Medium - High Voltage Switchyards Supporting Equipment

1. CIRCUIT BREAKER

Circuit breaker (CB) atau Pemutus Daya (PMT) adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk memutuskan hubungan antara sisi sumber tenaga listrik dan sisi beban yang dapat bekerja secara otomatis ketika terjadi gangguan atau secara manual ketika dilakukan perawatan atau perbaikan.

Ketika kontak PMT dipisahkan, beda potensial di antara kontak tersebut menimbulkan medan elektrik di antara kontak tersebut. Medan elektrik ini akan menimbulkan ionisasi yang mengakibatkan terjadinya perpindahan elektron bebas ke sisi beban sehingga muatan akan terus berpindah ke sisi beban dan arus tetap mengalir. Karena hal ini menimbulkan emisi thermis yang cukup besar, maka timbul busur api (arc) di antara kontak PMT tersebut. Agar tidak mengganggu kestabilan sistem, maka arc tersebut harus segera dipadamkan. Berdasarkan metode dalam pemadaman arc tersebut, PMT dibagi menjadi beberapa jenis yaitu:

A. Air Circuit breaker (Pemutus Daya Udara)

PMT jenis ini menggunakan metode yang paling sederhana, yaitu memperpanjang lintasan arc. Karena efek pemanjangan lintasan ini diharapkan arc dapat segera dipadamkan. Adapun beberapa bentuk pemanjangan lintasan pada kontak PMT yang umum dikenal adalah sebagai berikut :

§ Kontak Sela Tanduk

Pada PMT ini arc dihilangkan dengan memperpanjang lintasan arc hingga ujung terjauh kontak. PMT jenis ini biasa digunakan pada instalasi listrik AC dan DC tegangan rendah dengan arus pemutusan hingga ratusan ampere.

Gambar 1. Air CB Kontak Sela Tanduk

§ Kontak Tabir Konduktor

Pada PMT ini, konduktor metal yang terletak di antara kontak memotong arc yang muncul sehingga hasil pemotongan arc pada tiap tabir mengalami pemanjangan lintasan dan pendinginan dan arc dapat segera dipadamkan. PMT jenis ini dapat digunakan hingga tegangan beberapa ribu volt dan arus hingga beberapa ribu ampere.

Gambar 2. Air CB Tabir Konduktor

§ Kontak Tabir Isolator

Pada PMT ini, tabir isolator yang terdapat di antara kontak membuat arc terpaksa menelusuri permukaan tabir untuk bisa mencapai kontak. Pada PMT jenis ini pemadaman arc terjadi karena efek pemanjangan lintasan, pendinginan, dan peluang partikel bermuatan untuk mengadakan rekombinasi. PMT jenis ini dapat digunakan hingga tegangan 10kV dan arus hingga 50kA

Gambar 3. Air CB Tabir Isolator

B. Oil Circuit breaker (Pemutus Daya Minyak)

Pada PMT jenis ini, ketika kontak terbuka, arc akan terjadi dengan media sekitar berupa minyak sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi arc di antara kontak. Gelembung ini membuat minyak terdekomposisi sehingga menimbulkan gas hidrogen yang menghambat arc. Dengan adanya media minyak ini, diharapkan arc dapat segera dipadamkan. Kelemahan dari penggunaan PMT minyak ini adalah karena minyak mudah terbakar, kekentalan minyak menghambat pemisahan kontak, dan dimensi PMT yang terlalu besar, karena alasan inilah PMT jenis ini jarang dipergunakan untuk wilayah yang hanya menyediakan tempat yang tidak cukup besar.

Gambar 4. Oil CB

C. Air blast Circuit breaker (Pemutus Daya Udara Tekan)

PMT jenis ini dirancang untuk mengatasi kelemahan dari PMT minyak yaitu dengan menggunakan isolator kontak yang tidak mudah terbakar dan tidak menghambat pergerakan kontak sehingga pemadaman arc dapat dilakukan lebih cepat. Saat kontak terbuka dan arc muncul, udara bertekanan tinggi ditiupkan di antara kontak untuk menyingkirkan partikel bermuatan dari sela antara kedua kontak sehingga membuat arc semakin cepat padam.

PMT jenis ini mampu bekerja hingga tegangan 765kV dan arus 40kA. Karena memiliki ukuran yang cukup kecil, maka PMT jenis ini lebih dipilih daripada PMT minyak untuk dipergunakan pada wilayah yang menyediakan tempat yang tidak terlalu besar.

Gambar 5. Air blast CB

D. SF6 Circuit breaker (Pemutus Daya SF6)

PMT jenis ini memiliki prinsip kerja yang hampir sama dengan PMT udara tekan. Perbedaannya terletak pada penggantian penggunaan udara dengan gas SF6 dan sistem yang tertutup dari udara luar. Saat kontak terbuka dan arc muncul, gas SF6 bertekanan tinggi ditiupkan di antara kontak untuk menyingkirkan partikel bermuatan dari sela antara kedua kontak sehingga membuat arc semakin cepat padam.

Gas SF6 dipilih karena sifat gas ini yang merupakan bahan isolasi dan pendingin yang baik. Gas ini tidak boleh bocor dan bercampur dengan udara luar, sehingga sistem dibuat tertutup dan gas SF6 yang telah ditiupkan ditampung pada penampung tersendiri. Seperti halnya PMT udara tekan, ukuran PMT SF6 ini juga mendukung PMT ini untuk dapat ditempatkan pada wilayah yang menyediakan tempat yang tidak terlalu besar.

Gambar 6. SF6 CB Rating 500kV

E. Vacuum Circuit breaker (Pemutus Daya Vakum)

Pada PMT jenis ini kontak ditempatkan pada suatu bilik yang vakum. Tidak boleh terjadi kebocoran sedikitpun pada bilik ini. PMT jenis ini umumnya tidak menggunakan kontak yang bergerak secara mekanik seperti kontak yang lain. Kontak mekanik akan menyebabkan pergeseran kontak yang memungkinkan terjadinya kebocoran.

Untuk mencegah kebocoran tersebut maka digunakan logam fleksibel berbentuk gelombang yang dapat diperpanjang dan diperpendek. Pada PMT vakum, pemadaman arc dilakukan dengan memperpanjang lintasan serta menghilangkan molekul udara yang dapat mengalami ionisasi. Untuk saat ini PMT jenis ini mempunyai batas kerja hingga tegangan 38kV saja karena kendala dalam pemakaian logam fleksibel yang digunakan. Pemakaian logam fleksibel menyebabkan jarak antar kontak ketika lepas tidak terlalu jauh, sehingga tegangan kerja-nya pun tidak dapat terlalu tinggi. Umumnya ukuran PMT jenis ini sedikit lebih kecil dari PMT udara tekan dan PMT SF6.

Gambar 7. Vacuum CB

Gambar 8. Contoh Vacuum CB Rating 12-24kV buatan VEI

2. DISCONNECTING SWITCH

Disconnecting switch (DS) atau Pemisah (PMS) adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berfungsi sebagai saklar pemisah yang dapat memutus dan menyambung rangkaian dengan arus yang rendah (± 5A), biasa dipakai ketika dilakukan perawatan atau perbaikan. PMS terletak di antara sumber tenaga listrik dan PMT serta di antara PMT dan beban.

Berdasarkan posisinya, PMS dibagi menjadi 3 macam yaitu PMS jaringan, PMS bus, dan PMS trafo. Pada dasarnya PMS dipakai untuk membebaskan PMT dari tegangan yang tersambung kepada PMT tersebut. Agar dapat dilakukan perawatan ataut perbaikan pada PMT tersebut, maka PMS harus dibuka agar pada PMT tidak terdapat tegangan dan PMT aman bagi teknisi.

Gambar 9. Diagram Sistem PMS

di mana, SP = Saklar Pemutus PD = Pemutus Daya SB = Saklar Bumi

Pada PMS terdapat mekanisme interlocking yang befungsi untuk mengamankan pembukaan dan penutupan PMS. Mekanisme interlocking tersebut adalah :

§ PMS tidak dapat ditutup ketika PMT dalam posisi tertutup.

§ Saklar pembumian (Earthing Switch) dapat ditutup hanya ketika PMS dalam keadaan terbuka.

§ PMS dapat ditutup hanya ketika PMT dan ES terbuka.

§ PMT dapat ditutup hanya ketika PMS dalam kondisi telah terbuka atau telah tertutup.

Beberapa macam PMS yang umum digunakan pada sistem jaringan listrik :

· PMS Dua Isolator Pemisah Tunggal

· PMS Tiga Isolator Pemisah Ganda

Contoh PMS yang digunakan pada jaringan sistem tenaga listrik :

· Vertical Rotary Center-break Disconnecting switch

· Vertical Rotary Disconnecting switch

3. CURRENT TRANSFORMER

Current transformer (CT) atau Trafo Arus adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berupa trafo yang digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya hingga ratusan ampere dan arus yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Di samping untuk pengukuran arus, trafo arus juga digunakan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh, dan rele proteksi. Kumparan primer trafo dihubungkan seri dengan rangkaian atau jaringan yang akan dikur arusnya sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau dengan rele proteksi.

Prinsip kerja trafo arus sama dengan trafo daya satu fasa. Bila pada kumparan primer mengalir arus I₁, maka pada kumparan timbul gaya gerak magnet sebesar N₁I₁. Gaya gerak ini memproduksi fluks pada inti, dan fluks ini membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Bila terminal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I₁. Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N₂I₂ pada kumparan sekunder. Pada trafo arus biasa dipasang burden pada bagian sekunder yang berfungsi sebagai impedansi beban, sehingga trafo tidak benar-benar short circuit. Apabila trafo adalah trafo ideal, maka berlaku persamaan :

N₁I₁ = N₂I₂

I₁/I₂ = N₂/N₁

di mana, N₁ : Jumlah belitan kumparan primer

N₂ : Jumlah belitan kumparan sekunder

I₁ : Arus kumparan primer

I₂ : Arus kumparan sekunder

Dalam pemakaian sehari-hari, trafo arus dibagi menjadi jenis-jenis tertentu berdasarkan syarat-syarat tertentu pula, adapun pembagian jenis trafo arus adalah sebagai berikut :

§ Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Kumparan Primer

a. Jenis Kumparan (Wound)

Biasa digunakan untuk pengukuran pada arus rendah, burden yang besar, atau pengukuran yang membutuhkan ketelitian tinggi. Belitan primer tergantung pada arus primer yang akan diukur, biasanya tidak lebih dari 5 belitan. Penambahan belitan primer akan mengurangi faktor thermal dan dinamis arus hubung singkat.

b. Jenis Bar (Bar)

Konstruksinya mampu menahan arus hubung singkat yang cukup tinggi sehingga memiliki faktor thermis dan dinamis arus hubung singkat yang tinggi. Keburukannya, ukuran inti yang paling ekonomis diperoleh pada arus pengenal yang cukup tinggi yaitu 1000A.

§ Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Rasio

a. Jenis Rasio Tunggal

Rasio tunggal adalah trafo arus dengan satu kumparan primer dan satu kumparan sekunder.

b. Jenis Rasio Ganda

Rasio ganda diperoleh dengan membagi kumparan primer menjadi beberapa kelompok yang dihubungkan seri atau paralel.

§ Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Inti

a. Inti Tunggal

Digunakan apabila sistem membutuhkan salah satu fungsi saja, yaitu untuk pengukuran atau proteksi.

b. Inti Ganda

Digunakan apabila sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi sekaligus.

§ Jenis Trafo Arus Menurut Konstruksi Isolasi

a. Isolasi Epoksi-Resin

Biasa dipakai hingga tegangan 110KV. Memiliki kekuatan hubung singkat yang cukup tinggi karena semua belitan tertanam pada bahan isolasi. Terdapat 2 jenis, yaitu jenis bushing dan pendukung.

b. Isolasi Minyak-Kertas

Isolasi minyak kertas ditempatkan pada kerangka porselen. Merupakan trafo arus untuk tegangan tinggi yang digunakan pada gardu induk dengan pemasangan luar. Dibedakan menjadi jenis tangki logam, kerangka isolasi, dan jenis gardu. Kelebihannya, penyulang pada sisi primer lebih pendek, digunakan untuk arus pengenal dan arus hubung singkat yang besar.

c. Isolasi Koaksial

Jenis trafo arus dengan isolasi koaksial biasa ditemui pada kabel, bushing trafo, atau pada rel daya berisolasi gas SF6. Sering digunakan inti berbentuk cincin dengan belitan sekunder yang dibelit secara seragam pada cincin dan dimasukkan pada isolasi, dengan demikian terbuka jalan untuk membawa lapisan terluar bagian yang di-ground keluar dari trafo arus.

4. CAPACITIVE VOLTAGE TRANSFORMER

Capacitive Voltage Transformer (CVT) atau Trafo Tegangan Kapasitif adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berupa trafo satu fasa step down yang mentransformasi tegangan pada jaringan ke suatu sistem tegangan rendah yang layak untuk perlengkapan indikator, alat ukur, rele, dan alat sinkronisasi dengan pembagi tegangan kapasitif.

CVT akan lebih ekonomis lagi bila digunakan secara multifungsi, yaitu keperluan pengukuran tegangan tinggi, pembawa signal komunikasi (power line carrier - PLC), dan kendali jarak jauh (remote control).

Secara umum, beberapa kapasitor gulung dielektrik kertas-minyak dihubungkan seri dan disusun dalam kerangka porselen. Belitan resonansi dan trafo magnetik intermediasi diletakkan dalam bejana logam. Terminal K dapat langsung dibumikan atau dihubungkan dengan alat komunikasi (PLC). Agar efektif sebagai koupling kapasitansi, maka Ct dan C2 harus memiliki nilai minimum 4400pF. CVT akan menjadi lebih ekonomis untuk rating tegangan 110kV dan di atasnya, terutama apabila digunakan untuk PLC. Keburukan metode ini adalah osilasi resonansi besi yang menyebabkan tegangan lebih yang cukup besar yang dapat menimbulkan rugi panas pada inti magnetik dan belitan.

5. LIGHTNING ARRESTER

Lightning arrester (LA) adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berfungsi sebagai pengaman terhadap tegangan surja yang terjadi ketika terjadi sambaran petir. Sambaran petir pada jaringan hantaran udara sistem tenaga listrik merupakan suntikan muatan listrik yang menimbulkan kenaikan tegangan sesaat yang cukup besar pada jaringan. Agar tegangan lebih tersebut tidak merusak isolasi peralatan pada jaringan, maka dipasang pelindung yang akan mengalirkan surja petir tersebut ke tanah. Terdapat dua macam arrester yang umum dipergunakan, yaitu :

§ Jenis Ekspulsi

Arrester jenis ini mempunyai dua jenis sela, yaitu sela luar dan sela dalam. Sela dalam diletakkan di dalam tabung serat. Ketika pada terminal arrester tiba suatu surja petir, maka kedua sela tepercik. Arus susulan memanaskan permukaan dalam tabung serat, sehingga tabung akan mengeluarkan gas. Arus tersebut merupakan arus yang berbentuk sinusoidal, sehingga suatu saat pasti akan mencapai siklus dengan nilai nol. Ketika mencapai nol, maka gas pada tabung akan menjadi isolasi yang akan memadamkan arus tersebut. Arrester jenis ini mampu melindungi trafo distribusi dengan rating tegangan 3-15kV, tetapi belum mampu melindungi trafo daya yang memiliki rating daya lebih besar. Arrester jenis ekspulsi ini dapat juga dipasang pada saluran transmisi hantaran udara untuk mengurangi gangguan surja petir yang masuk ke gardu induk.

§ Jenis Katup

Arrester jenis ini berupa beberapa sela percik yang dihubungkan seri dengan resistor tak linier. Resistor tak linier akan memiliki tahanan yang rendah ketika dialiri arus besar dan tahanan akan menjadi besar ketika arus kecil. Resistor yang umum digunakan berasal dari bahan silikon karbid. Sela percik dan resistor tak linier ditempatkan pada tabung isolasi sehingga arrester ini tak dipengaruhi udara luar.

Metode pengamanan pada arrester ini adalah, ketika terjadi surja petir dan sela arrester akan tepercik maka akan ada arus masuk yang cukup besar pada arrester. Karena resistor yang digunakan adalah resistor tak linier, maka ketika awal surja nilai tahanan akan mengecil karena arus yang membesar. Hal ini akan membatasi tegangan maksimal pada terminal arrester, namun ketika arus mulai turun maka tahanan resistor membesar, sehingga arus susulan dapat dihambat oleh nilai tahanan yang besar ini. Biasanya arus dapat dikendalikan hingga mencapai arus nominal yang dikenal sebagai arus kendali sebesar 50A. Saat tegangan sesaat sistem nol, percikan akan padam dan arus kendali menjadi nol serta arus susulan tidak berlanjut lagi. Secara umum arrester jenis katup dibagi menjadi empat jenis, yaitu :

a. Jenis Gardu

b. Jenis Saluran (15-39kV)

c. Jenis Gardu untuk Mesin (2,4-15kV)

d. Jenis Distribusi untuk Mesin (120-750V)