Nama : M. Arif AmiruddinNIM : 03111004095

1. Jenis Peralatan yang Menggunakan Media Gas dan Liquid

Diantara peralatan yang menggunakan media isolasi gas dan liquid ialah Pemutus Tenaga (circuit breaker) atau yang lebih dikenal dengan PMT.

Pemutus Tenaga (Circuit Breaker)

PMT 150kV Trafo Three Pole

Apa Itu Pemutus Tenaga atau Circuit Breaker????

Berdasarkan IEV (International Electrotechnical Vocabulary) 441-14-20 disebutkan bahwa Circuit Breaker (CB) atau Pemutus Tenaga (PMT) merupakan peralatan saklar/switching mekanis, yang mampu menutup, mengalirkan dan memutus arus beban dalam kondisi normal serta mampu menutup, mengalirkan (dalam periode waktu tertentu) dan memutus arus beban dalam spesifik kondisi abnormal/gangguan seperti kondisi short circuit/hubung singkat. Fungsi utamanya adalah sebagai alat pembuka atau penutup suatu rangkaian listrik dalam kondisi berbeban, serta mampu membuka atau menutup saat terjadi arus gangguan (hubung singkat) pada jaringan atau peralatan lain.  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. 

Berdasarkan besar/kelas tegangan (Um) PMT tegangan rendah (Low Voltage) Dengan range tegangan 0.1 s/d 1 kV  PMT tegangan menengah (Medium Voltage) Dengan range tegangan 1 s/d 35 kV  PMT tegangan tinggi (High Voltage) Dengan range tegangan 35 s/d 245 kV  PMT tegangan extra tinggi (Extra High Voltage) Dengan range tegangan lebih besar dari 245

kV  Berdasarkan jumlah mekanik penggerak/tripping coil

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. 

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 kopel serta PMT 20 kV untuk distribusi. 

Berdasarkan media isolasi PMT Gas SF6  PMT Minyak  PMT Udara Hembus (Air Blast)  PMT Hampa Udara (Vacuum)

Klasifikasi Circuit Breaker dan Cara kerjanya

Jenis-jenis PMT berdasarkan media insulator dan material dielektriknya, adalah terbagi menjadi empat jenis, yaitu: sakelar PMT minyak, sakelar PMT udara hembus, sakelar PMT vakum dan sakelar dengan gas SF6.

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 1. Pemadaman busur api pada pemutus daya minyak

Gas yang timbul karena dekomposisi minyak menimbulkan tekanan terhadap minyak, sehingga minyak terdorong ke bawah melalui leher bilik. Di leher bilik, minyakini 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 dipergunakn sebagai peredam loncatan bunga api listrik, sedangkan sebagai bahan isolator dari bagian-bagian yang bertegangan digunakan porselen atau material isolasi dari jenis organic. 

Tabel 1. Batas-batas pengusahaan minyak pemutus tenaga

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 melalui nozzle pada kontak pemisah dan ionisasi media diantara kontak dipadamkan oleh hembusan udara tekanan tinggi itu dan juga menyingkirkan partikel-partikel bermuatan dari sela kontak, udara ini juga berfungsi untuk mencegah restriking voltage (tegangan pukul ulang). 

Gambar 2. Pemadaman busur api pada pemutus daya udara hembus

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 halnya.

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 harus ditutup rapat dan kontak bergeraknya diikat ketat dengan perapat logam. 

Gambar 3. Kontak pemutus daya vakum.

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 bertemu 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. 

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 150º 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. 

 Tabel 2. Karakteristik gas SF6

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 SF6 pada suhu lingkungan. 

Tabel 3. Batas tekanan gas SF6 pada pemutus tenaga, pada suhu 20ºC, tekanan atmosphir 760 mmHg.

 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 12 Kg/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 tinggi.

Sumber: http://ilmulistrik.com/pemutus-tenaga-circuit-breaker.html http://engineeringhouse.blogspot.com/2012/02/circuit-breaker-atau-sakelar-

pemutus.html

2. Pembangkitan Tegangan Tinggi

Cara Cara Pembangkitan Tegangan Tinggi1.           Pembangkitan Tegangan Tinggi AC

Tegangan tinggi bolak balik ac di dalam laboratorim sangat diperlukan untuk pengujian dan

percobaan. Untuk membangkitkan tegangan tinggi ac untuk keperluan pengujian dan percobaan

diperlukan transformatoruji. Trafo uji untuk keperluan ini memiliki daya relative kecil dari pada trafo

daya.

Dalam keperluan dan percobaan dengan tegangan tinggi ac mensyaratkan nilai tegangan yang

teliti. Oleh karena itu pengukuran tegangan tinggi harus dilakukan dari sisi tegangan tinggi.

Untuk melihat ketelitian dari tegangan tinggi uji ac u(t) perlu diketahui parameter penting yang dalam hal

ini adalah nilai puncak U^ dan nilai efektif dari tegangan.

Untuk pengujian tegangan tinggi ac, besaran    didevinisikan sebagai tegangan uji. Dalam

hal ini tegangan ac untuk pengujian tidak boleh menyimpang lebih dari 5% (Kind : 1978).

 

Konstruksi trafo uji

Tegangan trafo induktif dapat digunakan untuk membangkitkan tegangan tinggi bolak balik

dengan daya beberapa kVA. Trafo uji ini daya yang rendah memiliki konstruksi yang serupa derngan

trafo tegangan untuk tegangan uji yang sama. Isolasi yang umum digunakan ialah minyak engan

penghalangisolasi dan kertas yang diresapi minyak. Namun untuk tegangan hingga 100kV banyak

digunakan isolasi resin epoksi.

Gambar 2.1 penampang melintang suatu trafo uji dengan isolasi resin tuangan

1.      1. Belitan tegangan tinggi; 2. Belitan tegangan rendah; 3. Inti besi; 4. Alas; 5. Jepitan tegangan

tinggi; 6. Isolasi

Gambar 2.1 menunjukkan penampang melintang dari suatu trafo uji dengan isolasi resin tuangan. Dalam

hal ini belitan tegangan tinggi akan tertanam dalam resin epoksi.

Sedangkan gambar 2.2 menujukkan suatu konstruksi trafo uji berisolasi minyak. Trafo uji jenis

minyak dapat dirancang dalam berbagai bentuk. Gambar2.2a konstruksi jenis tangki dimana bagian aktif

(inti dari kumparan) ditempatkan dalam wadah logam sehinmgga memperbaiki proses pendinginan.

Namaun konstruksi tangki memerlukan penggunaan bushing yang besar dan mahal untuk tegangan kerja

yang tinggi. Gambar2.2b merupakan konstruksi trafo jenis mantelisolasi dimana didalamnya ditempatkan

bagian aktiftrafo jenis ini menggunakan banyak jenis minyak sehingga memperlambat proses

pendinginan. Disamping itu mantel isolasi hanya mampu membuang sedikit panas

sehinggadiperlukan  sirkulasi pendingin serta perangkat penukar panas untuk kapasitas beban yang besar.

Gambar(a) dan Gambar(b)

Gambar 2.2 trafo berisolasi minyak (a) desain tangki; (b) desain mantel isolasi

6. bushing; 7. Tangki logam; 8. Selubung isolasi

Gambar 2.3 menunjukkan rangkaian dasar trafo uji. Panjang anak panah menunjukkan distribusi

terpaan kuat medan listrik pada isolasi antara belitan tegangan tinngi H dan belitan eksitasi E atau inti

besi F. transformator untuk membangkitkan tegangan tinggi bolak balik biasanya dibumikan pada salah

satu ujung belitan tegangan tinggi. Akan tetapi untuk membangkitkan tegangan tinggi searah dan impuls

diperlukan trafo dengan belitan yang tidak dibumikan. Pembumian dapat dilakukan pada salah satu sisi

terminal balitan tegangan tinggiatasu pada tap tengh. Pembumian pada tap tengah menghasilkan tegangan

keluaran yang simetris terhadap bumi.

Gambar 2.3 rangkaian trafo uji satu tingkat

Sumber : Kind :1978

Keterangan : E-belitan eksitasi ; H-belitan tegangan tinggi; K-belitan gandeng

Untuk pembangkitan tegangan tinggi bolak balik beberaapa ratus kV menjadi tidak

menguntungkan baik secara teknis maupun ekonomis bila menggunakan sebuah trafo. Sebagai pengganti

digunakan beberapa trafo dengan memhubungkan belitantegangan tinggi secara seri (kaskade). Gambar

2.4 menunjukkan hubungan kaskade trafo tiga tingkat. Dalam hunpbungan kaskade setiap trafo harus

terisolasi terhadap tegangan tegangan pada tingkat dibawahnya. Dengan demikian belitan eksitasi E pada

nsetiap tingkat kecuali pada tingkat terbawah akan bekerja pada potansi yang tinggi.

Gambar 2.4 kaskade trafo uji tiga tingkat

Dalam gambar 2.4 dapat diamati bahwa belitan eksitasi E dari tingkat yang lebih tinggi di sulang

oleh belitan gandeng K pada tingkat di bawahnya. Kecuali pada tingkat teratas maka setiap tingkat harus

menggunakan transformator. Disamping itu belitan K dan belitan E di tingkat yang lebih rendah

melakukan daya yang lebih besar dan yang terbesar oleh belitanE tingkat terendah. Oleh karena itu

belitan E dan K yang lebih rendah harus dirancang untuk pembebanan yang lebih tinggi. Sampai saat ini

telah di buat trafo uji kaskade untuk tegangan di atas 2 MV.

Gambar 2.5 menunjukkan suatu rangkaian kaskade 2 tingkat denganm inti besi bersama pada potensial

tengah.

Gambar kaskade 2 tingkat dengan inti besi bersama pada potensial tengah

 E1, E2 = belitan eksitasi; H1,H2 = belitan tegangan tinggi ; K1, K2 = belitan kopling

Dengan inti F terletak pada potensial tengah, maka mebutuhkan dudukan yang di isolasi. Dengan

susunan simetri seperti gambar 2.5, maka eksitasi primer dapat dierikan pada E1 dan E2. Bila untuk

susunan  kaskade, belitan yang tidak terp[akai dapat digunakan sebagai kopling untuk tingkat berikutnya.

Bila eksitasi melalui K1 dan K2 akan di peroleh tegangan tinggi simetris terhadap bumi. Pembumian

dilakukan pada belitn tegangan tinggi sisi kanan.

Susunan ini akan sangat menguntungkan untuk tegangan yang sangat tinggi serta dapat di buat

menurut konstruksi jenis tangki dengan dua bushing ataupun jenis mantel isolasi. Untuk konstruksi

mantel isolasi maka susunan tersebut diletakkan secara vertikal.

2.       Pembangkitan Tegangan Tinggi ImpulsTegangan impuls diperlukan dalam pengujian tegangan tinggi untuk mensimulasi terpaan akibat

tegangan lebih dalam (surja hubung) dan luar (surja petir) serta untuk meneliti tegangan tembus.

Dalam teknologi tegangan tinggi, suatu pulsa tegangan dengan polaritas tunggal dikatakan

sebagai impuls seperti ditunjukkan dalam gambit 2.16 yang lengkap dengan parameter-parameternya.

Keergantungan waktu maupun tempo tegangan impuls bergantung pada cara pambangkitannya. Gambar

2.16a menunjukkan tegangan impuls pesegi yang sering digunakan untuk percobaan dasar.

            Tegangan impuls untuk keperluan pengujian, bentuk tegangan ditentukan oleh parameterwaktu

tertentu untuk dahi dan punggung, seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1.17 (IEC Publ 60-2, 1973).

Bentuk dahi tegangan impuls petir sering sukar di ukur, oleh karena itu untuk mencirikannya dibentuk

garis lurus 0, S1 melalui titik A dan B.

Gambar 2.17 parameter tegangan impuls standart (a) tegangan surja petir, (b) tegangan surja

hubung

Secara umum bentuk tegangan impuls petir adalah 1,2/50 artinya

Ts = 1,2 µs ± 30% (waktu gelombang)                                                     (2-21a)

Tr= 50 µs ± 20% (waktu paruh panggung)                                           (2-21b)

Sedangkan bentuk tegangan impuls surja hubungannya adalah 150/2500 yang artinya adalah :

Tcr = 250 µs ± 20% (waktu puncak)                                                    (2-22a)

Th = 2500 µs ± 60% (waktu paruh)                                                     (2-22b)

Cara untuk menentukan waktu muka (waktu puncak untuk surja terhubung)  dan waktu paruh

punggung dapat diamati dalam gambar 2.17.

Kurva tegangan impuls sering mengandung isolasi frekuensi tinggi dengan amplitude yang tidak

melebihi 0,05 U^ dalam daerah puncak, sedang isolasi frekuensi paling sidikit adalah 0,5 MHz,

jika demikian maka nilai tegangan maksimum yang diamati di ambil sebagai nilai puncak dari

tegangan impuls petir.

Pembangkitan tegangan impuls dapat dilakukan dari suatu rangkaian RLCr, namun umumnya

digunakan rangkaian RC atau rangkaian kapasitif. Dalam gambar 2.18

Gambar 2.18 diagram dasar pembangkit tegangan impuls

Cs = kapasitor impuls              Rd = kapasitor redaman

Re = kapasitor pelepasan         Cb = kapasitor beban

Dalam gambar 2.18 diberikan dua rangkaian dasar untuk mebangkitkan tegangan impuls yaitu

rangkaian (a) dan rangkainan (b).

Bentuk tegangan impuls ditentukan oleh nilai nilai elemen rangkaian pembangkit tenaga impuls.

Tegangan impuls u(t) akan muncul pada kapasitor beban Cb.

Proses terjadinya tegangan impuls dengan mudah dapat dijelaskan sebagai berikut :

Kapasitor impuls Cs di muati tegangan searah Uo dari suatu penyearah dan kemudian diluahkan

denganm menyalakan sela F dengan waktu yang sangat singkat sekali (orde mikro sekon) . saat

terjadi peluahan terjadi aliran muatan kearah kapasitor beban melalui Rd. kecepatan pengisian

muatan pada kapasitor beban Cb hingga mencapai tegangan puncak menentukan bentuk

kecuraman dari muka gelombang impuls. makin cepat proses pengisian itu, atau makin curam /

makin cepat mencapai puncak gelombang. Setelah pengisian muatan pada Cb selanjutnya terjadi

peluahan muata  melalui Rd dan Re untuk rangkaian b dan melalui Re untuk rangkaian daasar a.

lama waktu dalam proses peluahan muatan menentukan bentuk punggung dari gelombang

impuls. Segera setelah penyelaat F pada t = 0 maka hampir seluruh tegangan Uo muncil pada

ramgkaian seri Rd dan Cb dalam kedua rangkaian. Semakin kecil nilai Rd CB maka akan

semakin cepat tegangan u(t) mencapai nilai puncak.

Nilai puncak U^ selalu lebih kecil dari Uo karena muatan Uo Cs terbagi pada Cs + Cb. Untuk

nilai efisiensi medan  berlaku persamaan :

Untuk mendapatkan U^ setinggi mungkin (pada Uo tertentu), haruslah di pilih Cs >> Cb.

Konstanta waktu peluruhan tegangan impuls adalah :

Cs (Rd + Re)                (untuk rangkaian a)

Cs Re                              (untuk rangkaian b)

Energy impuls di ubah dalam sebuah peluahan dinyatakan dengan persamaan :

Bila Uo merupakan tegangan bermuatan terbesar, maka diperoleh energi impuls maksimum yang

merupakan parameter penting untuk pembangkitan tegangan impuls. Nilai puncak tegangan

impuls dapat diperbesar dengan memperbesar jarak sela F juga tentunya harus diikuti oleh nilai

Uo yang lebih besar. Uo tidak lain adalah tegangan tembus pada sela F.

1.           Pembangkitan Tegangan Tinggi DC

Sumber :

http://blog.ub.ac.id/mromadhon/2013/10/21/40/

http://jendeladenngabei.blogspot.com/2013/04/rangkaian-pembangkit-tegangan-tinggi-

dc.html