switchyard component

19
 M E D I U M - H I G H V O L T A G E S W I T C H Y A R D S  S U P P O R T I N G E Q U I P M E N T Eko Prasetyo (2205 100 092) JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009

Upload: rheza-syailendra

Post on 12-Oct-2015

70 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

  • MEDIUM - HIGH VOLTAGE SWITCHYARDS SUPPORTING EQUIPMENT

    Eko Prasetyo (2205 100 092)

    JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

    SURABAYA 2009

  • 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

  • Gambar 6. Air blast CB Rating 500kV

    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 7. 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. Pada gambar 9 terdapat contoh produk PMT vakum berikut

    karakteristiknya.

    Gambar 8. Vacuum CB

    Gambar 9. Vacuum CB Rating 12-24kV buatan VEI

  • Karakteristik :

    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 10. 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

    Gambar 11. PMS Dua Isolator Pemisah Tunggal

    PMS Tiga Isolator Pemisah Ganda

    Gambar 12. PMS Tiga Isolator Pemisah Ganda

  • Contoh PMS yang digunakan pada jaringan sistem tenaga listrik :

    Vertical Rotary Center-break Disconnecting switch

    Gambar 13. Vertical Rotary Center-break DS Rating 420kV

    buatan Electroputere

    Karakteristik :

    Rated voltage: 420 kV

    Rated current: 2500-3150 A

    Rated frequency: 50Hz or optionally 60 Hz

    Power frequency / lightning impulse (1.2/50ms) / switching impulse (250/2500 ms)

    insulation level:

    to earth and between phases 520/1425/1050kV

    to the sectioning distance: 610/1425 (+240)/900 (+345)kV Rated permissible current for 1 sec.: 40 ; 50 kA

    Peak value of rated permissible current: 100 ; 125 kA

    Specific creepage distance of insulators: 25 mm/kV ; 31 mm/kV

    Climate: temperate or tropical

    Construction: single-pole

    Reference standards: SR EN 60129; IEC 129

    Vertical Rotary Disconnecting switch

    Gambar 14. Vertical Rotary Disconnecting switch Rating 12-36kV

    buatan Electroputere

  • Karakteristik :

    Rated lightning impulse withstand voltage Rated power frequency withstand voltage

    for 1 minute Rated

    voltage

    (kV)

    to earth and

    between pole

    (kV)

    between the contacts of

    the same pole

    (kV)

    to earth and

    between poles

    (kV)

    between the contacts of

    the same pole

    (kV)

    12 75 85 28 32

    24 125 145 50 60

    36 170 195 70 80

    Continuous duty rated current: 400; 630; 800 A

    Peak value of rated permissible current (including the earthing knives): 80 kA

    Rated short-time permissible current (including the earthing knives): 31.5 kA

    Rated short-circuit time: 1s

    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.

    Gambar 15. Rangkaian Konstruksi Trafo Arus

    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.

  • Gambar 16. Ilustrasi Trafo Arus Rasio Ganda

    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.

    Gambar 17. Ilustrasi Trafo Arus Inti Ganda

    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.

    Gambar 18. Jenis Trafo Arus dengan Isolasi Epoksi-Resin

    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.

    Gambar 19. Jenis Trafo Arus dengan Isolasi Minyak-Kertas

    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.

    Gambar 20. Trafo Arus Inti Cincin dalam Rel Daya Isolasi SF6

    Contoh Trafo Arus yang digunakan pada jaringan sistem tenaga

    listrik :

  • Gambar 21. CT buatan Kuhlman tipe wound, oil filled

    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).

    Gambar 22. Rangkaian Kompleks CVT

    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.

    Gambar 23. Rangkaian Umum CVT

    Gambar 24. CVT 500kV buatan Ritz

  • 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.

    Gambar 25. Arrester Jenis Ekspulsi

  • 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)

    Gambar 26. Arrester Jenis Katup

  • Gambar 26. Lightning arrester Jenis Gardu Rating 150kV

  • DAFTAR PUSTAKA

    http://www.wikipedia.org http://www.elektroindonesia.com http://www.electroputere.ro http://www.ritz-international.de http://www.www.vei.it http://www.kuhlman.com Sihombing, JM. Sistem Penyaluran Tenaga Listrik, PUSAT PENDIDIKAN DAN

    PELATIHAN KETENAGALISTRIKAN DAN ENERGI BARU TERBARUKAN, 2006.

    Tobing, Bonggas L. Peralatan Tegangan Tinggi, Gramedia Pustaka Utama: Jakarta, 2003.

    Marsudi, Djiteng. Pembangkitan Energi Listrik, Erlangga: Jakarta, 2005. _.Diktat Perlengkapan Pusat Tenaga Listrik, JTE-FTI ITS: Surabaya.