PROSIDING SENTRINOV TAHUN 2017 VOLUME 3 ISSN: PENDETEKSI GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA SALURAN DISTRIBUSI TEGANGAN RENDAH

(1)

TE-‐ 47

PENDETEKSI GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA SALURAN DISTRIBUSI TEGANGAN RENDAH

Julianus Gesuri Daud

¹

, Samsu Tuwongkesong

²

, Deitje Sofie Pongoh

³

Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Manado

E-mail: nus_its@yahoo.com

ABSTRACT

Short circuit breaks often occur on a 20 kV distribution network. The rainy season is one of the causes of one-phase short circuit disruption to the ground. Of the 85 disruption counts in one of the feeders, there were 89.4% of soil disturbance protection (EFR) runs and 10.6% OCR releases worked due to increased current due to phase-to-phase short circuit breaks. To overcome the disturbance in addition to maintenance of the network, especially pruning trees whose leaves touch the electrical wire, especially short shelf phase R, phase S and phase T, also needed early detection tool before the occurrence of interference. Changes in current increases that occur due to short-circuit interference to the ground can be monitored with this tool that can be accessed directly through the computer.

Keywords: Distribution system, short circuit, Rele protection .

ABSTRAK

Gangguan hubung singkat seringkali terjadi pada jaringan distribusi 20 kV. Musim penghujan menjadi salah satu penyebab terjadinya gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah. Dari jumlah 85 kali gangguan di salah satu penyulang, tercatat sebanyak 89,4 % rele proteksi gangguan tanah (EFR) bekerja dan 10,6 % rele OCR bekerja karena kenaikan arus lebih akibat gangguan hubung singkat fasa ke fasa.

Untuk mengatasi gangguan selain dilakukan pemeliharaan jaringan terutama pemangkasan pohon-pohon yang daunnya menyentuh kawat listrik khususnya pada hubung singkat fasa R, fasa S dan fasa T, juga diperlukan alat deteksi dini sebelum terjadinya gangguan. Perubahan kenaikan arus yang terjadi akibat gangguan hubung singkat ke tanah bisa di monitor dengan alat ini yang dapat di akses langsung melalui komputer.

Kata Kunci : Sistem distribusi,Gangguan hubung singkat, Rele proteksi

(2)

TE-‐ 48 PENDAHULUAN

Kejadian yang di alami oleh warga desa Kasuratan Buha dan wilayah sekitar Kampus Politeknik Negeri Manado terjadi pada tanggal 18 Juni 2017. Ketika mendekati jam 14.00 di siang hari, tiba-tiba terdengar bunyi ledakan yang keras sekali sampai radius 500 meter dari lokasi. Kemudian bersamaan dengan bunyi tersebut, terjadi pemadaman listrik secara meluas pada penyulang yang mendapat suplai listrik dari PLN dan ‘black out’ berlangsung selama 30 menit. Itu berarti ada gangguan yang sifatnya permanen dan harus di cari tahu di mana titik atau letak gangguan di sepanjang feeder 20 kV. Gangguan tersebut berupa short circuit (SC) atau hubung singkat yang mengarah ke trafo distribusi yang terpasang dekat lokasi gangguan. Akibat gangguan, Cut out terlepas dan sempat jatuh terlempar ke bawah jaringan 20 kV. Dari latar belakang peristiwa tersebut di atas serta dengan melihat banyaknya pemadaman karena gangguan penulis mencoba merancang peralatan monitoring yang akan mengontrol perubahan komposisi beban serta memantau kondisi apapun yang terjadi termasuk bila muncul potensi gangguan pada sistem bukan hanya salah satu fasa yang terganggu tapi juga pada ketiga fasa yang ada.

Meskipun perkembangan teknologi semakin meningkat dengan pesat dari tahun ke tahun akan tetapi gangguan-gangguan yang terjadi di bidang penyaluran tenaga listrik tetap menunjukkan intensitas yang tinggi. Permasalahan gangguan hubung singkat pada pelanggan listrik konsumen tegangan rendah yang memiliki pengaman seperti MCB tidak menjamin suplai listrik dalam keadaan aman. Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini, diantaranya membuat peralatan monitoring sistem proteksi hubung singkat pada beban dengan menggunakan komputer di Laboratorium Sistem Tenaga Teknik Elektro. Fokus permasalahan paling banyak dalam bidang ketenagalistrikan berada pada sisi pelanggan listrik. Hal ini dibuktikan melalui beberapa penelitian yang menunjukkan bahwa gangguan yang paling banyak terjadi di sistem tenaga listrik menurut klasifikasi tegangan, prosentase terbesar berada pada sistem distribusi dengan tegangan 25 kV ke bawah [1]. Di samping itu pula karena pendistribusian beban yang tidak seimbang menyebabkan losses distribusi [2] sebab banyak konsumen dalam melakukan sambungan langsung, tidak melihat kondisi pembebanan yang ada di masing-masing penyulang [3] sehingga losses pada saluran distribusi makin besar [4].

Pada jaringan distribusi, monitoring gangguan sudah banyak dikembangkan dan selalu

(3)

TE-‐ 49

di evaluasi [5]. Sehingga pelacakan karena gangguan semakin berkembang seperti dengan adanya deteksi gangguan tanah melalui detector pada sistem distribusi dalam skala kecil dengan Feeder Terminal Units (FTUs) [6]. Kebutuhan akan energi listrik yang mendesak memungkinkan perluasan jaringan terutama di tempat-tempat hunian baru serta kontinuitas pelayanan energi listrik yang tetap stabil menjadi harapan bagi konsumen. Hal ini perlu karena permintaan akan pasokan tenaga listrik tanpa gangguan menjadi pilihan prioritasbagi konsumen sebab di sadari sepenuhnya bahwa jaringan distribusi yang tidak sehat berimplikasi pada hilangnya pasokan yang memberi dampak kerugian besar pada utilitas distribusi listrik. Oleh karena itu di buat algoritma untuk memantau kondisi isolator jalur distribusi dengan latar belakang yang kompleks.

Mengingat pertimbangan pragmatis, situasi yang kompleks memerlukan usaha yang sulit untuk memantau kondisi gangguan terutama yang menyebabkan isolator berubah struktur fisiknya, di gunakan SVM dan ANFISyang kemudian algoritma ini dikembangkan di lingkungan MATLAB dengan menggunakan gambar kotak peralatan peralatan pengolahan [7]. Pelayanan energy listrik pada sistem distribusi yang sering terganggu menyebabkan terjadi kwh hilang atau akan menambah besar nilai KWh tak terjual. Trafo yang meledak pada saluran distribusi sebagai akibat peningkatan arus netral dapat menghambat perputaran roda ekonomi serta kegiatan-kegiatan lainnya sehingga perlu di cegah dan dibatasi. Gangguan tersebut dapat di anulir melalui pendeteksi beban asimetri menggunakan aplikasi android [8]. Banyak cara yang dikembangkan termasuk dengan metode konvensional untuk pemantauan kondisi isolator tiang distribusi melalui kendaraan atau berjalan kaki ataupun dengan bantuan helikopter namun sangat memakan waktu dan membosankan. Kini pemantauan on line dengan memasang kamera yang dipasang pada lengan yang berputar mulai dikembangkan menggunakan remote terminal unit (RTU). RTU berkomunikasi dengan distribution control centers (DCC) yang sesuai yang kemudian memulai perbaikan atau pergantian insulator yang rusak karena gangguan juga yang berpotensi menyebabkan terjadi gangguan hubung singkat [9].

METODE PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan arduino uno dengan pendekatan metode eksperimental.

Variabel yang menjadi fokus penelitian ini adalah besar arus yang mengalir melalui

(4)

TE-‐ 50

kawat. Dalam penelitian ini dikembangkan deteksi gangguan hubung singkat dengan arduino uno yang bisa di ketahui dan di record langsung melalui monitoring komputer.

Seperti nampak pada gambar 1 yang secara sistem menjelaskan posisi peralatan tersebut pada saluran distribusi tegangan rendah dengan sumber utama dari suplai PLN. Setiap penambahan beban di masing-masing fasa R, S dan T akan di monitor kemudian dibandingkan antara satu dengan yang lain. Besarnya arus yang mengalir pada kawat netral juga di amati terus menerus. Dengan demikian kenaikan arus yang tiba-tiba terjadi disebabkan karena gangguan hubung singkat dapat diketahui melalui peralatan monitoring distribusi yang dipasang sebagaimana nampak pada gambar 1.

Gambar 1. Posisi Alat Monitoring Proteksi

Peralatan pendeteksi gangguan hubung singkat tersebut di pasang dengan posisi

penempatan berada di Laboratorium Distribusi jurusan Teknik Elektro Politeknik

Negeri Manado sebagaimana nampak dalam gambar 2 (diberi tanda ). Instalasi listrik

yang di mulai dari keluaran trafo, kemudian ke Main panel (MP), Main sub Panel

Teknik Elektro (MSPTE), Panel Distribusi Teknik Elektro (PDTE), Panel Sub

Distribusi Teknik Elektro (PSDTE), Gedung-gedung perkuliahan, Laboratorium serta

Bengkel Teknik Elektro. Ruang lingkup sistem kelistrikan beban seperti di tunjukkan

dalam garis kotak seperti pada gambar 2.

(5)

TE-‐ 51

Gambar 2. Sistem Kelistrikan di Politeknik Negeri Manado

Monitoring pemakaian beban serta proteksi gangguan hubung singkat dilakukan melalui sistem hubungan seperti pada gambar 3.

Gambar 3. Monitoring Proteksi Hubung Singkat

Pada gambar 3 terlihat konfigurasi sistem monitoring proteksi untuk ketiga beban sesuai

fasa R S T termasuk pada kawat netral. Tahap pertama penelitian dilakukan dengan

memasang alat deteksi pada fasa R sedangkan pada fasa S dan fasa T untuk sementara

belum dikondisikan. Pengujian ini dilakukan dengan asumsi bahwa terjadi gangguan

hubung singkat pada fasa R. Adapun cara kerja pendeteksi seperti ditunjukkan pada

gambar 4 di mana sumber mensuplai daya ke beban yang terpantau langsung.

(6)

TE-‐ 52

Gambar 4. Cara kerja Pendeteksi Gangguan

Saat I

N

= 0 di mana arus pada masing-masing fasa sama dengan nol maka dikatakan simetri. Besar kecil arus yang mengalir akibat ketidakseimbangan beban atau karena gangguan hubung singkat akan di olah oleh Arduino Uno kemudian di tampilkan melalui display LCD dan langsung di komunikasikan menggunakan aplikasi android [8]

yang ada pada operator. Setiap perubahan kenaikan arus akan selalu diikuti melalui sensor arus atau dideteksi oleh trafo arus (CT) yang kemudian melalui arduino uno (AU) di tampilkan lewat layar LCD untuk selanjutnya diteruskan ke perangkat komputer yang terpasang sebagaimana ditunjukkan proses deteksi arus seperti nampak pada gambar 4. Adapun bentuk fisik peralatan deteksi yang terkoneksi dengan komputer sebagaimana diperlihatkan pada gambar 5 berikut.

Gambar 5. Pendeteksi Gangguan Hubung Singkat

(7)

TE-‐ 53 HASIL DAN PEMBAHASAN

Tabel 1 menunjukkan data arus hubung singkat (I

hs

) melalui 4 kali pengujian pada jaringan distribusi tegangan rendah sistem 3 fasa 4 kawat dengan tegangan normal fasa fasa adalah 380 volt dan fasa netral 220 volt. Dalam pengujian ini sumber tegangan AC bertegangan 170 volt. Hasil pada Tabel 1 memperlihatkan bahwa nilai arus hubung singkat bervariasi antara 0,48 A sampai dengan 1,0 ampere sedangkan harga tegangan pada fasa R atau V

1

bernilai 0 volt. Mengingat bahwa kondisi hubung singkat adalah keadaan yang berbahaya bagi peralatan listrik sehingga menyebabkan rele proteksi bekerja dan sistem terputus dari sumber maka besar arus yang terjadi harus di batasi.

Tabel 1

Data Pengukuran hubung singkat satu fasa ke tanah

I_hs V₁ V₂ V₃

0,5 A 0 Volt 180 Volt 30 Volt

Sumber : Data hasil pengujian alat, tahun 2017 Tabel 2

Data Pengukuran Arus hubung singkat pada fasa R

Waktu Monitoring Komputer Detektor Tang Ampere

11.26.27 1,67 A 1,630 A 1,65 A

11.26.28 1,66 A 1,630 A 1,65 A

11.26.29 1,64 A 1,630 A 1,65 A

11.26.31 1,65 A 1,630 A 1,65 A

11.26.32 1,66 A 1,630 A 1,65 A

11.26.33 1,66 A 1,630 A 1,65 A

11.26.35 1,62 A 1,630 A 1,65 A

11.26.36 1,66 A 1,630 A 1,65 A

11.26.37 1,66 A 1,630 A 1,65 A

11.26.39 1,70 A 1,630 A 1,65 A

11.26.40 1,63 A 1,630 A 1,65 A

11.26.41 1,63 A 1,630 A 1,65 A

11.26.42 1,66 A 1,630 A 1,65 A

11.26.44 1,59 A 1,630 A 1,65 A

11.26.45 1,62 A 1,630 A 1,65 A

11.26.46 1,61 A 1,630 A 1,65 A

11.26.48 1,63 A 1,630 A 1,65 A

11.26.49 1,66 A 1,630 A 1,65 A

11.26.50 1,63 A 1,630 A 1,65 A

Sumber : Data hasil pengujian alat, tahun 2017

Hasil pengujian yang dilakukan pada tanggal 7 September 2017, sebagaimana pada

Tabel 2 di atas menunjukkan bahwa besaran arus pada ketiga alat indikator tidak

cenderung tidak berbeda jauh. Gangguan Hubung singkat fasa ke tanah yang dilakukan

(8)

TE-‐ 54

dalam rancangan eksperimen ini berdasarkan Tabel 2 melalui monitoring komputer terdeteksi, arus gangguan hubung singkat minimum bernilai I

hs

= 1,59 A dan arus gangguan hubung singkat maksimum bernilai I

hs

= 1,70 A atau rata-rata sebesar I

hs

= 1,64 Ampere, kemudian pada LCD peralatan deteksi terukur I

hs

= 1,630 Ampere dan arus hubung singkat yang mengalir melalui kawat yang terukur dengan tang ampere sebesar I

hs

= 1,65 Ampere. Monitoring komputer memperlihatkan hasil yang lebih akurat di banding dengan dua alat indikator yang ada karena data hasil pengukuran terekam langsung setiap detik terus menerus termasuk bila ada gangguan hubung singkat yang menyebabkan perubahan pada arus yang mengalir.

Kenaikan arus beban yang tiba-tiba sebagaimana di tunjukkan pada Tabel 1 dan Tabel 2 mengindikasikan bahwa telah terjadi gangguan hubung singkat pada jaringan tegangan rendah yang menjadi dasar rele proteksi bekerja. Dengan demikian, data yang terrecord oleh komputer sangat perlu bagi pihak PLN untuk dijadikan bahan evaluasi agar memperbaiki kinerja sistem kelistrikan di kemudian hari.

SIMPULAN

Pengukuran besar arus gangguan hubung singkat melalui pendeteksi dengan monitoring komputer menunjukkan hasil lebih akurat karena perubahan arus yang terjadi setiap detik dapat diketahui langsung dengan cepat.

DAFTAR PUSTAKA

E. Karunakara., E. Muthu Kumar. (1999). ],“ Field measurement and analysis of harmonics level. ” High Voltage Engineering simposium, Conference Publication No. 467. IEE

Julianus G. Daud. (2007). “ Analisis Penggunaan High Pass Filter dalam upaya mengurangi Losses Daya Trafo Distribusi di PT PLN (PERSERO) APJ Surabaya Selatan. ” Prosiding Seminar Nasional Diversifikasi Sumber Energi untuk Mendukung Kemajuan Industri dan Sistem Kelistrikan Nasional, UNS Surakarta, pp 117-118.

Julianus G. Daud., O. Penangsang., M. Ashari. (2008). “Estimasi Pengurangan Susut Distribusi Menggunakan Kombinasi Rekonfigurasi dengan Algoritma Ant Colony dan Pemasangan Filter Harmonik,” Tesis FTI Teknik Elektro ITS Surabaya, pp 49- 50.

Turan Gonen. (1986). “Electric Power Distribution System Engineering,” Mc Graw Hill, 1986 pp 226-230

Charles J. Kim., Seung-Jae Lee. (2003). "Evaluation of Feeder Monitoring Parameters

for Incipient Fault Detection using Laplace Trend Statistic", IEEE.

(9)

TE-‐ 55

Xiangjun Zeng., K. K. Li., W. L. Chan., Sheng Su., Yuanyuan Wang.( 2008). “Ground Fault Feeder Detection With Fault Current and Fault Resistance Measurement in Mine Power Systems,” IEEE Transactions on Industry applications, Vol. 44, No. 2, pp 424-429.

M Jaya Bharata Reddy., Karthik Chandra B., D. K. Mohanta. (2013). “Condition Monitoring of 11 kV Distribution System Insulators Incorporating Complex Imagery Using Combined DOST-SVM Approach,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 20, No 2, pp 664-674

Julianus Gesuri Daud., Benny A.P. Loegimin., Janviver Luase.(2016). “Pendeteksi Beban Asimetri menggunakan Aplikasi Android,” Prosiding Simposium Nasional RAPI XV, pp 422-428.