TUGAS AKHIR STUDI SISTEM PENGAMANAN REL 150 KV GARDU INDUK CILEDUK Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam Mencapai gelar Sarjana Strata Satu ( S1 )
Disusun Oleh : Nama NIM Program Studi
: DONI SETIAWAN : 0140311-172 : Teknik Elektro
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007
ABSTRAK
Penyaluran tenaga listrik harus mempunyai kualitas yang baik, andal dan kontinuitas yang terjamin. Untuk menjaga tidak terganggunya penyaluran tenaga
listrik tersebut, semua perangkat sistem tenaga listrik harus
mempunyai keandalan yang tinggi
Terjadinya gangguan pada rel bukan sesuatu yang diharapkan tetapi dapat terjadi dan mengganggu penyaluran tenaga listrik. Dalam rangka menjaga keamanan rel, maka dalam hal ini gardu induk Cileduk menerapkan pengaman utama rel yang disebut pengaman differensial, pengaman ini bekerja berdasarkan adanya perbedaan arus yang masuk dan yang keluar dari bagian yang dilindungi. Dengan menggunakan pengaman differensial ini sehingga dapat memberikan pengaman pada rel andal.
ABSTRACT
The distribution of electricity power must have a good quality, reliable and with a continuity quaranteed. In order to protect inappropriate, distribution of this electricity power, all the electricity power equipment system should have a high reliability. The interference that happen on path is not expected but it happen and it disturb the distribution of electricity power. In order to protect path security, in this case the main electrical relay station of Cileduk implemented the main path protection, its called differential protection, this protection worked based on the difference between stream that in and out from the protected part. In use of this differential protection can give a reliable protection of the path
BAB I PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG Rel dalam pengertian listrik adalah titik pertemuan dimana mempertemukan satu atau lebih rangkaian masukkan dan beberapa rangkaian keluaran. Perbedaan skema rel akan menimbulkan arah dan penekanan yang berbeda pada tingkat kehandalan, ekonomi, keamanan dan kesederhanaan sesuai dengan tugas dan fungsi gardu induk. Macam hubungan rel dari gardu induk secara umum dapat dikelompokkan ke dalam tiga kelompok a. Rel tunggal b. Rel ganda c. Rel gelang Umumnya dalam memilih macam apa susunan rel yang dipakai merupakan masalah yang komplek, karena hal ini perlu ditinjau secara keseluruhan. Pertimbangan yang penting dalam menentukan suatu pilihan adalah seberapa jauh tingkat kehandalan dalam memasok tenaga listrik baik pada waktu pemeliharaan maupun bila terjadi gangguan. Untuk itu perlu pembagian rel ke dalam beberapa seksi, sehingga bila terjadi gangguan maka tidak mengakibatkan keseluruhan gardu induk mengalami pemadaman. Secara ringkas dapat di katakan bahwa dalam pemilihan susunan rel didasarkan pada faktor kehandalan, faktor pemeliharaan, kemudahan dalam operasi, faktor maya serta kemungkinan pengembangan di kemudian hari.
1
Seiring dengan pertumbuhan ekonomi, bahan untuk rel berdasarkan type rel pasangan luar umumnya menggunakan aluminium campuran yaitu : a. Type rel kaku, pada type ini aluminium berupa pipa dipakai sebagai rel utama berikut dengan klem sambungannya. Rel seperti ini dipasang pada isolator jenis post yang diletakkan pada kerangka besi sebagai penunjangnya. Oleh karena itu rel tersebut kaku maka jaraknya tidak akan berubah. Akan tetapi rel type kaku ini relatif mahal dari rel dengan kawat penghantar biasa. b. Type rel penghantar biasa yang berupa kawat penghantar fleksibel ditarik diantara dua isolator tarik yang terpasang pada kerangka penyangga. Isolator tarik tersebut dipasang pada gelapar tetap kerangka besi. Sekarang umumnya penghantar ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinfoced) atau kawat baja dipakai sebagai rel karena kekuatan mekanik penghantar ACSR lebih tinggi, namun begitu penghantar aluminium dipakai juga, tetapi untuk rel pemakaiannya terbatas. Dengan demikian pemakaian rel sebagai peralatan tenaga listrik harus terjamin dalam penggunaannya sehingga dapat berumur panjang. Untuk itu diperlukan peralatan yang dapat melakukan tugas itu, yang dikenal sebagai sistem perlindungan atau sistem pengaman, juga dapat dikatakan secara umum sistem perlindungan terdiri dari relay pengaman dan peralatan pemutus rangkaian yang mempunyai perilaku yaitu dapat diandalkan, selektif dan cepat beroperasi.
1.2. POKOK PERMASALAHAN Yang menjadi pokok permasalahan dalam sistern pengamanan rel 150 kV antara lain : ¾
Menggambarkan pengawasan tiga fase sistem pengaman rel 150 kV
2
¾
Menentukan arus yang masuk ke relay pada kondisi operasi normal, kondisi gangguan pada rel dan kondisi gangguan luar rel.
1.3. BATASAN MASALAH Berdasarkan pokok permasalahan di atas batasan permasalahannya hanya mengamankan rel dari berbagai kondisi terhadap kinerja relay dan kasus ini dilakukan di gardu induk Ciledug menggunakan relay differensial sistem sirkulasi arus type MCAG 34 (F87B) pada rel 150 kV.
1.4. METODE PENDEKATAN 1. Studi Pustaka Dalam metode ini, dilakukan dengan jalan mempelajari dan mengambil data-data dari pengetahuan pustaka. 2. Studi Lapangan Penelitian di lapangan dilakukan untuk mendapatkan data-data, yang dilakukan dengan cara mengamati dan melihat sendiri pada obyek yang diselidiki. Dalam cara ini penulis menggunakan teknik : a. Wawancara Yaitu untuk mendapatkan data dengan cara mengadakan wawancara dan tanya jawab langsung pada pihak yang bersangkutan. b. Observasi Yaitu cara untuk mendapatkan data-data dengan jalan melihat langsung atau mengadakan pengamatan langsung.
3
1.5. SISTEMATIKA PENULISAN Pokok-pokok bahasan dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Bab I Pendahuluan Bab pertama merupakan pengantar dalam penulisan tugas akhir. Berisikan latar belakang, pokok permasalahan, batasan masalah, metode pendekatan masalah dan sistematika penulisan beserta hasil yang dihasilkan dalam penulisan ini. 2. Bab II Sistem Susunan Rel Pada Gardu Induk Dalam bab ini penulis menguraikan tentang pengertian rel, macam-macam rel, dan peralatan listrik yang terhubung pada rel saluran transmisi 150 kV. 3. Bab III Sistem Pengaman Rel Pada bab ini dibahas antara lain pandangan umum sistem pengaman, prinsip dasar pengaman differensial, prinsip dasar pengaman differensial dengan impedensi tinggi serta impedansi rendah (bias) contoh pengaman rel dengan satu rangkaian masukkan dan dua rangkaian keluaran. 4. Bab IV Sistem Pengaman Rel 150 kV Gardu Induk Cileduk Pada bab ini dibahas sistem pengaman rel 150 kV gardu induk Cileduk yang dipakai, menentukan arus yang masuk ke relay pada kondisi operasi norrnal, kondisi gangguan pada rel dan kondisi gangguan luar rel. 5. Bab V Kesimpulan Bab terakhir ini akan dikemukakan beberapa kesimpulan berdasarkan hasil analisa dan pembahasan.
4
BAB II SISTEM SUSUNAN REL PADA GARDU INDUK
2.1. UMUM Rel dalam pengertian listrik adalah titik pertemuan dimana mempertemukan satu atau lebih rangkaian masukkan dan beberapa rangkaian keluaran. Bagan atau skema suatu gardu dipilih guna menentukan susunan secara listrik maupun fisik dari peralatan hubung. Perbedaan skema rel akan menimbulkan arah penekanan yang berbeda dalam hal
tingkat
kehandalan,
ekonomi,
keamanan
dan
kesederhanaan sesuai dengan fungsi gardu induk.
2.2. SUSUNAN HUBUNGAN REL 2.2.1. Memilih Susunan Rel Umumnya dalam memilih macam apa susunan rel yang akan dipakai merupakan masalah yang komplek, karena hal ini perlu ditinjau secara keseluruhan. Pertimbangan yang penting dalam menentukan suatu pilihan adalah seberapa jauh tingkat kehandalan yang kita inginkan atau dengan kata lain tingkat kehandalan dalam memasok tenaga listrik balk pada waktu pemeliharaan maupun bila terjadi gangguan. Untuk itu perlu pembagian rel ke dalam beberapa seksi, sehingga bila terjadi gangguan maka tidak mengakibatkan keseluruhan gardu induk mengalami pemadaman.
5
Secara ringkas dapat dikatakan bahwa pemilihan susunan rel didasarkan pada: •
Kehandalan
•
Faktor pemeliharaan
•
Kemudahan dalam operasi
•
Faktor biaya
•
Kemungkinan pengembangan dikemudian hari
Penempatan gardu pasangan luar yang rawan terhadap atmosfir misalnya petir, polusi air laut, polusi industri dan sebagainya yang juga merupakan hal yang penting dalam menentukan pilihan sistem rel gardu- akhirnya, turut juga menjadi pertimbangan dalam memilih sistem rel, adalah kemungkinan perluasan sistem rel dikemudian hari.
2.2.2. Rel Tunggal Diperlihatkan pada gambar 2.1 adalah sistem rel yang paling sederhana. Karena hanya memerlukan sedikit peralatan dan ruang maka dari segi ekonomis sistem ini sangat menguntungkan. Sistem ini dipakai untuk gardu induk skala kecil yang hanya mempunyai sedikit saluran keluar dan tidak memerlukan pindah hubungan sistem tenaga. Namun jika terjadi gangguan pada rel, isolator pada sisi rel, pemutus beban dan peralatan diantaranya, maka pelayanan aliran tenaga listrik akan terputus sama sekali. Juga gardu akan mengalami pemadaman bila melakukan pekerjaan pemeliharaan atau perbaikan, pemadaman seperti ini tidak kita inginkan.
6
Gambar 2.1 Rel Tunggal 1
Kesulitan lainnya ialah bila pemutusan tenaga dari suatu penyulang memerlukan pemeliharaan atau perbaikan maka penyulang yang bersangkutan harus dipadamkan. Jika dipandang perlu mencegah pemutusan pelayanan total, maka dipasang pemutus tenaga dan pemisah seksi. Seperti yang terlihat pada gambar 2.1 b dan 11 c.
2.2.3. Rel Ganda Rel ganda terdiri dari dua rel, tiga rel atau empat rel; kedua jenis terakhir tidak lazim dipakai. Pada gambar 2.2 diperlihatkan rel ganda standar, dimana setiap saluran dipasang sebuah pemutus tenaga di samping itu dipasang pemutus tenaga penggandeng antara kedua rel tersebut. Sistem ini memerlukan banyak isolator,
7
rel, bangunan konstruksi baja dan ruang dibandingkan rel tunggal. Tapi dengan ini pemeriksaan alat dan operasi sistem tenaga menjadi lebih mudah.
Gambar 2.2. Rel ganda standar
Pada gardu induk dimana terdapat pemusatan banyak saluran transmisi dan dimana diperlukan kehandalan yang tinggi, maka dipasanglah pemutus tenaga bagian pada setiap rel seperti yang terlihat pada gambar 2.3. Disini gardu induk tersebut terbagi menjadi dua bagian yang bekerja terpisah, sehingga akibatakibat gangguan pada rel dapat dikurangi. Pada gambar 2.4a macam lain dari rel ganda yang dikenal sebagai sistem 1,5 PMT (Pemutus Tenaga) dan gambar 2.4b dikenal sebagai sistem 2 PMT, sedangkan gambar 2.5 adalah sistem I PMT untuk setiap rangkaian. Dibandingkan dengan rel ganda standar (gambar 2.2) pada sistem ini (sistem 1,5 dan 2 PMT), saluran transmisi dan transformator tidak perlu
8
padam selama PMT diperiksa atau diperbaiki. Dalam keadaan gangguan di rel, gangguan itu dapat ditiadakan dengan tidak mempengaruhi komposisi sistem tenaga. Disamping keuntungan tadi, sistem ini mempunyai kerugian bahwa sistem ini memerlukan banyak PMT, pemisah (PMS) dan ruang serta sirkit kontrol dan pengamanannya menjadi sangat komplek.
Gambar 2.3. Rel ganda (sistem 4 bagian)
Pemutus tenaga penggandeng ditujukan untuk dapat memindahkan sirkuit dari satu rel ke rel lainnya dalam keadaan berbeban. Akan tetapi cara ini mempunyai satu kerugian, yaitu adanya pemadaman, bila pemutus tenaga dari penyulang yang bersangkutan dikeluarkan untuk pemeliharaan. Hambatan ini dapat diatasi dengan memasang rel transfer, seperti yang terlihat pada gambar 2.5.
9
Gambar 2.5 ini merupakan sistem rel ganda jenis lain, yang disebut sistem rel inspeksi atau sistem rel pindah atau sistem rel pembantu. Disini sebuah rel yaitu rel inspeksi tadi ditambahkan pada rel tunggal, sehingga rnemudahkan melakukan pemeriksaan atas rel atau pemutus tenaga, meskipun ia tidak dapat bekerja seperti sistem dua rel standar. Sistem ini juga dipakai untuk mengurangi jumlah pemutus tenaga, jika jumlah rangkaian yang dihubungkan tidak banyak.
Gambar 2.4. Rel ganda (a) Sistem 1,5 pemutus tenaga (b) Sistem 2 pemutus tenaga
10
Gambar 2.5. Rel ganda dengan rel inspeksi
2.2.4. Rel Gelang Gambar 2.6 adalah sebuah contoh rel gelang, pemutus beban disusun sedemikian rupa sehingga rangkaiannya membentuk gelang. Rel gelang hanya memerlukan ruang yang kecil dan baik untuk pemutusan sebagian dari pelayanan dan pemeriksaan pemutus beban. 11
Gambar 2.6. Rel gelang Jadi disini terdapat pemutus beban yang sama pada sirkitnya. Dalam operasi normalnya, semua pemutus beban dalam keadaan masuk. Bila terjadi gangguan, dua pemutus beban akan membuka dan bila salah satu dari pemutus beban tersebut yang seharusnya bekerja mengalami gangguan, maka sikit berikutnya akan terbuka oleh membukanya pemutus beban dengan bekerjanya relay cadangan. Selama pemeliharaan pemutus beban, gelang akan terbuka, namun demikian rel ini masih berfungsi. Pada tabe12,1 Diperlihatkan perbandingan beberapa tipe susunan rel.
12
Tabe12.1 perbandingan beberap tipe susuna rel No 1
Susunan/Konfigurasi Rel Rel Tunggal
Keuntungan Biaya relatif murah
Kerugian 1. Keadaan kurang baik 2. Pemeliharaan susah 3. Perluasan membutuhkan pemadaman
2
Rel tunggal dengan PMT rel Biaya relatif murah
Seperti rel tunggal dengan tambahan harga ekstra PMT
3
Rel ganda dengan 1 PMT
Luwes dalam
1. Biaya relatif agak mahal
pengoperasian
2. Gangguan pada PMT mengakibatkan pemadaman
4
Rel ganda dengan 2 PMT
Sangat luwes dalam Biaya relatif mahal pengoperasian
5
6
Rel gelang
Rel ganda dengan 1,5 PMT
Baiaya relatif
Penutup balik sangat
murah
komplek
1. Luwes
Dibutuhkan 3 PMT untuk 2
2. Sangat handal
penyulang
2.3. TATA LETAK GARDU Penempatan gardu pasangan luar harus diikuti dengan pemilihan susunan rel yang paling mendekati, dengan mempertimbangkan pembiayaan dan sebagianya. Sistem rel beragam susunannya dan kesemuanya mengikuti pola dasar tertentu, karenanya pemilihan susunan rel terbatas pada pola dasar tersebut. Bila ruang terbatas, konstruksi yang memerlukan ruang minimum dikenal
13
sebagai tipe tata letak gardu pasangan luar tipe tinggi, diperlihatkan pada gambar 2.7. Bila ruang tersedia mencukupi, baik untuk keadaan sekarang maupun untuk perluasan di masa mendatang dipilih tata letak gardu pasangan luar tipe rendah, lihat gambar 2.8.
Gambar 2.8. Tata letak gardu pasangan luar tipe rendah 2.3.1. Rel pasangan luar tipe kaku Pada rel pasangan luar tipe kaku, alumunium berupa pipa dipakai sebagai rel utama berikut dengan klem sambungan-sambungannya. Rel seperti ini dipasang pada
14
post isolator yang diletakkan pada kerangka best sebagai penunjangnya. Oleh karena rel tersebut kaku maka jarak bebasnya tidak akan berubah. Akan tetapi rel tipe kaku ini biayanya relatif lebih mahal dart rel dengan kawat penghantar biasa.
2.3.2. Rel pasangan luar tipe kawat biasa Rel berupa kawat penghantar fleksibel ditarik diantara dua isolator tank yang terpasang pada kerangka penyangganya. Isolator tarik tersebut dipasang pada gelagar tetap kerangka best. Penghantar ACSR (Alumunium Conductor Steel Reinforced) atau kawat penghantar alumunium berinti kawat baja dipakai sebagai rel karena kekuatan mekanik penghantar ACSR lebih tinggi, namun begitu penghantar alumunium dipakai juga, tetapi untuk rel pemakaiannya terbatas.
2.3.3. Kekuatan isolasi isolator Kekuatan isolasi dari isolator yang memadai pada suatu gardu induk merupakan hal yang penting bila dilihat dart segi keandalan dan keselamatan personel. Meskipun tegangan ketahanan impuls dart isolator umumnya ditentukan oleh bentuknya, akan tetapi ia juga sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor antara lain xara perlengkapannya, jarak efektif ke tanah dan konstruksi dalam dari bushingnya. Karena tegangan ketahanan frekuensi rendah ditentukan terutama jarak bocor sepanjang permukaan. Untuk mengatasi pencemaran ini ialah dengan memperbesar jarak bocor, kadang - kalanya menyebabkan isolator itu menjadi terlalu panjang dan mahal. 2.3.4. Jarak bebas Rel Jarak bebas rel dart gardu induk harus ditentukan oleh kekuatan isolasinya :erhadap tegangan lebih frekuensi rendah, surja hubung dan surja petir sehingga
15
selalu tidak lebih rendah danpada peralatan dalam gardu. Dengan demikian, tidak mungkin terjadi lompatan sebelum peralatan mengalaminya. Jarak isolasi minimum ke tanah adalah jarak minimum penghantar ke tanah atau ke isolator yang mempunyai potensial yang sama dengan tanah. Jarak isolasi minimum antar fasa adalah jarak minimum antar fasa-fasa atau isolator yang mempunyai potensial sama dengan fasa-fasa; jarak yang melebihi harga ini harus tetap ada dalam keadaan operasi bagaimanapun serta berayunnya penghantar yang disebabkan oleh angin atau arus hubung singkat dan sebagainya.
2.4. PERALATAN LISTRIK TERHt1BUNG PADA REL 1. Transformator Daya Transformator daya merupakan peralatan yang paling besar yang ada di gardu induk berfungsi sebagai penyalur tenaga listrik dari satu sistem tegangan ke tegangan lainnya, berdasarkan induksi elektromagnetik. Transformator daya dapat digunakan menaikkan tegangan yaitu dipusat pembangkit, dart tegangan keluaran generator ke tegangan transmisi yang dapat berupa tegangan tinggi atau ekstra tinggi, atau menurunkan tegangan dari tegangan ekstra tinggi ke tegangan tinggi, atau tegangan tinggi ke tegangan menengah pada gardu induk dan dari tegangan menengah ke tegangan rendah pada jaringan distribusi.
2. Transformator Tegangan Transformator tegangan (PT) menurunkan tegangan primer yang tinggi, yang terpasang pada lilitan primer, menjadi tegangan rendah yang dipakai untuk
16
pengukuran atau pengamanan. Transformator tegangan mempunyai ratio transformasi yang sangat teliti. Ratio tegangan itu biasanya berupa mengubah tegangan tinggi atau tegangan ekstra tinggi menjadi tegangan rendah yang standar.
3. Transformator Arus Transformator arus adalah suatu transformator yang digunakan untuk mentransformasikan arus primer yang akan diukur ke sekunder yang masuk ke meter atau ke relay, dan sebagai isolasi sisi primer dengan sisi sekundernya dimina alat ukur atau relay dipasang. Pada sisi sekunder besarnya arus biasanya turun sesuai dengan ratio yang ditentukan. Bila sebuah transformator arus mengubah arus primer dari 1000 A menjadi 5 A, maka dikatakan terdapat ratio arus 1000 A/5 A. Karena diperlukan untuk pengukuran maupun proteksi.
4. Relay Relay berfungsi sebagaii alat proteksi peralatan gardu induk jika terjadi gangguan yang tiba-tiba. Apabila terjadi gangguan pada saluran transmisi yang berupa tegangan abnormal atau petir maka relay dengan cepat memonitor adanya gangguan dan langsung memberikan indikasi kepada peralatan proteksi lainnya, seperti pemutus tenaga (PMT) yang nantinya langsung memutuskan hubungan dengan peralatan lainnya sehingga terjadi pemadaman sementara yang bertujuan menghindari gangguan pada sistem maupun peralatan. 5. Pemutus Tenaga Pemutus tenaga adalah alat pemutus otomatis yang mampu membuka dan menutup sirkuit baik pada kondisi normal maupun abnormal. Arus nominal, tegangan pengenal dan kapasitas pemutus (MVA) dari PMT tersebut harus
17
disesuaikan dengan beban dan daya hubung singkat pada titik tertentu pada sirkit dimana PMT tersebut dipasang. PMT dapat dioperasikan secara manual maupun otomatis. Untuk memisahkan bagian yang mengalami gangguan diperlukan relay pengaman dengan mengendalikan PMT nya. Membukanya PMT bila kumparan kerjanya diberi energi, dan ini menyebabkan mekanisme PMT bekerja sehingga membuka kontak-kontak utamanya. Relay biasanya menutup kontak-kontaknya secara langsung atau melalui relay bantu menutup sirkit kumparan kerja melalui baterai sehingga mengalir arus ke kumparan kerja PMT sehingga PMT tersebut membuka. Pada saat memutuskan atau menghubungkan arus atau daya listrik akan terjadi busur api, pemadaman busur api listrik dapat dilakukan dengan menggunakan media. Media ini berfungsi sebagai isolasi antara kedua kontak dan untuk memadamkan busur api yang terjadi pada saat pembukaan atau penutupan PMT.
6. Arrester Sambaran langsung pada rel suatu gardu induk atau pada saluran transmisi dekat gardu induk merupakan bahaya terbesar terhadap isolasi gardu induk itu. Probalitas sambaran langsung sangat kecil sekali, tetapi sekali terjadi kerusakan yang. ditimbulkannya sangat besar sekali. Karena sambaran petir itu dapat menimbulkan kerusakan fatal dari peralatan peralatan gardu induk yang nilainya cukup mahal. Untuk sambaran tidak langsung yaitu gelombang petir yang memasuki gardu induk dari saluran transmisi dapat membahayakan peralatan pada gardu induk. Oleh sebab itu peralatan gardu induk perlu dilindungi terhadap gelombang berjalan int. Alat yang umum digunakan untuk melindungi peralatan gardu induk adalah
18
arrester dengan kata lain arrester sebagai pengaman adanya tegangan surja yang. disebabkan sambaran langsung atau tidak langsung dari petir.
7. Pemisah Pemisah adalah saklar yang didisain memutus rangkaian pada kondisi beban nol. Pemisah digunakan untuk mengalihkan penyulang dari suatu rel ke rel lain dan juga untuk mengisolir peralatan guna keperluan pemeliharaan. Pemilihan jenis pemisah ditentukan oleh lokasi, tata bangunan luar clan sebagainya. Pada umumnya yang sening dipakai untuk tegangan diatas 77 kV adalah jenis pemisah tunggal dan pemisah ganda mendatar disamping itu ada pula jenis pantograph dan jenis V. Pada umumnya Pemisah tidak dapat memutuskan arus. Meskipun ia dapat juga memutuskan arus yang kecil misalnya arus pembangkitan trafo atau arus pemuatan ril, tetapi pembukaan atau penutupan atau penutupannya harus dilakuakn setelah pemutus tenaga lebih dahulu dibuka. Untuk menjamin bahwa kesalahan urutan operasi tidak terjadi, maka harus ada keadaan saling mengunci, antar pemisah dengan pemutus bebannya.
BAB III SISTEM PENGAMAN REL
19
3.1. PANDANGAN UMUM SIS'1P1V1 PENGAMAN Pada setiap pengaman listrik, balk untuk keperluan industri komersial maupun pelayanan umum lainnya mempunyai tujuan yang sama, yaitu menyediakan energi listrik yang sesuai dengan kebutuhannya dengan persyaratan yang tertentu pula. Dalam rnemenuhi kebutuhan tersebut maka peralatan harus dioperasikan secara nominal dan aman dari setiap macam gangguan yang dapat terjadi. Kecenderungan untuk mengurangi gangguan dan menghindarkan dari setiap bahaya, serta melindungi setiap peralatan adalah merupakan suatu usaha untuk mendapatkan sistem tenaga listrik yang sebaik baiknya. Untuk dapat mencapai segala kebutuhan tersebut, dapat dilakukan dengan cara merencanakan sistem pengaman yang balk dan sesuai dengan kebutuhannya. Sebab bila terjadi kesalahan dalam hat perencanaan, akan sangat berpengaruh pada "performance" dari sistem. Untuk itu sangat diperlukan sistem pengaman yang sebaik mungkin, sesuai dengan kebutuhannya dan dilaksanakan sebagaimana semestinya. Tetapi kita tidak mungkin meniadakan gangguan terhadap sistem tenaga listrik karena masih tergantung kehendak-Nya dan kekuatan alam yang tidak mungkin dapat kita rencanakan.
3.1.1. Gangguan Pada Rel Penyebab utama terjadinya gangguan pada daerah perlindungan rel umumnya dimasukkan ke dalam beberapa kategori yaitu : a. Penyebab gangguan disebabkan karena kegagalan isolasi. Peristiwa ini timbal karena salah satu dari meterial mengalami kegagalan isolasi atau diakibatkan karena terkontaminasi permukaan isolasi oleh polusi udara kegagalan isolasi
20
mungkin juga disebabkan oleh tegangan lebih. b. Gangguan disebabkan oleh kesalahan manusia. Umumnya kesalahan ini timbal pada saat pelaksanaan pemeliharaan dan pada saat pengoperasian sistem. c. Gangguan yang disebabkan oleh gangguan alam seperti kondisi alam (cuaca), gempa bumi, angin kencang dan lain lain. Seperti kasus gangguan pada sistem tersebut, gangguan utama pada rel cendrung terjadi pada gangguan fasa ke tanah. Umumnya gangguan fasa ke tanah in] terjadi pada tipe rel konversional. Oleh karena itu pengaman rel harus memberi reaksi terhadap semua tips gangguan yang terjadi pada sistem.
3.1.2. Akibat Dari Gangguan Pada umumnya akibat serius dari gangguan-gangguan yang tidak segera dihilangkan adalah kebakaran yang tidak hanya merusak peralatan tetapi dapat merembet kedalam sistem dan ini dapat menyebabkan kegagalan total. Akibat gangguan dapat mengakibatkan hal hal berikut ini a. Kerusakan pada elemen sistem yang disebabkan oleh busur listrik yang kebanyakan erjadi bersamaan dengan waktu terjadinya hubung singkat. b. Berkurangnya tegangan jala yang cukup besar pada sebagian besar pada sistem tenaga. Hal ini akan menyebabkan pasokan listrik pada para pelanggan akan terputus.
c. Terganggunya stabilitas sistem listrik dan ini dapat menyebabkan keseluruhan sistem mengalami kegagalan. d. Penurunan tegangan yang cukup besar yang dapat menyebabkan rendahnya
21
mutu listrik yang dikirim.
3.1.3. Persamaan Untuk Keadaan-Gangguan Persamaan persamaan besarnya arus gangguan untuk bermacam macam gangguan adalah sebagai berikut:
1. Gangguan fasa tiga Gangguan fasa tiga merupakan gangguan yang seimbang pada fasa fasanya, dimana tidak terdapat arus urutan nol dan negatifnya. Bila impedansi titik gangguan Zf ~ 0 maka arus gangguan fasa tiga adalah:
2. Gangguan fasa ke fasa Misalkan bahwa gangguan fasa ke fasa terjadi antara fasa R dan S. Bila impeuansi titik gangguan Zf ≠ 0 maka besar arus gangguan adalah sebagai berikut:
3. Gangguan satu fasa ke tanah Misalnya gangguan satu fasa terjadi pada fasa T, bila impedansi titik gangguan Zf ≠ 0, maka arus gangguan adalah
22
4. Gangguan dua fasa ke tanah Misalnya gangguanyang terjadi antara fasa S clan T. Besar arus gangguannya dihitung berdasarkan persamaan :
clan arus gangguan pada fasa yang terganggu lainnya adalah :
keterangan dalam persamaan di atas: I
= Arus gangguan (Amper)
Vf
= Tegangan fasa ke netral (Volt)
Z1, Z2 dan Z0
= Impedansi urutan positif, negatif clan nol dari sistem dilihat dari titik gangguan
Zf
= Impedansi titik gangguan
c
= Faktor pengali tegangan (faktor keamanan)
3.1.4. DAERAH PENGAMANAN Suatu sistem pengamanan atau perlindungan mempunyai daerah tanggung. jawabnya, daerah ini disebut daerah perlindungan. Masing-masing daerah mengandung satu atau dua komponen Pemutus Tenaga (PMT) setiap PMT 23
dimasukkan ke dalam dua daerah perlindungan yang berdekatan. Daerah perlindungan yang saling tumpang tindih sebagian, hal ini dilakukan untuk mencegah adanya daerah kosong (gap), diperlihatkan pada gambar 3.1. di bawah ini. Dimana terlihat daerah pengaman yang saling tumpang tindih untuk mendapatkan pengaman yang memadai dengan daerah pemadaman yang seminimum mungkin.
3.2. FUNGSI DAN PERSYARATAN RELAI PENGAMAN 3.2.1. Fungsi Relay Pengaman Pada umumnya relai pengaman berfungsi untuk: l. Mendeteksi adanya gangguan pada suatu sistem tenaga listrik yang diamankan. 2. Menentukan dengan cepat pemutusan pelayanan setiap elemen dari penyaluran tenaga listrik bila terjadi (mulai beroperasi) suatu keadaan tidak normal. 3. Mengetahui letak gangguan yang terjadi. 3. Menentukan apakah pada saluran yang mengalami gangguan tersebut segera diputuskun dengan wuktu tundu.
24
Gambar 3. l. Daerah perlindungan yang saling tumpang tindih
3.2.2. Persyaratan. Relai Pengaman
25
Suatu relay dapat berfungsi dengan baik jika dapat bekerja dengan cepat dan dapat diandalkan yaitu dapat bekerja sesuai dengan keadaan yang diharapkan dan selektif. Karena itu relai harus dapat merasakan dan mengisolir gangguan dalam sistem tenaga listrik secepat mungkin tanpa mengakibatkan rusaknya peralatan listrik dalam sistem. Agar sistem pengaman dapat bekerja dengan efektif syarat - syarat yang harus diperhatikan adalah : 1. Sensitifitas Relai harus memiliki kepekaan yang tinggi dalam merasakan gangguan pada daerah pengamannya meskipun dalam kondisi rangsangan minimum. 2. Selektifitas Selektifitas ditentukan oleh dapat atau tidaknya relai membedakan 2 kondisi yaitu kondisi aman dimana la tidak harus beroperasi dengan kondisi gangguan dimana ia harus bekerja. 3. Dapat diandalkan (Reliability) Relai harus dapat diandalkan kemampuannya, tidak boleh gagal dan salah kerja yaitu bekerja yang tidak semestinya harus bekerja. 4. Kecepatan operasi Relai harus mampu memisahkan bagian yang terganggu secepat mungkin. Sedangkan untuk menciptakan selektifitas mungkin saja peralatan pengaman memerlukan kelambatan waktu (time delay). Akan tetapi kelambatan waktu ia harus secepat mungkin.
5. Ekonomis Aspek ekonomis merupakan salah satu faktor yang harus diperhatikan dalam pemilihan dan penyusunan peralatan pengaman yang ideal sehingga secara tidak langsung aspek ekonomis mempengaruhi keandalan peralatan pengaman.
26
3.3.
SISTEM PENGAMAN DAN PENERAPANNYA PADA REL Rel sangat diperlukan sekali di dalam sistem tenaga dan industri. Pengaman
rel sangat memerlukan perhatian yang khusus karena _ 1. Tingkat gangguan pada rel sangat tinggi. 2. Kestabilan sistem sangat dipengaruhi oleh gangguan pada rel. 3. Gangguan pada rel menyebabkan pemutusan daya sebagian besar dari sistem.
3.3.1. Sistem Pengaman Body Ke Tanah Sistem pengaman ini hanya digunakan untuk gangguan body ke tanah, pada prinsipnya arus gangguan yang akan diukur adalah arus gangguan dari body switchgear ke tanah. Transformator arus ditempatkan pada konduktor tanah dan digunakan untuk menggerakkan relay dalam waktu seketika bila terjadi gangguan. Diperlihatkan pada gambar 3.2.
27
Gambar 3.2. Pengamanan body ke tanah dengan satu daerah
3.3.2. Pengaman Rel Differensial dengan menggunakan Relay Overcurrent
Gambar 3.3. Skerna relay differensial dengan relay overcurrent
Gambar 3.3 merupakan sistem pengaman differensial yang menggunakan relay arus lebih. Di dalam instalasi rel ganda dimana tingkat gangguan pada semua sirkit sangat tinggi, suatu skema alternatif digunakan dengan penambahan kontak pada sirkit transformator arus. Skema ini memiliki keistimewaan dalam pengecekkan gangguan phasa bila setelan relay aruslebih menggunakan tipe seketika dalam semua sirkit. Dalam keadaan sebenarnya pengaman arus lebih bertindak sebagai pengaman cadangan pada rel, oleh karena itu setting waktu relay arus lebih harus dikoordinasikan dengan relay-relay lainnya di sistem tenaga listrik.
28
3.3.3. Pengaman Differensial Relay differensial merupakan suatu relay yang prinsip kerjanya berdasarkan adanya perbedaan arus yang masuk dan yang keluar dari bagian yang dilindungi, yaitu perbedaan arus dari dua buah transformator arus yang masuk ke relay. Skema pengaman rel dengan menggunakan relay differensial yang dihubungkan pada transformator arus secara pararel, dimana tiap sirkit diperlengkapi dengan satu transformator, seperti diperlihatkan pada gambar 3.4.
Gambar 3.4. Skema dasar sirkulasi arus (hanya untuk proteksi gangguan ke tanah) Perlindungan
terhadap
gangguan
fasa
dapat
diperoleh
dengan
menghubungkan transformator arus seperti suatu keseimbangan kelompok untuk tiap fasa dan memberikan tiga element relay, seperti diperlihatkan pada gambar 3.5.
29
Gambar 3.5 Skema sirkulasi arus gangguan fasa menggunakan tiga elemen relay 3.4.
MENENTUKAN ARUS RELAY DIVERENSIAL Prinsip pengamanannya tidak berbeda yangbiasa digunakan untuk sirkit daya,
generator dan transformator. Gambar 3.6 memperlihatkan diagram satu gans dengan satu pengaman differensial penuh untuk sistem rel tunggal ini mempunyai empat penyulang.
Gambar 3.6 Rel tunggal dengan dua rangkaian masukkan dan dua rangkaian keluaran
30
Pada waktu operasi normal dan kondisi gangguan luar jumlah dari arus primer pada tiap-tiap phasa yang dihubungkan pada rela sama dengan nol (~] I,n = 0). Sehingga arus yang mengalir ke relay sama dengan nol, Ketika terjadi hubungan singkat pada rel, semua arus mengalir ketitik gangguan. Arus yang mengalir ke relay sama dengan jumlah dari penyulangpenyulang tersebut. Arus sekunder dari transformator arus adalah ;
Dimana : I1 dan I2
= Arus primer dan sekunder transformator arus (Ampere)
IP
= Arus pemagnit (Ampere)
nCT
= Perbandingan ratio transformator arus (Ampere)
arus sekunder dari masing-masing transformator arus yang mengalir ke relay bila terjadi gangguan pada rel :
Pada persamaan 3.7. perbandingan ratio transformator arus (nCT) pada setiap rangkaian masukkan dan rangkaian keluaran yang terhubung pada rel harus sama. Dalam kondisi normal dan kondisi gangguan di luar pada rel :
31
Arus yang mengalir kerelay pada kondisi ini adalah :
Bila terjadi hubung singkat pada daerah pengamanannya lIk = I hs arus yang mengalir kerelay dengan mengabaikan arus pemagnit :
Arus kerja relay pada kondisi ini ditentukan oleh ;
Dimana : Ins
= Arus hubung singkat (Ampere)
Iop
= Arus kerja (Ampere)
hunb max
= Arus ketidak-seimbangan total (Persen)
Ir
= Arus relay (Ampere)
3.5. PENGAMAN DIFFERENSIAL DENGAN IMPEDANSI RENDAH ATAU PENGAMAN DIFFERENSIAL BIAS Pengamanan differensial bias, memiliki dua jenis kumparan, yaitu kumparan kerja (operating coil) dan kumparan penahan (bias coil) seperti terlihat pada gambar 3.7.
32
Gambar 3.7. Pengaman differensial bias pada rel Untuk menghindari bekerjanya pengaman differensial pada gangguan yang besar di luar sel sebagai akibat dari kesalahan transforrnator arus, maka pengaman differensial dilengkapi dengan kumparan penahan yang akan dialiri arus gangguan tersebut. Bias bergantung pada nilai total dart arus gangguan yang biasanya diperoleh dari dioda-dioda yang mengarahkan arus sekunder melewati sirkit bias. Hasil bias adalah sebanding dengan penjumlahan dari semua arus sirkit. Dengan demikian pengaman differensial bias pada umumnya mempunyai beberapa penyetelan prosen kecuraman untuk mencegah salah kerja karena adanya ketidakseimbangan arus sisi sekunder dari transformator arusnya pada saat terjadi gangguan diluar daerah pengamannya.
33
3.6.
PENGAMAN DIFFER>H:IVSIAL DENGAN IMPEDANSI TINGGl Peristiwa arus gangguan akan menyebabkan timbulnya fluks pada inti
transformator arus, ini akan menyebabkan kejenuhan pada inti transformator arus dan akibatnya kesalahan perbandingan arusnya menjadi besar. Tegangan maksimum terjadi pada saat kondisi gangguan diluar daerah pengamannya dan tegangan ini dapat dihitung dan setelan tegangan relay diatur di atas harga tersebut di atas.
Gambar 3.8. Dasar perlindungan impedansi tinggi Keterangan gambar : CTA
: Transformator arus A
CTB
: Transformator arus B
PMT
: Pemutus tenaga
RCT1
: Tahanan lilitan transformator arus A
RL 1
: Tahanan kawat penghubung transformator arus A
RCT2
: Tahanan lilitan transformator arus B.
RR
: Impedansi tinggi
L& R
: Tahanan pencabang pemagnet
34
IF
: Arus gangguan
F
: Titik gangguan Perhatikan gambar 3.8. Dasar pengamanan dengan impedansi tinggi, jika
gangguan terjadi pada titik F maka arus gangguan memasuiki daerah perlindungan melalui sikit 1 clan meninggalkan melalui sirkit 2, berarti bisa diasumsikan bahwa transformator arus B mengalami kejenuhan. Transformator arus yang sudah jenuh tidak memberikan konstribusi dalam menjaga titik hubungan relay, itu berarti tahanan pencabang pemagmet bisa diasumsikan mempunyai impedansi nol, digambarkan dengan sirkit hubung pendek antara titik A clan B. Bila transformator arus A tidak mengalami kejenuhan itu akan mengarahkan arus gangguan If melewati tahanan sirkit total RL2 clan RCT2, dengan arus gangguan maximum yangmengalir dikalikan dengan penjumlahan tahanan RL2 + RCT2 sehingga akan menghasilkan tegangan V.
3.7. PENGAMAN REL DENGAN SATU RANGKAIAN MASUKAN DAN DUA RANGKAIAN KELUARAN
35
KETERANGAN I. F87B 1
: PENGAMAN REL 1
4. TA :TRANSFORMATOR ARUS
2. F87B2
: PENGAMAN REL II
5. PMT : PEMUTUS TENAGA
3. F87B3
: PENGAMAN CADANGAN
Gambar 3.9. Rel ganda dengan satu rangkaian masukkan dan dua rangkaian keluaran Rel ganda ini terdiri dari satu rangkaian masukan dan dua rangkaian keluaran, dimana pengaman rel diberikan kepada masing-masing rel baik rel I maupun rel II, kemudian juga ditempatkan pengaman cadangan yang berfungsi sebagai pengaman cadangan bila pengaman dari rel tersebut tidak bekerja, diperlihatkan pada gambar 3.9. Perlu diingat perbandingan ratio transformator arus (rCT) pada setiap rangkaian masukkan dan rangkaian keluaran yang terhubung pada rel harus sama. Rangkaian sekunder transformator arus sirkit dihubungkan ke relay I atau
36
relay II tergantung pada posisi pemisah sirkit tersebut apakah terhubung ke rel I atau rel II. Prinsip kerja relay differensial dipakai dalam pengaman rel ini berdasarkan perbedaan arus yang masuk dan yang keluar dari bagian yang dilindungi, yaitu perbedaan arus dari dua buah transformator arus yang masuk ke relay.
3.7.1. Kondisi Operasi Normal Rel Diperlihatkan pada gambar 3.10.a kondisi operasi normal rel dengan satu rangkaian masukan dan dua rangkaian keluaran, dimana fungsi daril ketiga relay tersebut dijelaskan di bawah ini 1. Relay pengaman rel I (F87B 1) adalah membandingkan arus dari penyulang masukkan (incoming feeder) dengan arus yang melalui rel I. 2. Relay pengaman rel II (F87B2) adalah membandingkan arus dari penyulang keluaran (outgoing feeder) dengan arus yang melalui rel II. 3. Relay pengaman cadangan (F87B3) berfungsi sebagai pengaman cadangan bila kedua pengaman rel tersebut tidak bekerja, diperlihatkan pada gambar 3.10.b.
37
Gambar 3.10.a. Keadaan operasi normal dengan satu rangkaian masukkan dan dua rangkaian keluaran b. Penerapan relay pengaman cadangan pada rel. Keadaan oeprasi normal rel I Pada keadaan operaso normal atasu sekunder yang masuk ke relay (F87B1) dari penyulang masukkan dan transformator arus 1(TA 1) sama dengan nol sehingga pengaman rel I ini tidak bekerja, diperlihatkan pada gambar 3.10.a. Keadaan operasi normal rel II Pada keadaan operasi normal arus sekunder yang masuk ke relay (F87B2) dari penyulang keluaran dan TA 2 sama dengan nol sehingga pengaman rel II ini tidak bekerja, diperlihatkan pada gambar 3.10.a.
38
3.7.2. Kondisi Gangguan Pada Rel Keadaan Ganimuan pada Rel I
KETERANGAN I. F87B 1
: PENGAMAN REL 1
3. TA TRANSFORMATOR ARUS
2. F87B2
: PENGAMAN REL II
4. PMT : PEMUTUS TENAGA
Gambar 3.11. Keadaan gangguan pada rel I dengan satu rangkaian masukkan dan dua rangkaian keluaran. Diperlihatkan gambar 3.11. Bila terjadi gangguan pada rel I dimana arus sekunder yang masuk ke relay F87B 1 dari penyulang masukkan dan TA 1 tidak sama dengan nol sehingga pengaman rel I(F87B 1) bekerja. Sehingga relay F87B I akan mentripkan PMT penggandeng (kopel) dan PMT pada rangkaian yang terhubung pada rel I, sehingga rel II tidak mengalami gangguan.
39
Keadaan Gangp-uan Pada Rel II
KETERANGAN L F87B1
: PENGAMAN REL 1 3. TA TRANSFORMATOR ARUS
2. F87B2
: PENGAMAN REL II 4. PMT : PEMUTUS TENAGA
Gambar 3.12. Keadaan gangguan pada rel 11 dengan satu rangkaian masukkan dan dua rangkaian keluaran. Diperlihatkan gambar 3.12. Bila terjadi gangguan pada rel II dimana arus sekunder yang masuk ke relay F87B2 dari penyulang masukkan dan TA 2 tidak sama dengan nol sehingga pengaman rel II (F87B2) bekerja. Sehingga relay F87B2 akan mentripkan PMT penggandeng (kopel) dan PMT pada rangkaian yang
40
terhubung pada rel II, sehingga rel I tidak mengalami gangguan.
3.7.3. Kondisi Gangguan Diluar Daerah Perlindungan
KETERANGAN 1. F87B1 2. F87B2
: PENGAMAN REL 1 3. TA TRANSFORMATOR ARUS PENGAMAN REL II 4. PMT : PEMUTUS TENAGA
Gambar 3.13. Kondisi gangguan luar pada rel dengan satu rangkaian masukkan dan dua rangkaian keluaran. Jika terjadi gangguan di luar daerah perlindungan, perhatikan gambar 3.13, maka arus yang mengalir akan bertambah besar, akan tetapi sirkulasinya akan tetap sama dengan kondisi normal, sehingga relay tidak akan bekerja untuk gangguan luar tersebut. Maka dalam kondisi gangguan luar tersebut tidak akan
41
ada arus yang melalui relay, sehingga arus yang melalui relay sama dengan nol.
BAB IV SISTEM PENGAMAN REL 150 kV GARDU INDUK CILEDUK
4.1.
UMUM Gardu induk Cileduk merupakan salah satu gardu induk yang ada di Region I
dengan wilayah Jakarta dan Banten dan gardu induk Cileduk termasuk dalam pembagian wilayah Unit Pelayanan Transmisi dan Gardu Induk (UPT) Cikupa adalah salah satu unit pengelola jaringan sistem tenaga listrik di Region Jakarta dan Banten. Gardu
induk
Cileduk
memiliki
satu
buah
transformator
tenaga
berkapasitas 60 MVA, transformacor yang terpasang pada gardu induk Cileduk dengan sistem 150/20 kV, Was penampang penghantar (rel) 1 dan rel 2 adalah 2 x 980 mm
2
jenis penghantar yang digunakan aluminium, sedangkan yang dibahas
dalam tugas akhir ini adalah pengaman rel pada sistem 150 kV dengan data-data sebagai berikut ini.
4.2. SPESIFIKASI PERALATAN Spesifikasi berikut adalah data-data teknis yang terdapat pada rel 150 kV (lihat lampiran 6) di gardu induk Cileduk beserta relay BUSPRO (busbar protection) sebagai pengaman rel (lihat lampiran 2 dan 4) yang memiliki data sebagai berikut :
42
4.2.1. Rel Sistem 150 kV Rel I dan II
: Sistem Konvensional
Jenis/type Re] I clan II
: AAC 2 x 980 mm2 Tegangan pengenal
- Primer : 150 kV Jarak penghantar (rel) - Phasa R dan S
: 3000 mm
- Phasa S dan T
: 3000 mm
- Phasa R dan T
. 6000 mm
- Phasa dengan tanah
: 8200 mm
- Rel I clan II
: 8000 mm
- Arus Pengenal
: 4000 A
- Frekuensi
: 50 Hz
4.2.2. Pengaman Rel (BUSPRO) Merk atau pabrikan
: GEC ALSTHOM
Type
: MCAG 34
Kode
: F87B
Arus nominal (Inom)
: IA
Waktu operasi
: 0,025 s
Standar penyetelan arus
: 5% s/d 80 % (adjustable)
Ratio CT 150 kV
: 4000 / 1 A
43
4.3. SISTEM PENGAMAN REL 150 kV G.I. CILEDUK Pada setiap pengaman rela 150 kV G.I. Cileduk, penempatan relay pengaman bukan ditempatkan pads setiap sirkit tetapi relay pengaman type MCAG 34 kode F87B1, F87B2, dihubungkan dengan transformator arus dan PMT penggandeng (kopel), diperlihatkan pada gambar 4.1. Pada setiap sirkit yang terhubung ke rel I maupun ke rel II pads sirkit PMT penggandeng (kopel) ditempatkan satu bush relay pengaman F87B1 yang terhubung pada transformator arus pada rel I. Satu buah relay pengaman F87B2 yang terhubung pada transformator arcs pada rel 11.
KETERANGAN I . F87B 1 : PENGAMAN REL I 2. F87B2 : PENGAMAN REL 11 3. F87B3
: PENGAMAN CADANGAN
Gambar 4.1. Bagan satu garis pengaman rel G.I. Cileduk Relay pengaman F87B3 (pengaman cadangan) ditempatkan dengan
44
menghubungkan transformator arus pada setiap sirkit. Bila terjadi gangguan dan pengaman rel utama tidak bekerja, maka pengaman cadangan akan bekerja tetapi yang membuka hanya PMT-PMT yang terhubung ke rel yang terganggu saja.
4.4. PRINSIP KERJA SISTEM PENGAMAN REL 150 kV Pengaman rel 150 kV G.I. Cileduk ditempatkan pada sistem kopel 150 kV, pengaman ini hanya digunakan pada gardu induk dengan konfigurasi rel ganda. Pada gardu induk Cileduk terdapat tiga buah relay, yaitu satu buah sebagai pengaman rel I (F87131), satu buah sebagai pengaman rel II (F87B2) dan satu buah sebagai pengaman cadangan (F87B3) untuk kedua busbar, diperlihatkan pada gambar 4.2 dan lihat lampiran 7. Rangkaian sekunder trafo arus sirkit dapat dihubungkan ke relay F87B 1 atau relay F87B2 tergantung pada posisi pemisah sirkit tersebut apakah terhubung ke rel I atau rel II. Relay pengaman cadangan (F87B3) kedua rel dihubungkan langsung ke trafo arus khusus pada setiap sirkit. Bila pada kondisi normal kedua relay balk yang dihubungkan pada rel I dan rel II tidak akan bekerja, bila terjadi gangguan dalam pada rel I maka relay F87B1 akan bekerja sehingga akan mentripkan semua PMT yang terhubung pada rel I dan juga akan mentnpkan PMT penggandeng, sehingga rel II tidak mengalami gangguan. Bila terjadi gangguan dalam pada rel II maka relay F87B2 akan bekerja sehingga akan mentripkan semua PMT yang terhubung pada rel II dan juga akan mentripkan PMT penggandeng, sehingga rel I tidak mengalami gangguan. Bila
45
46
terjadi gangguan luar kedua relay balk yang dihubungkan pada rel I dan rel II tidak akan bekerja. Relay pengaman cadangan kedua rel dapat mengamankan rel I dan rel II, tetapi PMT yang ditripkan hanya PMT - PMT yang terhubung ke rel yang terganggu saja.
4.5. MENENTUKAN ARUS RELAY B>JRBAOAI KONUISI 4.5.1. Menentukan Arus Relay Pada Kondisi Normal Rel I
Pada SUTT Puri Kembangan 150 kV Ratio transformator arus 4000/1 A Arus masuk dari Puri Kembangan ke G.I. Cileduk (I1) = 1000 a (lihat lampiran 5) Perbandingan transformator arus (nc, )= 4000 A Nilai arus sekunder transformator arus
47
Pada transformator arus 2 (TA 2) Ratio transformator arus 4000/IA Arus masuk (I1)= 1000 A Perbandingan transformator arus (nCT) = 4000 A Nilai arus sekunder transformator arus
Maka arus yang masuk ke relay (Ir)
Terbukti bahwa dalam kondisi normal Ir = 0 A. Pada keadaan operas] normal ref I arus sekunder yangmasuk ke relay (F87B1) dari penyulang masukkan dan transformator arus (TA), Ir = 0 sehingga pengaman rel I ini tidak bekerja.
48
4.5.2. Menentukan Arus Relay Pada Kondisi Normal Rel 11
Gambar 4.4. Kondisi operasi normal rel II
Pada SUTT New Jatake 150 kV Ratio transformator arus 4000/1 A Arus keluaran (12) = 769 A Perbandingan transformator arus (nCT) = 4000 A Nilai arus sekunder transformator arus 49
Pada penyulang 20 kV Arus nominal sisi 150 kV, dengan daya 60 MVA adalah
Ratio transformator arus : 4000/1 A Sehingga arus sekunder yang mengalir dari transformator arus sisi 150 kV :
Pada transformator arus 3 (TA3) Ratio transformator arus 4000/1 A Arus masuk (I,) = 1000 A Perbandingan transformator arus (nc~, )- 4000 A Nilai arus sekunder transformator arus (Ij - 0,25 A Maka arus yang masuk ke relay (lr)
Terbukti bahwa dalam kondisi normal Ir = 0 A.
Pada keadaan operas] normal rel II arus sekunder yangmasuk ke relay (F87B2) dari penyulang masukkan dan transformator arus (TA), Ir = 0 sehingga pengaman
50
rel II ini tidak bekerja.
4.5.3. Menentukan Arus Relay Pada Kondisi Gangguan Rel I
Gambar 4.5. Kondisi gangguan rel I Pada gambar 4.5. diperlihatkan kondisi gangguan rel 1, diman arus hubung singkat 3 fasa pada gardu induk Cileduk (ihy) = 15.000 A(lihat lampiran 3), sehingga arus yang masuk dart penghantar Purl Kembangan (I,) = 10.000 A dan arus yang masuk dari penghantar New Jatake
(12)
= 5.000 A, karena gangguan
hubung singkat 3 fasa pada rel maka arus netral kerelay F87B 1(In) sama dengan nol, perlu dicatat disini penulis akan menjelaskan bagaimana relay akan bekerja
51
bila h ≠ 0.
Pada SUTT Puri Kembanpan 150 kV Ratio transformator arus 4000/1 A Arus masuk (I1)= 10.000 A Perbandingan transformator arus (nCT )= 4000 A
Nilai arus sekunder transformator arus
Pada transformator arus 2 (TA2) Ratio transformator arus 4000/1 A Arus masuk (Iz) = 5.000 A Perbandingan transformator arus (nc-,)= 4000 A Nilai arus sekunder tranformator arus
Maka arus yang masuk ke relay (Ir) Terbukti bahwa dalam kondisi gangguan I T = 3,75 A. Pada keadaan gangguan pada rel I arus sekunder yang masuk ke relay (F87B1) Ir = 3,75 A sehingga pengaman rel I(F87B1) ini bekerja. Karena sistem ini
52
interkoneksi, mengakibatkan penyulang New Jatake menjadi rangkaian masukkan
(berbalik arah) maka akan mensuplai arus ke rel II sehingga transformator pada G.I. Cileduk tetap beroperasi. 4.5.4. Menentukan Arus Relay Pada Kondisi Gangguan Rel II
Gambar 4.6. Kondisi gangguan rel II
53
Pada SUTT Puri Kembanp-an 150 kV Ratio transformator arus 4000/1 A Arus masuk (I-,) = 5.000 A Perbandingan transformator arus (nCT )= 4000 A Maka nilai arus sekunder transformator arus
Pada penyulanp-an 20 kV Perlu dicatat bahwa 13 = 0 A, sehingga arus sekunder TA3 = 0 A, disebabkan tidak adanya sumber tenaga listrik. Pada transformator arus (TAI) Ratio transformator arus 4000/1 A Arus masuk (I1) = 10.000 A Perbandingan transformator arus (nc, )= 4000 A Nilai arus sekunder tranformator arus
Maka arus yang masuk ke relay (Ir)
54
Terbukti bahwa dalam kondisi gangguan Ir = 3,75 A. Pada keadaan gangguan pada rel II arus sekunder yang masuk ke relay (F87B2) Ir = 3,75 A sehingga pengaman rel II (F87B2) ini bekerja akan membuka PMT pada rel II dan kopel. Dengan membuka PMT dan kopel tersebut gangguan akan dipisahkan dari sistem, setelah gangguan diisolir dari jaringan transformator dialihkan ke rel II, sehingga transformator mendapat supply dari rel I mengakibatkan transformator pada G.I. Cileduk tetap beroperasi. 4.5.5. Menentukan Arus Relay Pada Kondisi Gangguan Luar Rel I
55
Gambar 4.7. Kondisi gangguan rel I
Pada gambar 4.7. diperlihatkan kondisi gangguan luar rel 1, dimana arus hubung singkat G.I. Cileduk (Ihs) = 15.000 A (data terlampir), sehingga arus yang masuk dari penghantar New Jatake (I2) = 5.000 A akan menuju ketitik gangguan.
Pada transformator arus 2 (TA2) Ratio transformator arus 4000/1 A Arus masuk (12) dari SUTT New Jatake = 5.000 A Perbandingan transformator arus (nc-,,) = 4000 A Nilai arus sekunder transformator arus
Pada transformator arus (TAI) Ratio transformator arus 4000/1 A Arus masuk (I2) dari SUTT New Jatake = 5.000 A Perbandingan transformator arus (nCT ) = 4000 A Nilai arus sekunder tranformator arus
Maka arus yang masuk ke relay (Ir)
56
Ir = Ia - Ib
I r = 1,25 – 1,25 Ir = 0 A Terbukti bahwa dalam kondisi gangguan Ir = 0 A. Pada keadaan gangguan pada rel I arus sekunder yang masuk ke relay (F87B1) Ir = 0 A sehingga pengaman rel I(F87B1) in] tidak bekerja clan sistem tidak terganggu sehingga G.I. Cileduk tetap beroperasi.
4.5.6 Menentukan Arus Relay Pada Kondisi Gangguan Luar Rel II
57
Gambar 4.8. Kondisi gangguan rel II Pada gambar 4.8. diperlihatkan kondisi gangguan luar rel I, dimana arus hubung singkat G.I. Cileduk (Ihs) = 15.000 A(lihat lampiran 3), sehingga arus yang masuk dari penghantar Purl Kembangan (I1) = 10.000 A akan menuju ketitik gangguan.
Pada transformator arus I (TAI) Ratio transformator arus 4000/1 A Arus masuk (I1) dari SUTT Purl Kembangan = 10.000 A Perbandingan transformator arus (nc,,) = 4000 A Nilai arus sekunder transformator arus
Pada transformator arus (TA2) Ratio transformator arus 4000/1 A Arus masuk (I1) dari SUTT Purl Kembangan = 10.000 A Perbandingan transformator arus (nCT) = 4000 A Nilai arus sekunder tranformator arus
58
Maka arus yang masuk ke relay (Ir)
Terbukti bahwa dalam kondisi gangguan Ir = 0 A.
Pada keadaan gangguan pada rel II arus sekunder yang masuk ke relay (F87B2) Ir = 0 A sehingga pengaman rel II (F87B2) ini tidak bekerja dan sistem tidak terganggu sehingga G.I. Cileduk tetap beroperasi.
59
BAB V KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan di atas maka dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain : 1.
Berdasarkan kondisi operas] normal pada rel I dimana arus yang masuk ke relay (F87B 1), Ir = 0 A dimana arus yang masuk ke relay sama dengan arus yang keluar maka pengaman rel I(F87B I) tidak bekerja. Pada kondisi operas] normal rel II dimana arus sekunder yang masuk ke relay (F87B2), I, = 0 maka pengaman rel II (F87B2) tidak bekerja.
2.
Berdasarkan kondisi gangguan pada rel I dirnana arus yang masuk ke relay (F87B I), Ir = 3,75 A dimana arus yang masuk ke relay dan arus yang keluar tidak sama dengan nol, sehingga pengaman rel I(F87B 1) bekerja dan membuka PMT' terhubung pada rel I dan kopel. Pada kondisi gangguan pada rel II dimana at-us yang masuk ke relay (F87B2), I r = 3,75 A sehingga pengaman rel II (F87B2) bekerja dan membuka PMT terhubung pada rel II dan kopel.
3. Berdasarkan kondisi gangguan luar rel f dimana arus yang masuk ke relay (F87131), Ir = 0 A dimana arus yang masuk ke relay sama dengan arus yang keluar, sehingga pengaman rel I (F87B1) tidak bekerja. Pada kondisi gangguan luar pada rel II dimana arus yang masuk ke relay (F87B2), Ir = 0 A sehingga pengaman rel II (F87B2) tidak bekerja.
60
DAFTAR PUSTAKA Arismunandar, A. DR. 1997. Teknik Tenaga Listrik. Ed. 6. Jakarta : Pradnya Paramita. Basri, Hasan, Ir. 2002. Diktat Gardu Induk dan Peralatan Hubungan Tegangan Tinggi. Jakarta : ISTN. Basri, Hasan, Ir. 1997. Sistem Distribusi daya Listrik. Jakarta : ISTN GEC, Alsthom. 1987. Protective Relay Application Guide. Ed. 3. Alsthom Measurement : GEC. Marsudi, Djiteng, Ir. 1990. Operasi Sistem Tenaga Listrik. ISTN. Sunil S, Rao. Switchgear and Protection. Khana Publisher, 2-B Nath Market Nai Sarak. Delhi-110006.
