ALAT-ALAT PENGAMAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI

Alat pengaman atau pelindung adalah suatu alat yang berfungsi melindungi atau mengamankan suatu sistem penyaluran tenaga listrik dengan cara membatasi tegangan lebih (over voltage) atau arus lebih (over current) yang mengalir pada sistem tersebut, dan mengalirkannya ke tanah (ground). Dengan demikian alat pengaman harus dapat menahan tegangan sistem agar kontinuitas pelayanan ke pusat beban (load center) tidak terganggu hingga waktu yang tidak terbatas. Dan harus dapat melalukan atau mengalirkan arus lebih dengan tidak merusak alat pengaman dan peralatan jaringan yang lain. Oleh karena itu fungsi alat pengaman adalah :

1. melindungi sistem terhadap kondisi beban lebih (over load) dan hubung singkat (chort circuit).
2. melindungi sistem terhadap gangguan fisik dari luar terutama untuk saluran udara (overhead line). Misalnya karena sambaran petir, sambaran induksi awan bermuatan listrik dan sebagainya.
3. mengisolir bagian sistem yang terkena gangguan.
4. melindungi public/personal terhadap adanya jaringan tegangan tinggi, terutama pada tempat-tempat yang padat penduduknya atau tempattempat dimana jaringan listrik melintasi jalan lalu lintas umum.

1. Mencegah kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal.
2. Mengurangi kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal.
3. Mempersempit daerah yang terganggu sehingga gangguan tidak melebar pada sistem yang lebih luas.
4. Memberikan pelayanan tenaga listrik dengan keandalan dan mutu tinggi kepada konsumen.
5. Mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh tenaga listrik.
6. Menjaga kestabilan sistem tenaga
7. Menghindari hilangnya keuntungan perusahaan

Untuk meningkatkan keandalan jaringan distribusi tenaga listrik, cara terbaik adalah dengan jalan merencanakan sistem isolasi yang cukup tahan terhadap tegangan lebih dan mengkoordinasikan alat-alat pengaman yang mempunyai keandalan tinggi terhadap bahaya elektris. Koordinasi pengaman ini dinyatakan dalam bentuk langkah-langkah yang diambil untuk menghindarkan gangguan pada sistem penyaluran tenaga listrik dengan jalan membatasi gangguan-gangguan karena tegangan lebih atau arus lebih, sehingga tidak menimbulkan kerusakan pada peralatan jaringan.

Dalam upaya menanggulangi terhadap bahaya tegangan lebih atau arus lebih, maka persyaratan yang diperlukan bagi alat pengaman yang baik adalah :

1. Dapat melepaskan tegangan lebih ke tanah tanpa menyebabkan hubung singkat (short circuit) terhadap sistem.
2. Dapat memutuskan arus lebih atau arus susulan dalam waktu yang cepat.
3. Mempunyai tingkat perlindungan (protection level) yang tinggi, dalam arti nilai perlindungan antara tegangan lebih maksimum yang diperbolehkan pada saat pelepasan dengan tegangan maksimum system yang dapat dipertahankan sesudah terjadi pelepasan.
4. Mempunyai kepekaan (sensitivity) yang tinggi pada saat operasi.
5. Harus dapat bekerja dalam waktu singkat.

Oleh karena itu kontinuitas penyaluran tenaga listrik banyak tergantung pada kualitas sistem jaringan distribusi itu sendiri, Makin komplek konfigurasi jaringan distribusi (seperti bentuk network atau mesh) makin banyak peralatan yang digunakan.

1. Alat Pengaman Celah

1. Alat Pengaman Celah Batang (rod gap)

Alat pengaman celah batang (rod gap) merupakan alat pengaman paling sederhana, yang terdiri dari dua batang logam dengan penampang tertentu. Batang logam bagian atas diletakkan di puncak isolator jenis pos (post type insulator) dihubungkan dengan kawat penghantar jaringan distribusi, sedangkan batang logam bagian bawah diletakkan pada bagian dasar isolator jenis pos yang langsung berhubungan dengan ground. Jarak celah kedua batang logam tersebut disesuaikan dengan tegangan percikan untuk suatu bentuk gelombang tegangan tertentu. Pada tabel di bawah ini memperlihatkan panjang celah yang diizinkan pada suatu tegangan sisitem

Gambar 1

Bentuk Pengaman Celah Batang (Rod Gap)

Keuntungan alat pengaman celah batang ini selain bentuknya sederhana, juga mudah dibuat dan kuat konstruksinya. Sedangkan kelemahan dari celah batang ini, bila terjadi percikan bunga api akibat tegangan lebih maka bunga api yang ditimbulkan pada celah akan tetap ada walaupun tegangan lebih sudah tidak ada lagi. Untuk memadamkan percikan bunga api yang ditimbulkan, dapat dilakukan dengan memutus jaringan tersebut dengan menggunakan saklar pemutus udara (air break switch). Saat gelombang pendek, tegangan gagalnya akan naik lebih tinggi dari pada isolasi yang akan dilindunginya, sehingga diperlukan celah yang sempit untuk gelombang yang curam. Untuk lebih jelasnya lihat gambar 86 di atas.

2. Alat Pengaman Tanduk Api (arcing horn)

Seperti halnya alat pengaman celah batang, alat pengaman tanduk api ini diletakkan dikedua ujung isolator gantung (suspension insulator) atau isolator batang panjang (long rod insulator). Tanduk api dipasang pada ujung kawat penghantar dan ujung isolator yang berhubungan langsung dengan ground (tanah) yang dibentuk sedemikian rupa, sehingga busur api tidak akan mengenai isolator saat terjadi loncatan api. Jarak antara tanduk atas dan bawah diatur sekitar 75-85 % dari panjang isolator keseluruhan.Tegangan loncatan api untuk isolator gandengan dengan tanduk api ditentukan oleh jarak tanduk tersebut. Untuk jelasnya lihat gambar di bawah ini.

Gambar 2

Pengaman Tanduk Api (Arcing Horn)

3.  Alat Pengaman Celah Sekring (fuse rod gap)

Alat pengaman celah sekring ini merupakan gabungan antara celah batang (rod gap) dengan sekring yang dihubungkan secara seri. Penggabungan ini digunakan untuk menginterupsikan arus susulan (power follow current) yang diakibatkan oleh percikan api. Oleh sebab itu celah sekring mempunyai karakteristik yang sama dengan celah batang, dan alat ini dapat menghindarkan adanya pemutusan jaringan sebagai akibat percikan, serta memerlukan penggantian dan perawatan sekring yang telah dipakai. Kecuali itu agar supaya penggunaannya efektif harus diperhatikan juga koordinasi antara waktu leleh sekring dengan waktu kerja rele pengaman.

4.  Alat Pengaman Celah Kontrol (control gap)

Alat pengaman celah kontrol terdiri dari dua buah celah yang diatur sedemikian rupa, sehingga karakteristiknya mendekati celah bola ditinjau dari segi lengkung volt-waktunya yang mempunyai karakteristik lebih baik dari celah batang. Celah control ini dapat dipakai bersama atau tanpa sekring; meskipun alat ini dapat dipakai sebagai perlindungan cadangan atau sekunder, dan dianggap sekelas dengan celah batang.

5.  Alat Pengaman Celah Tanduk (horn gap)

Alat pengaman ini terbuat dari dua buah batang besi yang masing-masing diletakkan diatas isolator. Celah yang dibuat oleh kedua batang besi itu, satu batang dihubungkan langsung dengan kawat penghantar jaringan sedangkan yang lainnya dihubungkan dengan sebuah resistor yang langsung terhubung ke ground (tanah). Celah tanduk ini biasanya bekerja pada saat terjadi tegangan loncatan api pada celahnya. Ketika tegangan surja mencapai 150 – 200 % dari tegangan nominal jaringan, maka akan terjadi pelepasan langsung pada celah dan langsung diteruskan ke ground melalui resistor.

Fungsi dari celah tanduk ini untuk pemutus busur api yang terjadi pada saat tegangan lebih. Busur api cenderung naik akibat panas yang terlalu tinggi, juga disebabkan peristiwa arus loop sebesar mungkin pada sisi lain membuat tembus rangkaian magnit maksimum. Hanya celah tanduk sebagai arrester jauh dari memuaskan yang seringkali busur api yang tak perlu. Pengaman ini tidak cukup karena dapat dibandingkan dari nilai pelepasan yang rendah resistor. Dan ini tidak selalu menahan secara dinamis busur api yang mengikuti pelepasan peralihan (transient discharge). Akibatnya salah satu pada keadaan tetap tanduk ground atau dibinasakan oleh celah. Oleh sebab itu celah tanduk arrester sekarang hampir tidak diapakai lagi sebagai alat pengaman petir.

2. Alat Pengaman Tabung Pelindung (protector tube)

Alat pengaman tabung pelindung ini terdiri dari : (1) tanduk api (arcing horn) yang dipasang di bawah kawat penghantar, yang terhubung dengan tabung fiber. (2) Tabung fiber yang terdiri dari elektroda atas yang berhubungan dengan tanduk api dan elektroda bawah yang berhubungan langsung dengan tanah (ground). Apabila tegangan petir mengalir ke kawat penghantar, maka akan terjadi percikan api antara kawat penghantar dengan tanduk api. Percikan api akan mengalir dari elektroda atas ke elektroda bawah. Karena panas tabung fiber akan menguap disekitar dindingnya, sehingga gas yang ditimbulkan akan menyembur ke percikan apai dan memadamkannya.

Alat pengaman tabung pelindung ini digunakan pada saluran transmisi untuk melindungi isolator dan mengurangi besarnya tegangan surja yang mengalir pada kawat penghantar. Selain itu digunakan juga pada gardu induk untuk melindungi peralatan disconnect switches, ril bus, dan sebagainya.

Gambar 3

Pengaman Tabung Pelindung (Protector Tube)

3. Alat Pengaman Lightning Arrester

Lightning arrester adalah suatu alat pengaman yang melindungi jaringan dan peralatannya terhadap tegangan lebih abnormal yang terjadi karena sambaran petir (flash over) dan karena surja hubung (switching surge) di suatu jaringan. Lightning arrester ini memberi kesempatan yang lebih besar terhadap tegangan lebih abnormal untuk dilewatkan ke tanah sebelum alat pengaman ini merusak peralatan jaringan seperti tansformator dan isolator. Oleh karena itu lightning arrester merupakan alat yang peka terhadap tegangan, maka pemakaiannya harus disesuaikan dengan tegangan sistem.

Arrester petir atau disingkat arrester adalah suatu alat pelindung bagi peralatan system tenaga listrik terhadap surya petir. Alat pelindung terhadap gangguan surya ini berfungsi melindungi peralatan system tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan lebih yang dating dan mengalirkannya ketanah. Disebabkan oleh fungsinya, Arrester harus dapat menahan tegangan system 50 Hz untuk waktu yang terbatas dan harus dapat melewatkan surja arus ke tanah tanpa mengalami kerusakan.

Arrester berlaku sebagai jalan pintas sekitar isolasi. Arrester membentuk jalan yang mudah untuk dilalui oleh arus kilat atau petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Selain melindungi peralatan dari tegangan lebih yang diakibatkan oleh tegangan lebih external, arrester juga melindungi peralatan yang diakibatkan oleh tegangan lebih internal seperti surja hubung, selain itu arrester juga merupakan kunci dalam koordinasi isolasi suatu system tenaga listrik. Bila surja datang ke gardu induk arrester bekerja melepaskan muatan listrik serta mengurangi tegangan abnormal yang akan mengenai peralatan dalam gardu induk. Persyaratan yang harus dipenuhi oleh arrester adalah sebagai berikut :

a. Tegangan percikan (sparkover voltage) dan tegangan pelepasannya(discharge voltage), yaitu tegangan pada terminalnya pada waktupelepasan, harus cukup rendah, sehingga dapat mengamankan isolasi peralatan. Tegangan percikan disebut juga tegangan gagal sela (gap breakdown voltage) sedangkan tegangan pelepasan disebut juga tegangan sisa (residual voltage) atau jatuh tegangan (voltage drop)

Jatuh tegangan pada arrester = I x R

Dimana

I = arus arrester maksimum (A)

R = tahanan arrester (Ohm)

b. Arrester harus mampu memutuskan arus dinamik dan dapat bekerja terus seperti semula. Batas dari tegangan system di mana arus susulan ini masih mungkin, disebut tegangan dasar (rated voltage) dari arrester.

Pada prinsipnya arrester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Pada kondisi normal arrester berlaku sebagai isolasi tetapi bila timbul surja arrester berlaku sebagai konduktor yang berfungsi melewatkan aliran arus yang tinggi ke tanah. Setelah arus hilang, arrester harus dengan cepat kembali menjadi isolator. Pada dasar arrester terdiri dari dua bagian yaitu : Sela api (spark gap) dan tahanan kran (valve resistor). Keduanya dihubungkan secara seri. Batas atas dan bawah dari tegangan percikan ditentukan oleh tegangan system maksimum dan oleh tingkat isolasi peralatan yang dilindungi.

Untuk penggunaan yang lebih khusus arrester mempunyai satu bahagian lagi yang disebut dengan Tahanan katup dan system pengaturan atau pembagian tegangan (grading system). Jika hanya melindungi isolasi terhadap bahaya kerusakan karena gangguan dengan tidak memperdulikan akibatnya terhadap pelayanan, maka cukup dipakai sela batang yang memungkinkan terjadinya percikan pada waktu tegangan mencapai keadaan bahaya.

Dalam hal ini, tegangan system bolak – balik akan tetap mempertahankan busur api sampai pemutus bebannya dibuka. Dengan menyambung sela api ini dengan sebuah tahanan, maka kemungkinan api dapat dipadamkan. Tetapi bila tahanannya mempunyai harga tetap, maka jatuh tegangannya menjadi besar sekali sehingga maksud untuk meniadakan tegangan lebih tidak terlaksana, dengan akibat bahwa maksud melindungi isolasi pun gagal. Oleh sebab itu disrankan memakai tahanan kran (valve resistor), yang mempunyai sifat khusus, yaitu tahanannya kecil sekali bila tegangannya dan arusnya besar.

Proses pengecilan tahanan berlangsung cepat yaitu selama tegangan lebih mencapai harga puncak. Tegangan lebih dalam hal ini mengakibatkan penurunan drastis pada tahanan sehingga jatuh tegangannya dibatasi meskipun arusnya besar. Bila tegangan lebih habis dan tinggal tegangan normal, tahanannya naik lagi sehingga arus susulannya dibatasi kira – kira 50 ampere. Arus susulan ini akhirnya dimatikan oleh sela api pada waktu tegangan sistemnya mencapai titik nol yang pertama sehingga alat ini bertindak sebagai sebuah kran yang menutup arus, dari sini didapatkan nama tahanan kran. Pada arrester modern pemadaman arus susulan yang cukup besar (200–300 A) dilakukan dengan bantuan medan magnet.

Dalam hal ini, baik amplitude maupun lamanya arus susulan dapat dikurangi dan pemadaman dapat dilakukan sebelum tegangan system mencapai harga nol. Tegangan dasar (rated voltage) yang dipakai pada lightning arrester adalah tegangan maksimum sistem, dimana lightning arrester ini harus mempu-nyai tegangan dasar maksimum tak melebihi tegangan dasar maksimum dari sistem, yang disebut dengan tegangan dasar penuh atau lightning arrester 100 %.

Oleh karena arrester dipakai untuk melindungi peralatan system tenaga listrik maka perlu diketahui karakteristiknya sehingga arrester dapat digunakan dengan baik dalam pemakaiannya. Arrester mempunyai tiga karakteristik dasar yang penting dalam pemakaiannya yaitu :

1. Tegangan rated 50 c/s yang tidak boleh dilampaui

2. Mempunyai karakteristik yang dibatasi oleh tegangan (voltage limiting) bila dilalui oleh berbagai macam arus petir. Sebagaimana diketahui bahwa arrester adalah suatu peralatan tegangan yang menpunyai tegangan ratingnya. Maka jelaslah bahwa arrester tidak boleh dikenakan tegangan yang melebihi rating ini, baik pada keadaan normal maupun dalam keadaan abnormal. Oleh karena itu menjalankan fungsingnya ia menanggung tegangan system normal dan tegangan lebih transiens 50 c/s. Karakteristik pembatasan tegangan impuls dari arrester adalah harga yang dapat ditahan oleh terminal ketika melalukan arus – arus tertentu dan harga ini berubah dengan singkat baik sebelum arus mengalir maupun mulai bekerja.

Batas termis ialah kemampuan untuk mengalirkan arus surja dalam waktu yang lama atau terjadi berulang – ulang tanpa menaikan suhunya. Meskipun kemampuan arrester untuk menyalurkan arus sudah mencapai 65000 – 100.000 ampere, tetapi kemampuannya untuk melalukan surja hubung terutama bila saluran menjadi panjang dan berisi tenaga besar masih rendah. Maka agar supaya tekanan stress pada isolasi dapat dibuat serendah mungkin, suatu system perlindungan tegangan lebih perlu memenuhi persyaratan sebagai berikut :

1. Dapat melepas tegangan lebih ke tanah tanpa menyebabkan hubung singkat ke tanah (saturated ground fault)
2. Dapat memutuskan arus susulan.
3. Mempunyai tingkat perlindungan (protection level) yang rendah, artinya tegangan percikan sela dan tegangan pelepasannya rendah.

Jenis-jenis pengaman Ligntning arrester:

a. Lightning Arrester Jenis Oksida Film

b. Lightning Arrester Jenis Thyrite

c. Lightning Arrester Jenis Katup (Valve)

d. Lightning Arrester Jenis Expulsion

1. 4.      Alat Pengaman Fuse Cut Out

Fuse cut out (sekring) adalah suatu alat pengaman yang melindungi jaringan terhadap arus beban lebih (over load current) yang mengalir melebihi dari batas maksimum, yang disebabkan karena hubung singkat (short circuit) atau beban lebih (over load). Konstruksi dari fuse cut out ini jauh lebih sederhana bila dibandingkan dengan pemutus beban (circuit breaker) yang terdapat di Gardu Induk (sub-station). Akan tetapi fuse cut out ini mempunyai kemampuan yang sama dengan pemutus beban tadi. Fuse cut out ini hanya dapat memutuskan satu saluran kawat jaringan di dalam satu alat. Apabila diperlukan pemutus saluran tiga fasa maka dibutuhkan fuse cut out sebanyak tiga buah.

Penggunaan fuse cut out ini merupakan bagian yang terlemah di dalam jaringan distribusi. Sebab fuse cut out boleh dikatakan hanya berupa sehelai kawat yang memiliki penampang disesuaikan dengan besarnya arus maksimum yang diperkenankan mengalir di dalam kawat tersebut. Pemilihan kawat yang digunakan pada fuse cut out ini didasarkan pada faktor lumer yang rendah dan harus memiliki daya hantar (conductivity) yang tinggi. Faktor lumer ini ditentukan oleh temperatur bahan tersebut.

Biasanya bahan-bahan yang digunakan untuk fuse cut out ini adalah kawat perak, kawat tembaga, kawat seng, kawat timbel atau kawat paduan dari bahanbahan tersebut. Mengingat kawat perak memiliki konduktivitas 60,6 mho/cm lebih tinggi dari kawat tembaga, dan memiliki temperature 960° C, maka pada jaringan distribusi banyak digunakan. Kawat perak ini dipasangkan di dalam tabung porselin yang diisi dengan pasir putih sebagai pemadam busur api, dan menghubungkan kawat tersebut pada kawat fasa, sehingga arus mengalir melaluinya. Jenis fuse cut out ini utnuk jaringan distribusi dugunakan dengan saklar pemisah. Pada ujung atas dihubungkan dengan kontak-kontak yang berupa pisau yang dapat dilepaskan. Sedangkan pada ujung bawah dihubungkan dengan sebuah engsel. Untuk lebih jelasnya lihat gambar di bawah ini.

Gambar 102

Pengaman Fuse Cut Out

Jika arus beban lebih melampaui batas yang diperkenankan, maka kawat perak di dalam tabung porselin akan putus dan arus yang membahayakan dapat dihentikan. Pada waktu kawat putus terjadi busur api, yang segera dipadamkan oleh pasir yang berada di dalam tabung porselin. Karena udara yang berada di dalam porselin itu kecil maka kemungkinan timbulnya ledakan akan berkurang karena diredam oleh pasir putih. Panas yang ditimbulkan sebagian besar akan diserap oleh pasir putih tersebut.

Apabila kawat perak menjadi lumer karena tenaga arus yang melebihi maksimum, maka waktu itu kawat akan hancur. Karena adanya gaya hentakan, maka tabung porselin akan terlempar keluar dari kontaknya. Dengan terlepasnya tabung porselin ini yang berfungsi sebagai saklar pemisah, maka terhidarlah peralatan jaringan distribusi dari gangguan arus beban lebih atau arus hubung singkat. Umur dari fuse cut out initergantung pada arus yang melaluinya. Bila arus yang melalui fuse cut out tersebut melebihi batas maksimum, maka umur fuse cut out lebih pendek. Oleh karena itu pemasangan fuse cut out pada jaringan distribusi hendaknya yang memiliki kemampuan lebih besar dari kualitas tegangan jaringan, lebih kurang tiga sampai lima kali arus nominal yang diperkenankan. Fuse cut out ini biasanya ditempatkan sebagai pengaman tansformator distribusi, dan pengaman pada cabangcabang saluran feeder yang menuju ke jaringan distribusi sekunder.