SISTEM PROTEKSI RELAY SISTEM PROTEKSI PADA GARDU INDUK DAN SPESIFIKASINYA OLEH : WILLYAM GANTA 03111004071 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2015
SISTEM PROTEKSI PADA GARDU INDUK DAN SPESIFIKASINYA A. Gardu Induk Gardu induk merupakan suatu sistem instalasi listrik yang terdiri dari beberapa perlengkapan peralatan listrik dan menjadi penghubung listrik dari jaringan transmisi ke jaringan distribusi primer. Gardu Induk (GI) merupakan bagian yang tak terpisahkan dari saluran transmisi distribusi listrik. Dimana suatu system tenaga yang dipusatkan pada suatu tempat berisi saluran transmisi dan distribusi, perlengkapan hubung bagi, transfomator, dan peralatan pengaman serta peralatan control. Fungsi utama dari gardu induk : - Untuk mengatur aliran daya listrik dari saluran transmisi ke saluran transmisi lainnya yang kemudian didistribusikan ke konsumen - Sebagai tempat control - Sebagai pengaman operasi system - Sebagai tempat untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi B. Sistem Proteksi Pada Gardu Induk Berikut sistem proteksi yang ada di gardu induk: 1. Lightning Arrester Lightning Arrester adalah alat proteksi bagi peralatan listrik terhadap tegangan lebih yang disebabkan oleh petir atau surja hubung. Alat ini berfungsi sebagai by pass disekitar isolasi yang membentuk jalan dan mudah dilalui arus kilat ke sistem pentanahan sehingga tidak menimbulkan tegangan lebih yang tinggi dan tidak merusak isolasi peralatan listrik. Pada keadaan normal arrester berlaku
sebagai isolator, bila terjadi tegangan surja alat ini bersifat sebagai konduktor yang tahanannya relatif rendah sehingga dapat menyalurkan arus yang tinggi ke tanah. Setelah surja hilang arrester dapat dengan cepat kembali sebagai isolasi. Sesuai dengan fungsinya, maka arrester dipasang di setiap ujung SUTT yang memasuki gardu induk. Di Gardu Induk adakalanya pada transformator dipasang juga arrester untuk menjamin terlindungnya transformator dan peralatan lainnya dari tegangan lebih tersebut. Bagian-bagian yang penting dari arrester : A. Elektroda Elektroda-elektroda ini adalah terminal dari arrester yang dihubungkan dengan bagian atas dan elektroda bawah dihubungkan dengan tanah. B. Sela percikan Apabila terjadi tegangan lebih oleh sambaran petir atau surja hubung pada arrester yang terpasang, maka pada sela percikan (spark gap) akan terjadi loncatan busur api. Pada dasarnya pada arrester, busur api yang terjadi tersebut ditiup keluar oleh tekanan gas yang ditimbulakn oleh tabung fiber yang terbakar. C. Tahanan katup (valve resistor) Tahanan yang digunakan dalam arrester ini adalah suatu jenis material yang sifat tahanannya dapat berubah bila mendapatkan perubahan tegangan. 2. Pemisah (PMS) Pemisah adalah sebuah alat yang digunakan untuk menyatakan bahwa suatu peralatan listrik sudah bebas dari tagangan kerja. Oleh karena itu pemisah tidak diperbolehkan untuk dimasukkan atau dikeluarkan pada saat rangkaian listrik dalam keadaan berbeban. Untuk tujuan tertentu, pemisah penghantar atau kabel dilengkapi dengan pemisah tanah (pisau pentanahan/earthing blade). Umumnya antara pemisah penghantar/kabel dan pemisah tanah terdapat alat yang disebut interlock. Dengan
terpasangnya interlock, maka kemungkinan terjadinya kesalahan operasi dapat dihindarkan. Tenaga penggerak pemisah dapat diperoleh secara manual, dengan motor, dengan pneumatik atau dengan hidrolis. Pada umumnya pemisah (PMS) dapat dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan fungsi dan penempatannya, yakni : a) Berdasarkan fungsinya, dibedakan menjadi : Pemisah Peralatan (PMS Bus) Pemisah peralatan merupakan alat yang berfungsi untuk mengisolasi peralatan listrik dari peralatan lain atau instalasi yang bertegangan. Pemisah ini harus dimasukkan atau dibuka dalam keadaan tak berbeban. Pemisah Tanah (PMS Line) Berfungsi untuk mengamankan peralatan dari sisa tegangan yang timbul sesudah saluran udara tegangan tinggi diputuskan atau induksi tegangan dari penghantar atau lainnya. b) Berdasarkan penempatannya dalam sistem tenaga, dibedakan menjadi : 1) Pemisah penghantar Merupakan pemisah yang terpasang di sisi penghantar. 2) Pemisah rel Merupakan pemisah yang terpasang di sisi rel. 3) Pemisah kabel Merupakan pemisah yang terpasang di sisi kabel. 4) Pemisah seksi Merupakan pemisah yang terpasang pada suatu rel sehingga rel tersebut dapat terpisah menjadi dua seksi. 5) Pemisah tanah Merupakan pemisah yang terpasang pada penghantar atau kabel untuk di hubungkan ke tanah. 3. Pemutus Tenaga (PMT)
Pemutus tenaga adalah peralatan sistem tenaga yang berfungsi untuk memutuskan hubungan antara sisi sumber tenaga listrik dan sisi beban yang dapat bekerja secara otomatis ketika terjadi gangguan atau secara manual ketika dilakukan perawatan atau perbaikan. Ketika kontak dipisahkan, beda potensial di antara kontak tersebut menimbulkan medan elektrik di antara kontak tersebut. Medan elektrik ini akan menimbulkan ionisasi yang mengakibatkan terjadinya perpindahan elektron bebas ke sisi beban sehingga muatan akan terus berpindah ke sisi beban dan arus tetap mengalir. Karena hal ini menimbulkan emisi termis yang cukup besar, maka timbul busur api (arc) di antara kontak PMT tersebut. Agar tidak mengganggu kestabilan sistem, maka arc tersebut harus segera dipadamkan. Berdasarkan metode dalam pemadaman arc tersebut, PMT dibagi menjadi beberapa jenis yaitu : PMT Minyak Pada PMT jenis ini, ketika kontak terbuka, arc akan terjadi dengan media sekitar berupa minyak sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi arc di antara kontak. Gelembung ini membuat minyak terdekomposisi sehingga menimbulkan gas hidrogen yang menghambat arc. Dengan adanya media minyak ini, diharapkan arc dapat segera dipadamkan. Secara fisik bentuknya paling besar diantara jenis PMT yang lain dan dicirikan dengan adanya tangki-tangki yang di dalamnya terdapat minyak. 1. PMT udara Jenis ini menggunakan metode yang paling sederhana, yaitu memperpanjang lintasan arc. Karena efek pemanjangan lintasan ini diharapkan arc dapat segera dipadamkan. Biasanya dipakai untuk indoor (dalam switchgear) untuk level tegangan 4.16kV dan 13.8kV. 2. PMT SF6 Saat kontak terbuka dan arc muncul, gas SF6 bertekanan tinggi ditiupkan di antara kontak untuk menyingkirkan partikel bermuatan dari sela antara kedua
kontak sehingga membuat arc semakin cepat padam. Gas SF6 dipilih karena sifat gas ini yang merupakan bahan isolasi dan pendingin yang baik. 3. PMT Vakum Pada PMT jenis ini kontak ditempat- kan pada suatu bilik yang vakum. Tidak boleh terjadi kebocoran sedikitpun pada bilik ini. PMT jenis ini umumnya tidak menggunakan kontak yang bergerak secara mekanik seperti kontak yang lain. Kontak mekanik akan menyebabkan pergeseran kontak yang memungkinkan terjadinya kebocoran. Pada PMT vakum, pemadaman arc dilakukan dengan memperpanjang lintasan serta menghilangkan molekul udara yang dapat mengalami ionisasi. 4. Rele Proteksi dan Panel Kontrol Rele proteksi yaitu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu peralatan listrik saat terjadi gangguan, menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat gangguan dan membatasi daerah yang terganggu sekecil mungkin. Kesemua manfaat tersebut akan memberikan pelayanan penyaluran tenaga listrik dengan mutu dan keandalan yang tinggi. Macam relay yang digunakan sebagai proteksi: a. Proteksi pada Trafo ~ Relay Arus Lebih : Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan hubung singkat (short circuit) antara phasa di dalam maupun di luar daerah pengamanan trafo. ~ Relay Differensial : Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan hubung singkat (short circuit) yang terjadi di dalam daerah pengaman trafo. ~ Relay Gangguan Tanah Terbatas :
Berfungsi untuk mengamankan Transformator Daya terhadap tanah di dalam daerah pengaman trafo, khususnya gangguan di dekat titik netral yang tidak dapat dirasakan oleh Relay Differensial. ~ Relay Arus Lebih Berubah : Berfungsi untuk mengamankan Transformator Daya dari gangguan antara phasa dan tiga phasa dan bekerja pada arah tertentu. ~ Relay Gangguan Tanah : Berfungsi mengamankan Transformator Daya dari gangguan hubung tanah, di dalam dan di luar daerah pengaman trafo. ~ Relay Tangki Tanah : Berfungsi untuk mengamankan Transformator Daya terhadap hubung singkat (short circuit) antara phasa dengan tangki trafo dan trafo yang titik netralnya ditanahkan. ~ Relay Suhu : Berfungsi untuk mendeteksi suhu minyak trafo dan kumparan secara langsung, yang akan membunyikan alarm serta mentripkan Circuit Breaker ~ Relay Jansen : Berfungsi untuk mengamankan pengubah/ pengatur tegangan (Tap Changer) dari Trafo. ~ Relay Bucholz : Berfungsi mendeteksi adanya gas yang ditimbulkan oleh loncatan bunga api dan pemanasan setempat dalam minyak trafo. ~ Relay Tekanan Lebih : Berfungsi mengamankan Transformator Daya dari tekanan lebih. Bagi Trafo tanpa konservator, dipasang relay tekanan mendadak dipasang pada tangki dan bekerja dengan pertolongan. b. Proteksi pada penghantar SUTT/SKTT ~ Relay Jarak : Berfungsi mengamankan SUTT dari gangguan antar phasa maupun gangguan hubungan tanah.
~ Relay Differential Pilot Kabel : Berfungsi mengamankan SKTT dan juga SUTT yang pendek dari gangguan antar phasa maupun gangguan hubung singkat (short circuit). ~ Relay Arus Lebih Berarah : Berfungsi mengamankan SUTT dari gangguan antar phasa dan hanya bekerja pada satu arah. Relay ini dapat membedakan arah arus gangguan. ~ Relay Arus Lebih : Berfungsi mengamankan SUTT dan gangguan antara phasa maupun gangguan hubungan tanah. ~ Relay Tegangan Lebih : Berfungsi mengamankan SUTT atau SKTT terhadap tegangan lebih. ~ Relay Gangguan Tanah : Berfungsi mengamankan SUTT terhadap gangguan hubung tanah. ~ Relay Penutup Balik : Berfungsi mengamankan kembali SUTT akibat gangguan hubung singkat temporer. Jenis-jenis panel kontrol dalam GI adalah panel kontrol utama, panel rele dan panel pemakaian sendiri. Panel kontrol utama kadang-kadang dibagi lebih lanjut kedalam panel instrumen dan panel operasi. Pada panel instrumen terpasang dan penunjuk gangguan dari sini keadaan operasi dapat diawasi. Pada panel operasi terpasang saklar operasi pemutus beban dan pemisah serta lampu penunjuk posisi, saklar, ril tiruan (mimic bus), saklar dan lampu diatur letak dan hubungannya sesuai dengan keadaan rangkaian yang sesungguhnya sehingga keadaannya dapat dengan mudah dilihat. Pada gardu induk kecil, panel kontrol utamanya dari jenis tegak dan instrumen serta saklar-saklarnya bersama-sama terpasang dimuka. Pada gardu induk besar, panel yang tegak harus dipakai sebagai panel instrumen. Panel operasinya adalah dari jenis meja (bench type) dan ada didepannya. Pada panel rele terpasang rele pengaman saluran transmisi, rele pengaman differensial trafo dan sebagainya. Bekerjanya rele dapat diketahui dari penunjukan
pada rele itu sendiri dan pada penunjukan gangguan dipanel kontrol utama. Pada GI kecil, sisi depan dari panel tegak dipakai sebagai panel utama dengan instrumen dan saklar, dan sisi belakangnya dipakai sebagai panel rele. Pada GI besar, jika rangkaiannya sudah rumit, panel terpasang dalam ruangan tersendiri. Pada GI yang besar dan modern dengan susunan rel yang sudah sangat rumit, mulai banyak dipakai panel dengan gambar-gambar yang bercahaya. Bagian sistem yang bekerja dibuat bercahaya dan berkedip-kedip pada waktu ada gangguan. Jika suatu PMT akan ditutup, bagian dari rel yang akan menjadi bertegangan oleh menutupnya PMT itu dibuat berkedip-kedip sehingga luasnya bagian sistem yang akan terkena akibatnya dapat diperiksa lebih dahulu sebelum PMT itu benar-benar menutup. Dengan jalan ini kesalahan operasi dapat dicegah. Tata susunan (arrangement) panel kontrol dan panel rele harus sesuai dengan tata peralatan yang ada diluar, kelas tegangan dan saluran transmisi yang masuk. Dengan demikian maka pengawasan operasi dan pelaksanaan pemeliharaan dipermudah. Sesuai dengan keadaan diluar maka urutan panel adalah untuk saluran masuk trafo alat pengubah fasa dan panel saluran keluar. Untuk memudahkan pengawasan operasi, panel kontrol utama dimana perhatian operator harus dipusatkan, dipasang didepan dan panel tambahan (auxilary board) dan panel pemakaian sendiri dipasang disatu sisi atau kedua sisinya tegak lurus padanya. Untuk pengawasan belakang (back wiring) harus dipakai kabel dengan isolasi yang tidak dapat terbakar, pada umumnya dipakai kabel PVC. Terminal pengujian dipasang pada rangkaian dari trafo arus dan trafo tegangan. Terminal pengujian untuk trafo arus ada yang dari jenis terminal, ada yang dari jenis pasak (plug type). Konstruksinya harus sedemikian rupa sehingga pada waktu pengujian dapat dihindari kemungkinan terbukanya rangkaian skunder. Panel kontrol merupakan pusat syaraf bagi suatu gardu induk. Pada panel inilah operator dapat mengamati keadaan peralatan melakukan operasi peralatan serta pengukuran-pengukuran tegangan, arus, daya, dan sebagainya setiap waktu bila dipandang perlu. Bila terjadi gangguan panel itu membuka pemutus beban (secara otomatis) melalui rele pengaman dan memisahkan bagian yang terganggu. Karena tegangan
dan arus tidak dapat langsung diukur pada sisi tegangan tinggi, maka transformator ukur (instrument) mengubahnya menjadi tegangan dan arus yang rendah dan sekaligus memisahkan alat ukur tadi dari tegangan tinggi. Ada tiga jenis transformator ukur, yaitu trafo tegangan, trafo arus dan tegangan arus. 5. Lemari Hubung Lemari hubung (cubicle) terbuat untuk kelas 3-30 kv dan dipakai untuk pusat beban atau pusat daya (power centre). Karakteristiknya adalah bahwa : - Bagian yang bertegangan tidak boleh terbuka (exposed) - Ganggguan tidak akan meluas sebab rangkaiannya terbagi dalam satuansatuan - Luas instalasi kecil dalam pemasangan,perluasan dan pemindahan instalasi mudah - Kehandalannya tinggi karena pemasangannya sempurna dipabrik Lemari hubung diklasifikasikan oleh perbedaan-perbedaan sistem rilnya kedalam jenis-jenis ril tunggal, ril rangkap dan ril penyimpang (bypass). Untuk rangkaian pemakaian gardu induk sendiri jenis yang sering dipakai adalah yang paling sederhana yakni jenis ril tunggal. 6. Saklar Pentanahan Sakelar ini untuk menghubungkan kawat konduktor dengan tanah / bumi yang berfungsi untuk menghilangkan/mentanahkan tegangan induksi pada konduktor pada saat akan dilakukan perawatan atau pengisolasian suatu sistem. Sakelar Pentanahan ini dibuka dan ditutup hanya apabila sistem dalam keadaan tidak bertegangan (PMS dan PMT sudah membuka). 7. Kompensator Kompensator didalam sistem Penyaluran tenaga Listrik disebut pula alat pengubah fasa yang dipakai untuk mengatur jatuh tegangan pada saluran transmisi atau transformator, dengan mengatur daya reaktif atau dapat pula dipakai untuk menurunkan rugi daya dengan memperbaiki faktor daya. Alat tersebut ada yang
berputar dan ada yang stationer, yang berputar adalah kondensator sinkron dan kondensator asinkron, sedangkan yang stationer adalah kondensator statis atau kapasitor shunt dan reaktor shunt.