BAB 2 KAJIAN PUSTAKA
2.4. Sistem proteksi Tenaga Listrik
Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik suatu sistem tenaga listrik, yang berfungsi untuk mendeteksi gangguan dan mengisolasi gangguan tersebut dengan secepat mungkin sampai system tersebut kembali normal.
2.4.1 Syarat Sistem Proteksi
Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem proteksi yang efektif, yaitu:
1. Selektif
Efektivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kesanggupan sistem dalam mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja.
2. Stabilitas
Sifat yang tetap inoperatif apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang melindungi (gangguan luar).
3. Kecepatan Operasi (Speed)
Sifat ini lebih jelas, semakin lama arus gangguan terus mengalir, semakin besar kemungkinan kerusakan pada peralatan. sehingga memerlukan system proteksi dengan kecepatan yang sangat tinggi (very high speed releying).
4. Sensitivitas (Sensitivity)
Yang dimaksud dengan sensitivitas yaitu mampu mendeteksi dalam ukuran terkecil sekalipun besarnya arus gangguan agar alat bekerja. Sehingga tidak terjadi kerusakan yang fatal.
5. Ekonomis & Simple
Dalam sistem system proteksi kemudahan pemasangan, serta alokasi biaya memegang peranan yang penting sehingga bisa mendapatkan system proteksi yang efisien.
Sistem proteksi ini harus dapat bekerja dengan baik dan benar setiap kali terjadi gangguan berdasarkan setting dari system proteksi itu sendiri.
2.4.2 Element-element Sistem Proteksi Tenaga Listrik a. Circuit Breaker (CB)
Circit Breaker (CB) adalah suatu alat proteksi yang dapat menghubungkan atau memutuskan rangkaian listrik dalam keadaan normal maupun abnormal, dilengkapi dengan alat pemutus busur api. Circuit Breaker dapat dioperasikan manual ataupun otomatis.
b. Reley proteksi
Reley proteksi adalah peralatan listrik yang biasanya dikordinasikan dengan CB, sehingga apabila terjadi gangguan (misalnya karena hubung singkat), reley segera memerintahkan CB untuk trip.
c. Trafo Arus (current transformer)
Trafo arus adalah trafo yang berfungsi untuk menurunkan arus yang melewati lilitan primernya yang dapat digunakan sebagai pengukuran maupun sebagai masukan untuk reley proteksi.
Trafo tegangan adalah instrument trafo yang berfungsi untuk menterjemahkan tegangan pada sisi primer menjadi besaran yang lebih kecil agar dapat digunakan untuk pengukuran (metering) maupun untuk reley proteksi.
2.4.3 Operasi Reley
Beberapa istilah umum pada operasi reley proteksi adalah: a. Pick-up adalah kondisi pada saat reley mendeteksi gangguan.
b. Operate adalah kondisi pada saat reley memerintahkan peralatan proteksi untuk bekerja/membuka.
c. Drop out adalah kondisi dimana reley proteksi tidak merasakan adanya gangguan lagi.
d. Reset adalah kondisi dimana reley sudah dikembalikan ke keadaan normal.
2.4.4 Jenis-jenis Reley Proteksi
Beberapa jenis reley proteksi yang digunakan pada sistem tenaga listrik adalah: 1. Reley Arus Lebih
Reley arus lebih merupakan salah satu proteksi yang harus digunakan pada jaringan distribusi. Reley ini membaca nilai arus yang dilewatkan pada saluran kemudian membandingkannya dengan nilai acuan yang disetting pada reley tersebut, jika arus yang lewat melebihi setting maka reley akan memerintahkan peralatan proteksi untuk membuka.
Reley frekuensi rendah digunakan untuk strategi pelepasan beban pada saluran distribusi. Frekuensi acuan di tetapkan pada satu nilai, jika frekuensi yang ada pada sistem mencapai titik acuan tersebut maka circuit breaker saluran distribusi akan membuka dan melepas beban. Tingkatan atau level pelepasan beban tergantung pada tingkat kritis beban dan kebutuhan operasi.
3. Reley Jarak
Reley jarak ini bekerja dengan membaca nilai impedansi saluran pada saluran transmisi. Jarak titik gangguan akan ditunjukan berdasarkan nilai impedansi yang terbaca oleh reley.
4. Reley Arah (Directional)
Untuk saluran transmisi yang kompleks tidak efektif lagi menggunakan reley overcurrent karena kemungkinan terjadi salah koordinasi antara reley menjadi lebih besar. Untuk itu digunakan unit reley directional yang hanya akan membaca gangguan pada arah yang telah ditetapkan, sehingga jika gangguan terjadi pada titik yang berlawanan arah maka reley tidak akan memerintahkan peralatan proteksi untuk bekerja.
5. Reley Differensial
Reley differensial bekerja dengan membandingkan arus disisi masukan dan sisi keluaran. Jika terjadi perbedaan yang melebihi setting maka reley akan memerintahkan peralatan proteksi untuk bekerja.
Reley Proteksi Netral Directinal over current atau biasa dikenal dengan reley 67N merupakan alat proteksi pada saluran transmisi udara tegangan tinggi yang bekerja hanya pada daerah operasinya saja, yaitu berdasarkan arah arus gangguan ke tanah.
Proteksi 67 N terdiri dari dua jenis, yaitu :
1. Netral Directional Time Over Current ( TOC ).
2. Netral Directional Instantaneous Over Current ( IOC ).
2.5.1 Penentuan Area Operasi Reley 67N ( Directional)
Pada reley GE UR D60 penentuan arah (direction) operasi reley ditentukan dengan mengkalkulasikan tegangan 3V0 dan 3I0. Tegangan -3V0 cerminan dari 3V0
dijadikan sebagai titik referensi untuk menentukan posisi garis element characteristic angle (ECA), garis ECA merupakan titik tengah dari karakteristik operasi reley arah. Dari garis ECA ini kemudian dapat dilakukan menarik garis lurus lagi ke sisi kiri dan kananya untuk menunjukan area operasi reley 67N.
Gambar 2.8 Area Operasi Reley Arah
2.5.2 Penentuan Setting Arus Lebih (Over Current)
Tujuan utama dari sistem koordinasi proteksi adalah sensitifitas sistem proteksi terhadap gangguan dengan tidak mengurangi sifat selektifitasnya. Untuk mendapatkan kedua hal tersebut maka dalam mensetting neutral directional over current reley diperlukan setting Instantaneous over current dan setting time over current.
Untuk mendapatkan setting Instantaneous over current didapatkan pada level maksimum arus hubung singkat pada titik 90% panjang saluran, hal ini dilakukan untuk menjaga jarak aman dari selektifitas proteksi. Sedangkan area diatas 90% di cover dengan waktu tunda (time overcurrent) yang akan di koordinasikan dengan reley proteksi diatas dan dibawahnya.
2.5.2.1 Penentuan Setting Instantaneous Overcurrent
Untuk mendapatkan besar nilai arus setting Instantaneous overcurrent di dapatkan dengan membagi hasil arus hubung singkat pada titik gangguan (90% panjang saluran) dengan perbandingan nilai trafo arus (CT ratio).
Iinst = ISCtotal/CTprim (2.40)
Keterangan:
Iinst = nilai setting arus Instantaneous (A) ISCtotal = nilai arus total hubung singkat (A) CTprim = nilai lilitan primer trafo arus (A)
2.5.2.2 Penentuan Setting Time Overcurrent
Untuk menentukan setting time overcurrent dapat menggunakan rumus seperti diatas tadi yaitu dengan membagi nilai arus hubung singkat dengan CT ratio. Nilai arus hubung singkat diambil berdasarkan nilai arus dari kontribusi masing-masing bus.
Rumus untuk perhitungan waktu trip dan kurva adalah sebagai berikut:
T = TMS. [(A/(I/Is)P – 1) +B] (2.41)
Keterangan: T = waktu trip
TMS = time multiplier setting (time dial) Is = nilai setting arus reley
I = nilai arus aktual
Tabel 2.1 Konstanta kurva standard IEEE
IEEE curve shape A B P TR
Extremely Inverse 28.2 0.1217 2.0000 29.1
Very Inverse 19.61 0.491 2.0000 21.6
Moderately Inverse 0.0515 0.1140 0.0200 4.85 Sumber: Manual book of GE UR L90
2.6 Arus Charging (Charging Current)
Arus charging adalah arus yang ditimbulkan pada saluran transmisi pada kondisi tidak berbeban karena pengaruh sifat kapasitansi di sepanjang saluran tersebut. Nilai arus ini akan mempengaruhi kerja dari reley arus lebih jika arus setting untuk reley arus lebih yang terpasang lebih kecil dari arus charging. Oleh karena itu setting nilai arus pada reley harus lebih besar dari nilai chargingnya.
Untuk menghitung besarnya arus charging pada suatu saluran transmisi dapat menggunakan rumus sebagai berikut:
T = VLN X Y0 (2.42)
Keterangan:
T = waktu trip
VLN = nilai setting arus reley Y0 = nilai arus aktual
2.7 Pengaruh Perubahan Sistem Terhadap Setting Reley arah arus Lebih (Neutral Directional Overcurrent Reley)
Perubahan yang terjadi pada konfigurasi sistem baik yang dikarenakan karena adanya penambahan ataupun pemutusan pembangkit, pemutusan saluran transmisi karena adanya gangguan ataupun pemeliharaan akan mempengaruhi nilai arus hubung singkat pada satu titik gangguan. Penambahan ataupun pengurangan pembangkit akan mempengaruhi rating kapasitas dari hubung singkat pada sistem, sedangkan pemutusan saluran akan mempengaruhi perubahan nilai impedansi saluran. Perubahan nilai arus hubung singkat ini secara otomatis akan mempengaruhi nilai setting reley 67N baik untuk setting instantaneous overcurrentnya maupun untuk setting arus lebih dengan waktu tundanya (time overcurrent).
Sehingga perhitungan untuk setting reley 67N tersebut harus kita lakukan perhitungan ulang agar reley 67N tetap bisa beroperasi dengan baik.
2.8 Porgam ETAP
2.8.1 ETAP Powerstation 6.0.0
ETAP Powerstation 6.0.0 merupakan program yang digunakan untuk melakukan analisa pada jaringan listrik yang bisa diaplikasikan pada Microsoft Windows 2003/2008, XP, dan Vista operating sistem. Pada dasarnya ETAP dapat menggunakan real-time operating data untuk advance monitoring, real-time simulation, optimization, dan high speed intelligent load shedding.
Program ETAP telah dibuat berdasarkan 3 konsep utama yaitu: 1. Virtual Reality Operation
Program ini dibuat agar dapat beroperasi menyerupai kondisi sistem listrik yang sesungguhnya.
2. Total Integration Data
ETAP mengkombinasikan semua elemen data elektrik, logic, mekanikal, dan data fisik kedalam database yang sama. Sistem integrasi ini dibuat secara terus menerus oleh system untuk mencegah data ganda untuk satu element data yang sama.
3. Simplicity in Data Entry
ETAP menyiapkan data yang detail untuk setiap peralatan listrik. Data editor didisain untuk mempercapat proses memasukan data dengan meyusun property editor dengan cara yang sederhana untuk memasukan data yang berbeda tipe dari analisa maupun disainnya.
2.8.2 Membuat Project Dengan ETAP Powerstation 6.0.0
Dalam membuat aplikasi simulasi dengan ETAP Powerstation 6.0.0 aplikasi tersebut di kelompokan dalam sebuah project di ETAP Powerstation 6.0.0. Setiap project menyediakan fasilitas untuk membuat one-line diagram (pemodelan) dan analisa sistem tenaga listrik. untuk melakukan analisa sistem tenaga listrik pertama kita harus membuka program ETAP Powerstation 6.0.0 (pastikan program ETAP Powerstation 6.0.0 sudah terinstal) dengan cara double klick setelah program ETAP Powerstation 6.0.0 terbuka pilih menu File, kemudian New project
Gambar 2.9 Cara Membuat Project Baru Pada ETAP Powerstation 6.0.0
Gambar 2.10 Cara Membuat Nama Project Baru Pada ETAP Powerstation 6.0.0
Masukan nama file project yang diinginkan setelah itu, project baru siap digunakan untuk membuat one-line diagram dengan menggunakan one-line diagram editor yang telah tersedia.
Project View
Edit Toolbar
Gambar 2.11 Tampilan Work Sheet Project ETAP Powerstation 6.0.0
Dengan memanfaatkan menu-menu yang tersedia pada Edit toolbar, kita dapat memasukan berbagai macam komponen yang kita perlukan untuk membuat one line diagram yang akan kita lakukan analisa seperti generator, transformator, kabel, busbar, overcurrent reley, dan lain sebagainya.
Gambar 2.12 Tampilan Work Sheet Project ETAP Powerstation 6.0.0 Yang Sudah Selesai di Buat
Setelah memasukan semua konponen yang kita kita perlukan ke dalam one-line diagram editor, selanjutnya kita masuk ke properties dari masing-masing
One-line diagram in editor mode
komponen listrik tersebut untuk melakukan setting propertiesnya. Dengan cara double klik pada komponen tersebut bisa dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.13 Tampilan Properties Komponen Listrik Pada ETAP Powerstation 6.0.0
Setelah one-line diagram dan seluruh properties dari semua komponen yang dibuat selesai disetting, maka analisa sistem listrik tersebut dapat dilakukan. Dengan memanfaatkan juga aplikasi yang ada pada ETAP Powerstation 6.0.0 serta hasil perhitungannya juga langsung ditampilkan pada one-line diagramnya.
2.8.3 Analisa Aliran Daya
Dalam aplikasi program ETAP Powerstation 6.0.0 telah tersedia aplikasi untuk analisa aliran daya yaitu hanya dengan mengklik Load Flow Analysis yang terdapat pada Mode Toolbar, bisa dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.14 Tampilan Mode Toolbar Pada Tombol Load Flow Analysis
Setelah di klik menu Load flow analysis maka fungsi tersebut telah aktif, kemudian pada sisi sebelah kanan akan muncul Load Flow Toolbar, bisa dilihat pada gambar dibawah ini;
Gambar 2.15 Tampilan Load Flow Toolbar
Fungsi dari menu-menu yang terdapat pada Load Flow Analysis adalah sebagai berukut:
1. Run Load Flow
Fungsinya untuk menampilkan hasil perhitungan Load Flow. Menu ini akan langsung menampilkan hasil perhitungan pada one-line diagram.
2. Display Option
Run Load Flow Display Option Alert
Fungsinya untuk menampilkan berbagai macam option untuk hasil analisa yang ditampilkan. Terdapat pilihan untuk mengatur warna angka hasil perhitungan, satuan yang digunakan dan sebagainya.
3. Alert
Fungsinya menampilkan nilai yang melebihi batas toleransi, sehingga pengguna dapat dengan mudah kondisi yang tidak normal pada system.
4. Report Manager
Berfungsi untuk menampilkan maupun mecetak laporan yang dihasilkan dari analisa pada sistem.
2.8.4 Analisa Hubung Singkat (Short Circuit Analysis)
ETAP Powerstation 6.0.0 juga telah menyediakan aplikasi untuk melakukan analisa hubung singkat yaitu dengan mengklik Short Circuit Analysis pada Mode Toolbar.
Gambar 2.16 Tampilan Mode Toolbar Pada Short Circuit Analysis Setelah itu dapat ditentukan bus yang akan kita lakukan analisa hubung singkat pada sistem. Hal ini dilakukan pada one-line diagram sistem dengan cara melakukan klik kanan pada bus yang ingin kita lakukan analisa, setelah melakukan klik kanan akan terlihat menu seperti gambar dibawah ini:
Gambar 2.17 Tampilan Menu Pada Bus
Kemudian untuk mengaktifkan hubung singkat pada sistem tersebut klik Fault. Untuk membatalkannya dapat di klik Don’t Fault. Pada sisi sebelah kanan terdapat short circuit toolbar. Fungsi dari toolbar-toolbar ini adalah untuk megaktifkan berbagaimacam fasilitas dan pengaturan yang diperlukan dalam analisa hubung singkat.
Gambar 2.18 Tampilan Short Circut Toolbar
Short Circuit Toolbar dengan standard ANSI/IEEE mempunyai beberapa menu seperti terlihat pada gambar diatas, untuk penjelasan fungsi dari masing-masing menu tersebut adalah sebagai berikut:
1. 3-Phase Faults - Device Duty
Berfungsi untuk menampilkan simulasi hubung singkat 3-phasa dengan standard ANSI C37.
Display Standard
3-Phase Faults - Device Duty
Panel/UPS/ 1-Ph System Device Duty
LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - ½ Cycle (Max. Short-Circuit Current)
LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 1.5 to 4 Cycle LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 30 Cycle (Min. Short-Circuit Current)
Arc Flash Hazard Calculation Short-Circuit Display Options
Alert View
2. Panel/UPS/ 1-Ph System Device Duty
Click on this button to perform a device duty short circuit study per ANSI Standards untuk bagian system dibawah panel, sebuah UPS and sebuah phase adapter.
LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - ½ Cycle (Max. Short-Circuit Current)
Berfungsi untuk simulasi hubung singkat pada line-to-ground, line-to-line, line-to-line-to-ground, dan hubung singkat 3-phasa dengan standard ANSI. Analisa perhitungan arus short circuit pada ½ cycle fault di bus.
3. LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 1.5 to 4 Cycle
Berfungsi untuk menampilkan simulasi hubung singkat 3-phasa, line-to-ground, line-to-line, line-to-line-to-line-to-ground, dan gangguan 3-phase berdasarkan standard ANSI. Analisa perhitungan arus short circuit pada 1.5 - 4 cycle fault di bus.
4. LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 30 Cycle (Min. Short-Circuit Current) Berfungsi untuk menampilkan simulasi hubung singkat 3-phasa, line-to-ground, line-to-line, line-to-line-to-line-to-ground, dan gangguan 3-phase berdasarkan standard ANSI. Analisa perhitungan arus short circuit pada 30 cycle fault di bus.
5. Arc Flash Hazard Calculation
Berfungsi untuk menampilkan simulasi Arc Flash Hazard analysis berdasarkan option yang dipilih pada Short-Circuit Study Case Arc Flash page (NFPA 70E or IEEE 1584).
6. Short-Circuit Display Options
Berfungsi untuk menampilkan berbagai macam option untuk hasil analisa yang ditampilkan. Terdapat pilihan untuk mengatur warna angka hasil perhitungan, satuan yang digunakan dan sebagainya.
7. Alert
Fungsinya menampilkan nilai yang melebihi batas toleransi, sehingga pengguna dapat dengan mudah kondisi yang tidak normal pada system.
8. Report Manager
Berfungsi untuk menampilkan maupun mecetak laporan yang dihasilkan dari analisa pada sistem.