Arus Listrik

Gambar Arah arus Listrik dan Elektron

1. Arus Listrik

merupakan mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere. 
Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.









“1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x10^16 (6,24151 × 10^18) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor” 
Rumus arus listrik adalah: 

I = Q/t (ampere)

Dimana:
I = besarnya arus listrik yang mengalir, ampere
Q = Besarnya muatan listrik, coulomb
t = waktu, detik

2. Kuat Arus Listrik

Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

Definisi : “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”.

Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu:

Q = I x t
I = Q/t
t = Q/I

Dimana :
Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb
I = Kuat Arus dalam satuan Amper.
t = waktu dalam satuan detik.

“Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik”

“muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan ”coulomb (C)”, muatan proton +1,6 x 10^-19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10^-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik”

Gambar Kerapatan arus listrik

3. Rapat Arus

Difinisi :
“rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat”.


Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas penampangnya. Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm²), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm² (12A/1,5 mm²).

Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).

Gambar Resistensi Kondukt

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm². Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil.

Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat:

J = I/A
I = J x A
A = I/J

Dimana:
J = Rapat arus [ A/mm²]
I = Kuat arus [ Amp]
A = luas penampang kawat [ mm²]


4. Tahanan dan Daya Hantar Penghantar

Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom, setiap atom terdiri proton dan elektron. Aliran arus listrik merupakan aliran elektron. Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom sebelahnya. Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat yang terjadi pada setiap bahan.

Tahanan didefinisikan sebagai berikut :

“1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0° C"

Daya hantar didefinisikan sebagai berikut:

“Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik”.

Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus:

R = 1/G
G = 1/R

Dimana :
R = Tahanan/resistansi [ Ω/ohm]
G = Daya hantar arus /konduktivitas [Y/mho] 


 Resistansi Konduktor

Tahanan penghantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya dan juga besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.

“Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan diameter penampang q serta tahanan jenis ρ (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah” :

R = ρ x l/q

Dimana :
R = tahanan kawat [ Ω/ohm]
l = panjang kawat [meter/m] l
ρ = tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter]
q = penampang kawat [mm²]

faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistant atau tahanan, karena tahanan suatu jenis material sangat tergantung pada :
• panjang penghantar.
• luas penampang konduktor.
• jenis konduktor .
• temperatur.

"Tahanan penghantar dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat ikatan atom makin meningkat akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar"


5. potensial atau Tegangan

potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang berbeda potensialnya. dari hal tersebut, kita mengetahui adanya perbedaan potensial listrik yang sering disebut “potential difference atau perbedaan potensial”. satuan dari potential difference adalah Volt.

“Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb”

Formulasi beda potensial atau tegangan adalah:

V = W/Q [volt]

Dimana:
V = beda potensial atau tegangan, dalam volt
W = usaha, dalam newton-meter atau Nm atau joule
Q = muatan listrik, dalam coulomb


RANGKAIAN LISTRIK

Pada suatu rangkaian listrik akan mengalir arus, apabila dipenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
1. Adanya sumber tegangan
2. Adanya alat penghubung
3. Adanya beban



Gambar Rangkaian Listrik.

Pada kondisi sakelar S terbuka maka arus tidak akan mengalir melalui beban . Apabila sakelar S ditutup maka akan mengalir arus ke beban R dan Ampere meter akan menunjuk. Dengan kata lain syarat mengalir arus pada suatu rangkaian harus tertutup.

1. Cara Pemasangan Alat Ukur.
Pemasangan alat ukur Volt meter dipasang paralel dengan sumber tegangan atau beban, karena tahanan dalam dari Volt meter sangat tinggi. Sebaliknya pemasangan alat ukur Ampere meter dipasang seri, hal inidisebabkan tahanan dalam dari Amper meter sangat kecil.

“alat ukur tegangan adalah voltmeter dan alat ukur arus listrik adalah amperemeter”
2. Hukum Ohm 
Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :

I = V/R
V = R x I
R = V/I

Dimana;
I = arus listrik, ampere
V = tegangan, volt
R = resistansi atau tahanan, ohm

• Formula untuk menghtung Daya (P), dalam satuan watt adalah:
P = I x V
P = I x I x R
P = I² x R

Fungsi kubikel 20KV

Kubikel yang dalam istilah lain bisa dikatakan ''MV CELL'' merupakan suatu  perlengkapan  atau peralatan listrik yang berfungsi sebagai pengendali, penghubung  dan  pelindung  serta  membagi  tenaga listrik dari sumber tenaga listrik.

Kubikel istilah umum yang mencangkup peralatan switching dan kombinasinya dengan peralatan kontrol, pengukuran, proteksi dan peralatan pengatur. Peralatan tersebut dirakit dan saling terkait dengan perlengkapan, selungkup dan penyangga. Sesuai IEC 298 : 1990 didespesifikasikan sebagai perlengkapan hubung bagi dan kontrol berselungkup logam rakitan pabrik untuk arus bolak-balik dengan tegangan pengenal diatas 1 kV sampai dengan dan termasuk 35 kV, untuk pasangan dalam dan pasangan luar,dan untuk frekuensi sampai 50 Hz.

Fungsi Kubikel diantaranya adalah :

1. Mengendalikan sirkuit yang dilakukan oleh saklar utama.
2. Melindungi sirkuit yang dilakukan oleh fase/pelebur.
3. Membagi sirkuit  dilakuan  oleh  pembagian jurusan/kelompok (busbar)
4. sebagai pentanahan.

Ø Jenis dan fungsi kubikel

Berdasaran fungsi dan nama peralatan yang terpasang kubikel dibedakan menjadi beberapaJenis yaitu:

1. Kubikelpms (pemisah)
2.  Kubikellbs ( loadbreakswitch)
3.  Kubikelcboutmetering (pmtcb)   
4.  Kubikeltp ( transformerprotection)
5.  Kubikelpt ( potentialtransformer)
6.  Kubikelbi (terminal outgoing)
7.  Kubikel ons (pemisah)

            1.Kubikel pms (pemisah)

     Berfungsi sebagai pemutus atau penghubung aliran listrik 20 kv kontak penghubung tidak Dilengkapi alat peredam busur api sehingga posisi alat kontak ( buka tutup) harus dilakukan Dalam keadaan tidak berbeda. Bisa
terpasang pada sisi kabel incoming gardu distribusi Simbol diagram ons.

            2.Kubikel lbs ( loadbreakswitch)

   Berfungsi sebagai pemutus ataij penghubung aliran listrik 20 kvkontaik penghubung dilengkapi Peredam busur api sehingga dapat dioperasikan dalam keadaan berbeda bisa terpasang pada Kabel incoming atau outgoing gardu distribusi atau gardu hubung Pada umumnya kubikellbs dilengkapi dengan sakelar pentanahan yang didalam tabung lbs atau Terpisah diluar tabung yang
bekerjanya interkoneksi degan lbs Simbol dan gambar.

           3.Kubikel cboutmetering ( pmt)

   Berfungsi sebagai pemutus dan penghubung arus listrik dengan cepat dalam keadaan normal Maupun gangguan kubikel ini disebut juga istilah kubikelpmt (pemutus tenaga) kubikel ini Dilengkapi degan relayperoteksicircuitbreaker (pmt, cb) kubikel ini bisa di pasang sebagai alat Pembatas pegukuran dan pengaman pada pelanggan tegangan menengah curenttransformer Yang terpasang memiliki doublesecunder satu sisi untuk mensuplai arus ke alat ukur kwh dan Satu sisi lagi untuk menggerakan relai
proteksi pada saat ter jadi gangguan Simbol diagram kubikelcboutmetering.

          4.Kubikel tp (transformerprotection)

   Berfungsi sebagai alat pengaman transformator distribusi, dikenal juga dengan istilah kubikelPb (pemutus beban) kubikel ini berisi lbs dan fuse pengaman trafo dengan ukijran beragam dari 25a, 32a, 43a tergantung kapasitas trafo yang akan diamankan Ada dua jenis kubikeltp yaitu:·         Kubikel w dilengkapi shunt trip, jika fusetm putus ada pin pada fuse yang menggerakkan Mekanik untuk melepas lbs·
Tidak dilengkapi shunt trip, jika fusetm putus lbs tidak membuka sehingga trafo masih Mendapat gangguan dari fuse lain yang tidak putus Simbol diagram kubikel tp

          5.Kubikel pt (potensial transformer)

     Berfungsi sebagai kubikel pengukuran, didalamkubikel ini terdapat pms dan transformator Tegangan yang menurunkan tegangan dari 20.000 volt menjadi 100 volt untuk mensuplai tegangan Pada alat ukur kwh kubikel ini kadang kala disebut juga dengan istilah kubikelvt (voltageTransformer). Handlekubikelpt harus selalu dalam keadaan masuk dan tersegel Untuk pengamanan trafo tegangan terhadap gangguan hubung singkat maka dipasanglah Ude Tm Simbol diagram kubikel pt.

Ø  Bagian bagian UtamaKubikel dan Fungsinya

·     Kompartemen

·     Rellbusbar

·     Kotak pemutus

·     Pemisah hubung tanah

·     Terminal penghubung

·     Fuseholder

·     Mekanik kubikel

·     Lampu indikator

·     Pemanas (heater)

·     Handlekubikel (tuas operasi)

·         Fungsi Kompartemen

    Kompartemenmerupakan rumah dari terminal penghubung. LBS. PMT. PMS, FUSE. Trafo ukur. (CT, PT) peralatan mekanis dan instalasi tegangan rendah. Sehingga tidak membahayakan operator terhadap adanyasentuhan langsung ke bagian – bagian yang berteganganberupa lemari kotak/terbuat pelat baja, terbagi menjadi 2 (dua) bagian. Bagian atas untukbusbar dan bagian bawah untuk penyambungan dengan terminasi kabel.Komponen bagian bawah, pada bagan depan berupa pintu yang dapat dibuka tetapi bisa dilakukan apabila tegangan sudah dibebaskan dan terminasikabel
sudah ditanahkan.

Ø  Fungsi Rell/Busbar 20 KV

      Sebagai Rell penghubung antara kubikel yang satu dengan
lainnya, posisi rel umumnya terletak pada bagian atas kubikel,
pada kubikeltype RMU (Ring Main Unit) rell 20 kv terdapat dalam
tabung SF 6 vacum bentuk rell ada yang bulat ada yang pipih.

Ø  Fungsi Kontak Pemutus

      Sebagai pemutus penghubung aliran listrik kontak pemutus
terdiri dari dua bagian vaitu kontak gerak (movingcontact) dan kontak tetap (fixedcontact) sebagai peredam busur api pada kubikel jenis LBS atau CB digunakan media minyak, gas SF 6, vacum atau dengan hembusan udara selain itu memperkecil terjadinya busur api dilakukan dengan pembukaan dan penutupan kontak pemutus secara cepat secara mekansi.

Ø  Fungsi Pemisah Hubung Tanah

   Fungsi pemisa hubung tanah untuk mengamankan kubikel pada saat tidak bertegangan dengan menghubungkan terminal kabel ketanah (grounding) sehingga bila ada personil yang bekerja pada kubikel tersebut terhindar terhadap adanya kesalahan operasi yang menyebabkan kabel terisi tegangan PMS tanah ini biasanya mempunyai sistem interlock dengan pintu kubikel dan mekanik lbs. pintu tidak bisa dibuka jika pms tanah belum masuk, LBS tidak bisa masuk sebelum PMS tanah dibuka.

Ø  Fungsi Terminal Penghubung

\    Fungsi terminal penghubung untuk menghubungkan bagian-bagian kubikel yang bertegangan satu dengan yang lainnya, ada beberapa terminal antara lain:

a. terminal busbar, tempat dudukan busbar

b. terminal kabel, tempat menghubungkan kabel incoming dan outgoing

c. terminal PT, tempat menyambung transformator tegangan untuk pengukuran

d. terminal CT, tempat menyambungkan transformator arus untuk pengukuran

      Ø Fungsi Mekanik Kubikel

     Berfungsi untuk menggerakkan dan merubah posisi membuka menutup kontak LBS PMT dan PMS maupun pemisah hubung tanah dibuatsedemikian rupa sehingga pada waktu membuka danmenutup kontakpemutus berlangsung dengan cepat.

       Ø Fungsi Lampu Indikator

     Fungsi lampu indikator untuk menandai adanya tegangan (20 kv) pada sisi kabel, baik berasal dari sisi lain kabel tersebut atau berasal dari busbar sebagai akibat alat hubung dimasukkan lampu indikator menyala dikarenakan adanya arus kapasitif yang dihasilkan oleh kapasitor pembagi tegangan. 

       Ø Fungsi Pemanas (Heater)

   Fungsi pemanas (heater)untuk memanaskan ruang terminal kabel agar kelembabannya terjaga. keadaan ini diharapkan dapat mengurangi efek corona pada terminal kubikel tersebut. besarnya tegangan heater 220 v sumber tegangan berasal dari trafo distribusi.

        ØFungsi Handlekubikel

    Fungsi handlekubikel untuk menggerakkan mekanik kubikel, yaitu membuka atau menutup posisi kontak hubung : PMT, PMS, LBS, Pemisah tanah (grounding) atau pengisian pegas untuk energi membuka/menutup kontak hubung pada satu kubikel, jumlah handle yang tersedia bisa satu macam atau lebih.

·     Peralatan di dalam Kubikel

·     Pemutus Tegangan

    Pemutus tenaga (PMT) adalah saklar yang digunakan untuk menghubungkan atau memutuskan arus/daya listrik sesuai ratingnya. Pada saat terjadi pemutusan maka akan terjadi busur api. Pemadam busur api listrik pada waktu pemutusan dapat dilakukan oleh beberapa macam bahan seperti minyak, udara atau gas.  

       Berikut macam PMT : 

1. Pemutus daya udara (air circuitbreaker)

    Bentuknya runcing busur api akan timbul (meloncat) pada bagian runcing terlebih dulu pada saat kontak-kontak terpisah, PMT jenis ini menggunakan metode yang paling sederhana, yaitu memperpanjang lintasan arc. Karena efek pemanjangan lintasan ini diharapkan arc dapat segera dipadamkan.Fungsi Handlekubikel

    Fungsi handlekubikel untuk menggerakkan mekanik kubikel, yaitu membuka atau menutup posisi kontak hubung : PMT, PMS, LBS, Pemisah tanah (grounding) atau pengisian pegas untuk energi membuka/menutup kontak hubung pada satu kubikel, jumlah handle yang tersedia bisa satu macam atau lebih.

·     Peralatan di dalam Kubikel

·     Pemutus Tegangan

    Pemutus tenaga (PMT) adalah saklar yang digunakan untuk menghubungkan atau memutuskan arus/daya listrik sesuai ratingnya. Pada saat terjadi pemutusan maka akan terjadi busur api. Pemadam busur api listrik pada waktu pemutusan dapat dilakukan oleh beberapa macam bahan seperti minyak, udara atau gas.

        Berikut macam PMT :

1. Pemutus daya udara (air circuitbreaker)

    Bentuknya runcing busur api akan timbul (meloncat) pada bagian runcing terlebih dulu pada saat kontak-kontak terpisah, PMT jenis ini menggunakan metode yang paling sederhana, yaitu memperpanjang lintasan arc. Karena efek pemanjangan lintasan ini diharapkan arc dapat segera dipadamkan.

      Beberapa bentuk pemanjangan lintasan pada kontak PMT sebagai berikut :

1. Kontak sela tanduk

     Pada PMT ini arc dihilangkan dengan memperpanjang lintasan arc hingga ujung terjauh kontak. PMT jenis ini biasa digunakan ada instalasi listrik AC dan DC tegangan rendah dengan arus pemutusan hingga ratusan
ampere.

1. Kontak Tabir Konduktor

     Pada PMT ini, konduktor metal yang terletak di antara kontak memotong arc yang muncul sehingga hasil pemotongan arc pada tiap tabir mengalami pemanjangan lintasan dan pendinginan dan arc dapat segera dipadamkan. PMT jenis ini dapat digunakan hingga tegangan beberapa ribu volt dan arus hingga beberapa ribu ampere.

1. Kontak Tabir Isolator

Pada PMT ini, tabir isolator yang terdapat di antara kontak membuat arc terpaksa menelusuri permukaan tabir untuk bisamencapai kontak. PMT jenis ini dapat digunakan hingga tegangan 10kV dan arus hingga 50kA

1. Pemutus daya minyak (Oil CircuitBreaker)

Prinsip kerjanya, kontak dipisahkan, busur api akan terjadi direndam dalam minyak, yang berfungsi sebagai media pemutus buru listrik. Minyak yang di letakkan dalam tangki sehingga dimensi pemutus tenaga minyak menjadi besar dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi busur api.

Kelemahannya adalah minyak mudah terbakar dan kekentalan minyak memperlambat pemisahan kontak, sehingga tidak cocok untuk sistem yang membutuhkan pemutusan arus yang cepat serta dimensi PMT yang terlalu besar.

1. Pemutus daya udara tekan

Pemutus daya ini dirancang untuk mengatasi kelemahan pada pemutus daya minyak, yaitu dengan membuat media isolator kontak dari bahan yang tidak mudah terbakar dan tidak menghalangi pemisahan kontak, sehingga
pemisahan kontak dapat dilaksanakan dalam waktu yang sangat cepat.

Saat busur api timbul, udara bertekanan tinggi ditiupkan untuk mendinginkan busur api dan menyingkirkan partikel bermuatan dari sela kontak.

1. VCB (Vakum CircuitBreaker)VCB t Brker

Pada dasarnya kerja dari CB ini sama dengan jenis lainnya hanya ruang kontak Diana terjadi busur api merupakan ruang hampa udara yang tinggi sehingga peralatan dari CB jenis ini dilengkapi dengan seal penyekat udara
untuk mencegah kebocoran.