu jumlah angka pemutusan yang menyatakan sekian kali CB membuka/memutuskan arus, dimana:
Untuk pemutusan arus beban atau manipulasi jaringan, maka NOS diberi nilai 1 (n=1), Untuk pemutusan karena arus gangguan (yang lebih besar dari arus nominal CB), maka nilai NOS nya dinyatakan dengan NOS Equvalen (n'), yang besarnya tergantung pada arus gangguan, yang dirumuskan sbb:
n' = 300 ( I2/I1 )1,3 (5)
Dimana : I1 = Arus kapasitas pemutusan CB (Breaking Capacity)
I2= Arus gangguan
I1 diperoleh dari data CB atau dihitung sbb: Jika kapasitas CB sebesar 1500 VA dengan tegangan 72,5 kV, maka:
I2 dapat diukur pada pusat pembangkit dan gardu induk yang dilengkapi dengan alat ukur yang disebut dengan Oscilloper Turbograph. Bila I2 da I1 Diketahui, maka nilai n' dapat ditentukan. Adapun besar n' dapat dilihat pada table 1, sebagai berikut:
Tabel 1. n' pada CB
I2/I1
n'
Pembukaan karena manipilasi
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1
5
25
50
75
105
140
175
215
255
300
Adapun penetuan kurun waktu overl haul dari CB, dapat diketahui dari data pabrik, sebagai berikut:
Tabel 2. Kurun Waktu Over Haul
Jenis CB
Kurun Over Haul
CB dengan udara hembus
CB dengan sedikit minyak
CB dengan banyak minyak
CB dengan gas SF6
Selambat-lambatnya 9 thn
Atau pada nilai n'= 4500
Selambat-lambatnya 6 thn
Atau pada nilai n'= 1500
Sesuai petunjuk pabrik
Sesuai petunjuk pabrik
DISCONECTING SWITCH (DS)
Disconnecting switch (DS) atau pemisah (PMS) adalah sebuah alat yang dipergunakan untuk menyatakan secara visual bahwa suatu peralatan masih tersambung atau sudah bebas dari tegangan kerja. Dari defenisi diatas maka dapat diketahui fungsi dari pemisah (PMS) adalah sebuah alat yang dapat menyambung atau memutuskan rangkaian dengan arus yang rendah kurang lebih lima ampere (5A).
Sesuai dengan fungsinya pemisah dibagi menjadi dua bagian, yaitu : Pemisah tanah dan pemisah peralatan. Pemisah tanah berfungsi untuk mengamankan peralatan dari tegangan sisa yang timbul dari SUTT yang telah diputuskan, dapat juga untuk mengamankan dari tegangan induksi yang berasal dari kabel pengahantar atau kabel kabel yang lainnya.
Sedangkan pemisah peralatan berfungsi untuk mengisolasi atau melindungi peralatan listrik dari peralatan-peralatan lainnya pada suatu instalasi bertegangan tinggi. Pemisah ini harus dioperasikan saat kondisi tanpa beban.
2.6.1. Prinsip Kerja DS
Pada dasarnya prinsip kerja DS atau PMS sama dengan prinsip kerja saklar biasa. PMS dipakai untuk menjamin bahwa PMT bebas dari tegangan kerja, sehingga para operator/teknisi aman saat melakukan perawatan atau perbaikan pada peralatan khususnya PMT.
Pada PMS terdapat mekanisme interlocking yang berfungsi untuk mengamankan pembukaan dan penutupan PMS. Mekanisme interlocking tersebut adalah:
Kedua PMS jaringan tidak dapat membuka sebelum PMT membuka
Pemisah tanah hanya dapat menutup saat saklar pemisah jaringan dalam keadaan terbuka
Saklar pemisah jaringan hanya dapat ditutup, saat saklar pemisah tanah dalam kedaan terbuka
PMT hanya dapat menutup, saat saklar pemisah jaringan dalam keadaan menutup
Gambar 1. Circuit Breaker (CB) diapit oleh
2 buah Disconecting Switch (DS) jaringan/perlatan
Gambar 2. PMS jaringan/peralatan dan PMS tanah
2.6.2. Jenis-jenis DS atau PMS
1. Menurut penempatannya
Pemisah ini dapat dibagi menjadi lima tempat yaitu :
Saklar Pemisah Penghantar, Saklar pemisah ini terpasang pada sisi penghantar.
Saklar Pemisah Rel, Saklar pemisah ini terpasang pada sisi rel atau bus, sehingga rel tersebut terpisah menjadi dua seksi.
Saklar Pemisah Kabel, Saklar pemisah ini terpasasang pada sisi kabel.
Saklar Pemisah Seksi, Saklar pemisah ini terpasang pada suatu rel atau bus yang terpisah menjadi dua seksi. Saklar ini berada didekat jalur bus A dan bus B.
Saklar Pemisah Tanah, Saklar pemisah ini terpasang pada penghantar atau kabel yang menuju atau yang menghubungkan ke tanah.
Menurut gerakan lengannya
Pemisah ini dibagi dalam lima gerakan, yaitu:
Pemisah Putar
Saklar pemisah putar memiliki dua buah kontak diam dan dua buah kontak gerak yang dapat berputar pada sumbunya. Model saklar pemisah ini biasanya di letakkan di luar Gardu Induk.
Gambar 3. Pemisah putar
Pemisah Luncur
Saklar pemisah luncur ini gerakan kontaknya hanya bergerak keatas dan kebawah saja. Model saklar pemisah ini biasanya berada di dalam kubikel dengan peralatan-peralatan yang lain dan di letakkan di dalam Gardu Induk.
Pemisah Siku
Saklar pemisah siku ini tidak memiliki kontak diam tetapi hanya terdapat dua buah kontak gerak yang gerakannya hanya mempunyai besar sudut 90 derajat. Model saklar pemisah ini biasanya di letakkan di luar Gardu Induk.
Gambar 4. Pemisah siku
Pemisah siku memiliki dua tenaga penggerak yang berguna untuk menggerakkan lengan-lengan pemisah (PMS) untuk menyambung dan memutuskan arus listrik. Berikut ini adalah macam-macam alat penggerak yang terdapat pada pemisah siku yaitu :
Tenaga penggerak secara manual
Pengoperasian saklar pemisah (PMS) ini cara (mengeluarkan atau memasukkan) secara manual dengan memutar atau menggerakkan lengan yang sudah terpasang permanen.
Tenaga penggerak dengan motor
Pada sistem ini PMS membuka menggunakan motor penggerak. Motor penggerak ini terpasang pada box mekanik di mana box ini terdapat di dekat tuas penggerak manual. Pintu box harus tertutup rapat agar semut atau binatang kecil lainnya tidak bisa masuk kedalamnya.
Pemisah Engsel
Saklar pemisah engsel ini memiliki satu kontak diam dan satu engsel yang dapat membuka ke atas dengan sudut 90 derajat. Saklar pemisah ini gerakannya dari engsel yang biasanya digunakan untuk teganganmenengah 20 kV – 6 kV. Model saklar pemisah ini biasanya di letakkan di luar Gardu Induk.
Gambar 5. Pemisah Engsel
Pemisah Pantograph
Saklar pemisah pantograph ini mempunyai kontak diam yang terletak pada rel dan kontak gerak yang terpasang pada ujung lengan-lengan pantograph. Model saklar pemisah ini biasanya di letakkan di luar Gardu Induk. Pemisah pantograph biasanya digunakan di jaringan 500 kV.
Gambar 6. Pemisah Pantograph
Menurut fungsi kerjanya
Disconector
Memutus rangkaian listrik dalam keadaan tanpa beban, yang putus lidahnya dapat dilihat dengan mata
Pole Top Switch
Sama dengan connector, namun pemasangannya hanya pada tiang listrik (pasangan luar) dan tidak dapat membuka secara otomatis pada saat terjadi gangguan
Air Break Switch
Dapat digunakan untuk menghubungkan dan memutuskan beban dibawah arus nominalnya (mis. 30% dari arus nominal) dan pemasangannya bisa indoor maupun outdoor, serta tidak dapat membuka saat terjadi gangguan
Load Break Switch
Dapat digunakan untuk menghubungkan dan memutuskan beban dengan beban nominalnya (manipulasi jaringan), dan tidak dapat membuka sendiri saat terjadi gangguan
Sectionalizer
Distribusi yang terganggu (agar bagian lain tetap dapat menyalurkan daya listrik), setelah PMT membuka, atau setelah otomatic circuit recloser (OCR) membuka, Pemasangannya diletakkan dijaringan, dimana setiap +13 km terpasang satu sectionalizer Pemisah bagian yang dapat memutus secara otomatis pada bagian jaringan
2.6.3. Bagian bagian dari DS
Dilihat dari segi konstruksinya pemisah dapat dibagi menjadi dua yaitu :
Tiga isolator pendukung, pendukung tengah, berputar, pemisah ganda.
Dua isolator pendukung, pemisah tunggal.
Pemisah tiga isolator (b) Pemisah dua isolator
Keterangan:
1 = Rangka Pendukung 5 = Saklar Utama
2 = Penggerak Mekanik 6 = Kontak
3 = Pemutar 7 = Sela Pelindung
4 = Isolator 8 = Saklar Pembumian
= Terminal
Pemeliharaan DS
Pemeliharaan adalah suatu kegiatan yang sangat penting, karena pemeliharaan yang baik akan memperpanjang umur peralatan dan akan menjamin berfungsinya peralatan dengan baik. Pemeliharaan dibagi menjadi beberapa metode sebagai berikut :
Pemeliharaan preventive ( Time base maintenance )
Pemeliharaan preventive adalah kegiatan pemeliharaan yang dilaksanakan untuk mencegah terjadinya kerusakan secara tiba tiba dan untuk mempertahankan unjuk kerja peralatan yang optimum sesuai umur teknisnya.
2. Pemeliharaan Prediktif ( Conditional maintenance )
Pemeliharaan prediktif adalah pemeliharaan yang dilakukan dengan cara mempredisi kondisi suatu peralatan listrik, apakah dan kapan kemungkinannya peralatan listrik tersebut menuju kegagalan.
3. Pemeliharaan korektif ( Corective maintenance )
Pemeliharaan korektif adalah pemeliharaan yang dilakukan secara terencana ketika peralatan listrik mengalami kelainan atau unjuk kerja rendah pada saat menjalankan fungsinya dengan tujuan untuk mengembalikan pada kondisi semula disertai perbaikan dan penyempurnaan instalasi.
4. Pemeliharaan darurat ( Breakdown maintenance )
Pemeliharaan darurat adalah pemeliharaan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan mendadak yang waktunya tidak tertentu dan sifatnya terurai
KESIMPULAN
Circuit Breaker (CB) merupakan saklar yang berfungsi membuka dan menutup rangkaian sesuai dengan ratingnya, dan ketika melakukan pembukaan dan penutupan rangkaian, selalu disertai busur api listrik. Circuit Breaker (CB) sering disebut sebagai peralatan dengan heavy duty, karena ia mampu mengintrupsi arus yang besar secara comparative dengan aman. CB didesign tidak hanya menghubungkan atau mengintrupsi arus beban dalam keadaan normal yang mengalir dalam rangkaian, namun juga mengintrupsi arus besar dalam keadaan abnormal (gangguan) yang mengalir dalam rangkaian, misalnya gangguan hubung singkat.
Disconecting Swith (DS) merupakan saklar yang membuka dan menutup rangkaian dalam keadaan tanpa beban. Untuk itu DS berperan besar dalam pemeliharaan peralatan, yang menjamin bahwa daerah itu bebas tegangan dan aman bagi operator dalam melakukan perbaikan. Dalam operasi sistem, CB dan DS merupakan satu kesatuan peralatan yang bekerja dengan cara interlock (saling mengunci).
Adapun spesifikasi teknis yang diperlukan bagi circuit breaker adalah sebagai beriku: (a) Tegangan operasi rangkaian, yang menentukan syarat isolasi, (b) Operasi normal atau arus beban maximum, merupakan syarat normal atau laod carryng part, dan (c) Keadaan abnormal maximum atau arus ganguan yang harus diintrupsi, merupakan syarat mekanis pada CB dan struktur pendukungnya
Untuk mengurangi efek timbulnya oksidasi, maka gerakan kontak-kontak CB harus bersifat membersihkan dirinya (Self Cleaning). Untuk itu konstruksi CB selalu mempertimbangkan teknik memadamkan busur dan teknik pembersihan kontak terhadap oksidasi.
Jika CB digunakan memutuskan arus AC, maka ada saatnya arus berharga nol, dan pada saat itu busur api akan padam, kemudian media sela kontak akan memulihkan dirinya menjadi isolasi, yaitu berangsur-angsur menaikkan kekuatan dielektriknya. Keadaan ini dapat dikatakan, bahwa tegangan di sela kontak yang tadinya sangat kecil berubah menjadi sangat besar. Tegangan sela kontak selama busur api padam disebut sebagai tegangan pemulihan (Recovery Voltage)
DAFTAR PUSTAKA
Pansini, Anthony J. (1999)" Electrical Transformer and Power Equipment" The Fairmont Press, INC. Indian Trail
Tobing, Bonggas L. (2003)," Peralatan Tegangan Tinggi", PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta
Harold W. Brown, (1917)," electrical Equipment its selection and arrangement" Mc Graw-hill Company, London
Arismunandar, Artono & Kuwahara, Susumu., (1973) : Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik, Jilid III : Gardu Induk, Cetakan Pertama, Tokyo :Association for International Technical Promotion & Jakarta : Pradnya Paramita.
TUGAS DISCONECTING SWITCH
Apa fungsi utama DS dan jelaskan pengertian Interlock pada DS dalam operasi sistem ?
Sebutkan jenis DS dilihat dalam beberapa hal ?
Peralatan DS erat kaitannya degan istilah pemeliharaan dalam sistem, Jelaskan peran besar DS terhadap pemeliharan peralatan ?
Kenapa DS tidak diperuntukkan memutuskan rangkaian dalam keadaan berbeban ?
Sebutkan komponen utama dari DS ?
TUGAS CIRCUIT BREAKER
Design CB selalu mempertimbangkan cara memadam busur api dan efek buruk yang ditimbulkan pada contack CB, sebutkan berapa cara memadamkan busur api pada CB
Jelaskan fungsi CB dan apa fungsi CB pada transformator?
Jelaskan bagaimana busur api itu terjadi pada saat kontak terbuka?
Saat kontak CB terbuka atau pun tertutup, system megalami keadaan transient. Keadaan system yang bagaimana transient itu sangat besar?
Jelaskan pengertian NOS ?
