Abstract image of a woman sitting on books and studying on a laptop

Tugas 1

Download as DOCX, PDF
Hamsuddin Teknik, profile picture
Hamsuddin Teknik

Teks tersebut membahas tentang pemutus daya dan proses kerjanya. Pemutus daya berperan penting dalam melindungi sistem listrik dengan memutus aliran listrik saat terjadi gangguan. Proses pemutusan melibatkan ionisasi, deionisasi, dan emisi yang menghasilkan terbentuknya atau padamnya busur api. Tegangan pemulihan kontak tergantung pada karakteristik rangkaian yang dihubungkan.

Education
1 of 21
Downloaded 539 times
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
BAB 2 PEMUTUS DAYA 2.1. PENDAHULUAN Setiap sistem tenaga listrik dilengkapi dengan sistem proteksi untuk mencegah terjadinya kerusakan pada peralatan sistem dan mempertahankan kestabilan sistem ketika terjadi gangguan, sehingga kontinuitas pelayanan dapat dipertahankan. Salah satu komponen system proteksi adalah pemutus daya (cicuit breaker ). Gambar 2.1. diagram segaris tenaga listrik interkoneksi Peranan pemutus daya dalam perawatan komponen system tenaga listrik juga dapat dijelaskan dengan gambar 2.1 diatas. Misalkan trafo T4 hendak dirawat sehingga pemutus daya 7 dan 8 harus dibuka. Akibatnya aliran daya kejaringan L2 akan terputus. Untuk mencegah pemutusan aliran daya, pemutus daya 9 ditutup sehingga jaringan L2 dipasok dari trafo T3. Syarat – syarat yang harus dipenuhi oleh suatu pemutus daya agar dapat melakukan hal – hal diatas, adalah sebagai berikut: 1. Mampu megalirkan arus maksimum secara kontinu. 2. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus daya itu sendiri. 3. Dapat memutus arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus hubung singkat tidak sampai merusak peralatan system, membuat system kehilangan kesetabilan, dan merusak pemutus daya itu sendiri.
2.2. HUBUNGAN RELE DAN PEMUTUS DAYA Konstruksi suatu pemutus daya ditunjukkan pada Gambar 2.2. Bagian pemutus daya adalah kontak tetap dan kontak bergerak. Keterangan 1 = Kontak tetap 2 = Tontak bergerak 3 = Bilik kontak 4 = Tungkai penggerak 5 = Isolator 6 = Tangki berisi minyak Gambar 2.2. Kontruksi pemutus daya Hubungan kerja pemutus daya dan rele proteksi di tunjukkan pada Gambar 2.3. Misalakan hubung singkat terjatii pada fasa R. akibatnya arus di fasa R melonjak relatif besar. Arus yang besar ini melalui kumparan primer CT1, akibatnya arus yang mengalir di kumparan sekunder CT1 dan rele R1 juga semakin besar.
2.3. PROSES PEMUTUSAN RANGKAIAN SUATU SISTEM Proses pemutusan huburrgan suaiu rangkaian ciapai ,jijelasl:an deiigan Gambar 2.4. Garnbar 2.4.a. menunjukan rangkaian saat dialiri arus bolak-balik. Jika kontak tertutup sempurna, maka tahanan antar kontak sangat kecil sehingga tegangan antar kontak dapat diabaikan. misalkan kontak pemutus daya dibuka t =ta (dapat dilihat pada Garmbar 2.4.d). Keadaan rangkaian menjadi seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4.b. Sesaat setelah pembukaan kontak akan tirnbul busur api di antara kontak, sehingga arus tetap mengalir pada rangkaian. Arus ini menimbulkan jatuh tegangan pada kontak, yaitu sebesar perkalian arus dengan tahanan busur api. Jatuh tegangan ini sangat kecil dibandingkan dengan puncak tegangan sumber dan berlangsung dalam selang waktu ta - tb. Selanjutnya pada saat ta - tb (Gambar 2.4.d) arus akan menjadi no1 dan pada saat bersamaan tegangan antar kontak menjadi sama dengan regangan sumber, dan berangsur naik menuju harga maksimal. Adanya beda tegangan di antara kontak dapat mengulangi terjadinya busur api. Misalnya pada saat t = tc
2.4 PROSES IONIASASI, DEIONISASI, DAN ETIISI 2.4.1 IONISASI Terjadinya atau padamnya busur api berhubungan dengan peristiwa ionisasi, deionisasi, dan emisi. Berikut ini akan dijelaskan secara singkat tentang ketiga peristiwa tersebut. Pada Gambar 2.5 ditunjukan model suatu atom helium. Inti atom ini terdiri atas dua proton bermuatan positif dan dua neutron yang tidak bermuatan. Dua elektron bermuatan negatif berputar mengelilingi inti atom dengan lintasan berbeda. Dalam keadaan normal jumlah proton sama dengan jumah elektron, Ionisasi dalarn gas dapat terjadi karena tiga hal, yaitu: adanya radiasi sinar kosmis, adanya massa yang membentur gas, dan kenaikan temperatur gas. a. Radiasi Sinar Kosmis Ruang di atas bumi secara terus-menerus dibombardir dengan partikel-patikel subatomik berenergi tinggi. Sebagian berasal dari matahari yang sering ciisebut sinar kosmis. b. Ionisasi Benturan Pada Gambar 2.6 ditunjukkan suatu gas berada di antara dua elektroda plat sejajar. Kedua e1ektroda diberi tegangan searah, akibatnya timbul medan listrik di antara kedua elektroda yang arahnya dari anoda ke katoda. Di dalam gas dimisalkan ada satu elektrc:- bebas hasil radiasi sinar kosmis (e"). Karena adanya medan listrik elektron ieiscbut :kan mengaiami gaya yang arahnya menuju anoda.
c. Ionisasi Thermis Jika temperatur gas dalam suatu bejana tertutup dinaikkan, maka molekul- molekul gas akan bersirkulasi dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi benturan antar molekul dengan molekul. Jika temperatur sernakin tinggi maka kecepatan molekul semakin tinggi, sehingga benturan antar molekul sernakin keras dan dapat membuat terlepasnya elektron dari molekul 2.4.2 DEIONISASI Jika suatu elekron bebas bergabung dengan suatu ion positif, akan dihasilkan suatu molekul netral. Peristiwa penggabungan ini disebut deionisasi. Ada empat proses deionisasi yang berhubungan dengan pemadaman busur api pada suatu pemutus daya yaitu: a). Deionisasi medan elektrik, b,).Deionisasi rekombinasi, c). Deicnisasi akibat pendinginan, dan d). Deionisasi tangkapan elektron. a. Deionisasi Medan Elektrik Telah dijelaskan sebelumnya bahwa medan elektrik timbul di antara dua plat sejajar bertegangan. Medan elektrik ini akan menimbulkan gaya pada muatan- muatan gas yang terdapat di antara elektroda b. Deionisasi Akibat Rckombinasi Rekombinasi adalah pengurangan muatan karena penggabungan elektron bebas dengan ion positif. Rekombinasi jarang terjadi dalam suatu gas. Peristiwa ini lebih mudah terjadi pada bidang batas antara gas dengan zat padat atau zat cair. c. Deionisasi Akibat Pendinginan pendinginan gas atau udara akan memperlambat gerakan molekul. Hal ini akan menghalangi terjadinya ionisasi therrnis dalam gas tersebut, sehingga pembentukan elektron bebas dan ion positif dapat dicegah. Pendinginan gas atau udara tidak secara langsung mengurangi partikel bermuatan, tetapi hanya menghalangi terjadinya ionisasi thermis dalam gas. d. Deionisasi Tangkapan Elektron Beberapa gas tertentu, seperti gas SF6, mempunyai atom netral yang giat menangkap elektron bebas yang bergerak di dekatnya. Penggabungan elektron bebas dengan atom netral menghasilkan ion negatif. 2.4.3 EMISI Emisi adalalah peristiwa peiepasan elektron dari permukaan suatu logam menjadi elektron bebas di dalam gas. Ada dua proses emisi yang berhubungan dengan pembentukan busur api pada pemutus daya, yaitu emisi thermis dan emisi mecian tinggi.
a) Emisi Thermis suatu logam yang mempunyai titik lebur tinggi, seperti tungsten dan karbon, jika dipanaskan hingga bertemperatur tinggi, maka dari perrnukaannya akan dilepaskan elektron-elektron. Elektron tersebut keluar dari permukaannya dan menjadi elektron bebas di dalam gas. Proses inilah yang disebut ernisi thermis. b) Emisi Medan Tinggi Permukaan suatu logam tidak semuanya mulus, tetapi selalu ada titik - titik yang runcing. Jika logam tersebut dikenai medan eletrik seperti ditunjukan pada Gambar 2.7, elektron yang terdapat pada permukaan logam katoda [K] akan mengalarni gaya yang arahnya menuju anoda [A]. Elektron pada ujung runcing akan mengaiami gaya yang lebih besar karena intensitas rnedan elektrik di titik tersebut relatif lebih besar dibandingkan dengan intensitas medan elektrik di bagian yang datar. 2.5 PROSES TERJADINYA BUSUR API Jika kontak pemutus daya dipisahkan, beda potensial di antara kontak akan menimbulkan medan eiektrik di antara kontak tersebut, seperti ditunjukan pada Gambar 2.8. Arus yang sebelumnya mengalir pada kontak akan memanaskan kontak dan menghasilkan emisi thermis pada permukaan kontak. Sedangkan medan elektrik menimbulkan emisi medan tinggi pada kontak katoda (K). Kedua emisi ini menghasilkan elektron bebas yang sangat banyak dan bergerak menuju kontak anoda (A). Hasil emisi thermis dan emisi medan tinggi akan melanggengkan proses ionisasi. sehingga perpindahan muatan antar kontak terus berlangsung dan inilah yang disebut busur api.
Untuk memadankan busur api tersebut perlu dilakukan usaha-usaha yang dapat menimbulkan proses deionisasi, antara lain dengan cara sebagai berikut: a. Meniupkan udara ke sela kontak, sehingga partikel-partikel hasil ionisasi dijauhkan dari sela kontak. b. Menyemburkan rninyak isolasi ke busur api untuk mernberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi. c. memotong busur api dengan tabir isolasi atau tabir logam, sehingga memberi peiuang yang lebih besar bagi proses rekombinasi. d. Membuat medium pemisah kontak dari gas elektronegatif sehingga elektron-elektron bebas tertangkap oleh molekui netral gas tersebut. 2.6 TEGANGAN PEMULIHAN KONTAK Jika pemutus daya digunakan memutuskan arus bolak - balik, maka ada saatnya arus berharga nol dan pada saat itu busur api akan padam. Selanjutnya media sela kontak akan memuiihkan dirinva menjadi isolasi, yaitu dengan berangsur-angsur menaikan kekuatan dielektriknya. Pada saat bersamaan, tegangan di sela kontak yang tadinya sangat kecil menjadi relatif besar. Tegangan sela kontak selama busur api padam disebut tegangan pemulihan (recovery voltage). Tegangan pemulihan pada kontak suatu pemutus daya tergantung pada karakteristik rangkaian sistem yang hubungannya akan diputuskan. Berikut ini akan ditunjukkan tegangan pemulihan untuk lima jenis. a. Rangkaian AC Resistif Pada Gambar 2.9 ditunjukkan pembukaan rangakaian resistif. Mengacuh pada gambar 2.9, percamaan pada rangkaian ini adalah: 𝑉𝑠 = 𝑉𝑘 − 𝑉𝑟 Dimana : Vs = tegangan sumber Vk = tegangan sela kontak Vr = tegangan resistor
Tegangan kontak adalah : 𝑉𝑠 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝑟 Saat kontak tertutup, tegangan kontak adalah nol, misalkan kontak dipisahkan saat t = t1, maka timbul busur api dalam selang waktu t1 s/d t2. Dalam selang waktu ini, tegangan kontak naik menjadi 𝑉𝑘 = 𝐼 𝑅 𝑎 Dimana : I = arus busur api Ra = tahanan busur api Karena tahanan busur api relative kecil, kontak hanya beberapa puluh volt, sehingga dapat diabaikan. Kemudian busur api padam saat t = t2 dan mulai saat ini arus pada rangkaian sama dengan nol, sehingga tegangan pada resisitor juga sama dengan nol(Vr = 0). Terhitung mulai t = t2, tegangan pemulihan kontak menjadi: Vk = Vs 2.4 Jika saat busur api mulai padam diambil sebagai acuan waktu, harga sesaat tegangan kontak adalah: ^ Vk = -Vsin 𝜔 t 2.5 Dimana: ^ V = nilai puncak tegangan sesaat sumber b.Rangkaian AC Kapasitif
Pada Gambar 2.10.a ditunjukkan suatu ranqkian kapasitif Sebelum kontak pemutus daya terbuka, arus pada rangkaian ini terdahlu 900 listrik dari tegangan, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10.b. Sebelum kontak terbuka, persamaan tegangan adalah sebagai berikut; dengan tegangan sumber. Tegangan pada kontak dapat dituliskan sebagai berikut: Vs= Vk + Vc 2.6 di mana: Vc = tegangan pada kondensator Jika tegangan kontak diabaikan, maka tegangan kondensator sama dengan tegangan sumber. Tegangan pada kontak dapat dituliskan sebagai berikut: Vk =Vs – Vc 2.7 Selama ada busur api, tegangan kondensator sama dengan tegangan sumber. Arus sama dengan nol, yaitu saat t =t2 busur api padam. Pada saat itu tegangan kapasitor sama dengan nilai puncak tegangan sesaat sumber, sehingga persamaan tegangan kontak setelah busur api padam adalah: ^ Vk = Vs –V 2.8 jika saat busur api mulai padam diambil sebagai acuan waktu, maka nilai sesaat tegangan kontak adalah: ^ ^ Vk = VCos 𝜔 t-V 2.9
Bentuk gelombang tegangan pemuihan ditunjukkan pada Gambar 2.10.b. Terlihat bahwa kenaikan tegangan pemulihan relatif lambat dibandingkan dengan tegangan pemu1ihan pada rangkaian resistif. c.Rangkaian Induktif pada Gambar 2.11.a ditunjukkan suatu rangkaian induktif. Sebelum kontak pemutus daya terbuka, arus pada rangkaian ini terbelakang 900 listrik dari tegangan, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10.b. Sebelum kontak terbuka, persamaan tegangan adalah sebagai berikut: Vs = Vk – VL 2.10 Di mana: VL =tegangan pada inductor Vk = L 𝑑𝑖 𝑑𝑡 2.11 Tegangan pada kontak dapat dituliskan sebagai berikut: Vk = Vs - VL 2.12 Misalnya, saat t = t2 kontak pemutus daya dibuka. Dalam selang waktu t1 s/d t2 timbul busur api. Selam ada busur api, tegangan
induktor sama dengan tegangan sumber. Saat t = t2 arus sama dengan nol dan busur api padam. Pada saat itu tegangan induktor sama dengan nol [karena harga i pada Persamaan 2.11 sama dengan nol), sehingga persamaan tegangan kontak setelah busur api padam adalah: Vk =Vs 2.13 Jika saat busur api mulai padam dlambil sebagai acuan waktu, maka harga sesaat tegangan kontak adalah: V = V Cos 𝜔 t `2.14 Bentuk gelombang tegangan pemulihan ditunjukkan pada Gambar 2.11.b. Kenaikan tegangan pemulihan relatif cepat dibandingkan dengan tegangan pemulihan pada rangkaian resistif. Hal ini memberi peluang besar bagi terjadinya terpaan balik busur api. d. rangkaian seri induktif-resistif Pada rangkaian ini, arus terbelakang sebesar sudut fasa 𝜑, dari tegangan sumber, di mana: Tg-1 𝜑 = ( 2𝜋fL)/R 2.15
Semakin besar R semakin kecil pula sudut fasa 𝜑 ,dan kenaikan tagangan pemulihan semakin kecil. Dengan kata lain, keberadaan resistor R dalam rangkaian membuat kenaikan tegangan kontak semakin kecil. dibuka sehingga rangkaian terbuka sempurna. Pada saat penutupan pemutus daya, dapat terjadi tegangan lebih transien. Besar tegangan transien ini dapat dikurangi dengan terlebih dahulu menutup kontak bantu, beberapa saat kemudian kontak utama ditutup. e. Rangkaian induktif-kapasitif Pada Gambar 2.14 ditunjukkan suatu rangkaian yang merepresentasikan suatu trafo yang mencatu arus kepada suatu kondensator statis.
Saat busur api padam, induktor (L) dan kondensator (c) membentuk rangkaian osilator (L terhubung seridengan c), sehingga terjadi tegangan yang berosilasi pada kondensator. Tegangan kontak juga akan berosilasi samahalnya dengan tegangan kondensator. Frekuensi tegangan yang berosilasi ini adalah: f = 1 2𝜋 √ 𝐿𝐶 2.16 Tegangan yang dihasilkan adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 2.14.b. 2.7 JENIS-JENIS PEMUTUS DAYA jenis-jenis pemutus daya yang ditemui saat ini adalah: a.Pemutus daya udara (Air Ciranit Breaker) b.Pemutus daya minyak [Oil Circuit Breaker] c.Pemutus daya udara tekan (Air-Blast Circuit Breaker) d.Pemutus daya vakum (vacuum Circuit Breaker) 2.7.1 PEMUTUS DAYA UDARA (AIR CIRCUIT BREAKER) Pemutus daya ini menggunakan metode pemadaman busur api yang paling sederhana, yaitu dengan memperpanjang lintasan busur apinya Perpanjangan busur api dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain dengan menggunakan kontak sela tanduk, seperti ditunjukan pada Gambar 2.15.
Pemutus daya seperti ini digunakan untuk rangkaian dc dan ac tegangan rendah, dengan arus pemutusan sampai ratusan ampere.Khusus untuk pemutus daya ac tegangan rendah, kontaknya dapat dibuat dari bahan bertitik-lebur rendah seperti kuningan dan tembaga. Letak isolasi pendukung kontak harus diatur sedemikian rupa sehingga tidak gosong karena panas yang ditimbulkan busur api. Penggosongan isoiator akan memproduksi karbon sehingga isolator seakan-akan menjadi elektroda dan darinya keluar elektron hasil emisi thermis yang dapat mengawali terjadinya terpaan busur api balik. Untuk rangkaian bertegangan lebih tinggi, konstruksi kontak dan pemadam busur api dibuat seperti pada Gambar 2.16.a. Busur api yang sudah memanjang karena dorongan udara, dipotong-potong menjadi beberapa seksi oleh tabir metal. Sehingga busur api pada setiap seksi selain mengalami pemanjangan juga mengalami efek pendinginan. Pemutus daya ini digunakan untuk tegangan beberapa ribu volt dan dapat memutuskan arus beberapa ribu amper. Pemutus daya jenis lain adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16.b. Tabirnnya dibuat dari bahan isolator, sehingga busur api dipaksa menelusuri permukaan isolator. Dalam hal ini pemadaman busur api terjadi karena: (a) efek pemanjangan busur api, (b) efek perndinginan
permukaan isolator dan (c) karena partikel bermuatan mempunvai peluang yang besar untuk mengadakan rekombinasi. Pemutus daya ini digunakan untuk memutus arus sampai 50 kA dan dapat digunakan pada rangkaian bertegangan sampai 10 kV. 2,7.2 PEMUTUS DAYA MINYAK (OIL CIRCUIT BREAKER] Konstruksi pemutus daya minyak telah diberikan pada Gambar 1.2. Saat kontak diplsahkan. busur api akan terjadi di dalam minyak sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi busur api, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.17.a. Pada Gambar 2.17 .b ditunjukkan suatu kontak yang sudah dipisahkan. Busur api terjadi dalam bilik berisi minyak. Gas yang timbul karena dekomposisi minyak menimbulkan tekanan terhadap ,minyak, sehingga minyak juga terdorong ke bawah melalui leher bilik. Di leher bilik, minyak ini melakukan kontak yang intim dengan busur api. hal ini akan menimbulkan pendingina, bursur api, mendorong proses rekombinasi dan menjauhkan partikel bermuatan dari lintasan busur api. Jenis bilik kontak yang iain ditunjukkan pada Gambar 2.17.c. Leher bilik terbuat dari laminasi isolasi. jika kontak bergerak ke bawah, minyak akan menglir dari sela-sela laminasi, sehingga minyak terdorong dengan arah radial menuju busur
api. minyak yang berada di antara kontak sangat efektif memutuskan arus. kelemahannya adalah minyak mudah terbakar dan kekentalan minyak memperlambat pemisahan kontak, sehingga tidak cocok untuk system yang membutuhkan pemutusan arus yang cepat. 2.7.3 PEMUTUS DAYA UDARA-TEKAN Pada Gambar 2.18 ditunjukka, skema kontak pemutus daya udara tekan. Perautus daya ini dirancang untuk mengatasi kelemaha, pada permutes daya minyak, yaitu dengan membuat media isolator kontak yang dari bahan tidak mudah terbakar dan tidak menghalangi pemisahan kontak, sehingga pemisahan kontak dapat dilaksanakan dalam waktu yang sangat capat. Pada Gambar 2.18.a, udara ditiupkan paralel dengan busur api. sedangkan pada Gambar 2.18.b terlihat udara diuupkan tegak lurus terhadap busur api dan mendorong busur api menelusuri permukaan tabir isoiator, sehingga busur api bertambah panjang. pemutus daya jenis ini mampu memutus arus sampai 40 kA pada rangkaian ac bertegangan sampai 765kv.
2.7.4 PEMUTUS DAYA VAKUM Pada pemutus daya vakum, kontak ditempatan pada suatu bilik vakurn seperi ditunjukkan pada Gambar 2.19. Untuk mencegah udara masuk ke dalarn bilik, maka bilik harus ditutup rapat dan kontak bergeraknya diikat ketat dengan perapat logam. Akibatnya, tidak ada penambahan elektron bebas yang mengawali pembentukan busur api. Dengan kaia lain, busur api dapat dipadamkan. 2.8 PERTIMBANGAN DALAM PEMILIHAN PEMUTUS DAYA Ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam rancangan suatu pemutus daya, yaitu: a. Tegangan efektif tertinggi dan frekuensi daya jaringan di mana pemutus daya itu akan dipasang. Nilainya tergantung pada jenis pentanahan titik netral sistem. b. Arus maksimum kontinu yang akan dialirkan pemutus daya. c. Arus hubung singkat maksimum yang akan diputus pemutus daya. d. Lamanya maksimum arus hubung singkat yang boleh berlangsung. e. jarak bebas antara bagian yang bertegangan tinggi dan objek lain di sekitarnya. f. Jarak rambat arus bocor pada isolatornya. g.Kekuatan dielektrik media isolator sela kontak. h.iklim dan ketinggian lokasi penempatan pemutus daya. Jika pemutus daya dipasang di lokasi yang ketinggiannva lebih dari 1000 m, maka tegangan operasi maksimum pemutus daya harus dikoreksi dengan faktor
yang diberikan pada Tabel 2. 1 . Kemampuan suatu pemutus daya dinyatakan dalam dua besaran yaitu: a. Kemampuan pemutus arus yaitu harga efektif arus hubung singkatsimetri yang dapat diputuskan pemutus daya tanpa menimbulkan kerusakan pada kontak pemutus daya. b. Kemampuan arus sesaat ,yaitu harga efektif arus hubung singkat asimetri yang dapat dipikul pemutus daya tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus daya.
Secara umum kemampuan arus sesaat adalah: Im = 1,6 x Ihs 2.17 Sedangkan untuk tegangan di bawah 500 Volt, adalah: Im = 1,5 x Ihs 2.18 Kapasitas daya sesaat pemutus daya adalah: Sm =√3 Vpf x Im 2.19 Di mana: Vpf = Tegangan fasa ke fasa sistem setelum terhubung singkat .Kemampuan pemutusan arus pemutus daya adalah: Ip = k x I’hs 2.20 Faktor k untuk berbagai jenis pemutus daya dapat dilihat pada Tabel 2.3
Factor k juga dapat dihitung secara pendekatan dengan persamaan dibawah ini: 𝐾 = √1 + 2𝑒 -[2topωR 𝑥 ] 2.21 Dimana: Top = waktu pembukaan pemutus daya(detik) ω = 2𝜋f f = frekuensi system(Hz) Kapasitas pemutusan arus adalah: Sp = √3 Vpf x Ip 2.22 Jika suatu pemutus daya bekerja pada tegangan di bawah tegangan
maksimum pengenalnya, maka kemampuan pemutusan arus pemutus daya semakin besar, yakni menjadi: Is = Ihsn x 𝑉𝑚𝑛 𝑉𝑠 2.23 di mana: Is= kemampuan pemutusan arus pada tegangan V Ihsn = keman-ipuan pemutusan 3r:us pengenal pemutus cla,va Vmn = tegangan maksimum pengenal pemutus daya Vs = tetangan sistem di mana pemutus daya bekerja Harga maksimum kemampuan pemutusan arus suatu pemutus daya adalah: Imaks =k.Ihsn 2.24 Sebagai contoh, misalkan suatu pemutus daya rnempunyai tegangan maksimum pengenal 24 kv, kemampuan pemutusan arus pengenal 6.000 A dan faktor k = 2,2. Kemampuan pemutusan arus maksimum pemutus daya ini adalah: 2,2 x 6.000 A = 13.200 A. Artinya, pemutus daya ini dapat dipasang pada suatu sistem yang tegangannya lebih rendah dari 24 kv, asalkan arus hubung singkat yang akan diputuskannya tidak lebih dari 13.200 A.

More Related Content

PPTX
Kegagalan Tembus Gas pada Teknik Tegangan Tinggi
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
PPTX
Teori kegagalan isolasi
sevirarh
 
PPTX
Disconnecting Switch ( Saklar Pemisah )
TEMMY NGEDY
 
PDF
Bab 10 elektronika daya
Eko Supriyadi
 
PPTX
PARTIEL DISHARGE DAN KORONA
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
PDF
Transmisi Daya Listrik
Mulia Damanik
 
PPTX
Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik
derrydwipermata
 
PPTX
Jaringan distribusi tenaga listrik
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
Kegagalan Tembus Gas pada Teknik Tegangan Tinggi
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
Teori kegagalan isolasi
sevirarh
 
Disconnecting Switch ( Saklar Pemisah )
TEMMY NGEDY
 
Bab 10 elektronika daya
Eko Supriyadi
 
PARTIEL DISHARGE DAN KORONA
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
Transmisi Daya Listrik
Mulia Damanik
 
Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik
derrydwipermata
 
Jaringan distribusi tenaga listrik
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 

What's hot (20)

PPTX
PPT ISOLASI JARINGAN DISTRIBUSI
Hastih Leo
 
PPTX
Transmisi Tenaga Listrik
Kornelia Pakiding
 
PDF
Buku ast(yusreni warmi)
Kevin Adit
 
PPTX
Tegangan Tinggi DC
Gredi Arga
 
PPTX
PEMBANGKIT DAN PENGUKURAN TEGANGAN IMPULS
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
PPTX
PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI BOLAK-BALIK
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
PDF
Gardu Induk
lombkTBK
 
PPT
Ii Rangkaian Listrik Fasor
Fauzi Nugroho
 
PPTX
PROTEKSI TENAGA LISTRIK
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
PPTX
Operasi sistem tenaga
Julius Ji
 
PPTX
GARDU DISTRIBUSI
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
PPTX
Tegangan Tinggi AC
Gredi Arga
 
PPTX
6 wiring diagram
Simon Patabang
 
PDF
Materi Teknik Tegangan Tinggi
Gredi Arga
 
PPT
Sistem proteksi tenaga listrik
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
PPTX
GARDU INDUK TENAGA LISTRIK
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
DOCX
Jenis jenis gardu induk
Irfan Nurhadi
 
PPT
Proteksi sistem-tenaga-listrik
Johari Zhou Hao Li
 
DOCX
Makalah Sistem Proteksi Tenaga Listrik
Syahrul Ramazan
 
PPTX
JARINGAN DISTRIBUSI PRIMER
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
PPT ISOLASI JARINGAN DISTRIBUSI
Hastih Leo
 
Transmisi Tenaga Listrik
Kornelia Pakiding
 
Buku ast(yusreni warmi)
Kevin Adit
 
Tegangan Tinggi DC
Gredi Arga
 
PEMBANGKIT DAN PENGUKURAN TEGANGAN IMPULS
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI BOLAK-BALIK
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
Gardu Induk
lombkTBK
 
Ii Rangkaian Listrik Fasor
Fauzi Nugroho
 
PROTEKSI TENAGA LISTRIK
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
Operasi sistem tenaga
Julius Ji
 
GARDU DISTRIBUSI
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
Tegangan Tinggi AC
Gredi Arga
 
6 wiring diagram
Simon Patabang
 
Materi Teknik Tegangan Tinggi
Gredi Arga
 
Sistem proteksi tenaga listrik
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
GARDU INDUK TENAGA LISTRIK
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
Jenis jenis gardu induk
Irfan Nurhadi
 
Proteksi sistem-tenaga-listrik
Johari Zhou Hao Li
 
Makalah Sistem Proteksi Tenaga Listrik
Syahrul Ramazan
 
JARINGAN DISTRIBUSI PRIMER
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
Ad

Viewers also liked (20)

PPTX
GARDU INDUK
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
PDF
Franchise Book
mgeorge402
 
PDF
Mega Trends and Forces Driving Change in Business Computing
Information Services Group (ISG)
 
PDF
Kelas x smk teknik_pembangkit_tenaga_listrik_h.supari_muslim
Hari Budiarto
 
PDF
Peralatan tegangan-tinggi
Yubel Sitompul
 
PPS
Vedetes 1940 1970
Carlos Colomer
 
PPTX
Collection highlights
acklandartmuseum
 
PDF
GCES White Paper - Vapor-Tolerant and Aqueous RTOs
Dan Robles
 
PDF
ใบงานที่ 2
bussayamas1618
 
PPTX
Closed manual
יהודה שלגר
 
DOC
Bab ii kondisi geografis desa penujak
Sopia Kartika
 
PDF
Rj 0207 2012-ag-senasa
Susi Quiroga
 
PDF
Onet m6 52 math
bussayamas1618
 
PPTX
Computer security
Carolyn Brockman
 
DOCX
Biblioteca
Duvian Becerra
 
PPTX
Engineering Services Forum - Wipro & Johnson Controls
Information Services Group (ISG)
 
PDF
9707 s14 qp_21
Saadia Riaz
 
PDF
9707 w14 ms_21
Saadia Riaz
 
PPTX
דפי נחיתה סגורים גלובוס
יהודה שלגר
 
PPTX
ISNGI 2016 - Pitch: "Energy epidemiology in the existing Australia housing st...
SMART Infrastructure Facility
 
GARDU INDUK
Politeknik Negeri Ujung Pandang
 
Franchise Book
mgeorge402
 
Mega Trends and Forces Driving Change in Business Computing
Information Services Group (ISG)
 
Kelas x smk teknik_pembangkit_tenaga_listrik_h.supari_muslim
Hari Budiarto
 
Peralatan tegangan-tinggi
Yubel Sitompul
 
Vedetes 1940 1970
Carlos Colomer
 
Collection highlights
acklandartmuseum
 
GCES White Paper - Vapor-Tolerant and Aqueous RTOs
Dan Robles
 
ใบงานที่ 2
bussayamas1618
 
Closed manual
יהודה שלגר
 
Bab ii kondisi geografis desa penujak
Sopia Kartika
 
Rj 0207 2012-ag-senasa
Susi Quiroga
 
Onet m6 52 math
bussayamas1618
 
Computer security
Carolyn Brockman
 
Biblioteca
Duvian Becerra
 
Engineering Services Forum - Wipro & Johnson Controls
Information Services Group (ISG)
 
9707 s14 qp_21
Saadia Riaz
 
9707 w14 ms_21
Saadia Riaz
 
דפי נחיתה סגורים גלובוס
יהודה שלגר
 
ISNGI 2016 - Pitch: "Energy epidemiology in the existing Australia housing st...
SMART Infrastructure Facility
 
Ad

Recently uploaded (20)

DOCX
Modul Ajar Pembelajaran Mendalam PKWU Kerajinan Kelas XI SMA Terbaru 2025
fubierabita
 
PPTX
PPT MODUL 3 PENYELARASAN VISI MISI DENGAN OEMBELAJARAN MENDALAM
DaniatySrDanial
 
PDF
Modul Ajar Deep Learning Matematika Kelas 4 Kurikulum Merdeka
Modul Guruku
 
PDF
Materi Pendidikan Agama Islam - Kelas 12 SMA - Sabar dalam Menghadapi Musibah...
ElisTsamrotulFuadah
 
PDF
Modul Ajar Deep Learning PJOK Kelas 5 Kurikulum Merdeka
Modul Guruku
 
PPTX
bahan FGD_Kebijakan Pembelajaran Penilaian.pptx
DaniatySrDanial
 
PDF
Modul Ajar Deep Learning Bahasa Indonesia Kelas 5 Kurikulum Merdeka
Modul Guruku
 
PDF
Panduan Praktikum Administrasi Sistem Jaringan Edisi 3 (Proxmox VE 9.0).pdf
I Putu Hariyadi
 
DOCX
Daftar Judul Paper Artificial Intelligence in Information System
Ainul Yaqin
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning PKWU Kerajinan Kelas 11 SMA Terbaru 2025
wahyurestu63
 
PDF
Materi Pendidikan Agama Islam - Kelas 12 SMA - Cabang Iman: Keterkaitan antar...
ElisTsamrotulFuadah
 
PPTX
02F - Orientasi Pelatihan Koding dan kecerdasan artificial
emynuriyani63
 
PDF
Modul Ajar Deep Learning Pendidikan Pancasila Kelas 4 Kurikulum Merdeka
Modul Guruku
 
DOCX
Download Modul Ajar Kurikulum Berbasis Cinta ( KBC ) Aqidah Akhlak Kelas 7 Te...
wahyurestu63
 
PPTX
Materi Induksi untuk karyawan baru/new hire
ariskurniawan67890
 
PDF
Modul Ajar Deep Learning Seni Budaya Kelas 1 Kurikulum Merdeka
Modul Guruku
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning Fisika Kelas 12 SMA Terbaru 2025
wahyurestu63
 
PPT
Tugas Modul 1.Konsep Pola Pikir Bertumbuh.ppt
SukmaBudi3
 
PDF
Alfred Antoh_AA_Implementasi Kepemimpinan Dosen.pdf
RianaHandayani2
 
PPTX
PPK - XII AKL KD KEWIRAUSAHAAN SMK1.pptx
BahrudinBahrudin11
 
Modul Ajar Pembelajaran Mendalam PKWU Kerajinan Kelas XI SMA Terbaru 2025
fubierabita
 
PPT MODUL 3 PENYELARASAN VISI MISI DENGAN OEMBELAJARAN MENDALAM
DaniatySrDanial
 
Modul Ajar Deep Learning Matematika Kelas 4 Kurikulum Merdeka
Modul Guruku
 
Materi Pendidikan Agama Islam - Kelas 12 SMA - Sabar dalam Menghadapi Musibah...
ElisTsamrotulFuadah
 
Modul Ajar Deep Learning PJOK Kelas 5 Kurikulum Merdeka
Modul Guruku
 
bahan FGD_Kebijakan Pembelajaran Penilaian.pptx
DaniatySrDanial
 
Modul Ajar Deep Learning Bahasa Indonesia Kelas 5 Kurikulum Merdeka
Modul Guruku
 
Panduan Praktikum Administrasi Sistem Jaringan Edisi 3 (Proxmox VE 9.0).pdf
I Putu Hariyadi
 
Daftar Judul Paper Artificial Intelligence in Information System
Ainul Yaqin
 
Modul Ajar Deep Learning PKWU Kerajinan Kelas 11 SMA Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Materi Pendidikan Agama Islam - Kelas 12 SMA - Cabang Iman: Keterkaitan antar...
ElisTsamrotulFuadah
 
02F - Orientasi Pelatihan Koding dan kecerdasan artificial
emynuriyani63
 
Modul Ajar Deep Learning Pendidikan Pancasila Kelas 4 Kurikulum Merdeka
Modul Guruku
 
Download Modul Ajar Kurikulum Berbasis Cinta ( KBC ) Aqidah Akhlak Kelas 7 Te...
wahyurestu63
 
Materi Induksi untuk karyawan baru/new hire
ariskurniawan67890
 
Modul Ajar Deep Learning Seni Budaya Kelas 1 Kurikulum Merdeka
Modul Guruku
 
Modul Ajar Deep Learning Fisika Kelas 12 SMA Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Tugas Modul 1.Konsep Pola Pikir Bertumbuh.ppt
SukmaBudi3
 
Alfred Antoh_AA_Implementasi Kepemimpinan Dosen.pdf
RianaHandayani2
 
PPK - XII AKL KD KEWIRAUSAHAAN SMK1.pptx
BahrudinBahrudin11
 

Tugas 1

  • 1. BAB 2 PEMUTUS DAYA 2.1. PENDAHULUAN Setiap sistem tenaga listrik dilengkapi dengan sistem proteksi untuk mencegah terjadinya kerusakan pada peralatan sistem dan mempertahankan kestabilan sistem ketika terjadi gangguan, sehingga kontinuitas pelayanan dapat dipertahankan. Salah satu komponen system proteksi adalah pemutus daya (cicuit breaker ). Gambar 2.1. diagram segaris tenaga listrik interkoneksi Peranan pemutus daya dalam perawatan komponen system tenaga listrik juga dapat dijelaskan dengan gambar 2.1 diatas. Misalkan trafo T4 hendak dirawat sehingga pemutus daya 7 dan 8 harus dibuka. Akibatnya aliran daya kejaringan L2 akan terputus. Untuk mencegah pemutusan aliran daya, pemutus daya 9 ditutup sehingga jaringan L2 dipasok dari trafo T3. Syarat – syarat yang harus dipenuhi oleh suatu pemutus daya agar dapat melakukan hal – hal diatas, adalah sebagai berikut: 1. Mampu megalirkan arus maksimum secara kontinu. 2. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus daya itu sendiri. 3. Dapat memutus arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus hubung singkat tidak sampai merusak peralatan system, membuat system kehilangan kesetabilan, dan merusak pemutus daya itu sendiri.
  • 2. 2.2. HUBUNGAN RELE DAN PEMUTUS DAYA Konstruksi suatu pemutus daya ditunjukkan pada Gambar 2.2. Bagian pemutus daya adalah kontak tetap dan kontak bergerak. Keterangan 1 = Kontak tetap 2 = Tontak bergerak 3 = Bilik kontak 4 = Tungkai penggerak 5 = Isolator 6 = Tangki berisi minyak Gambar 2.2. Kontruksi pemutus daya Hubungan kerja pemutus daya dan rele proteksi di tunjukkan pada Gambar 2.3. Misalakan hubung singkat terjatii pada fasa R. akibatnya arus di fasa R melonjak relatif besar. Arus yang besar ini melalui kumparan primer CT1, akibatnya arus yang mengalir di kumparan sekunder CT1 dan rele R1 juga semakin besar.
  • 3. 2.3. PROSES PEMUTUSAN RANGKAIAN SUATU SISTEM Proses pemutusan huburrgan suaiu rangkaian ciapai ,jijelasl:an deiigan Gambar 2.4. Garnbar 2.4.a. menunjukan rangkaian saat dialiri arus bolak-balik. Jika kontak tertutup sempurna, maka tahanan antar kontak sangat kecil sehingga tegangan antar kontak dapat diabaikan. misalkan kontak pemutus daya dibuka t =ta (dapat dilihat pada Garmbar 2.4.d). Keadaan rangkaian menjadi seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4.b. Sesaat setelah pembukaan kontak akan tirnbul busur api di antara kontak, sehingga arus tetap mengalir pada rangkaian. Arus ini menimbulkan jatuh tegangan pada kontak, yaitu sebesar perkalian arus dengan tahanan busur api. Jatuh tegangan ini sangat kecil dibandingkan dengan puncak tegangan sumber dan berlangsung dalam selang waktu ta - tb. Selanjutnya pada saat ta - tb (Gambar 2.4.d) arus akan menjadi no1 dan pada saat bersamaan tegangan antar kontak menjadi sama dengan regangan sumber, dan berangsur naik menuju harga maksimal. Adanya beda tegangan di antara kontak dapat mengulangi terjadinya busur api. Misalnya pada saat t = tc
  • 4. 2.4 PROSES IONIASASI, DEIONISASI, DAN ETIISI 2.4.1 IONISASI Terjadinya atau padamnya busur api berhubungan dengan peristiwa ionisasi, deionisasi, dan emisi. Berikut ini akan dijelaskan secara singkat tentang ketiga peristiwa tersebut. Pada Gambar 2.5 ditunjukan model suatu atom helium. Inti atom ini terdiri atas dua proton bermuatan positif dan dua neutron yang tidak bermuatan. Dua elektron bermuatan negatif berputar mengelilingi inti atom dengan lintasan berbeda. Dalam keadaan normal jumlah proton sama dengan jumah elektron, Ionisasi dalarn gas dapat terjadi karena tiga hal, yaitu: adanya radiasi sinar kosmis, adanya massa yang membentur gas, dan kenaikan temperatur gas. a. Radiasi Sinar Kosmis Ruang di atas bumi secara terus-menerus dibombardir dengan partikel-patikel subatomik berenergi tinggi. Sebagian berasal dari matahari yang sering ciisebut sinar kosmis. b. Ionisasi Benturan Pada Gambar 2.6 ditunjukkan suatu gas berada di antara dua elektroda plat sejajar. Kedua e1ektroda diberi tegangan searah, akibatnya timbul medan listrik di antara kedua elektroda yang arahnya dari anoda ke katoda. Di dalam gas dimisalkan ada satu elektrc:- bebas hasil radiasi sinar kosmis (e"). Karena adanya medan listrik elektron ieiscbut :kan mengaiami gaya yang arahnya menuju anoda.
  • 5. c. Ionisasi Thermis Jika temperatur gas dalam suatu bejana tertutup dinaikkan, maka molekul- molekul gas akan bersirkulasi dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi benturan antar molekul dengan molekul. Jika temperatur sernakin tinggi maka kecepatan molekul semakin tinggi, sehingga benturan antar molekul sernakin keras dan dapat membuat terlepasnya elektron dari molekul 2.4.2 DEIONISASI Jika suatu elekron bebas bergabung dengan suatu ion positif, akan dihasilkan suatu molekul netral. Peristiwa penggabungan ini disebut deionisasi. Ada empat proses deionisasi yang berhubungan dengan pemadaman busur api pada suatu pemutus daya yaitu: a). Deionisasi medan elektrik, b,).Deionisasi rekombinasi, c). Deicnisasi akibat pendinginan, dan d). Deionisasi tangkapan elektron. a. Deionisasi Medan Elektrik Telah dijelaskan sebelumnya bahwa medan elektrik timbul di antara dua plat sejajar bertegangan. Medan elektrik ini akan menimbulkan gaya pada muatan- muatan gas yang terdapat di antara elektroda b. Deionisasi Akibat Rckombinasi Rekombinasi adalah pengurangan muatan karena penggabungan elektron bebas dengan ion positif. Rekombinasi jarang terjadi dalam suatu gas. Peristiwa ini lebih mudah terjadi pada bidang batas antara gas dengan zat padat atau zat cair. c. Deionisasi Akibat Pendinginan pendinginan gas atau udara akan memperlambat gerakan molekul. Hal ini akan menghalangi terjadinya ionisasi therrnis dalam gas tersebut, sehingga pembentukan elektron bebas dan ion positif dapat dicegah. Pendinginan gas atau udara tidak secara langsung mengurangi partikel bermuatan, tetapi hanya menghalangi terjadinya ionisasi thermis dalam gas. d. Deionisasi Tangkapan Elektron Beberapa gas tertentu, seperti gas SF6, mempunyai atom netral yang giat menangkap elektron bebas yang bergerak di dekatnya. Penggabungan elektron bebas dengan atom netral menghasilkan ion negatif. 2.4.3 EMISI Emisi adalalah peristiwa peiepasan elektron dari permukaan suatu logam menjadi elektron bebas di dalam gas. Ada dua proses emisi yang berhubungan dengan pembentukan busur api pada pemutus daya, yaitu emisi thermis dan emisi mecian tinggi.
  • 6. a) Emisi Thermis suatu logam yang mempunyai titik lebur tinggi, seperti tungsten dan karbon, jika dipanaskan hingga bertemperatur tinggi, maka dari perrnukaannya akan dilepaskan elektron-elektron. Elektron tersebut keluar dari permukaannya dan menjadi elektron bebas di dalam gas. Proses inilah yang disebut ernisi thermis. b) Emisi Medan Tinggi Permukaan suatu logam tidak semuanya mulus, tetapi selalu ada titik - titik yang runcing. Jika logam tersebut dikenai medan eletrik seperti ditunjukan pada Gambar 2.7, elektron yang terdapat pada permukaan logam katoda [K] akan mengalarni gaya yang arahnya menuju anoda [A]. Elektron pada ujung runcing akan mengaiami gaya yang lebih besar karena intensitas rnedan elektrik di titik tersebut relatif lebih besar dibandingkan dengan intensitas medan elektrik di bagian yang datar. 2.5 PROSES TERJADINYA BUSUR API Jika kontak pemutus daya dipisahkan, beda potensial di antara kontak akan menimbulkan medan eiektrik di antara kontak tersebut, seperti ditunjukan pada Gambar 2.8. Arus yang sebelumnya mengalir pada kontak akan memanaskan kontak dan menghasilkan emisi thermis pada permukaan kontak. Sedangkan medan elektrik menimbulkan emisi medan tinggi pada kontak katoda (K). Kedua emisi ini menghasilkan elektron bebas yang sangat banyak dan bergerak menuju kontak anoda (A). Hasil emisi thermis dan emisi medan tinggi akan melanggengkan proses ionisasi. sehingga perpindahan muatan antar kontak terus berlangsung dan inilah yang disebut busur api.
  • 7. Untuk memadankan busur api tersebut perlu dilakukan usaha-usaha yang dapat menimbulkan proses deionisasi, antara lain dengan cara sebagai berikut: a. Meniupkan udara ke sela kontak, sehingga partikel-partikel hasil ionisasi dijauhkan dari sela kontak. b. Menyemburkan rninyak isolasi ke busur api untuk mernberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi. c. memotong busur api dengan tabir isolasi atau tabir logam, sehingga memberi peiuang yang lebih besar bagi proses rekombinasi. d. Membuat medium pemisah kontak dari gas elektronegatif sehingga elektron-elektron bebas tertangkap oleh molekui netral gas tersebut. 2.6 TEGANGAN PEMULIHAN KONTAK Jika pemutus daya digunakan memutuskan arus bolak - balik, maka ada saatnya arus berharga nol dan pada saat itu busur api akan padam. Selanjutnya media sela kontak akan memuiihkan dirinva menjadi isolasi, yaitu dengan berangsur-angsur menaikan kekuatan dielektriknya. Pada saat bersamaan, tegangan di sela kontak yang tadinya sangat kecil menjadi relatif besar. Tegangan sela kontak selama busur api padam disebut tegangan pemulihan (recovery voltage). Tegangan pemulihan pada kontak suatu pemutus daya tergantung pada karakteristik rangkaian sistem yang hubungannya akan diputuskan. Berikut ini akan ditunjukkan tegangan pemulihan untuk lima jenis. a. Rangkaian AC Resistif Pada Gambar 2.9 ditunjukkan pembukaan rangakaian resistif. Mengacuh pada gambar 2.9, percamaan pada rangkaian ini adalah: 𝑉𝑠 = 𝑉𝑘 − 𝑉𝑟 Dimana : Vs = tegangan sumber Vk = tegangan sela kontak Vr = tegangan resistor
  • 8. Tegangan kontak adalah : 𝑉𝑠 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝑟 Saat kontak tertutup, tegangan kontak adalah nol, misalkan kontak dipisahkan saat t = t1, maka timbul busur api dalam selang waktu t1 s/d t2. Dalam selang waktu ini, tegangan kontak naik menjadi 𝑉𝑘 = 𝐼 𝑅 𝑎 Dimana : I = arus busur api Ra = tahanan busur api Karena tahanan busur api relative kecil, kontak hanya beberapa puluh volt, sehingga dapat diabaikan. Kemudian busur api padam saat t = t2 dan mulai saat ini arus pada rangkaian sama dengan nol, sehingga tegangan pada resisitor juga sama dengan nol(Vr = 0). Terhitung mulai t = t2, tegangan pemulihan kontak menjadi: Vk = Vs 2.4 Jika saat busur api mulai padam diambil sebagai acuan waktu, harga sesaat tegangan kontak adalah: ^ Vk = -Vsin 𝜔 t 2.5 Dimana: ^ V = nilai puncak tegangan sesaat sumber b.Rangkaian AC Kapasitif
  • 9. Pada Gambar 2.10.a ditunjukkan suatu ranqkian kapasitif Sebelum kontak pemutus daya terbuka, arus pada rangkaian ini terdahlu 900 listrik dari tegangan, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10.b. Sebelum kontak terbuka, persamaan tegangan adalah sebagai berikut; dengan tegangan sumber. Tegangan pada kontak dapat dituliskan sebagai berikut: Vs= Vk + Vc 2.6 di mana: Vc = tegangan pada kondensator Jika tegangan kontak diabaikan, maka tegangan kondensator sama dengan tegangan sumber. Tegangan pada kontak dapat dituliskan sebagai berikut: Vk =Vs – Vc 2.7 Selama ada busur api, tegangan kondensator sama dengan tegangan sumber. Arus sama dengan nol, yaitu saat t =t2 busur api padam. Pada saat itu tegangan kapasitor sama dengan nilai puncak tegangan sesaat sumber, sehingga persamaan tegangan kontak setelah busur api padam adalah: ^ Vk = Vs –V 2.8 jika saat busur api mulai padam diambil sebagai acuan waktu, maka nilai sesaat tegangan kontak adalah: ^ ^ Vk = VCos 𝜔 t-V 2.9
  • 10. Bentuk gelombang tegangan pemuihan ditunjukkan pada Gambar 2.10.b. Terlihat bahwa kenaikan tegangan pemulihan relatif lambat dibandingkan dengan tegangan pemu1ihan pada rangkaian resistif. c.Rangkaian Induktif pada Gambar 2.11.a ditunjukkan suatu rangkaian induktif. Sebelum kontak pemutus daya terbuka, arus pada rangkaian ini terbelakang 900 listrik dari tegangan, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10.b. Sebelum kontak terbuka, persamaan tegangan adalah sebagai berikut: Vs = Vk – VL 2.10 Di mana: VL =tegangan pada inductor Vk = L 𝑑𝑖 𝑑𝑡 2.11 Tegangan pada kontak dapat dituliskan sebagai berikut: Vk = Vs - VL 2.12 Misalnya, saat t = t2 kontak pemutus daya dibuka. Dalam selang waktu t1 s/d t2 timbul busur api. Selam ada busur api, tegangan
  • 11. induktor sama dengan tegangan sumber. Saat t = t2 arus sama dengan nol dan busur api padam. Pada saat itu tegangan induktor sama dengan nol [karena harga i pada Persamaan 2.11 sama dengan nol), sehingga persamaan tegangan kontak setelah busur api padam adalah: Vk =Vs 2.13 Jika saat busur api mulai padam dlambil sebagai acuan waktu, maka harga sesaat tegangan kontak adalah: V = V Cos 𝜔 t `2.14 Bentuk gelombang tegangan pemulihan ditunjukkan pada Gambar 2.11.b. Kenaikan tegangan pemulihan relatif cepat dibandingkan dengan tegangan pemulihan pada rangkaian resistif. Hal ini memberi peluang besar bagi terjadinya terpaan balik busur api. d. rangkaian seri induktif-resistif Pada rangkaian ini, arus terbelakang sebesar sudut fasa 𝜑, dari tegangan sumber, di mana: Tg-1 𝜑 = ( 2𝜋fL)/R 2.15
  • 12. Semakin besar R semakin kecil pula sudut fasa 𝜑 ,dan kenaikan tagangan pemulihan semakin kecil. Dengan kata lain, keberadaan resistor R dalam rangkaian membuat kenaikan tegangan kontak semakin kecil. dibuka sehingga rangkaian terbuka sempurna. Pada saat penutupan pemutus daya, dapat terjadi tegangan lebih transien. Besar tegangan transien ini dapat dikurangi dengan terlebih dahulu menutup kontak bantu, beberapa saat kemudian kontak utama ditutup. e. Rangkaian induktif-kapasitif Pada Gambar 2.14 ditunjukkan suatu rangkaian yang merepresentasikan suatu trafo yang mencatu arus kepada suatu kondensator statis.
  • 13. Saat busur api padam, induktor (L) dan kondensator (c) membentuk rangkaian osilator (L terhubung seridengan c), sehingga terjadi tegangan yang berosilasi pada kondensator. Tegangan kontak juga akan berosilasi samahalnya dengan tegangan kondensator. Frekuensi tegangan yang berosilasi ini adalah: f = 1 2𝜋 √ 𝐿𝐶 2.16 Tegangan yang dihasilkan adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 2.14.b. 2.7 JENIS-JENIS PEMUTUS DAYA jenis-jenis pemutus daya yang ditemui saat ini adalah: a.Pemutus daya udara (Air Ciranit Breaker) b.Pemutus daya minyak [Oil Circuit Breaker] c.Pemutus daya udara tekan (Air-Blast Circuit Breaker) d.Pemutus daya vakum (vacuum Circuit Breaker) 2.7.1 PEMUTUS DAYA UDARA (AIR CIRCUIT BREAKER) Pemutus daya ini menggunakan metode pemadaman busur api yang paling sederhana, yaitu dengan memperpanjang lintasan busur apinya Perpanjangan busur api dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain dengan menggunakan kontak sela tanduk, seperti ditunjukan pada Gambar 2.15.
  • 14. Pemutus daya seperti ini digunakan untuk rangkaian dc dan ac tegangan rendah, dengan arus pemutusan sampai ratusan ampere.Khusus untuk pemutus daya ac tegangan rendah, kontaknya dapat dibuat dari bahan bertitik-lebur rendah seperti kuningan dan tembaga. Letak isolasi pendukung kontak harus diatur sedemikian rupa sehingga tidak gosong karena panas yang ditimbulkan busur api. Penggosongan isoiator akan memproduksi karbon sehingga isolator seakan-akan menjadi elektroda dan darinya keluar elektron hasil emisi thermis yang dapat mengawali terjadinya terpaan busur api balik. Untuk rangkaian bertegangan lebih tinggi, konstruksi kontak dan pemadam busur api dibuat seperti pada Gambar 2.16.a. Busur api yang sudah memanjang karena dorongan udara, dipotong-potong menjadi beberapa seksi oleh tabir metal. Sehingga busur api pada setiap seksi selain mengalami pemanjangan juga mengalami efek pendinginan. Pemutus daya ini digunakan untuk tegangan beberapa ribu volt dan dapat memutuskan arus beberapa ribu amper. Pemutus daya jenis lain adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16.b. Tabirnnya dibuat dari bahan isolator, sehingga busur api dipaksa menelusuri permukaan isolator. Dalam hal ini pemadaman busur api terjadi karena: (a) efek pemanjangan busur api, (b) efek perndinginan
  • 15. permukaan isolator dan (c) karena partikel bermuatan mempunvai peluang yang besar untuk mengadakan rekombinasi. Pemutus daya ini digunakan untuk memutus arus sampai 50 kA dan dapat digunakan pada rangkaian bertegangan sampai 10 kV. 2,7.2 PEMUTUS DAYA MINYAK (OIL CIRCUIT BREAKER] Konstruksi pemutus daya minyak telah diberikan pada Gambar 1.2. Saat kontak diplsahkan. busur api akan terjadi di dalam minyak sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi busur api, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.17.a. Pada Gambar 2.17 .b ditunjukkan suatu kontak yang sudah dipisahkan. Busur api terjadi dalam bilik berisi minyak. Gas yang timbul karena dekomposisi minyak menimbulkan tekanan terhadap ,minyak, sehingga minyak juga terdorong ke bawah melalui leher bilik. Di leher bilik, minyak ini melakukan kontak yang intim dengan busur api. hal ini akan menimbulkan pendingina, bursur api, mendorong proses rekombinasi dan menjauhkan partikel bermuatan dari lintasan busur api. Jenis bilik kontak yang iain ditunjukkan pada Gambar 2.17.c. Leher bilik terbuat dari laminasi isolasi. jika kontak bergerak ke bawah, minyak akan menglir dari sela-sela laminasi, sehingga minyak terdorong dengan arah radial menuju busur
  • 16. api. minyak yang berada di antara kontak sangat efektif memutuskan arus. kelemahannya adalah minyak mudah terbakar dan kekentalan minyak memperlambat pemisahan kontak, sehingga tidak cocok untuk system yang membutuhkan pemutusan arus yang cepat. 2.7.3 PEMUTUS DAYA UDARA-TEKAN Pada Gambar 2.18 ditunjukka, skema kontak pemutus daya udara tekan. Perautus daya ini dirancang untuk mengatasi kelemaha, pada permutes daya minyak, yaitu dengan membuat media isolator kontak yang dari bahan tidak mudah terbakar dan tidak menghalangi pemisahan kontak, sehingga pemisahan kontak dapat dilaksanakan dalam waktu yang sangat capat. Pada Gambar 2.18.a, udara ditiupkan paralel dengan busur api. sedangkan pada Gambar 2.18.b terlihat udara diuupkan tegak lurus terhadap busur api dan mendorong busur api menelusuri permukaan tabir isoiator, sehingga busur api bertambah panjang. pemutus daya jenis ini mampu memutus arus sampai 40 kA pada rangkaian ac bertegangan sampai 765kv.
  • 17. 2.7.4 PEMUTUS DAYA VAKUM Pada pemutus daya vakum, kontak ditempatan pada suatu bilik vakurn seperi ditunjukkan pada Gambar 2.19. Untuk mencegah udara masuk ke dalarn bilik, maka bilik harus ditutup rapat dan kontak bergeraknya diikat ketat dengan perapat logam. Akibatnya, tidak ada penambahan elektron bebas yang mengawali pembentukan busur api. Dengan kaia lain, busur api dapat dipadamkan. 2.8 PERTIMBANGAN DALAM PEMILIHAN PEMUTUS DAYA Ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam rancangan suatu pemutus daya, yaitu: a. Tegangan efektif tertinggi dan frekuensi daya jaringan di mana pemutus daya itu akan dipasang. Nilainya tergantung pada jenis pentanahan titik netral sistem. b. Arus maksimum kontinu yang akan dialirkan pemutus daya. c. Arus hubung singkat maksimum yang akan diputus pemutus daya. d. Lamanya maksimum arus hubung singkat yang boleh berlangsung. e. jarak bebas antara bagian yang bertegangan tinggi dan objek lain di sekitarnya. f. Jarak rambat arus bocor pada isolatornya. g.Kekuatan dielektrik media isolator sela kontak. h.iklim dan ketinggian lokasi penempatan pemutus daya. Jika pemutus daya dipasang di lokasi yang ketinggiannva lebih dari 1000 m, maka tegangan operasi maksimum pemutus daya harus dikoreksi dengan faktor
  • 18. yang diberikan pada Tabel 2. 1 . Kemampuan suatu pemutus daya dinyatakan dalam dua besaran yaitu: a. Kemampuan pemutus arus yaitu harga efektif arus hubung singkatsimetri yang dapat diputuskan pemutus daya tanpa menimbulkan kerusakan pada kontak pemutus daya. b. Kemampuan arus sesaat ,yaitu harga efektif arus hubung singkat asimetri yang dapat dipikul pemutus daya tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus daya.
  • 19. Secara umum kemampuan arus sesaat adalah: Im = 1,6 x Ihs 2.17 Sedangkan untuk tegangan di bawah 500 Volt, adalah: Im = 1,5 x Ihs 2.18 Kapasitas daya sesaat pemutus daya adalah: Sm =√3 Vpf x Im 2.19 Di mana: Vpf = Tegangan fasa ke fasa sistem setelum terhubung singkat .Kemampuan pemutusan arus pemutus daya adalah: Ip = k x I’hs 2.20 Faktor k untuk berbagai jenis pemutus daya dapat dilihat pada Tabel 2.3
  • 20. Factor k juga dapat dihitung secara pendekatan dengan persamaan dibawah ini: 𝐾 = √1 + 2𝑒 -[2topωR 𝑥 ] 2.21 Dimana: Top = waktu pembukaan pemutus daya(detik) ω = 2𝜋f f = frekuensi system(Hz) Kapasitas pemutusan arus adalah: Sp = √3 Vpf x Ip 2.22 Jika suatu pemutus daya bekerja pada tegangan di bawah tegangan
  • 21. maksimum pengenalnya, maka kemampuan pemutusan arus pemutus daya semakin besar, yakni menjadi: Is = Ihsn x 𝑉𝑚𝑛 𝑉𝑠 2.23 di mana: Is= kemampuan pemutusan arus pada tegangan V Ihsn = keman-ipuan pemutusan 3r:us pengenal pemutus cla,va Vmn = tegangan maksimum pengenal pemutus daya Vs = tetangan sistem di mana pemutus daya bekerja Harga maksimum kemampuan pemutusan arus suatu pemutus daya adalah: Imaks =k.Ihsn 2.24 Sebagai contoh, misalkan suatu pemutus daya rnempunyai tegangan maksimum pengenal 24 kv, kemampuan pemutusan arus pengenal 6.000 A dan faktor k = 2,2. Kemampuan pemutusan arus maksimum pemutus daya ini adalah: 2,2 x 6.000 A = 13.200 A. Artinya, pemutus daya ini dapat dipasang pada suatu sistem yang tegangannya lebih rendah dari 24 kv, asalkan arus hubung singkat yang akan diputuskannya tidak lebih dari 13.200 A.