BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Proteksi transmisi tenaga listrik sangat penting dalam proses penyaluran daya dari satu tempat ke tempat t empat yang lain. Ini dikarenakan prinsip dalam transmisi tenaga listrik yang baik salah satunya adalah aman selain andal dan ekonomis. Proteksi tenaga listrik merupakan bagian yang menjamin bahwa dalam transmisi tenaga lisrik dapat dikatakan aman. Dapat dikatakan aman karena dalam transmisi tenaga listrik akan diberikan suatu alat yang berfungsi untuk mengamankan transmisi dari gangguan bahkan mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh pemindahan daya listrik dari suatu tempat ke tempat yang lain. Proteksi transmisi tenaga listrik sangat diperlukan dalam transmisi tenaga listrik. Dengan proteksi yang bagus, maka transmisi tidak akan rusak ketika ada sebuah gangguan yang bersifat sementara. Jika proteksi transmisi tenaga listrik baik, maka nilai ekonomis dapat diperoleh karena jika dalam suatu transmisi terjadi gangguan, maka kerusakan peralatan tidak dapat menyebar keperalatan yang lain dikarenakan ada sebuah proteksi transmisi. Nilai ekonomis dan aman dapat dipadukan menjadi nilai andal. Andal yang dimaksud disini adalah tidak membahayakan manusia yang berada disekitar transmisi tenaga listrik sehingga manusia yang berada disekitar transmisi ini tidak mengalami gangguan kesehatan maupun gangguan material. Pembuatan makalah ini berdasarkan tugas mata kuliah Pengaman Peralatan dan Manusia. Selain untuk memenuhi tugas mata kuliah tersebut, para penyusun juga berharap mendapatkan ilmu yang lebih berdasarkan topik yang diusung oleh penyusun. Dengan demikian, penyusun tidak hanya memiliki nilai
1
sebagai buah hasil pembuatan makalah ini tetapi juga mendapatkan kompetensi yang lebih.
1.2. Perumusan masalah Dalam makalah ini kami akan membahas beberapa permasalasahan. Diantaranya adalah : 1.2.1. Apakah Pengertian Proteksi Transmisi Tenaga Listrik ? 1.2.2. Apa saja yang termasuk dalam alat proteksi t ransmisi tenaga listrik ? 1.2.3. Bagaimana peralatan proteksi transmisi tenaga listrik itu bekerja ? 1.2.4. Dimanakah peralatan proteksi transmisi tenaga listrik diterapkan ?
1.3. Tujuan dan manfaat Penulisan Tujuan pertama adalah agar para penyusun mendapatkan ilmu dan kompetensi yang lebih dalam hal proteksi, terutama proteksi transmisi tenaga listrik. Yang kedua agar makalah ini dapat dijadikan sumber referensi oleh para pembaca sebagai dasar pemikiran untuk dikembangkan dikembangkan atau untuk dilengkapi. Manfaat yang diperoleh setelah membaca makalah ini adalah pembaca mengetauhi proteksi transmisi tenaga listrik yang digunakan pada umumnya, bagaimana proteksi tersebut bisa bekerja, penerapannya dibagian sebelah mana, dan macam alat pengaman transmisi tenaga listrik. listr ik.
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar-Dasar Sistem Proteksi Keandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Oleh sebab itu dalam perencangan suatu sistem tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisikondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem, melalui analisa gangguan. Dari hasil analisa gangguan, dapat ditentukan sistem proteksi yang akan digunakan, seperti: spesifikasi switchgear, rating circuit breaker (CB) serta penetapan besaran-besaran yang menentukan bekerjanya suatu relay (setting relay) untuk keperluan proteksi. Artikel ini akan membahas tentang karakter serta gangguan-gangguan dan sistem proteksi yang digunakan pada sistem tenaga listrik yang meliputi: generator, transformer, jaringan dan busbar.
2.2 Definisi Sistem Proteksi Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik suatu sistem tenaga listrik, misalnya generator, transformator, jaringan dan lain-lain, terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri. Kondisi abnormal itu dapat berupa antara lain: hubung singkat, tegangan lebih, beban lebih, frekuensi sistem rendah, asinkron dan lain-lain. (untuk jelasnya lihat artikel: "Keandalan dan Kualitas Listrik")
3
Dengan kata lain sistem proteksi itu bermanfaat untuk: 1.
Menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikit pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat.
2.
Cepat melokalisir luas daerah yang mengalami gangguan, menjadi sekecil mungkin.
3.
Dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik.
4.
Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik. Pengetahuan mengenai arus-arus yang timbul dari berbagai tipe gangguan
pada suatu lokasi merupakan hal yang sangat esensial bagi pengoperasian sistem proteksi secara efektif. Jika terjadi gangguan pada sistem, para operator yang merasakan adanya gangguan tersebut diharapkan segera dapat mengoperasikan circuit-circuit Breaker yang tepat untuk mengeluarkan sistem yang terganggu atau memisahkan pembangkit dari jaringan yang terganggu. Sangat sulit bagi seorang operator untuk mengawasi gangguan-gangguan yang mungkin terjadi dan menentukan CB mana yang dioperasikan untuk mengisolir gangguan tersebut secara manual. Mengingat arus gangguan yang cukup besar, maka perlu secepat mungkin dilakukan proteksi. Hal ini perlu suatu peralatan yang digunakan untuk mendeteksi keadaan-keadaan yang tidak normal tersebut dan selanjutnya menginstruksikan circuit breaker yang tepat untuk bekerja memutuskan rangkaian atau sistem yang terganggu. Dan peralatan tersebut kita kenal dengan rela y. Ringkasnya proteksi dan tripping otomatik circuit-circuit yang berhubungan, mempunyai dua fungsi pokok:
4
1.
Mengisolir peralatan yang terganggu, agar bagian-bagian yang lainnya tetap beroperasi seperti biasa.
2.
Membatasi kerusakan peralatan akibat panas lebih (over heating), pengaruh gaya-gaya mekanik dst.
"Koordinasi antara relay dan circuit breaker(CB) dalam mengamati dan memutuskan gangguan disebut sebagai sistem proteksi". Banyak hal yang harus dipertimbangkan dalam mempertahankan arus kerja maksimum yang aman. Jika arus kerja bertambah melampaui batas aman yang ditentukan dan tidak ada proteksi atau jika proteksi tidak memadai atau tidak efektif, maka keadaan tidak normal dan akan mengakibatkan kerusakan isolasi. Pertambahan arus yang berkelebihan menyebabkan rugi-rugi da ya pada konduktor akan berkelebihan pula, sedangkan pengaruh pemanasan adalah sebanding dengan kwadrat dari arus: H = 12.R.t Joules Dimana; H = panas yang dihasilkan (Joule) I = arus listrik (ampere) R = tahanan konduktor (ohm) t = waktu atau lamanya arus yang mengalir (detik) Proteksi harus sanggup menghentikan arus gangguan sebelum arus tersebut naik mencapai harga yang berbahaya. Proteksi dapat dilakukan dengan Sekering atau Circuit Breaker. Proteksi juga harus sanggup menghilangkan gangguan tanpa merusak peralatan proteksi itu sendiri. Untuk ini pemilihan peralatan proteksi harus sesuai dengan kapasitas arus hubung singkat “breaking capacity” atau Repturing Capacity.
5
Disamping itu, sistem proteksi yang diperlukan harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: 1.
Sekering atau circuit breaker harus sanggup dilalui arus nominal secara terus menerus tanpa pemanasan yang berlebihan (overheating).
2.
Overload yang kecil pada selang waktu yang pendek seharusnya tidak menyebabkan peralatan bekerja.
3.
Sistem Proteksi harus bekerja walaupun pada overload yang kecil tetapi cukup lama, sehingga dapat menyebabkan overheating pada rangkaian penghantar.
4.
Sistem Proteksi harus membuka rangkaian sebelum kerusakan yang disebabkan oleh arus gangguan yang dapat terjadi.
5.
Proteksi harus dapat melakukan “pemisahan” (discriminative) hanya pada rangkaian yang terganggu yang dipisahkan dari rangkaian yang lain yang tetap beroperasi. Proteksi overload dikembangkan jika dalam semua hal rangkaian listrik
diputuskan sebelum terjadi overheating. Jadi disini overload action relatif lebih lama dan mempunyai fungsi inverse terhadap kwadrat dari arus. Proteksi gangguan hubung singkat dikembangkan jika action dari sekering atau circuit breaker cukup cepat untuk membuka rangkaian sebelum arus dapat mencapai harga yang dapat merusak akibat overheating, arcing atau ketegangan mekanik.
2.3 Persyaratan Kualitas Sistem Proteksi Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem proteksi yang efektif, yaitu: a). Selektivitas dan Diskriminasi
6
Efektivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kesanggupan sistem dalam mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja. b). Stabilitas Sifat yang tetap inoperatif apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang melindungi (gangguan luar). c). Kecepatan Operasi Sifat ini lebih jelas, semakin lama arus gangguan terus mengalir, semakin besar kemungkinan kerusakan pada peralatan. Hal yang paling penting adalah perlunya membuka bagian-bagian yang terganggu sebelum generator-generator yang dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi dengan sistem. Waktu pembebasan gangguan yang tipikal dalam sistem-sistem tegangan tinggi adalah 140 ms. Dimana dimasa mendatang waktu ini hendak dipersingkat menjadi 80 ms sehingga memerlukan relay dengan kecepatan yang sangat tinggi (very high speed relaying). d). Sensitivitas (kepekaan) Yaitu besarnya arus gangguan agar alat bekerja. Harga ini dapat dinyatakan dengan besarnya arus dalam jaringan aktual (arus primer) atau sebagai prosentase dari arus sekunder (trafo arus). e). Pertimbangan ekonomis Dalam sistem distribusi aspek ekonomis hampir mengatasi aspek teknis, oleh karena jumlah feeder, trafo dan sebagainya yang begitu banyak, asal saja persyaratan keamanan yang pokok dipenuhi. Dalam suatu sistem transmisi justru aspek teknis yang penting. Proteksi relatif mahal, namun demikian pula sistem atau peralatan yang dilindungi dan jaminan terhadap kelangsungan peralatan sistem adalah vital. Biasanya digunakan dua sistem proteksi yang terpisah, yaitu proteksi primer atau proteksi utama dan proteksi pendukung (back up).
7
f). Realiabilitas (keandalan) Sifat ini jelas, penyebab utama dari “outage” rangkaian adalah tidak bekerjanya proteksi sebagaimana mestinya (mal operation). g) Proteksi Pendukung Proteksi pendukung (back up) merupakan susunan yang sepenuhnya terpisah dan yang bekerja untuk mengeluarkan bagian yang terganggu apabila proteksi utama tidak bekerja (fail). Sistem pendukung ini sedapat mungkin indenpenden seperti halnya proteksi utama, memiliki trafo-trafo dan rele-rele tersendiri. Seringkali hanya triping CB dan trafo -trafo tegangan yang dimiliki bersama oleh keduanya. Tiap-tiap sistem proteksi utama melindungi suatu area atau zona sistem daya tertentu. Ada kemungkinan suatu daerah kecil diantara zona - zona yang berdekatan misalnya antara trafo-trafo arus dan circuit breaker-circuit breaker tidak dilindungi. Dalam keadaan seperti ini sistem back up (yang dinamakan, remote back up) akan memberikan perlindungan karena berlapis dengan zona-zona utama. Pada sistem distribusi aplikasi back up digunakan tidak seluas dalam sistem tansmisi,cukup jika hanya mencakup titik-titik strategis saja. Remote back up akan bereaksi lambat dan biasanya memutus lebih banyak dari yang diperlukan untuk mengeluarkan bagian yang terganggu.
2.4 Komponen-Komponen Sistem Proteksi Secara umum, komponen-komponen sistem proteksi terdiri dari: 1. Circuit Breaker, CB (Sakelar Pemutus, PMT) 2. Relay 3. Trafo arus (Current Transformer, CT) 4. Trafo tegangan (Potential Transformer, PT)
8
5. Kabel kontrol 6. Catu daya, Supplay (batere) Proteksi dan automatic tripping Circuit Breaker (CB) dibutuhkan untuk: 1.
Mengisolir peralatan yang terganggu agar bagian-bagian yang lainnya tetap beroperasi seperti biasa.
2.
Membatasi kerusakan peralatan akibat panas lebih (overheating), pengaruh gaya mekanik dan sebagainya.
Proteksi harus dapat menghilangkan dengan cepat arus yang dapat mengakibatkan panas yang berkelebihan akibat gangguan H = I2.R×t Joules Proteksi selain sekering adalah peralatan yang dibentuk dalam suatu sistem koodinasi relay dan circuit breaker Peralatan proteksi dipilih berdasarkan kapasitas arus hubung singkat „Breaking capacity‟ atau „Repturing Capcity‟. Selain itu peralatan proteksi harus memenuhi persyaratan, sebagai berikut: 1. Selektivitas dan Diskriminasi 2. Stabilitas 3. Kecepatan operasi 4. Sensitivitas (kepekaan). 5. Pertimbangan eko nomis. 6. Realibilitas (keandalan). 7. Proteksi pendukung (back up protection)
9
BAB III PEMBAHASAN
3.1. Pengertian Proteksi Transmisi Tenaga Listrik Pengertian proteksi transmisi tenaga listrik adalah adalah proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik pada suatu transmisi tenaga listrik sehingga proses penyaluran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga listrik(Power Plant) hingga Saluran distribusi listrik (substation distribution) dapat disalurkan sampai pada konsumen pengguna listrik dengan aman. Proteksi transmisi tenaga listrik diterapkan pada transmisi tenaga listrik agar jika terjadi gangguan peralatan yang berhubungan dengan transmisi tenaga listrik tidak mengalami kerusakan. Ini juga termasuk saat terjadi perawatan dalam kondisi menyala. Jika proteksi bekerja dengan baik, maka pekerja dapat melakukan pemeliharaan transmisi tenaga listrik dalam kondisi bertegangan. Jika saat melakukan pemeliharaan tersebut terjadi gangguan, maka pengaman-pengaman yang terpasang haurus bekerja demi mengamankan sistem dan manusia yang sedang melaukukan perawatan. Transmisi tenaga listrik terbagi dalam beberapa kategori. Kategori yang pertama adalah transmisi dengan tegangan sebesar 500Kv. Ini merupakan transmisi yang sangat tinggi. Karena di Indonesia masih menggunakan sistem 500 kv. Kategori yang kedua adalah transmisi dengan tegangan sebesar 150 kv. Dan yang ketiga adalah transmisi 75 kv. Untuk dibawah 75 kv selanjutnya dinamakan dengan distribusi tenaga listrik. Proteksi ini berbeda dengan pengaman. Jika pengaman suatu sistem berarti system tersebut tidak merasakan gangguan sekalipun. Sedangkan proteksi atau pengaman sistem, sistem merasakan gangguan tersebut namun dalam waktu yang sangant singkat dapat diamankan. Sehingga sistem tidak mengalami kerusakan
10
akibat gangguan yang terlalu lama. Gangguan pada transmisi tenaga listrik dapat berupa : a.
Gangguan transmisi akibat hubung singkat.
b.
Gangguan transmisi akibat sambaran petir.
c.
Gangguan transmisi akibat hilangnya salah satu kabel fasa disebabkan dicuri manusia.
3.2. Peralatan Proteksi Transmisi Tenaga Listrik Peralatan Proteksi transmisi tenaga listrik diantaranya adalah : A. Rele arus lebih Rele
arus lebih adalah rele yang bekerja terhadap arus lebih, ia akan
bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya (I set). Pada Transmisi rele ini
bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada Jaringan
Tegangan tinggi, Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator tenaga. Rele ini berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan phasa-phasa. B. Rele hubung tanah Rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator jika terjadi gangguan hubung tanah didalam dan diluar daerah pengaman transformator. Rele arah hubung tanah memerlukan operating signal dan polarising signal. Operating signal diperoleh dari arus residual melalui rangkaian trafo arus penghantar (Iop = 3Io) sedangkan polarising signal diperoleh dari tegangan residual. Tegangan residual dapat diperoleh dari rangkaian sekunder open delta trafo tegangan. Pada transmisi rele ini bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan Tegangan tinggi, Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator t enaga.
11
C. Rele Diferensial Rele diferensial ini berfungsi untuk mengamankan transformator tenaga terhadap gangguan hubung singkat yang terjadi didalam daerah pengaman transformator, yang disambung ke instalasi trafo arus ( CT ) dikedua sisi.. D. Rele jarak Rele jarak atau distance rele digunakan sebagai pengaman utama (main protection) pada Suatu sistem transmisi, baik SUTT maupun SUTET, dan sebagai cadangan atau backup untuk seksi didepan. Rele jarak bekerja dengan mengukur besaran impedansi (Z), dan transmisi dibagi menjadi beberapa daerah cakupan pengamanan yaitu Zone-1, Zone-2, dan Zone-3, serta dilengkapi juga dengan teleproteksi (TP) sebagai upaya agar proteksi bekerja selalu cepat dan selektif didalam daerah pengamanannya.
E. Kawat tanah Kawat tanah atau overhead grounding adalah media pelindung kawat fasa dari sambaran petir. Kawat ini dipasang diatas kawat fasa dengan sudut perlindungan sekecil mungkin karena dianggap petir menyambar diatas kawat. Pada umumnya ground wire terbuat dari kawat baja (steel wire) dengan kekuatan St 35 atauSt 50, tergantung dari spesifikasiyang ditentukan oleh PLN. Dalam melindungi kawat phasa tersebut. Misalkan
groundwire
diletakkan
setinggi
h
meter
dari
tanah.
Dengan
menggunakan nilai-nilai yang terdapat pada gambar tersebut, titik b dapat ditentukan sebesar 2/3 h. Sedangkan zona proteksi groundwire terletak di dalam daerah yang diarsir. Di dalam zona tersebut, diharapkan tidak terjadi sambaran petir langsung sehingga di daerah tersebut pula kawat phasa dibentangkan. F. Pemutus Tenaga ( PMT )
12
Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) adalah suatu peralatan pemutus rangkaian listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang mampu untuk membuka dan menutup rangkaian listrik pada semua kondisi, termasuk arus hubung singkat, sesuai dengan ratingnya. Juga pada kondisi tegangan yang normal ataupun tidak normal. Syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu PMT agar dapat melakukan hal-hal diatas, adalah sebagai berikut: 1.
Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara terus-menerus.
2.
Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus tenaga itu sendiri.
3.
Dapat memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus hubung singkat tidak sampai merusak peralatan sistem, membuat sistem kehilangan kestabilan, dan merusak pemutus tenaga itu sendiri.
3.3. Cara Kerja Peralatan Proteksi Transmisi Tenaga Listrik 3.3.1. Rele arus lebih
Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting. Macam-macam karakteristik rele arus lebih : a. Relay waktu seketika (Instantaneous relay) b. Relay arus lebih waktu tertentu (Definite time relay) c. Relay arus lebih waktu terbalik (Inverse Relay)
13
Relay Waktu Seketika (Instantaneous relay) Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik (10 – 20 ms). Dapat kita lihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 1. Karakteristik Relay Waktu Seketika (Instantaneous Relay). Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan relay arus lebih dengan karakteristik yang lain.
Relay arus lebih waktu tertentu (definite time relay) Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is), dan jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relay diperpanjang dengan waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay, lihat gambar dibawah ini.
Gambar 2. Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time Relay).
14
Relay arus lebih waktu terbalik Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam-macam dan setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok : • Standar invers • Very inverse • Extreemely inverse
Gambar 3. Karakteistik Relay Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Relay).
Jika dalam suatu transmisi terdapat gangguan yang berupa arus lebih, maka dalam waktu yang singkat rele arus lebih akan bekerja sehingga jaringan transmisi akan tidak terhubung sementara. Jika gangguan telah hilang, maka jaringan transmisi akan terhubung kembali. 3.3.2. Rele hubung tanah
Jika dalam transmisi tenaga listrik terjadi hubung singkat antara kabel fasa dengan tanah, maka rele hubung tanah akan langsung bekerja dalam waktu yang sangat singkat, sehingga sistem menjadi aman karena tidak terjadi kerusakan yang sangat banyak.
15
3.3.3. Rele Diferensial
Relay differensial adalah suatu alat proteksi yang sangat cepat bekerjanya dan sangat selektif berdasarkan keseimbangan (balance) yaitu perbandingan arus yang mengalir pada kedua sisi trafo daya melalui suatu perantara yaitu trafo arus (CT). Dalam kondisi normal, arus mengalir melalui peralatan listrik yang diamankan (generator, transformator dan lain-lainnya). Arus-arus sekunder transformator arus, yaitu I1 dan I2 bersikulasi melalui jalur IA. Jika relay pengaman dipasang antara terminal 1 dan 2, maka dalam kondisi normal tidak akan ada arus yang mengalir melaluinya. Jika terjadi gangguan diluar peralatan listrik peralatan listrik yang diamankan (external fault), maka arus yang mengalir akan bertambah besar, akan tetapi sirkulasinya akan tetap sama dengan pada kondisi normal, sehingga relay pengaman tidak akan bekerja untuk gangguan luar tersebut. Jika gangguan terjadi didalam (internal fault), maka arah sirkulasi arus disalah satu sisi akan terbalik, menyebabkan keseimbangan pada kondisi normal terganggu, akibatnya arus ID akan mengalir melalui relay pengaman dari terminal 1 menuju ke terminal 2. Selama arus-arus sekunder transformator arus sama besar, maka tidak akan ada arus yang mengalir melalui kumparan kerja (operating coil) relay pengaman, tetapi setiap gangguan (antar fasa atau ke tanah) yang mengakibatkan sistem keseimbangan terganggu, akan menyebabkan arus mengalir melalui Operating Coil relay pengaman, maka relai pengaman akan bekerja dan memberikan perintah putus (tripping) kepada circuit breaker (CB) sehingga peralatan atau instalasi listrik yang terganggu dapat diisolir dari sistem tenaga listrik. 3.3.4. Rele jarak
Rele jarak mengukur tegangan pada titik relai dan arus gangguan yang terlihat dari relai, dengan membagi besaran tegangan dan arus, maka impedansi sampai titik terjadinya gangguan dapat ditentukan. Perhitungan impedansi dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:
16
Zf=Vf/If Dimana: Zf = Impedansi (ohm) Vf = Tegangan (Volt) If = Arus gangguan Relai jarak akan bekerja dengan cara membandingkan impedansi gangguan yang terukur dengan impedansi setting, dengan ketentuan: a.
Bila harga impedansi ganguan lebih kecil dari pada impedansi seting relai maka relai akan trip.
b.
Bila harga impedansi ganguan lebih besar daripada impedansi setting relai maka relai akan tidak trip.
Gambar Blok Diagram Relai Jarak.
Pengukuran Impedansi Gangguan Oleh Relai Jarak Menurut jenis gangguan pada sistem tenaga listrik, terdiri dari gangguan hubung singkat tiga fasa, dua fasa, dua fasa ke tanah dan satu fasa ke tanah. Relai jarak sebagai pengaman utama harus dapat mendeteksi semua jenis gangguan dan
17
kemudian memisahkan sistem yang terganggu dengan sistem yang tidak terganggu. 1. Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Pada saat terjadi gangguan tiga fasa yang simetris, maka amplitudo tegangan fasa VR,VS,VT turun, namun beda fasanya tetap 1200 listrik. Impedansi yang diukur relai jarak pada saat terjadi gangguan hubung singkat tiga fasa adalah sebagai berikut: Vrelai = VR Irelai=IR ZR= VR /IR Dimana, ZR = impedansi terbaca oleh relai VR = Tegangan fasa ke netral IR = Arus fasa 2. Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa Untuk mengukur impedansi pada saat terjadi gangguan hubung singkat dua fasa, tegangan yang masuk ke komparator relai adalah tegangan fasa yang terganggu, sedangkan arusnya adalah selisih (secara vektor) arus-arus yang terganggu. Misalkan terjadi hubung singkat antara fasa S dan T , maka pengukuran impedansi untuk hubung singkat antara fasa S dan T adalah sebagai berikut: V relai = VS – VT I relai = IS - IT Sehingga, ZR = Vrelai/Irelai = ( VS – VT ) / ( IS – IT )
18
3. Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Untuk mengukur impedansi pada saat hubung singkat satu fasa ke tanah, tegangan yang dimasukkan ke relai adalah tegangan yang terganggu, sedangkan arus fasa terganggu di tambah arus sisa dikali faktor kompensasi. Misalnya terjadi gangguan hubung singkat satu fasa R ke tanah, maka pengukuran impedansi dilakukan dengan cara sebagai berikut: Tegangan pada relai: Vrelai = VR Arus pada relai : Irelai = IR+K0.In Arus netral : In=IR+IS+IT Kompensasi urutan nol : K0=1/3(Z0-Z1/Z1) Z1=VR/(IR+K0.In) untuk gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, Impedansi urutan nol akan timbul pada gangguan tanah. Adanya K0 adalah untuk mengkompensasi adanya impedansi urutan nol tersebut. Sehingga impedansi yang terukur menjadi benar. Karakteristik Relai Jarak Karakteristik relai jarak merupakan penerapan langsung dari prinsip dasar relai jarak. Karakteristik ini biasa digambarkan didalam diagram R-X. Macam-macam karakteristik relai jarak adalah sebagai berikut: 1. Karakteristik impedansi Ciri-ciri nya : a.
Merupakan lingkaran dengan titik pusatnya ditengah-tengah, sehingga mempunyai sifat non directional. Untuk diaplikasikan sebagai pengaman SUTT perlu ditambahkan relai directional atau relai arah.
b.
Mempunyai keterbatasan mengantisipasi gangguan tanah high resistance.
19
c.
Karakteristik impedansi sensitive oleh perubahan beban, terutama untuk SUTT yang panjang sehingga jangkauan lingkaran impedansi dekat dengan daerah beban.
2. Karakteristik Mho Ciri-ciri: a.
Titik pusatnya bergeser sehingga mempunyai sifat directional.
b.
Mempunyai keterbatasan untuk mengantisipasi gangguan tanah high resistance.
c.
Untuk SUTT yang panjang dipilih Zone-3 dengan karakteristik Mho lensa geser.
3. Karakteristik Reaktansi Ciri-ciri: a.
Karateristik reaktansi mempunyai sifat non directional. Untuk aplikasi di SUTT perlu ditambah relai directional atau relai arah.
b.
Dengan seting jangkauan resistif cukup besar maka relai reaktansi dapat mengantisipasi gangguan tanah dengan tahanan tinggi.
4. Karakteristik Quadrilateral Ciri-ciri: a.
Karateristik quadrilateral merupakan kombinasi dari 3 macam komponen yaitu : reaktansi, berarah dan resistif.
b.
Dengan seting jangkauan resistif cukup besar, maka karakteristik relai quadrilateral dapat mengantisipasi gangguan tanah dengan tahanan tinggi.
c.
Umumnya kecepatan relai lebih lambat dari jenis mho.
20
Rele jarak merupakan proteksi yang paling utama pada saluran transmisi. Rele jarak menggunakan pengukuran teganan dan arus untuk mendapatkan impedansi saluran yang harus diamankan. Jika impdansi yang terukur didalam batas settingnya, maka rele akan bekerja. Di sebut rele karena jarak, karena impedansi pada saluran bersarnya akan sebanding dengan panjang saluran. Oleh karena itu, rele jarak tidak tergantung oleh besarnya arus gangguan yang terjadi, tetapi tergangung pada jarak gangguan yang terjadi terhadap rele proteksi. Impedansi yang diukur dapat berupa Z, R saja ataupun X saja. Tergantung rele yang dipakai. 3.3.5. Kawat Tanah
Kawat tanah atau overhead grounding adalah media pelindung kawat fasa dari sambaran petir. Kawat ini dipasang diatas kawat fasa dengan sudut perlindungan sekecil mungkin karena dianggap petir menyambar diatas kawat. Kawat ini merupakan proteksi transmisi tenaga listrik yang bersifat pasif. Jika terjadi sambaran petir, maka kawan ini akan meyalurkan arus petir langsung ketanah. Sehingga sistem transmisi aman dari gangguan. Kawat yang bagus adalah yang memiliki tahanan kurang dari 4 ohm. Jika lebih dari 4 ohm, maka arus yang mengalir tidak bisa cepat, dapat menyebabkan putusnya kawat atau terjadinya flashover antara kawat dasa dengan kawat tanah. 3.3.6. Pemutus Tenaga ( PMT )
Tegangan pengenal PMT dirancang untuk lokasi yang ketinggiannya maksimum 1000 meter diatas permukaan laut. Jika PMT dipasang pada lokasi yang ketinggiannya lebih dari 1000 meter, maka tegangan operasi maksimum dari PMT tersebut harus dikoreksi dengan faktor yang diberikan pada tabel 1.
21
Tabel 1. Faktor Koreksi antara Tegangan vs Lokasi Proses Terjadinya Busur Api Pada waktu pemutusan atau penghubungan suatu rangkaian sistem tenaga listrik maka pada PMT akan terjadi busur api, hal tersebut terjadi karena pada saat kontak PMT dipisahkan , beda potensial diantara kontak akan menimbulkan medan elektrik diantara kontak tersebut, seperti ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 3.1 Pembentukan Busur Api Arus yang sebelumnya mengalir pada kontak akan memanaskan kontak dan menghasilkan emisi thermis pada permukaan kontak. Sedangkan medan elektrik menimbulkan emisi medan tinggi pada kontak katoda (K). Kedua emisi ini menghasilkan elektron bebas yang sangat banyak dan bergerak menuju kontak anoda (A). Elektron-elektron ini membentur molekul netral media isolasi dikawasan positif, benturan-benturan ini akan menimbulkan proses ionisasi. Dengan demikian, jumlah elektron bebas yang menuju anoda akan semakin bertambah dan muncul ion positif hasil ionisasi yang bergerak menuju katoda, perpindahan elektron bebas ke anoda menimbulkan arus dan memanaskan kontak anoda. Ion positif yang tiba di kontak katoda akan menimbulkan dua efek yang berbeda. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya tinggi, misalnya tungsten atau karbon, maka ion positif akan akan menimbulkan pemanasan di katoda. Akibatnya, emisi thermis semakin meningkat. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya rendah, misal tembaga, ion positif akan menimbulkan emisi medan tinggi. Hasil emisi thermis ini dan emisi medan tinggi akan
22
melanggengkan proses ionisasi, sehingga perpindahan muatan antar kontak terus berlangsung dan inilah yang disebut busur api. Untuk memadamkan busur api tersebut perlu dilakukan usaha-usaha yang dapat menimbulkan proses deionisasi, antara lain dengan cara sebagai berikut: 1.
Meniupkan udara ke sela kontak, sehingga partikel-partikel hasil ionisai dijauhkan dari sela kontak.
2.
Menyemburkan minyak isolasi kebusur api untuk memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi.
3.
Memotong busur api dengan tabir isolasi atau tabir logam, sehingga memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi.
4.
Membuat medium pemisah kontak dari gas elektronegatif, sehingga elektron-elektron bebas tertangkap oleh molekul netral gas ters ebut. Jika pengurangan partikel bermuatan karena proses deionisasi lebih
banyak daripada penambahan muatan karena proses ionisasi, maka busur api akan padam. Ketika busur api padam, di sela kontak akan tetap ada terpaan medan elektrik. Jika suatu saat terjadi terpaan medan elektrik yang lebih besar daripada kekuatan dielektrik media isolasi kontak, maka busur api akan terjadi lagi. PMT termasuk proteksi terhadap transmisi tenaga listrik. PMT dapat membuka dan menutup baik secara otomatis maupun secara manual. Sehingga, jika transmisi sedang dalam pemeliharaan, maka jaringan transmisi dapat diputus sementara. 3.4. Penerapan Peralatan Proteksi Transmisi Tenaga Listrik
Proteksi transmisi tenaga listrik diberlakukan di semua transmisi tenaga listrik.
Namun,
untuk
pemasangannya
hanya
berada
di
gardu
induk.
Pemasangannya pada saluran masuk ke gardu induk dan di saluran keluar garu induk. Sehingga jika jaringan transmisis terjadi gangguan, maka gardu induk tidak mengalami kerusakan. Jika terjadi kerusakan, maka kerusakannya minimal.
23
Kecuali kawat tanah. Kawat tanah dipasang diatas kawat fasa yang berfungsi untuk melindungi kawat fasa dari
sambaran petir.
Sehingga
pemasanggannya berada diseluruh jaringan transmisi tenaga listrik.
24
BAB IV KESIMPULAN & SARAN 4.1. Kesimpulan Keandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam transmisi sangat tergantung sekali dengan proteksi transmisi tenaga listrik. Oleh sebab itu dalam perencangan jalur transmisi tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisikondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem melalui analisa gangguan seperti gangguan petir, gangguan hubung singkat akibat alam, dan termasuk gangguan hilangnya kawat transmisi dikarenakan dicuri oleh manusia. Pada dasarnya gangguan dapat terjadi karena kegagalan operasi peralatan dalam sistem, kesalahan manusia dan karena alam. Gangguan yang disebabkan oleh alam, manusia tidak bisa mengelak lagi. Tetapi manusia bisa memperkecil kerusakan transmisis yang disebabkan oleh gangguan alam yakni dengan memasang kawat tanah.
4.2. Saran Bagi para pembaca, silahkan untuk melengkapi materi yang berada didalam makalah ini. Karena materi yang berada didalam makalah ini sangatlah sedikit. Dikarenakan waktu yang digunakan untuk membuat makalah ini sangat terbatas.
25
DAFTAR PUSTAKA Wahyudi, Fauzi Aditya,dkk.2010.Pengaman Surja Kawat Tanah. BALI : Universitas Udayana Tobing, Cristof. 2008. Rele Jarak Sebagai Proteksi Saluran Transmisi. DEPOK : Universitas Indonesia http://www.plnkalselteng.co.id/webpln/book/Buku%20Kelistrikan/OPERASI%20 &%20PEMELIHARAAN%20SISTEM%20PROTEKSI%20PENYALURAN.pdf http://arnoy24.wordpress.com/ http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/11/dasar-dasar-sistem-proteksi.html http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/09/relai-jarak-distance-relay.html http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/10/circuit-breaker-sakelar-pemutus.html
26
