Karakteristik Gas SF6

PENDAHULUAN

Gas Insulated Substation (GIS) didefinisikan sebagai rangkaian beberapa peralatan

yang terpasang di dalam sebuah metal enclosure dan diisolasi oleh gas bertekanan.

Gas Insulated Line (GIL) didefinisikan sebagai konduktor penghantar yang

menghubungkan suatu substation dengan trafo atau substation lainnya dalam sebuah

metal enclosure dan diisolasi oleh gas bertekanan. Pada umumnya gas bertekanan

yang digunakan adalah Sulfur Hexafluoride (SF6). Enclosure adalah selubung

pelindung yang berfungsi untuk menjaga bagian bertegangan terhadap lingkungan

luar.

Karakteristik Gas SF6

Hingga saat ini sebanyak 80% gas SF6 yang diproduksi di seluruh dunia dipakai

sebagai media isolasi dalam sistem kelistrikan. Hal ini disebabkan oleh sifat-sifat

gas SF6 sebagai berikut :

· Penghantar panas (thermal conductivity) yang bersifat dapat

mendisipasikan panas yang timbul pada peralatan.

· Isolasi yang sangat baik (excellent insulating).

· Mampu memadamkan busur api (arc).

· Viskositas rendah.

· Stabil, tidak mudah bereaksi.

Sifat dielektrik yang bagus pada SF6 karena luasnya penampang molekul SF6 dan sifat

electron affinity (electronegativity) yang besar dari atom fluor . Dengan adanya sifat

ini maka SF6 mampu menangkap elektron bebas (sebagai pembawa muatan),

menyerap energinya, dan menurunkan temperatur busur api. Hal ini dinyatakan

dengan persamaan berikut :

SF 6 e SF 6+ - ® - (1)

6 5 SF + e- ® SF - + F (2)

Energi yang diperlukan reaksi pertama adalah sebesar 0,05 eV untuk energi elektron

sebesar 0,1 eV, sedangkan untuk reaksi kedua adalah sebesar 0,1 eV. Setelah

proses pemadaman busur api, sebagian kecil dari SF6 akan tetap menjadi

decomposition product sedangkan sebagian besar akan kembali menjadi SF6.

Karakteristik SF6 dibandingkan udara dan campuran udara serta SF6 dalam memadamkan busur api diperlihatkan pada Gambar 1.1.

Gambar 1.1: Kemampuan SF6 dalam memadamkan busur api

Kekuatan dielektrik SF6 adalah 2,3 kali udara. Pengujian terhadap tegangan tembus

AC dengan frekuensi 50 Hz di bawah medan listrik homogen yang dibentuk oleh 2

elektroda dengan susunan seperti diperlihatkan pada Gambar 1.2 (a) menunjukkan

bahwa kekuatan dielektrik SF6 merupakan fungsi dari tekanan gas SF6 itu sendiri.

Gambar 1.2: Tegangan tembus AC gas SF6 dalam berbagai tekanan di bawah medan listrik homogen

(a) susunan pengujian

(b) sebagai fungsi dari jarak antar elektroda

Sedangkan dalam medan listrik tidak homogen, misalnya pada susunan jarum-pelat,

maka terjadi perubahan karakteristik sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1.3.

Gambar 1.3: Karakteristik dielektrik SF6 dalam medan listrik tidak homogeny

Gambar 1.3 memperlihatkan karakteristik dielektrik SF6 dalam medan listrik tidak

homogen pada rentang tekanan 0-6 atm absolut. Grafik paling atas menggambarkan

besar tegangan positif DC sampai SF6 breakdown, grafik tengah menggambarkan

besar tegangan positif impulse sampai SF6 breakdown, sedangkan grafik paling bawah

menggambarkan besar tegangan positif DC sampai terbentuk corona. Gas Sulfur

Heksafluorida (SF6) murni adalah senyawa yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak

berasa, dan tidak beracun serta memiliki kerapatan 5 (lima) kali lipat dari udara.

Pada temperatur dan tekanan kamar senyawa ini berwujud gas.

Meskipun dinyatakan tidak beracun, SF6 dapat menggantikan udara sehingga

mengakibatkan kurangnya kadar oksigen yang dapat dihisap oleh mahkluk hidup. SF6

memiliki Global Warming Potential (GWP) 23.900 kali dari GWP CO2 dan mampu

bertahan di atmosfer bumi selama 3500 tahun. Untuk itu diperlukan penanganan

yang baik pada gas SF6 yang sudah tidak terpakai lagi. Namun demikian, SF6 tidak

menyebabkan berkurangnya lapisan ozon karena tidak mengandung chlorine.

Hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan gas SF6 sebagai media isolasi selain

kualitasnya adalah tekanan kerja gas SF6. Hal ini disebabkan bahwa pada temperatur

dan tekanan tertentu SF6 akan berubah wujud dari gas menjadi cair (lihat Gambar

1.4.4 (a). Pada tekanan 1 atmosfer SF6 mencair pada suhu -63,8°C. Jika hal ini

terjadi maka tekanan gas yang tersisa menjadi lebih rendah daripada tekanan kerja

yang diinginkan. Sedangkan untuk tiap tekanan kerjanya, terdapat titik kritis untuk dew

point pada temperatur tertentu seperti diperlihatkan pada Gambar 1.4 (b).

Gambar 1.4: Titik Kritis cair ke gas untuk SF6 dan batas dew point.

(a) Titik kritis dari cair ke gas untuk SF6. Catatan: 100 psig = 6.894757 bar.

(b) Batas dew point untuk berbagai temperatur kerja pada tekanan SF6 5,5 bar

SF6 mempunyai sifat kimia: tidak mudah terbakar, stabil dan inert (tidak mudah

bereaksi) dengan metal, plastik, dan material lain yang biasanya digunakan di dalam

circuit breaker tegangan tinggi hingga suhu 150 ºC. Pada suhu tinggi (400 ºC hingga

600 ºC), pada saat terjadi spark, ikatan gas SF6 mulai pecah.

SF6 yang dipakai untuk media isolasi memiliki persyaratan yang dicantumkan dalam IEC 60376-2005 dengan tingkat kemurnian minimum 99,70%.

Spesifikasi dari pabrikan SF6 adalah seperti tercantum pada Tabel 1.2.

Demikian sedikit pembahasan mengenai karakteristik Gas SF6.

Semoga bermanfaat.

{Sumber : Buku Petunjuk O&M GIS PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali}

GAS INSULATED SWITCHGEAR SF6

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang
Isolasi peralatan listrik tegangan tinggi merupakan hal penting dalam menjaga kelancaran penyaluran tenaga listrik, berbagai macam jenis isolasi yang ada di instalasi PLN P3B Jawa-bali mulai dari isolasi menggunakan udara, isolasi menggunakan minyak, isolasi menggunakan kertas, dan isolasi menggunakan gas.

Masing – masing mempunyai karakteristik yang berbeda – beda sesuai dengan peralatan yang di operasikan, seperti misalnya, kawat penghantar dengan isolasi udara, belitan trafo dengan isolasi minyak, SKTT (Saluran Kabel Tegangan Tinggi) dengan menggunakan minyak dan kertas, dan juga Pemutus Tenaga dan peralatan Gardu Induk GIS (Gas Insulated Switchgear) tegangan 150 kV/ 500kV yang menggunakan isolasi gas SF6 (Sulfur HexaFluorida).

Gas SF6 merupakan salah satu media isolasi yang baik, dapat berfungsi sebagai penyekat antara bagian bertegangan dengan ground hanya dengan jarak yang sangat pendek jika di bandingkan dengan isolasi udara. Selain itu jika terjadi percikan api / busur api pada peralatan yang di isolasi gas SF6, maka gas tersebut akan berfungsi sebagai pemadam busur api, sehingga tidak terjadi kerusakan yang lebih parah pada peralatan tersebut.

Pada kali ini akan di jelaskan mengenai karakteristik gas SF6, senyawa pembentuk gas SF6, sifat elektrik dan kimia gas SF6, hasil dari Decomposition Product gas SF6, serta penyaringan kembali gas SF6.

PEMBAHASAN

1.1. Umum
Gas SF6 adalah unsur campuran gas yang tidak beracun, tidak berbau, tidak berwarna, dan tidak mudah terbakar. Sampai temperatur 500OC, gas ini mempunyai susunan molekul yang sangat stabil mendekati sifat gas mulia, tidak akan terurai dan tidak terjadi reaksi kimia dengan bahan lain. Dibandingkan dengan udara, gas SF6 memiliki massa 5 kali lebih berat dengan sifat elektronegatif pada gas ini, serta energi ikat yang tinggi, gas SF6 memiliki kekuatan dielektrik 2 ½ sampai 3 kali dibanding udara.
Stabilitas gas SF6 begitu baik sehingga tidak menimbulkan adanya perubahan kimia pada temperatur tinggi. Pada media pengisolasi lain seperti minyak, mulai beroksidasi dan rusak. Keunggulan kemampuan gas SF6 dalam memadamkan busur api oleh karena sifat elektro negatifnya artinya molekul-molekulnya dengan mudah dan cepat menyerap elektron bebas pada lintasan busur api yang timbul diantara kontak pemutus tenaga ( Circuit Breaker ) untuk membentuk lon negatif.
Oleh karena kelebihan-kelebihan yang dimilikinya tersebut maka gas SF6 banyak dipakai dalam bidang teknik elektro seperti pada switch gear tegangan tinggi, kabel tegangan tinggi dan seluruh transmisi serta pada trafo daya.

1.2. Sifat – sifat Gas SF6
1.2.1. Sifat Fisik
Sulphur hexa fluoride adalah senyawa yang mempunyai rumus SF6. Pada suhu dan tekanan ruang normal zat ini berbentuk gas dan mempunyai kerapatan 6,16 gr / liter pada suhu 20 oC dan 760 torr ( kira-kira lima kali kerapata udara ). Karena suhu kritisnya adalah 45,6 oC maka SF6 dapat dicairkan dengan kompresi, biasanya SF6 diangkut sebagai cairan didalam silinder. Gas murni tidak berwarna, tidak berbau dan tidak beracun.
Peringatan ; meskipun gas ini tidak beracun dan tidak bermanfaat untuk pernapasan, maka peralatan yang berisi gas SF6 tidak boleh ditempatkan dalam ruangan yang tidak cukup vetilasinya. Demikian pula karena karena kerapatan Gas lebih besar dari uadara maka harus hati-hati agar tidak sesak napas.

1.2.2. Sifat Listrik
Gas SF6 murni ( pada tekanan absolut = 1013 mbar dan temperatur = 200 C ) tidak berwarna, tidak berbau / beracun dengan berat isi 6,14 kg / m3 dan sifat lainnya adalah mempunyai berat molekul 146,7 g, temperatur kritis 45,550 C dan tekanan absolut kritis 37,59 bar seperti terlihat pada grafik dibawah ini

Dari Gambar di atas bisa di lihat pada tekanan 1 Bar, Gas SF6 dapat mengisolasi sampai dengan 20 kV di bandingkan dengan udara biasa hanya 10 kV, pada gas SF6 terlihat perubahan kemampuan isolasi yang signifikan pada tekanan 6 Bar. Oleh karena itu Gas SF6 sangat baik di gunakan untuk media isolasi pada GIS (Gas Insulated Switchgear).

Dilihat dari proses pemadaman busur api listrik diruang pemutus, PMT SF6 dapat dibagi dalam 2 ( dua ) tipe, yaitu tipe tekanan tunggal ( single pressure type ) dan tipe tekanan ganda ( double pressure type ).

1.2.3. Sifat Kimia
Sifat kimiawi gas SF6 sangat stabil, pada ambient temperatur dapat berupa gas netral dan juga sifat pemanasannya sangat stabil. Pada temperatur diatas 150o C mempunyai sifat tidak merusak metal, plastik dan bermacam-macam bahan yang umunya digunakan dalam pemutus tenaga tegangan tinggi.

1.3. Tekanan Gas ( Gauge presure pada 20 oC )

Tekanan kerja nominal Modul 7,35 + 0,35 bar
dari piringan yang dapat meledak ( bursting Discs ) PMT 10,34 + 0,5 bar

Tekanan kerja nominal Modul 3,8 bar
PMT 6,2 bar
Tekanan pengisian kembali Modul 3,3 bar
PMT 5,7 bar
Tekanan kerja minimum Modul 3,1 bar
PMT 5,5 bar

1.4. Gas SF6 Berdasarkan Standard IEC 376

Unsur-unsur kimia yang terkandung dan tingkat kemurnian pada Gas SF6 yang dijual dipasaran antara lain adalah :
 Carbon tetrafluoride ( CF4) 0,03%
 Oxygen + nitrogen ( air ) 0,03
 Water 15ppmM SF6 : 99,9%
 CO2 traces
 HF 0,3ppmM

1.5. Dampak Gas SF6

Terhadap Manusia
• Pencemaran Gas SF6 adalah mengandung racun yang berakibat pada kulit,mata dan dapat merusak selaput lendir dan bila terpegang lama akan menggangu pangkal tenggorokan dan gangguan paru-paru ,hati dan peredaran napas terhenti seperti pingsan.
• Dengan suatu konsentrasi SF6 melebihi 35% volume dalam udara itu berbahaya dan dapat berakibat mati lemas kekurangan Oxigen

Terhadap Peralatan
• Dalam kurun waktu yang tertentu akan terjadi pengapuran pada Kontak-kontak metalik dan terjadi pegumpalan berupa serbuk.

1.6 Pengotoran pada Gas SF6
Gas SF6 pada penggunaannya di GIS (Gas Insulated Switchgear) dapat terjadi Decomposition Product. Yaitu hasil pemecahan molekul dari gas SF6 yang merupakan akibat dari Electrical Discharge. Jika sudah terjadi hal tersebut maka konsentrasi kemurnian gas SF6 akan berkurang dan juga berkurangnya kualitas isolasi gas SF6. Berikut merupakan senyawa yang terbentuk dari Decomposition Product gas SF6.

Berikut batasan Decomposition Product yang di izinkan pada instalasi PLN P3B Jawa – Bali

Oleh karena hal tersebut maka diperlukan penyaringan Gas SF6 untuk memperbaiki kualitas kemurnian Gas SF6, jika sudah di lakukan penyaringan pada gas SF6, maka gas tersebut dapat digunakan kembali untuk mengisolasi peralatan.

KESIMPULAN

Dengan pembahasan mengenai Gas SF6 di atas, maka penulis dapat menyimpulkan beberapa keseimpulan, diantaranya :

1. Gas SF6 merupakan bahan yang sangat baik untuk di gunakan pada peralatan tegangan tinggi karena gas SF6 memiliki kekuatan dielektrik 2 ½ sampai 3 kali dibanding udara.
2. Pada peralatan tegangan tinggi jika terjadi busur api maka gas SF6 dapat memadamkan busur api tersebut untuk menghindari kerusakan yang lebih parah.
3. Meskipun gas SF6 tidak berbau, berasa, dan berwarna, apabila gas tersebut lepas di udara bebas maka akan berbahaya bagi manusia, oleh karena itu gas SF6 jangan sampai tercemar/bocor ke udara bebas.
4. Untuk Decomposition Product yang dari penggunaan gas SF6 yang mengakibatkan berkurangnya kemurnian gas tersebut, sehingga berpotensi untuk berkurangnya kemampuan isolasi tegangan terhadap ground, maka dapat di lakukan penyaringan pada gas tersebut, untuk mengembalikan kondisi kemurnian gas SF6 pada kondisi prima dan siap digunakan kembali pada peralatan tegangan tinggi.