BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 UmumPemutus tenaga adalah alat yang terpasang di gardu induk yang berfungsi untuk menghubungkan dan memutus arus beban atau arus gangguan. Pada waktu menghubungkan atau memutus beban akan terjadi tegangan recovery yaitu suatu fenomena tegangan lebih dan busur api. Pemutus tenaga adalah komponen dari sistem pengaman sangat penting bagi keamanan gardu induk. Arus gangguan dapat merusak peralatan dan instalasi supply jika terjadi gangguan dalam waktu yang lama. Untuk mencegah kerusakan setiap bagian dari sistem tenaga, maka haruslah dilengkapi dengan sistem pemutus tenaga.Syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu pemutus daya agar dapat melakukan hal tersebut adalah :1. Mampu menyalurkan arus maksimum system kontinyu.

2. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus daya itu.Sistem tenaga listrik dirancang untuk sebisa mungkin terhindar dari gangguann hubung singkat dan menjaga peralatan dan sistem yang dirancang tersebut. Pada perencanaan suatu sistem pengaman tenaga listrik khususnya pada gardu induk, sangat dibutuhkan data tentang besarnya arus hubung singkat. Maka perlu dilakukan studi gangguan hubung singkat, yang bertujuan untuk menentukan kapasitas alat pemutus tenaga berdasarkan arus hubung singkat maksimum yang terjadi pada suatu titik dalam system bila terjadi gangguan atau hubung singkat.

2.2 Pengertian Pemutus Tenaga (PMT)Pemutus tenaga adalah alat yang terpasang pada gardu induk yang berfungsi untuk menghubungkan dan memutus arus beban atau arus gangguan.

Politeknik Negeri SriwijayaLaporan Akhir5

Syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu PMT agar dapat melakukan hal- hal diatas, adalah sebagai berikut :1. Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara terus menerus.

2. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus tenaga itu sendiri.3. Dapat memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus hubung singkat tidak sampai merusak peralatan sistem, membuat sistem kehilangan kestabilan , dan merusak pemutus tenaga itu sendiri1.Setiap PMT dirancang sesuai dengan tugas yang akan dipikulnya, ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam rancangan suatu PMT, yaitu :1. Tegangan efektif tertinggi dan Frekuensi daya jaringan dimana pemutus daya itu akan dipasang. Nilainya tergantung pada jenis pentanahan titik netral sistem.2. Arus maksimum kontinyu yang akan dialirkan melalui pemutus daya.

Nilai arus ini tergantung pada arus maksimum sumber daya atau arus nominal beban dimana pemutus daya tersebut terpasang.3. Arus hubung singkat maksimum yang akan diputuskan pemutus daya tersebut.4. Lamanya maksimum arus hubung singkat yang boleh berlangsung. hal ini berhubungan dengan waktu pembukaan kontak yang dibutuhkan.5. Jarak bebas antara bagian yang bertegangan tinggi dengan objek lain disekitarnya.6. Jarak rambat arus bocor pada isolatornya.

7. Kekuatan dielektrik media isolator sela kontak.

8. Iklim dan ketinggian lokasi penempatan pemutus daya.

10Politeknik Negeri SriwijayaLaporan AkhirTegangan pengenal PMT dirancang untuk lokasi yang ketinggiannya maksimum 1000 meter diatas permukaan laut. Jika PMT dipasang pada lokasi yang ketinggiannya lebih dari 1000 meter, maka tegangan operasi maksimum dari PMT tersebut harus dikoreksi dengan faktor yang diberikan pada tabel 1.

Tabel 2.1 Faktor Koreksi antara Tegangan dan Lokasi

Ketinggian (meter)Faktor Koreksi

10001,00

12120,98

15150,95

30300,80

2.3 Fungsi Bagian Utama PMTRuangan pemutus tenaga .

Ruangan penutus tenaga ini berfungsi sebagai ruangan pemadam busur api, yang terdiri dari :a. Unit pemutus utama yang berfungsi sebagai pemutus utama

Unit pemutus utama ini berupa ruangan yang diselubungi bagian luar oleh isolator dari porselen dan disebelah dalamnya terdapat ruangan udara, kontak- kontak bergerak yang dilengkapi oleh pegas penekan dan kontak tetap sebagai penghubung yang terletak melekat pada isolator porselen.

b. Unit pemutus pembantu yang berfungsi sebagai pemutus arus yang melalui tahanan.Unit pemutus pembantu ini berupa ruangan yang diselubungi bagian luar oleh isolator dari porselen dan disebelah dalamnya terdapat ruangan udara, kontak-kontak bergerak yang dilengkapi oleh pegas penekan dan kontak tetap sebagai penghubung yang terletak melekat pada porselen.

c. Katup kelambatan

Berfungsi sebagai pengatur udara bertekanan dari pemutus utama ke unit pemutus pembantu , sehingga kontak pada unit pemutus pembantu akan terbuka kurang dari 25 ms (micro detik) setelah kontak-kontak pada pemutus utama terbuka. Ketup kelambatan ini berupa bejana berbentuk silinder yang berongga sebagi ruang udara dan juga terdapat ruang pengatur, katup penahan, katup pengatur, rumah perapat, dan tempat katup.

d. Tahanan.

Tahanan ini dipasang pararel dengan unit pemutus utama, yang berfungsi untuk :a. mengurangi kenaikan harga dari tegangan pukul b. mengurangi arus pukulan pada waktu pemutusan

e. kapasitor

Kapasitor ini dipasang pararel dengan tahanan, unit pemutus utama dan unit pemutus pembantu, yang berfungsi untuk mendapatkan pembagian tegangan yang sama pada setiap celah kontak, sehingga kapasitas pemutusan pada setiap celah sama besarnya.

f. Kontak-kontak

1. Unit pemutus utama

Kontak bergerak dilapisi dengan perak terdiri dari:

o Kepala kontak bergerak

o Silinder kontak o Jari-jari kontak o Batang kontako Pegangan kontak Kontak tetap, terdiri dari : o Kepala kontako Pegangan kontak

2. Unit pemutus pembantu

o Kontak bergerak

o Kontak tetap, yang terdiri dari:

Jari-jari kontak

Pegangan kontak

2.4 Proses Terjadinya Busur ApiPada waktu pemutusan atau penghubungan suatu rangkaian sistem

tenaga listrik maka pada PMT akan terjadi busur api, hal tersebut terjadi karena pada saat kontak PMT dipisahkan, beda potensial diantara kontak akan menimbulkan medan elektrik diantara kontak tersebut, seperti ditunjukkan pada gambar 1.

Gambar 2.1 Pembentukan Busur Api

Arus yang sebelumnya mengalir pada kontak akan memanaskan kontak dan menghasilkan emisi thermis pada permukaan kontak. Sedangkan medan elektrik menimbulkan emisi medan tinggi pada kontak katoda (K). Kedua emisi ini menghasilkan elektron bebas yang sangat banyak dan bergerak menuju kontak anoda (A). Elektron-elektron ini membentur molekul netral media isolasi dikawasan positif, benturan-benturan ini akan menimbulkan proses ionisasi. Dengan demikian, jumlah elektron bebas yang menuju anoda akan semakin bertambah dan muncul ion positif hasil ionisasi yang bergerak menuju katoda, perpindahan elektron bebas ke anoda menimbulkan arus dan memanaskan kontak anoda.Ion positif yang tiba di kontak katoda akan menimbulkan dua efek yang berbeda. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya tinggi, misalnya tungsten atau karbon, maka ion positif akan menimbulkan pemanasan di

katoda. Akibatnya, emisi thermis semakin meningkat. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya rendah, misal tembaga, ion positif akan menimbulkan emisi medan tinggi. Hasil emisi thermis ini dan emisi medan tinggi akan melanggengkan proses ionisasi, sehingga perpindahan muatan antar kontak terus berlangsung dan inilah yang disebut busur api.`Untuk memadamkan busur api tersebut perlu dilakukan usaha-usaha yang dapat menimbulkan proses deionisasi, antara lain dengan cara sebagai berikut:1. Meniupkan udara ke sela kontak, sehingga partikel-partikel hasil ionisai dijauhkan dari sela kontak.2. Menyemburkan minyak isolasi kebusur api untuk memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi.3. Memotong busur api dengan tabir isolasi atau tabir logam, sehingga memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi.4. Membuat medium pemisah kontak dari gas elektronegatif, sehingga elektron- elektron bebas tertangkap oleh molekul netral gas tersebut.Jika pengurangan partikel bermuatan karena proses deionisasi lebih banyak daripada penambahan muatan karena proses ionisasi, maka busur api akan padam. Ketika busur api padam, di sela kontak akan tetap ada terpaan medan elektrik. Jika suatu saat terjadi terpaan medan elektrik yang lebih besar daripada kekuatan dielektrik media isolasi kontak, maka busur api akanterjadi lagi1.

2.5 Klasifikasi PMT

Klasifikasi Pemutus Tenaga dapat dibagi atas beberapa jenis, antara lain berdasarkan tegangan rating/nominal, jumlah mekanik penggerak, media isolasi, dan proses pemadaman busur api jenis gas SF6.

2.5.1 Berdasarkan Besar/Kelas Tegangan

PMT dapat dibedakan menjadi 4, yaitu :

1. PMT tegangan rendah (Low Voltage)

Dengan range tegangan 0.1 s/d 1 kV ( SPLN 1.1995 - 3.3 ).

2. PMT tegangan menengah (Medium Voltage)

Dengan range tegangan 1 s/d 35 kV ( SPLN 1.1995 3.4 ).

3. PMT tegangan tinggi (High Voltage)

Dengan range tegangan 35 s/d 245 kV ( SPLN 1.1995 3.5 ).

4. PMT tegangan extra tinggi (Extra High Voltage)

Dengan range tegangan lebih besar dari 245 kVAC ( SPLN 1.1995 3.6 ). 2

2.5.2 Berdasarkan Jumlah Mekanik dan Penggerak

PMT dapat dibedakan menjadi 2, yaitu :

1. PMT Single Pole

PMT type ini mempunyai mekanik penggerak pada masing-masing pole, umumnya PMT jenis ini dipasang pada bay penghantar agar PMT bisa reclose satu fasa.

Gambar 2.2. PMT Single Pole2

Keterangan :

1.pondasi

2. kerangka (structure)

3. mekanik penggerak

4. isolator support

5. ruang pemutus

6a. terminal utama atas

6b. terminal utama bawah

7. lemari control lokal

8. Pentanahan /grounding

2. PMT Three Pole

PMT jenis ini mempunyai satu mekanik penggerak untuk tiga fasa, guna menghubungkan fasa satu dengan fasa lainnya di lengkapi dengan kopel mekanik, umumnya PMT jenis ini di pasang pada bay trafo dan bay kopelserta PMT 20 kV untuk distribusi.

6aKeterangan .

5 1. Pondasi2. Kerangka (Struckture)6b 3. Mekanik penggerak4 4. Isolator suport.5. Ruang pemutus6a. Terminal Utama atas37 6b. Terminal Utama bawah

7. Lemari control lokal2 8. Pentanahan/Gorunding

81

Gambar 2.3. PMT Three Pole 2

2.5.3 Berdasarkan Media Isolasi

2.5.3.1 Sakelar PMT Minyak.

Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 10 kA

dan pada rangkaian bertegangan sampai 500 kV. Pada saat kontak dipisahkan, busur api akan terjadi didalam minyak, sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi busur api, karena panas yang ditimbulkan busur api, minyak mengalami dekomposisi dan menghasilkan gas hydrogen yang bersifat menghambat produksi pasangan ion. Oleh karena itu, pemadaman busur api tergantung pada pemanjangan dan pendinginan busur api dan juga tergantung pada jenis gas hasil dekomposisi minyak.

Gambar 2.4 Pemadaman busur api pada PMT minyak

Gas yang timbul karena dekomposisi minyak menimbulkan tekanan terhadap minyak, sehingga minyak terdorong ke bawah melalui leher bilik. Di leher bilik, minyak ini melakukan kontak yang intim dengan busur api. Hal ini akan menimbulkan pendinginan busur api,mendorong proses rekombinasi dan menjauhkan partikel bermuatan dari lintasan busur api.Minyak yang berada diantara kontak sangat efektif memutuskan arus. Kelemahannya adalah minyak mudah terbakar dan kekentalan minyak memperlambat pemisahan kontak, sehingga tidak cocok untuk sistem yang membutuhkan pemutusan arus yang cepat.Sakelar PMT minyak terbagi menjadi 2 jenis, yaitu :

1. Sakelar PMT dengan banyak menggunakan minyak (Bulk Oil Circuit Breaker), pada tipe ini minyak berfungsi sebagai peredam loncatan bunga api listrik selama terjadi pemutusan kontak dan sebagai isolator antara bagian-bagian yang bertegangan dengan badan, jenis PMT ini juga ada

yang dilengkapi dengan alat pembatas busur api listrik

2. Sakelar PMT dengan sedikit menggunakan minyak (Low oil Content Circuit Breaker), pada tipe ini minyak hanya dipergunSakelarakn sebagai peredam loncatan bunga api listrik, sedangkan sebagai bahan isolator dari bagian-bagian yang bertegangan digunakan porselen atau material isolasi dari jenis organic.

2.5.3.2 Sakelar PMT Udara Hembus (Air Blast Circuit Breaker)Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 40 kA dan pada rangkaian bertegangan sampai 765 kV. PMT udara hembus dirancang untuk mengatasi kelemahan pada PMT minyak, yaitu dengan membuat media isolator kontak dari bahan yang tidak mudah terbakar dan tidak menghalangi pemisahan kontak, sehingga pemisahan kontak dapat dilaksanakan dalam waktu yang sangat cepat. Saat busur api timbul, udara tekanan tinggi dihembuskan ke busur api dipadamkan oleh hembusan udara tekanan tinggi itu dan juga menyingkirkan partikel-partikel bermuatan dari sela kontak, udara ini juga berfungsi untukn mencegah restriking voltage (tegangan pukul ulang).

Gambar 2.5 Pemadaman busur api pada pemutus daya udara hembus. 3

Kontak pemutus ditempatkan didalam isolator, dan juga katup hembusan udara. Pada sakelar PMT kapasitas kecil, isolator ini merupakan satu kesatuan dengan PMT, tetapi untuk kapasitas besar tidak demikian halnya3.

2.5.2.3 Sakelar PMT vakum (Vacuum Circuit Breaker)Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus rangkaian bertegangan sampai 38 kV. Pada PMT vakum, kontak ditempatkan pada suatu bilik vakum. Untuk mencegah udara masuk kedalam bilik, maka bilik ini harusditutup rapat dan kontak bergeraknya diikat ketat dengan perapat logam.

keterangan :

Gambar 2.6 Kontak pemutus daya vakum4

1. Plat-plat penahan bukan bahan magnet

2. Rumah pemutus dari bahan berisolasi

3. Pelindung dari embun uap

4. Kontak bergerak

5. Kontak tetap

6. Penghembus dari bahan logam

7. Tutup alat penghembus

8. Ujung kontak

Jika kontak dibuka, maka pada katoda kontak terjadi emisi thermis dan medan tegangan yang tinggi yang memproduksi elektron-elektron bebas. Elektron hasil emisi ini bergerak menuju anoda, elektron-elektron bebas ini tidak bertem dengan molekul udara sehingga tidak terjadi proses ionisasi. Akibatnya, tidak ada penambahan elektron bebas yang mengawali pembentukan busur api. Dengan kata lain, busur api dapat dipadamkan.

2.5.2.4 Sakelar PMT Gas SF6 (SF6 Circuit Breaker)

Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 40 kA dan pada rangkaian bertegangan sampai 765 kV. Media gas yang digunakan pada tipe ini adalah gas SF6 (Sulphur hexafluoride). Sifat gas SF6 murni adalah tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Pada suhu diatas 150 C, gas SF6 mempunyai sifat tidak merusak metal, plastic dan bermacam bahan yang umumnya digunakan dalam pemutus tenaga tegangan tinggi. Sebagai isolasi listrik, gas SF6 mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi (2,35 kali udara) dan kekuatan dielektrik ini bertambah dengan pertambahan tekanan. Sifat lain dari gas SF6 ialah mampu mengembalikan kekuatan dielektrik dengan cepat, tidak terjadi karbon selama terjadi busur api dan tidak menimbulkan bunyi pada saat pemutus tenaga menutup atau membuka.Selama pengisian, gas SF6 akan menjadi dingin jika keluar dari tangki penyimpanan dan akan panas kembali jika dipompakan untuk pengisian kedalam bagian/ruang pemutus tenaga. Oleh karena itu gas SF6 perlu diadakan pengaturan tekanannya beberapa jam setelah pengisian, pada saat gas SF6pada suhu lingkungan. 3

Tabel 2.2 Batas tekanan gas SF6 pada pemutus tenaga, pada suhu 20, tekanan atmosphir 760mmHgC

Sakelar PMT SF6 ada 2 tipe, yaitu:

1. PMT Tipe Tekanan Tunggal (Single Pressure Type), PMT SF6 tipe ini diisi dengan gas SF6 dengan tekanan kira-kira 5 Kg/cm2 . selama

pemisahan kontak-kontak, gas SF6 ditekan kedalam suatu tabung yang menempel pada kontak bergerak. Pada waktu pemutusan kontak terjadi, gas SF6 ditekan melalui nozzle dan tiupan ini yang mematikan busur api.2. PMT Tipe Tekanan Ganda (Double Pressure Type), dimana pada saat ini sudah tidak diproduksi lagi. Pada tipe ini, gas dari sistem tekanan tinggi dialirkan melalui nozzle ke gas sistem tekanan rendah selama pemutusan busur api. Pada sistem gas tekanan tinggi, tekanan gas SF6 kurang lebih 12Kg/cm2 dan pada sistem gas tekanan rendah, tekanan gas SF6 kurang lebih 2 kg/cm2. Gas pada sistem tekanan rendah kemudian dipompakan kembali ke sistem tekanan tinggi3.

Gambar 2.7. PMT Satu Katup 245kV dengan Gas SF64Keterangan :1. Mekanisme penggerak (operating mechanism).

2. Pemutus (interupter).

3.Isolator penyangga dari porselen rongga (hollow support insulator porcelen).4. Batang penggerak berisolasi glass Fibre (Fibre Glass Insulating

Operating Rod).

5. Penyambung diantara no.4 dan no.12 (linkages).

6. Terminal-terminal.

7. Saringan (filters).

8. Silinder bergerak (movable cylinder).

9. Torak tetap (fixed piston).

10. Kontak tetap (fixed contact).

2.6 Sistem Penggerak

Berfungsi menggerakkan kontak gerak (moving contact) untuk operasi pemutusan atau penutupan PMT.Terdapat beberapa jenis sistem penggerak pada PMT, antara lain :

2.6.1 Penggerak pegas (Spring Drive)

Mekanis penggerak PMT dengan menggunakan pegas (spring) terdiri dari 2 macam, yaitu :1. Pegas pilin ( helical spring )

PMT jenis ini menggunakan pegas pilin sebagai sumber tenaga penggerak yang di tarik atau di regangkan oleh motor melalui rantai.2. Pegas gulung ( scroll spring )

PMT ini menggunakan pegas gulung untuk sumber tenaga penggerak yang di putar oleh motor melalui roda gigi.

Gambar 2.8. Sistem pegas pilin (helical)

Gambar 2.9. Sistem pegas gulung (scroll)

2.6.2 Penggerak Hidrolik

Penggerak mekanik PMT hidrolik adalah rangkaian gabungan dari beberapa komponen mekanik, elektrik dan hidrolik oil yang dirangkai sedemikian rupa sehingga dapat berfungsi sebagai penggerak untuk membuka dan menutup PMT.

2.6.2.1 Skematik Diagram Hidrolik dan Elektrik

Skematik diagram sistem hydraulic dan elektrik berikut, merupakan skematik sederhana untuk memudahkan pemahaman cara kerja sistem hydraulic dan keterkaitannya dengan sistem elektrik.

Gambar 2.10. Skematik diagram sistem hidrolik

Pada kondisi PMT membuka / keluar, sistem hidrolik tekanan tinggi tetap pada posisi seperti pada gambar piping diagram, di mana minyak hidrolik tekanan rendah (warna biru) bertekanan sama dengan tekanan Atmosfir dan (warna merah) bertekanan tinggi hingga 360 bar.

2.6.3 Penggerak Pneumatic

Penggerak mekanik PMT pneumatic adalah rangkaian gabungan dari beberapa komponen mekanik, elektrik dan udara bertekanan yang dirangkai sedemikian rupa sehingga dapat berfungsi sebagai penggerak untuk membuka dan menutup PMT.

2.6.4 SF6 Gas Dynamic

PMT jenis ini media memanfaatkan tekanan gas SF6 yang berfungsi ganda selain sebagai pemadam tekanan gas juga dimanfaatkan sebagai media penggerak.

Setiap PMT terdiri dari 3 identik pole, dimana masing masing merupakan unit komplit dari Interrupter, isolator tumpu, dan power aktuator yang digerakkan oleh gas SF6 masing masing pole dalam cycle tertutup.Energi untuk menggerakkan kontak utama terjadi karena adanya perbedaan tekanan gas SF6 antara :1. Volume yang terbentuk dalam interrupter dan isolastor tumpu.

2. Volume dalam enclosure mekanik penggerak

Gambar 2.11. Diagram mekanisme operasi PMT SF6 dynamic2

2.7 Pemadaman Busur ListrikBusur listrik adalah suatu jenis pelepasan energi listrik antara elektroda- elektroda. Dalam pemutusan tenaga busur listrik berlangsung selama periode yang singkat sesudah pemisahan kontak-kontak yang membawa arus. Pemutus tenaga harus mampu memadamkan busur tanpa mengalami kerusakan. Busur memegang peranan penting terhadap karakteristik pemutus tenaga. Dalam busur arus bolak- balik, arus akan melewati titik nol arus dan busur akan lenyap sesaat. Pada saat inilah busur harus dicegah dari restrike kembali untuk kemudian dipadamkan. Tugas pemadaman busur, walaupun tidak sering tetapi memberikan strees yang tertinggi pada pemutus tenaga. Cara-cara yang digunakan untuk pemadaman busur dapat diklasifikasikan dalam dua kategori sebagai berikut : Pemutusan tahanan tinggi

Tahanan alur arus diperbesar bertahap yang akan menghasilkan tegangan jatuh yang meningkat. Busur akan padam jika tegangan system tidak lagi

dapat mempertahankan busur karena nilai tegangan jatuh yang tinggi. Prinsip ini digunakan dalam pemutus arus searah dan pemtus arus bolak-balik jenis pemutusan udara yang kapasitasnya relative rendah dalam beberapa ratus MVA. Dalam metode ini panjang dan energi busur ditingkatkan, energi tersimpan dalam induktansi secara bertahap disisipkan dalam busur. Pemutus arus nol

Busur diputuskan pada saat nol arus natural bolak-balik dan kekuatan dielektrik antara celah kontak ditingkatkan sedemikian rupa sehingga dapat bertahan terhadap stress tegangan yang timbul.

2.7.1 Pemadaman Busur dalam Semburan Udara

Selama pemadaman busur dalam pemutus semburan udara, udara mengalir dari reservoir tekanan tinggi ke reservoir tekanan atmosfir yang rendah. Laju aliran diatur aloh diameter nosel. Disain diatur agar dicapai kecepatan aliran supertonic. Aliran aksial udara pada kecepatan tinggi menyebabkan pengurangan yang cepat dari diameter busur dan busur tidak akan muncul kembali setelah akhir nol arus.

2.7.2 Pemadaman Busur dalam Minyak

Busur yang terjadi akan mengurangi minyak dielektrik. Gas-gas yang terbentuk karena dekomposisi minyak inilah akan menyebabkan peningkatan tekanan dalam ruangan pemadaman. Aliran gas ini mengalir melelui saluran ruang pemadam, maka busur mencoba meluas dengan saluran akan didinginkan oleh aliran gas ini. Gas mengandung sekitar 70 % yang mana memiliki kekuatan dielektrik yang baik. Sesudah pemadaman busur, ruang kontak segera diisi dengan minyak elektrik yang baru.Dalam beberapa pemutus tenaga, suatu piston diletakkan pada kontak gerak yang menyababkan aliran minyak dalam ruang kontak. Hal ini akan memberikan jaminan cepatnya diperoleh kekuatan dielektrik. Dalam disain lain ruang pemadam diberi tekanan oleh gas nitrogen. Tekanan dalam

minyak akan memberikan efek pembilasan ruang kontak dengan dielektrik yang segar sesudah akhir pemadam busur. Jumlah gas yang terbentuk selama pembusuran sebanding dengan arus busur.

2.7.3 Pemadaman Busur dalam Gas SF6

Dalam plasma, sebagian besar arus dibawa oleh electron-elektron. Pada gas-gas tertentu seperti SF6 , atom-atom dan molekul-molekul mempunyai sifat menarik electron untuk membentuk ion-ion negative. Ion-ion negative lebih berat dari electron dan bergerak lambat, jadi tahanan plasma meningkat pesat. Jadi gas electronegative seperti gas SF6 adalah sangat baik sebagai pemadam busur.Proses pemadaman busur pada gas SF6 didasarkan atas prinsip disipasi panas aksial. Gas mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah melalui nozzle menuju busur, mengambil panas busur yang menyebabkan pengurangan diameter busur. Sesudah arus nol, media memperoleh kembali kekuatan dielektriknya dengan cepat. Sifat kembali kekuatan dielektrik ini disebabkan sifat elektronegatife dari gas.

2.7.4 Pemadaman Busur dalam Vakum

Saat kontak interufter vakum memisah, busur muncul diantaranya. Arus meninggalkan elektroda dari nilai yang kecil sampai yang paling besar. Kontak logam akan menguap dari spot ini. Aliran uap merupakan plasma dari busur vakum. Uap yang terbentuk sebanding dengan laju emisi penguapan yang juga sebanding dengan arus busur. Pada saat nol arus, plasma menjadi hilang. Jadi busur dipadamkan pada arus nol. Material dan bentuk kontak busur adalah sangat penting dalam disain pemutus vakum ini. Konstanta busur vakum adalah paling rendah.

2.8 Proses Pemutus Tenaga Terhadap Gangguan

Dalam kondisi operasi normal pemutus tenaga dapat dibuka atau ditutup oleh operator dengan maksud switching atau pemeliharaan. Dalam kondisi abnormal atau gangguan rele-rele akan memberikan reaksi terhadap gangguan dan

menutup menutup rangkaian trip pemutus tenaga, kemudian pemutus tenaga membuka. Pemutus tenaga mempunyai dua posisi kerja , membuka dan menutup. Operasi pembukaan da penutupan otomatis kontak-kontak dilakukan oleh mekanisme operasi pemutus tenaga. Busur dipadamkan pada titik nol arus netral arus bolak- balik.

2.9 Mekanisme Kerja PMT

Pemutus tenaga mempunyai dua posisi kerja, membuka dan menutup. Selama operasi penutupan, kontak-kontak penutup menutup melawan gaya-gaya saling berlawanan. Selama operasi pembukaan, kontak-kontak tertutup terpisah sedini mungkin. Mekanisme kerja pemutus tenaga harus melakukan gaya-gaya yang besar pada kecepatan yang tinggi. Waktu operasi antara saat penerimaan sinyal trip dan akhir pemisahan kontak dalam orde 0,03 detik (1,5 cycle) dalam pemutus tegangan tionggi. Pada pemutus lambat yang digunakan dalam system distribusi, waktu ini sekitar 3 siklus. Ketika menutup, penutupan kontak harus cepat dengan tekanan kontak yang tepat pada akhir perjalanan kontak. Jika kondisi ini tidak terpenuhi, pengelasan kontak dapat terjadi. Mekanisme harus mampu memberikan tugas khusus pemutus tenaga, kerja pembukaan danpenutupan4.

2.9.1 Pembukaan jaringan

PMT dioperasikan (dilepas) lebih dahulu

Sebelum pemisah dioperasikan apakah PMT sudah terbuka sempurna , apakah amperemeter menunjukan nol.Urutan pembukaan jaringan :

1. PMT

2. PMS

3. PMS tanah

Dalam operasi pembukaan, energi yang diperlukan untuk pembukaan dapat diperoleh dari salah satu metode tersebut :- Pegas yang terbuka

- Minyak hidrolik tekanan tinggi yang tersimpan dalam akumulator.

- Uadara kompresif tekanan tinggi yang dalam penerima udara .

Gerak termasuk kontak-kontak dan kaitannya dengan cepat untuk memperoleh karakteristik pembukaan yang diinginkan. Selama operasi pembukaan ada gaya-gaya pelawan seperti :-Gaya-gaya elektromagnetik pada cengkraman kontak. Kontak-kontak jari adalah pegas terisi dan gaya cengkramannya melawan gaya kontak gerak. Selama hubung singkat, gaya-gaya elektromagnetik cenderung meningkatkan cengkeraman pasangan kontak jari gaya cengkraman kontak meningkat sebanding dengan kuadrat arus.-Gesekan. Berbagai lirik operasi, pembukaan bantalan, pembukaan antara bagian-bagian gerak dan tepat, dan semuanya memberikan gesekan yang tinggi dan dapat mengurangi kecepatan awal dari kontak gerak yang mana dapat menghasilkan kegagalan pemutus dalam pemadaman busur.-Inersia dari bagian-bagian gerak. Energi dari dalam mekanisme kerja dipakai dalam mempercepat sub pasangan gerak untuk memperoleh kecepatan yang diinginkan.- Gaya-gaya pelawan medium pemadam.

2.9.2 Penutupan Jaringan

PMT dioperasikan setelah pemisah-pemisah dihubungkan.

Setelah PMT dihubungkan diperiksa apakah terjadi kebocoran isolasi pada PMT.Urutan penutupan jaringan :

1. PMS tanah

2. PMS

3. PMT

Secara normal, penutupan kontak-kontak pemutus tenaga dalam kondisi normal tidak menimbulkan persoalan. Mekanisme kerja harus mampu mengatasi gesekan dan mempercepat kontak gerak. Tetapi ketika pemutus tenaga

menutup pda kondisi hubung singkat gaya elektromagnetik akan terlibat. Kapasitas penutupan pemutus tenaga tergantung atas gaya dan kecepatan pada waktu operasi penutupan dilakukan.Selama operasi penutupan akan terjadi beberapa gaya perlawana seperti :

-Gaya elektromagnetik antara kontak-kontak. Ketika kontak-kontak saling menyentuh pada operasi penutupan, gaya-gaya elektromagnetik akan muncul, yang besarnya berbanding kuadratis terhadap arus dan arahnya berlawanan terhadap arah penutupan. Gaya-gaya ini besar jika pemutus menutup pada kondisi hubung singkat. Pemutus harus mampu menutup pada kondisi hubung singkat.-Kerja pegas operasi. Kontak-kontak gerak pemutus terbuka dengan tekanan pegas. Ketika menutup, pegas ini melawan penutupan.--Inersia dari sub-pasangan gerak kontak-kontak penahannya. Batang penegang, link operasi dari mekanisme kerja dan lain-lain. Massa sub pasangan ini cukup besar pada pemutus tenaga tegangan tinggi dan inersia melawan aksekarsi yang cepat.-Gaya perlawanan karena medium seperti minyak gas SF6. sub-pasangan gerak harus bergerak dalam medium elektrik, dalam beberapa kasus pada tekanan yang tinggi.-Gesekan. Gaya-gaya total pada mekanisme kerja harus lebih besar dari jumlah gaya-gaya pelawan yang sudah disebutkan.

2.10 Sistem Per Unit

Untuk mempermudah perhitungan atau analisa pada sistem tenaga listrik biasanya dipakai harga-harga per-unit. Harga-harga yang dinyatakan dalam satuan ini ialah harga yang sebenarnya dibagi suatu harga dasar. Harga ini dapat dipilih sembarang. Jadi bila arus dinyatakan dalam satuan per-unit maka :Besaran E, arus I, daya kVA, impedansi Z selalu dinyatakan dalam % atau pu (per unit) dari basis/dasar yang dipilih. Persamaan dasar :E=I.Z ....................................................................................... (2.1)5

Dimana E dalam volt.

I dalam ampere. Z dalam ohm.Bila persamaan tersebut dibagi dengan suatu angka yang tidak merubah persamaan tersebut yaitu angka dari tegangan dasar (base) Eb, maka dapat ditulis:= = .......................................................................... (2.2)5

Pada tegangan dasar Eb, arus dasar Ib dan impedansi dasar Zb juga berlaku persamaan dasar. Eb = Ib. Zb, sehingga persamaan (1.2) dapat ditulis :=

= dan = serta = , dimana Z=I, Impendansi dalam ohm. Juga berlaku . Persamaan daya V.A =E.IBila daya dasar (Volt Ampare, maka berlaku juga = Eb. Ib

Maka = = ........................................................ (2.3)5

Eb, Ib , (VA)b , Zb bila dua dari dasar ini ditentukan , maka dua persamaan lainnya akan diketahui. Biasanya dasar yang ditentukan adalah :(VA)b dan Eb, maka Ib dan Zb dari sini dapat ditentukan kVA b, sebagai : Zb = Zb = x

Zb =

Zb =

Zb = ............................................................................. (2.4)5Demikian juga tegangan, daya, dan impedansi dapat dinyatakan dalam harga satuan.

........................ (2.5)5Z ......(2.6)5

ZL dalam pu= ................................................. (2.7) 8

2.11 Impedansi TransformatorUntuk suatu transformator impedansi dapat ditinjau dari sisi tegangan tinggi atau tegangan rendahnya. Apabila persen atau per-unit dari impedansi suatu transformator ditinjau dari sisi tegangan rendahnya, maka besarnya juga dipilih dari tegangan rendahnya.Zt (Impedansi trafo) misal 10%.

....................................... (2.8)

2.12 Impedansi Ekuivalen

Untuk mengetahui impedansi total, maka terlebih dahulu harus dicari Zp, Zt, ZL kemudian dapat dicari impedansi total dengan rumus :Zekuivalen = Zp + Zt + ZL .................... (2.9)6

2.13 Menghitung Besarnya Arus Hubung Singkat 3 Fasa

Untuk mengetahui arus hubung singkat tiga Fasa per6lu diketahui transformator daya (pu) isi sekunder dengan menggunakan rumus :........................ (2.10)5

Maka arus hubung singkat tiga fasa adalah :

......................... (2.11)5

Untuk mencari arus hubung singkat tiga fasa dalam ampere, maka harus dicari dahulu arus dasarnya (Ib) dengan rumus :.(2.12) 5... (2.13)5

2.14 Kapasitas Pemutusan

Ditentukan keadaan hubung singkat atau arus pemutusan yang didapatkan pada suatu keadaan khusus, selanjutnya ditentukan switch yang cocok selama keadaan tersebut berlangsung. Beberapa pabrik menetapkan

tegangan dan arus yang diizinkan pada sebuah switch, juga kapasitas pemutusan maksimum.Bagian selanjutnya karya tulis I.E.E dapat memberikan kejelasan hingga sekarang digunakan dieropa mengenai waktu, ukuran yang sangat besar yang merupakan kriteria kapasitas pemutusan dan sebuah kurva (dijelaskan pada Gb. 1) yang memperlihatkan hubungan antara hal tersebut dengan banyaknya minyak.

Gambar 2.12. kurva hubungan jumlah minyak dengan kapasitas pemutus dari pemutus tanaga minyak.

Setiap sambungan antara fasilitas Pemakai Jaringan dengan jaringan transmisi harus dikontrol oleh PMT yang mampu memutuskan arus hubung- singkat maksimum pada titiksambungan. Berdasarkan permintaan, P3B Sumatera harus memberikan nilai arus hubung-singkat saat penyambungan dan yang akan datang, serta rating PMT saat berlangsung dan pada titik-titik sambungan terkait yang akan dibangun. (ATURAN JARINGAN SISTEM TENAGA LISTRIK SUMATERA No.37 Tahun 2008)

Tabel 2.3 Seleksi rating PMT

No.kA hubung singkat1,5

kali proteksiSeleksi rating kA CB

1.0,97 kA 7,74 kA12,5 kA

2.7,75 kA 15,38 kA25 kA

3.15,39 kA 27,33 kA31,5 kA

4.27,34 kA 35,37 kA50 kA

5.35,38 kA 51,68 kA65 kA

Arus hubung singkat dikali 1, 5 untuk menginginkan proteksi lebih 20%

dan agar umur CB pada gardu induk lebih panjang.ICB= I hs3 x 1.5 (SPLN 9B : 1978) ..................................... (2.14)2

2.15 Pemutus Beban

Pemutus beban mempunyai beberapa pengenal (rating) dasar sebagai berikut :a. Arus pemutusan dasar = X / 2

b. Arus pemutusan dasar asimetris = (X 2 )2 + Y2

Keterangan :

Gambar 2.13

I : arus pemutusan

AA,BB : sampul arus pemutusan

CC : garis tengah antar AA dan BB SS : saat terjadinya hubung singkat PP : saat terjadinya busur apiX: komponen simetris atau bolak balik dari arud pemutusan waktu terjadinya busur apiY: komponen searah dari arus pemutusan waktu terjadinya busur apiDimana X adalah amplituda arus komponen bolak-balik, sedang Y adalah komponen searah pada saat timbulnya busur api.c. Kapasitas pemutusan dasar = x (arus pemutusan dasar) x (tegangan dasar)Kapasitas pemutusa dasar bersangkutan dengan arus pemutusan dasar

komponen yang simetris. Yang bersangkutan dengan arus pemutusan dasar asimetris adalah kapasitas pemutusan asimetris.d. waktu pemutusan dasar, yaitu jumlah dari waktu bukakontak dan waktu berlangsungnya busur api. Waktu buka adalah jangka waktu mulai dari dimuatinya kumparan pembuka (tripping coil) sampai terbukanya kontak dari pemutus beban itu. Pada pemutus beban bolak-balik, karena padamnya busur pada waktu arus mencapai titik nolnya, maka berlnagsungnya busur api itu harus dihitung 1 cycle. Ini berarti bahwa untuk pemutus beban3-cycle yang sering dipakai untuk penutupan kembali (reclosing) pada saluran tegangan tinggi sekali waktu bukanya harus kurang dari 2-cycle. Waktu pemutusan dasar, selain 3-cycle, ada yang 5-cycle, 8 cycle dan sebagainya, sesuai dengan penggunaannya masing- masing7.