5 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem Transmisi
Sistem transmisi tenaga listrik merupakan proses penyaluran tenaga listrik setelah tegengan yang dihasilkan pada sisi pembangkit tenaga listrik (power plant) dinaikan, ke gardu induk (main substation) hingga pada saat tegangan diturunkan pada sistem distribusi (substation distribution) yang selanjutnya dapat disalurkan kepada konsumen pengguna listrik. Standarisasi tegangan pada sistem transmisi internasional adalah 115 kv hingga 230 kV untuk saluran tegangan tinggi dan 345 kV hingga 765 kV untuk saluran tegangan ekstra tinggi. Standarisasi tegangan pada sistem transmisi Indonesia adalah 150 kV untuk tegangan tinggi dan 500 kV untuk tegangan ekstra tinggi. Pada saluran transmisi, umumnya terjadi gangguan transient atau gangguan semi permanent. Contoh gangguan semi permanent adalah flashover pada isolator atau ayunan dahan pohon karena angin pada penghantar konduktor.
Adapun gambar penyaluran sistem tenaga listrik dapat dilihat pada Gambar 2.1 dibawah.
Gambar 2.1 Sistem Tenaga Listrik
6 2.2 Sistem Proteksi
Sistem proteksi adalah sistem pengamanan terhadap peralatan listrik dari adanya gangguan-gangguan pada proses penyaluran tenaga listrik, baik gangguan teknis dan ganggaun alam, gangguan semi permanent dan gangguan permanent, dan penyebab lainnya. Sonny (2015:11) menyatakan bahwa “Filosofi dasar dari sistem proteksi adalah bagaimana melindungi sistem tenaga listrik dari akses gangguan yang terjadi pada sistem, dengan cara memisahkan gangguan tersebut dari sistem lainnya dengan cepat dan tepat.”
Pada umumnya prinsip sistem proteksi ialah mendeteksi adanya kondisi abnormal dalam suatu rangkaian listrik, dengan mengukur besaran-besaran listrik yang berbeda antara kondisi normal dan kondisi abnormal.
2.2.1 Syarat-Syarat Kelayakan Sistem Proteksi
Dalam perencanaan sistem proteksi pada suatu rangkaian sistem tenaga listrik, terdapat beberapa kriteria yang perlu dipenuhi yaitu (Tofan aryanto:2013) :
a. Kepekaan (sensitivities)
Kepekaan relai proteksi terhadap segala macam gangguan dengan tepat yakni gangguan yang terjadi di daerah perlindungannya. Kepekaan suatu sistem proteksi ditentukan oleh nilai terkecil dari besaran penggerak saat peralatan proteksi mulai beroperasi. Nilai terkecil besaran penggerak berhubungan dengan nilai minimum arus gangguan dalam daerah yang dilindunginya.
7 b. Kecepatan
Sistem proteksi perlu memiliki tingkat kecepatan sebagaimana ditentukan sehingga meningkatkan mutu pelayanan, keamanan manusia, peralatan dan stabilitas operasi. Mengingat suatu sistem tenaga mempunyai batas-batas stabilitas serta kadang-kadang gangguan sistem bersifat sementara, maka relai yang semestinya bereaksi dengan cepat kerjanya perlu diperlambat (time delay).
c. Selektifitas
Selektif berarti suatu sistem proteksi harus dapat memilih bagian sistem yang harus diisolir apabila relai proteksi mendeteksi gangguan. Bagian yang dipisahkan dari sistem yang sehat sebisanya adalah bagian yang terganggu saja. Diskriminatif berarti suatu sistem proteksi harus mampu membedakan antara kondisi normal dan kondisi abnormal. Ataupun membedakan apakah kondisi abnormal tersebut terjadi di dalam atau di luar daerah proteksinya.
Dengan demikian, segala tindakannya akan tepat dan akibatnya gangguan dapat dieliminir menjadi sekecil mungkin.
d. Keandalan (reliability)
Suatu sistem proteksi dapat dikatakan andal jika selalu berfungsi sebagaimana yang diharapkan. Sistem proteksi disebut tidak andal bila gagal bekerja pada saat dibutuhkan dan bekerja pada saat proteksi itu tidak seharusnya bekerja. Keandalan relai dikatakan cukup baik bila mempunyai harga 90-99 %. Keandalan dapat di bagi 2 macam, yaitu :
1. Dependability : relay harus dapat diandalkan setiap saat.
8 2. Security : tidak boleh salah kerja / tidak boleh bekerja yang bukan
seharusnya bekerja.
e. Ekonomis
Suatu perencanaan teknik yang baik tidak terlepas tentunya dari pertimbangan nilai ekonomisnya. Suatu relai proteksi yang digunakan hendaknya ekonomis mungkin dengan tidak mengesampingkan fungsi dan keandalannya. Tipe Proteksi Ada dua kategori proteksi yang dikenal yaitu proteksi utama (main protection) dan proteksi pembantu (back up protection).
Proteksi utama adalah pertahanan utama dan akan membebaskan gangguan pada bagian yang akan diproteksi secepat mungkin. Mengingat keandalan 100% tidak hanya dari perlindungan tetapi juga dari trafo arus, trafo tegangan dan pemutus rangkaian yang tidak dapat dijamin, untuk itu diperlukan perlindungan pembantu (auxiliary protection) pada alat proteksi tersebut.
Proteksi pembantu bekerja bila relai utama gagal dan tidak hanya melindungi daerah berikutnya dengan perlambatan waktu yang lebih lama dari pada relai utamanya.
2.2.2 Karakteristik Relai Proteksi
Relai proteksi berperan penting dalam pemutusan gangguan pada suatu jaringan penyaluran tenaga listrik. Hal ini dikarenakan peralatan proteksi harus di koordinasikan waktu kerjanya dengan peralatan proteksi lain, sehingga peralatan proteksi dapat bekerja sesuai dengan zona proteksi (Protection Zone). Adapun karakteristik kerja ralai proteksi berdasarkan waktu kerjanya, yaitu :
9 a) Waktu Seketika (Instantaneous moment)
Relai ini akan memberi perintah kepada Pemutus Tenaga (PMT) pada saat terjadi gangguan yang besarnya melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai mulai pick-up sampai kerja relai sangat singkat tanpa penundaan waktu yaitu 20 – 60 ms. Kurva karakteristik waktu seketika dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Karakteristik Relai Proteksi Waktu Seketika (Sumber : Tasiam. 2017)
b) Waktu Tertentu (Definite Time)
Relai ini akan memberi perintah kepada Pemutus Tenaga (PMT) pada saat terjadi gangguan bila besarnya arus gangguan melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai mulai pick-up sampai kerja relai waktu tundanya berbanding terbalik dengan besarnya arus gangguan. Kurva karakteristik waktu terbalik dapat dilihat pada Gambar 2.3.
10 Gambar 2.3 Karakteristik Relai Proteksi Waktu Tertentu
(Sumber : Tasiam. 2017) c) Waktu Berbanding Terbalik (Inverse Time)
Relai ini akan memberi perintah kepada Pemutus Tenaga (PMT) pada saat terjadi gangguan bila besarnya arus gangguan melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai mulai pick-up sampai kerja relai waktu tundanya berbanding terbalik dengan besarnya arus gangguan. Kurva karakteristik waktu terbalik dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Karakteristik Relai Proteksi Waktu Terbalik (Sumber : Tasiam. 2017)
11 2.3 Gardu Induk
Gardu induk merupakan sub sistem dari sistem penyaluran tenaga listrik.
Gardu induk atau sering kali diibaratkan sebagai terminal atau stasiun transmisi, dimana gardu induk adalah suatu instalasi yang terdiri dari peralatan-peralatan listrik yang memiliki fungsi utama mengubah tenaga listrik tegangan tinggi ke satu tegangan tinggi lainnya atau tegangan menengah. Sehubungan dengan itu, A.Arismunandar dan S.Kuwahara, (1997 : 3) menyatakan bahwa “Gardu Induk Merupakan tempat pemutusan dari tenaga yang dibangkitkan dan interkoneksi dari sistem transmisi dan distribusi kepada pelanggan”. Pada gardu induk terdapat penyulang-penyulang atau feeder merupakan jaringan yang berfungsi untuk menyalurkan listrik dengan tegangan 20.000 V dari trafo tenaga pada gardu induk menuju gardu distribusi. Gambar gardu induk daya dapat dilihat pada Gambar 2.5 berikut.
Gambar 2.5 Gardu Induk Daya (Sumber : Dokumentasi Pribadi)
12 2.3.1 Klasifikasi Gardu Induk Menurut Lokasi dan Fungsi
Merurut lokasinya di dalam sistem tenaga listrik, fungsi dan tegangannya (tinggi,menengah atau rendah) maka gardu listrik dapat dibagi :
a) Gardu Induk.
Adalah gardu listrik yang mendapatkan daya dari satuan transmisi atau sub-transmisi suatu sistem tenaga listrik untuk kemudian menyalurkannya ke daerah beban (industri, kota dan sebagainya) melalui saluran distribusi primer. Gambar gardu induk dapat dilihat pada Gambar 2.6 berikut.
Gambar 2.6 Gardu Induk Transmisi (Sumber : Buku Gardu Induk, 2014) b) Gardu Distribusi
Adalah gardu listrik yang mendapatkan daya dari saluran distribusi primer yang menyalurkan tenaga listrik ke pemakai dengan tegangan rendah.
Gambar distribusi dapat dilihat pada Gambar 2.7 berikut.
13 Gambar 2.7 Gardu Induk Distribusi
(Sumber : Buku Gardu Induk, 2014)
2.3.2 Klasifikasi Gardu Induk Menurut Penempatan Peralatannya
Gardu induk menurut penempatan peralatannya, dikelasifikasikan menurut jenis pasangan luar, pasangan dalam, pasangan setengah luar, jenis bawah tanah, dan sebagainya (A.Arismunandar dan S.Kuwahara, 1997 : 1) :
a) Gardu Induk Pemasangan Dalam.
Gardu Induk dimana semua peralatannya (switchgear, isolator, transformator, dan sebagainya) di pasang di dalam gedung/ruangan tertutup. Jenis pemasangan dalam dipakai dipusat kota.
b) Gardu Induk Pemasangan Luar.
Gardu Induk dimana semua peralatannya (switchgear, isolator, transformator utama dan sebagainya) di tempatkan di udara terbuka. Jenis pemasangan luar memerlukan tanah yang luas. Namun, biaya konsturksi yang murah, dan
14 pendinginannya mudah. Karena itu GI jenis ini biasanya dipakai dipinggir kota.
c) Gardu Induk Pemasangan Setengah Luar (Semi Outdoor Substation)
Gardu induk jenis ini memasang sebagian peralatan tegangan tinggi di dalam gedung. Gardu induk ini disebut juga jenis setengan pasangan dalam. Gardu induk jenis ini digunakan dengan mempertimbangkan faktor ekonomis, kontaminasi garam, pencegahan gangguan suara, pencegahan kebakaran dan lainnya.
d) Gardu Induk Pemasangan Bawah Tanah
Hampir semua peralatan pada gardu induk ini dipasang dibawah tanah, hanya saja peralatan ruang kontrol dan pendinginnya berada di atas tanah. Gardu induk jenis ini biasanya digunakan dipusat kota dimana tanah sukar didapat, misalhnya di bagian kota yang sangat ramai, di jalan-jalan pertokoan dan di jalan-jalan gedung-gedung bertingkat.
2.3.3 Klasifikasi Gardu Induk Menurut Isolasi yang digunakan a) Gardu Induk Menggunakan Isolasi Udara :
Adalah gardu induk yang menggunakan isolasi udara antara bagian yang bertegangan yang satu dengan bagian yang bertegangan lainnya. Gardu Induk ini berupa gardu induk konvensional dimana gardu induk ini memerlukan tempat terbuka yang cukup luas. Gambar gardu induk konvensional dapat dilihat pada Gambar 2.8.
15 Gambar 2.8 Gardu Induk Konvensional
(Sumber : Buku Gardu Induk, 2014) b) Gardu Induk Menggunakan Isolasi Gas SF6
Gardu induk yang menggunakan gas SF 6 sebagai isolasi antara bagian yang bertegangan yang satu dengan bagian lain yang bertegangan, maupun antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan.
Gardu induk ini disebut Gas Insulated Substation atau Gas Insulated Switchgear (GIS), yang memerlukan tempat yang sempit. Gambar GIS dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Gas Insulated Substation (GIS) (Sumber : Buku Gardu Induk, 2014)
16 Secara prinsip peralatan yang dipasang pada GIS sama dengan peralatan yang dipakai GI Konvensional. Perbedaannya adalah :
1. Pada GIS peralatan-peralatan utamanya berada dalam suatu selubung logam tertutup rapat, yang di dalamnya berisi gas bertekanan, yaitu gas SF 6 (Sulphur Hexafluorida).
2. Gas SF 6 berfungsi sebagai isolasi switchgear dan sebagai pemadam busur api pada operasi Circuit Breaker (CB).
3. Dengan demikian cara pemasangan GIS berbeda dengan GI Konvensional.
Pengembangan GIS :
1. Pada mulanya GIS didesain dengan sistem selubung phasa tunggal.
2. Dengan semakin majunya teknologi kelistrikan, maka saat ini sebagian besar GIS memakai desain selubung tiga phasa dimasukkan dalam satu selubung.
3. Keuntungan sistem selubung tiga phasa adalah : lebih murah, lebih ringan, lebih praktis dan pemasangannya lebih mudah, meminimalkan kemungkinan terjadinya kebocoran gas dan lebih sederhana susunan isolasinya.
Pertimbangan penggunaan gas SF 6 dalam GIS, adalah :
1. Kekuatan dielektrik tinggi, yaitu pada tekanan udara normal sebesar 2,5 kali dielektrik udara.
2. Tidak mudah terbakar dan tidak berbau.
17 3. Tidak beracun dan tidak berwarna.
4. Mengikuti hukum gas-gas pada umumnya.
5. Berat molekul 146 (udara 29).
6. Kepekaan ± 6 kg/m3 pada 0,1 MFA dan 100 C.
GIS-GIS yang terpasang di Indonesia, adalah GIS 150 KV :
1. Dipasang di kota-kota besar dan terbatas hanya di Pulau Jawa.
2. Sistem penyaluran (transmisi) menggunakan kabel tanah (SKTT).
3. Hampir semua komponen GIS terpasang (ditempatkan) dalam gedung, kecuali transformator tenaga, pada umumnya dipasang (ditempatkan) di luar gedung.
Komponen listrik pada GIS merupakan suatu kesatuan yang sudah berwujud rigid (kompak). Untuk pemasangannya tinggal meletakkan di atas pondasi.
2.3.4 Klasifikasi Gardu Induk Menurut Sistem Rel (Busbar)
Rel (busbar) merupakan titik hubungan pertemuan (connecting) antara transformator daya, SUTT/ SKTT dengan komponen listrik lainnya, untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik. Berdasarkan sistem rel (busbar), gardu induk dibagi menjadi beberapa jenis, sebagaimana tersebut di bawah ini :
a) Gardu Induk sistem ring busbar :
Adalah gardu induk yang busbarnya berbentuk ring. Pada gardu induk jenis ini, semua rel (busbar) yang ada, tersambung (terhubung) satu dengan lainnya dan membentuk ring (cincin).
18 b) Gardu Induk sistem single busbar :
Adalah gardu induk yang mempunyai satu (single) busbar. Pada umumnya gardu dengan sistem ini adalah gardu induk yang berada pada ujung (akhir) dari suatu sistem transmisi. Pada gardu induk dengan sistem single busbar, jika terjadi gangguan pada busbar, isolator pada sisi busbar, pemutus beban dan peralatan diantaranya, akan terjadi pemadaman total atau pelayanan aliran tenaga listrik akan terputus sama sekali (A.Arismunandar dan S.Kuwahara, 1997 : 1)
Gambar 2.10 Single Line Diagram Gardu Induk Single Busbar (Sumber : Buku Gardu Induk, 2014)
Keterangan Gambar :
1 = Disconnect Switch (DS) 2 = Circuit Breaker (CB) 3 = Current Transformer (CT) 4 = Potential Transformer (PT) 5 = Lightning Arrester (LA) 6 = Transformator
7 = Busbar
19 c) Gardu Induk sistem double busbar :
Adalah gardu induk yang mempunyai dua (double) busbar. Gardu induk sistem double busbar sangat efektif untuk mengurangi terjadinya pemadaman beban, khususnya pada saat melakukan perubahan sistem (manuver sistem). Jenis gardu induk ini pada umumnya yang banyak digunakan.
Gambar 2.11 Single Line Diagram Gardu Induk Sistem Double Busbar (Sumber : Buku Gardu Induk, 2014)
Keterangan Gambar :
1 = Disconnect Switch (DS) 2 = Circuit Breaker (CB) 3 = Current Transformer (CT) 4 = Potential Transformer (PT) 5 = Lightning Arrester (LA) 6 = Transformator
7 = Busbar
20 8 = PMT Kopel
d) Gardu Induk sistem satu setengah (on half) busbar :
Adalah gardu induk yang mempunyai dua (double) busbar. Pada umumnya gardu induk jenis ini dipasang pada gardu induk di pembangkit tenaga listrik atau gardu induk yang berkapasitas besar. Dalam segi operasional, gardu induk ini sangat efektif, karena dapat mengurangi pemadaman beban pada saat dilakukan perubahan sistem (manuver system).
Sistem ini menggunakan 3 buah PMT dalam satu diagonal yang terpasang secara deret (seri).
Gambar 2.12 Single Line Diagram Gardu Induk Satu Setengah Busbar (Sumber : Buku Gardu Induk, 2014)
21 Keterangan Gambar :
1 = Disconnect Switch (DS) 2 = Circuit Breaker (CB) 3 = Current Transformer (CT) 4 = Potential Transformer (PT) 5 = Lightning Arrester (LA) 6 = Transformator
7 = Busbar
2.4 Transformator Tenaga
Transformator tenaga merupakan peralatan penyaluran sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk mentransformasikan atau menyalurkan daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah ataupun sebaliknya tanpa merubah frekuensi.
Transformator yang mempunyai fungsi penting diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (secara terus-menerus tanpa ada gangguan).
Berdasarkan tegangan operasinya transformator dapat dibedakan dalam beberapa jenis yaitu, transformator yang menyalurkan tegangan dari satu tingkat tertentu ke tingkat tegangan lainnya seperti 500/150 kV dan 150/70 kV biasa disebut Interbus Transformator (IBT), transformator 150/20 kV dan 70/20 kV disebut transformator distribusi.
2.5 PMT
Pemutus tenaga atau PMT adalah alat yang terpasang pada gardu induk yang berfungsi untuk menghubungkan dan memutus arus beban dan arus gangguan.
22 Pemutus tenaga pada saat mehubungkan dan memutus beban akan terjadi tegangan recovery, yaitu suatu fenomena tegangan lebih (busur api).
Gambar 2.13 Pemutus Tenaga (PMT)
(Sumber : Teknik Tenaga Listrik Jilid III Gardu Induk, 1997) Jenis media pemadam busur api pada pemutus tenaga yaitu : a) Gas SF6 (Sulfur Hexafluoride)
PMT dengan media pemutus dengan Gas. Media gas yang digunakan pada tipe PMT ini adalah Gas SF6 (Sulphur Hexafluoride). Sifat-sifat gas SF6 murni ialah tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Pada temperatur diatas 150°C gas SF6 mempunyai sifat tidak merusak metal, plastik dan bermacam-macam bahan yang umumnya digunakan dalam pemutus tenaga tegangan tinggi. Sebagai isolasi listrik, gas SF6 mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi (2,35 kali udara ) dan kekuatan dielektrik ini bertambah dengan pertambahan tekanan.
23 b) Udara Hembus (Air Blast Circuit Breaker)
PMT ini menggunakan udara sebagai pemutus busur api dengan menghembuskan udara ke ruang pemutus. Udara tinggi dihembuskan ke busur api melalui nozzle pada kontak pemisah ionisasi media antara kontak dipadamkan oleh hembusan udara. Setelah pemadaman busur api dengan udara tekanan tinggi, udara ini juga berfungsi mencegah restriking voltage (tegangan pukul ). Kontak PMT ditempatkan didalam isolator, dan juga katup hembusan udara. Pada PMT kapasitas kecil isolator ini merupakan satu kesatuan dengan PMT-nya tetapi untuk kapasitas besar tidak demikian halnya
c) Hampa Udara
Kontak-kontak pemutus dari PMT ini terdiri dari kontak tetap dan kontak bergerak yang ditempatkan dalam ruang hampa udara. Ruang hampa udara ini mempunyai kekuatan dielektrik (dielektrik strength) yang tinggi dan sebagai media pemadam busur api yang baik. PMT jenis vacuum kebanyakan digunakan untuk tegangan menengah.
Gambar 2.14 PMT dengan Hampa Udara (Sumber : BSE Teknik Transmisi Tenaga Listrik , 2007)
24 d) Minyak
Pemutus tenaga jenis minyak adalah suatu pemutus tenaga menggunakan minyak sebagai pemadam busur api listrik yang timbul pada waktu memutus arus listrik. Jenis pemutus minyak dapat dibedakan menurut banyak dan sedikit minyak yang digunakan pada ruang pemutusan yaitu, pemutus menggunakan banyak minyak (bulk oil) dan menggunakan sedikit minyak (small oil). Pemutus minyak digunakan mulai dari tegangan menengah 20 kV sampai tegangan ekstra tinggi 425 kV dengan arus nominal 400 A sampai 1250 A dengan arus pemutusan simetris 12 kA sampai 50 kA.
Pada PMT ini minyak berfungsi sebagai perendam loncatan bunga api listrik selama pemutusan kontak-kontak dan bahan isolasi antara bagian-bagian yang bertegangan dengan badan.
2.6 Undervoltage Load Shedding (UVLS)
Undervoltage Load Shedding (UVLS) merupakan suatu mekanisme pelepasan beban akibat adanya penurunan tegangan sistem yang disebabkan oleh gangguan. Kondisi undervoltage dapat berakibat fatal, dimana kondisi tersebut dapat menggangu kestabilan sistem tenaga listrik dan dapat menyebabkan terjadinya voltage collapse.
Undervoltage adalah penurunan nilai efektif dari tegangan yang nilainya kurang dari 90% dari tegangan nominal. Tegangan sistem harus dipertahankan dengan batasan sebagai berikut : (PT. PLN (Persero). 2013 : 13)
25 Tabel 2.1 Batasan Tegangan Sistem Berdasarkan Aturan Jaringan
Tegangan (kV) Batas Atas Batas Bawah
500 kV +5% -5%
150 kV +5% -10%
70 kV +5% -10%
20 kV +5% -10%
2.7 Under Voltage Relay (UVR)
Under voltage relay (UVR) merupakan relai yang berfungsi mengamankan peralatan instalasi pada suatu sistem dari pengaruh perubahan besar tegangan. UVR bekerja mendeteksi tegangan kurang pada bay penghantar, prinsip dasar UVR adalah bekerja jika penurunan tegangan mencapai titik settingannya. Adapun persamaan dalam menentukan setting tegangan UVR sebagai berikut : (PT. PLN (Persero). 2013 : 201)
𝑉𝑠 = 0.9 × 𝑉𝑛𝑜𝑚……….(1) Dimana :
Vs : Tegangan setting Vnom : Tegangan nominal
2.8 Penutup Balik Otomatis (Auto Reclose)
Penyaluran tenaga listrik pada sistem transmisi, terutama pada saluran udara tegangan tinggi (SUTT/SUTET) merupakan bagian yang paling sering mengalami gangguan, dimana gangguan yang terjadi sebagian besar (sekitar 80 %) bersifat temporer yang akan segera hilang setelah pemutus tenaga (PMT) trip. Auto Reclose
26 (AR) atau relai penutup balik merupakan relai yang berfungsi untuk memberi perintah close setelah proteksi utama penghantar memberi perintah trip. Apabila gangguan bersifat temporer maka posisi terakhir PMT setelah ada perintah close dari PMT adalah kondisi tertutup dan sistem kembali normal. Apabila gangguan bersifat permanen maka A/R akan memberi perintah close setelah PMT trip, namun PMT akan kembali ditripkan oleh proteksi utama. “Pola autoreclose tiga fasa tidak boleh diterapkan kecuali jika beban trafo dilepas terlebih dahulu untuk menghindari energize trafo pada saat berbeban”. (PUSDIKLAT PT. PLN (Persero). 2009: 86)
Untuk menjaga pasokan tenaga listrik tetap tersalurkan dan batas stabilitas tetap terpelihara maka PMT diharapkan dapat masuk kembali setelah terjadinya trip (reclose). Dengan tujuan mengurangi dampak yang ditimbulkan oleh gangguan bersifat temporer terhadap keandalan pasokan tenaga listrik, maka pada bay line dipasang penutup balik (auto reclose).
2.8.1 Aplikasi Penutup Balik Otomatis
Adapun parameter-parameter penting dalam penutupan balik otomatis atau auto reclose antara lain adalah :
1) Waktu Padam
Waktu Padam atau dead time adalah waktu sejak busur api pada proses pembukaan kontak sudah berakhir (Padam) sampai kontak PMT terhubung kembali.
27 Dead time rele auto reclosing adalah waktu terjadinya sinyal pada relai auto reclose (Energize) hingga kontak sirkuit PMT menutup kembali dengan sempurna.
Waktu ini biasanya bisa diatur dan biasanya bisa ditandai dengan dial terkalibrasi.
2) Reclaim Time
Adalah waktu mulai dari penerapan pulsa tegangan pada relai auto reclose hingga relai siap tutup kembali untuk merespons gangguan berikutnya (sesudah reclosing berhasil) yang akan me-reset skema atau mengunci skema sebagaimana dibutuhkan.
Waktu ini bisa tetap atau variable tergantung pada setelan dead time. Pada skema multishot masing-masing reclaim time bisa dibuat sama atau adjustable.
3) Single atau multishot
Dalam menerapkan sistem auto reclose hal yang perlu diperhatikan berapa kali proses penutupan kembali atau reclosing yang diharapkan terjadi pada saat tripping, dalam arti apakah hanya perlu satu kali atau banyak auto reclosing untuk setiap gangguan.
2.8.2 Kaidah Penyettingan autoreclose 1) Setting Autoreclose 1 Phasa
a) Jumlah Shot : Single Shot
b) Reclosing Mechanishm : 1 Pole, 1/3 Pole, dan 3 Pole a. Reclosing Mechanishm 1 Pole
28 Penerapan pola ini harus memperhatikan sistem penggerak PMT dimana sistem penggeraknya sudah per-phasa / Single pole driving mecanism. Pada pola ini hanya gangguan 1 phasa yang reclose (PMT trip 1 phasa, close 1 phasa sesuai phasa yang terganggu), sedangkan gangguan 2 phasa dan 3 phasa block reclose atau ketiga Phasa PMTnya akan trip. Pola ini umumnya diterapkan untuk daerah dekat pembangkit dan area dengan statistik gangguan lebih banyak gangguan 1 Phasa).
Pola ini digunakan pada transmisi EHV 500 kV dan beberapa transmisi HV 150 kV dan 70 kV yang telah menggunakan jenis PMT Single pole.
Pada jenis konfigurasi 1½ PMT, khusus gangguan permanen, penutupan dua PMT yang tidak serentak akan menyebabkan gangguan berlangsung lebih lama dan menimbulkan gangguan baru yang lebih parah. Untuk mengurangi kemungkinan terjadinya hal tersebut, disarankan untuk PMT line (B) yang terhubung langsung ke busbar reclose terlebih dahulu kemudian PMT pengapit (AB) setelah PMT line (B) berhasil masuk. Apabila PMT line (B) gagal bukan diakibatkan oleh gangguan permanent maka PMT pengapit (AB) harus bisa reclose tetapi bila diakibatkan gangguan permanen maka PMT pengapit (AB) harus diblok.
b. Reclosing Mechanishm 1/3 Pole
Penerapan pola ini harus memperhatikan sistem penggerak PMT dimana sistem penggeraknya sudah perphasa/Single pole driving mecanism dan kondisi PMT. Pada pola ini gangguan 1 phasa dan 2 phasa yang reclose (PMT trip 1 phasa, close 1 phasa sesuai phasa yang terganggu, pada gangguan 2 phasa, PMT trip 3 phasa close 3 phasa ), sedangkan gangguan 3 phasa block reclose atau ketiga Phasa
29 PMTnya akan trip. Pola ini umumnya diterapkan untuk daerah dekat pembangkit dan area dengan statistik gangguan 2 Phasa yang bersifat temporary.
c. Reclosing Mechanishm 3 Pole
Penerapan pola ini harus memperhatikan sistem penggerak PMT dimana sistem penggeraknya sudah perphasa/Single pole driving mecanism dan kondisi PMT. Pada pola ini gangguan 1 phasa dan 2 phasa yang reclose (PMT trip 1 phasa, close 1 phasa sesuai phasa yang terganggu, pada gangguan 2 phasa, PMT trip 3 phasa close 3 phasa ), sedangkan gangguan 3 phasa block reclose atau ketiga Phasa PMTnya akan trip. Pola ini umumnya diterapkan untuk daerah dekat pembangkit dan area dengan statistik gangguan 2 Phasa yang bersifat temporary.
c) Dead Time : 1 atau 3 detik
Setting dead time tergantung kebutuhan sistem dan kemampuan peralatan.
Penentuan dead time harus mempertimbangkan hal berikut : a) Stabilitas dan Sinkronisasi Sistem :
1. Tidak berpengaruh pada jaringan radial tetapi berpengaruh pada jaringan yang memiliki lebih dari satu sumber (pembangkit atau IBT)
2. Dead Time dipilih sesuai dengan kebutuhan sistem dan keamanan peralatan.
b) Karakteristik PMT :
1. Waktu yang diperlukan oleh PMT untuk trip dan reclose harus diperhitungkan, khususnya untuk A/R cepat.
30 2. Waktu de-ionisasi udara, dapat dilihat pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Waktu Deonisadi Udara
Tegangan Sistem (kV) Waktu De-ionisasi (detik)
66 0.25
150 0.30
275 0.37
500 0.5
(Sumber : Buku Pedoman Pemeliharaan Proteksi dan Kontrol Penghantar PT. PLN (persero) , 2014)
c) Karakteristik Peralatan Proteksi
Harus diperhitungkan waktu yang dibutuhkan untuk reset peralatan proteksi.
Berikut adalah criteria yang dibutuhkan peralatan proteksi untuk masing-masing jenis reclose.
a) Kriteria Setting Untuk SPAR : Dead time :
1 Lebih kecil dari seting discrepancy dan seting GFR.
2 Lebih besar dari operating time PMT, waktu reset mekanik PMT, dan waktu pemadaman busur api dan waktu deionisasi udara.
3 Tipikal set 0.5 s/d 1 detik.
Reclaim time :
1. Memberi kesempatan pmt untuk kesiapan siklus O-C-O berikutnya.
2. Tipikal 40 -180 detik.
31 b) Kriteria Setting Untuk TPAR :
Dead time :
1. Lebih besar dari operating time PMT, waktu reset mekanik PMT, dan waktu pemadaman busur api dan waktu deionisasi udara.
2. Tipikal set 5 s/d 6 detik.
3. Seting berbeda untuk kedua sisi :
Untuk sumber di kedua sisi maka sisi dengan fault level rendah reclose terlebih dahulu baru kemudian sisi lawannya. Untuk sumber di satu sisi (radial Double sirkit) bila tidak terdapat S/C untuk operasi manual yang terpisah dari S/C untuk A/R maka untuk keperluan 120 manuver operasi, reclose pertama dapat dilakukan dari sisi sumber.
4. SUTT yang tersambung ke pembangkit :
A/R untuk SUTT yang kedua sisi tersambung ke Pembangkit maka pola yang dipilih TPAR (inisiate gangguan 1 fasa) dengan seting dead time lebih lama. SUTT yang hanya satu sisi tersambung ke pembangkit maka pola yang dipilih TPAR dengan pola S/C di sisi pembangkit diseting DL/DB out.
Reclaim Time :
1. 40 -180 detik (tergantung dari kemampuan PMT).
2. Memberi kesempatan pmt untuk kesiapan siklus O-C-O berikutnya.
2.8.3 Faktor Teknis Dalam Pengoperasian Auto Reclose (A/R) A/R tidak boleh bekerja pada kondisi-kondisi berikut
32 1. PMT dibuka secara manual atau beberapa saat setelah PMT ditutup secara
manual.
2. PMT trip oleh Circuit Breaker Failure (CBF) atau Direct Transfer Trip (DTT).
3. PMT trip oleh proteksi cadangan (Z2, Z3, DEF backup, OCR/GFR).
4. PMT trip oleh switch on to fault (SOTF).
5. Bila proteksi SUTET tidak dilengkapi dengan fungsi SOTF, maka perlu ditambahkan sirkit A/R blok untuk menunda fungsi 121 A/R setelah PMT dimasukkan secara manual. Lama waktu tunda sirkit A/R blok ditentukan kemudian.
6. PMT trip oleh out of step protection.
Kondisi A/R tidak boleh diterapkan
1. SKTT (Saluran Kabel Tegangan Tinggi) Pola autoreclose satu fasa dan tiga fasa tidak boleh diterapkan pada SKTT, karena gangguan yang sering terjadi pada SKTT adalah gangguan permanen.
2. SUTT yang tersambung ke Transformator dengan T connection dimana titik C tidak ada proteksi bay penghantar. Pola autoreclose tiga fasa tidak boleh diterapkan kecuali jika beban transformator dilepas terlebih dahulu untuk menghindari energize transformator pada saat berbeban.
2.9 Segitiga Daya
Daya merupakan sekumpulan energi listrik yang digunakan dalam aktivitas atau usaha tertentu, sedangkatan segitiga daya adalah trigonometri atau segitiga siku-siku yang digunakan untuk menghitung daya aktif, daya reaktif, dan daya
33 semu. Gambar 2.15 menunjukkan tipe-tipe daya yang berbeda berdasarkan prinsip trigonometri.
Gambar 2.15 Segitiga Daya (Sumber : Zuhal, 1992) 2.9.1 Daya Aktif (Active Power)
Daya aktif dalah daya yang terpakai untuk melakukan energi sebenarnya.
Satuan daya aktif adalah watt. Daya ini merupakan pembentukan besar tegangan yang kemudian dikalikan dengan besar arus dan faktor dayanya. Adapun rumus daya aktif sebagai berikut:
Untuk 1 fasa,
𝑃 = 𝑉 × 𝐼 × 𝐶𝑜𝑠𝜑……….(2) Untuk 3 fasa,
𝑃 = √3 × 𝑉 × 𝐼 × 𝐶𝑜𝑠𝜑……….(3)
Dimana:
P = Daya Aktif (Watt) V = Tegangan (Volt)
34 I = Arus (Ampere)
Cos φ = Faktor Daya (standar PLN 0.85)
2.9.2 Daya Reaktif (Reactive Power)
Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dari pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet. Contoh daya yang menimbulkan daya reaktif adalah transformator, motor, lampu pijar dan lain – lain. Satuan daya reaktif adalah VAR daya reaktif merupakan selisih antara daya semu yang masuk pada penghantar dengan daya aktif pada penghantar itu sendiri, dimana daya ini terpakai untuk daya mekanik dan panas.
2.9.3 Daya Semu (Apparent Power)
Daya semu merupakan daya listrik yang melalui suatu penghantar transmisi atau distribusi, Daya ini merupakan hasil perkalian antara tegangan dan arus yang melalui penghantar.
2.10 Capacitive Voltage Transformer (CVT)
CVT adalah salah satu alat pada gardu induk yang memiliki peran sebagai proteksi dalam sistem transmisi listrik. Capactive voltage transformer atau trafo tegangan kapasitor adalah sebuah transformator tegangan yang terdiri dari sebuah unit kapasitor pembagi tegangan dan unit elektromagnet yang didesain dan dihubungkan sedemikian rupa sehingga tegangan sekunder dari unit elektromagnet tersebut sebanding dengan nilai tertentu terhadap tegangan primer dan memiliki perbedaan sudut fasa yang mendekati nol pada polaritas hubung yang sesuai dengan sambungan dan frekuensi pengenalnya.
35 Prinsip kerja CVT adalah menurunkan besaran tegangan primer menjadi besaran tegangan sekunder melalui kapasitor yang berfungsi sebagai pembagi tegangan (voltage divider) dan trafo tegangan sebagai penurun tegangan. Keluaran tegangan sekunder dirancang seakurat mungkin sama dengan perbandingan rasio tegangan masukan disisi primer dalam segala kondisi operasi. 9 Tegangan keluaran Capatitor Voltage Transformer (CVT) Adapun persamaan umum yang digunakan dalam menghitung ratio voltage transformer yaitu:
𝑎 =𝐸1
𝐸2………(4) Dimana:
a = Rasio perbandingan VT E1 = Nilai Tegangan Primer (V) E2 = Nilai Tegangan Sekunder (V)
2.11 Perhitungan Nilai Ekonomis
Dalam konteks analisis keandalan suatu sistem penyaluran tenaga listrik, value analysis berbanding lurus dengan perhitungan aspek ekonomis suatu indeks keandalan. Perhitungan aspek ekonomi keandalan bergantung pada besar daya listrik yang disalurkan waktu pemadaman dari tiap-tiap titik beban dan tarif dasar listrik yang berlaku. Pada penelitian ini dibutuhkan perhitungan nilai ekonomis, guna mengetahui pengaruh penggunaan Undervoltage load shedding relai dan sistem auto reclose pada transformator distribusi #1 Gardu Induk Daya secara nilai ekonomis. Dalam perhitungan analisis nilai ekonomis terdapat beberapa persamaan yang berkaitan dengan perhitungan aspek ekonomis. Adapun persamaan yang
36 digunakan dalam menghitung aspek ekonomi pada sistem, yaitu: (Praditama, Fery dkk. 2014).
4) Non Delivery Energy (NDE)
𝑁𝐷𝐸 = 𝑃𝑐 × 𝑡𝐶𝐴……….(5) Dimana:
NDE = Total energi yang tidak tersalurkan dalam durasi waktu tertentu (kWh) PC
= Jumlah total energi yang tidak tersalurkan (kW) TCA = Durasi waktu pemadaman (hour)
5) Biaya Kerugian
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝐾𝑒𝑟𝑢𝑔𝑖𝑎𝑛 = 𝑁𝐷𝐸 × 𝑇𝐷𝐿……….(6)
Dimana:
NDE = Total energi tidak tersalurkan dalam durasi waktu tertentu (kWh) TDL
= Tarif Daftar Listrik (rupiah)
2.12 ETAP 12.6.0
ETAP merupakan software yang digunakan untuk melakukan desain / perencanaan sistem kelistrikan yang ada di suatu industri atau wilayah. Software ini sangat bermanfaat untuk melakukan berbagai analisa yang sangat membantu untuk mempermudah pekerjaan.
Terutama pada lingkungan industri dimana sistem tersebut harus jelas dari suplai sampai beban. Berbagai jenis gangguan dan jenis pengamannya. ETAP 12.6 merupakan software yang terbaik untuk menganalisa secara keseluruhan sebuah sistem.
37 Dalam menganalisa sistem tenaga listrik, suatu diagram saluran tunggal (single line diagram) merupakan notasi yang disederhanakan untuk sebuah sistem tenaga listrik tiga fasa. Sebagai ganti dari representasi saluran tiga fasa yang terpisah, digunakanlah sebuah konduktor. Hal ini memudahkan dalam pembacaan diagram maupun dalam analisa rangkaian. Elemen elektrik seperti misalnya pemutus rangkaian, transformator, kapasitor, busbar maupun konduktor lain dapat ditunjukkan dengan menggunakan simbol yang telah distandardisasi untuk diagram saluran tunggal.
ETAP memiliki dua macam standar yang digunakan untuk melakukan analisis kelistrikan yakni ANSI dan IEC. Pada dasarnya, perbedaan yang terjadi di antara kedua standar tersebut adalah frekuensi yang digunakan yang berakibat pada perbedaan spesifikasi peralatan yang sesuai dengan frekuensi tersebut. Simbol elemen listrik yang digunakan dalam analisa dengan menggunakan ETAP pun berbeda.
