Panel Berisolasi Gas

Sajian Utama
Komunikasi
Kendali
Elektronika

Pendahuluan

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.

Kelas Komponen

• 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.

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. Tabel 1 menunjukkan ketahanan tegangan dan arus peralatan kelas sampai dengan 24 KV/630 A.

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 hubung singkat : 40 KA
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

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

Tipe Panel

• 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.

Desain Panel Siemens 8 DH 10 

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.

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 A. Konstruksi Panel Circuit Breaker
Ket:
1. Laci tegangan rendah
2. Mekanisme pengoperasi CB
3. Bushing tipe pipa hembus
4. Kinematik diujung kutub
5. Mekanisme dibantu per
6. Mekanisme toggle
7. Saklar 3 posisi
8. Terminal kabel unit utama
(insulator kerucut udara)
9. Rumah RMU di las kedap udara
10. bus-bar 630A (konduktor diisolasi + adapter/penyesuaian silikon)
11. Ventilasi jalan asap.

Gambar B. Konstruksi Panel Transformer
Ket
1. Perangkat sikring
2. Saklar 3 posisi
3. Sambungan transformer
4. Rumah RMU di las kedap udara
5. Bus-bar sumbat CU 630A

Gambar c. 

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. Rangka unti 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.

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 atau seperti Tabel 2.
 

Tegangan kerja	Tegangan tes DC (kabel disambungkan)
	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.

Mekanisme Komponen Utama

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.

Kesimpulan

• 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.

Daftar Pustaka

1. MV switchgear, catalog HA 41.11,1993, unrevised edition 1997. SIEMENS
2. Analisa Sistem Tenaga Listrik dan Pengetanahan Netral Sistem Tegangan Tinggi, Departemen Elektroteknik FTI, ITB, 1979/1978 (Edisi baru 1991), TB Hutauruk.
3. PUIL. 

Artikel lain:
Desulfurisasi Mencegah Hujan Asam