Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) adalah suatu 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. Kerja otomatis pemutus tenaga ini disebabkan oleh rele proteksi.
Pemutus tenaga sebagai alat proteksi bila ada gangguan, instruksi pembukaan pemutus tenaga dilakukan oleh rele, di mana rele ketika merasakan gangguan kemudian menginstruksikan kepada alat penggerak pemutus tenaga untuk membuka pemutus tenaga sehingga sistem terlindungi.
Sebuah pemutus tenaga harus mempunyai syarat-syarat sebagai berikut :
1. Rating tegangan pemutus tenaga harus lebih besar daripada tegangan sistem yang diamankannya.
2. Dapat memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus hubung singkat tidak sampai merusak peralatan sistem, membuat sistem kehilangan kestabilan dan merusak pemutus daya itu sendiri.
3. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus daya itu sendiri.
4. Harus tahan terhadap busur api.
5. Mempunyai jaminan kerja dan palayanan yang dapat dipercaya serta kehandalan terhadap semua gangguan.
6. Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara kontinu.
Proses Terjadinya Busur Api pada Pemutus Tenaga
Pada saat penghubungan atau pemutusan suatu rangkaian sistem tenaga listrik maka akan timbul busur api, kenapa busur api bisa terjadi pada saat kontak PMT dihubungkan atau diputus karna beda potensial diantara kontak akan memunculkan medan elektrik diantara kontak tersebut.
Gambar Pembentukan busur api
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).
Elektron-elektron ini membentur molekul netral media isolasi dikawasan positif, benturan-benturan ini akan menimbulkan proses ionisasi. Dengan demikian, jumlah elektron bebas yang menuju anoda akan semakin bertambah dan muncul ion positif hasil ionisasi yang bergerak menuju katoda, perpindahan elektron bebas ke anoda menimbulkan arus dan memanaskan kontak anoda.
Ion positif yang tiba di kontak katoda akan menimbulkan dua efek yang berbeda. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya tinggi, misalnya tungsten atau karbon, maka ion positif akan akan menimbulkan pemanasan di katoda.
Akibatnya, emisi thermis semakin meningkat. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya rendah, misal tembaga, ion positif akan menimbulkan emisi medan tinggi. Hasil emisi thermis ini dan emisi medan tinggi akan melanggengkan proses ionisasi, sehingga perpindahan muatan antar kontak terus berlangsung dan inilah yang disebut busur api.
Upaya yang dapat kitalakukan untuk memadamkan busur api tersebut dengan melakukan cara-cara yang dapat menimbulkan prosesn deionisasi, diantarannya sebagai berikut:
Meniupkan udara ke sela kontak, sehingga partikel-partikel hasil ionisasi dijauhkan dari sela kontak.
Menyemburkan minyak isolasi kebusur api untuk memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi
Memotong busur api dengan tabir isolasi atau tabir logam, sehingga memberikan peluang lebih besar bagi proses rekombinasi.
Membuat medium pemisa kontak dari gas elektronegatif, sehingga elektron-elektron bebas tertangkap oleh molekul netral gas tersebut
Jika pengurangan partikel bermuatan karena proses deionisasi lebih banyak daripada penambahan muatan karena proses ionisasi, maka busur api akan padam. Ketika busur api padam, di sela kontak akan tetap ada terpaan medan elektrik. Jika suatu saat terjadi terpaan medan elektrik yang lebih besar daripada kekuatan dielektrik media isolasi kontak, maka busur api akan terjadi lagi.
Ketika kontak pemutus tenaga (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 busur api (arc) tersebut harus segera dipadamkan. Berdasarkan metode dalam pemadaman busur api tersebut, PMT dibagi menjadi beberapa jenis yaitu:
A. Pemutus Tenaga Udara (Air Circuit Breaker )
Pemutus tenaga udara menggunakan metode yang paling sederhana, yaitu memperpanjang lintasan busur api (arc). Karena efek pemanjangan lintasan ini diharapkan busur api dapat segera dipadamkan. Adapun beberapa bentuk pemanjangan lintasan pada kontak PMT yang umum dikenal adalah sebagai berikut :
Kontak Sela Tanduk
Pada PMT ini busur api dihilangkan dengan memperpanjang lintasan busur api hingga ujung terjauh kontak. PMT jenis ini biasa digunakan pada instalasi listrik AC dan DC tegangan rendah dengan arus pemutusan hingga ratusan ampere.
Kontak Tabir Konduktor
Pada PMT ini, konduktor metal yang terletak di antara kontak memotong busur api yang muncul sehingga hasil pemotongan busur api pada tiap tabir mengalami pemanjangan lintasan dan pendinginan dan busur api dapat segera dipadamkan. PMT jenis ini dapat digunakan hingga tegangan beberapa ribu volt dan arus hingga beberapa ribu ampere.
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 10 kV dan arus hingga 50 kA.
B. Pemutus Tenaga Udara Hembus (Air Blast Circuit breaker)
Pemutus Tenaga Udara Hembus (Air Blast Circuit Breaker) adalah pemutus tenaga dimana udara sebagai medium dalam pemadaman busur api. pada pemutusan busur ini udara bertekanan tinggi tiup dengan kecepatan supersonik melintasi busur api.
Sehingga pada saat kontak terbuka maka dengan cepat Air Blast mengeluarkan udara bertekanan, mendinginkan busur dan menyapu busur api, sehingga dapat memadamkan busur api dan memutuskan aliran arus, Udara bertekanan itu disimpan dalam sebuah tangki dan diisi oleh sebuaah kompresor, pemutus tenaga bertekanan dengan daya besar dapat membuka arus-arus hubung singkat sebesar 40 kA.
Pada tegangan saluran 500 kV kebisingan terjadi pada pemutusan tenaga tersebut, pelepasan udara itu begitu nyaring sehingga lebih menyerupai ledakan yang dasyat, bilamana Gardu Induk (GI) terletak dekat daerah pemukiman perlu di atur agar kebisingan itu di kurangi.
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. Pemutus tenaga ini menggunakan udara sebagai pemutus busur api dengan menghembuskan udara ke ruang pemutus. Pemutus tenaga ini disebut Pemutus Tenaga Udara Hembus (Air Blast Circuit Breaker).
C. Pemutus Tenaga Minyak (Oil Circuit breaker)
Pada pemutus tenaga minyak, ketika kontak terbuka, busur api (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.
D. Pemutus Tenaga Vakum (Vacuum Circuit breaker)
Pada pemutus tenaga vakum, 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 38 kV 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.
Baca juga: Switchgear: Pengertian, Fungsi, Cara Kerja, Jenis, dan Komponennya
E. Pemutus Tenaga Gas SF6 (SF6 Circuit breaker)
Sakelar pemutus tenaga SF6 dapat digunakan untuk memutus arus sampai 40 kA dan pada rangkaian bertegangan sampai 765 kV. Media gas yang digunakan pada tipe ini adalah gas SF6 (Sulphur hexafluoride).
Sifat gas SF6 murni adalah tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Pada suhu diatas 150ยบ C, gas SF6 mempunyai sifat tidak merusak metal, plastic dan bermacam bahan yang umumnya digunakan dalam pemutus tenaga tegangan tinggi.
Sebagai isolasi listrik, gas SF6 mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi (2,35 kali udara) dan kekuatan dielektrik ini bertambah dengan pertambahan tekanan. Sifat lain dari gas SF6 ialah mampu mengembalikan kekuatan dielektrik dengan cepat, tidak terjadi karbon selama terjadi busur api dan tidak menimbulkan bunyi pada saat pemutus tenaga menutup atau membuka.
Pemutus tenaga SF6 (Gambar 4.23) mempunyai keuntungan bahwa ia tidak terpengaruh oleh keadaan cuaca, tidak membahayakan manusia, hampir tidak memerlukan pemeliharaan dan mudah dipasang dan daya isolasi bahan SF6 sangat mudah dikontrol. Kerugiannya adalah lebih mahal dari minyak dan perlu instalasi tambahan untuk SF6.
Sekian dan terimakasih, semoga bermanfaat.
Randra Agustio Efryansah
Lulusan Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau, jurusan Teknik Elektro. Penulis artikel di bidang Instalasi Tenaga Listrik, Elektronika, dan Energi Terbarukan
