KUBIKEL 20 KV: Pengertian, Fungsi, Jenis, Komponen, dan Sistem Proteksi Lengkap

Pendahuluan

Dalam sistem tenaga listrik tegangan menengah, keandalan distribusi energi menjadi faktor yang sangat penting. Salah satu peralatan utama yang berperan dalam pengendalian, pengamanan, dan distribusi listrik adalah kubikel 20 kV.

Kubikel banyak digunakan pada jaringan distribusi PLN, industri, gedung besar, hingga gardu distribusi. Peralatan ini berfungsi sebagai pusat kontrol yang menghubungkan, memutuskan, serta melindungi aliran listrik dari sumber menuju beban.

Tanpa kubikel, sistem distribusi listrik akan sulit dikendalikan secara aman, terutama pada tegangan menengah yang memiliki risiko tinggi terhadap gangguan dan arus hubung singkat.

Artikel ini membahas secara lengkap mengenai kubikel 20 kV mulai dari pengertian, fungsi, jenis, komponen, hingga sistem proteksi dan interlock yang digunakan dalam sistem kelistrikan modern.

Pengertian Kubikel 20 kV

Kubikel adalah peralatan listrik tegangan menengah yang berfungsi sebagai:

• Pengendali (control)
• Penghubung (switching)
• Pelindung (protection)
• Pembagi tenaga listrik (distribution)

Secara teknis, kubikel merupakan switchgear tegangan menengah berisolasi logam (metal enclosed switchgear) yang dirancang untuk sistem arus bolak-balik (AC) dengan tegangan di atas 1 kV hingga 35 kV, sesuai standar IEC 298:1990.

Kubikel biasanya dipasang di:

• Gardu distribusi PLN
• Instalasi industri
• Gedung komersial besar
• Sistem pembangkit listrik
• Infrastruktur energi modern

Dengan desain modular, kubikel memudahkan proses operasi, pemeliharaan, serta meningkatkan keselamatan kerja operator.

Fungsi Utama Kubikel 20 kV

Kubikel memiliki tiga fungsi utama dalam sistem tenaga listrik:

1. Pengendalian (Control)

Kubikel mengatur aliran listrik menggunakan saklar utama seperti LBS (Load Break Switch) dan PMT (Pemutus Tenaga).

2. Proteksi (Protection)

Kubikel melindungi sistem dari gangguan seperti:

Hubung singkat

Overload

Gangguan tanah (earth fault)

3. Distribusi (Distribution)

Kubikel membagi daya listrik ke beberapa saluran melalui busbar.

Jenis-Jenis Kubikel 20 kV

Kubikel dibagi berdasarkan fungsi dan peralatan di dalamnya. Berikut jenis-jenis kubikel yang umum digunakan:

1. Kubikel PMS (Pemisah)

Kubikel PMS berfungsi sebagai pemisah jaringan listrik 20 kV.

Karakteristik:

• Tidak memiliki pemadam busur api
• Tidak boleh dioperasikan saat berbeban
• Digunakan saat kondisi tanpa tegangan

Fungsi utama:

• Isolasi rangkaian listrik
• Pemisahan saat maintenance
  
  
  

2. Kubikel LBS (Load Break Switch)

Kubikel ini dapat menghubung dan memutus arus dalam kondisi berbeban.

Karakteristik:

• Dilengkapi pemadam busur api
• Dapat dioperasikan saat sistem aktif
• Dilengkapi grounding switch

Fungsi:

• Switching jaringan distribusi
• Manuver sistem gardu
  
  
  

3. Kubikel CB / PMT (Circuit Breaker)

Kubikel ini memiliki fungsi proteksi otomatis.

Fungsi utama:

• Memutus arus gangguan secara cepat
• Proteksi sistem distribusi
• Terhubung dengan relay proteksi

Dilengkapi:

• Current Transformer (CT)
• Relay proteksi
• Sistem trip otomatis
  
  
  

4. Kubikel TP (Transformer Protection)

Digunakan untuk proteksi transformator distribusi.

Komponen:

• LBS
• Fuse (sekring tegangan menengah)

Jenis:

• Dengan shunt trip
• Tanpa shunt trip
  
  
  

5. Kubikel PT (Potential Transformer)

Berfungsi untuk pengukuran tegangan.

Fungsi:

• Menurunkan tegangan 20 kV menjadi 100 V
• Supply alat ukur kWh meter
• Proteksi relay tegangan
  
  
  

6. Kubikel BI (Outgoing Terminal)

Berfungsi sebagai terminal keluar menuju beban atau jaringan distribusi lain.

7. Kubikel ONS (Pemisah Tanah)

Digunakan untuk grounding saat pekerjaan pemeliharaan.

Bagian-Bagian Utama Kubikel 20 kV

Kubikel terdiri dari beberapa komponen utama yang saling terintegrasi.

1. Kompartemen

Kompartemen adalah ruang utama yang menampung:

• PMT / LBS
• CT / PT
• Busbar
• Terminal kabel
• Sistem mekanik
• Kompartemen terbuat dari pelat baja untuk keamanan operator.

Pengertian Pemutus Tenaga (PMT)

Pemutus Tenaga atau PMT (Circuit Breaker) adalah salah satu peralatan penting dalam sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk menghubungkan dan memutus aliran arus listrik sesuai dengan kapasitas atau rating yang telah ditentukan.

PMT bekerja baik dalam kondisi normal maupun saat terjadi gangguan seperti:

• Hubung singkat (short circuit)
• Beban lebih (overload)
• Gangguan sistem lainnya

Ketika PMT melakukan pemutusan arus, akan timbul fenomena busur api (arc) akibat perpisahan kontak listrik. Busur api ini harus segera dipadamkan agar tidak merusak peralatan dan menjaga keselamatan sistem.

Untuk itu, PMT menggunakan berbagai media pemadam busur api seperti:

• Udara
• Minyak
• Gas
• Vakum

Pemilihan jenis PMT sangat bergantung pada kebutuhan sistem, tingkat tegangan, dan kecepatan pemutusan yang diinginkan.

Jenis-Jenis Pemutus Tenaga (PMT)

Berikut adalah beberapa jenis PMT yang umum digunakan dalam sistem tenaga listrik:

1. Pemutus Daya Udara (Air Circuit Breaker / ACB)

Air Circuit Breaker (ACB) merupakan jenis PMT yang menggunakan udara sebagai media pemadam busur api.

Prinsip Kerja:

Saat kontak terbuka, busur api akan muncul di ujung kontak. Desain kontak dibuat runcing sehingga busur api “meloncat” dan memanjang.

Cara pemadaman:

• Memperpanjang lintasan busur api
• Mendinginkan busur hingga padam

Keunggulan:

• Desain sederhana
• Mudah dalam perawatan
• Biaya relatif lebih rendah
• Metode Pemanjangan Busur Api pada ACB

Beberapa teknik yang digunakan pada ACB untuk memadamkan busur api antara lain:

a. Kontak Sela Tanduk (Horn Gap)

Pada metode ini, busur api diarahkan menjauh mengikuti bentuk kontak yang menyerupai tanduk.

Karakteristik:

• Busur memanjang hingga ujung kontak
• Digunakan pada tegangan rendah hingga menengah
• Cocok untuk arus ratusan ampere
  
  
  

b. Kontak Tabir Konduktor

Menggunakan pelat logam sebagai pemotong busur api.

Cara kerja:

• Busur api dipotong menjadi beberapa bagian
• Setiap bagian mengalami pendinginan
• Arc lebih cepat padam

Kelebihan:

• Efektif untuk arus besar
• Digunakan hingga ribuan ampere
  
  
  

c. Kontak Tabir Isolator

Menggunakan bahan isolator untuk memperpanjang lintasan busur.

Prinsip:

• Busur api dipaksa mengikuti permukaan isolator
• Lintasan lebih panjang → arc cepat padam

Kapasitas:

• Tegangan hingga 10 kV
• Arus hingga 50 kA

2. Pemutus Daya Minyak (Oil Circuit Breaker / OCB)

Oil Circuit Breaker menggunakan minyak sebagai media pemadam busur api.

Prinsip Kerja:

Saat kontak terbuka:

• Busur api terjadi di dalam minyak
• Minyak terurai menjadi gas hidrogen
• Gas tersebut membantu memadamkan busur api

Kelebihan:

• Kemampuan isolasi cukup baik
• Cocok untuk sistem tegangan menengah

Kekurangan:

• Minyak mudah terbakar
• Perawatan lebih rumit
• Dimensi besar
• Pemutusan lebih lambat

Karena kelemahan ini, OCB mulai jarang digunakan dan digantikan teknologi modern.

3. Pemutus Daya Udara Tekan (Air Blast Circuit Breaker)

Jenis ini menggunakan udara bertekanan tinggi sebagai media pemadam busur api.

Cara Kerja:

• Saat busur api muncul, udara bertekanan tinggi ditiupkan
• Udara mendinginkan dan menghilangkan ionisasi
• Busur api padam dengan cepat

Keunggulan:

• Kecepatan pemutusan sangat tinggi
• Tidak menggunakan bahan mudah terbakar

Kekurangan:

• Sistem lebih kompleks
• Membutuhkan kompresor udara

4. Pemutus Daya Vakum (Vacuum Circuit Breaker / VCB)

Vacuum Circuit Breaker menggunakan ruang hampa (vakum) sebagai media pemadam busur api.

Prinsip Kerja:

• Kontak berada dalam ruang vakum
• Tidak ada media ionisasi
• Busur api langsung padam saat kontak terbuka

Keunggulan:

• Sangat cepat dalam memadamkan busur
• Umur pakai panjang
• Perawatan minimal
• Ramah lingkungan

Kekurangan:

• Biaya awal lebih tinggi
• Membutuhkan sealing yang sangat baik

Aplikasi:

• Kubikel 20 kV modern
• Sistem distribusi industri
• Gardu listrik
  
  
  

Perbandingan Jenis PMT

Peran PMT dalam Sistem Kubikel 20 kV

Dalam sistem kubikel, PMT memiliki peran vital sebagai:

• Proteksi utama sistem
• Pemutus arus gangguan secara otomatis
• Pengaman transformator dan jaringan
• Pengendali distribusi daya

PMT biasanya dikombinasikan dengan:

• Relay proteksi
• Current Transformer (CT)
• Potential Transformer (PT)

Trafo Arus (Current Transformer / CT)

Pengertian Trafo Arus

Trafo Arus (CT) adalah peralatan listrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik besar pada sisi primer menjadi arus yang lebih kecil pada sisi sekunder, dengan tingkat akurasi tinggi.

CT biasanya digunakan pada sistem:

• Tegangan Ekstra Tinggi (TET)
• Tegangan Tinggi (TT)
• Tegangan Menengah (TM)

Arus besar yang mengalir pada jaringan tidak memungkinkan untuk diukur secara langsung, sehingga CT menjadi solusi untuk menurunkan arus ke nilai standar seperti 1 Ampere atau 5 Ampere.

Fungsi Trafo Arus

Trafo arus memiliki beberapa fungsi utama, yaitu:

1. Transformasi Arus

Mengubah arus primer yang besar menjadi arus sekunder yang kecil dan aman untuk diukur.

2. Isolasi Sistem

Memisahkan sisi tegangan tinggi dengan alat ukur atau relay untuk melindungi operator dan peralatan.

3. Standarisasi Arus

Menghasilkan nilai arus sekunder standar:

• 1 A
• 5 A

Hal ini memudahkan integrasi dengan berbagai perangkat proteksi dan metering.

Jenis Trafo Arus Berdasarkan Fungsi

1. Trafo Arus Pengukuran (Metering CT)

Digunakan untuk keperluan pengukuran energi listrik.

Karakteristik:

• Akurasi tinggi pada beban normal (5%–120% arus nominal)
• Cepat jenuh (saturasi rendah)
• Digunakan untuk alat ukur

Aplikasi:

• Amperemeter
• Wattmeter
• VAR meter
• Cos phi meter
• kWh meter

2. Trafo Arus Proteksi (Protection CT)

Digunakan untuk sistem proteksi saat terjadi gangguan.

Karakteristik:

• Tetap akurat pada arus gangguan besar
• Tidak cepat jenuh
• Dirancang untuk arus berlipat dari nominal

Aplikasi:

• Relay arus lebih (OCR)
• Relay gangguan tanah (GFR)
• Relay diferensial
• Relay jarak
• Relay daya

Perbedaan CT Pengukuran dan Proteksi

Perbedaan utama terletak pada titik saturasi inti, di mana CT pengukuran dirancang cepat jenuh agar melindungi alat ukur, sedangkan CT proteksi harus tetap bekerja pada arus tinggi.

Jenis Trafo Arus Berdasarkan Konstruksi

1. CT Tipe Cincin (Ring / Window Type)

Jenis ini berbentuk lingkaran dan kabel utama melewati bagian tengah CT.

Karakteristik:

• Tidak memiliki kumparan primer
• Mudah dipasang
• Banyak digunakan di kubikel indoor

Isolasi:

Cast resin (epoxy)

2. CT Tipe Cor (Cast Resin Type)

Memiliki isolasi padat berbahan resin.

Keunggulan:

• Tahan terhadap kelembaban
• Cocok untuk instalasi dalam ruangan
• Perawatan minimal

3. CT Tipe Tangki (Oil Immersed CT)

Digunakan untuk sistem tegangan tinggi.

Karakteristik:

• Menggunakan minyak sebagai isolasi
• Digunakan untuk outdoor
• Cocok untuk tegangan tinggi (70 kV – 500 kV)

Komponen Trafo Arus

Komponen Utama:

• Terminal primer
• Terminal sekunder
• Kumparan sekunder
• Inti besi (core)

Komponen Tambahan (tipe tangki):

• Tangki minyak
• Terminal box
• Expansion bellows
• Grounding plate

Trafo Tegangan (Potential Transformer / PT)

Pengertian Trafo Tegangan

Trafo Tegangan (PT) adalah peralatan yang digunakan untuk menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan rendah yang aman untuk pengukuran dan proteksi.

Contoh rasio umum:

• 20.000 V / 100 V
• 150.000 V / 110 V

Fungsi Trafo Tegangan

1. Transformasi Tegangan

Menurunkan tegangan tinggi ke tegangan standar.

2. Isolasi Sistem

Melindungi alat ukur dan relay dari tegangan tinggi.

3. Sumber Tegangan untuk Proteksi

Memberikan input ke relay proteksi.

Prinsip Kerja PT

Berdasarkan hukum transformator:

Keterangan:

E1 = Tegangan primer

E2 = Tegangan sekunder

N1 = Lilitan primer

N2 = Lilitan sekunder

Rasio ini bersifat konstan.

Jenis Trafo Tegangan

Berdasarkan Koneksi:

• Antar fase (phase to phase)
• Fase ke tanah (phase to ground)

Berdasarkan Lilitan:

• Dua lilitan (standar)
• Tiga lilitan (untuk relay tambahan)

Tegangan Sekunder Standar PT

• 100 Volt
• 110 Volt
• 100/√3 Volt
• 110/√3 Volt
• 120 Volt

Peralatan Pengaman dalam Kubikel

1. Sekering Tegangan Menengah (Solefuse)

Solefuse adalah sekering khusus tegangan menengah yang digunakan untuk melindungi peralatan seperti trafo tegangan.

Karakteristik:

• Tegangan hingga 34 kV
• Arus pemutusan hingga 31,5 kA

Respon cepat terhadap gangguan

Fungsi:

• Melindungi PT dari hubung singkat
• Mencegah kerusakan peralatan
• Peran CT, PT, dan Proteksi dalam Sistem Kubikel

Ketiga komponen ini bekerja bersama dalam sistem proteksi:

• CT membaca arus
• PT membaca tegangan
• Relay menganalisis kondisi
• PMT memutus jika terjadi gangguan

Sistem ini memastikan:

• Keamanan jaringan
• Perlindungan peralatan

2. Busbar (Rel Penghantar)

Busbar berfungsi sebagai penghubung antar kubikel.

Ciri:

• Terletak di bagian atas kubikel
• Bisa berbentuk pipih atau bulat
• Pada RMU menggunakan isolasi SF6
  
  
  

3. Pemutus Tenaga (Circuit Breaker)

Berfungsi memutus arus saat gangguan.

Jenis PMT:

• Air Circuit Breaker (ACB)
• Oil Circuit Breaker (OCB)
• Air Blast Circuit Breaker
• Vacuum Circuit Breaker (VCB)
  
  
  

4. Saklar Pemisah (PMS)

Digunakan untuk pemisahan rangkaian tanpa beban.

Interlock PMS:

• Tidak dapat ditutup saat PMT aktif
• Hanya bisa dioperasikan pada kondisi aman

5. Terminal Penghubung

Berfungsi sebagai titik koneksi:

• Busbar terminal
• Kabel incoming/outgoing
• Terminal CT
• Terminal PT
  
  
  

6. Mekanik Kubikel

Sistem mekanik digunakan untuk:

• Membuka dan menutup PMT
• Mengoperasikan LBS dan PMS
• Sistem pegas energi switching

7. Lampu Indikator

Menunjukkan adanya tegangan pada sistem.

Biasanya bekerja berdasarkan:

• Tegangan kapasitif
• Indikator visual (lampu neon/LED)

8. Heater (Pemanas Ruang)

Berfungsi menjaga kelembaban di dalam kubikel.

Manfaat:

• Mencegah kondensasi
• Mengurangi risiko korosi
• Menghindari corona effect
  
  
  

9. Handle Kubikel

Digunakan untuk operasi manual:

• Switching PMT
• Operasi LBS
• Grounding switch

Peralatan Proteksi dalam Kubikel

1. Current Transformer (CT)

CT berfungsi untuk:

• Mengubah arus besar menjadi arus kecil
• Isolasi sistem pengukuran
• Sumber input relay proteksi

Jenis CT:

• CT pengukuran (metering)
• CT proteksi
  
  
  

2. Potential Transformer (PT)

PT digunakan untuk menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan standar.

Rasio umum:

• 20 kV / 100 V
• 150 kV / 110 V

3. Relay Arus Lebih (OCR)

OCR bekerja saat arus melebihi batas normal.

Fungsi:

• Proteksi hubung singkat
• Proteksi overload
• Backup proteksi sistem
  
  
  

4. Sekering Tegangan Menengah (Solefuse)

Berfungsi melindungi transformator dari gangguan arus lebih.

Sistem Interlock pada Kubikel

Interlock adalah sistem pengaman untuk mencegah kesalahan operasi.

Fungsi interlock:

• Mencegah operasi tidak aman
• Menghindari human error
• Menjamin keselamatan operator

Contoh sistem interlock:

• PMS tidak bisa aktif saat PMT tertutup
• Pintu tidak bisa dibuka saat sistem aktif
• Grounding hanya aktif dalam kondisi tertentu

Prinsip Kerja Kubikel 20 kV

Kubikel bekerja dengan prinsip:

• Energi listrik masuk melalui incoming feeder
• Disalurkan melalui busbar
• Dialirkan ke outgoing feeder
• Dilindungi oleh relay dan CT
• Dapat diputus oleh PMT saat terjadi gangguan

Keunggulan Kubikel 20 kV

• Aman dan tertutup (metal enclosed)
• Mudah dioperasikan
• Sistem proteksi otomatis
• Perawatan lebih mudah
• Modular dan fleksibel

Kesimpulan

Kubikel 20 kV merupakan komponen vital dalam sistem distribusi tenaga listrik tegangan menengah. Dengan fungsi utama sebagai pengendali, penghubung, dan pelindung, kubikel memastikan distribusi listrik berjalan aman, stabil, dan efisien.

Dengan memahami struktur, jenis, komponen, serta sistem proteksi di dalamnya, operator dan teknisi dapat meningkatkan keandalan sistem serta meminimalkan risiko gangguan listrik.

Penguasaan konsep kubikel sangat penting bagi dunia industri, khususnya pada sistem tenaga listrik modern yang menuntut keamanan dan kontinuitas tinggi.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini