...

Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology

by user

on
Category: Documents
0

views

Report

Comments

Transcript

Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology
Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology 03 (2012) 73-80
Mechatronics, Electrical Power, and
Vehicular Technology
e-ISSN: 2088-6985
p-ISSN: 2087-3379
Accreditation Number: 432/Akred-LIPI/P2MI-LIPI/04/2012
www.mevjournal.com
EFFECT OF CONTACT PRESSURE ON
THE RESISTANCE CONTACT VALUE AND TEMPERATURE CHANGES IN
COPPER BUSBAR CONNECTION
PENGARUH TEKANAN KONTAK TERHADAP NILAI TAHANAN KONTAK DAN
PERUBAHAN TEMPERATUR PADA SAMBUNGAN BUSBAR TEMBAGA
Agus Risdiyanto a, b, Noviadi Arief Rachman b, *, Maulana Arifin b
a
Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung
Jl. Ganesha 10, Bandung, Jawa Barat 40132, Indonesia
b
Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik - LIPI
Komp. LIPI Bandung, Jl. Sangkuriang No.21/154D, Bandung 40135, Indonesia
Received 11 Oct 2012; Received in revised form 19 November 2012; Accepted 19 November 2012
Published online 18 December 2012
Abstract
This paper discussed the influence of tightness or contacts pressure on copper busbar joints to determine changes in the value
of the initial contact resistance and the maximum temperature at the joint due to high current load. The test sample was copper
busbar 3 x 30 mm with configuration of bolted overlapping joint. Increasing contact pressure at the joint was measured to find
out its effect on the value of contact resistance. The applied pressure was 6 to 36 MPa. Procedure of contact resistance
measurement refer to the ASTM B539 standard using four-wire method. The sample subsequently loaded with the current of 350
A for 60 minutes and the maximum temperature at the joint was measured. The result showed that increasing contact pressure at
the busbar joint will reduce the contact resistance and maximum temperature. The increase of contact pressure from 6 to 30 MPa
causes decreasing contact resistance from 16 µΩ to 11 µΩ. Further increasing of contact pressure more than 30 MPa did not
affect the contact resistance significantly. The lowest temperatur of busbar joint of 54°C was reached at a contact pressure of 36
Mpa.
Key words: contact pressure, contact resistance, maximum temperature, copper busbar joint.
Abstrak
Paper ini membahas pengaruh kekencangan atau tekanan kontak pada sambungan busbar tembaga untuk mengetahui
perubahan nilai tahanan kontak awal dan temperatur maksimum pada sambungan akibat pembebanan arus yang tinggi. Sampel
uji menggunakan busbar tembaga ukuran 3 x 30 mm untuk konfigurasi sambungan tumpang tindih dengan baut tunggal.
Peningkatan tekanan kontak pada sambungan diukur untuk mengetahui pengaruhnya terhadap nilai tahanan kontak. Besarnya
tekanan kontak yang diterapkan adalah 6 sampai 36 MPa. Prosedur pengukuran tahanan kontak mengacu pada standar ASTM
B539 menggunakan metode empat kawat. Selanjutnya sampel dibebani dengan arus 350 A selama 60 menit kemudian diukur
temperatur maksimum pada masing-masing tekanan kontak. Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai tahanan kontak pada
sambungan busbar akan semakin kecil dengan meningkatnya tekanan kontak.. Peningkatan tekanan kontak dari 6 sampai 30
MPa menurunkan nilai tekanan kontak dari 16 micro ohm sampai 11 micro ohm. Peningkatan tekanan kontak pada tekanan
lebih dari 30 MPa tidak menyebabkan kenaikan tahanan kontak secara signifikan. Temperatur terendah sambungan busbar
adalah 54°C dan dicapai pada tekanan kontak 36 MPa.
Kata kunci: tekanan kontak, tahanan kontak, temperatur maksimum, sambungan busbar tembaga.
I. PENDAHULUAN
Sistem pembangkit tenaga listrik memerlukan
optimasi dalam penyaluran energi listrik mulai
dari pembangkitan, transmisi, distribusi sampai
* Corresponding Author. Tel: +62-22-2503055
E-mail: [email protected]
© 2012 RCEPM - LIPI All rights reserved
doi: 10.14203/j.mev.2012.v3.73-80
ke peralatan listrik konsumen. Semua peralatan
yang didesain tidak hanya mampu memenuhi
fungsinya, namun harus memiliki ketahanan
terhadap berbagai kondisi operasi diluar normal
baik dari segi kelistrikan, mekanik, faktor
lingkungan, serta pertimbangan ekonomis [1].
Salah satunya adalah sistem sambungan
74
A. Risdiyanto et al. / Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology 03 (2012) 73-80
(a)
(b)
Gambar 1. Pemanasan sambungan busbar dengan circuit breaker akibat kontak yang buruk, (a) foto visual, (b) foto infra
merah.
penghantar yang menjadi komponen paling
penting peranannya dalam efisiensi penyaluran
energi listrik.
Sambungan yang stabil dan memiliki tahanan
kontak yang kecil akan mengurangi biaya
pemeliharaan serta mengurangi down time
keseluruhan peralatan sehingga resiko kegagalan
dapat ditekan [2]. Semakin besar tahanan kontak
pada sambungan dan jika dialiri arus yang cukup
besar, maka semakin besar pula jatuh tegangan
(Vd) dan rugi-rugi daya (I2R) yang terjadi. Nilai
rugi-rugi daya yang terjadi pada setiap
sambungan ini jika dijumlahkan bisa sangat
signifikan besarnya mengingat dalam suatu
sistem tenaga listrik terdapat ratusan hingga
ribuan sambungan. Jadi dalam suatu saluran yang
mengalirkan arus listrik, rugi-rugi daya saluran
tidak hanya ditentukan oleh tahanan saluran saja,
namun ditentukan juga oleh besarnya tahanan
kontak pada setiap sambungan dan besarnya arus
yang mengalir pada saluran tersebut [3].
Kegagalan kontak listrik pada sambungan
biasanya terjadi karena instalasi awal yang tidak
baik, atau karena terjadi pengendoran pada
kontak selama waktu operasi serta pengaruh
kondisi lingkungan yang tidak sesuai. Hal ini
dapat
mengakibatkan
temperatur
pada
sambungan semakin meningkat dan kondisi ini
dapat merusak peralatan lain disekitarnya bahkan
dapat menimbulkan kebakaran. Gambar 1
menunjukkan salah satu contoh bentuk
pemanasan yang berlebih pada sambungan
busbar salah satu phasa dengan circuit breaker
Gambar 2. Sistem sambungan busbar dengan baut tunggal
(bolted busbar joint).
akibat dari kinerja kontak yang buruk.
Selanjutnya paper ini membahas pengaruh
besarnya kekencangan atau tekanan kontak pada
sambungan busbar tembaga terhadap perubahan
nilai tahanan kontaknya yang juga berdampak
pada perubahan temperatur pada sambungan.
II. DASAR TEORI
Sambungan penghantar busbar (busbar joint)
merupakan pertemuan antara penghantar yang
bertegangan
dengan
penghantar
tidak
bertegangan dengan maksud untuk menyalurkan
arus atau energi listrik dari sumber ke peralatan
listrik lainnya. Adanya sambungan disebabkan
karena keterbatasan panjang penghantar yang ada
tidak memenuhi jarak antara sumber listrik ke
beban. Selain itu, sistem sambungan diperlukan
karena adanya sumber yang melayani beberapa
beban secara paralel.
Dalam pemasangannya, sambungan busbar
dengan baut secara mekanik memiliki tekanan
yang kuat, stabil, tahan getaran karena akan
mempengaruhi nilai tahanan kontak sambungan.
Contoh jenis sambungan busbar tembaga dengan
baut dapat ditunjukan seperti pada Gambar 2,
dimana Cu: tembaga, b: tebal tembaga, H: lebar
tembaga, dan lc: daerah pertemuan kontak.
Gambar 3 menunjukkan daerah pertemuan
kontak antar sambungan busbar yang memiliki
distribusi kerapatan arus yang tidak seragam.
Distribusi arus yang tidak seragam ini dapat
menyebabkan daerah sambungan memiliki
temperatur yang lebih tinggi dibandingkan
temperatur diluar sambungan [4].
Gambar 3. Distribusi kerapatan arus pada sambungan
busbar.
A. Risdiyanto et al. / Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology 03 (2012) 73-80
A. Kekuatan Mekanik Sambungan
Suatu kontak listrik yang dirancang dengan
baik harus memiliki kekuatan mekanik yang
cukup untuk menjaga integritas mekanik dalam
kondisi beban normal maupun beban lebih.
Kontak harus memiliki tekanan yang cukup
untuk mempertahankan bidang kontak, sehingga
memungkinkan bagian yang tidak terputus saat
dilewati arus. Semakin besar gaya tekan kontak
maka tahanan kontaknya akan semakin kecil.
Namun tekanan ini tidak boleh melebihi batas
elastis dari material lapisan kontak karena
deformasi plastis dapat meningkatkan tekanan
relaksasi yang akan menyebar ke seluruh bagian
kontak dan dapat menyebabkan hilangnya kontak.
Hubungan antara nilai tahanan kontak (Rc)
dengan gaya tekan kontak dapat ditunjukan
dengan persamaan (1) [1]:

 = 

(1)
dimana,
Rc : tahanan kontak (Ω)
C : konstanta
F : gaya tekan (Newton)
n : eksponen
Nilai C dan n ditentukan berdasarkan konfigurasi
jenis sambungan, tipe lubrikasi sambungan dan
material pelapis sambungan.
Semakin besar gaya tekan kontak maka
tahanan kontaknya akan semakin kecil. Namun
75
tekanan ini tidak boleh melebihi batas elastis dari
material lapisan kontak karena deformasi plastis
dapat meningkatkan tekanan relaksasi yang akan
menyebar ke seluruh bagian kontak. Jika batas
elastis busbar terlampaui maka tekanan kontak
pada sambungan akan menurun dan tahanan
kontaknya dapat meningkat kembali. Hal ini
disebabkan karena perbedaan koefisien ekspansi
antara busbar tembaga dengan baut stainles steel
[5].
Sambungan busbar dengan baut memiliki
beberapa konfigurasi ukuran busbar dan jumlah
baut. Jumlah dan ukuran baut biasanya bervariasi
dari M6 sampai M20 sesuai dengan area
sambungan. Torsi yang dipilih untuk masingmasing ukuran baut tergantung pada material
baut dan suhu operasi maksimum yang diijinkan.
Tabel 1 dan Tabel 2 masing-masing
menunjukan ukuran dan jumlah baut yang
digunakan pada beberapa jenis konfigurasi
sambungan busbar dan besarnya torsi yang
diijinkan berdasarkan ukuran baut sambungan
menurut standar DIN 43673. Tahanan Kontak
Tahanan
kontak
(contact
resistance)
merupakan kriteria utama yang menentukan
kehandalan kontak listrik suatu sambungan [6].
Nilai tahanan kontak suatu sambungan harus
sekecil mungkin karena berhubungan dengan
rugi-rugi daya dan peningkatan temperatur.
Biasanya tahanan kontak suatu sambungan atau
konektor yang mengalirkan arus listrik diukur
dalam orde mikro ohm (µΩ).
Tabel 1.
Ukuran dan jumlah baut yang digunakan pada beberapa tipe sambungan busbar.
Bar width
(mm)
Shape 1
Shape 2 & 2a
Shape 3
Hole
diameter
M5
M6
5,5
6,5
30
30
M8
M10
M10
9
11
11
20
40
M12
13,5
20
20
17
40
40
26
M12
M12
M12
13,5
13,5
13,5
M12
M12
M12
13,5
13,5
13,5
12
15
A
6
7,5
20
25
30
20
25
30
10
12,5
15
55
60
12,5
15
40
40
20
80
50
60
60
50
25
80
80
60
80
100
120
L
Bolt
size
L
12
15
A
B
C
L
A
B
C
26
80
80
80
20
20
20
40
40
40
40
50
60
76
A. Risdiyanto et al. / Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology 03 (2012) 73-80
Tabel 2.
Kekuatan torsi yang diijinkan berdasarkan ukuran baut
yang digunakan pada tipe sambungan.
Torque (Nm)
Bolt
Hole
size
diameter
Indoor
Outdoor
M5
5,5
2,5
3
M6
6,5
4,5
5,5
M8
9
10
15
M10
11
20
30
M12
13,5
40
60
Nilai tahanan kontak dapat meningkat
terhadap fungsi waktu tergantung pada area
kontak, permukaan, material, tekanan kontak
serta kondisi lingkungan seperti kelembaban,
kontaminan dan lain-lain. Kontak listrik yang
buruk terjadi jika hanya sebagian dari seluruh
permukaan kontak saling bertemu, dengan kata
lain permukaan lapisan kontak tidak rata karena
mengalami penyempitan. Dengan adanya
penyempitan permukaan kontak ini maka
distribusi kerapatan arus menjadi semakin besar
dan daerah inilah yang menjadi sumber panas
dari suatu sambungan (hot spot). Penyempitan
permukaan kontak tersebut dapat diilustrasikan
seperti Gambar 4.
Tahanan yang timbul di daerah penyempitan
permukaan kontak sambungan disebut juga
tahanan penyempitan (constriction resistance)
yang nilainya tergantung pada karakteristik
material permukaan seperti tingkat kekerasan
(hardness) dan resistivitasnya. Selanjutnya
tahanan penyempitan kontak (spot) antara dua
material penghantar yang sama dapat dituliskan
dengan persamaan (2) [7]:

 =
2
(2)
dimana:
Rc : tahanan kontak (Ω)
ρ : resistivitas dua penghantar yang saling
kontak (Ωm)
a : luas area kontak (m2)
Masalah utama dalam penggunaan kontak
sambungan paduan tembaga adalah mudah
bereaksi pada lingkungan atmosfer. Lapisan
oksida ini terbentuk karena terjadinya reaksi
kimia antara unsur kimia logam dengan oksigen.
Lapisan oksida (oxide film) atau kontaminasi
pada permukaan kontak akan meningkatkan
tahanan listrik yang dapat menyebabkan
kegagalan dalam aplikasi kontak [8]. Lapisan
oksida maupun lapisan material konduktif yang
ada pada permukaan kontak sambungan tersebut
selanjutnya dikenal dengan istilah thin film.
Sehingga tahanan total dari suatu sambungan
merupakan
penjumlahan
dari
tahanan
penyempitan dan tahanan thin film, dan dapat
dituliskan dengan persamaan (3) dan (4) [7]:
 =  + 
(3)
dan


 =  = 2
2

(4)
dimana,
Rj : tahanan total sambungan (joint
resistance) (Ω)
Rc : tahanan kontak (Ω)
Rf : tahanan lapisan film (Ω)
σ : tahanan per area luas lapisan film
(Ω/m2)
B.
Efek Pemanasan Pada Sambungan
Koefisien temperatur (α) dari suatu bahan
menunjukan perubahan tahanan untuk tahanan
sebesar 1 Ω pada pemanasan 1 K. Tahanan pada
beberapa bahan penghantar (terutama pada bahan
logam murni) akan bertambah dengan kenaikan
temperatur sesuai dengan persamaan (5) [3]:
 = 0 [1 + 0 ( − 0 )]
dimana:
Rt : tahanan penghantar temperatur t (Ω)
R0 : tahanan penghantar pada temperatur
awal/ambien (Ω)
α0 : koefisien temperatur awal (K-1)
t
: temperatur akhir (°C)
t0 : temperatur awal/ambien (°C)
(a)
(b)
Gambar 4. (a) Gambar permukaan kontak yang mengalami penyempitan (hot spot); (b) Gambar penyempitan kontak.
(5)
A. Risdiyanto et al. / Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology 03 (2012) 73-80
Kontak listrik yang dilewati arus yang tinggi
dapat menimbulkan disipasi daya di sepanjang
bagian kontak dengan penghantar. Disipasi daya
tergantung pada rugi-rugi daya I2R di bagian
pertemuan kontak dan di sepanjang penghantar.
Arus yang tinggi juga dapat menyebabkan
tegangan jatuh (voltage drop) pada bagian
sambungan karena tahanan kontak yang besar.
Akibatnya akan terjadi peningkatan temperatur.
Temperatur maksimum yang diijinkan untuk
penghantar rel busbar tembaga adalah 65°C [9].
Hubungan tegangan jatuh pada sambungan
dengan temperatur yang terjadi dapat dituliskan
dengan persamaan (6) [7]:
 2 − 0 2 =
  2
77
Mulai
Studi Literatur
Penyiapan Sampel
Pengujian Arus
Tinggi
Pengukuran Tekanan
Kontak
Pengukuran
Temperatur
Pengukuran Tahanan
Kontak
(6)
4
dimana:
Tc : temperatur akhir kontak sambungan
(°C)
T0 : temperatur awal/ambient (°C)
Vd : tegangan jatuh sambungan (volt)
L : konstanta Wiedemann-Franz Lorenz
(2,45x10-8, V2/K2)
Data
Komparasi
Temperatur kontak yang tinggi dapat berdampak
pada proses degradasi sambungan listrik. Dengan
demikian, kenaikan temperatur dalam kontak
listrik untuk sistem tegangan tinggi menjadi salah
satu parameter utama yang dipertimbangkan
penggunaannya dalam aplikasi tertentu [10].
PENGUJIAN DAN EKSPERIMEN
Pengujian dilakukan menggunakan busbar
tembaga (copper busbar) dengan kapasitas arus
nominalnya adalah 350 A, sehingga ukuran
busbar menurut standar SNI 04-0225-2000
(Persyaratan Umum Instalasi Listrik) memiliki
luas penampang, tebal x lebar = 3 x 30 mm = 90
mm2, dengan luas area kontaknya adalah 30 x 30
mm. Baut yang digunakan untuk mengencangkan
sambungan adalah baut stainless steel dengan
ukuran M10. Gambar 5 menunjukkan langkahlangkah dalam pengujian tahanan kontak dan
Analisis
Selesai
Gambar 5. Langkah-langkah dalam pengujian tahanan
kontak dan temperatur sambungan busbar.
III.
temperatur sambungan busbar. Dimensi dan tipe
sambungan busbar mengacu pada Tabel 1 dengan
menggunakan shape 1 seperti pada Gambar 6.
Pengujian dilakukan dengan dua tahap. Tahap
pertama dilakukan pengujian untuk mengetahui
pengaruh penambahan tekanan kontak terhadap
nilai tahanan kontak. Penambahan tekanan
kontak
dilakukan
dengan
menambah
kekencangan baut kontak. Alat yang digunakan
adalah torsi meter mekanik dengan tekanan
antara 6 sampai dengan 36 MPa, seperti
300
17 (m16)
11 (m10)
40
30
30
40
(a)
10
(b)
Gambar 6. Dimensi dan konfigurasi sampel sambungan busbar sesuai Shape 1 (Tabel 1). (a) tampak atas; (b) tampak samping.
78
A. Risdiyanto et al. / Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology 03 (2012) 73-80
(a)
(b)
Gambar 7. (a) Penambahan tekanan kontak; (b) pengujian tahanan kontak dengan metode 4 kawat.
ditunjukkan pada Gambar 7(a). Pengukuran
tahanan kontak sambungan busbar dilakukan
dengan metode 4 kawat seperti ditunjukkan pada
Gambar 7(b) diatas.
Arus akan mengalir ke sambungan busbar
dengan menggunakan sumber arus DC (I),
melalui 2 kawat penghantar yang terhubung ke
ujung sambungan. Besarnya arus yang dialirkan
ke sambungan bervariasi antara 2 A, 4 A, dan 6
A. Kemudian pada titik yang sama digunakan 2
kawat lagi yang terhubung ke voltmeter untuk
mengukur besarnya tegangan jatuh (∆Vd) pada
masing-masing arus yang terjadi di sambungan
dan biasanya dalam orde mili volt. Selanjutnya
untuk menentukan tahanan kontak (Rc) dilakukan
dengan menggunakan persamaan (7) [11].
 =
∆ 

(7)
dimana:
Rc : tahanan kontak (Ω)
Vd : tegangan jatuh (Volt)
I
: arus (A)
Permasalahan yang timbul dalam pengukuran
tahanan kontak antara dua logam adalah adanya
efek termal EMF atau termoelektrik. Adanya
termoelektrik ini dapat mempengaruhi tingkat
akurasi pengukuran tahanan kontak. Besarnya
termoelektrik tergantung pada besarnya arus
pengujian dan lamanya pembebanan arus. Jadi
dalam hal ini pengukuran tahanan kontak dengan
menggunakan persamaan (7) merupakan
pengukuran tahanan kontak yang masih ada
pengaruh termoelektrik. Oleh karena itu untuk
menghilangkan efek termoelektrik ini maka
dilakukan pengukuran dengan membalikan
polaritas arus pengujian. Pengukuran dilakukan
dengan cara memberikan arus DC (If) ke
sambungan busbar melalui 2 kawat ke ujung titik
sambungan, dan ukur tegangan jatuh di titik
tersebut dengan voltmeter (∆Vf) yang terhubung
dengan 2 kawat. Kemudian sample dialirkan arus
DC (Ir) kembali namun polaritasnya diubah dan
ukur kembali tegangan jatuh di titik tersebut
dengan voltmeter (Vr). Dan untuk menentukan
tahanan kontak (Rc) dilakukan dengan
menggunakan persamaan (8) [12].
 =
�  �+| |
� �+| |
(8)
dimana:
Rc : tahanan kontak (Ω)
Vf : tegangan forward (Volt)
Vr : tegangan reverse (Volt)
If : arus forward (A)
Ir : arus reverse (A)
Pengukuran
dengan
metode
ini
akan
mendapatkan hasil yang lebih akurat karena
dapat meminimalisir pengaruh termoelektrik atau
emf. Beberapa standar internasional juga
merekomendasikan metode ini seperti ASTM dan
EIA. Hasil pengukuran tahanan kontak dengan
menggunakan persamaan (7) dan persamaan (8)
kemudian dibandingkan untuk mengetahui
tingkat akurasi dari pengukuran.
Tahap kedua dilakukan pengujian sambungan
busbar dengan pembebanan arus tinggi yaitu 350
A. Pengujian ini dilakukan untuk mengukur
temperatur maksimum sambungan busbar pada
tekanan kontak 12, 24, dan 36 MPa.
Gambar 8 merupakan rangkaian pengujian
arus untuk mengetahui kenaikan temperatur
sambungan busbar; (1) power supply, (2)
potensiometer, (3) amperemeter, (4) trafo arus,
(5) tang ampere, (6) sampel, (7) termometer.
Mula-mula sumber arus AC dialirkan melalui
power supply, agar beban arus AC yang
dibutuhkan sesuai pengujian yaitu 350 A, maka
arus diperbesar dengan trafo arus. Besarnya arus
pengujian yang dialirkan pada sampel harus
diatur dan dijaga konstan sebesar 350 A selama
waktu pengujian yaitu sekitar 60 menit, dimana
kenaikan temperatur dipantau dan dicatat pada
setiap interval 5 menit sekali sampai mencapai
steady state.
A. Risdiyanto et al. / Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology 03 (2012) 73-80
(a)
79
(b)
Gambar 8. Pengujian temperatur busbar (a) Rangkaian; (b) foto.
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Pengukuran Tahanan Kontak
Sambungan Busbar Tembaga
Pengukuran tahanan kontak sambungan
busbar tembaga merupakan tahap pertama yang
dilakukan dalam pengujian ini. Hal ini dilakukan
untuk mengetahui seberapa besar pengaruh
tekanan terhadap tahanan apabila dilalui arusarus yang relatif kecil.
Dari grafik pada Gambar 9 dan 10 dapat
diperhatikan bahwa peningkatan tekanan kontak
dari 6 – 30 MPa dapat menyebabkan nilai
tahanan kontak berkurang dari 16 – 11 µΩ
dengan penurunan rata-rata 0,2 µΩ/MPa.
Peningkatan tekanan kontak dari 30 MPa ke atas,
nilai tahanan kontaknya relatif tidak berubah
yaitu dikisaran 11 µΩ yang merupakan tahanan
maksimal terkecil yang dapat diusahakan.
Gambar 9 merupakan hasil pengukuran tanpa
menghilangkan efek termoelektrik yaitu dengan
menggunakan persamaan (7).
Hasil pengukuran tahanan kontaknya untuk
rating arus yang berbeda tidak sama. Hal ini juga
bisa dilihat dari bentuk kurva yang memiliki
simpangan yang besar pada pengujian rating arus
yang berbeda. Sedangkan Gambar 10 merupakan
Gambar 9. Grafik karakteristik tahanan kontak tanpa
memperhatikan efek termoelektrik.
hasil pengukuran dengan menghilangkan efek
termoelektrik menggunakan persamaan (8). Hasil
pengukuran tahanan kontaknya untuk rating arus
yang berbeda tidak menunjukkan adanya
simpangan yang lebih besar. Dengan demikian
metode pengukuran ini lebih menghasilkan hasil
pengukuran yang lebih akurat.
B.
Hasil Pengukuran Temperatur Kontak
Hasil pengukuran temperatur kontak dari
ketiga jenis sampel dengan variasi tekanan
kontak 12, 24, dan 36 MPa. Besarnya
pembebanan arus bolak-balik 350 A, dengan
waktu pembebanan selama 60 menit. Hasil
pengukurannya ditunjukkan pada Gambar 11.
Pada Gambar 11 dapat diperhatikan bahwa
pada tekanan kontak 12, 24, dan 36 MPa
temperatur maksimum masing-masing adalah
58°C, 55°C, dan 54°C. Waktu yang diperlukan
untuk mencapai kondisi temperatur steady ratarata yaitu di kisaran 40-50 menit. Selisih
temperatur maksimum terkecil dari sambungan
busbar terhadap temperatur referensi (busbar
tanpa sambungan) adalah 5°C. Maka dengan
bertambahnya tekanan kontak pada sambungan
sampai tingkat tertentu dapat menurunkan
temperatur maksimum sambungan.
Gambar 10. Grafik karakteristik tahanan kontak dengan
memperhatikan efek termoelektrik.
80
A. Risdiyanto et al. / Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology 03 (2012) 73-80
Gambar 11. Grafik karakteristik temperatur sambungan
busbar tembaga pada tekanan kontak 12, 24, 36 MPa
dan busbar tanpa sambungan beban arus 350 A selama
60 menit.
V. KESIMPULAN
Dengan meningkatnya tekanan kontak pada
sambungan busbar maka nilai tahanan kontaknya
akan semakin kecil dan temperatur maksimum
sambungannya akan menurun pula. Peningkatan
tekanan kontak dari 6 sampai 30 MPa
menurunkan nilai tekanan kontak dari 16µΩ
sampai 11µΩ. Peningkatan tekanan kontak pada
tekanan lebih dari 30 MPa tidak menyebabkan
kenaikan tahanan kontak secara signifikan.
Temperatur terendah sambungan busbar adalah
54°C dan dicapai pada tekanan kontak 36 MPa.
Untuk mengukur atau menghitung tahanan
kontak sambungan, pemberian arus kecil
hendaknya dilakukan dengan menyertakan
polaritas yang berbeda. Dalam hal ini efek
termoelektrik yang dihasilkan dari arus forward If
akan dinetralisir oleh arus reverse Ir. Dengan
menghilangkan efek termoelektrik pengukuran
tahanan kontak akan menghasilkan nilai yang
relatif sama meskipun dengan pemberian arus
yang berbeda-beda, sehingga hasil pengukuran
akan lebih akurat.
REFERENSI
[1] Braunovic, M., Konchits, V.V., Myshkin,
N.K., “Electrical Contacts Fundamentals,
Applications And Technology,” CRC Press,
Taylor and Francis Group, ISBN: 1-57444727-0, 2006.
[2] Bhattacharyya, S., Choudhury, A., Jariwala,
H.R.,
Shetty,
M.S.,
Rajulkumar, ”Maintaining Low Resistance
in Conductive Joints,” International Journal
of Computer and Electrical Engineering,
Vol. 3, No. 6, December 2011.
[3] Suwarno, ”Material Elektroteknik,” Institut
Teknologi Bandung, Megatama, ISBN: 97999701-1-3, 2006.
[4] Popa, I., Cautil, I., Floricau, D., Ocoleanu,
F., ”Modelling and Optimization of High
Currents
Dismountable
Contacts,”
International
Conference
On
Electromechanical And Power Systems,
Chisinau, Rep. Moldova, 2007.
[5] Bhattacharyya, S., Choudhury, A., Jariwala,
H.R., Shetty, M.S., Rajulkumar, ”Electrical
Performance of Conductive Bolted Joints of
Copper and Aluminum Busbars,” Int J Engg
Techsci, Vol. 2(4), 2011.
[6] Farahat, M.A.,”Factors Affecting The Life
Time of The Electric Joints,” Proceedings of
the 14th International Middle East Power
Systems Conference (MEPCON’10), Cairo
University, Egypt, December 19-21, 2010.
[7] Braunovic, M., ”Reliability of Power
Connections,”
Journal
of
Zhejiang
University SCIENCE A, ISSN 1009-3095,
pp. 343-356, 2007.
[8] Chen,
H.L.,
Tseng,
K.C.,
Yang,
Y.S., ”Effect of The Oxide Film Formed On
The Electrical Properties of Cu-Zn Alloy
Electric Contact Material,” The 4th
International Conference on Technological
Advances of Thin Film and Surface Coatings,
2008.
[9] Standar Nasional Indonesia, Persyaratan
Umum Instalasi Listrik, SNI 04-0225-2000,
Badan Standarisasi Nasional (BSN), Jakarta,
2002.
[10] Medora, N.K., Connection Technology,
Chapter 17, Electronic Failure Analysis
Handbook, McGraw-Hill, 2004.
[11] ANSI, Test Method for DC Contact
esistance, Drop cable to F-Connectors and
F81 Barrels, ANSI/SCTE 103 2004,
American National Standard, 2004.
[12] ASTM, Standard Test Methods for
Measuring
Resistance
of
Electrical
Connections (Static Contacts), ASTM B53902, West Conshohocken, PA, 19428-2959
USA, 2008.
Fly UP