MEDIA ELEKTRIK, Volume 3 Nomor 1, Juni 2008
40
Riana TM, Estimasi Lokasi Hubung Singkat Berdasarkan Tegangan dan Arus
ESTIMASI LOKASI HUBUNG SINGKAT BERDASARKAN TEGANGAN DAN ARUS Riana T. M Jurusan Pendidikan Teknik Elektro Fakulta Teknik Universitas Negeri Makassar
Abstrak Gangguan hubung singkat pada saluran transmisi tenaga listrik sering terjadi, karena gangguan dapat menimbulkan arus relatif besar yang pada umumnya akan mengakibatkan kerusakan mekanis pada peralatan-peralatan listrik yang terhubung dengan sistim yang sedang mengalami gangguan tersebut. Proteksi pada saluran transmisi biasanya menggunakan sistim proteksi dengan rele jarak, sehingga sering disebut sistim proteksi jarak. Salah satu jenis rele jarak tersebut adalah rele impedansi. Rele jarak tidak dirancang untuk menentukan letak gangguan hubung singkat secara tepat karena adanya pengaruh impedansi gangguan yang besarnya tidak dapat ditentukan sebelumnya. Kata kunci ; Hubung singkat, Proteksi, Tegangan dan Arus
Gangguan sistem kelistrikan pada saluran transmisi tenaga listrik sering terjadi, gangguan ini dapat menimbulkan arus relatif besar yang pada umumnya akan mengakibatkan kerusakan mekanis pada peralatan-peralatan listrik yang terhubung dengan sistem yang sedang mengalami gangguan tersebut. Gangguan-gangguan ini tidak hanya gangguan tegangan lebih tetapi juga gangguan hubung singkat, yang dapat disebabkan oleh sambaran petir, yang dapat merusak peralatan atau elemen-elemen jaringan yang lainnya. Menurut Arismunandar dan Kuwahara (1978), gangguan yang sering terjadi pada saluran transmisi pada saluran 110 – 154 kV disebabkan oleh gejala-gejala alamiah seperti petir, angin, banjir, gempa dan lain-lain. Salah satu gangguan yang pernah terjadi pada sistem kelistrikan SUTT 150 kV Sulawesi Selatan adalah gangguan saluran transmisi yang terjadi pada tanggal 5 April 2004. Gangguan tersebut diakibatkan oleh sambaran petir pada saluran Parepare – Pangkep yang menyebabkan suplai daya di 13 kabupaten dan kota terhenti (Fajar, 6 April 2004). Peristiwa tersebut berlangsung sekitar 30 menit dan menghebohkan paling tidak di 13 kota, karena kebetulan peristiwa ini terjadi pada saat-saat perhitungan suara PEMILU Legeslatif se Indonesia yang menyebabkan beberapa kotak suara hilang (Fajar, 6 April 2004). Proteksi saluran transmisi mempunyai peranan penting dalam perlindungan sistem daya, karena saluran transmisi merupakan elemen vital suatu ssstem tenaga listrik yang
menghubungkan stasiun pembangkitan dengan pusat-pusat beban. Untuk mencegah kondisi abnormal dan membatasi gangguan yang terjadi, maka suatu sistem saluran tenaga listrik perlu mendapatkan perlindungan (proteksi). Proteksi haruslah memiliki tingkat selektifitas, kecepatan dan tingkat kepekaan yang tinggi, agar dapat dikatakan bahwa sistem proteksi yang terpasang itu benar-benar handal (Anderson, 2000). Dengan demikian, kontinuitas penyaluran daya listrik sewaktu terjadi gangguan pada suatu sistem ganda dapat dipertahankan, karena proteksi akan membatasi gangguan tersebut, sehingga mutu pelayanan, keamanan peralatan, dan stabilitas operasi dapat dipertahankan. Gambar sederhana sebuah sistem tenaga listrik dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 1. Elemen pokok sistem tenaga lisrik Pada umumnya proteksi saluran transmisi tenaga listrik menggunakan sistem proteksi dengan rele jarak, sehingga sering disebut sistem proteksi jarak. Salah satu jenis rele jarak tersebut adalah rele impedansi. Rele jarak dapat 41
MEDIA ELEKTRIK, Volume 3 Nomor 1, Juni 2008
memberikan indikasi daerah dimana gangguan hubung singkat terjadi, tetapi rele jarak tidak dirancang untuk menentukan letak gangguan hubung singkat secara tepat karena adanya pengaruh impedansi gangguan yang besarnya tidak dapat ditentukan sebelumnya. Dengan memanfaatkan hasil pengukuran rele impedansi digital, yang terdiri dari arus, tegangan dan impedansi yang dirasakan rele terhadap gangguan, ada suatu metoda mengestimasi lokasi gangguan secara tepat. Setiap bagian sistem tenaga tidak luput dari kemungkinan mengalami gangguan, hubungan-singkat yang terjadi harus diisolir secepatnya, melalui sebuah peralatan pengaman, karena itu secara garis besar sistem proteksi berfungsi : 1. Melindungi elemen sistem tenaga terhadap gangguan yang terjadi dalam sistem, agar tidak sampai mengalami kerusakan. 2. Melokalisir gangguan , sehingga bagian yang tidak sehat itu segera lepas dan bagian yang sehat tetap beroperasi. Menurut Stevenson (1996), proteksi adalah suatu peralatan atau sistem yang berfungsi untuk mendeteksi perubahan parameter sistem, mengisolasi dan memisahkan bagian yang berubah parameternya atau terkena gangguan dari suatu keadaan yang tidak normal. Pada prinsipnya sistem proteksi terdiri atas beberapa buah komponen sistem proteksi, di antaranya adalah : § Transformator arus dan tegangan (CT dan VT) § Rele proteksi. § Pemutus daya ( CB ) dan § Sumber DC Dalam proses perlindungan sistem terhadap gangguan, komponen tersebut harus bekerja dengan benar dan saling mendukung sesuai fungsinya masing-masing , untuk memperjelas kaitan antara komponen tersebut, hubungannya diberikan pada gambar 2. Para peneliti terdahulu telah mengembangkan teknik pengamatan dengan menghitung besaran arus ditempat terjadinya gangguan, tetapi kurang tepat kemudin dikembangkan lagi teknik estmasi lokasi gangguan hubung singkat yang pada dasarnya mengunakan hasil pengukuran arus dan tegangan frekuensi sistim pada terminal yang terhubung dengan saluran yang mengalami gangguan hubung singkat. Metoda ini dapat diklasifikasikan dalam dua kategori yaitu: 40
1.
Pengukuran arus dan tegangan dilakukan pada salah satu terminal yang terhubung dengan saluran yang mengalami gangguan hubung singkat, Pengukuran arus dan tegangan dilakukan pada kedua terminal yang menghubungkan saluran yang mengalami gangguan hubung singkat.
2.
Keterangan: 1 CB 2 Relai
7
3 Kumparan pemutus CB 4 Rangkaian pemutus
2
8
5 Batterai 6 Kontak relai 7 VT
6
8 CT 9 Kontak bantu saklar 10 Elemen proteksi 1
3
4
9 5
10
Gambar 2. Rangkaian dasar relai proteksi Metoda estimasi lokasi gangguan tipe (1) ini dapat digunakan dengan asumsi bahwa sumber tegangan berasal dari satu terminal, sehingga dengan demikian metoda ini tidak sesuai untuk mengestimasi lokasi gangguan apabila arus gangguan berasal dari dua buah terminal. Metoda estimasi tipe(1) ini telah dikembangkan oleh TAKAGI AT ALL, ERIKSSON AT ALL. Mereka menggunakan data arus sebelum dan saat gangguan serta data tegangan pada saat gangguan terjadi yang diukur pada satu terminal.Mereka juga menggunakan faktor distribusi arus dimana faktor ini mencakup impedansi sumber. Dalam prakteknya, impedansi sumber ini tidak dapat diperoleh dengan mudah karena adanya kemungkinan perubahan konfigurasi sistem akibat pelepasan maupun penambahan generator pada saat-saat tertentu. Dengan demikian faktor tersebut harus terlebih dahulu dihitung setiap proses estimasi berlangsung, atau setidaknya-tidaknya dicek terlebih dahulu. Selanjutnya suatu pengembangan metoda estimasi lokasi gangguan hubung singkat pada saluran transmisi dengan metode noniteratif (tipe 2). Alat ini bekerja secara otomatis dan manual. Bekerja secara otomatis yaitu melepaskan beban dan menarik kembali beban, sesuai setting arus yang digunakan dan bekerja secara manual
Riana TM, Estimasi Lokasi Hubung Singkat Berdasarkan Tegangan dan Arus
apabila terjadi penurunan arus dan beban yang ingin dilepas tidak sebesar yang diinginkan sesuai dengan penentuan daerah yang dilepas dengan melakukan pemblokan pada selectors switch yang dipasang pada masing-masing penyulang (feeder). Daerah I diatur untuk menjangkau hanya 80% persen dari sebuah penghantar diukur dari masing-masing ujung. Alasan pokok yang dikemukakan adalah karena rele-rele jarak dan peralatan-peralatan yang terkait mempunyai kesalahan-kesalahan (error) dan untuk menghindari pelepasan CB yang tidak tepat untuk gangguan-gangguan yang terjadi di dalam saluran berikutnya perlu disediakan suatu batas keamanan. Secara serupa daerah II menjangkau cukup jauh ke dalam saluran berikutnya untuk menjamin proteksi yang pasti karena bagian dari saluran itu diliputi oleh daerah I. Karakteristik dari suatu rele impedansi terarah dalam bidang RX pada gambar 2.8, menunjukkan suatu garis putus yang dinamakan tempat kedudukan impedansi jaringan (line impedance locus). Di sepanjang garis ini dilukiskan sebagai impedansi urutan positif dari saluran yang dilindungi. Unit terarah dari rele itu menyebabkan pemisahan daerah kerja (trip) dan daerah bertahan (block) oleh suatu garis yang ditarik tegak lurus pada tempat kedudukan impedansi jaringan. Sehingga untuk dapat menentukan besar setting impedansi rele jarak pada suatu gardu induk menurut (Stevenson, 1996), digunakan rumus di bawah ini : Gardu induk A ke gardu D Daerah I = (80% x ZAB) x ZS Daerah II = (ZAB + 50% x ZBC) x ZS Daerah III = (ZAB + ZBC + 25% x ZCD) x ZS Gardu induk B ke gardu D Daerah I = (80% x ZBC) x ZS Daerah II = (ZBC + 50% x ZCD) x ZS Daerah III = (ZBC + 125% x ZCD) x ZS Gardu induk C ke gardu D Daerah I = (80% x ZCD) x ZS Daerah II = (150% x ZCD) x Z Keterangan : ZAB : Panjang saluran gardu induk A ke gardu induk B. ZBC : Panjang saluran gardu induk B ke gardu induk C. ZCD : Panjang saluran gardu induk C ke gardu induk D. ZS : Impedansi transformator pada sisi sekunder.
Sedangkan untuk dapat menentukan impedansi transformator pada sisi sekunder, maka digunakan perbandingan tranformator arus (CT) dan Trafo tegangan (VT) dengan menggunakan rumus : Zs =
Perbandingan CT x ZP Perbandingan VT
(James Robert:1983) Dimana : Zs = Impedansi sisi sekunder trafo CT dan VT, (ohm) (Impedansi yang terukur oleh rele) ZP = Impedansi sisi Primer, (ohm) (Impedansi Saluran Transmisi) Perbandingan CT = Perbandingan Arus Primer dengan Arus sekunder trafo arus (ampere) Perbandingan VT = Perbandingan tegangan primer dengan tegangan sekuder transformato tegangan (volt) Berdasarkan hasil penelitian pada kasus Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 150 kV Sulawesi Selatan pada umumnya menggunakan Rele jarak atau Distance relay sebagai proteksi utama dan OCR (over current protection) dan GFR (ground fault relay) sebagai proteksi cadangan. Pada sistem Tegangan tinggi PLN fungsi utama OCR dan GFR penghantar adalah sebagai pengaman cadangan terhadap pengaman utama penghantar, adapun pola yang diterapkan dalam penyetingannya adalah disetting 1 detik pada gangguan arus hubung singkat maksimum pada bus yang bersangkutan. Pada saluran udara tegangan tinggi 150 kV Sulawesi Selatan terdapat 7 buah jenis rele jarak yang terpasang di beberapa Gardu Induk, ketujuh tipe tersebut antara lain ; RYLS2 pabrik Toshiba 18 buah, REL 511 pabrik ABB 4 buah, 7SA511V3 pabrik siemens 4 buah, S21 pabrik Merlin Gerin 3 buah, MXL1E pabrik toshiba 10 buah, Quadramhe:SHPM 101 pabrik GEC Alsthom 2 buah dan REL 316 pabrik ABB 2 buah. Masing-masing rele terpasang tersebut disetting waktu 0,00 (instateneous) pada daerah proteksi I, 0,4 pada daerah proteksi II dan 1,6 pada daerah proteksi III.
SIMPULAN Berdasarkan pada pengamatan dan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa pemanfaatan alat yang bekerja secara otomatis yaitu melepaskan beban dan menarik kembali beban, 41
MEDIA ELEKTRIK, Volume 3 Nomor 1, Juni 2008
sesuai setting arus yang digunakan dan bekerja secara manual apabila terjadi penurunan arus dan beban yang ingin dilepas yang diinginkan sesuai dengan penentuan daerah yang dilepas dengan melakukan pemblokan pada selectors switch yang dipasang pada masing-masing penyulang.
DAFTAR PUSTAKA Cage O., 1985. Electronic Measurements and Instrumentation . Tokyo: Mc Graw-Hill Book Company, Ltd. Cooper
D. Pakpahan, 1985. Instrumentasi .Eletronik dan Teknik Pengukuran. Jakarta : Erlangga.
Stevenson, 1996. Sistem Tenaga Listrik, Jakarta : Erlangga. Sapiie S, Nishino S., 1982. Pengukuran dan Alatalat Ukur Listrik. Jakarta: P.T. Pradya Paramita. Sinnema W., 1979. Electronic Transmission Technology lines waves and antennas. Prentice- Hall: Englewoods, Inc.
40
