BAB II SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK

Transkripsi

1 BAB II SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK 2.1. Sistem Tenaga Listrik Sistem tenaga listrik pada umumnya terdiri dari empat unsur utama. Pertama, unsur sistem pembangkitan tenaga listrik. Kedua, suatu sistem transmisi lengkap dengan gardu induk. Ketiga, adanya sistem saluran distribusi yang biasanya terdiri atas saluran distribusi primer dengan tegangan menengah (TM) dan saluran distribusi sekunder dengan tegangan rendah (TR). Gambar 2.1. Bagan Satu Garis Sistem Tenga Listrik 1

2 2.1.1.Sistem Pembangkitan Di pusat pembangkit, energi listrik dibangkitkan generator yang digerakan oleh energi mekanik penggerak mula. Energi mekanik berasal dari energi primer seperti air atau dari proses konversi energi primer ke kalor. Tegangan kerja pada sistem pembangkit adalah 0,4 kv hingga 33 kv, selanjutnya di Gardu Induk Pembangkit tegangan dinaikan menjadi 150 kv oleh transformator penaik tegangan untuk memasok sistem transmisi tegangan tinggi atau menjadi 500 kv untuk memasok sistem transmisi tegangan ekstra tinggi. Energi listrik berawal dari Pusat Tenaga Listrik (PTL), adapun Pusat Tenaga Listrik (PTL) tersebut dapat berupa suatu Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA), Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG), Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD), Pusat Listrik Tenaga Panas bumi (PLTP), ataupun Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU). Gambar 2.2. Pusat Pembangkit Tenaga Listrik (PLTU) 2

3 2.1.2.Sistem Transmisi dan Gardu Induk. Saluran transmisi digunakan untuk menyalurkan energi listrik pada tegangan ekstra tinggi atau tegangan tinggi dari Gardu Induk ke Gardu Induk lainnya, dapat berupa saluran udara atau saluran kabel tanah. Gardu Induk (GI) adalah suatu instalasi sarana penyaluran energi listrik yang terdiri dari peralatan-peralatan listrik yang berfungsi sebagai berikut : Transformasi energi listrik dari suatu tingkat tegangan kesuatu tingkat tegangan lainnya. Pengukuran, pengawasan operasi serta pengaturan proteksi dari sistem tenaga listrik. Berdasarkan lokasi dan fungsinya, GI dapat dibedakan atas : GI Pembangkit, yaitu GI yang terletak di Pusat Pembangkit Tenaga Listrik dan menggunakan transformator penaik-tegangan untuk mentransfer energi listrik melalui saluran transmisi. GI Beban yang terdiri dari penyulang transmisi dan penyulang transformator penurun-tegangan. Macam GI Beban : o GI Transmisi, fungsinya menerima pasokan energi listrik dari saluran transmisi tegangan tinggi/tegangan ekstra tinggi, menurunkan tegangan dan menyalurkan energi listrik ke GI lainnya melalui saluran transmisi tegangan tinggi. 3

4 o GI Distribusi, fungsinya menerima pasokan energi listrik dari saluran transmisi tegangan tinggi, menurunkan tegangan dan menyalurkan energi listrik ke Gardu-Gardu Distribusi melalui penyulang distribusi tegangan menengah. GI Pembangkit dan Beban, merupakan kombinasi dari dua macam GI tersebut diatas dapat terjadi jika pada lokasi Pusat Pembangkit Tenaga Listrik terdapat konsumen besar. Gardu Hubung, adalah gardu yang berfungsi hanya untuk switching dan transposisi penghantar tanpa kehadiran transformator penaiktegangan ataupun transformator penurun-tegangan. Gambar 2.3. Sistem Transmisi Tegangan Ektra Tinggi (SUTET) 4

5 Gambar 2.4. Sistem Gardu Induk (GI Beban) Sistem Distribusi Bagian yang letaknya paling dekat dengan konsumen adalah sistem distribusi yang berfungsi menyalurkan energi listrik dari GI Distribusi ke Gardu Distribusi atau ke Gardu Konsumen 20 kv melalui jaring distribusi primer 20 kv. Pada Gardu Distribusi tegangan 20 kv diturunkan menjadi 230/400 V untuk memasok konsumen tegangan rendah melalui jaring distribusi sekunder. 5

6 Gambar 2.5. Bagan Satu Garis Sistem Tenga Listrik 2.2. Pengertian Dasar Proteksi Fungsi Proteksi Fungsi proteksi adalah memisahkan bagian sistem yang terganggu sehingga bagian sistem lainnya dapat terus beroperasi, dengan cara sebagai berikut 1 : 1 Ir. Komari, Proteksi Sistem Tenaga Listrik, hal

7 1. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya pada bagian sistem yang diamankannya (fault detection). 2. Melepaskan bagian sistem yang terganggu (fault clearing). 3. Memberitahu operator adanya gangguan dan lokasinya (announciation). Untuk pengamanan bagian sistem yang lebih penting, digunakan sistem proteksi yang terdiri dari seperangkat peralatan proteksi yang komponen-komponennya adalah : 1. Relai Proteksi Sebagai elemen perasa yang mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya (fault detection). 2. Pemutus Tenaga (PMT) sebagai pemutus arus gangguan di dalam sirkit tenaga untuk melepaskan bagian sistem yang terganggu. Dengan kata lain membebaskan sistem dari gangguan (fault clearing). PMT menerima perintah (sinyal trip) dari relai proteksi untuk membuka. 3. Trafo Arus (CT) dan/atau Trafo Tegangan (PT) untuk meneruskan arus dan/atau tegangan dengan perbandingan tertentu dari sirkit primer (sirkit tenaga) ke sirkit sekunder (sirkit relai). 4. Catu daya (Batere) sebagai sumber tenaga untuk mentripkan PMT dan catu daya untuk relai (relai statik/relai digital) dan relai bantu (auxiliary relai). 5. Sistem pengawatan/wiring kontrol sebagai penghubung/instalasi dari CT/PT, Relai, PMT. Catudaya. 7

8 6. Sistem komunikasi untuk keperluan teleproteksi (khusus untuk relai jarak, proteksi tegangan tinggi). Jika salah satu komponen saja dari perangkat proteksi tidak bekerja sebagaimana mestinya, maka proteksi tersebut akan gagal bekerja. Jika proteksi bekerja sebagaimana mestinya, maka kerusakan yang parah akibat gangguan mestinya dapat dicegah atau jika gangguan disebabkan karena sudah ada kerusakan maka kerusakan ini dapat dibatasi sekecil-kecilnya. Hubungan antara komponen-komponen proteksi sebagai suatu sistem proteksi yang sederhana dapat dilihat pada gambar 2.6. dan 2.7. (Gambar 2.6. dari buku Proteksi Sistem Tenaga Listrik,Ir. Komari) (Gambar 2.7. dari buku Diklat Proteksi Modul IV, Jasdik Semarang) Gambar 2.6. Sistem Proteksi untuk Relai Arus 8

9 Perintah buka PMT C Transmisi PMT PMT PT Masukan besaran arus dan tegangan Relay Proteksi Sinyal kirim Sinyal terima Relay Proteksi Catu Daya (battere) Indikasi relai Data Scada Announciator Evaluasi Gangguan Gambar 2.7. Sistem Proteksi untuk Relai Arus dan Tegangan Kegagalan kerja proteksi dapat disebabkan antara lain oleh 2 : a. Relainya rusak atau tidak bekerja konsisten b. Setting relai tidak benar c. Catu daya (battere) lemah d. Gangguan pada mekanisme triping PMT e. Kegagalan saluran telekomunikasi teleproteksi f. Trafo arus jenuh g. Kesalahan pengawatan h. Interperensi frekwensi untuk relai elektronik 2 PT.PLN (Persero) Jasdik, Diktat Pelaksana Uji Relai Proteksi Modul 1, hal 2 9

10 2.2.2.Daerah Pengamanan (Zone of Protection) Sistem tenaga listrik terbagi kedalam seksi-seksi yang satu sama lain bisa dihubungkan atau dipisahkan melalui pemutus tenaga (PMT). Setiap seksi diamankan oleh suatu relai proteksi dan setiap relai mempunyai kawasan pengamanan. Kawasan pengamanan suatu relai proteksi adalah bagian dari sistem yang menjadi tanggung jawab relai proteksi itu untuk mendeteksi gangguan yang terjadi didalamnya dan dengan bantuan PMT memisahkan seksi yang terganggu itu dari bagian sistem lainnya, sebagai contoh relai dan daerah pengamanannya didalam suatu sistem tenaga listrik dapat dilihat pada gambar 2.8. dan 2.9. (Gambar 2.8. dan 2.9. dari buku Proteksi Sistem Tenaga Listrik, Ir. Komari) Gambar 2.8. Proteksi Sistem Tenaga Listrik dan Daerah Pengamanannya Keterangan : a. (1) Pengaman Utama Generator Trafo (Differential Relai). b. (2) Pengaman Cadangan Lokal Generator Trafo, 10

11 Pengaman Cadangan Busbar A (Over Current Relai). c. (3) Pengaman Utama Busbar A ( Differential Busbar). d. (4) Pengaman Utama Saluran AB (Distance Relai Zone 1 di A1). e. (5) Distance Relai Zone 2 di A1, Pengaman Utama Busbar B, Pengaman Cadangan-Jauh sebagian Trafo di B. f. (6) Distance Relai Zone 3 di A1, Pengaman Cadangan-Jauh Trafo di B sampai di Busbar C. g. (7) Pengaman Utama Trafo (Differential Relai). h. (8) Pengaman Cadangan Lokal Trafo (Over Current Relai 150 kv), Pengaman Cadangan-jauh Busbar C. i. (9) Pengaman Utama Busbar C (Over Current Relai 20 kv), Pengaman Cadangan-jauh saluran CD. j. (10) Pengaman Utama saluran CD (Over Current Relai di C1), Pengaman Cadangan-jauh saluran DE. k. (11) Pengaman Utama saluran DE (Over Current Relai di D) Pengaman Utama dan Pengaman Cadangan Ada kemungkinan suatu sistem proteksi gagal bekerja karena kegagalan komponennya, misalnya kegagalan/kelemahan battere, terputusnya rangkaian trip, gangguan mekanis pada PMT, kerusakan relai, dsb. Oleh karena itu sistem dilengkapi dengan pengaman cadangan disamping pengaman utamanya. Karena pengaman cadangan baru diharapkan bekerja jika pengaman utamanya gagal bekerja, maka 11

12 pengaman-pengaman cadangan disertai dengan waktu tunda (time delay) untuk memberi kesempatan kepada pengaman utama bekerja terlebih dahulu. Cara memberikan pengaman cadangan sebagai berikut 3 : a. Pengaman cadangan-lokal (lokal back up). b. Pengaman cadangan-jauh (remote back up). c. Pengaman kegagalan PMT. Pengaman cadangan-lokal terletak ditempat yang sama dan mentripkan PMT yang sama dengan pengaman utamanya, Sedangkan Pengaman cadangan-jauh terletak diseksi sebelah hulunya, jadi PMT yang trip juga PMT disebelah hulunya. Suatu relai (misalnya relai arus lebih atau relai impedans) dapat berfungsi rangkap, sebagai pengaman utama bagi seksinya sendiri sekaligus sebagai pengaman cadangan jauh bagi seksi berikutnya. Sudah barang tentu terjadi tumpang tindih (overlapping) antara daerah pengaman utama dan daerah pengaman cadangannya, baik cadangan-lokal maupun cadangan-jauh (gambar.2.4.). Ini berarti gangguan yang terjadi pada daerah pengaman utama akan dideteksi baik oleh pengaman utama maupun pengaman cadangan-lokal ataupun cadangan-jauhnya. Untuk menghindari terlepasnya dua seksi sekaligus (seksi daerah pengaman utama oleh relai pengaman utama dan seksi sebelah hulunya oleh relai pengaman-jauh), maka relai pengaman cadangan-jauh diberi waktu tunda. 3 Ir. Komari, Op.cit, hal

13 Gambar 2.9. Daerah Pengamanan Utama dan Pengamanan Cadangan PMT dapat gagal bekerja, misalnya karena lemahnya battere, terputusnya rangkaian trip, gangguan mekanis pada PMT atau kegagalan dalam memutuskan arus meskipun kontaknya sudah bergerak kearah membuka. Pengaman kegagalan PMT yaitu CB Failure Protection, mendeteksi arus gangguan pada PMT yang seharusnya sudah terbuka. Jika arus masih ada, yang berarti terjadi kegagalan PMT, pengaman kegagalan PMT ini (CB Failure Protection) akan bekerja dan mentripkan semua PMT terdekat disebelah hulunya yang mensupplai arus gangguan. Cara mendeteksi kegagalan PMT dilakukan oleh relai arus lebih yang mendeteksi masih adanya arus setelah PMT itu ditripkan oleh relai 13

14 proteksinya. Jadi pengaman kegagalan PMT ini baru bisa bekerja setelah menerima sinyal trip dari relai proteksinya untuk start. Jika relai proteksi utama dan cadangan lokalnya gagal, pengaman-pengaman PMT ini juga akan lumpuh karena sinyal trip dari relai proteksinya sebagai persyaratan untuk start tidak diterimanya, maka dalam hal ini menjadi tugas relai pengaman cadangan-jauh untuk mengamankannya. Sebagai contoh, (gambar.2.9.) jika terjadi gangguan di trafo tenaga 150/20 kv, maka relai proteksinya akan mentripkan PMT 150 kv trafo tersebut. Jika terjadi kegagalan pada PMT, maka pengaman kegagalan PMT (CB Failure Protection) akan bekerja dan mengirim sinyal trip ke kedua PMT saluran 150 kv di busbar B Persyaratan Terpenting Pengaman 4 Sistem proteksi harus memenuhi syarat sebagai berikut : a. Kepekaan (Sensitivity) Pada prinsipnya relai harus cukup peka, sehingga dapat mendeteksi gangguan di daerah pengamanannya, termasuk daerah pengamanan cadangan jauhnya, meskipun dalam kondisi yang memberikan deviasi yang minimum. Untuk relai arus lebih hubung-singkat yang bertugas pula sebagai pengaman cadangan-jauh bagi seksi berikutnya, relai itu harus dapat mendeteksi arus gangguan hubung singkat dua fasa yang terjadi diujung akhir seksi berikutnya dalam kondisi pembangkitan minimum. 4 Ir. Komari, Op.cit, hal

15 Sebagai pengaman peralatan seperti motor, generator atau trafo, relai yang peka dapat mendeteksi gangguan pada tingkatan yang masih dini sehingga dapat membatasi kerusakan. b. Keandalan (Reliability) Ada 3 aspek : b.1. Dependability Yaitu tingkat kepastian bekerjanya (keandalan kemampuan bekerjanya). Pada prinsipnya pengaman harus dapat diandalkan bekerjanya (dapat mendeteksi dan melepaskan bagian yang terganggu), tidak boleh gagal kerja. Dengan kata lain Dependability-nya harus tinggi. b.2. Security Yaitu tingkat kepastian untuk tidak salah kerja (keandalan untuk tidak salah kerja). Salah kerja adalah kerja yang semestinya tidak harus kerja, misalnya karena lokasi gangguan di luar daerah pengamanannya atau sama sekali tidak ada gangguan atau kerja yang terlalu cepat atau terlalu lambat. Salah kerja mengakibatkan pemadaman yang sebenarnya tidak perlu terjadi. Jadi prinsipnya pengaman tidak boleh salah kerja, dengan kata lain security-nya harus tinggi. 15

16 b.3. Availability Yaitu perbandinganantara waktu, dimana pengaman dalam keadaan berfungsi/siap kerja dan waktu total dalam operasinya. Untuk relai Elektromekanik, jika rusak/tidak berfungsi, tidak dapat diketahui segera, baru diketahui pada saat pengujian periodik atau ketika terjadi kegagalan atau salah kerja dalam gangguan yang sesungguhnya. Untuk relai Digital, karena dilengkapi dengan kemampuan memeriksa diri sendiri/internal, jika ada kerusakan di dalam, akan muncul alarm dan juga dilengkapi dengan kemampuan mendeteksi terputusnya sirkit trip, sirkit sekunder arus, dan sirkit sekunder tegangan, serta hilangnya tegangan searah (DC voltage) yang akan memberikan alarm sehingga bisa segera diperbaiki sebelum kegagalan proteksinya benar-benar terjadi. Jadi Availability dan keandalannya tinggi. c. Selektifitas (Selectivity) Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu yaitu hanya seksi atau peralatan yang terganggu saja yang menjadi daerah pengamanan utamanya. Pengaman yang demikian disebut pengaman yang selektif. Jadi relai harus dapat membedakan apakah: Gangguan terletak di daerah pengamanan utamanya, dimana relai tersebut harus bekerja cepat, atau 16

17 Gangguan terletak di seksi berikutnya, dimana relai tersebut harus bekerja dengan waktu tunda (sebagai pengaman cadangan-jauh), atau menahan diri untuk tidak trip, atau Gangguannya di luar daerah pengamanannya atau sama sekali tidak ada gangguan, dimana relai tersebut harus tidak bekerja sama sekali. Untuk itu relai-relai yang di dalam sistem terletak secara seri, dikoordinir dengan mengatur peningkatan waktu (time grading) atau peningkatan setting arus (current grading), atau gabungan dari keduanya. Untuk itulah relai dibuat dengan bermacam-macam jenis dan karakteristiknya. Dengan pemilihan jenis dan karakteristik relai yang tepat, spesifikasi trafo arus yang benar serta penentuan setting relai yang terkoordinir dengan baik, selektifitas yang baik dapat diperoleh. Pengaman utama yang memerlukan kepekaan dan kecepatan yang tinggi, seperti pengaman generator, trafo tenaga dan busbar pada sistem Tegangan Ekstra Tinggi (TET) dibuat berdasarkan prinsip kerja yang mempunyai daerah pengaman yang batasnya sangat jelas dan pasti, dan tidak sensitife terhadap gangguan di luar daerah pengamanannya sehingga sangat selektif tapi tidak bisa memberikan pengamanan cadangan bagi seksi berikutnya. Seperti relai Differensial. d. Kecepatan (Speed) Untuk memperkecil kerugian/kerusakan akibat gangguan, maka bagian yang terganggu harus dipisahkan secepat mungkin dari bagian sistem lainnya. Waktu total pembebasan sistem dari gangguan atau disingkat waktu 17

18 total pembebasan gangguan (total fault clearing time), adalah waktu sejak munculnya gangguan, sampai bagian yang terganggu benar-benar terpisah dari bagian sistem lainnya. t total = t start + t d + t PMT Persamaan 2.1. Waktu Total Pembebasan Gangguan Dimana : t total = Waktu total pembebasan gangguan t start = Waktu start relai (waktu kerja tanpa waktu tunda) t d = Waktu tunda relai untuk koordinasi t PMT = Waktu pemutusan arus gangguan PMT Dengan peralatan proteksi sekarang yang mempunyai t start sekitar milidetik, t PMT = 2-3 cycle (40-60 milidetik), maka t total pengaman utama tanpa tunda waktu, bisa kurang dari 100 milidetik/0,1 detik. Sistem Tegangan Ekstra Tinggi memerlukan t total = milidetik, sedangkan pengaman arus lebih pada Jaringan Tegangan Menengah (JTM) bisa mencapai beberapa detik, karena harus dikoordinir dengan pengaman disebelah hilirnya. Kecepatan pada relai itu penting untuk : Menghindari kerusakan secara thermis pada peralatan yang dilalui arus gangguan serta membatasi kerusakan pada alat yang terganggu. Mempertahankan kestabilan sistem. 18

19 Membatasi ionisasi (busur api) pada gangguan disaluran udara yang akan berarti memperbesar kemungkinan berhasilnya penutupan balik PMT (reclosing) dan mempersingkat dead time nya (interval waktu antara buka dan tutup). Untuk menciptakan selektifitas yang baik, mungkin saja suatu pengaman terpaksa diberi waktu tunda (t d ) namun waktu tunda itu harus sesingkat mungkin (seperlunya saja) Klasifikasi Relai 5 Berdasarkan Prinsip Kerja/Konstruksinya relai diklasifikasikan sebagai berikut : a. Relai Elektromekanis b. Relai Thermis c. Relai Gas d. Relai Tekanan Lebih/Mendadak e. Relai Statik f. Relai Digital (Mikroprosesor) Berdasarkan Fungsi/Besaran Inputnya diklasifikasikan sebagai berikut: a. Relai Arus Lebih b. Relai Tegangan Lebih/Kurang c. Relai Frekwensi Lebih/Kurang d. Relai Jarak (Relai Impedansi) 5 PT.PLN (Persero) Jasdik, Op.cit., hal 5 19

20 e. Relai Arah f. Relai Differensial g. Relai penutup Balik (recloser) h. Relai Synchron Check i. Relai Daya Balik Berdasarkan Karakteristiknya diklasifikasikan sebagai berikut: a. Relai Instantaneous/Momen yaitu relai tidak mempunyai waktu tunda/seketika. b. Relai Inverse yaitu relai yang waktu tundanya merupakan fungsi dari arus yang mengalir pada relai tersebut. Relai ini waktu kerjanya akan makin cepat mengikuti kenaikan arus gangguannya. c. Definite yaitu relai yang mempunyai waktu kerja yang tetap, waktu tundanya tidak tergantung besarnya arus gangguan, tetapi tergantung pada setelan waktu tunda yang ditetapkan. Berdasarkan Peranannya dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Pengaman Utama (Main Protection) 2. Pengaman Cadangan (Back-Up Protection) Berdasarkan Kerjanya relai dapat diklasifikasikan sebagai berikut : a. Arus Kerja (Pick Up) / Ip b. Arus Kembali (Drop Off) / Id 20

21 2.3. Sistem Proteksi dan Kontrol Penghantar Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) Pengertian Sistem proteksi bay penghantar adalah suatu sistem yang yang berfungsi untuk mengamankan/mengisolir penghantar (saluran udara/saluran kabel) tegangan tinggi atau tegangan ekstra tinggi dari gangguan temporer dan gangguan permanen yang terjadi pada penghantar tersebut. Secara umum, bagian dari sistem proteksi penghantar dapat digambarkan pada sebagai berikut: CT PT SALURAN TRANSMISI PT CT Sinyal Kirim Sinyal Terima RELAI PROTEKSI TP Sinyal Terima TP Sinyal Kirim RELAI PROTEKSI Rangkaian Kontrol Buka/Tutup PMT Rangkaian Kontrol Buka/Tutup PMT CATU DAYA CATU DAYA Gambar Komponen Sistem Proteksi SUTET Komponen sistem proteksi terdiri dari transformator arus (CT), transformator tegangan (PT/CVT), relai proteksi, pemutus tenaga (PMT), catu daya rangkaian pengawatannya (wiring) dan teleproteksi. 21

22 CT PT SALURAN TRANSMISI CT PT CATU DAYA RELAI PROTEKSI TP Sinyal Kirim Sinyal Terima Sinyal Terima Sinyal Kirim TP RELAI PROTEKSI CATU DAYA Gambar Komponen Sistem Proteksi SUTT Daerah kerja proteksi bay penghantar adalah daerah di antara 2 (dua) atau lebih CT pada gardu-gardu induk berhadapan yang disebut sebagai unit proteksi penghantar. Relai proteksi mempunyai bagian-bagian utama sebagai terlihat pada Error! Reference source not found. berikut: Gambar Komponen Utama Relai Proteksi Pola Proteksi Penghantar Proteksi penghantar yang umum digunakan adalah skema proteksi menggunakan relai jarak (distance relay) dan relai diferensial saluran (line current differential). Pola proteksi untuk bay penghantar dapat diklasifikasikan sebagai berikut. 22

23 Tabel 2.1. Pola Proteksi Penghantar 150 KV dan 70 KV Proteksi Utama Proteksi Cadangan SUTT 150 KV SKTT 150 KV SUTT 70 KV Distance Relay + Teleproteksi (TP) Line Current Differential Relay Line Current Differential Relay Pilot Wire Differential Relay Distance Relay + Teleproteksi (TP) Over Current Relay (OCR) + Ground Fault Relay (GFR) sebagai cadangan local, zona 2 dan zona 3 distance relay sebagai cadangan jauh. Tabel 2.2. Pola Proteksi Penghantar 500 KV Proteksi Utama Proteksi Utama Proteksi Cadangan (a) (b) Line Current Line Current Distance Relay & Differential Relay Differential Relay Directional Earth SUTET Fault (DEF) Distance Relay & Distance Relay & Remote Back up Directional Earth Directional Earth Fault (DEF) + TP Fault (DEF) + TP Line Differential Relay Line Differential Relay atau relai diferensial saluran adalah salah satu jenis proteksi utama pada penghantar yang bekerja berdasarkan pengukuran 23

24 perbedaan parameter arus. Prinsip kerja relai ini adalah sebagai berikut: perbandingan arus (Gambar 2.13), perbandingan arus skema arus seimbang (Gambar 2.14). SALURAN TRANSMISI CT RELAI PROTEKSI Saluran Komunikasi RELAI PROTEKSI CT Gambar Prinsip Kerja Skema Perbandingan Arus CT SALURAN TRANSMISI I1 I2 V R OP Rstab PILOT WIRE R OP Rstab V RELAI PROTEKSI RELAI PROTEKSI Gambar Prinsip Kerja Skema Arus Seimbang Khusus untuk skema arus seimbang digunakan pada proteksi saluran dengan pilot wire. Distance Relay Distance relay adalah salah satu jenis proteksi penghantar yang bekerja berdasarkan perbandingan nilai impedansi setelan terhadap impedansi pengukuran dari besaran arus dari CT dan tegangan dari 24

25 PT/CVT. Selain sebagai proteksi utama penghantar, relai ini juga berfungsi sebagai proteksi cadangan jauh terhadap proteksi utama penghantar di depannya. Proteksi utama pada distance relay adalah proteksi yang bekerja tanpa waktu tunda dengan jangkauan terbatas pada seksi (section) penghantar itu sendiri. Dengan mempertimbangkan faktor kesalahan (percentage error) CT, PT/CVT, relai proteksi, faktor keamanan (safety margin) dan parameter jaringan, maka zona 1 disetel menjangkau 80% dari impedansi saluran. Proteksi cadangan jauh pada distance relay adalah proteksi yang dicadangkan untuk bekerja apabila proteksi utama seksi di depannya gagal bekerja. Zona 2 umumnya disetel dengan jangkauan minimum mencapai impedansi saluran sampai dengan gardu induk di depannya dengan waktu tunda antara milidetik. Zona 3 disetel dengan jangkauan mencapai impedansi saluran sampai dengan 2 (dua) gardu induk di depannya atau (2 seksi penghantar berikut) dengan waktu tunda maksimum 1600 milidetik. Proteksi cadangan jauh tidak disetel sampai memasuki daerah impedansi transformator di depannya. Teleproteksi Agar dapat bekerja selektif dan seketika pada daerah unit proteksi, distance relai dilengkapi dengan teleproteksi. Teleproteksi merupakan rangkaian peralatan yang berfungsi untuk mengirim dan menerima sinyal dari gardu induk yang satu ke gardu induk lain di depannya atau yang berhadapan, untuk dapat memberikan perintah trip seketika. 25

26 Directional Earth Fault (DEF) DEF adalah relai arus lebih berarah yang bekerja mengamankan penghantar dari gangguan fasa ke tanah yang bersifat tahanan tinggi (high resistance) yang tidak terdeteksi oleh distance relay. Relai ini digunakan sebagai pelengkap distance relay. Ada 2 type DEF : - DEF Utama adalah DEF yang dilengkapi dengan teleproteksi. DEF ini akan bekerja seketika apabila menerima sinyal TP dari gardu induk di depannya. Untuk membedakan waktu kerja DEF utama dengan proteksi utama distance relay (zona 1) maka waktu kerja DEF utama ditunda antara 20 milidetik 100 milidetik. - DEF Back Up adalah DEF yang bekerja dengan waktu tunda lebih lama dari waktu tunda zona 3 distance relay (2 detik). DEF back up tidak memerlukan sinyal kiriman dari gardu induk di depannya. OCR/GFR OCR/GFR adalah relai arus lebih yang digunakan sebagai proteksi cadangan lokal pada proteksi penghantar. OCR digunakan untuk mengamankan penghantar dari gangguan fasa-fasa dan GFR digunakan untuk mengamankan penghantar dari gangguan fasa-tanah. 26

27 Skema Khusus Selain fungsi dan fitur tersebut di atas, pada kondisi tertentu, untuk keperluan pengoperasian sistem maka relai bay penghantar juga dapat dilengkapi dengan Voltage Relay dan Over Load Shedding (OLS). - Under/Over Voltage Relay UVR (relai tegangan kurang) adalah relai yang bekerja mendeteksi tegangan kurang pada bay penghantar.ovr (relai tegangan lebih) adalah relai yang bekerja mendeteksi tegangan lebih pada bay penghantar. Relai tegangan bekerja dengan waktu tunda. - Over Load Shedding (OLS) OLS adalah relai arus lebih yang difungsikan sebagai load shedding dengan cara melepas beban apabila terjadi kenaikan arus beban secara tibatiba yang disebabkan oleh pengalihan beban akibat trip-nya suatu penghantar/ibt Pola Proteksi Transformator Transformator tenaga dapat dikatakan sebagai jantung dari operasi penyaluran tenaga listrik (transmisi dan distribusi). Transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (kalau bisa terus menerus tanpa berhenti). Mengingat kebutuhan operasi seperti itu dan merupakan aset yang sangat mahal, maka diperlukan suatu sistem proteksi yang andal serta sistem pemeliharaan yang tepat. 27

28 Menurut Standar Perusahaan Umum Listrik Negara (SPLN) 52-1 : 1983 pola pengamanan transformator 150/66 kv, 150/20 kv dan 66/20 kv ditetapkan sebagai berikut : 1. Untuk semua transformator, tanpa pembatasan kapasitas dipasang relai suhu, relai bucholz atau relai tekanan mendadak, relai arus lebih waktu terbalik dan relai arus hubung tanah. 2. Untuk transformator 150/20 dan 66/20 kv berkapasitas sampai 10 MVA dipasang sakelar pemutus beban berpelebur pada sisi primer. 3. Untuk transformator berkapasitas lebih dari 10 MVA dipasang relai termis. 4. Untuk transformator berkapasitas 30 MVA atau lebih dipasang relai differensial dan relai gangguan tanah terbatas. Tabel 2.3. Pola Proteksi Transformator sesuai SPLN 52-1 : 1983 Kapasitas (MVA) No Jenis Proteksi 10 10<Kap<30 30 Keterangan P S P S P S 1 Relai Suhu 2) 2 Relai Bucholz, atau Relai tekanan mendadak 1) Relai ini menjatuhkan sisi primer 3 Relai Arus lebih waktu - terbalik 3) 4 Pelebur 1) Khusus tranformator 28

29 Kapasitas (MVA) No Jenis Proteksi 10 10<Kap<30 30 Keterangan P S P S P S 150/20 kv & 66/20 kv 5 Relai Arus Hubung Tanah - Menjatuhkan sisi primer 6 Relai Tangki Tanah Relai termis 2) Relai Differensial - - Relai ini mencakup sisi primer dan sekunder 9 Relai Gangguan Tanah Terbatas - - Terpasang pada semua lilitan Y Keterangan : ( ) dipasang ; ( - ) tidak dipasang ; ( P ) Primer ; ( S ) Sekunder Penjelasan : 1. Pada trafo berkapasitas sampai dengan 10 MVA, dengan memakai pelebur (no.4) sebenarnya tidak diperlukan relai bucholz, oleh karena relai bucholz ini seringkali sudah terpasang, maka relai bucholz hanya diperlukan sinyal alarmnya saja, sehingga pemutus-bebannya tidak diperlukan. Yang dimaksud dengan pelebur ialah sakelar berpelebur (Fused Load Break Switch) 2. Relai suhu dan relai termis membunyikan alarm terlebih dahulu pada suhu 50 0 C sebelum jatuh. 29

30 3. Pada semua transformator kumparan jatuh primer dan sekunder diparalel 4. Pada rel 66 kv transformator 150/66 kv & 66/20 kv,dimana dipasang tahanan untuk pentanahan netral sistem dipasang relai hubung tanah untuk mencegah tahanan menjadi terlalu panas Gambar memperlihatkan diagram satu garis suatu Gardu Induk 150/20 kv yang terdiri dari 2 (dua) transmisi 150 kv, Rel 150 kv, bay transformator 150/20 kv, Rel 20 kv serta penyulang 20 kv. Gambar Bagan Satu Garis Gardu induk 150/20 kv Macam Proteksi Transformator 1. Relai Bucholz Relai bucholz adalah relai yang berfungsi untuk mendeteksi gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang timbul disebabkan oleh: 30

31 a. Hubung singkat antar lilitan /dalam phasa. b. Hubung singkat antar phasa. c. Hubung singkat antar phasa ke tanah. d. Busur api listrik antar laminasi. e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik. Ke Konservator Tabung Jebakan Wiring Alarm dan Trip Ke Main Tank Gambar Relai Bucholz 2. Relai Tekanan Lebih (Suddent Pressure Rele) Relai ini berfungsi hampir sama seperti relai bucholz, yakni pengaman terhadap gangguan di dalam transformator. Bedanya relai ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung menjatuhkan PMT. 31

32 3. Relai Jansen (OLTC) Gambar Relai Suddent Pressure Relai Jansen (OLTC) berfungsi untuk mendeteksi gangguan yang terjadi di tangki Tap Changer. Gambar Relai Jansen (OLTC) 32

33 4. Relai Suhu/Temperatur Relai Suhu berfungsi untuk mencegah/mengamankan transformator dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas lebih yang disebabkan beban lebih. Besaran yang diukur di dalam relai ini adalah kenaikan temperatur. Gambar Relai Suhu/Temperatur 5. Relai Differensial Relai Differensial berfungsi mengamankan transformator dari gangguan di dalam transformator antara lain, hubung singkat antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki. 6. Relai Hubung Tanah Terbatas/Restricted Earth Fault (REF) Relai hubung tanah terbatas atau Restricted Earth Fault (REF) berfungsi untuk mengamankan transformator bila ada gangguan satu fasa ke 33

34 tanah di dekat titik netral transformator yang tidak dirasakan oleh relai differensial. 7. Relai Arus Lebih Relai Arus Lebih berfungsi mengamankan transformator dari arus yang melebihi nilai setting dari transformator tersebut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat. 8. Fire Protection. Kegagalan-kegagalan Trafo Tenaga umumnya disebabkan oleh Break Down isolasi pada bagian internal Trafo. Adanya energi busur listrik akan diikuti kenaikan temperatur dan tekanan yang sangat cepat di dalam tangki Trafo. Terbakarnya minyak pada jumlah tertentu dapat mengakibatkan tekanan yang sangat tinggi kearah luar melalui kisaran bidang tertentu dan dapat langsung diikuti nyala api. Salah satu peralatan proteksi yang dapat mencegah api dan ledakan yang merusak Trafo adalah SERGI yang metode pengamanannya disebut sebagai pengaman Trafo dari ledakan dan kebakaran. 34

35 Gambar Fire Protection / SERGI 35

36 2.4.2.Daerah Proteksi Transformator Gambar memperlihatkan diagram satu garis daerah proteksi transformator 150/20 kv di Gardu Induk yang dilengkapi dengan relai proteksi serta daerah proteksi untuk masing-masing relai proteksi yang ditunjukkan oleh arah panah. Gambar Daerah Proteksi Transformator Tenaga 36

37 Pada tabel 2.4. diperlihatkan jenis gangguan pada transformator tenaga yang mungkin terjadi, proteksi utama dan proteksi cadangan serta hubungan antara gangguan tersebut dengan akibatnya apabila terjadi kegagalan proteksi. Tabel 2.4. Jenis Gangguan, Proteksi dan Akibat Gagal Proteksi No Jenis gangguan Proteksi Utama Cadangan Akibat Differensial 1 Hubung singkat internal RHTT Bucholz Tangki tanah RAL RHT kerusakan pada isolasi kumparan atau inti tangki menggelembung Tekanan Lebih 2 Hubung singkat eksternal - RAL RHT kerusakan pada isolasi atau kumparan 3 Beban lebih Relai suhu RAL RBL kerusakan isolasi 4 Gangguan sistem pendingin Relai suhu - kerusakan isolasi 5 Gangguan pada OLTC Jansen Tekanan Lebih - kerusakan OLTC 6 Tegangan lebih OVR Arrester - kerusakan isolasi 37