ANALISIS PENYEBAB KEGAGALAN KERJA SISTEM PROTEKSI PADA GARDU AB

Transkripsi

1 ANALISIS PENYEBAB KEGAGALAN KERJA SISTEM PROTEKSI PADA GARDU AB 252 Oleh Vigor Zius Muarayadi ( ) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Sistem proteksi jaringan tenaga listrik adalah sistem yang berfungsi mengamankan sistem tenaga listrik dari gangguan listrik atau beban lebih, dengan cara memisahkan bagian sistem tenaga listrik yang terganggu, sehingga sistem kelistrikan yang tidak terganggu dapat terus bekerja mengalirkan arus listrik. Sistem proteksi yang baik harus memenuhi kriteria sensitif, selektif, aman, dan cepat. Kasus kegagalan kerja sistem proteksi pada Gardu AB 252, merupakan kasus sistem proteksi yang tidak memenuhi kriteria. Oleh karena itu, perlu dilakukan analisis untuk mengetahui penyebab kegagalan kerja, dengan harapan dapat dicari solusi dari akar permasalahannya dan kasus yang sama tidak terulang kembali. Metode penelitian yang digunakan adalah studi pustaka dan studi lapangan untuk melakukan pengujian ketepatan desain, ketepatan konstruksi, dan ketepatan peralatan. Setelah dilakukan perhitungan arus hubung singkat, pemeriksaan konstruksi secara visual, dan pengujian peralatan, diperoleh kesimpulan bahwa kegagalan kerja sistem proteksi disebabkan kesalahan desain pemasangan CT. CT yang dipasang di Gardu AB 252 memiliki titik jenuh di bawah arus gangguan yang berpotensi terjadi.. Kata kunci : sistem proteksi, kegagalan kerja, analisis, solusi, kesalahan desain, CT jenuh. I. PENDAHULUAN Sistem proteksi jaringan tenaga listrik adalah sistem yang berfungsi mengamankan sistem tenaga listrik dari gangguan listrik atau beban lebih, dengan cara memisahkan bagian sistem tenaga listrik yang terganggu, sehingga sistem kelistrikan yang tidak terganggu dapat terus bekerja mengalirkan arus listrik. Pada hakekatnya, pengaman pada sistem tenaga listrik mengamankan seluruh sistem tenaga listrik supaya kehandalan tetap terjaga. PT. PLN (Persero) memiliki kebijakan untuk menggunakan gabungan trafo arus, relay elektronik, dan pemutus tenaga sebagai sistem proteksi untuk pelanggan dengan daya kontrak di atas 197 kva. Sistem proteksi ini berfungsi sebagai pembatas daya pelanggan dan pengaman sistem tenaga listrik dari arus hubung singkat yang mungkin terjadi di instalasi pelanggan. Pelanggan G adalah pelanggan PT. PLN (Persero) Distribusi Jakarta Raya dan Tangerang dengan daya kontrak 2425 kva dan mendapat suplai dari Gardu AB 252, Penyulang Nyaman, GI Kemayoran. Sesuai kebijakan PT. PLN (Persero), sistem proteksi yang dipasang untuk pelanggan Gardu AB 252 adalah sistem proteksi menggunakan trafo tegangan, trafo arus, relay elektronik, dan pemutus tenaga. Seperti disebutkan sebelumnya, sistem proteksi di Gardu AB 252 berfungsi mengamankan seluruh sistem tenaga listrik supaya kehandalan tetap terjaga. Pada tanggal 23 Agustus 2014 pukul 4:02, terjadi gangguan di instalasi pelanggan Gardu AB 252. Seharusnya, sistem proteksi di Gardu AB 252 bekerja memutuskan aliran listrik dan mengisolasi daerah yang terganggu (dalam hal ini, instalasi pelanggan), tetapi sistem proteksi Gardu AB 252 tidak bekerja, sehingga arus gangguan tetap mengalir pada jaringan dan memicu sistem proteksi Penyulang Nyaman bekerja. Kegagalan kerja sistem proteksi di Gardu AB 252 menyebabkan sistem proteksi Penyulang Nyaman bekerja dan mengakibatkan pemadaman yang meluas. Dari sisi teknis, pemadaman yang meluas menurunkan kehandalan jaringan distribusi PT. PLN (Persero). Dari sisi ekonomis, pemadaman yang meluas merugikan PT. PLN (Persero) karena 1

2 tidak dapat menjual energi listrik pada daerah yang tidak mengalami gangguan. Selain itu, pemadaman yang meluas juga memberikan citra yang buruk di mata masyarakat. Oleh karena itu, kegagalan sistem proteksi di Gardu AB 252 harus dianalisis dan ditemukan penyebabnya, dengan harapan hasil analisis ini dapat dipergunakan sebagai dasar pengambilan langkah perbaikan agar kasus yang sama tidak terulang kembali. II. SISTEM PROTEKSI 20 KV Suatu sistem tenaga listrik tidak selamanya berjalan ideal, karena dalam kenyataannya dapat terjadi suatu kondisi abnormal (seperti adanya gangguan atau terjadinya short circuit). Kondisi abnormal tersebut dapat membahayakan sistem secara keseluruhan, sehingga diperlukan adanya sistem proteksi yang dapat meminimalkan efek dari kondisi abnormal tersebut. Fungsi dari sistem proteksi adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih normal (tidak terganggu) serta sekaligus mengamankan bagian yang masih normal tersebut dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar. Gangguan pada sistem tenaga listrik dapat terjadi di pembangkit, jaringan transmisi maupun jaringan distribusi. Dimanapun gangguan itu terjadi, sistem proteksi harus dapat mengidentifikasi dan memisahkan bagian yang terganggu secepat mungkin. Relay proteksi sebagai komponen utama sistem proteksi tenaga listrik dalam melaksanakan tugasnya yaitu untuk mengidentifikasi gangguan, harus memenuhi beberapa persyaratan keandalan, yaitu: 1. Sensitivitas Merupakan kemampuan sistem proteksi untuk mengidentifikasi adanya ketidaknormalan atau gangguan yang berada di dalam daerah yang diproteksinya. 2. Selektivitas Koordinasi dari sistem proteksi, dimana jika terjadi gangguan, relay hanya membuka pemutus tenaga yang diperlukan saja (tidak menyebabkan pemutusan/pemadaman jaringan yang lebih luas). 3. Keamanan Kemampuan sistem proteksi untuk menjamin peralatan proteksi akan bekerja jika terjadi suatu gangguan dan tidak akan bekerja jika tidak terjadi gangguan. 4. Kecepatan Ketika terjadi gangguan, komponen proteksi harus dapat memberikan respon waktu yang tepat, sesuai dengan koordinasi yang diinginkan. Sistem proteksi tenaga listrik pada umumnya terdiri dari beberapa komponen yang dirancang untuk mengidentifikasi kondisi sistem tenaga listrik dan bekerja berdasarkan informasi yang diperoleh dari sistem tersebut, seperti arus, tegangan, atau sudut fasa antara keduanya. Informasi yang diperoleh dari sistem tenaga listrik akan digunakan untuk membandingkan besarannya dengan besaran ambang-batas (threshold setting) pada peralatan proteksi. Apabila besaran yang diperoleh dari sistem melebihi setting ambang-batas peralatan proteksi, maka sistem proteksi akan bekerja untuk mengamankan kondisi tersebut. Peralatan proteksi pada umumnya terdiri dari beberapa elemen yang dirancang untuk mengamati kondisi sistem dan melakukan suatu tindakan berdasarkan kondisi sistem yang diamatinya. Skema Elemen Proteksi Sistem Tenaga Listrik III. KOMPONEN SIMETRIS 3.1. Komponen Urutan Positif Merupakan komponen yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 120 o, dan mempunyai urutan fasa yang sama dengan fasor aslinya (ditandai dengan subscript 1). 2

3 3.2. Komponen Urutan Negatif Merupakan komponen yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lain dengan fasa sebesar 120 o, dan mempunyai urutan fasa yang berlawanan dengan fasor aslinya (ditandai dengan subscript 2) Komponen Urutan Nol Merupakan komponen yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya dan tidak ada pergeseran fasa antara fasor yang satu dengan yang lain (ditandai dengan subscript 0). Komponen Simetris IV. DATA Gardu AB 252 adalah Gardu yang melayani pelanggan dengan daya kontrak 2425 kva, dengan pembatas arus di sisi tegangan menengah sebesar 70 Ampere. Gardu AB 252 mendapat suplai daya dari Penyulang Nyaman, Trafo 1, GI Kemayoran Trafo Tenaga GI Kemayoran Data teknis trafo tenaga yang diperlukan untuk melakukan perhitungan arus hubung singkat adalah sebagai 1. Kapasitas : 60 MVA 2. Impedansi trafo : % 3. Tegangan primer : 150 kv 4. Tegangan sekunder : 20 kv 5. Belitan delta : Ada 6. Kapasitas belitan delta : 20 MVA 7. Tahanan pentanahan netral : 12 Ω 4.3. Penghantar Penyulang Nyaman Penghantar P. Nyaman AB Instalasi Gardu AB 252 Daerah Proteksi Penyulang Nyaman 4.1. Arus Hubung Singkat di Rel 150 kv GI Kemayoran Impedansi Sumber GI Kemayoran Instalasi Gardu AB 252 Arus Hubung Singkat Rel 150 kv Instalasi Gardu AB 252 adalah LBS Incoming, LBS Outgoing, dan CBOM (Circuit Breaker Output Metering) 3

4 4.5. Sistem Proteksi Gardu AB 252 Komponen sistem proteksi yang terdapat pada CBOM Gardu AB 252 adalah trafo tegangan, trafo arus, relay proteksi, dan sistem mekanik pemutus tenaga. a. Trafo tegangan Trafo tegangan pada Gardu AB 252 berfungsi untuk menurunkan tegangan sistem distribusi (20 kv) menjadi tegangan suplai untuk peralatan pengukuran dan proteksi, yaitu 100 Volt. Trafo tegangan juga digunakan sebagai alat sampling untuk input pengukuran. tidak. Apabila arus yang mengalir merupakan arus gangguan yang melebihi nilai settingnya, relay akan menutup kontak trip untuk mengirimkan perintah trip ke komponen mekanik pemutus tenaga. Relay Proteksi AB 252 Nameplate Trafo Tegangan AB 252 b. Trafo arus Trafo arus pada Gardu AB 252 berfungsi untuk menurunkan arus yang mengalir menjadi arus nominal sesuai kemampuan pengukuran relay. Trafo arus juga digunakan sebagai alat sampling untuk input pengukuran. Nameplate Trafo Arus AB 252 c. Relay proteksi Relay proteksi digunakan sebagai komponen pengambil keputusan (decision making) yang berfungsi menentukan apakah arus yang mengalir melewatinya merupakan arus gangguan yang perlu diamankan atau Parameter yang diaktifkan berikut besaran setting pada relay terpasang di Gardu AB 252 adalah sebagai VT : 20 3 kv / V CT : 75.0 / 5.0 A Thermal Overload (49) : 70 A / DEF / 5 minutes Over Current (51) : 125 A / SIT / 0.05 tms Over Current Hi-Set (51) : 625 A / DEF / 0.00 ms Ground Fault (51N): 32 A / SIT / 0.05 tms Ground Fault Hi-Set (51N) : 160 A / DEF / 0.00 ms d. Pemutus tenaga Pemutus tenaga yang digunakan pada Gardu AB 252 menggunakan Gas SF6 sebagai media peredam busur api. Pemasangan pemutus tenaga terintegrasi di dalam kubikel CBOM. Pemutus tenaga ini berfungsi untuk membuka aliran arus listrik pada saat relay merasakan arus gangguan hubung singkat. Untuk dapat membuka 4

5 aliran arus listrik, pemutus tenaga menggunakan komponen-komponen mekanik dibantu dengan komponen elektronik, yaitu kumparan pemutus (tripping coil). V. ANALISIS DAN PERHITUNGAN 5.1. Penyebab Kegagalan Kerja Sistem Proteksi Kasus kegagalan kerja sistem proteksi di Gardu AB 252 dapat disebabkan karena faktor penyebab sebagai a. Kesalahan perencanaan (desain sistem proteksi), merupakan kegagalan sistem proteksi yang diakibatkan karena kesalahan pemilihan komponen sistem proteksi yang tidak mampu bekerja saat terjadi gangguan hubung singkat. b. Kesalahan konstruksi, merupakan kegagalan sistem proteksi yang disebabkan karena kesalahan pemasangan komponen sistem proteksi yang membuat komponen sistem proteksi tidak dapat bekerja sebagaimana fungsinya. c. Kesalahan instrumen, merupakan kegagalan sistem proteksi karena komponen sistem proteksi yang terpasang tidak dapat bekerja sesuai dengan desain dan fungsinya 5.2. Pengujian Desain Perencanaan Pengujian desain perencanaan dilakukan perhitungan ulang mengenai arus gangguan hubung singkat dan kesesuaian komponen yang terpasang saat ini. Perhitungan arus hubung singkat dilakukan sepanjang penghantar mulai dari rel 150 kv GI Kemayoran sampai dengan incoming instalasi pelanggan Gardu AB 252 menggunakan data yang sudah dipaparkan pada poin IV. instalasi pelanggan pada titik 5% panjang jaringan dihitung menggunakan persamaan sebagai (% ),, (,, ) (, (,, )),, 8940,6 A b. Arus Hubung Singkat 2 Fasa Arus gangguan hubung singkat 2 fasa yang berpotensi terjadi pada penghantar dari AB 252 sampai dengan instalasi pelanggan pada titik 5% panjang jaringan dihitung menggunakan persamaan sebagai ; Z 1 eq = Z 2 eq ( (% )) (,, (,, ) (. (,, ))) (,, ) 7742,7 A c. Arus Hubung Singkat 1 Fasa Arus gangguan hubung singkat 1 fasa yang berpotensi terjadi pada penghantar dari AB 252 sampai dengan instalasi pelanggan pada titik 5% panjang jaringan dihitung menggunakan persamaan sebagai a. Arus Hubung Singkat 3 Fasa Arus gangguan hubung singkat 3 fasa yang berpotensi terjadi pada penghantar dari AB 252 sampai dengan 5

6 d. Perhitungan Kejenuhan CT Titik jenuh dari CT dapat dihitung menggunakan persamaan n = n x Perhitungan arus hubung singkat dilakukan pada titik-titik jaringan, dengan kelipatan 5% panjang jaringan. Arus hubung singkat pada titik 0% adalah arus hubung singkat yang terjadi tepat di outgoing Gardu AB 252, sedangkan arus hubung singkat pada titik 100% adalah arus hubung singkat tepat pada incoming instalasi pelanggan. Arus Hubung Singkat AB 252 Inst. Pelanggan dimana; S n : Burden pengenal (VA) S : Burden sesungguhnya (VA) I sn : Arus pengenal sekunder (A) R ct : Tahanan dalam CT (ohm) n ALF : Accuracy limit factor n = n x, n = 10 x, n = 10 x,, n = 14,255 Dengan kelas proteksi 5P10 dan burden CT 10 VA, CT terpasang pada Gardu AB 252 akan jenuh pada arus 14,255 kali arus pengenalnya, atau sama dengan 14,255 x 75 A = 1069,125 Ampere pada sisi primer. Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat menunjukkan bahwa arus hubung singkat maksimal adalah arus gangguan hubung singkat 3 fasa sebesar 8940,6 A dan arus hubung singkat minimal adalah arus hubung singkat 1 fasa sebesar 902,2 A. Titik jenuh CT yang terpasang di Gardu AB 252 saat ini memiliki titik jenuh pada saat dialiri arus sebesar 1069,125 A. Dengan kondisi saat ini, CT terpasang akan mengalami kejenuhan pada saat terjadi gangguan hubung singkat dua fasa dan tiga fasa. Hal ini menunjukkan terjadi kesalahan desain, sehingga CT yang terpasang tidak dapat mengatasi arus gangguan maksimal yang berpotensi terjadi. 6

7 5.3. Pengujian Konstruksi Pengujian konstruksi pemasangan komponen sistem proteksi dilakukan untuk memastikan bahwa koneksi terminal antara CT, relay, power supply, dan sistem mekanik pemutus tenaga sudah benar dan tidak ada kesalahan yang mengakibatkan kegagalan kerja sistem proteksi. Skema Konstruksi Sistem Proteksi AB 252 kesalahan peralatan antara lain adalah kesalahan rasio CT, kesalahan rasio VT, relay tidak memberikan perintah trip meskipun sudah merasakan arus gangguan, dan tripping coil yang tidak bekerja pada saat diberi perintah trip oleh relay. Kemampuan peralatan harus diuji untuk membuktikan apakah peralatan masih dapat bekerja sesuai fungsinya atau tidak. a. Tes Rasio CT Tes rasio CT dilakukan untuk mengetahui kemampuan CT untuk mentransformasikan arus dari sisi primer ke sisi sekunder. Pengujian rasio CT dilakukan menggunakan alat single phase relay test set merk SMC tipe PTE-100-C. Cara pengujian rasio CT adalah mengalirkan arus di sisi primer CT dan mengukur arus sekunder menggunakan ampere meter. Arus primer dan arus sekunder kemudian dibandingkan untuk mengetahui persentase kesalahan CT. Terminal Relay Gardu AB 252 Komponen sistem proteksi pada Gardu AB 252 sudah tersambung dengan tepat pada terminal-terminalnya sesuai dengan fungsi masing-masing komponen. Dapat diambil kesimpulan bahwa kegagalan kerja sistem proteksi Gardu AB 252 bukan disebabkan karena kesalahan konstruksi Pengujian Instrumen Kegagalan kerja sistem proteksi juga dapat disebabkan karena kesalahan individu peralatan sistem proteksi. Contoh Hasil pengujian rasio CT menunjukkan bahwa CT masih dalam kondisi baik dan CT memiliki akurasi di atas 99 persen, sehingga dapat disimpulkan bahwa CT tidak mengalami 7

8 error pada saat dialiri arus sesuai arus nominalnya. b. Tes Rasio VT Hasil pengujian rasio VT menunjukkan bahwa VT yang dipasang pada Gardu AB 252 memiliki akurasi di atas 99 persen, sehingga VT dapat memberikan tegangan yang cukup untuk menyuplai relay dan tripping coil. c. Tes Fungsi Sistem Proteksi Pengujian Sistem Proteksi Hasil pengujian fungsi sistem proteksi di Gardu AB 252 menunjukkan bahwa relay dan tripping coil dapat bekerja dengan baik pada saat arus gangguan mengalir pada terminal arus relay. VI. KESIMPULAN 1. Kegagalan sistem proteksi yang terjadi di Gardu AB 252 disebabkan karena kesalahan desain pemilihan CT. 2. CT proteksi yang dipasang pada Gardu AB 252 mengalami kejenuhan pada saat terjadi arus hubung singkat. 3. Kejenuhan CT menyebabkan tidak ada arus yang mengalir pada terminal sekunder CT yang terhubung ke relay, sehingga relay proteksi tidak merasakan adanya arus gangguan, dan relay tidak bekerja untuk memberi perintah trip pada pemutus tenaga. 4. Kegagalan kerja sistem proteksi pada Gardu AB 252 menyebabkan sistem proteksi pada daerah kerja di atasnya bekerja memutuskan arus gangguan, dalam kasus ini adalah relay di outgoing penyulang Nyaman. VII. SARAN 1. Pemilihan CT proteksi dengan titik jenuh di atas arus hubung singkat maksimal yang berpotensi terjadi. 2. Pengujian titik jenuh pada CT yang sudah terpasang pada gardu-gardu dan sistem proteksi existing. 3. Pemasangan CT proteksi dengan titik jenuh di atas arus hubung singkat maksimal dan relay proteksi tambahan sebagai sistem proteksi back up, agar pemutus tenaga existing dapat bekerja pada saat terjadi gangguan hubung singkat. VIII. DAFTAR PUSTAKA 1 Argo Dahono, Pekik Ketidakseimbangan Tegangan dan Pengaruhnya. Diambil dari: 15/ketidakseimbangan-tegangan-danpengaruhnya/ (22 Februari 2015). 2 Arus Hubung Singkat GI / GITET P3B Jawa Bali Semester 2 Th 2013 Untuk Perhitungan Sistem Proteksi PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 3 Kadarisman, Pribadi Perhitungan Hubung Singkat dan Koordinasi OCR. Jakarta: Workshop Pengaman Jaringan Distribusi. (23 Juli 2014) 4 Mardensyah, Adrial Studi Perencanaan Koordinasi Sistem Proteksi. Jakarta: Fakultas Teknik Universitas Indonesia. 5 Sarimun N., Wahyudi Pengaruh Instrument Pengukuran Pada Meter Transaksi Tenaga Listrik. 6 Single Line Diagram 20 kv Area Bandengan Jakarta: PT. PLN (Persero) Distribusi Jakarta Raya dan Tangerang Area Bandengan. 7 SPLN 76 : 1987, Transformator Arus Jakarta: Departemen Pertambangan dan Energi, Perusahaan Umum Listrik Negara. 8