34480369-bahan-isolasi-gas.docx

BAHAN ISOLASI GAS

Paper Gejala Medan Tinggi

Oleh :

PUTU RUSDI ARIAWAN 0804405050

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2010

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-Nyalah kami dapat menyelesaikan laporan tugas kelompok dengan judul : BAHAN ISOLASI GAS tepat pada waktunya. Adapun tujuan dari penulisan ini adalah untuk memenuhi tugas mata kuliah Gejala Medan Tinggi pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana

Tak lupa kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ibu ir.I A Dwi Giriantari,MengSc.PhD yang telah membimbing kami dari awal perkuliahan hingga pertengahan semester ini sehingga kami dapat menyelesaikan laporan ini. Kami juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan laporan ini,.

Kami mengakui bahwa laporan ini jauh dari sempurna mengingat terbatasnya kemampuan serta sulitnya mencari buku-buku yang dipakai sebagai acuan atau referensi. Untuk itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca demi sempurnanya laporan ini. Akhir kata kami berharap semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca dan dapat memenuhi fungsinya.

Denpasar, April 2010

Penulis

PUTU RUSDI ARIAWAN ii

ABSTRAK

Isolasi merupakan suatu peralatan yang digunakan sebagai pembatas dan pengaman pada peralatan listrik yang mempunyai kekuatan listrik yang cukup untuk menjamin faktor keselamatan yang diperlukan pada saat peralatan listrik tersebut beroperasi maupun tidak beroperasi.Bahan isolasi gas digunakan sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai media penyalur panas. Bahan isolasi gas dapat berupa udara, sulphur hexa fluorida (SF6) dan gas-gas lainnya yang lazim digunakan di dalam teknik listrik.

Begitu besarnya manfaat yang bisa diberikan oleh bahan isolasi Gas ini sehingga menimbulkan keingintahuan tentang bagaimana cara isolasi udara (gas) dalam mengisolasi atau mengamankan peralatan tegangan tinggi dan bagaimana aplikasi dari isolasi gas pada peralatan pengaman maupun pada sakelar pemisah .

Tugas kelompok ini dilaksanakan untuk mengetahui cara isolasi udara (gas) dalam mengisolasi atau mengamankan peralatan tegangan tinggi.Sehingga dari tugas ini didapatkan suatu data yang bisa digunakan sebagai acuan untuk mengetahui teknik mengamankan peralatan yang dipakai dalam aplikasi tegangan tinggi. Sehingga peralatan tersebut bisa lebih awet dan tahan lama.Tugas kelompok ini dikerjakan di Denpasar dari tanggal 24 maret sampai dengan tanggal 31 maret 2010. Data yang digunakan dalam analisis ini bersumber dari buku yang berjudul MV switchgear, catalog HA 41.11,1993, unrevised edition 1997. SIEMENS; Analisa Sistem Tenaga Listrik dan Pengetanahan Netral Sistem Tegangan Tinggi, Departemen Elektroteknik FTI, ITB, 1979/1978 (Edisi baru 1991), TB Hutauruk.

Bahan isolasi gas dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan atau berbagai aplikasi yaitu pada Panel Berisolasi Gas, Jaringan GIL. Keperluan panel daya listrik untuk peralatan saklar daya di gardu induk transmisi dan distribusi, gardu pabrik, gardu pembangkit dan di pusat-pusat beban listrik yang sangat banyak, telah memberi dorongan untuk memahami operasi dan perawatannya serta penciptaan sistem desain panel daya dan komponen-komponennya yang menyesuaikan kondisi lingkungan, keselamatan, ukuran daya dan tegangan serta pemasangannya.

Untuk tegangan rendah mungkin faktor keselamatan dan cara pemasangan panel relatif belum begitu diperhatikan dibandingkan dengan untuk tegangan menengah. Sedangkan untuk tegangan di atas 115 KV faktor ruangan sudah menjadi terbatas untuk meletakkan panel indoor (dalam ruang), sehingga ukuran komponen dan isolasi perlu diefisienkan. Cara pengoperasian panel, antisipasi perluasan panel, cara perawatan, kekuatan rangka dan dinding panel, kemungkinan kesalahan hubung singkat juga menjadi pertimbangan dalam mendesain panel daya listrik tegangan menengah. Pada panel berisolasi udara faktor kelembaban, kontaminasi, masuknya gas explosif, uap korosif, debu dan binatang-binatang kecil masih merupakan masalah.

PUTU RUSDI ARIAWAN iii

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR JUDUL…………………………………………………………… i

KATA PENGANTAR ………………………………………………………. ii

ABSTRAK ………………………………………………………………….. iii

DAFTAR ISI………………………………………………………………… iv

DAFTAR GAMBAR……………………………………………………….. vi

DAFTAR TABEL………………………………………………………….. vii

BAB I PENDAHULUAN…………………………………………………… 1

1.1 Latar Belakang…………………………………………………… 1

Rumusan Masalah……………………………………………….. 1

Tujuan Pembuatan……………………………………………….. 2

1.4 Manfaat Pembuatan………………………………………………

2

1.5 Ruang lingkup dan Batasan Masalah…………………………….

2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA……………………………………………..

3

Isolasi…………………………………………………………… 3

Isolasi Udara……………………………………………... 3

2.1.2 Sulphur Hexa Fluorida (SF6) 4

2.1.3 Gas-gas lain 6

2.1.4 Tingkat Ketahanan Isolasi

(Basic Impuls Insulation Level/BIL) 7

2.1.5 Koordinasi Isolasi 8

2.2 Jaringan GIL…………………………………………………….. 9

PUTU RUSDI ARIAWAN iv

2.3 Panel Berisolasi Gas……………………………………………

10

2.3.1 Syarat Kelas Komponen Panel Berisolasi Gas …………

10

2.3.2 Tipe Panel Berisolasi Gas ………………………………

12

2.3.3 Desain Panel Siemens 8 DH 10 ………………………..

13

2.3.4 Mekanisme Komponen Utama Pada Panel isolasi Gas…

17

2.4 Mekanisme Kegagalan Isolasi Gas ……………………………

19

2.4.1 Mekanisme Kegagalan Townsend ……………………..

20

2.4.2 Mekanisme Kegagalan Streamer ………………………

21

BAB III PENGGUNAAN ISOLASI PADA

PEMUTUS (CB) TEGANGAN TINGGI ………………………..

23

3.1 Pengertian………………………………………………………

23

3.2 Jenis CB………………………………….…………………….

24

3.3 Peralatan yang diisi gas………………………………………..

25

3.3.1 Live -tank circuit breaker ……………………………...

25

3.3.2 Dead-tank circuit breaker ……………………………...

27

3.3.3 Trafo yang diisi gas ……………………………………

27

3.4 Gas-gas yang dipakai untuk CB ……………………………….

28

3.4.1 Gas-gas untuk CB ……………………………………..

29

3.4.2 gas-gas untuk CT dan busbar …………………………..

30

3.5 Bushing …………………………………………………………

31

BAB V PENUTUP ………………………………………………………..

39

4.1 Simpulan………………………………………………………

32

4.2 Saran ………………………………………………………….

32

DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………

33

PUTU RUSDI ARIAWAN v

DAFTAR GAMBAR

Halaman

2.1 Hubungan antara tegangan tembus dan jarak untuk udara …………...

3

2.2 Molekul sulphur hexa fluorida…………………………………………

4

2.3 Konstruksi Panel Circuit Breaker………………………………………

14

2.4 Konstruksi panel transformator ……………………………………….

15

3.1 Konstruksi dasar dari CB……………………………………………...

23

3.2 a. CB tangki bertegangan (life-tank CB)

b. CB dengan tangki ta bertegangan (dead-tank)……………………..

24

3.3 distribusi tegangan 4 breakers………………………………………....

26

3.4 Trafo arus ……………………………………………………………..

26

3.5 KEkuatan listrik dari udara sebagai fungsi dari tekanan ……………..

29

3.6 Bushing dengan isolasi gas ……………………………………………

31

PUTU RUSDI ARIAWAN vi

DAFTAR TABEL

2.1 Sifat beberapa gas…………..................................................................

5

2.2 Tabel BIL untuk beberapa kelas referensi1……………………………

8

2.3 Standar tegangan yang dipakai pada pengetesan……………………..

17

3.1 gas-gas yang dapat dipakai untuk CT dan busbar…………………….

31

PUTU RUSDI ARIAWAN vii

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Pada kemajuan teknologi tegangan tinggi , isolasi listrik memegang peranan yang sangat penting dalam teknik tegangan tinggi. Isolasi listrik sangat diperlukan untuk menunjang keandalan didalam penyaluran tegangan listrik. Isolasi listrik diperlukan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan pada suatu penghantar jaringan tegangan tinggi, sehingga dapat memberikan keamanan dan kenyamanan pada masyarakat yang ada pada areal yang terkena tegangan tinggi.

Isolasi listrik pada sistem transmisi tenaga listrik dalam mengisolasi atau mengamankan konduktor dari tegangan membutuhkan suatu koordinasi isolasi. Koordinasi isolasi yang merupakan korelasi kekuatan isolasi peralatan sistem tenaga listrik, di satu pihak dengan alat-alat proteksinya dilain pihak, sehingga peralatan sistem tenaga listrik terlindungi dari bahaya-bahaya tegangan lebih secara ekonomis. Koordinasi isolasi didalam teknik tegangan tinggi mempunyai tujuan untuk perlindungan terhadap peralatan dan penghematan.

Jenis-jenis isolasi yang digunakan dalam teknik tegangan tinggi antara lain : isolasi udara (gas), isolasi padat, isolasi cair. Dalam hal ini lebih diberatkan pada isolasi udara (gas). Isolasi udara (gas) aplikasinya lebih banyak digunakan pada isolasi saluran transmisi udara dan pada GIL (Gas Insulated Transmission Lines) ,pada CB dan sakelar pemisah. Dalam pemilihan bahan isolasi lebih diberatkan pada keandalan dari bahan isolasi itu sendiri maupu biaya operasional dari isolasi itu sendiri. Salah satu cara yang ditempuh adalah dengan memilih bahan isolasi yang cocok digunakan pada suatu peralatan tegangan tinggi dengan memperhitungkan keandalan dan keserhanaan dari isolasi itu sendiri.

1.2 Rumusan Masalah

Melihat masalah yang timbul dari latar belakang laporan di atas maka timbul suatu permasalahan yaitu:


1 Bagaimana cara isolasi udara (gas) dalam mengisolasi atau mengamankan peralatan tegangan tinggi ?

2 Bagaimana aplikasi dari isolasi gas pada peralatan pengaman maupun pada sakelar pemisah ?.

Tujuan Pembuatan

Adapun tujuan dari penulisan laporan ini adalah :

Untuk mengetahui fungsi dari isolasi udara (gas).

Untuk mengetahui kemampuan dari isolasi udara pada saluran transmisi udara dengan isolasi gas pada CB dan pada GIL.

Manfaat Pembuatan

Adapun manfaat dari penulisan laporan ini adalah untuk mengetahui sejauh

mana fungsi dan kemampuan dari isolasi udara (gas) dalam mengisolasi dan mengamankan konduktor dari tegangan lebih.

1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah

Dengan melihat permasalahan yang ada dan menghindari terjadinya perluasan masalah, maka perlu adanya pembatasan dimana pada penulisan makalah ini akan membahas mengenai :

1 Isolasi udara pada saluran udara tegangan tinggi

2 Isolasi gas pada GIL (Gas Insulated Transmission Lines) dan pada CB

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Isolasi

Isolasi merupakan suatu peralatan yangyang digunakan sebagai pembatas dan

pengaman pada peralatan listrik yang mempunyai kekuatan listrik yang cukup untuk menjamin faktor keselamatan yang diperlukan pada saat peralatan listrik tersebut beroperasi maupun tidak beroperasi.bahan isolasi yang digunakan dalam teknik tegangan tinggi dibedakan menjadi : bahan isolasi gas, bahan isolasi padat, bahan isolasi cair. Dalam pembahasan kali ini lebih diberatkan pada jenis bahan isolasi gas.bahan isolasi gas digunakan sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai media penyalur panas. Bahan isolasi gas dapat berupa udara, sulphur hexa fluorida (SF6) dan gas-gas lainnya yang lazim digunakan di dalam teknik listrik.

2.1.1 Isolasi Udara

Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan, mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30 kV / cm. Contoh yang mudah dapat dijumpai pada JTR, JTM, dan JTT antara hantaran yang satu dengan yang lain dipisahkan dengan udara.

Hubungan antara tegangan tembus dan jarak untuk udara tidak linier seperti ditunjukkan pada gambar 2.1

400

300

Tegangan

200

100

100

200

300

Jarak (mm)

Gambar 2.1 Vt = f (celah udara) pada p = 1 atm, F = 50 Hz

Kalau dua buah elektroda yang dipisahkan dengan udara mempunyai beda tegangan yang cukup tinggi yaitu tegangan yang melebihi tegangan tembus, maka akan timbul loncatan bunga api. Bila tegangan tersebut dinaikkan lagi, maka akan terjadi busur api.

Jika terdapat dua buah elektroda berbentuk bulat dipisahkan dengan udara yang jaraknya cukup besar untuk harga tegangan dan memungkinkan terjadinya ionisasi pada udara sekitarnya maka terbentuklah ozon. Pada sekitar elektroda tersebut akan timbul sinar terang kebiru-biruan yang disebut korona.

Besarnya tegangan tembus pada udara dipengaruhi oleh besarnya tekanan udara. Secara umum, makin besar tekanannya, makin besar juga tegangan tembusnya. Tetapi untuk keadaan pakem justru tegangan tembus akan menjadi lebih besar. Keadaan yang demikian inilah yang digunakan atau diterapkan pada beberapa peralatan listrik.

2.1.2 Sulphur Hexa Fluorida (SF6)

Sulphur hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas bentukan antara unsur

sulphur dengan

fluor dengan reaksi eksotermis:

S + 3 F2

SF2

+ 262 kilo kalori.

Molekul SF6 seperti ditunjukkan pada gambar 2.2

F

F

F

S

F

F

F

Gambar 2.2 Molekul sulphur hexa fluorida

Terlihat pada gambar 2.2 bahwa molekul SF6 mempunyai 6 atom fluor yang mengelilingi sebuah atom sulphur, di sini masing-masing atom fluor mengikat 1

buah elektron terluar atom sulphur. Dengan demikian maka SF6 menjadi gas yang inert atau stabil seperti halnya gas mulia.


Sampai saat ini SF6 merupakan gas terberat yang mempunyai massa jenis 6,139

kg / m3 yaitu sekitar 5 kali berat udara pada suhu nol derajat celsius dan tekanan 1 atmosfir.

Sifat lainnya adalah : tidak terbakar, tidak larut dalam air, tidak beracun, tidak

berwarna dan tidak berbau. SF6 juga merupakan bahan isolasi8 yang baik yaitu

2,5 kali kemampuan isolasi udara. Perbandingan SF6 dengan beberapa gas lain seperti tercantum pada tabel : 2.1

Tabel 2.1 Sifat beberapa gas

Massa jenis

Konduktivitas

Tegangan

Gas

3

panas W /

. m

Tembus KV / cm

Kg / m

Udara

1,228

5 . 10 -6

30

SF6

6,139

1,9 . 10 –5

75

Nitrogen (N2)

1,191

5,4 . 10 -6

30

Karbon dioksida

1,867

3,2 . 10 -6

27

Hidrogen

0,086

3,3 . 10 -5

18

Seperti telah disebutkan di atas, bahwa untuk pembentukan SF6 menjadi Sulphur dan Fluor memerlukan panas dari sekelilingnya sebesar 262k . kalori / molekul.

Hal ini tepat sekali digunakan untuk bahan pendinginan pada peralatan listrik yang menimbulkan panas atau bunga api pada waktu bekerja , misalnya: sakelar pemutus beban.

Sifat dari SF6 sebagai media pemadam busur api dan relevansinya pada sakelar pemutus beban adalah :

Hanya memerlukan energi yang rendah untuk mengoperasikan mekanismenya. Pada

prinsipnya, SF6 sebagai pemadam busur api adalah tampa memerlukan energi untuk mengkompresikannya, namun semata-mata karena pengaruh panas busur api yang terjadi.

Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai pengisolasi dapat dengan mudah dideteksi.

Penguraian pada waktu pemadaman busur api maupun pembentukannya kembali setelah pemadaman adalah menyeluruh (tidak ada sisa unsur pembentuknya).


Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada CB konduktivitasnya tetap rendah dibandingkan pada keadaan dingin. Hal ini mengurangi kemungkinan busur api tidak stabil dengan demikian ada pemotongan arus dan menimbulkan tegangan antar

kontak.

e. Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga penguraiannya menjadikan dielektriknya naik secara bertahap.

Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi pemutusan dan dengan adanya hal ini busur api akan dipadamkan pada saat nilai arusnya rendah.

Gas-gas Lain

Gas bentukan fluoro organik misalnya C7F14, C7F8, C14 F24 mempunyaitegangan tembus yang tinggi, berkisar antara 6 sampai 10 kali tegangan tembus udara. Ini berarti gas-gas tersebut baik sekali untuk bahan isolasi misalnya: pada alat-alat pemutus.

Tampak pada tabel 2.1 bahwa hidrogen merupakan gas yang ringan walaupun tegangan tembusnya tidak terlalu tinggi tetapi bagus untuk pendinginan karena konduktivitas termalnya tinggi. Pada mesin-mesin listrik yang besar, penggunaan hidrogen sebagai pendingin (misalnya : pada generator turbo, kondensor sinkron) dapat mengurangi rugi-rugi pada belitannya. Dengan demikian daya guna mesin dapat naik. Di samping itu kebisingan dapat dikurangi karena kepekatan hidrogen lebih rendah dibandingkan dengan udara.Tetapi pemakaian hidrogen sebagai pendingin harus disekat dengan sempurna, karena pencampuran hidrogen dengan udara dengan perbandingan tertentu dapat menyebabkan letusan.

Gas karbon dioksida (CO2) dapat digunakan sebagai gas residu pada bahan dielektrik cair (minyak) pada alat-alat tegangan tinggi antara lain : kabel,

transformator. Sifat-sifatnya antara lain : resistivitas termal 6880 C ο/ W /cm3 ,

tegangan tembusnya rendah yaitu 157 V/ cm , permitivitas relatif pada suhu 0οC

adalah 1.000985. Gas freon12 ( CCl2F2) yang umumnya digunakan pada teknik pendinginan juga dapat digunakan sebagai bahan dielektrik pada konndensator(kadang-kadang dicampur dengan gas nitrogen). Sifat-sifat Gas


freon 12 antara lain resistivitas termalnya pada suhu 30 οC adalah 10400 Cο /

W /cm3, tegangan tembusnya lebih tinggi dari pada tegangan tembus CO2 yaitu 358 V / cm.

Gas neon adalah salah satu gas mulia yang banyak diginakan sebagai bahan pengisi lampu-lampu tabung. Tegangan tembusnya sekitar 100 V / cm, resistivitas

termalnya 2150 Cο / W / cm3 dan mempunyai massa jenis 0,000833 g / cm3.

Dalam hal tegangan tembus, disamping gas-gas tersebut diatas, keadaan pakem

mempunyai tegangan tyembus yang tinggi yaitu 10 2 kV / cm. Itulah sebabnya pada perkembangannya sejak tahun 60-an banyak digunakan CB pakem

disamping CB SF6 serta CB yang lain.

2.1.4 Tingkat Ketahanan Isolasi (Basic Impuls Insulation Level/BIL)

Basic Impuls Insulation Level/BIL adalah suatu referensi level yang dinyatakan dalam impuls crest voltage dengan standar bentuk gelombang dari 1,5 mikro sekon ( di USA), sehingga isolasi dari peralatan-peralatan listrik harus mempunyai karakteristik ketahanan impuls sama atau lebih tinggi dari BIL tersebut.

Pemikiran tentang tingkat isolasi suatu sistem tenaga listrik pertama-tama adalah penyusunan suatu level umum isolasi pada atau diatas level tertentu, dimana hal ini akan membatasi persoalan pada tiga kebutuhan yang fundamental, yaitu :

Pemilihan Level Isolasi yang Sesuai.

Jaminan bahwa break down dan flash over dari semua peralatan yang di isolasi / isolator akan sama atyau melebihi level yang telah dipilih.

Penggunaan peralatan pengaman yang akan memberikan suatu perlindungan pada peralatan-peralatan sistem tenaga listrik dengan baik dan ekonomis.

Suatu isolasi peralatan harus disesuaikan dengan tingkat ketahanan impuls sebesar tidak kurang dari BIL. Dengan sendirinya peralatan harus mampu terhadap tegangan spesifikasi baik impuls positif maupun negatif.


Tabel 2.2 Tabel BIL untuk beberapa kelas referensi1

Kelas referensi

( KV )

BIL ( KV )

80%BIL ( KV )

1,2

30

24

1,8

75

60

12

95

76

23

150

120

34,5

200

160

46

250

200

69

350

280

92

450

360

115

550

440

138

650

520

161

750

600

180

825

660

196

900

720

230

1050

840

260

1175

940

287

1300

1040

345

1550

1240

2.1.5 Koordinasi Isolasi

Koordinasi isolasi dapat di definisikan sebagai korelasi antara daya isolasi alat-alat dan sirkuit listrik disatu pihak, dan karakteristik alat-alat pelindungnya dilain pihak, sehingga isolasi tersebut terlindung dari bahaya-bahaya tegangan lebih.

Koordinasi isolasi dilakukan dengan menentukan kesesuaian yang diperlukan antara daya isolasi alat-alat listrik dan karakteristik alat-alat pelindung terhadap tegangan lebih, yang masing-masing ditentukan oleh tingkat ketahanan impuls dan tingkat perlindungan impulsnya.koordinasi isolasi mempunyai tujuan untuk perlindungan terhadap peralatan dan penghematan.

Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam koordinasi isolasi adalah:


Penentuan sifat gangguan

Penentuan daya isolasi petralatan seperti: isolator, bushing, dan trafo.

Penentuan tegangan impuls standart.

Karakteristik alat-alat pelindung seperti CB, Arrester.

Penentuan tingkat isolasi impuls dasar ( BIL ) yang disingkat Basic Impuls Insulation Level. Bil ini merupakan suatu besar tegangan yang masih mampu ditahan oleh peralatan listrik, atau kemampuan peralatanlistrik menahan tegangan maksimum pada saat terjadi tegangan lebih.

Jaringan GIL

Dari data yang didapat, isolasi gas SF6 memiliki nilai:

Tegangan rata-rata

= 420 / 550 KV.

Impulse withstand voltage

= 1425 / 1600 KV.

Arus rata-rata

= 3150 / 4000 A.

Arus hubung singkat rata-rata

= 63 KA / 3 s.

Transmisi beban rata-rata

= 2.200 / 3000 MVA.

Kesanggupan menangani

beban lebih

= 100%.

Isolasi gas

= N2 / SF6 pada tekanan 0,7 Mpa.

Perbandingan kerugian daya antara OHL dan GIL

OHL

GIL

Daya yang dapat ditransmisikan

MW

1400

1400

Kerugian sistem per meter

W / m

580

180

Kerugian sistem pada 32 KM

MW

18,56

5,76

Perbedaan antara GIL dengan OHL

MW

12,80

Sehingga biaya energi pada OHL per tahun

(0,10 /kWh x 8.600 h x 12.800 KW )

$ 10.908.000 per tahun.

Panel Berisolasi Gas

Keperluan panel daya listrik untuk peralatan saklar daya di gardu induk

transmisi dan distribusi, gardu pabrik, gardu pembangkit dan di pusat-pusat beban listrik yang sangat banyak, telah memberi dorongan untuk memahami operasi dan perawatannya serta penciptaan sistem desain panel daya dan komponen-komponennya yang menyesuaikan kondisi lingkungan, keselamatan, ukuran daya dan tegangan serta pemasangannya.

Untuk tegangan rendah mungkin faktor keselamatan dan cara pemasangan panel relatif belum begitu diperhatikan dibandingkan dengan untuk tegangan menengah. Sedangkan untuk tegangan di atas 115 KV faktor ruangan sudah menjadi terbatas untuk meletakkan panel indoor (dalam ruang), sehingga ukuran komponen dan isolasi perlu diefisienkan. Cara pengoperasian panel, antisipasi perluasan panel, cara perawatan, kekuatan rangka dan dinding panel, kemungkinan kesalahan hubung singkat juga menjadi pertimbangan dalam mendesain panel daya listrik tegangan menengah. Pada panel berisolasi udara faktor kelembaban, kontaminasi, masuknya gas explosif, uap korosif, debu dan binatang-binatang kecil masih merupakan masalah. Susunan bus bar yang memanjang di keseluruhan panel membentuk panel dengan dimensi panjang dan jumlah panel yang tetap. Dengan menggunakan gas SF6 sebagai isolasi komponen utama di dalam setiap panel baja kedap udara, maka semua komponennya terlindung dari faktor-faktor di atas. Bus bar panel diletakkan dalam selubung isolasi per-phasa, sambungan panel dengan panel atau blok panel diberikan dengan menggunakan busbar sumbat CU berisolasi semi konduktif. Fleksibilitas sambungan untuk perluasan panel bisa diletakkan di kanan atau kiri panel asal.

2.3.1 Syarat Kelas Komponen Panel Berisolasi Gas

Kekuatan komponen-komponen di dalam panel terhadap tegangan dan arus diukur berdasarkan besaran-besaran sbb :

Ketahanan Tegangan Daya Frekuensi; adalah besar tegangan maksimum yang dikenakan pada material non induktif komponen tanpa terjadi break-down atau pecah terbakar.

Ketahanan Terhadap Tegangan Impuls; adalah tegangan test impuls maksimum pada konduktor komponen yang tidak mengakibatkan terjadi break-down pada isolatornya.

Ketahanan Terhadap Arus Hubung Singkat; adalah arus hubung singkat 3-phasa yang terjadi tanpa menimbulkan kerusakan yang besarnya tergantung pada daya sumber, impedansi sumber, impedansi kabel, impedansi beban (daya balik beban), tegangan kerja dan tempat terjadi hubung singkat.

Ketahanan Terhadap Arus Pemutusan Beban ; yaitu besarnya arus beban maksimum yang dapat diputus-sambungkan tanpa terjadi kegagalan.

Tegangan Kerja ; yaitu tegangan yang diperbolehkan masuk pada panel dalam batas aman dioperasikan dan tidak merusak komponen dan peralatan. Arus Kerja ; untuk Circuit Breaker (pemutus daya/CB) merupakan beban arus maksimum yang akan men-trip CB dalam fungsinya sebagai pembatas dan pelindung beban. Lalu arus ini dapat disetel sampai dengan rangka CB. Untuk Fuse (sikring) merupakan beban arus maksimum yang akan memutus fusse dalam fungsinya sebagai pelindung beban. Kapasitas sikring ini berubah dengan temperatur sekitarnya, di mana temperatur naik lalu arus akan turun.

Untuk tegangan menengah 7.2 KV s/d 24 KV dan tegangan diatas 36 KV, gabungan circuit breaker, saklar pemutus 3 posisi, trafo ukur tegangan, trafo ukur arus atau trafo ukur bersaklar bila dirangkai dengan busbarnya bisa ditempatkan dalam satu panel sendiri dengan busbar untuk sambungan sumber (feeder) dan sambungan beban. Umumnya unit panel mempunyai dimensi yang hampir sama untuk ukuran-ukuran tegangan 7.2KV - 24KV, 36KV -52KV, 115KV dan 220KV. Sedangkan ukuran arus untuk CB dan busbar adalah 630A, 1600A dan 4000A. Frekuensi bisa dipilih 50Hz atau 60Hz.

Peralatan Panel

Tegangan daya-frekuensi : 50 KV

Tegangan impuls : 125 KV

Arus hubung singkat : 40 KA


Pada temperatus min. -25 mak. 55 der.C.

Arus pemutus beban : 100x630 A

Arus pemutusan sirkit trafo dan kabel : 40 A

Arus pemutusan sirkit kapasitor : 150 A

Kapasitas saklar pada kesalahan hubung tanah tanpa beban : 60A

hubung tanah berbeban : 630 + 30 A

Arus waktu pendek 1 detik : 16 KA b. Pada Circuit Breaker

Tegangan daya-frekuensi : 50 KV

Tegangan impuls : 125 KV

Arus pemutusan hubung singkat : 16 KA

Arus Hubung singkat : 40 KA

Arus waktu pendek 3 detik : 16 KA

Tipe dari circuit breakeer adalah vacun CB atau gas insulasi CB

2.3.2 Tipe Panel Berisolasi Gas

Dilihat dari fungsinya ada beberapa tipe panel berisolasi gas antara lain :

Panel Cb dengan isi CB, saklar 3 posisi, trafo ukur arus & tegangan dan busbar.

Panel transformer dengan isi sakalr 3 posisi, sikring dan busbar. Panel kabel dengan isi saklar 3 posisi dan busbar.

Panel hubung (tie) bus dengan isi saklar 3 posisi,dengan CB atau sikring dan busbar.

Panel meter tarip dengan isi trafo ukur dan busbar.

Panel meter bus dengan isi saklar, trafo ukur dan busbar. Panel pentanahan busbar dengan isi saklar dan busbar.

Panel-panel tersebut dibuat dengan dimensi standard yaitu lebar 500mm, dalam 780mm, tinggi maksimum 2000mm. Bila panel sejenis dikelompokkan maka akan membentuk blok yang kompak. Blok untuk panel-panel kabel akan


lebih efisien ukurannya, misal blok (2 panel kabel) dimensinya L 700mm, D 780mm dan T 1400mm; Untuk blok (3 panel kabel) dimensinya L 1050mm, D 780mm, T 1400mm. Berat rata-rata panel berkisar antara 210-350 kg. Berat blok (3 panel kabel) adalah 480 kg; Berat blok (3 panel transformer) 580 kg.

2.3.3 Desain Panel Siemens 8 DH 10

Sebagai contoh penggunaan isolasi gas SF6 adalah pada panel siemens 8 DH 10 . Konstruksi panel berisolasi gas SF6 adalah seperti Gambar 2.2 dan Gambar 2.3 . Semua tipe panel dikonstruksi sebagai single panel, panel-panel tersebut dipasang di lokasi dan ditaruh dalam posisinya tanpa perlu untuk melibatkan gas SF6.

Rumah untuk rangkaian utama panel ( Rign main unit/RMU housing). Semua komponen tegangan tinggi di dalam RMU housing diisolasi dari selubung luarnya yang ditanahkan dengan gas SF6. Tekanan gas 0.5 bar gauge, rumah RMU terbuat dari lembaran baja yang dilas, pasangan batang berinsulator (cast-resin bushings) untuk sikring, terminal kabel dan bus-bar dilas ke dalam rumah RMU. Metal penyangga lengan penggerak saklar pemutus 3 posisi dan metal penyangga batang penggerak CB dilas ke dalam potongan depan panel. Desain khusus rumah tersebut cukup kuat untuk menahan tekanan dari dalam dan beban mekanis dari luar tanpa mengalami gangguan yang berarti. Penggunaan baja tahan karat dikombinasikan dengan pengelasan yang khusus menjamin rumah RMU handal dan kedap gas.

Bus-bar (batang tegangan phasa). Bus-bar di dalam blok dan panel dipasang dengan gas SF6. Sambungan bus-bar dari blok ke blok, blok ke single panel dan single panel ke blok tambahan dibuat dengan cara sbb :

Sambungan bus-bar sumbat CU (non reset), yang diisolasi secara persial; Sambungan bus-bar sumbat CU (reset) dengan lapisan semi konduktor di

luar.

Letak bus-bar sumbat CU ini dibelakang ruang sambung kabel beban dan ditutup pelat baja. Petunjuk kesiapan beroperasi. Bagian utama penunjuk kesiapan ini adalah sel tekanan kedap gas yang dipasang di dalam rumah RMU. Magnet


pasangan yang diikat di dasar sel tekanan mengirimkan posisinya melalui rumah (dinding non magnet) ke armatur di luar. Armatur ini mengaktifkan penunjuk "Ready for Service" dari panel.

Gambar 2.3 Konstruksi Panel Circuit Breaker

Ket:

Laci tegangan rendah

Mekanisme pengoperasi CB

Bushing tipe pipa hembus

Kinematik diujung kutub

Mekanisme dibantu per

Mekanisme toggle

Saklar 3 posisi

Terminal kabel unit utama (insulator kerucut udara)


Rumah RMU di las kedap udara

bus-bar 630A (konduktor diisolasi + adapter/penyesuaian silikon)

Ventilasi jalan asap.

Gambar 2.4 Konstruksi panel transformator

Ket

Perangkat sikring

Saklar 3 posisi

Sambungan transformer

Rumah RMU di las kedap udara

Bus-bar sumbat CU 630A

Hanya perubahan density gas dalam kejadian kehilangan gas yang banyak, untuk kapasitasnya sebagai isolasi yang akan ditunjukkan. Perubahan tekanan gas sehubungan dengan temperatur tidak ditunjukkan.

Rangka Penyangga inti terbuat dari lembar baja di-elektrogalvanis dan mendukung rumah RMU, menyangga perangkat sikring (untuk panel transformer) atau perangkat trafo ukur arus Ritz, trafo ukur tegangan isolasi udara (untuk panel CB), panel operasi dengan diagram mimik. Rangka penyangga dapat menahan

percikan di dalam s/d 20 KA untuk 1 detik min. (sesuai ukuran tegangan). Gambar D. menunjukkan panel berislasi gas dengan bus-bar tersambung.

Rangka penyangga menahan juga terminal kabel dan tutupnya. Di belakang ruang terminal kabel ada ruang untuk sambungan bus-bar sumbat CU (plug-in connection). Ketinggian rangka unit panel 1400mm atau 2000mm termasuk ruangan untuk tegangan rendah dan sistem kontrol dan meter jarak jauh. Tinggi titik sambung (terminal) kabel power adalah pada 575mm. Sambungan Kabel. Kabel berisolasi thermoplastic atau berisolasi masa jenuh dengan penampang s/d 300 mm2 dapat disambungkan ke terminal panel, melalui suatu sistem adapter. Cara pengetesan kabel dan pengerjaannya mudah dilakukan di titik ini. Fasilitas ujung seal terminal adalah simetris dan dapat dipertukarkan antar phasa-phasanya. Selubung metal yang ditanahkan dan ruang terminal kabel di-interlokkan dengan saklar feeder ke luar yang sesuai. Lubang pada ujung seal terminal hanya mungkin setelah kabel feeder yang bersesuaian telah terisolasi dan ditanahkan. Bilamana feeder kabel atau feeder transformer tidak disambungkan atau diputus sesaat, feeder harus di isolasi, ditanahkan dan diamankan terhadap pembebanan ulang dengan alat yang memadai, misalnya menggunakan gembok kunci saklar.

Kemungkinan sambungan kabel pada panel kabel adalah dengan :

Sumbat T dan bushing dengan terminal ulir ;

Dengan sistem adapter untuk kabel isolasi mada jenuh (masa impregnated). Kemungkinan sambungan kabel panel transformer adalah dengan sambungan sumbat kabel dengan bushing.

Petunjuk kesalahan hubung singkat pada feeder circuit utama unit panel; Dipasang dengan 3 pole (3 phasa), masing-masing mempunyai elemen petunjuk merah yang menunjukkan bilamana terjadi kesalahan dan dapat direset secara manual atau otomatis. Pengetesan kabel pada unit panel; Dengan menggunakan tegangan DC dilakukan dengan sumbat -T kabel tetap dibuat pada unitnya. Tutup isolasi dilepas dan batang tembaga pengetes DC disodokkan sesuai dengan tegangan dan standard yang dipakai pada tabel 2.3

Tabel 2.3 Standar tegangan yang dipakai pada pengetesan

Tegangan tes DC (kabel disambungkan)

Tegangan kerja

IEC

Umum

VDE

24 KV

48 KV

70 KV

96 KV

Surge Arester; Pemasangan surge arrester-sumbat pada unit panel akan menambah dimensi kedalaman menjadi 900mm. Surge arrester disarankan untuk aplikasi sbb :

Kabel dari unit panel tersambung langsung ke saluran kabel atas.

Daerah proteksi dari arrester pada tiang saluran kabel atas terakhir tidak sampai pada unit rangkaian utama panel.

Posisi saklar pemutus 3 posisi pada off atau sudah tidak ada kabel circuit utama yang on lagi.

2.3.4 Mekanisme Komponen Utama Pada Panel isolasi Gas

Saklar Pemutus 3 Posisi. Saklar ini berupa saklar putar multi ruang yang mengkombinasikan saklar pemutus daya dan saklar ke pentanahan, di mana poros dengan kontak bergerak di dalam ruang yang berisi kontak-kontak tetap. Kemudian ada lempengan yang menempel kontak gerak (sudu-sudu) dan berputar dengan poros saklar membagi ruang ke dalam 2 sub-ruang yang berubah dengan putaran. Pergerakan saklar mengakibatkan beda tekanan antara sub-ruang. Gas akan mengalir melalui celah atau nosel ke atas percikan yang terjadi karena pemisahan kontak dan gas SF6 tersebut mendinginkan dan memadamkan dalam waktu singkat. Saklar ini adalah saklar pemutus berfungsi banyak (mengikuti standard DIN VDE & IEC), di mana dapat mengalihkan arus hubung singkat paling tidak 10 x tanpa rusak dan dapat digunakan sebagai pemutus arus 100 x ukuran arus nominal. Posisi saklar adalah "closed", "open" dan "earthed", tidak perlu interlocking karena closed dan earthed tidak mungkin terjadi bersamaan.Operasi Penutupan. Selama operasi penutupan poros saklar berputar menggerakkan lempengan dan kontak gerak (sudu-sudu) dari posisi open (buka) ke posisi closed (tutup). Mekanisme per akan mempercepat langkah penutupan

kontak gerak dan sambungannya dengan rangkaian utama menjadi sama. Sifat isolasi SF6 yang bagus menghambat pukulan ujung percikan api di kontak-kontak tetap.

Operasi pembukaan. Sewaktu saklar membuka, gas SF6 dalam ruang saklar ditekan dan dipaksa melalui celah di dalam lempengan kontak gerak untuk mendinginkan percikan api pemutusan arus di antara kontak gerak dan kontak tetap, kemudian memadamkannya di dalam beberapa mili detik. Lapisan pengisolasi yang diciptakan oleh pembukaan saklar dan hembusan gas yang dikontrol di dalam luar saklar yang dihasilkan oleh gerakan kontak menjamin bahwa arus beban besar dan arus beban nol diputuskan secara baik. Saklar pemutus 3 posisi digerakkan melalui batang yang menembus dan di las kedap gas kedapan RMU. Mekanisme pergerakan dengan per bantu dan energi yang tersimpan. Operasi saklar tidak tergantung pada kecepatan handle digerakkan. Alat penyimpan energi digunakan untuk membuka (tripping) saklar mengikuti putusnya sikring (HV HRC), CB atau aktifnya pembebas shunt. Setelah terbuka petunjuk merah muncul pada indikasi posisi saklar. Saklar didesain untuk tidak berpindah langsung dari posisi closed lewat open ke posisi earthed, jadi saklar hanya dioperasikan sebagai saklar pemutus dan saklar proteksi pentanahan. Pada ke tiga posisi saklar bisa digrendel. Bisa digunakan motor sebagai penggerak saklar; dan dengan selenoid memungkinkan saklar diputus (tripped) dari jauh misal sewaktu transformer temperaturnya tinggi. Pembebas shunt di-reset dengan kontak bantu yang dihubungkan secara mekanik ke saklar 3 posisi. Ruang sikring dan ruang kabel tutupnya hanya dapat dibuka setelah feeder (sumbernya) telah diisolasi dan ditanahkan, saklar panel kabel dikunci untuk mencegah penutupan saklar ketika tutup ruang kabel terbuka . Motor penggerak saklar disuplai dengan tegangan DC 24-220V atau AC 50/60Hz, 110-230V.

Sikring. Sikring HV HRC digunakan untuk melindungi transformer dari kesalahan hubung singkat. Sikring dipasang dengan insulator phasa tunggal x3 di dalam tempat ber-insulator yang diletakkan di atas rumah RMU. Jika sikring HV HRC terbakar putus, saklar dibuka mekanisme toggle yang dipasang ditutup ruang sikring. Suatu thermostar melindungi sikring dari kejadian sikring terbuka


(tripping) karena kesalahan beban lebih thermal, misalnya sikring terpasang salah di mana terjadi tekanan berlebih membuka saklar lewat membran silikon ditutup ruang sikring dengan suatu saklar togle. Arus dengan demikian terputus sebelum sikring menderita kerusakan yang tidak dapat diperbaiki. Fungsi proteksi thermostatic mengabaikan tipe dan desain sikring HV HRC yang dipakai, perangkat tersebut bebas rawat dan tidak terpengaruh iklim luar. Penyodok dibebaskan oleh sikring yang tergantung temperaturnya sendiri dan saklar unit panel dibuka di dalam daerah beban lebih sikring. Pemanasan yang tidak diijinkan dari sikring dengan demikian dihindari. Untuk mengganti sikring, transformer dan jalan masuk ke sikring harus diisolasi dan ditanahkan dengan saklar 3 posisi yang sesuai, dan sikring diganti dengan menggunakan tangan.

Circuit Breaker. Circuit Breaker (pemutus daya) merupakan pemutus 3 pole (kutup) yang dipasang di unit panel CB atau panel hubung bus. Pemutus 3 kutup ini diakomodasikan dalam rumah baja anti karat diseal kedap udara, dengan mekanisme operasi yang disusun di luar rumah RMU di belakang pelat depan panel. Operasi mekanis menggerakkan kutup-kutup pemutus dengan batang penggerak yang terbuat tanpa seal dalam ruang gas SF6; barang tersebut berupa pipa hembus metal yang dilas. Mekanisme kerja CB ini berdasarkan energi yang disimpan per. Sewaktu penutupan CB per penutup dibuka dengan alat lokal, tombol atau remote, sehingga energi per lepas ke kontak dan ke per pembuka. Per penutup yang kendor diisi energi lagi dengan motor atau tangan, sehingga punya simpanan energi untuk urutan operasi OPEN-CLOSE-OPEN; misalnya untuk operasi penutupan ulang otomatis yang gagal. Pada tegangan lebih dari 220 KV CB menempati 1 panel khusus.

2.4 Mekanisme Kegagalan Isolasi Gas

Proses dasar dalam kegagalan isolasi gas adalah ionisasi benturan oleh elektron. Ada dua jenis proses dasar yaitu :

Proses primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran elektron

Proses sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran elektron

Saat ini dikenal dua mekanisme kegagalan gas yaitu :

Mekanisme Townsend Mekanisme Streamer

2.4.1 Mekanisme Kegagalan Townsend

Pada proses primer, elektron yang dibebaskan bergerak cepat sehingga timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran elektron. Jumlah elektron Ne pada lintasan sejauh dx akan bertambah dengan dNe, sehingga elektron bebas tambahan yang terjadi dalam lapisan dx adalah dNe = Ne.dx . Ternyata jumlah elektron bebas dNe yang bertambah akibat proses ionisasi sama besarnya

dengan jumlah ion positif dN+ baru yang dihasilkan, sehingga dNe = dN+ = Ne.(t).dt; dimana :

: koefisien ionisasi Townsend

dN+: junlah ion positif baru yang dihasilkan

Ne : jumlah total elektron

Vd : kecepatan luncur elektron

Pada medan uniform, konstan, Ne = N0, x = 0 sehingga Ne = N0 x Jum;lah elektron yang menumbuk anoda per detik sejauh d dari katoda sama dengan

jumlah ion positif yaitu N+ = N0 x

Jumlah elektron yang meninggalkan katoda dan mencapai anoda adalah :

Arus ini akan naik terus sampai terjadi peralihan menjadi pelepasan yang

bertahan sendiri. Peralihan ini adalah percikan dan

diikuti oleh

perubahan arus dengan cepat dimana karenad >> 1 maka

0d secara


teoritis menjadi tak terhingga, tetapi dalam praktek hal ini dibatasi oleh impedansi rangkaian yang menunjukkan mulainya percikan.

2.4.2 Mekanisme Kegagalan Streamer

Ciri utama kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar foto ionisasi molekul gas dalam ruang di depan streamer dan pembesaran medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada ujung streamer. Muatan ruang ini menimbulkan distorsi medan dalam sela. Ion positif dapat dianggap stasioner dibandingkan elektron-elektron yang begerak cepat dan banjiran elektron terjadi dalam sela dalam awan elektron yang membelakangi muatan ruang ion positif. Medan Er yang dihasilkan oleh muatan ruang ini pada jari jari R adalah :

Pada jarak dx, jumlah pasangan elektron yang dihasilkan adalah x dx sehingga :

R adalah jari jari banjiran setelah menempuh jarak x, dengan rumus diffusi R= (2Dt).

Dimana t = x/V sehiungga dimana :

N : kerapatan ion per cm2, e : muatan elektron ( C ), 0 : permitivitas ruang bebas, R: jari jari (cm), V : kecepatan banjiran, dan D : koefisien diffusi.


Lokasi dan Pengukuran Partial Discharge

Partial discharge yang merupakan peristiwa pelepasan/loncatan bunga api listrik pada suatu bagian dari bahan isolasi padat kemungkinan terjadinya meliputi pada :

o Rongga terhubung langsung pada elektroda

o Rongga dalam isolasi

o Rongga yang dipisahkan oleh elektroda

o Permukaan elektroda

o Titik elektroda yang berbentuk kanal

o Rongga isolasi yang berbentuk kanal

BAB III

PENGGUNAAN ISOLASI GAS PADA PEMUTUS (CB)

TEGANGAN TINGGI

3.1 Pengertian

Pada dasarnya konstruksi CB adalah adanya kontaktor yang dapat dipisah (diputus) dengan suatu media isolasi. CB ini dibuat dalam rumah logam yang tertutup dengan menggunakan dua buah bushing atau dalam rumah isolasi dimana kedua ujungnya dibuat dari metal atau penghantar.

Gambar 3.1

Konstruksi dasar dari CB

Cukup banyak bahan isolasi yang dapat dipakai untuk memadamkan busur api pada saat kontaktor memutus arus dan bahan isolasi ini tergantung dari rating CB tersebut. Bahan isolasi ini tergantung dari rating CB tersebut. Bahan isolasi yang banyak dipakai adalah : udara (pada tekanan atmosfer); udara dengan tekanan tinggi; minyak (yang menghasilkan hydrogen untuk memadamkan busur api); vacuum dan sulfur hexafluoride (SF6).

Untuk bahan isolasi dimana tidak terdapat busur api misalnya untuk bahan pengisi/isolasi trafo arus, trafo tegangan dan lain-lain ini lebih banyak bahan isolasi yang dapat dipakai misalnya Arcton 12 (difluoro dichloromethane) ini dipakai untuk bahan isolasi dari busbar tegangan tinggi hanay bahan ini tidak cocok untuk memadamkan busur api karena bila ada busur api dalam media


isolasi ini akan terbentuk carbon dan chlorine. Kedua bahan ini lambat laun akan menurunkan sifat isolasi bahan sehingga bahan akan tembus dengan mudah.

3.2 Jenis CB

Secara umum CB dapat dikelompokkan menurut media isolasi yang dipakai :

Sampai 11 kV biasanya dipakai udara pada tekanan atmosfer sebagai media isolasi atau juga jenis CB minyak.

Dari 11 kV sampai 66 kV kebanyakan dipakai CB minyak.

132 dan 375 kV ini biasanya Oil CB atau Gas Blast CB (CB dengan tekanan gas).

Untuk system 400-700 kV ini semua memakai Gas Blast CB.

Untuk CB Tegangan Ekstra Tinggi gas ditekan sampai 1000lb/in2 untuk dapat memadamkan busur api pada saat CB memutus arus. Akhir-akhir ini Suphur Hexefluoride (SF6) juga dipakai pada Gas Blast CB dan SF6 ini diberi tekanan

sampai 200 lb/in2. dalam praktek, selain ada isolasi gas tentu diperlukan isolasi padat yaitu untuk mengisolasi tempat CB.

Gambar 3.2

CB dengan tangki bertegangan (life-tank CB)

CB dengan tangki tak bertegangan (dead tank CB)

Gambar 3.2 menunjukkan prinsip CB modern (a) tangki CB diisolasi terhadap tanah, media isolasi pemutus adalah gas dengan tekanan tinggi dan tangki diisolasi terhadap tanah dengan isolasi porselen. Beberapa unit ini dapat diseri untuk memperoleh tegangan yang lebih besar (b) tangki pada potensial tanah dan kontaktor disiolasi dengan gas bersama dengan isolasi padat. System seperti ini disebut “Dead Tank” karena tangki tak bertegangan.

3.3 Peralatan yang diisi gas 3.3.1 live tank circuit-breakers

untuk sistem tegangan sangat tinggi biasanya beberapa kontaktor dipasang secara seri. Ada 12 kontaktor ini untuk tegangan 400 kV dan sampai 24 kontaktor untuk tegangan 750 kV. Tangki diisi dengan gas dan pada saat kontaktor dibuka gas akan keluar melalui nozzle ke udara luar. Karena gas keluar melalui kontaktor yang berfungsi sebagai nozzle maka busur api akan terpadamkan dalam waktu yang singkat sehingga pada saat arus atau tegangan mencapai titik nol akan putus sama sekali.

Masalah yang sering dihadapi adalah isolator untuk mensupport live-tank, ini sering terpengaruh oleh polusi dan tegangan tembus permukaan menjadi tirun biasanya diperlukan panjang permukaan sekitar 2,5 – 3,5 cm/kV dari tegangan line. Untuk beberapa kontaktor yang dipasang seri, distribusi tergangan tergantung dari harga relative dari kapasitance antara kontaktor-kontaktor dan bumi.

Untuk live-tank CB, transformator arus yang diperlukan untuk pengukuran dan pengamanan biasanya adalah dari jenis post type seperti gambar 3.4. CT ini terpisah dari CB kecuali bila CB dimasukkan dalam satu ruangan tertutup dimana dapat dipakai CT jenis ring dan dimasukkan pada bushing pada tembok.

Gambar 3.3 Distribusi tegangan 4 breakers : c1 = cap. ke bumi : C2 = cap. antar kontaktor, c3 = cap. tambahan.

tanpa tambahan kapasitor

dengan tambahan kapasitor

ideal

Gambar 3.4 Trafo arus

diisolasi dengan kertas

diisolasi dengan gas


3.3.2 Dead-tank circuit breaker

Konstruksinya seperti pada gambar 1.2 dan ini merupakan system tertutup sehingga dapat dipakai gas-gas yang mahal seperti SF6 sebagai media isolasi.

Pada saat kontaktor membuka, katub gas terbuka unuk beberapa cycle sehingga gas dengan tekanan tinggi turun melalui pipa dan nozzel peutus masuk ke dalam tangki utama. Tekanan pada tangki utama mungkin akan naik sedikit tetapi ini dikembalikan lagi ke keadaan normal dengan memompa gas masuk ke dalam penyimpanan bertekanan tinggi (high pressure-reservoir). Biasanya tekanan

pada reservoir 200 lb/m2 dan pada tangki utama = 30 lb/in2 ini untuk bahan isolasi SF6.

Keuntukngan system dead-tank :

Suara pada saat pemutus arus kurang karena system tertutup rapat .

Dibandingkan dengan live-tank dimana gas yang keluar mungkin masih cukup panas maka system dead-tank memerlukan tempat yang lebih.

Gas yang dibuangt ke udara hamper tidak ada (kecuali bocor).

Distribusi tegangan untuk system dead-tank biasanya lebih baik karena dalam system ini semua kontaktor terletak berdekatan sehingga kapasitansi antara mereka dapat dibuat cukup tinggi.

Trafo arus unutk system dead-tank biasanya jenis ring dan dapat dipasang sekalian bersama dalam CB seperti pada gambar. Tidak seperti post type CT maka penggunaan dead-tank akan memperkecil biaya untuk pemasangan CT.

3.3.3 Trafo arus yang diisi gas

Peralatan-peralatan yang diisi gas sebagai media isolasi sebenarnya belum banyak dikembangkan, sekalipun ada busur api yang diisi atau diberi isolasi gas Arcton-12 (Freon) sejak tahun 1940. Akhir-akhir ini mulai orang tertarik lagi untuk menggunakan gas sebagai media pengisi atau isolasi tendensi peralatan yang memakai tegangan tinggi dan juga factor ekonomis.

Perhatikan CT pada gambar 3.4, trafo arus diisi dengan gas mempunyai beberapa keuntungan yang menonjol :


Pembuatan CT mudah dan cepat (relatif)

Gelembung udara dapat dengan mudah fitiadakan juga dielektrik loss bisa diperkecil.

Bahaya kebakaran lebih kecil, ini untuk peralatan dalam gedung.

Berat peralatan dapat dikurangi cukup banyak.

Komduktor primer yang lurus bisa membawa arus s/c yang lebih besar.

Kerugian :

Sealing gas sulit

Isolator porselen harus kuat menahan tekanan gas.

Voltage grading pada isolator.

Gas-gas yang dipakai untuk CB

Gas-gas yang dipakai untuk CB atau untuk peralatan lain misalnya trafo arus

adalah :

Gas-gas sederhana : udara, oxygen, nitrogen, carbon dioxide.

Gas-gas elektronegatif : SF6, Arcton, Nitriles.

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan gas yang cocok :

Kekuatan listrik yang tinggi.

Stabil secara kimia dan panas.

Temperature dimana gas menjadi cair.

Untuk Negara-negara dingin peralatan yang dipasang di luar gasnya tidak boleh jadi cair bila udara menjadi dinging.

Tidak mudah terbakar.

Thermal conductivity harus tinggi agar dapat melewatkan panas yang timbul dan juga dapat dengan mudah memadamkan api.

Murah.

Tambahan untuk CB, gas perlu punya kemampuan untuk mematikan busur api dan tidak boleh menghasilkan carbon.

3.4.1 Gas-gas untuk CB

Yang paling murah dan sederhana adalah udara. Hydrogen mempunyai kemampuan memadamkan busur api lebih baik (thermal conductivity 7x daripada udara) tetapi kekuatan listriknya hanya 0,5 dari udara, seperti pada gambar 3.5

Gambar 3.5 Kekuatan listrik dari udara sebagai fungsi dari tekanan

Hydrogen juga sulit dipakai dalam praktek karena bila bercampur dengan udara, dapat menimbulkan ledaka biasanya yang dipakai adalah campuran hydrogen-sulphur hexafluoride. Nitrogen mempunyai kekuatan listrik sama seperti udara, dan tam mempunyai kelebihan memadamkan busur api seperti hydrogen. Carbon dioxide ini dipakai untuk CB experiment; kekuatan listriknya sama seperti udara tetapi kemampuan memadamkan api beberapa kali lebih baik daripada udara. Oxygen ini juga baik untuk memadamkan api tetapi gas ini sangat aktif secara kimiawi sehingga tidak banyak dipakai.

Gas elektronegatif SF6 mempunyai kekuatan listrik yang tinggi dan juga kemampuan memadamkan busur api yang baik. Dari semua gas hanya udara dan SF6 yang dipakai saat ini pada gas blast CB.


Udara, sekalipun udara pada tekanan tinggi misalnya 75 atm ini jelas memakan biaya. Juga udara yang dipakai pada CB harus benar-benar kering untuk kadang-kadang perlu dipakai refrigerator (lemari es) atau bahan-bahan kimia untuk dapat mengringkan udara tersebut. Dibandingkan dengan gas elektronegatif maka udara punya keuntungan dapat ditekan sampai tekanan yang cukup tinggi dan pada tekanan tersebut kekuatan listriknya tinggi.

Sulfurhexafluoride. Gas ini sangat baik sekali dan dibuat pertama kali di paris tahun 1990. tetapi baru dipakai untuk CB pada tahun 1953. pada tekanan 200

lb/in2. SF6 mempunyai kapasitas memutuskan tegangan 4x daripada udara. Pada tekanan yang sama.

Sebagai bahan isolasi gas SF6 mempunyai kekuatan listrik 2-3 kali udara pada tekanan yang sama dan pada tekanan 2 atm kekautan listriknya kira-kira sama dengan minyak transformator. Sekalipun SF6 biasanya berbentuk gas tetapi dapat dengan mudah menjadi cair dan disimpan dalam tabung besi.

Pada saat perbaikan CB yang memakai SF6 gas tersebut dipompa pada tempat penyimpanan dan disimpan dalam bentuk cair. Juga metal fluorides yang mungkin timbul pada sat busur api dilekuarkan dengan melakukan tersebut pada filter dengan alumina aktif. Setelah CB diperbaiki dan ditutup rapat udara dikeluarkan dan SF6 dimasukkan kembali.

Sekalipun SF6 mempunyai kemampuan listrik dan mematikan busur api yang lebih baik dari udara tetapi gas ini mempunyai kerugian yaitu tidak dioperasikan pada tekanan tinggi.

3.4.2 Gas-gas untuk CT dan busbar

Untuk keperluan ini gas tidak perlu baik dalam memadamkan busur api. Gas-gas yang dapt dipakai ada dalam daftar berikut :

Tabel 3.1 gas-gas yang dapat dipakai untuk CT dan Busbar

Gas

Boilling point at

Approximate relative

1 atm (oc)

electric strength at 1

atm , pressure 50 c/s

Nitrogen N2

-196

1

Hexafluorethane C2F6

-78

1,4

Sulfur Hexafluoroide SF6

-64

2,3

Arcton-12 CF2CL2

-30

2,4

Trifluoroacetonirile CF3CN

-63

3,5

Pentafluoropropionitrile

-35

4,5

C2F5CN

Heptafluorobutyronnitrile

1

5,5

C3F7CN

Yang perlu diperhatikan disini adalah untuk penggunaan peralatan di udara

bebas dimana suhu bisa mencapai - 40 o C seperti CF2CL2 (Arcton-12) ini

mempunyai kekuatan listrik yang cukup tinggi pada suhu – 30 o C sudah cair.

SF6 mempunyai suhu cair – 64oC ini bisa dipakai pada tekanan 40 lb/in2.

3.5 Bushing

Banyak dipakai bushing dengan isolasi gas tekanan tinggi seperti gambar 3.6 untuk pengisi bisa udara atau SF6 dan karakteristik flas over .

Gambar 3.6 Bushing dengan isolasi gas


BAB IV

PENUTUP

Simpulan

Unit panel dengan gas SF6 sebagai isolasi adalah bebas rawat, dengan keselamatan operasi, reliability dan availability yang tinggi.

Unit panel berisolasi gas SF6 ini sesuai untuk tegangan menengah dan tinggi dengan penyesuaian seperlunya mengingat proses pembuatannya yang khusus, kesalahan dalam panel kecil karena selubung phasa tunggal dari komponennya (luar RMU) dan komponen berselubung gas SF6 (dalam RMU) dan tidak akan terjadi arus bocor ke tanah.

Urutan pemindahan saklar 3 posisi tidak akan salah karena susunan logiknya, dan saklar ini memberikan proteksi pentanahan hubung singkat pada feeder dan panel.

Tingkat proteksi panel adalah dalam ruang/ruang bawah tanah.

SF6 mempunyai kemampuan listrik dan mematikasa busur api yang lebih baik dari udara tetapi gas ini mempunyai kerugian yaitu tidak dapat dioperasikan pada tekanan yang tinggi.

Saran

Adapun saran yang dapat diberikan yaitu dalam pemilihan isolasi hendaknya disesuaikan dengan kemampuan dari tingkat BIL isolasi itu sendiri sehingga tidak terjadi kegagalan isolasi.

Daftar Pustaka

Analisa Sistem Tenaga Listrik dan Pengetanahan Netral Sistem Tegangan Tinggi, Departemen Elektroteknik FTI, ITB, 1979/1978 (Edisi baru 1991), TB Hutauruk.

Bahan-Bahan Listrik Untuk Politeknik, PT Pradnya Paramita, 1993,Drs. Muhaimin.

MV switchgear, catalog HA 41.11,1993, unrevised edition 1997. SIEMENS

Peralatan Tegangan Tinggi, Jurusan Teknik Elektro Fakultas TeknologiIndustri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 1999.

BIODATA PENULIS

Nama : Putu Rusdi Ariawan

TTL : Denpasar. 19 April 1990

Agama : Hindu

Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana Email : [email protected] www.facebook.com/turusdi

34480369-bahan-isolasi-gas.docx

Documents