a.
Tujuan
Setelah mempelajari
unit ini peserta pelatihan diharapkan mampu :
·
Menjelaskan
tentang prinsip dasar proteksi sistem tenaga
·
Menjelaskan
tentang persyaratan kualitas proteksi
·
Menyebutkan
komponen-komponen sistem proteksi
b.
Uraian
Materi I
1.1. Pendahuluan
Keandalan dan
keberlangsungan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat
tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Oleh sebab itu dalam
perencangan suatu sistem tenaga, perlu dipertimbangkan kondisi-kondisi gangguan
yang mungkin terjadi pada sistem, melalui analisa gangguan.
Dari hasil analisa
gangguan dapat ditentukan sistem proteksi yang akan digunakan, spesifikasi
switchgear, rating circuit breaker (CB) serta penetapan besaran-besaran yang
menentukan bekerjanya suatu relay (setting relay) untuk keperluan proteksi.
Pada unit ini tidak dibahas tentang analisa gangguan karena analisis gangguan
telah dibahas pada modul.
Modul ini akan
membahas tentang karakter serta gangguan-gangguan pada sistem tenaga listrik
meliputi generator, transformator daya, jaringan dan busbar. Modul ini juga
akan membahas tentang sistem proteksi yang digunakan pada sistem tenaga
listrik.
1.2. Prinsip Dasar Proteksi
Setelah kita membahas
lebih lanjut tentang Prinsip Dasar Proteksi Tenaga Listrik, maka terlebih
dahulu kita perlu diketahui tentang :
a). Apa yang dimaksud dengan Daya Proteksi
Sistem Tenaga Itu ?
Yang dimaksud dengan
proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dilakukan kepada
peralatan-peralatan listrik yang terpasang pada suatu sistem tenaga misanya
generator, transformator jaringan dan lain-lain, terhadap kondisi abnormal
operasi sistem itu sendiri.
Kondisi abnormal itu
dapat berupa antara lain : hubung singkat, tegangan lebih, beban lebih,
frekuensi sistem rendah, asinkron dan lain-lain.
b). Mengapa Proteksi diperlukan ?
Proteksi itu
diperlukan :
1.
Untuk
menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat
gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat
proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan kepada
kemungkinan kerusakan alat
2.
Untuk
cepat melokalisir luas daerah terganggu menjadi sekecil mungkin
3.
Untuk
dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumsi
dan juga mutu listrik yang baik.
4.
Untuk
mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.
Pengetahuan
mengenai arus-arus yang timbul dari
pelbagai tipe gangguan pada suatu lokasi merupakan hal yang sangat esensial
bagi pengoperasian sistem proteksi secara efektif. Jika terjadi gangguan pada sistem, para operator yang
merasakan adanya gangguan tersebut diharapkan segera dapat mengoeprasikan
circuit-circuit yang tepat untuk mengeluarkan sistem yang terganggu atau
memisahkan pembangkit dari jaringan yang terganggu. Sangat sulit bagi seorang
operator untuk mengawasi gangguan-gangguan yang mungkin terjadi dan menentukan
CB mana yang diperoperasikan untuk mengisolir gangguan tersebut secara manual.
Mengingat arus
gangguan yang cukup besar, maka perlu secepat mungkin dilakukan proteksi. Hal
ini perlu suatu peralatan yang digunakan untuk mendeteksi keadaan-keadaan yang
tidak normal tersbut dan selanjutnya mengistruksikan circuit-circuit yang tepat
untuk bekerja memutuskan rangkaian atau sistem yang terganggu. Peralatan
tersebut kita kenal dengan relay.
Ringkasnya proteksi
dan tripping otomatik circuit-circuit yang sehubungan mempunyai dua fungsi
pokok :
·
Mengisolir
peralatan yang terganggu agar bagian-bagian yang lainnya tetap beroperasi
seperti biasa.
·
Membatasi
kerusakan peralatan akibat panas lebih (over heating), pengaruh gaya-gaya
mekanik dst.
Koordinasi antara
relay dan circuit breaker (CB) dalam mengamati dan memutuskan gangguan disebut
sebagai sistem proteksi.
Banyak hal yang harus
dipertimbangkan dalam mempertahankan arus kerja maksimum yang aman. Jika arus
kerja bertambah melampaui batas aman yang ditentukan dan tidak ada proteksi
atau jika proteksi tidak memadai atau tidak efektif, maka keadaan tidak normal
dan akan mengakibatkan kerusakan isolasi.
Pertambahan arus yang
berkelebihan menyebabkan rugi-rugi daya pada konduktor akan berkelebihan pula.
Perlu diingat bahwa
pengaruh pemanasan adalah sebanding dengan kwadrat dari arus :
H = 12
Rt Joules
Dimana :
H = panas
yang dihasilkan (Joule)
I = arus
konduktor (ampere)
R = tahanan
konduktor (ohm)
t = waktu
atau lamanya arus yang mengalir (detik)
Proteksi harus sanggup
menghentikan arus gangguan sebelum arus tersebut naik mencapai harga yang
berbahaya. Proteksi dapat dilakukan dengan Sekering atau Circuit
Breaker.
Proteksi juga harus sanggup
menghilangkan gangguan tanpa merusak peralatan proteksi itu sendiri. Untuk ini
pemilihan peralatan proteksi harus sesuai dengan kapasitas arus hubung singkat “breaking
capacity” atau Repturing Capacity.
Disamping itu proteksi yang
diperlukan harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :
1.
Sekering
atau circuit breaker harus sanggup dilalui arus nominal secara terus menerus
tanpa pemanasan yang berlebihan (overheating).
2.
Overload
yang kecil pada selang waktu yang pendek seharusnya tidak menyebabkan peralatan
bekerja
3.
Proteksi
harus bekerja walaupun pada overload yang kecil tetapi cukup lama sehingga
dapat menyebabkan overheating pada rangkaian penghantar.
4.
Proteksi
harus membuka rangkaian sebelum kerusakan yang disebabkan oleh arus gangguan
yang dapat terjadi.
5.
Proteksi
harus dapat melakukan “pemisahan” (discriminative) hanya pada rangkaian yang
terganggu yang dipisahkan dari rangkaian yang lain yang tetap beroperasi.
Proteksi overload dikembangkan
jika dalam semua hal rangkaian listrik diputuskan sebelum terjadi overheating.
Jadi disini overload action relatif lebih lama dan mempunyai fungsi inverse
terhadap kwadrat dari arus.
Proteksi gangguan hubung singkat
dikembangkan jika action dari sekering atau circuit breaker cukup cepat untuk
membuka rangkaian sebelum arus dapat mencapai harga yang dapat merusak akibat
overheating, arcing atau ketegangan mekanik.
1.3. Persyaratan Kualitas Proteksi
Ada beberapa persyaratan yang
sangat perlu diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem proteksi yang
efektif yaitu :
a). Selektivitas dan Diskrimanasi
Efektivitas suatu sistem proteksi
dapat dilihat dari kesanggupan sistem dalam mengisolir bagian yang mengalami
gangguan saja
b). Stabilitas
Sifat yang tetap inoperatif
apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang melindungi (gangguan luar).
c). Kecepatan Operasi
Sifat ini lebih jelas, semakin
lama arus gangguan terus mengalir, semakin besar kerusakan peralatan. Hal yang
paling penting adalah perlunya membuka bagian-bagian yang terganggu sebelum
generator-generator yang dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi dengan
sistem selebihnya. Waktu pembebasan gangguan yang tipikal dalam sistem-sistem
tegangan tinggi adalah 140 ms. Dimana mendatnag waktu ini hendak dipersingkat
menjadi 80 ms sehingga memerlukan relay dengan kecepatan yang sangat tinggi
(very high speed relaying)
d). Sensitivitas (kepekaan)
Yaitu besarnya arus gangguan agar
alat bekerja. Harga ini dapat dinyatakan dengan besarnya arus dalam jaringan
aktual (arus primer) atau sebagai prosentase dari arus sekunder (trafo arus).
e). Pertimbangan ekonomis
Dalam sistem distribusi aspek
ekonomis hampir mengatasi aspek teknis, oleh karena jumlah feeder, trafo dan
sebagainya yang begitu banyak, asal saja persyaratan keamanan yang pokok dipenuhi. Dalam sistem-sistem
trtansmisi justru aspek teknis yang penting. Proteksi relatif mahal, namun
demikian pula sistem atau peralatan yang dilindungi dan jaminan terhadap
kelangsungan peralatan sistem adalah vital.
Biasanya digunakan dua sistem
proteksi yang terpisah, yaitu proteksi primer atau proteksi utama dan proteksi
pendukung (back up)
f). Realiabilitas (keandalan)
Sifat ini jelas, penyebab utama
dari “outage” rangkaian adalah tidak bekerjanya proteksi sebagaimana mestinya
(mal operation).
g)
Proteksi
Pendukung
Proteksi pendukung (back up)
merupakan susunan yang sepenuhnya terpisah dan yang bekerja untuk mengeluarkan
bagian yang terganggu apabila proteksi utama tidak bekerja (fail). Sistem
pendukung ini sedapat mungkin indenpenden seperti halnya proteksi utama,
memiliki trafo-trafo dan rele-rele tersendiri. Seringkali hanya triping CB dan
trafo-trafo tegangan yang dimiliki bersama oleh keduanya.
Tiap-tiap sistem proteksi utama melindungi suatu
area atau zona sistem daya tertentu. Ada kemungkinan suatu daerah kecil
diantara zona-zona yang berdekatan misalnya antara trafo-trafo arus dan circuit
breaker-circuit breaker tidak dilindungi. Dalam keadaan seperti ini sistem back
up (yang dinamakan remote back up) akan memberikan perlindungan karena berlapis
dengan zona-zona utama seperti pada gambar berikut ini:
Gambar 1. Diagram
sistem tenaga dengan daerah proeksi berlapis
Pada sistem distribusi aplikasi
back up digunakan tidak seluas dalam sistem tansmisi, cukup jika hanya mencakup
titik-titik strategis saja. Remote back upa bereaksi lambat dan biasanya
memutus lebih banyak dari yang diperlukan untuk mengeluarkan bagian yang
terganggu.
1.4.
Komponen-Komponen
Sistem Proteksi
Komponen-komponen sistem proteksi
terdiri dari :
·
Circuit
Breaker (PM)
·
Relay
·
Trafo
arus (CT)
·
Trafo
tegangan (PT)
·
Kabel
kontrol
·
Supplay
(batere)
Hubungan komponen-komponen
proteksi ini dalam suatu sistem proteksi dapat dilihat pada gambar berikut ini
:
c. Rangkuman 1
Proteksi dan automatic
tripping Circuit Breaker (CB) dibutuhkan untuk:
1.
Mengisolir
peralatan yang terganggu agar bagian-bagian yang lainnya tetap beroperasi seperti biasa.
2.
Membatasi
kerusakan peralatan akibat panas lebih (overheating), pengaruh gaya mekanik dan
sebagainya.
Proteksi harus dapat menghilangkan
dengan cepat arus yang dapat mengakibatkan panas yang berkelebihan akibat
gangguan
H
= I2R×t Joules
Peralatan proteksi selain
sekering adalah peralatan yang dibentuk dalam suatu system koodinasi relay dan
circuit breaker
Peralatan proteksi dipilih
berdasarkan kapasitas arus hubung singkat
‘Breaking capacity’ atau ‘Repturing Capcity’.
Selain itu peralatan
proteksi harus memenuhi persyaratansbb:
1.
Selektivitas
dan Diskriminasi
2.
Stabilitas
3.
Kecepatan
operasi
4.
Sensitivitas
(kepekaan).
5.
Pertimbangan
ekonomis.
6.
Realibilitas
(keandalan).
7. Proteksi pendukung (back
up protection)
d. Latihan I
- Jelaskan dengan singkat mengapa proteksi
dibutuhkan.
Jawab :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
- Jelaskan apa yang dimaksud dengan ‘Breaking Capacity’ atau ‘Repturing Capacity’pada
sistem proteksi.
Jawab :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
- Jelaskan
apa yang dimaksud Slektivitas dan
Diskriminasi pada suatu system
proteksi
Jawab :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
- Jelaskan
apa yang dimaksud dengan proteksi
pendukung (back up protection) pada
suatu sistem proteksi.
Jawab :
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
- Sebutkan
komponen dasar sistem proteksi
Jawab :
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………................................................................................................................................................
e. Kunci Jawaban latihan 1.
Jawaban soal no 1.
a. Untuk mengisolir peralatan yang terganggu
agar bagian-bagian yang lainnya tetap beroperasi seperti biasa.
b.
Membatasi kerusakan peralatan akibat
panas yang berkelebihan (overheating)
serta pengarug gaya-gaya mekanik.
Jawaban soal no. 2
Kesanggupan
untuk menghilangkan gangguan tanpa merusak peralatan proteksi itu sendiri.
Jawaban soal no. 3
Kesanggupan
sistem dalam mengisolir gangguan pada bagian yang mengalami gangguan saja.
Jawaban soal no. 4
Suatu sistem perlindungan berlapis yang dirancang
apabila proteksi utama tidak bekerja.
Jawaban
soal no. 5
Komponen
dasar sistem proteksi:
- Circuti breaker.
- Relay
- Trafo arus (CT)
- Trafo tegangan (PT)
- Supply (baterei)
