5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Instalasi Listrik Dari Pusat Listrik Generator atau altenator merupakan komponen utama dari suatu pembangkit listrik, baik pembangkit tersebut berasal dari energi air, uap, gas, angin dan sebagainya yang mana generator tersebut berfungsi untuk merubah energi mekanik menjadi energi listrik. Kapasitas generator dari waktu ke waktu berkembang semakin besar dengan teknologi konstruksi dan rancang bangun yang semakin maju. Kapasitas generator dari pembangkit-pembangkit yang ada di Indonesia sangat bervariasi, karena pembangunannya disesuaikan dengan kebutuhan energi yang harus dilayani pada saat ini. Komponen utama generator 1. Casing (frame atau rangka) 2. Stator (inti dan kumparan) 3. Rotor 4. Eksiter 5
6 Gambar 2.1 Generator Sinkron 2 Kutub 2.2. Rel / Busbar Semua generator dalam pusat listrik menyalurkan energinya ke rel pusat listrik. Demikian pula semua saluran yang mengambil maupun yang mengirim energy dihubungkan ke rel ini. Berbagai susunan rel yaitu : 2.2.1 Rel Tunggal Ini adalah susunan rel yang paling sederhana dan paling murah. Keandalan keandalan serta fleksibilitasn operasinya sangat terbatas. Apabila ada kerusakan dir el, maka seluruh pusat listrik harus dipadamkan untuk dapat melakukan perbaikan. Oleh sebab itu, rel tunggal sebaliknya hanya digunakan pada pusat listrik yang tidak begitu penting perananya dalam sistem.
7 Gambar 2.2. Rel Tunggal 2.2.2 Rel Ganda Dengan Satu PMT Rel ganda diperlihatkan pada gambar adalah rel dengan satu PMT, selanjutnya hubungan ke rel 1 atau 2 dilakukan melalui PMS. Rel ganda pada umumnya dilengkapi dengan PMT beserta PMS-nya yang berfungsi untuk menghubungkan rel 1 dan rel 2 seperti ditunjukkan oleh gambar. PMT ini disebut PMT kopel. Dengan rel ganda, sebagian instalsi dapat dihubungkan ke rel 1 dan sebagain ke rel 2. Kedua rel 1 dan 2 dapat dihubungkan parallel atau terpisah dengan dengan cara menutup atau membukan PMT kopel. Dengan cara ini fleksibilitas operasi akan bertambah terutama sewaktu menghadapi gangguan yang terjadi dalam sistem.
8 Gambar 2.3. Rel Ganda PMT tunggal 2.2.3 Rel Ganda Dengan Dua PMT Rel ganda dengan 2 PMT ini sama seperti rel ganda dengan satu PMT hanya saja di sisni semua unsure dapat dihubungkan ke rel 1 atau rel 2 atau dua-duanya melalui PMT sehingga flaksibilitas manuver menjadi lebih baik. Pemindahan beban dari rel 1 ke rel 2 dapat dilakukan tanpa pemadaman, tidak seperti pada rel ganda dengan satu PMT. Hal ini dapat terjadi karena dengan adanya 2 buah PMT (masingmasing satu PMT untuk setiap rel) pemindahan beban dilakukan dengan menutup terlebih dahulu PMT rel yang dituju, kemudian membuka PMT rel yang ditinggalkan. Sebelum melakukan maneuver ini, harus diyakini terlabih dahulu bahwa rel 1 dan rel 2 teganganya sama, baik besarnya maupun fasanya. Oelh Karena itu PMT harus masuk.
9 2.2.4 Rel Dengan PMT 1 Gambar 2.4. Rel Ganda Dengan 2 PMT Pada dasarnya rel dengan PMT 1 adalah rel ganda dengan 3 buah PMT di antara dua rel tersebut. Jika rel-rel ini diberi identifikasi sebagai rel A dan rel B, maka PMT yang dekat dengan rel A diberi identifikasi sebagai PMT 1A, PMT 2A dan sterusnya. Sedangkan yang dekat dengan rel B deberi identifikasi sebagai PMT B1, PMT B2, dan seterusnya. PMT yang di tengah disebut PMT diameter dan diberi identifikasi sebagai PMT AB1, PMT AB2, dan seterusnya. Gambar 2.5 Rel Ganda Dengan PMT 1
10 Bagian-bagian dari instalasi dihubungkan pada titik-titik yang letaknya antara PMT A dengan PMT AB dan pada titik-titik yang letaknya antara PMT B dengan PMT AB seperti terlihat pada gambar. Rel dengan PMT 1 mempunyai keandalan paling tinggi. Hal ini dapat dilihat sebagai berikut : - Apabila rel A mengalami gangguan Dengan membuka semua PMT bernomor A berserta PMS-nya, daya tetap bisa disalurkan secara penuh. - Apabila rel b mengalami gangguan Dengan membuka semua PMT bernomor B beserta PMS-nya, daya tetap bisa disalurkan secara penuh. - Apabila Rel A dan rel B mengalami gangguan Dengan membuka semua PMT bernomor A dan PMT bernomor B beserta PMS-nya, daya tetap bisa disalurkan walaupun dengan fleksibilitas pembebanan yang berkurang. Pembebasan tegangan sebuah bagian instalasi yang terhubung ke rel dengan PMT 1 mengharuskan pembukaan dua buah PMT beserta PMS-nya, yaitu PMT rel dan PMT diameternya. Apabila pusat listrik supaya menghemat pemakaian tanah, dapat digunakan rel dalam tabung gas SF6 sehingga jarak konduktor-konduktor rel dapat diperkecil untuk menghemat pemakaian tanah. 2.3. Pemutus Tenaga (PMT) Konstruksi saklar khusunya pemutus tenaga tegangan tinggi mengandung teknik pemutusan busur listrik dan teknik pembersihan kontak-kontaknya sendiri. Berikut jenis-jenis PMT :
11 2.3.1. Pemutus Tenaga Udara Bentuknya runcing, busur listrik akan timbul (meloncat) pada bagian yang runcing terlabih dahulu pada saat kontak-kontak saklar terpisah. Karena berat jenis busur listrik lebih kecil dari pada berat jenis udara, maka busur listrik ini akan mengapung ke atas sehingga busur listrik tersebut memanjang dan akhirnya putus. Ini adalah salah satu teknik memutus busur listrik dengan memanjangkannya terlebih dahulu. Gambar 2.6. PMT Dengan Pemadam Minyak 2.3.2 Pemutus Tenaga Minyak PMT minyak atau disebut bulk oil cicuit breaker. Kontak kontak direndam dalam minyak yang berfungsi sebagai media pemutus busur listrik. Minyak diletakkan dalam tanki sehingga dimensi pemutus tenaga minyak banyak besar.
12 Gambar 2.7 PMT 150 kv Minyak PMT yang menggunakan minyak sedikit ada bagian PMT yang menghasilkan minyak bertekanan untuk disemprotkan pada busur listrik yang terjadi, baik pada waktu PMT terbuka maupun pada waktu PMT tertutup. Dengan menggunakan minyak bertekanan, maka dimensi PMT minyak sedikit menjadi lebih kecil. 2.3.3 Pemutus Tenaga Gas SF6 Pemutus tenaga gas SF 6 prinsip kerjanya sama dengan prinsip kerja PMT minyak sedikit, bedanya terletak pada media pemutus busur yang digunakan yaitu gas SF6. Gas SF 6 mempunyai sifat isolasi yang baik selain sifatnya sebagai pendingin yang baik. Pada PMT gas SF 6 timbul masalah perapat (sealing) antara bagian PMT yang bergerak dengan yang diam karena gas dapat menyelinap (bocor) di antara 2 bagian yang bergeseran ini. Untuk itu diperlukan sealing yang baik agar dapat meminimalkan kebocoran gas SF6. Pada PMT gas SF 6 tedapat pengukur tekanan gas sehingga apabila tekanan gas Sf 6 sudah berkurang, maka dapat dilakukan pengisian gas SF6 kembali. Dibandingkan dengan PMT minyak, PMT dengan SF6 pemeliharaanya lebih mudah.
13 Gambar 2.8 PMT Dengan Pemadam SF6 2.3.4 Pemutus Tenaga Vakuum Pemutus Tenaga vakum merupakan PMT yang menggunakan teknologi mutakhir. Dalam PMT vakum tidak ada media pemutus busur listrik. Oleh sebab itu, teknik memutus busurlistrik dalam PMT vakum semata-mata tergantung kepda teknik memperpanjang busur listrik. Pelaksanaan memperpanjang busur listrik ini dilakukan dengan cara membuat berbagai bentuk kontak di mana setiap pabrik mempunyai bentuk kontaknya masing-masing. Berbeda dengan PMT gas SF6, apabila terjadi kebocoran pada PMT vakum, maka tidak dapat dilakukan pengisian kembali karena prose mebuat vakum tidak dapat dilakukan di lapangan. Oleh karena itu, sangat tidak dikehendaki terjadinyakebocoran yang dapat mengurangi nilai kevakuman. Konstruksi PMT vakum menghindari adanya celah udara sehingga pergeseran bagian yang bergerak dengan bagian yang tidak bergerak (statis) yang dapat menimbulkan celah udara dapat dihindari dan sebagai penggantinya digunakan logam fleksible berbentuk gelombangyang dapat diperpanjang dan diperpendek.
14 Gambar 2.9. PMT Vakum 2.4. Pemisah (PMS) Pemisah adalah suatu alat untuk memisahkan tegangan pada peralatan instalasi tegangan tinggi. Ada dua macam fungsi PMS, yaitu: - Pemisah Peralatan ; Berfungsi untuk memisahkan peralatan listrik dari peralatan lain atau instalasi lain yang bertegangan. Pms ini boleh dibuka atau ditutup hanya pada rangkaian yang tidak berbeban. - Pemisah Tanah (Pisau Pentanahan/Pembumian) ; Berfungsi untuk mengamankan dari arus tegangan yang timbul sesudah saluran tegangan tinggi diputuskan atau induksi tegangan dari penghantar atau kabel lainnya.hal ini perlu untuk keamanan bagi orang-orang yang bekerja pada peralatan instalasi. Gambar 2.10. Pemisah
15 2.4.1 Penempatan Posisi Pemisah Sesuai dengan penempatannya di daerah mana Pemisah tersebut dipasang, Pms dapat dibagi menjadi : 1. Pemisah Penghantar/Line Pemisah yang terpasang di sisi penghantar 2. Pemisah Rel/Bus Pemisah yang terpasang di sisi rel 3. Pemisah Kabel Pemisah yang terpasang di sisi kabel 4. Pemisah Seksi Pemisah yang terpasang pada suatu rel sehingga rel tersebut dapat terpisah menjadi dua seksi 5. Pemisah Tanah Pemisah yang terpasang pada penghantar/line/kabel untuk menghubungkan ke tanah. 2.5. Gas Insulated Substation (GIS) Gas Insulated Substation (GIS) didefinisikan sebagai rangkaian beberapa peralatan yang terpasang di dalam sebuah metal enclosure dan diisolasi oleh gas bertekanan. Gas Insulated Line (GIL) didefinisikan sebagai konduktor penghantar yang menghubungkan suatu substation dengan trafo atau substation lainnya dalam sebuah metal enclosure dan diisolasi oleh gas bertekanan. Pada umumnya gas bertekanan yang digunakan adalah Sulfur Hexafluoride (SF 6 ). Enclosure adalah selubung pelindung yang berfungsi untuk menjaga bagian bertegangan terhadap lingkungan luar.
16 Sifat-sifat gas SF 6 sebagai berikut : Penghantar panas (thermal conductivity) yang bersifat dapat mendisipasikan panas yang timbul pada peralatan. Isolasi yang sangat baik (excellent insulating). Mampu memadamkan busur api (arc). Viskositas rendah. Stabil, tidak mudah bereaksi. 2.6. Instalasi Pemakaian Sendiri Setiap pusat listrik memerlukan energy listrik untuk pemakaian sendiri, yaitu untuk : a. Lampu Penerangan b. Penyejuk Udara/AC. c. Menjalankan alat-alat bantu unit pembangkit seperti : pompa minyak pelumas, pompa transfer bahan bakar minyak, mesin pengangkat, dan lai- lain d. Alat- alat mesin perbengkelan yang merupakan unsur pendukung pemeliharaan dan perbaikan pusat listrik. e. Pengisian baterai aki yang merupakan sumber arus searah.
17 Gambar 2.11. Gambar Instalasi Pemakaian Sendiri Pembangkit Gambar di atas berikut menampilkan instalsi pemakaian sendiri dari pusat listrik baik pembangkit dengan kapasitas kecil misal di bawah 5 MW maupun pembangkit dengan kapasitas sedang antara 5 MW sampai 15 MW. Pada setiap unit pembangkit yang memilki kapasitas besar, setiap unit pembangkit mempunyai transformator pemakaian sendiri (PS) yang dipasok langsung oleh generator (G). tetapi pada saat start generator belum berputar dan belum menghasilkan tegangan. Sedangkan pada saat itu sudah diperlukan daya untuk menjalankan alat-alat bantu, maka daya terlebih dahulu diambil dari transformator pemakaian sendiri bersama. Setelah generator menghasilkan daya listrik, maka pasokan daya akan dipindah/ transfer dari keluaran generator. Besarnya energy yang diperlukan untuk pemakaian sendiri berkisar antara 1-10% dari produksi energy listrik yang dihasilkan. Hal ini tergangtung dari pusat listriknya, dimana yang paling kecil umumnya PLTA dan yang besar umumnya PLTU yang menggunakan bahan bakar batubara.
18 2.7. Tranformator Dalam pusat listrik yang besar (di atas 100 MW) biasanya terdapat banyak transformator daya yang digunakan yaitu : 2.7.1 Transformator Utama (Generator Transformer) Karena teknologi membuat kumparan generator sinkron 3 fasa sampai saat ini paling tinggi baru 23 kv, apabila rel dalam pusat listrik menggunakan tegangan di atas tegangan generator, maka tegangan dari generator perlu dinaikkan terlebih dahulu melaui transformator penaik tegangan sebelum dihubungkan ke rel tersebut. 2.7.2 Unit Auxiliary Transformer (UAT) Setiap unit pembangkit yang besar umumnya mempunyai transformator unit pembangkit, yaitu tranfsormator yang mengambil daya langsung dari generator untuk memasok alat-alat bantu unit pembangkit yang bersangkutan seperti : Motor pompa pendingin, motor poma pengisi ketel, dam lain-lain. 2.7.3 Station Service Transformer (SST) Transformator ini mendapat pasokan daya dari rel pusat listrik kemudian memasok daya ke rel pemakaian sendiri. Rel pemakaian sendiri digunakan untuk memasok intalasi penerangan, baterai aki, mesin-mesin bengkel, mesin pengangkat dan alat pembangkit selama periode start unit atau selama pembangkit sedang perbaikan.
19 2.8. Sistem Proteksi Jaringan tenaga listrik secara garis besar terdiri dari pusat pembangkit, jaringan transmisi (gardu induk dan saluran transmisi) dan jaringan distribusi. Dalam usaha untuk meningkatkan keandalan penyediaan energi listrik, kebutuhan sistem proteksi yang memadai tidak dapat dihindarkan. Gambar 2.12. Sitem Proteksi Sistem proteksi terdiri dari peralatan CT, PT, PMT, Catu daya DC / AC, relai proteksi, tele proteksi yang diintegerasikan dalam suatu rangkaian wiring. Disamping itu, diperlukan juga peralatan pendukung untuk kemudahan operasi dan evaluasi seperti sistem recorder, sistem scada dan indikasi relai (annunciator). Secara sederhana salah satu Relay proteksi adalah suatu perangkat kerja proteksi yang mempunyai fungsi dan peranann : a. Memberikan sinyal alarm atau melepas pemutus tenaga (circuit breaker) dengan tujuan mengisolir gangguan atau kondisi yang tidak normal seperti adanya : beban lebih, tegangan lebih, kenaukan suhu, beban tidak seimbang,
20 daya kembali, frekwensi rendah, hubung singkat dan kondisi tidak normalm lainnya. b. Melepas / mentrip peralatan yang berfungsi tidak normal untuk mencegah timbulnya kerusakan. c. Melepas / mentrip peralatan yang terganggu secara cepat dengan tujuan mengurangi kerusakan yang lebih berat. d. Melepas peralatan / bagian yang terganggu secara cepat dengan maksud menjaga stabilitas sistem, kontinuitas pelayanan dan unjuk kerja sistem. Sistem Proteksi harus memenuhi syarat sebagai berikut : a. Peka (Sensitif) yaitu Dapat merasakan sekecil apapun besaran-besaran listrik yang dikenakan padanya. b. Andal (Reliable) yaitu Pada keadaan normal, relay tidak bekerja walaupun dalam waktu yang lama, tetapi bila terjadi gangguan, maka relay harus bekerja dan tidak boleh salah atau gagal. c. Selektif yaitu Mampu mendeteksi gangguan yang ada pada daerah pengamanannya serta mampu memerintah PMT lepas dari bagian sistem yang terganggu, sedangkan yang tidak terganggu dapat beroperasi normal. d. Cepat yaitu Cepat dalam menerima besaran-besaran listrik yang telah ditentukan, akan tetapi dapat ditunda waktunya sesuai koordinasi yang diperlukan.
21 Gambar 2.13. Jaringan Sistem Tenaga Listrik Jaringan tenaga listrik terdiri dari banyak peralatan yang berbeda jenis dan karakteristik dan secara fisik dipisahkan oleh pemutus tenaga (PMT). PMT berfungsi untuk memisahkan/menghubungkan satu bagian jaringan dengan bagian lain, baik jaringan dalam keadaan normal maupun dalam keadaan terganggu. Bagian-bagian jaringan tersebut dapat terdiri dari satu PMT atau lebih. 2.8.1. Gangguan Sistem dan Non Sistem Jaringan tenaga listrik yang terganggu harus dapat segera diketahui dan dipisahkan dari bagian jaringan lainnya secepat mungkin dengan maksud agar kerugian yang lebih besar dapat dihindarkan. Gangguan pada jaringan tenaga listrik dapat terjadi diantaranya pada pembangkit, jaringan transmisi atau di jaringan distribusi. 2.8.1.1 Gangguan Sistem Gangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik seperti pada generator, trafo, SUTT, SKTT dan lain sebagainya. Gangguan sistem dapat dikelompokkan sebagai gangguan permanen dan gangguan temporer. Gangguan temporer adalah gangguan yang hilang dengan sendirinya bila PMT terbuka, misalnya sambaran petir yang menyebabkan flash over pada isolator SUTT. Pada keadaan ini PMT dapat segera dimasukan kembali, secara manual
22 atau otomatis dengan AutoRecloser. Gangguan permanen adalah gangguan yang tidak hilang dengan sendirinya, sedangkan untuk pemulihan diperlukan perbaikan, misalnya kawat SUTT putus. 2.8.1.2. Gangguan Non Sistem PMT terbuka tidak selalu disebabkan oleh terjadinya gangguan pada sistem, dapat saja PMT terbuka oleh karena relai yang bekerja sendiri atau kabel kontrol yang terluka atau oleh sebab interferensi dan lain sebagainya. Gangguan seperti ini disebut gangguan bukan pada sistem, selanjutnya disebut gangguan non sistem. Jenis gangguan non-sistem antara lain : Kerusakan komponen relai. Kabel kontrol terhubung singkat. Interferensi / induksi pada kabel kontrol.