BAB 1 PENDAHULUAN. Tahun-tahun belakangan ini, terjadi peningkatan penggunaan komponen

Transkripsi

1 1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Tahun-tahun belakangan ini, terjadi peningkatan penggunaan komponen elektronika daya baik sebagai beban maupun sebagai alat kontrol yang mengakibatkan bentuk tegangan dan arus menjadi non sinusoidal didalam sistem tenaga [1]. Komponen elektonika daya tersebut berupa beban-beban non linier antara lain pengendali putaran variabel baik arus bolak balik maupun arus searah (ac dan dc variable speed drive), model saklar suplai daya (switch mode power supply), pengatur daya semikonduktor (power semi conductor controller) dan beban non linier lainnya seperti lampu hemat energi, komputer dan pendingin udara (Air Condition). Peralatan peralatan ini memproduksi harmonisa didalam bentuk gelombang tegangan dan arus selama operasi [2]. Distorsi harmonisa adalah gejala berkaitan dengan bentuk gelombang. Beban non linier memproduksi komponen arus dan tegangan dengan frekuensi kelipatan dari frekuensi sistem fundamental. Komponen frekuensi yang lebih tinggi dari pada frekuensi fundamental (orde > 1) disebut harmonisa. Perubahan gelombang disebabkan oleh harmonisa ini disebut distorsi harmonisa. Umumnya amplitudo menurun dengan naiknya orde harmonisa dan harmonisa ke 3 yang paling penting [3]. Arus harmonisa dapat menyebabkan beberapa gangguan dalam rele proteksi arus lebih sehingga menimbulkan masalah dalam proteksi dan keandalan sistem

2

3 2 tenaga [4]. Umumnya pabrik mendisain rele beroperasi dalam bentuk gelombang tegangan dan arus sinusoidal fundamental. Operasi rele tidak lagi sesuai setelan atau karakteristik rele untuk kondisi bentuk gelombang non sinusoidal. Tiap komponen frekuensi harmonisa dapat memproduksi efek independen dan komulatif, menyebab kan nilai pick up berubah bergantung pada besar komponen harmonisa. Karena itu, rele tidak dapat tepat melaksanakan fungsi proteksinya [4]. Dengan kata lain rele tidak tepat beroperasi sesuai setelan arus dan atau setelan waktu yang telah dilakukan. Rele proteksi arus lebih ada dua jenis yaitu jenis elektromekanis dan jenis statis. Demikian juga rele proteksi arus lebih mempunyai karateristik Inverse (waktu terbalik) dimana karakteristik Inverse ada tiga jenis yaitu Standard Inverse, Very Inverse dan Extremely Inverse; Definite (D = waktu tertentu) dan Inst (sesaat). Rele ini berfungsi memproteksi transformator dan konduktor jaringan dari gangguan arus lebih. Gangguan arus lebih ini dapat menyebabkan kerusakan pada transformator dan konduktor jaringan. Secara sistem dapat menimbulkan pemadaman pada pelanggan dan berbahaya pada lingkungan. Jadi berakibat pada turunnya keandalan, kerugian ekonomi dan bahaya lingkungan. Jika terjadi gangguan arus lebih dan rele tidak bekerja (mal function) maka ini berakibat fatal seperti disebutkan diatas demikian juga jika rele trip lebih cepat maka peralatan yang diproteksi aman dari gangguan tapi mengakibatkan sering trip, sering start dan sering padam sehingga mengganggu koordinasi proteksi, peralatan listrik seperti transformator mengalami.

4

5 3 percepatan penuaan, rugi secara ekonomis karena listrik tidak terjual, citra perusahaan penyaluran listrik menurun dan kepercayaan investor juga menurun. Penyebab gangguan transformator 150/20 kv, misalnya di PLN P3BJB region Jakarta-Banten: 40 % gangguan pada sisi 20 kv karena Feeder 20 kv gagal trip, sehingga menyebabkan PMT incoming 20 kv transformator trip dan sebab lainnya; 19% akibat rele tidak bekerja sesuai ketentuan atau tidak sesuai setelan (malfunction) dan 10% belum diketahui penyebab gangguan karena masih dalam penelitian [5]. Pada sisi 20 kv transformator GI diproteksi hanya oleh rele arus lebih. Rele statis dipengaruhi dua hal penting yaitu variasi frekuensi dan distorsi harmonisa; dampaknya pada rele adalah trip tak tepat( incorrect trip ) [3]. Pada sisi 20 kv transformator Gardu Induk dan Penyulang 20 kv biasanya gangguan yang timbul adalah distorsi harmonisa. Jadi gangguan pada transformator Gardu Induk di PLN P3BJB tersebut patut dicurigai akibat harmonisa sehingga sekalipun arus beban belum mencapai arus pengenal atau arus setting tapi rele PMT sudah trip dan padam. Untuk rele arus lebih elektromekanis, pada karakteristik waktu terbalik (Inverse Time) tidak dapat beroperasi secara efektif dengan arus non sinusoidal yang terdiri dari beberapa komponen harmonisa. Lebih tinggi kandungan harmonisa pada sistem distribusi, semakin lambat operasi rele arus lebih [1]. Burak, dkk (2005) dan Tumiran, dkk (2007) sudah pernah melakukan penelitian tentang pengaruh harmonisa terhadap rele proteksi arus lebih elektromekanis berupa pengaruh THDi terhadap kinerja rele pada kurva arus-waktu terbalik (inverse) standar saja dengan hasil bahwa ketika THDi naik maka waktu

6 4 operasi rele bertambah lama sehingga rele elektromekanis tidak mampu memproteksi sistem dengan handal akibat komponen harmonisa dalam arus [1,2]. Pada rele proteksi arus lebih jenis statis, harmonisa berdampak pada kinerja operasinya yaitu rele lebih cepat trip dari waktu trip setting untuk karakteristik inverse baik untuk karateristik Standard Inverse, Very Inverse maupun Extremely Inverse ; sedangkan pada karateristik Definite, harmonisa tidak berpengaruh untuk Definite 2, 4 maupun Definite 8 detik demikian juga pada karateristik Inst dimana harmonisa juga tidak berdampak pada kinerja operasi rele. Perbedaan penelitian yang akan dilakukan penulis dengan penelitian yang pernah dilakukan oleh Burak, dkk dan Tumiran, dkk adalah seperti diperlihatkan dalam Tabel 1.1 berikut: No Tabel 1.1 Perbandingan penelitian Burak,dkk dan Tumiran,dkk dengan Penelitian Burak, dkk (2005) [2] dan Tumiran, dkk (2007) [1] : Harmonic Effects On EM OCR Penelitian: Analissis Dampak Harmonisa Terhadap Kinerja Rele Proteksi Arus Lebih Statis ; THDi vs SI THDIvs SI: THDi vs VI; THDi vs EI 2 -- THDi vs D THDi vs Inst 4 Kata kunci: Elektromekanis, rele, harmonisa, arus lebih. Kata kunci: statis, rele, harmonisa, arus lebih.

7 7 dimana : EM OCR = Electromechanics Over Current Relay Inst = Kurva arus-waktu Instantaneous ( waktu sesaat). THDi =Total Harmonics Distortion arus D = Kurva arus-waktu Difinite SI = Kurva arus-waktu Standard Inverse VI = Kurva arus-waktu Very Inverse EI = Kurva arus-waktu Extremely Inverse 1.2. Rumusan Masalah Sebagaimana diuraikan pada latar belakang masalah maka dapat dibuat rumusan masalah yaitu : Bagaimanakah dampak harmonisa terhadap kinerja operasi rele proteksi arus lebih jenis statis terhadap karakteristik arus-waktu terbalik baik terhadap jenis Standard Inverse, Very Inverse dan Extremely Inverse; waktu tertentu (D) maupun waktu sesaat(inst) Batasan Masalah Penelitian Penelitian ini dibatasi hanya pada analisis dampak harmonisa terhadap rele proteksi arus lebih statis dan yang banyak dipakai sebagai proteksi arus sisi 20 kv Transformator GI dan Feeder 20 kv di GI 150 /20 kv di PT. PLN (Persero). Dampak tersebut berupa dampak harmonisa terhadap kesesuaian kinerja rele dalam menepati

8 7 setting arus-waktu menurut pilihan kurva SI, VI dan EI; kurva D2; D4 dan D8 dan kurva Inst. Kemudian dianalisis mengapa dampaknya demikian Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisis dampak harmonisa terhadap keakuratan operasi rele proteksi arus lebih tipe statis dalam memenuhi setelan (setting) arus-waktu rele yaitu : a. Menganalisis dampak harmonisa terhadap kenerja operasi rele proteksi arus lebih jenis statis dalam karakteristik arus-waktu Standard Inverse, Very Inverse dan Extremely Inverse b. Menganalisis dampak harmonisa terhadap kenerja operasi rele proteksi arus lebih jenis statis dalam karakteristik arus-waktu Definite (Definite 2, Definite 4 dan Definite 8) c. Menganalisis dampak harmonisa terhadap kenerja operasi rele proteksi arus lebih jenis statis dalam karakteristik arus-waktu Instanstaneous Manfaat Penelitian Dengan mengetahui adanya gangguan ketelitian operasi rele proteksi arus lebih jenis statis akibat harmonisa maka koordinasi proteksi antara karakteristik arus-waktu rele proteksi arus lebih statis baik terhadap karakteristik arus-waktu ketahanan alat yang diproteksi maupun terhadap karakteristik arus-waktu alat proteksi lain perlu ditanggulangi dengan tepat sehingga rele dapat melaksanakan

9 7 fungsi proteksinya dengan tepat yaitu waktu trip rele memenuhi setting waktu trip rele dan toleransinya sehingga tidak menimbulkan kerugian akibat seringnya trip, seringnya padam sehingga menyebabkan percepatan penuaan seperti transformator, kerugian akibat menurunnya energi terjual dan citra perusahaan serta kepercayaan investor berkurang Sistematika Penulisan Dalam menyusun tesis ini, penulis membuat sistematika sebagai berikut: BAB 1 Berisikan pendahuluan yang mengemukakan gambaran umum mengenai tesis ini, latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisanan. BAB 2 Berisikan tinjauan pustaka tentang harmonisa, arus lebih, rele proteksi baik jenis elektromekanis maupun jenis statis, alat ukur dan beban. BAB 3 Berisikan metodologi penelitian tentang data apa saja yang diperlukan dan bagaimana data tersebut diperoleh serta bagaimana menganalisis data tersebut sehingga tujuan penelitian dapat dicapai. BAB 4 Berisikan hasil dan analisis data yang diperoleh sehingga tujuan penelitian tercapai BAB 5 Berisikan kesimpulan dan saran