BAB II GARDU INDUK 2.1 PENGERTIAN DAN FUNGSI DARI GARDU INDUK Gardu Induk merupakan suatu instalasi listrik yang terdiri atas beberapa perlengkapan dan peralatan listrik dan menjadi penghubung listrik dari jaringan transmisi ke jaringan distribusi primer, seperti dapat dilihat pada gambar 2.1[4]. Gambar 2.1 Gardu Induk Pada gambar 2.1 dapat dilihat komponen-komponen gardu induk. Untuk dapat bekerja dalam suatu instalasi listrik, maka gardu induk terdiri atas beberapa peralatan diantaranya adalah: a. Transformator daya, dapat difungsikan untuk menyalurkan besaran daya tertentu dengan mengubah besaran tegangannya. Transformator daya yang digunakan di gardu induk ada yang berupa satu transformator fasa tiga ataupun tiga transformator fasa tunggal. Jika transformator fasa tiga dibandingkan dengan tiga transformator fasa tunggal yang kapasitasnya sama, didapati bahwa berat transformator fasa tiga kira-kira sebesar 80% dari berat tiga transformator fasa tunggal. Transformator fasa tiga juga lebih menguntungkan dalam hal pondasi, wiring, dan ruang yang diperlukan. Kelebihan menggunakan transformator fasa 4
tunggal yaitu apabila diperlukan transformator cadangan, maka untuk transformator fasa tunggal cukup ditambahkan satu transformator fasa tunggal saja sehingga menjadi empat transformator fasa tunggal, jadi sangat ekonomis. Namun, jika dalam suatu gardu induk terdapat banyak transformator, maka transformator fasa tiga lebih menguntungkan. Pada saat ini transformator fasa tiga seperti dapat dilihat pada gambar 2.2 lebih banyak digunakan. Gambar 2.2. Trafo daya (power transformer) b. Trafo pemakaian sendiri (PS) seperti pada gambar 2.3, digunakan untuk membantu beroperasinya secara keseluruhan suatu gardu induk, dan merupakan pasokan utama untuk alat-alat bantu seperti motor-motor listrik fasa 3 yang digunakan pada motor pompa sirkulasi minyak trafo beserta motor-motor kipas pendingin. Yang paling penting adalah sebagai pemasok utama sumber tenaga cadangan seperti sumber DC, dimana sumber DC ini merupakan sumber utama jika terjadi gangguan dan sebagai pasokan tenaga untuk proteksi sehingga proteksi tetap bekerja walaupun tidak ada pasokan arus AC. 5
Gambar 2.3.Trafo pemakaian sendiri c. Trafo arus (current transformer) seperti pada gambar 2.4, digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan ampere lebih yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Jika arus yang mengalir pada tegangan rendah dan besarnya dibawah 5 ampere, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung sedangkan untuk arus yang mengalir besar maka harus dilakukan secara tidak langsung dengan menggunakan trafo arus (sebutan untuk trafo pengukuran arus yang besar). Disamping itu trafo arus juga berfungsi untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. Gambar 2.4. Trafo arus 6
d. Trafo tegangan (Potensial Transformer) seperti pada gambar 2.5, merupakan trafo fasa tunggal yang dapat menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan rendah yang dapat diukur dengan voltmeter yang berguna untuk indikator, relai dan alat sinkronisasi. Gambar 2.5. Trafo tegangan e. Pemutus tenaga (PMT), berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan pada saat rangkaian berbeban (pada kondisi arus beban normal atau pada saat terjadi arus gangguan). Pada waktu menghubungkan atau memutus beban, akan terjadi tegangan recovery yaitu suatu fenomena tegangan lebih dan busur api, oleh karena itu sakelar pemutus dilengkapi dengan media peredam busur api tersebut, seperti media udara dan gas SF6. f. Pemisah (PMS), berfungsi untuk mengisolasikan peralatan listrik dari peralatan lain atau instalasi lain yang bertegangan. PMS boleh dibuka atau ditutup hanya pada rangkaian yang tidak berbeban. g. Sel 20 kv, didalamnya terdapat sekumpulan sel, yang terdiri atas sel incoming (penyulang masuk), sel outgoing (penyulang keluar), sel PMT kopel, sel spare, dan lain-lain. Sel 20 kv berfungsi sebagai pusat beban untuk jaringan distribusi 20 kv, dimana sisi sekunder dari trafo 150/20 kv akan mengisi sel incoming, kemudian mengalirkan arus disepanjang bus (rel tegangan menengah) pada selsel outgoing penyulang. 7
h. Busbar (rel), merupakan titik pertemuan / hubungan antara trafo-trafo tenaga, saluran udara tegangan tinggi, saluran kabel tegangan tinggi dan peralatan listrik lainnya untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik / daya listrik. Ada beberapa konfigurasi busbar yang digunakan saat ini, antara lain: Sistem cincin atau ring seperti pada gambar 2.6. Semua rel / busbar yang ada tersambung satu sama lain dan membentuk seperti ring / cincin. Gambar 2.6. Sistem cincin / ring Busbar tunggal atau single busbar seperti pada gambar 2.7. Semua perlengkapan peralatan listrik dihubungkan hanya pada satu busbar / pada single busbar. Pada umumnya gardu dengan sistem ini adalah gardu induk diujung atau akhir dari suatu transmisi. Gambar 2.7. Sistem busbar tunggal atau single busbar 8
Busbar ganda atau double busbar seperti pada gambar 2.8. Adalah gardu induk yang mempunyai dua / double busbar. Sistem ini sangat umum, hampir semua gardu induk menggunakan sistem ini karena sangat efektif untuk mengurangi pemadaman beban pada saat melakukan perubahan. Gambar 2.8. Sistem busbar ganda atau double busbar 2.2 PENGAMANAN SISTEM JARINGAN TEGANGAN MENENGAH 20 kv Sistem proteksi jaringan tegangan menengah di PT PLN (Persero) pada umumnya diamankan dengan relai arus lebih. Relai arus lebih pada dasarnya mengamankan adanya arus lebih pada sistem atau peralatan, terutama menghilangkan adanya gangguan yang sifatnya hubung singkat. Pengamanan sistem jaringan mempunyai beberapa fungsi yang berbeda yaitu antara lain[2]: a. Fungsi proteksi, difungsikan sebagai pengamanan atau salah satu usaha untuk memperkecil akibat adanya gangguan pada sistem yang terganggu dan relai sebagai alat utamanya. b. Fungsi relai sebagai alat pengaman, merupakan suatu alat untuk mendeteksi adanya gangguan baik di dalam sistem maupun di luar sistem yang terganggu, karena relai bersifat dapat diandalkan, selektif, cepat, dan sensitif dalam melokalisir adanya gangguan. 9
2.3 RELAI ARUS LEBIH Relai arus lebih difungsikan untuk merasakan adanya arus lebih dan kemudian memberi perintah kepada pemutus beban untuk membuka. Relai arus lebih ini pada umumnya digunakan pada sistem tegangan menengah sampai tegangan tinggi. Pengamanan dengan menggunakan relai arus lebih ini mempunyai beberapa keuntungan yaitu: a. Pengamanannya sederhana b. Dapat sebagai pengaman utama dan berfungsi juga sebagai pengaman cadangan c. Harganya relatif murah Dalam hal ini, relai arus lebih dapat dibagi menjadi beberapa bagian diantaranya adalah: a. Relai arus lebih waktu seketika. Relai ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan bila besar arus gangguannya melampaui penyetelannya (Im), dan jangka waktu kerja relai mulai pick up sampai kerja relai sangat singkat tanpa penundaan waktu. b. Relai arus lebih waktu tertentu. Relai ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan bila besar arus gangguannya melampaui penyetelannya (Is), dam jangka waktu kerja relai mulai pick up sampai kerja relai diperpanjang dengan waktu tertentu tidak bergantung pada besarnya arus. c. Relai arus lebih waktu terbalik. Relai ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan bila besar arus gangguannya melampaui penyetelannya (Is), dan jangka waktu kerja relai mulai pick up sampai kerja relai waktunya diperpanjang berbanding terbalik dengan besarnya arus. 10
2.4 KRITERIA PENYETELAN RELAI ARUS LEBIH Seperti telah diuraikan di atas pada dasarnya relai arus lebih terutama sebagai pengaman gangguan hubung singkat, tetapi dalam beberapa hal diusahakan dapat berfungsi sebagai pengaman beban lebih. Kaidah atau kriteria dasar penyetelan arus lebih untuk proteksi gangguan antar fasa adalah diantaranya sebagai berikut: a. Penyetelan arus pick up (kerja), pada umumya Is di set 1,2 1,5 x pengenal trafo arus. Kecuali relai arus lebih yang dikontrol dengan tegangan menurun. b. Penyetelan waktu kerja, penyetelan waktu kerja untuk relai arus lebih dengan waktu tertentu ialah antara 0,2 0,3 detik, sedang untuk relai arus lebih dengan waktu terbalik dipilih Td (time dial) atau TMS (time multiple setting) yang terkecil. c. Penyetelan waktu seketika, karena relai ini tanpa perlambatan waktu, maka koordinasi antara seksi satu dan seksi lainnya untuk mendapatkan selektifitas didasarkan pada tingkat beda arus (current grading). Adapun jangkauan relai ini karena bekerjanya seketika atau tanpa perlambatan waktu. 11