Komponen-komponen Proteksi

Sistem proteksi tenaga listrik pada umumnya terdiri dari beberapa komponen yang di rancang untuk mengidentifikasi kondisi sistem tenaga listrik dan bekerja berdasarkan informasi yang diperoleh dari sistem tersebut seperti arus, tegangan atau sudut fasa antara keduanya. Informasi yang diperoleh dari sistem tenaga listrik akan digunakan untuk membandingkan besarannya dengan besaran ambang-batas (threshold setting) pada peralatan proteksi. Apabila besaran yang diperoleh dari sistem melebihi setting ambang-batas peralatan proteksi, maka sistem proteksi akan bekerja untuk mengamankan kondisi tersebut. Peralatan proteksi pada umumnya terdiri dari beberapa elemen yang dirancang untuk mengamati kondisi sistem dan melakukan suatu tindakan berdasarkan kondisi sistem yang diamatinya.

Element proteksi sistem tenaga listrik

Waktu pemutusan gangguan merupakan waktu total yang dibutuhkan peralatan proteksi sampai terbukanya pemutus tenaga atau disebut juga fault clearing time.

Tc = Tp + Td + Ta 

Ket :
Tc = clearing time
Tp = comparison time
Td = decision time

Waktu pemutusan gangguan merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam menentukan suatu skema proteksi. Hal ini dikarenakan suatu peralatan proteksi harus dikoordinasikan waktunya dengan peralatan proteksi yang lain agar hanya peralatan proteksi yang paling dekat dengan gangguan saja yang bekerja ( prinsip selektivitas).

Berikut adalah gambar sistematis dari komponen-komponen proteksi tenaga listrik:

Komponen proteksi sistem tenaga listrik

Trafo Instrumen

Current Transformer (CT) / Trafo Arus

Current Transformer (CT) adalah suatu perangkat listrik yang berfungsi menurunkan arus yang besar menjadi arus dengan ukuran yang lebih kecil. CT digunakan karena dalam pengukuran arus tidak mungkin dilakukan langsung pada arus beban atau arus gangguan, hal ini disebabkan arus sangat besar dan bertegangan sangat tinggi. Karakteristik CT ditandai oleh Current Transformer Ratio (CT) yang merupakan perbandingan antara arus yang dilewatkan oleh sisi primer dengan arus yang dilewatkan oleh sisi sekunder.

Potential Transformer (PT) / Trafo Tegangan

Potential Transformer adalah suatu peralatan listrik yang berfungsi menurunkan tegangan yang tinggi menjadi tegangan yang lebih rendah yang sesuai dengan setting relay. Trafo ini juga memiliki angka perbandingan lilitan atau tegangan primer dan sekunder yang menunjukkan kelasnya.

Rele/Relay

Rele/Relay berasal dari teknik telegrafi, dimana sebuah coil di- energize oleh arus lemah, dan coil ini menarik armature untuk menutup kontak. Rele merupakan jantung dari proteksi Sistem Tenaga Listrik, dan telah berkembang menjadi peralatan yang rumit. Rele dibedakan dalam dua kelompok :

• Komparator : mendeteksi dan mengukur kondisi abnormal, dan membuka atau menutup kontak (trip).
• Auxiliary Relays : dirancang untuk dipakai di auxiliary circuit yang dikontrol oleh rele komparator, dan membuka / menutup kontak-kontak lain (yang umumnya berarus kuat).

Circuit Breaker/CB

Circuit Breaker (CB) adalah salah satu peralatan pemutus daya yang berguna untuk memutuskan dan menghubungkan rangkaian listrik dalam kondisi terhubung ke beban secara langsung dan aman, baik pada kondisi normal maupun saat terdapat gangguan. Berdasarkan media pemutus listrik / pemadam bunga api, terdapat empat jenis CB sbb:
1. Air Circuit Breaker (ACB), menggunakan media berupa udara.
2. Vacuum Circuit Breaker (VCB), menggunakan media berupa vakum.
3. Gas Circuit Breaker (GCB), menggunakan media berupa gas SF6.
4. Oil Circuit Breaker (OCB), menggunakan media berupa minyak.
Berikut ini adalah syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu peralatan untuk menjadi pemutus daya :
a. Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara kontinu.
b. Mampu memutuskan atau menutup jaringan dalam keadaan berbeban ataupun dalam
keadaan hubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus daya itu sendiri.
c. Mampu memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi.

DC System Power Supply

DC System Power Supply merupakan pencatu daya cadangan yang terdiri dari Battery Charger, sebagai peralatan yang mengubah tegangan AC ke DC, dan Battery, sebagai penyimpan daya cadangan. Sebagai peralatan proteksi, DC System Power Supply merupakan peralatan yang sangat vital karena jika terjadi gangguan dan kontak telah terhubung, maka DC System Power Supply akan bekerja yang menyebabkan CB membuka. Charger sebenarnya adalah sumber utama dari DC power supply, karena charger adalah alat untuk merubah AC power menjadi DC power (rectifier).

Read More

Sistem Eksitasi Synchronous Motor

Field Application Circuit dalam suatu sistem eksitasi synchronous motor harus memenuhi tiga fungsi:

• Menyediakan jalur bebas untuk arus yang diinduksi ke wound rotor selama proses awal dan membuka sirkit ini ketika eksitasi diterapkan. Selama proses awal, motor beroperasi sebagai motor induksi dengan torsi yang diproduksi oleh squirrel cage winding. Wound rotor juga dipotong oleh fluks stator berputar dan memiliki tegangan yang terinduksi di dalamnya. Selama fase start-up ini, SCR2 dalam diagram di atas merupakan gerbang “on” oleh Field Application Circuit dan menyediakan jalur bebas untuk arus rotor induksi yang melalui Field Discharge Resistor (FDR) seperti yang ditunjukkan oleh panah merah putus-putus. Frekuensi arus rotor yang diinduksi ini “memberitahu” rangkaian aplikasi bahwa kecepatan yang ada pada rotor sedang berjalan. Lihat bentuk gelombang pada oscilloscope dibawah.

• Ketika kecepatan rotor mencapai sekitar 97% dari sinkronisasi dan polaritas rotor telah mencapai sinkronisasi, SCR2 akan berubah menjadi “off” dan SCR1 merupakan gerbang “on” memungkinkan koreksi arus DC dari putaran rectifier tiga fasa ke melewati bidang  utaran, seperti yang ditunjukka oleh panah hijau, menghasilkan Synchronizing Torque yang diperlukan untuk rotor untuk menarik dengan putaran fluks stator.
• Field Application Circuit harus menghapus eksitasi segera jika motor di luar kendali.

Read More

Sejarah Perkembangan Telekomunikasi

Sebelum Ada Listrik

Sebagai makhluk sosial manusia tidak dapat hidup sendiri tanpa interaksi dengan sesamanya, demikian pula halnya dg pemenuhan kebutuhan hidupnya yang sangat beragam, secara normal barulah akan terpenuhi dengan bantuan orang lain. Untuk itu mau tidak mau manusia membutuhkan komunikasi satu sama lain.

Pada awal-awal kehidupan dimana jumlah manusia relatif kecil, komunikasi antar sesama dapat dilaksanakan secara langsung, akan tetapi setelah jumlah manusia bertambah besar sebaha-gian dari mereka mulai berpindah dan menyebar membentuk kelompok /  komunitas baru yang bisa berupa desa/kampung/koloni.

Komunikasi antar desa/kampung/koloni yang relatif berjauhan tidak lagi dapat dilaksanakan secara langsung, sehingga timbul inisiatif menggunakan alat bantu seperti genderang di Afrika ataupun asap yang digunakan oleh orang Indian di benua Amerka.

Setelah Ada Listrik

Alat bantu komunikasi selanjutnya berkembang dengan pesat setelah penemuan dan pemanfaatan listrik dalam komuniksi, dan disini dapat dikemukakan kemunculan awal beberapa bentuk/jenis alat ujung komunikasi , yang selanjutnya dicatat sebagai tonggak-tonggak perkembngan sejarah pertelekomunikasian, yakni:

•Telegrap  :  1832
•Telepon   :  1875
•Radio      :  1897
•Televisi   :  1937

Telegrap

Bagan sederhana komunikasi telegrap

Sifat-sifat khusus komunikasi telegrap:
1.    Informasi berupa tulisan
2.    Emosi tidak ikut terkirim
3.    Media transmisi berupa saluran fisis sehingga komunikasi bersifat: “point to point “
4.    Termasuk kedalam kelompok  “Fixed Communication”

Telepon

Bagan sederhana komunikasi telepon

Untuk dapat berkomunikasi satu sama lain maka masing-masing pelanggan K,L,M dan N sesuai permintaannya akan dihubungkan oleh alat switching yang ada disentral disentral.
Sifat-sifat khusus komunikasi telepon:
1.    Informasi berupa suara, berarti meningkatkan kemampuan panca indera telinga
2.    Emosi ikut terkirim
3.    Media transmisi berupa saluran fisis sehingga komunikasi bersifat :point to point”
4.    Termasuk kedalam kelompok “Fixed Communication”

Radio

Bagan sederhana kominikasi radio

Sifat-sifat khusus komunikasi radio:
1.    Informasi berupa suara, berarti meningkatkan kemampuan panca indera telinga
2.    Emosi ikut terkirim
3.    Media transmisi berupa saluran non-fisis
4.    Komunikasi dapat berlangsung “point to multipoint” dan termasuk kedalam kelompok  “Mobile Communication”

Televisi

Komunikasi TV mempunyai bagan yang sama dengan komunikasi radio, perbedaannya hanya pada sifat khususnya, yakni:
1.    Informasi berupa suara dan gambar, berarti meningkatkan kemampuan panca indera telinga dan mata
2.    Emosi ikut terkirim
3.    Media transmisi berupa saluran non-fisis
4.    Komunikasi dapat berlangsung “point to multipoint” dan termasuk kedalam kelompok  “Mobile Communication”

Perkembangan Telekomunikasi

Selanjutnya perkembangan alat ujung komunikasi untuk sementara terhenti, orientasi perngembangan beralih kepada medianya baik dalam bentuk media fisis (mis:fiber optik) maupun media non-fisis (gelombang mikro terestrial dan satelit).
Komputer berikutnya hadir sebagai hasil pengembangan alat ujung dalam dalam komunikasi data.

Read More

Fusi Nuklir

Proses Fusi Nuklir

Proses fusi pada dasarnya adalah sebuah antitesis dari proses fisi. Dalam proses fisi, inti bermassa berat membelah menjadi inti bermassa ringan, sambil melepaskan kelebihan energi pengikatan. Pada reaksi fusi, inti bermassa ringan bergabung dalam rangka melepaskan kelebihan energi pengikatan. Reaksi fusi adalah reaksi umum yang “meminyaki” matahari dan telah dipakai di bumi untuk melepaskan energi dalam jumlah besar di dalam termonuklir atau bom “hidrogen”. Hanya saja, masalah teknis yang berkaitan dengan pelepasan terkendali dari energi yang diperoleh dari reaksi fusi sampai kini belum terpecahkan, meskipun banyak sekali upaya penelitian yang telah dilakukan dalam hal teknologi ini.

Lima reaksi fusi yang sangat mungkin terjadi beserta dengan energi penyalaan dan temperatur penyalaannya, diberikan di bawah ini :

Akan dapat dilihat bahwa reaksi-reaksi itu yang menghasilkan partikel alfa biasanya melepaskan energi besar sekali. Penggabungan dua neutron dan dua proton, yang terjadi para partikel alfa, menghasilkan konfigurasi yang sangat stabil dengan nilai energi pengikatan yang sangat tinggi per nukleon. Saat ini, beberapa ahli fisika telah memajukan suatu reaksi nuklir yang lain sebagai suatu sumber energi nuklir yang kelihatannya memungkinkan. Reaksi ini disebut reaksi “fisi termonuklir” dan melibatkan suatu reaksi antara isotop-isotop hidrogen-1 dan boron-11. Reaksi tersebut ditunjukkan di bawah ini :

Reaksi ini mempunyai beberapa hal yang menarik. Pertama, boron adalah satu dari antara beberapa unsur yang lebih umum, yang terdapat di kulit bumi dan 80 persen atom boron adalah boron-11. Boron juga ternyata lebih muda diisolasi dibanding dengan isotop hidrogen-berat. Yang kedua dan terpenting, produk reaksi ini adalah tiga partikel alfa dan partikel-partikel ini tidak bersifat radioaktif. Reaksi ini hanya menghasilkan energi dan helium dan kadangkadang disebut reaksi “super bersih”.

Reaksi ini dinamakan reaksi fisi karena inti senyawa terangsang, carbon-12*, pecah menjadi tiga bagian yang sama. Reaksi ini masih tetap merupakan reaksi termonuklir karena reaktan adalah inti yang bermuatan positif. Kenyataannya, dikarenakan oleh muatan yang tinggi dan perbedaan massa yang besar, energi ambang untuk reaksi ini jauh lebih tinggi dari energi ambang reaksi-reaksi fusi lainnya. Konsekuensinya, hanya sedikit kerja eksperimental yang akan dilakukan untuk reaksi khusus ini hingga diperoleh sistem fusi yang lain.

Keuntungan dan Kerugian Fusi

Reaksi fusi menawarkan beberapa keuntungan dibandingkan dengan reaksi fisi dalam hal konversi energi nuklirnya. Salah satu keuntungan dibandingkan dengan fisi adalah bahwa cadangan isotop dapat-fusi yang diketahui adalah jauh lebih banyak. Kenyataannya, terdapat persediaan bahan bakar yang pada dasarnya tak terbatas. Isotop bahan bakar yang umum dipakai untuk reaksi fusi ialah deutrium, hidrogen-2, dan isotop ini terdapat di alam sekitar satu diantara 6700 bagian hidogen biasa. Dengan memperhatikan jumlah air yang tersedia di dunia, berarti bahwa persediaan bahan bakar sangatlah banyak.

Keuntungan lain reaksi fusi ialah bahwa produk reaksi fusi tidaklah bersifat radioaktif setinggi yang dipunyai oleh produk fisi. Di dalam produk reaksi fusi yang lima itu (yang dikemukakan di muka), hanya hidrogen-3 dan neutron yang bersifat radioaktif dan neutron juga akan meluluh menjadi atom hidrogen. Radioaktifitas yang dihasilkan sebagai hasil pengaktifan neutron dari struktur kemasan justru lebih menjadi masalah ketimbang produk fusi. Keuntungan besar yang terakhir dari fusi terhadap fisi muncul dari kenyataan bahwa proses fusi adalah sulit untuk dimulai dan diawasi. Kenyataannya, sedikit saja ada gangguan terhadap sistem selalu akan mengakibatkan berhentinya reaksi Efek ini, bersama dengan sangat kecilnya jumlah reaktan yang terdapat di sistem, mencegah terjadinya kerugian daya yang besar akibat kerusakan peralatan.

Masalah utama yang berkaitan dengan pengembangan reaktor fusi timbul dari kenyataan bahwa partikel-pertikel yang bereaksi keduanya adalah inti yang bermuatan positif. Ini berarti bahwa partikel reaksi tersebut harus mempunyai energi kinetik yang cukup untuk mengatasi gaya tolak-menolak Coulomb. Untuk mendapatkan energi kinetik yang minimum itu, kedua partikel harus mempunyai massa partikel yang sama serta mempunyai angka perbandingan massa-muatan (mass-to-charge ratio) yang tinggi.

Energi minimum atau energi ambang yang dibutuhkan untuk memulai reaksi telah diberikan lebih dahulu berserta berbagai reaksi lain. Energi ini umumnya dinyatakan dalam satuan temperatur, meskipun kerapatan partikel sebenarnya adalah sangat kecil sehingga temperatur tidaklah memberi arti banyak. Dengan energi kinetik yang setinggi ini, semua elektron dilucuti dari intinya dan reaktan dikatakan berada dalam suatu keadaan yang diberi nama plasma. Kadang-kadang dikatakan bahwa ini adalah tingkat ke-empat dari suatu zat. Pada bom nuklir, energi penyalaan diperoleh pertama kali dari pendenotasian bom fisi. Reaksi deutrium-tritium mempunyai energi ambang yang terendah (massa/muatan = A/Z = 5/2) dan, karena alasan ini, reaktor fusi akan beroperasi dengan reaksi ini.

Penelitian Mengenai Fusi

Satu-satunya pelepasan di bumi yang penting dari energi fusi ini adalah yang terdapat di dalam bom termonuklir, dimana reaksi dimulai dengan meledakkan sebuah bom fisi untuk mendapatkan temperatur yang diinginkan. Reaksi fusi adalah reaksi dasar yang merupakan bahan bakar bagi matahari. Di matahari, gaya-gaya gravitasional adalah sangat besar sehingga menghasilkan temperatur yang sangat tinggi di dekat inti matahari dan temperature ini adalah cukup untuk memulai dan menjaga reaksi fusi terus-menerus.

Ada beberapa sistem dan metode yang diajukan untuk memproduksi daya fusi yang terkendali. Masalah utama adalah berkenaan dengan kemasan plasma. Ada dua sistem kemasan dasar yang sekarang dalam proses pengembangan-sistem kemasan magnetik dan sistem kemasan inersia. Rencana pengemasan yang paling mula sekali untuk memproduksi daya fusi terkendali ini adalah dengan memperangkap plasma di dalam suatu medan magnit yang kuat. Sebuah partikel bermuatan, misalnya sebuah elektron atau sebuah inti, melakukan gerak melingkar (spirals) mengelilingi sebuah garis gaya magnetik sewaktu partikel itu melewati garis tersebut. Oleh karenanya, direncanakan untuk mengurung plasma di dalam sebuah medan magnit yang kuat.

Ada dua jenis dasar sistem kemasan magnetik yang sedang diteliti sekarang ini – mesin kaca (mirror machines) dan tokamaks. Dalam mesin kaca yang umum medan magnet dibentuk menyerupai bola kaki seperti pada Gambar 2. Dapat dilihat bahwa medan magnet dijepit disetiap ujung reaktor. Begitu sebuah partikel bermuatan bergerak menuju ke satu ujung reaktor, garis-garis medan magnet yang mengelilinya menekan amplitudo partikel yang bergerak melingkar keluar kembali. Jadi pada dasarnya partikel itu terjebak dalam medan magnet seakan-akan ada sebuah kaca disetiap ujung mesin tersebut. Proses dasar ini pada dasarnya adalah sama dengan proses yang mendahului perkembangan radiasi ikat pinggang van Allen (van Allen radiation belts) di atas bumi. Medan magnit bumi telah menjebak proton dan elektron ketika mereka bergerak melingkar sepanjang sebuah garis magnetik gaya ulang-alik dari kutub magnet utara ke kutub magnet selatan.

Pesawat fusi jepitan-teta atau theatron terdiri dari sebuah mesin kaca linear yang digunakan mengurung plasma. Plasma ini dimanpatkan ke suatu temperatur yang sangat tinggi sekali dengan cara memberikan gangguan secara tiba-tiba dengan sebuah medan magnit yang kuat pada sistem. Hal ini dilakukan dengan membuang sebuah bank kapasitor yang sangat besar melalui sebuah konduktor yang mengelilingi plasma itu, seperti pada Gambar.

Diagram skematis beberapa mesin fusi cermin untuk kemasan magnetik dari plasma. (dimuat dengan izin dari American Nuclear Society.)

Pesawat fusi tokamak mempunyai sebuah medan magnet berbentuk seperti sebuah torus besar. Bagian luar bejana kemasan dibungkus dengan lilitan magnetik superkonduktor untuk memperoleh medan magnet yang diperlukan. Berkenaan dengan temperatur ekstrim tersebut maka semua sistem kemasan magnetik diusulkan menggunakan magnet superkonduktor. Dalam sebuah magnit superkonduktor, semua lilitan dijaga agar berada pada temperatur sekitar 10 K dengan menggunakan cairan helium, sedangkan plasma harus dijaga pada temperature jutaan derajat. Dari keseluruhan sistem kemasan magnetik, tokamak adalah yang paling memberi harapan dan sukses. Sebuah rencana yang bersifat rekaan untuk reaktor fusi tokamak ditunjukkan pada Gambar.

Diagram skematis reaktor daya eksperimental tokamak Argonne
(TEPR) (Dimuat dengan izin dari American Nuclear Society)

Read More