III PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
3.1. Umum Berdasarkan standard operasi PT. PLN (Persero), setiap pelanggan energi listrik dengan daya kontrak di atas 197 kVA dilayani melalui jaringan tegangan menengah dengan tegangan nominal 20 kV. Karena tegangan pelayanan ke arah pelanggan sebear 20 kV, maka sistem proteksi yang digunakan sebagai pembatas dan pengaman pelanggan adalah sistem proteksi 20 kV. Pada kasus yang dibahas, pelanggan dilayani dari Gardu AB 252. Pelanggan memiliki daya kontrak 2425 kVA, dengan pembatas arus di sisi tegangan menengah sebesar 70 Ampere. Gardu AB 252 mendapat suplai daya dari Penyulang Nyaman, Trafo 1, GI Kemayoran.
29
30
3.2. Single Line Diagram Penyulang Nyaman
Gambar 3.1. Single Line Diagram Penyulang Nyaman
31
3.3. Daerah Pengaman Sistem Distribusi Tenaga Listrik Sesuai Gambar 3.1, daerah pengaman sistem distribusi tenaga listrik mulai dari Trafo 1 GI Kemayoran sampai dengan pelanggan di Gardu AB 252 adalah sebagai berikut: 1. Daerah pengaman listrik yang menyuplai pelanggan menggunakan OCR dan GFR. 2. Daerah pengaman listrik untuk penyulang Nyaman, berada di kubikel 20 kV GI Kemayoran menggunakan OCR dan GFR 3. Daerah pengaman listrik di outgoing trafo tenaga 1 GI Kemayoran menggunakan OCR dan GFR.
Skema daerah pengamanan mulai dari Trafo 1 GI Kemayoran sampai dengan pelanggan di Gardu AB 252 adalah sebagai berikut:
BUS 150 KV
BUS 20 KV
60 MVA
OCR 1 (OUTGOING)
AB 30
AB 21 N
AB 252
AB 133
OCR 2 (PENYULANG) OCR 3 (PELANGGAN)
PELANGGAN
Gambar 3.2. Daerah Pengamanan Gardu AB 252
3.4. Arus Hubung Singkat pada Rel 150 kV GI Kemayoran Perhitungan arus hubung singkat memerlukan data impedansi jaringan mulai dari pembangkit tenaga listrik, saluran transmisi, saluran distribusi, sampai dengan titik gangguan. Dengan alasan kompleksnya jaringan
32
interkoneksi pembangkit dan saluran transmisi, besarnya impedansi sumber dapat ditentukan menggunakan data arus hubung singkat pada rel 150 kV masing-masing GI. Penggunaan data arus hubung singkat pada rel 150 kV ini dilakukan untuk mengetahui nilai impedansi jaringan mulai dari sumber pembangkit sampai dengan rel 150 kV dengan menyederhanakan perhitungan tanpa mengurangi keakuratan nilai, karena arus hubung singkat pada rel 150 kV merupakan hasil perhitungan arus hubung singkat dari pembangkit tenaga listrik sampai dengan rel 150 kV. Untuk kasus yang dianalisis, yang diperlukan adalah nilai arus hubung singkat pada rel 150 kV Gardu Induk Kemayoran, karena Gardu AB 252 mendapat suplai daya dari Gardu Induk Kemayoran. Besarnya arus gangguan hubung singkat pada rel 150 kV GI Kemayoran adalah sebagai berikut1:
Tabel 3.1. Impedansi Rel 150 kV GI Kemayoran REL
GI/GITET
I-5 II-5
Teg
Imp. Urutan Positif
Imp. Urutan Negatif
Imp. Urutan Nol
(kV)
R1 (pu)
X 1 (pu)
R2 (pu)
X 2 (pu)
R0 (pu)
X 0 (pu)
KEMAYORAN
150
0.0007100
0.0094246
0.0007458
0.0100333
0.0019647
0.0113053
KEMAYORAN
150
0.0007100
0.0094246
0.0007458
0.0100333
0.0019647
0.0113053
Tabel 3.2. Arus Gangguan Hubung Singkat Rel 150 kV GI Kemayoran
1
REL
GI/GITET
I-5
KEMAYORAN
II-5
KEMAYORAN
Teg
Arus Hubung Singkat Max.
(kV)
1 ph (kA)
3 ph (kA)
150
41.03649
44.79587
150
41.03649
44.79587
Arus Hubung Singkat GI / GITET P3B Jawa Bali Semester 2 Th 2013 Untuk Perhitungan Sistem Proteksi, 4 Desember 2013, hlm. 7.
33
3.5. Data Teknis Trafo Tenaga GI Kemayoran Data teknis trafo tenaga GI Kemayoran diperlukan untuk menghitung impedansi trafo tenaga. Data teknis trafo tenaga dapat dilihat pada nameplate trafo tenaga GI Kemayoran.
Gambar 3.3. Nameplate Trafo Tenaga GI Kemayoran
Data teknis trafo tenaga
yang diperlukan untuk melakukan
perhitungan arus hubung singkat adalah sebagai berikut: 1. Kapasitas
: 60 MVA
2. Impedansi trafo
: 12.99 %
3. Tegangan primer
: 150 kV
4. Tegangan sekunder
: 20 kV
5. Belitan delta
: Ada
6. Kapasitas belitan delta
: 20 MVA
7. Tahanan pentanahan netral
: 12 Ω
34
3.6. Data Teknis Jaringan Distribusi 20 kV Penyulang Nyaman Untuk melakukan perhitungan potensi arus hubung singkat di Gardu AB 252, diperlukan data jaringan distribusi 20 kV sebagai berikut: 1. Jarak antara sumber listrik (GI Kemayoran) sampai dengan beban (pelanggan Gardu AB 252) 2. Jenis dan luas penampang penghantar yang digunakan sepanjang jaringan distribusi 20 kV.
Data jenis dan luas penampang penghantar digunakan untuk mengetahui besarnya impedansi per meter dari jaringan distribusi 20 kV. Dengan adanya data jarak antara GI Kemayoran dan pelanggan Gardu AB 252, dapat dihitung impedansi total jaringan mulai GI Kemayoran sampai dengan pelanggan Gardu AB 252. Seperti terlihat pada single line diagram Penyulang Nyaman (Gambar 3.1), terdapat beberapa segmen jaringan mulai dari GI Kemayoran sampai dengan pelanggan Gardu AB 252. Data teknis jaringan distribusi 20 kV mulai dari GI Kemayoran sampai dengan pelanggan Gardu AB 252 adalah sebagai berikut:
Tabel 3.3. Data Teknis Jaringan Distribusi 20 kV Segmen ke 1
GI - AB 30
Panjang (m) 1845.5
2
AB 30 - AB 21 N
1132.6
NA2XSEKBY
240
2978.1
3
AB 21 N - AB 252
619.8
NA2XSEKBY
240
3597.9
4
AB 252 - Pelanggan
90
N2XSEBY
70
3687.9
Antara
NA2XSEKBY
Penampang (mm2) 240
Jarak GI - Gardu (m) 1845.5
Jenis Kabel
35
3.7. Data Teknis Instalasi Gardu AB 252
Gambar 3.4. Gardu AB 252
Gardu AB 252 adalah gardu distribusi dengan tipe pelayanan khusus, karena hanya melayani satu pelanggan. Pada Gardu AB 252 terdapat tiga kubikel tegangan menengah, yaitu: 1. Kubikel LBS sebagai incoming Pada kondisi normal, LBS incoming di Gardu AB 252 adalah LBS dengan label arah AB 21 N. Data teknis LBS incoming Gardu AB 252 adalah sebagai berikut: Tipe
: Load Break Switch
Nomor Seri
: CI-2010-W05-5-0020
Tahun Pembuatan
: 2010
Tegangan Nominal
: 24 kV rms
Arus Nominal
: 630 A
Arus Hubung Singkat : 12.5 kA selama 1 detik Peredam Busur Api
: Gas SF 6
36
2. Kubikel LBS sebagai outgoing Pada kondisi normal, LBS outgoing di Gardu AB 252 adalah LBS dengan label arah AB 133. Data teknis LBS outgoing Gardu AB 252 adalah sebagai berikut: Tipe
: Load Break Switch
Nomor Seri
: CI-2010-W06-6-0003
Tahun Pembuatan
: 2010
Tegangan Nominal
: 24 kV rms
Arus Nominal
: 630 A
Arus Hubung Singkat : 12.5 kA selama 1 detik Peredam Busur Api
: Gas SF 6
3. Kubikel CBOM sebagai pembatas daya dan pengaman pelanggan. Kubikel CBOM berfungsi sebagai pembatas daya dan pengaman jaringan dari gangguan hubung singkat yang terjadi di sisi instalasi pelanggan. Data teknis kubikel CBOM Gardu AB 252 secara umum adalah sebagai berikut: Tipe
: Circuit Breaker Output and Metering
Nomor Seri
: CI-2010-W12-1-0005
Tahun Pembuatan
: 2010
Tegangan Nominal
: 24 kV rms
Arus Nominal
: 630 A
Arus Hubung Singkat : 12.5 kA selama 1 detik Peredam Busur Api
: Gas SF 6
37
Gambar 3.5. Instalasi Gardu AB 252
3.8. Data Teknis Sistem Proteksi Gardu AB 252 Komponen sistem proteksi yang terdapat pada CBOM Gardu AB 252 adalah trafo tenaga, trafo arus, relay proteksi, dan sistem mekanik pemutus tenaga. 1. Trafo Tegangan Trafo tegangan pada Gardu AB 252 berfungsi untuk menurunkan tegangan sistem distribusi (20 kV) menjadi tegangan suplai untuk peralatan pengukuran dan proteksi, yaitu 100 Volt. Trafo tegangan juga digunakan sebagai alat sampling untuk input pengukuran. Data teknis trafo tegangan dapat dilihat pada nameplate yang terpasang. Berikut adalah gambar nameplate trafo tegangan yang terpasang di Gardu AB 252.
38
Gambar 3.6. Nameplate Trafo Tegangan Gardu AB 252
Tipe
: VTI-24-1
Nomor Seri
: 14VI 03809
Tegangan Nominal
: 24 kV rms
Frekuensi Nominal
: 50 Hz
Rasio Tegangan
: 15 kV / 100 V atau 20 kV / 100 V
Trafo tegangan yang digunakan adalah trafo tegangan dengan dua kumparan sekunder. Kumparan primer ditandai dengan huruf A – N, sedangkan kumparan sekunder ditandai dengan huruf a1 – n untuk tegangan 15 kV / 100 V dan a2 – n untuk tegangan 20 kV / 100 V. Tegangan sistem distribusi adalah 20 kV, sehingga digunakan kumparan sekunder dengan notasi a2 – n.
2. Trafo Arus Trafo arus pada Gardu AB 252 berfungsi untuk menurunkan arus yang mengalir menjadi arus nominal sesuai kemampuan pengukuran
39
relay. Trafo arus juga digunakan sebagai alat sampling untuk input pengukuran. Data teknis trafo arus dapat dilihat pada nameplate yang terpasang. Berikut adalah gambar nameplate trafo arus yang terpasang di Gardu AB 252.
Gambar 3.7. Nameplate trafo arus Gardu AB 252
Tipe
: TCI-24-2D
Nomor Seri
: 11CI 29227
Tegangan Nominal
: 24 kV rms
Frekuensi Nominal
: 50 Hz
Arus Hubung Singkat Maks : 16 kA selama 1 detik Rasio Arus
: 75 / 5 A atau 150 / 5 A
Kelas Pengukuran
: 0.2S
Kelas Proteksi
: 5P10
Trafo arus yang digunakan adalah trafo arus dengan tipe tap ganda dan dua kumparan sekunder. Tap ganda menandakan trafo arus dapat digunakan untuk mengukur dua arus nominal yang berbeda, yaitu 75 A
40
dan 150 A. Pelanggan Gardu AB 252 memiliki daya kontrak 2425 kVA dengan arus nominal sebesar 70 Ampere, sehingga trafo arus di Gardu AB 252 menggunakan rasio arus 75/5 Ampere. Dua kumparan sekunder digunakan untuk keperluan pengukuran dan proteksi. Kumparan pengukuran memiliki kelas pengukuran 0.2S, sedangkan kumparan proteksi memiliki kelas proteksi 5P10. Kumparan pengukuran dengan kelas 0.2S berarti pada saat CT dialiri arus 100% arus nominal, kesalaha komposit pengukurannya adalah sebesar 0.2 persen. Kumparan proteksi dengan kelas 5P10 berarti pada saat CT dialiri arus
gangguan
sebesar
10
kali
arus
nominalnya,
kesalahan
pengukurannya sebesar 5 persen.
3. Relay Proteksi Relay proteksi digunakan sebagai komponen pengambil keputusan (decision making) yang berfungsi menentukan apakah arus yang mengalir melewatinya merupakan arus gangguan yang perlu diamankan atau tidak. Apabila arus yang mengalir merupakan arus gangguan yang melebihi nilai settingnya, relay akan menutup kontak trip untuk mengirimkan perintah trip ke komponen mekanik pemutus tenaga.
41
Gambar 3.8. Relay Gardu AB 252
Relay proteksi tersebut berfungsi sebagai komponen pembatas daya pelanggan dan pengaman terhadap arus gangguan hubung singkat. Relay yang terpasang pada Gardu AB 252 merupakan relay tipe digital, dimana terdapat fitur-fitur yang dapat diakses menggunakan tombol maupun menggunakan aplikasi komputer, antara lain rasio VT, rasio CT, waktu, dan parameter proteksi (jenis relay, besaran setting, kurva waktu, dan waktu tunda). Untuk parameter proteksi, relay tersebut memiliki beberapa jenis, antara lain over current relay (51), ground fault relay (51N), thermal overload relay (49), current unbalance relay (46), dan breaker fault relay (50BF). Terdapat lima kurva waktu yang dapat dipilih, yaitu definite time (DEF), standard inverse time (SIT), very inverse time (VIT), extremely inverse time (EIT), dan ultra/long time inverse time (UIT). Waktu tunda tersedia dalam dua satuan, yaitu sekon dan time multiple
42
setting.
Masing-masing
parameter
dapat
diaktifkan
maupun
dinonaktifkan pada menu-menu yang tersedia pada relay. Parameter yang diaktifkan berikut besaran setting pada relay terpasang di Gardu AB 252 adalah sebagai berikut: Voltage Transformer
: 20 √3 kV / 100 √3 V
Current Transformer
: 75.0 / 5.0 A
Thermal Overload (49)
: 70 A
Over Current (51)
: 125 A / SIT / 0.05 tms
Over Current Hi-Set (51)
: 625 A / DEF / 0.00 ms
Ground Fault (51N)
: 32 A
/ DEF / 5 minutes
/ SIT / 0.05 tms
Ground Fault Hi-Set (51N) : 160 A / DEF / 0.00 ms
4. Pemutus Tenaga Pemutus tenaga yang digunakan pada Gardu AB 252 menggunakan Gas SF6 sebagai media peredam busur api. Pemasangan pemutus tenaga terintegrasi di dalam kubikel CBOM. Pemutus tenaga ini berfungsi untuk membuka aliran arus listrik pada saat relay merasakan arus gangguan hubung singkat. Untuk dapat membuka aliran arus listrik, pemutus tenaga menggunakan komponen-komponen mekanik dibantu dengan komponen elektronik, yaitu kumparan pemutus (tripping coil).
43
Gambar 3.9. Tripping Coil
Pada saat relay merasakan arus gangguan, maka kontak trip relay akan menutup. Menutupnya kontak trip relay ini mengakibatkan rangkaian tegangan ke tripping coil tertutup, sehingga tripping coil mendapat suplai tegangan 100 V DC (lihat Gambar 2.11). Pada saat tripping coil mendapat suplai tegangan, kumparannya akan menjadi medan magnet dan mendorong batang logam keluar. Batang logam yang terdorong keluar akan menekan tuas mekanik pemutus tenaga yang berfungsi untuk menggerakkan pemutus tenaga sehingga kontaknya terbuka. Data teknis pemutus tenaga pada Gardu AB 252 adalah sebagai berikut: Tegangan Nominal
: 24 kV rms
Arus Nominal
: 630 A
Arus Hubung Singkat : 16 kA selama 1 detik Frekuensi Nominal
: 50 Hz
(halaman ini sengaja dikosongkan)
