## PENINGKATAN BATAS ARUS GAGAL PADA SUPERCONDUCTING FAULT CURRENT LIMITER

## E. Sukirman, Wisnu Ari Adi, Didin S. Winatapuradan Yustinus P.
Puslitbang Iptek Bahan (P3IB) - BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong 15314, Tangerang

## ABSTRAK
PENINGKATAN BATAS ARUS GAGAL PADA SUPERCONDUCTING FAULT CURRENT LIMITER. Penelitian untuk meningkatkan batas arus gagal pada superconducting fault current limiter ( SFCL ) telah dilakukan. SFCL adalah device pembatas arus gagal, berfungsi sebagai pengaman jaringan listrik. SFCL pada dasarnya adalah sebuah transformator yang tersusun dari lilitan primer berupa kumparan kawat tembaga (Cu) dan lilitan sekunder berupa cincin superkonduktor YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO). Dalam eksperimen ini digunakan trafo nomor 170, yakni trafo yang memiliki panjang teras e = 8,5 cm dan cincin YBCO dengan diameter dalam d i = 5,74 cm, diameter luar d o = 8,09 cm, tebal t = 0,55 cm, suhu kritis T c = 91 K dan arus kritis I c = 3,52 A. Pengujian SFCL dilakukan dengan menghubungkan secara seri SFCL , sumber tegangan ac dan beban R L = 250  . Hasil pengujian SFCL menunjukkan bahwa batas arus gagal SFCL adalah I f = 0,15 A. Padahal pada penelitian sebelumnya menggunakan trafo nomor 130, yakni trafo dengan panjang teras e = 7,0 cm dan cincin YBCO dengan diameter dalam d i = 2,44 cm, diameter luar d o = 4,20 cm, tebal t = 0,86 cm, suhu kritis T c = 91 K dan arus kritis I c = 3,40 A, batas arus gagalnya adalah I f  0,03 A. Batas arus gagal dapat ditingkatkan selain dengan memperbesar dimensi trafo dan cincin superkonduktor juga dengan menaikkan arus kritis superkonduktor.
Kata Kunci : Fault Current Limiter , Cincin YBCO, SFCL

## ABSTRACT

## THE INCREASE OF FAULT CURRENT LIMIT ON THE SUPERCONDUCTING FAULT
CURRENT LIMITER. Research for increasing the fault current limit on the superconducting fault current limiter (SFCL) have been done. The SFCL is a fault current limiter device used as the electrical network security. The SFCL is essentially a transformer consists of a copper coil as the primary and superconducting rings of YBCO as the secondary windings. In this experiment the trafo of number 170, i.e. one with core length of e = 8.5 cm and the YBCO ring with inner diameter d i = 2.35 mm, outer diameter d o = 4.07 cm, thick t = 0.68 cm, critical temperature T c = 91 K and critical current I c = 3.52 A were used. The SFCL test circuit consists of the ac voltage source, the load of R L = 250  and SFCL each of one are connected in series. The experimental result shows that the limiting current is I f = 0.15 A. While on the research beforehand used the trafo of number 130, i.e. one with core length of e = 7.0 cm and the YBCO ring with inner diameter d i = 2.44 cm, outer diameter d o = 4.20 cm, thick t = 0.86 cm, critical temperature T c = 91 K and critical current I c = 3.40 A, we get I f  0.03 A. Thus, the fault current limit can be increased beside by increasing the dimension of trafo and the STT ring also by increasing it’s critical current.
Key words : Fault Current Limit, YBCO Ring, SFCL

## PENDAHULUAN
Seiring dengan pesatnya perkembangan teknologi dan meningkatnya jumlah penduduk, maka kebutuhan akan tenaga listrik semakin besar, baik di negara yang sedang berkembang maupun di negara maju. Hal ini ditunjukkan dengan terus dibangunnya jaringan-jaringan listrik baik di kota-kota besar maupun di pelosok pedesaan.
Untuk menghindari terjadinya kecelakaan akibat hubungan singkat pada jaringan listrik, kami mencoba mengembangkan suatu alat ( device ) pengaman jaringan listrik dengan memanfaatkan fenomena superkonduktivitas yang disebut dengan
Superconducting Fault Current Limiter ( SFCL ). Di luar negeri, beberapa prototipe SFCL telah berhasil diuji coba pada jaringan transmisi yang menyalurkan daya listrik hingga 100 kVA, hasilnya terbukti feasible secara teknis [1,2].
SFCL memiliki tofologi transformator dengan lilitan primer terdiri dari gulungan kawat tembaga (Cu) dan lilitan sekunder berupa cincin superkonduktor [3-8]. Prinsip kerja SFCL didasarkan pada transisi fasa superkonduktor yang cepat dari keadaan superkonduktif ke resistif. Impedansi SFCL akan selalu berharga mendekati nol Ohm, manakala medan magnet yang
Peningkatan Batas Arus Gagal pada Superconducting Fault Current Limiter (E. Sukirman)
dibangkitkan oleh lilitan primer tidak melebihi medan magnet kritis superkonduktor ( B c ), atau arus induksi pada cincin tidak melebihi arus kritis superkonduktor ( I c ), atau suhu cincin tidak melebihi suhu transisi kritis superkonduktor ( T c ). Jadi dalam keadaan normal, SFCL tidak membebani jaringan.
Namun apabila terjadi arus gagal, maka paling tidak ada satu dari tiga parameter superkonduktivitas ( T c , B c , I c ) yang terlampaui harga kritisnya. Oleh karena itu ketika terjadi arus gagal, maka impedansi SFCL akan meningkat, sehingga aliran arus gagal pada jaringan dibatasi dan komponen-komponen atau peralatan listrik yang terpasang pada jaringan terlindungi dari kerusakan.
Pada penelitian terdahulu [7,8], SFCL skala laboratorium telah berhasil dibuat, dimana arus gagal yang dapat dibatasi adalah I f  0,02 A. Agar SFCL ini dapat digunakan pada jaringan listrik tegangan tinggi (orde kVA), maka SFCL tersebut harus dapat membatasi arus gagal hingga orde 10 3 A [1,5,6]. Masalahnya adalah bagaimana reverse engineering meningkatkan batas arus gagal pada SFCL , paling tidak pada tahap awal ini hingga orde 10 0 A.

## TEORI
SFCL model induktif pada dasarnya adalah trafo dengan kumparan sekunder berupa cincin superkonduktor T c tinggi (STT) yang ditumpuk sehingga menyerupai tabung dan selanjutnya disebut tabung STT. Jadi, SFCL adalah trafo dimana kumparan sekundernya dihubung-singkatkan. Tabung STT tersebut direndam di dalam N 2 -cair agar tabung STT menampilkan sifat superkonduktivitasnya. Oleh karena itu, bekerjanya SFCL ini bergantung pada suhu. Gambar 1 adalah penampang lintang SFCL model induktif.
Rangkaian setara SFCL ditunjukkan pada Gambar 2 [5,9] dan impedansi SFCL memenuhi persamaan
2 1 2 2 2 1 1 2 2
1 1 )} .( { )} , ( { ) .( ). , ( .
s s s t L L H T R N L L H T R N
L R
Z      
   ....(1) ) ( . . . . 2 2 2 2 0 s r s r r h L        ………………………(2)   2 2 2 2 1 0 1 ). 1 ( . . . . co r r r h N L         ................. (3)
dimana, R 1 = resistansi lilitan primer, L s = induktansi bocor akibat adanya celah udara antara lilitan primer dan tabung STT,  0 = permeabilitas udara = 4  x 10 -7 ,  r = permeabilitas teras besi, L 1 = induktansi SFCL , R 2 ( T , H ) = resistansi tabung STT, N 1 = jumlah lilitan primer, h = tinggi kumparan primer,  = frekuensi sudut arus bolak balik ( ac ), r 2 = jari-jari luar lilitan primer, r s2 = jari-jari luar cincin superkonduktor dan r co = jari-jari teras besi.
Sistem lilitan primer dan teras besi membentuk kumparan solenoidal. Medan magnetik induksi yang dihasilkan pada pusat solenoid memenuhi persamaan :
      } 2 2 ln{ 2 . . 1 2 2 1 2 2 2 2 1 2 1 1 0 r h r r h r r r N I B         .................. (4)
dimana, B = medan magnet induksi,  = permeabilitas teras, I 1 = arus primer, N 1 = jumlah lilitan primer, r 1 = jari- jari dalam lilitan primer, r 2 = jari-jari luar lilitan primer dan h = tinggi lilitan primer seperti yang terlihat pada Gambar 3 [8].
Intensitas medan magnet induksi B fungsi arus primer I 1 dapat dihitung menggunakan persamaan (4). Tampak pada persamaan tersebut bahwa jika arus primer (arus sumber) I 1 atau tegangan sumber V s terus dinaikan, maka medan magnet induksi B juga akan terus meningkat. Peningkatan B tersebut
Gambar 1 . Penampang lintang SFCL
Gambar 3 . Penampang lintang solenoid
Gambar 2 . Rangkaian setara SFCL
akan menyebabkan meningkatnya arus induksi pada cincin superkonduktor, sehingga akhirnya arus induksi itu akan melebihi harga arus kritis I c cincin superkonduktor dan oleh karenanya terjadi transisi fasa superkonduktor ke keadaan resistif dari keadaan superkonduktif.

## METODE PERCOBAAN

## Bahan
Dalam eksperimen ini
digunakan superkonduktor YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO) sebagai cincin STT . Cuplikan dibuat melalui reaksi padatan dari percampuran oksida-oksida penyusun, yaitu : Y 2 O 3 , BaCO 3 , dan CuO [10]. Proses pencetakan cuplikan bentuk cincin pada prinsipnya sama dengan proses pencetakan cuplikan bentuk pelet biasa, namun ada beberapa bagian dari alat cetak tersebut yang harus dimodifikasi agar proses pelepasan cuplikan tidak mengalami kesulitan. Dimensi cincin YBCO ditunjukkan pada Tabel 2. Superkonduktivitas cuplikan diidentifikasi dengan mengukur perubahan reistivitas fungsi suhu (  - T ) dan perubahan tegangan fungsi arus ( V - I ) menggunakan alat ukur four point probe (FPP) [11].
Pembuatan SFCL
Seperti telah ditunjukkan pada Gambar 1, SFCL dibuat dengan topologi trafo, yang terdiri dari komponen teras besi, leg , koker , yoke , lilitan kawat Cu (lilitan primer) dan cincin YBCO (lilitan sekunder). Dalam penelitian ini digunakan teras besi yang terdiri dari 24 buah pelat yang ditumpuk, tebal tiap pelat, t p = 0,051 cm. Pelat besi dan kawat Cu tersebut diperoleh dari pasar lokal. Spesifikasi trafo ditunjukkan pada Tabel 1.

## Identifikasi Pelat Besi
Pelat besi yang digunakan sebagai teras diidentifikasi menggunakan difraktometer sinar-x, radiasi Cu-K  (  = 1,5405 Å). Hal ini dilakukan karena kualitas
Nilai Komponen Parameter Simbol SFCL Sekarang SFCL [7] Satuan Teras besi Bahan Panjang Lebar Tebal Jari-jari teras Permeabilitas FeSi e l t r co  - 13,60 3,00 1,23 1,08 120 FeSi 6,71 2,23 0,51 0,99 120 - cm cm cm cm - Yoke Panjang Lebar Tebal d b t 17,00 2,20 1,23 13,32 2,21 0,51 cm cm cm Leg Panjang Lebar Tebal e a t 13,60 1,50 1,23 6,71 2,22 0,51 cm cm cm Lilitan primer Bahan Diameter Jari-jari luar Jari-jari dalam Tinggi Jumlah lilitan Cu  k r 2 r 1 h N 1 - 0,2 7,0 5,6 8,5 297 Cu 0,05 3,35 2,75 5,90 1250 - cm cm cm cm lilitan Tabel 1 . Spesifikasi SFCL Tipe bahan Kode pemakaian Kandungan
Si (%) B s (G) Resistivita
ρ (10 -7 Ω-m) Kerapatan D (g-cm -3 ) M-19 Transformer 72 3,20 20.000 4,1-5,6 7,70-7,62 M-17 Transformer 65 3,40 19.900 4,5-5,8 7,68-7,60 M-15 Transformer 58 4,00 19.500 4,5-6,9 7,68-7,54 M-14 Transformer 52 4,50 19.200 5,8-6,9 7,60-7,54
Tabel 3 . Spesifikasi bahan teras untuk transformator [12]
Dimensi Cuplikan (cm) Sebelum sintering
Setelah sintering
Cuplikan
r s2 r s1 t r s2 r s2 t Cincin YBCO 3,35 4,70 0,64 2,87 4,04 0,55 Tabel 2 . Dimensi cincin YBCO : r s2 (jari-jari dalam), r s1 (jari-jari luar) dan t (tebal) cincin YBCO masing-masing sebelum dan sesudah sintering
transformasi medan elektromagnetik di dalam sebuah trafo bergantung pada kualitas bahan teras. Walaupun sifat magnetik bahan teras, antara lain medan magnet induksi saturasi ( B s ) dan residu ( B r ) dapat dilihat dari tampilan kurva histeresisnya, namun kurva histeresis bergantung pada komposisi dan kondisi metalurgi bahan. Sehingga data difraksi sinar-x dapat melengkapi data sifat magnetik bahan. Spesifikasi bahan teras untuk trafo ditunjukkan pada Tabel 3 [12].

## Pengukuran Kurva Histeresis Teras Besi
Perilaku bahan magnetik dalam lingkungan bermedan magnet dapat diketahui dari kurva histeresis ( hysteresis loop ). Kurva histeresis adalah kurva hubungan antara magnetisasi M atau induksi B terhadap medan magnet terpasang H , melalui persamaan :
B =  0 ( H + M ) ................................. (5)
Kurva histeresis sangat berguna untuk mengetahui sifat magnetik bahan sebagai fungsi medan magnet luar, suhu dan sudut pengukuran atau kondisi anisotropik bahan [13]. Kurva histeresis diukur pada cuplikan bahan (STT dan teras besi) yang berdimensi panjang × lebar × tebal : (4,0 × 4,0 × 0,5) mm 3 dengan VSM, tipe Oxford VSM1,2H.

## Pengujian Unjuk Kerja SFCL
Gambar 4 adalah rangkaian untuk menguji karakteristik SFCL . Tampak pada gambar tersebut SFCL dihubungkan seri dengan rangkaian (jaringan) yang akan dilindungi dalam hal ini diwakili dengan beban R L sedangkan R 1 diabaikan karena kecil (< 1,0  ). Sehingga dari Gambar 4 dapat dituliskan harga impedansi total rangkaian uji
t L T Z R Z   , dimana R L = 250  . Tegangan sumber V s divariasikan dari 0, 10, 20, 30, …., 220 volt. Kemudian tegangan trafo ( V t ) dan arus sumber ( I s ) diukur secara simultan berturut-turut menggunakan multimeter digital : DT-830B, Sanwa CD-720E dan Clamp Meter -266. Besaran-besaran tersebut diukur pada suhu nitrogen cair. Dalam penelitian ini digunakan tegangan sumber dari regulator tegangan merek Matsunaga MFG. Preparasi STT dan SFCL dan pengukuran unjuk kerja SFCL dilakukan di laboratorium Bidang Bahan Maju, Puslitbang Iptek Bahan, BATAN, Cisauk.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kurva  - T diperoleh dengan mengukur tegangan sebagai fungsi perubahan suhu bahan. Kemudian data tegangan tersebut dikonversikan menjadi data resistivitas dengan menggunakan persamaan :
  2  s.V.I -1
dimana I = arus yang dialirkan melalui dua probe luar, harganya tetap dalam eksperimen ini I = 0,15 A, V = tegangan antara dua probe dalam (diukur) dan s adalah jarak antar probe , dalam eksperimen ini s  0,2 cm [11]. T c cincin YBCO adalah 91 K, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Tampak pada Gambar 5, ketika suhu bahan diturunkan dari suhu ruang menuju suhu nitrogen cair, terjadi transisi resistivitas yang tajam menuju resistivitas nol pada T c . Jadi, pada bahan terjadi perubahan sifat transport listrik yang tiba-tiba dari resisitif menjadi superkonduktif. Pada daerah T > T c , bahan berperilaku sebagai logam biasa (  > 0) dan pada daerah suhu T  T c , bahan berperilaku sebagai superkonduktor (   0). Gambar 6 adalah kurva hubungan antara tegangan V dan arus I hasil pengukuran dengan four point probe . Pada gambar tersebut terlihat, pada awalnya tegangan V  0 volt, walaupun arus dinaikan. Namun pada harga arus tertentu, tegangan V > 0 volt. Arus pada saat tegangan V mulai terdeteksi adalah arus kritis I c cuplikan. Untuk cincin YBCO didapat I c = 3,52 A dan dari hubungan J c = I c . (  .s 2 ) -1 didapat J c  28 A/cm 2 . Berdasarkan kedua jenis data di atas (Gambar 5 dan Gambar 6), disimpulkan bahwa cincin YBCO adalah superkonduktor.
Gambar 6 . Kurva tegangan V (mV) terhadap arus I (A)
Gambar 5 . Kurva resistivitas  (  .cm) terhadap suhu T (K)
Pengukuran pola difrasi sinar-x metode analisis Rietveld dilakukan untuk mengkofirmasi kemurnian fasa superkonduktor yang terbentuk di dalam cuplikan cincin YBCO. Analisis data dilakukan dengan asumsi bahwa cuplikan hanya mengandung fasa-123. Jadi, parameter input adalah parameter struktur kristal fasa-123. Profil pola difraksi hasil analisis ditunjukkan pada Gambar 7. Tampak pada gambar tersebut, pola difraksi hasil kalkulasi (garis malar) berimpit dengan pola difraksi hasil observasi (garis titik-titik) dengan faktor R : R WP = 19,83; R P =12,68; R I = 10,8; R F = 4,77 dan S = 1,12. Faktor S cukup kecil bahkan lebih kecil dari nilai S standar Rietveld ( S std = 1,30). Ini berarti asumsi cuplikan hanya mengandung fasa-123 adalah benar. Dengan kata lain, cincin YBCO berfasa tunggal : YBa 2 Cu 3 O 7-x .
Karakterisasi menggunakan alat SEM ( Scanning Electron Microscope ) dimaksudkan untuk melihat strukturmikro cuplikan cincin YBCO. Gambar 8 adalah foto strukturmikro cincin YBCO. Tampak pada gambar tersebut, butir-butir berbentuk pelat tersusun secara acak (tidak bertekstur), yang mana merupkan ciri khas strukturmikro produk sinter .
Pola difraksi sinar-x dari cuplikan teras besi berbentuk pelat tipis ditunjukkan pada Gambar 9. Tampak pada gambar tersebut bahwa pada daerah sudut 2 θ = 20  -80  muncul dua puncak difraksi, masing-masing dengan parameter : 2 θ (sudut hamburan), d (jarak antara bidang penghambur) dan I r (intensitas relatif) seperti ditunjukkan pada Tabel 4. Analisis kualitatif dilakukan
dengan metode Hanawalt , yakni mencocokan dua parameter d dan I r dengan data difraksi sinar-x pada JCPDS [14]. Hasil analisis menunjukkan bahwa pola difraksi sinar-x dari cuplikan teras besi paling sesuai dengan data pada JCPDS, Tabel No : 06-0696, yakni untuk cuplikan Fe (besi).
Dari kurva histeresis Gambar 10 didapat medan induksi saturasi cuplikan teras B s = 20.000 gauss. Data ini dicocokan dengan data pada Tabel 3 dan disimpulkan bahwa teras trafo ini adalah Fe-Si tipe M-19 dengan kandungan Si nominal 3,20 %. Jadi, unsur Si dalam teras trafo tidak terdeteksi dengan difraksi sinar-x. Tampak pada Gambar 10 bahwa dengan bertambahnya medan H , induksi magnetik B juga meningkat tetapi tidak secara linear, sehingga dijumpai induksi saturasi B s pada medan H  20.000 gauss. Jika medan H diturunkan perlahan- lahan ke nol, maka kurva induksi tidak kembali ke lintasan semula, melainkan menyusut dengan laju yang lebih
Gambar 7 . Profil pola difraksi sinar-x dari cuplikan cincin YBCO hasil analisis dengan metode Rietveld
Gambar 10 . Kurva histeresis teras besi. Cuplikan dipasang sejajar medan H dan  H /  t = 0,05 tesla per menit
Gambar 8. Foto SEM, strukturmikro cincin YBCO
No. Puncak 2 θ (  ) d (Å) I r (%) hkl 1 44,53 2,03 100 110 2 64,87 1,43 15 200
Tabel 4 . Data parameter sudut hamburan 2  (  ) jarak antara bidang d (Å) dan intensitas relatif I r (%) dari cuplikan teras besi, radiasi Cu-K 
Gambar 9. Pola difraksi sinar-x dari teras besi berbentuk pelat tipis, tebal : 0,051 cm, radiasi Cu-K  (  = 1,5405 Å)

## Peningkatan Batas Arus Gagal pada Superconducting Fault Current Limiter (E. Sukirman)
lambat. Akibatnya ketika H mencapai harga nol, induksi magnetik tidak nol, melainkan berada pada harga B r yang selanjutnya disebut induksi remanen. Dalam penelitian ini didapat B r = 300 gauss dan permeabilitas relatif  r = 120. Untuk menghilangkan induksi remanen B r , maka dipasang medan reverse - H c , yakni medan yang membuat B r berharga nol. Jika medan reverse terus dinaikkan besarnya, maka induksi remanen muncul kembali tetapi dengan harga negatif dan akhirnya dicapai induksi – B s . Kurva induksi antara + B s dan – B s membentuk setengah loop simetris yang disebut kurva histeresis.
Impedansi rangkaian uji Z T dapat dihitung menggunakan persamaan (1). Ada dua keadaan rangkain uji, yakni keadaan normal, dimana R 2 ( T , H ) = 0 dan keadaan fault , dimana R 2 ( T , H ) = 0,03  . Pada keadaan normal Z T  250  , tiada lain adalah beban rangkaian uji R L . Dengan menggunakan relasi : I s = Z T -1 . V s , didapat kurva I s ( V s ) pada Gambar 11 (a). Sedangkan pada keadaan fault diperoleh Z T  274  , tiada lain adalah beban rangkaian uji R L + Z t , dimana Z t adalah impedansi SFCL . Dengan menggunakan relasi : , didapat kurva I s ( V s ) pada Gambar 11 (b).
Karakteristik SFCL hasil uji berdasarkan rangkaian Gambar 4, ditunjukkan pada Gambar 12. Tampak pada gambar tersebut, kurva I s ( V s ) terdiri dari tiga segmen garis, yakni AB, BC dan CD yang masing-masing menggambarkan kondisi SFCL sebagai fungsi tegangan sumber V s . Segmen AB adalah kondisi SFCL dalam keadaan normal, artinya SFCL tidak membebani
rangkaian uji. Fitting dengan Microsoft Excel pada garis AB diperoleh persamaan linear , I s = 0,004 V s -0,0065; faktor R = 0,992. Koefisien arah persamaan tersebut adalah . Oleh karena itu impedansi total rangkaian uji adalah Z T = 250  . Dari hubungan Z T  R L + Z t , dimana R L = 250  , maka didapat impedansi SFCL , yakni Z t  Z T - R L = 0  . Jadi terbukti bahwa pada keadaan normal, SFCL tidak membebani rangkaian uji.
Segmen BC menggambarkan SFCL dalam keadaan transisi dari normal ke keadaan membebani rangkaian uji. Fitting dengan Microsoft Excel pada kurva BC diperoleh persamaan polinomial I s ( V s ) derajat lima dengan faktor R = 0,999 : . Di sisi lain fungsi I s ( V s ) memenuhi hukum Ohm : dimana Z T  R L + Z t dan Z t fungsi dari parameter transisi fasa superkonduktor R 2 ( T , H ). Dari sini dapat disimpulkan bahwa pada saat terjadi transisi fasa superkonduktor, resistansi R 2 ( T , H ) merupakan fungsi polinomial V s . Transisi SFCL dari keadaan normal ke keadaan membebani, terjadi pada V s = 40 volt dan arus I s = 0,15 A. Dengan kata lain, arus gagal yang dapat dibatasi oleh SFCL ini adalah I f = 0,15 A. Pada penelitian sebelumnya [7] digunakan trafo nomor 130, yakni trafo dengan spesifikasi seperti ditunjukkan pada Tabel 1, dan cincin YBCO dengan diameter dalam d i = 2,44 cm, diameter luar d o = 4,20 cm, tebal t = 0,86 cm, suhu kritis T c = 91 K dan arus kritis I c = 3,40 A, didapat I f  0,03 A. Jadi pada penelitian sekarang, ada peningkatan batas arus gagal satu orde lebih tinggi.
Segmen CD menggambarkan SFCL dalam keadaan membebani rangkaian uji. Fitting dengan Microsoft Excel pada segmen CD diperoleh persamaan linear : I s = 0,0035 V s - 0,0031 dengan faktor R = 0,995. Koefisien arah persamaan tersebut adalah . Jadi, impedansi total rangkaian uji adalah Z T = 286  . Dari hubungan Z T  R L + Z t , dimana R L = 250  , maka didapat impedansi SFCL , yakni Z t  Z T - R L = 36  . Berdasarkan Hukum Biot Savart : arus I s yang mengalir pada lilitan primer menghasilkan medan magnet induksi B s di sekitar lilitan tersebut yang arahnya seperti ditunjukkan pada Gambar 13. Jadi, pada teras besi
Gambar 12 . Karakteristik SFCL dengan beban R L = 250  .
Gambar 11 . Relasi I s ( V s ) pada keadaan normal (a) dan keadaan fault (b)
muncul fluks magnetik  s = B s .A , dimana A adalah luas penampang lintang teras. Karena arus I s berubah terhadap waktu, maka medan magnet induksi B s dan fluks magnetik  s juga berubah dengan waktu. Berdasarkan Hukum Imbas Faraday, pada kumparan sekunder STT akan muncul gaya gerak listrik  = -d  s /d t yang menghasilkan arus induksi I i . Arah gaya gerak listrik  tersebut adalah sedemikian rupa sehingga melawan penyebab yang menghasilkannya (Hukum Lenz). Arus induksi I i menghasilkan medan magnet induksi B i dan fluks magnetik  i yang arahnya berlawanan dengan arah fluks  s . Manakala SFCL dioperasikan dalam keadaan normal, maka  s =  i . Sehingga fluks magnetik total pada teras besi  t =  s -  i = 0. Oleh karena itu impedansi SFCL sangat rendah, karena fluks magnetik pada teras besi dapat dieliminasi.
Intensitas medan magnet induksi B s fungsi tegangan sumber V s dapat dihitung menggunakan persamaan (4). Data hasil perhitungan ditunjukkan pada Gambar 14. Tampak pada gambar tersebut bahwa jika tegangan sumber V s terus dinaikan, maka arus sumber I s yang mengalir pada kumparan primer juga meningkat dan oleh karenanya medan magnet B s juga meningkat. Transisi keadaan SFCL dari normal ke keadaan membebani rangkaian uji terjadi pada V s = 40 volt (Gambar 12) dan B s = 0,047 T (Gambar 14). Ini berarti pada V s = 40 volt terjadi transisi fasa YBCO dari fasa superkonduktor ke fasa logam. Seperti telah disinggung pada bagian pendahuluan di atas, bahwa transisi keadaan SFCL akan terjadi bila ada satu dari tiga parameter superkonduktivitas ( T c , B c , I c ) yang terlampaui harga kritisnya dalam hal ini adalah I c . Karena SFCL dioperasikan pada T  77 K (suhu N 2 cair), maka jelas bahwa suhu operasi SFCL masih lebih kecil dari suhu kritis T c = 91 K. Demikian pula, medan magnet induksi yang dibangkitkan lilitan primer (yakni B s = 0,047 T), juga lebih kecil dari medan magnet kritis superkonduktor YBCO (yakni B c  120 T) [14]. Jadi, transisi SFCL dari keadaan normal ke keadaan membebani akan terjadi pada tegangan yang lebih tinggi dari 40 volt, jika harga arus kritis I c  3,52 A. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian L.S. Fleishman dan kawan-kawan [1]; dimana
ditunjukkan bahwa dengan I c  10 3 A, transisi SFCL terjadi pada tegangan jaringan V s = 15 kV dan arus gagal I f = 4.000 A.

## KESIMPULAN
SFCL adalah device pembatas arus gagal dengan topologi transformator yang tersusun dari lilitan primer berupa kumparan kawat tembaga (Cu) dan lilitan sekunder berupa cincin superkonduktor. Faktor penting untuk meningkatkan batas arus gagal adalah dimensi trafo dan arus kritis I c cincin superkonduktor. Disarankan, arus kritis I c cincin superkonduktor harus ditingkatkan hingga orde 10 3 A agar dapat dibuat prototipe SFCL .

## UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terimakasih disampaikan kepada Ibu Dra. Mujamilah, M.Sc. atas bantuannya dalam penggunaan VSM dan semua pihak yang terkait dengan kegiatan penelitian ini, terutama Bapak Drs. Sumanto (Anggaran) beserta staf, Bapak Dr. Ridwan (Ka BBM) dan Bapak Drs. Gunandjar, SU (Ka P3IB).

## DAFTAR ACUAN
[1]. FLEISHMAN, L. S., BASHKIROV, Yu. A., ARESTEANU, V.A., BRISSETTE, Y., and CAVE, J. R., IEEE Trans. Appl. Supercond . 3 (1993) 570
[2]. JOO, M., and KO, T. K., IEEE Trans. Appl. Supercond . 6 (1996) 62
[3]. NORRIS, W.T., POWER, A., Cryogenic 37 (1997) 657-665
[4]. CURRAS, S.R., SANTOS, R., DOMARCO, G., DIAZ, A., VEIRA, J.A., MAZA, J., FRANCOIS, M.X., VIDAL, F., Cryogenic 37 (1997) 653-655
[5]. PAUL, W., BAUMANN, TH., RHYNER, J., and PLATTER, F. , IEEE Trans. Appl. Supercond. 5 (1995) 1059-1062
[6]. WILLEN, D. W. A., and CAVE, J. R., IEEE Trans. Appl. Supercond . 5 (1995) 1047
[7]. SUKIRMAN, E., WISNU, A. A., WINATAPURA, D. S., dan SIREGAR, R. H., Pembuatan dan
Karakterisasi Superconducting Fault Current
Limiter Skala Laboratorium, Prosiding Seminar Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir, Puslitbang Teknologi Maju, Yogyakarta,
23-24 Oktober 2003.
[8]. WISNU, A.A., SUKIRMAN, E., WINATAPURA, D. S., dan YUSTINUS, P., Pengaruh Medan Magnet Induksi terhadap Pembatasan Arus pada Superconducting Fault Current Limitter Skala
Laboratorium , Prosiding Pertemuan IPTEK
Bahan’04, Serpong (2004)
[9]. ZANNELLA, S., JANSAK, L., and DONADIO, P., Cryogenics, 37 (1997) 667-670 Gambar 14 . Hubungan antara B s dan V s
Peningkatan Batas Arus Gagal pada Superconducting Fault Current Limiter (E. Sukirman)
[10]. E. SUKIRMAN, Pengaruh Distribusi Kekosongan
Oksigen Pada Superkondukivitas YBa 2 Cu 3 O 7-x , Tesis S2 Program Studi Materials Science, Fakultas Pascasarjana Universitas Indonesia, 1991
[11]. WISNUARIADI, ENGKIR SUKIRMAN, DIDIN S.
WINATAPURA, Jurnal Sains Materi Indonesia ,
1 , (3), (2000) [12]. CHIN-WEN CHEN, Magnetism And Metallurgy Of Soft Magnetic Materials, Dover Publications, Inc., NewYork, (1986) 380-381
[13]. MUJAMILAH, RIDWAN, M. REFAI MUSLICH,
SETYO PURWANTO, M.I. MAYA FEBRI,
YOHANNES, A.M, EDDY SANTOSO, HERRY
MUGIRAHARDJO, Vibrating
Sample
Magnetometer (VSM) Tipe Oxford VSM1.2H,
Prosiding Seminar Nasional Bahan Magnet I, Puslitbang Iptek Bahan, BATAN, Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang, 11 Oktober 2000.
[14]. M. CYROT AND D. PAVUNA, Introduction to Superconductivity and High-T c Materials, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore, (1992) 38

## TANYAJAWAB
Horasdia Saragih, Fismatel - ITB Pertanyaan 1. Apakah komponen lain yang ada di trafo tidak berubah sifatnya karena beroperasi pada suhu 77K
2. Apakah proyek ini menguntungkan ditinjau dari segi ekonomi

## Jawab
1. Cincin YBCO diwadahi di dalam suatu wadah sedemikian sehingga bisa menampung nitrogen cair dan sekaligus merendam cincin. Jadi komponen lain tidak terpengaruhi oleh nitrogen cair.
2. Karena alat pendinginnya dari nitrogen cair dan harga nitrogen cair 50 kali lebih murah dari alat pendingin helium cair, maka SFCL ini relatif lebih murah karena harga nitrogen cair Rp. 6000,- per liter
Setyo Purwanto, Puslitbang Iptek Bahan - BATAN Pertanyaan 1. Apa pengaruh dimensi trafo terkait dengan kualitas bahan YBCO yang harus dengan metode melt growth .

## Jawaban
1. Kendala yang dihadapi adalah cincin YBCO yang harus memiliki Jc ~ 10 6 A/cm. Jadi harus digunakan cincin produk melting . Namun ketika cincin YBCO dilelehkan, maka akan terjadi perubahan bentuk cincin (yakni tidak lagi bulat simetris).