Gangguan Pada Sistem Penyaluran

Jaringan tenaga listrik yang terganggu harus dapat segera diketahui dan dipisahkan dari bagian jaringan lainnya secepat mungkin dengan maksud agar kerugian yang lebih besar dapat dihindarkan.

Gangguan pada jaringan tenaga listrik dapat terjadi diantaranya pada pembangkit, jaringan transmisi atau di jaringan distribusi. Penyebab gangguan tersebut tersebut dapat diakibatkan oleh gangguan sistem dan non sistem.

Gangguan Sistem

Gangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik seperti pada generator, trafo, SUTT, SKTT dan lain sebagainya. Gangguan system dapat dikelompokkan sebagai gangguan permanen dan gangguan temporer.

Gangguan temporer adalah gangguan yang hilang dengan sendirinya bila PMT terbuka, misalnya sambaran petir yang menyebabkan flash over pada isolator SUTT. Pada keadaan ini PMT dapat segera dimasukan kembali, secara manual atau otomatis dengan AutoRecloser.

Gangguan permanen adalah gangguan yang tidak hilang dengan sendirinya, sedangkan untuk pemulihan diperlukan perbaikan, misalnya kawat SUTT putus.

Gangguan Non Sistem

PMT terbuka tidak selalu disebabkan oleh terjadinya gangguan pada sistem, dapat saja PMT terbuka oleh karena relai yang bekerja sendiri atau kabel kontrol yang terluka atau oleh sebab interferensi dan lain sebagainya. Gangguan seperti ini disebut gangguan bukan pada sistem, selanjutnya disebut gangguan non-sistem.

Jenis gangguan non-sistem antara lain :

§  Kerusakan komponen relai ;

§  Kabel kontrol terhubung singkat ;

§  Interferensi / induksi pada kabel kontrol.

Proteksi Penghantar

Jaringan tenaga listrik secara garis besar terdiri dari pusat pembangkit, jaringan transmisi (gardu induk dan saluran transmisi) dan jaringan distribusi..

Gambar  1. Jaringan sistem tenaga listrik

Dalam usaha untuk meningkatkan keandalan penyediaan energi listrik, kebutuhan sistem proteksi yang memadai tidak dapat dihindarkan.

Blok diagram Sistem proteksi Penghantar..

            Gambar 2. Blok diagram sistem proteksi Penghantar

Sistem proteksi jaringan (SUTT dan SUTET) terdiri dari Proteksi Utama dan Proteksi Cadangan.

Relai untuk proteksi utama yang dikenal saat ini :

a) Distance Relay

§  Basic atau Step

§  PUTT

§  POTT

§  Blocking

b) Differential Relay

§  Pilot

§  Current

§  Phase

c) Directional Comparison Relay

§  Impedance

§  Current

§  SuperImposed

Proteksi Cadangan adalah sebagai berikut :

§  Sistem proteksi cadangan lokal : OCR & GFR

§  Sistem proteksi cadangan jauh : Zone 2 GI remote

Sistem Proteksi SUTET

Pada dasarnya, hanya ada satu pola pengaman SUTET yang dipakai pada sistem transmisi 500 kV di pulau Jawa, yaitu suatu pola yang menggunakan dua Line Protection (LP) berupa Distance Relay (Z) + Tele Proteksi (TP) yang identik, disebut LP(a) dan LP(b). Pada setiap LP terdapat Directional Earth Fault Relay (DEF) sebagai komplemennya.

Pola ini selanjutnya dilengkapi dengan Reclosing Relay untuk melakukan SPAR. Pola ini dipakai di hampir seluruh SUTET PLN di Jawa dan untuk selanjutnya akan disebut sebagai pola standar. Namun demikian, disamping pola yang standar terdapat dua pola lain yang non standar.

Pola non standar yang pertama mempunyai dua LP, yaitu : i) LP(a) berupa Directional Comparison (DC) dari jenis Non-Impedance Relay, yang di-backup oleh sebuah Distance Relay tanpa Tele Proteksi, ii) LP(b) berupa distance relay + DEF dengan Tele Proteksi, yang di-backup oleh sebuah Distance Relay tanpa Tele Proteksi. Pola ini hanya digunakan pada SUTET Saguling - Cirata 1.

Pola non standar yang kedua mempunyai LP(a) berupa Phase Comparison yang di backup oleh Distance Relay tanpa Tele Proteksi, dan LP(b) berupa Distance Relay + DEF dengan Tele Proteksi yang di-backup oleh Distance Relay tanpa Tele Proteksi. Pola ini hanya digunakan pada SUTET Saguling - Cirata 2.

Tabel II.3.1. Pola Standar

Media Telekomunikasi

Media PLC dapat digunakan untuk Distance Relay, Comparison Directional Relay, dan Comparison Phase Relay.

Media Fibre Optic dapat digunakan untuk Distance Relay, relai directional comparison, relai phase comparison, dan relai current differential.

Media Micro Wave dapat digunakan untuk distance relay, relai directional comparison, relai phase comparison, dan relai current differential.

Distance Relay ( Relay Jarak)

Relai jarak digunakan sebagai pengaman utama (main protection) pada SUTT/SUTET dan sebagai backup untuk seksi didepan. Relai jarak bekerja dengan mengukur besaran impedansi (Z) transmisi dibagi menjadi beberapa daerah cakupan yaitu Zone-1, Zone-2, Zone-3, serta dilengkapi juga dengan teleproteksi (TP) sebagai upaya agar proteksi bekerja selalu cepat dan selektif di dalam daerah pengamanannya.

Gambar 3. Daerah pengamanan Relay jarak

Prinsip Kerja Relai Jarak

Relai jarak mengukur tegangan pada titik relai dan arus gangguan yang terlihat dari relai, dengan membagi besaran tegangan dan arus, maka impedansi sampai titik terjadinya gangguan dapat di tentukan. 

Relai jarak akan bekerja dengan cara membandingkan impedansi gangguan yang terukur dengan impedansi seting, dengan ketentuan :

§  Bila harga impedansi ganguan lebih kecil dari pada impedansi seting relai maka relai akan trip.

§  Bila harga impedansi ganguan lebih besar dari pada impedansi seting relai maka relai akan tidak trip.

Gambar 4. Block diagram Relay jarak

Gambar 4. merupakan block diagram relai jarak yang terpasang di instalasi yang terdiri dari :

1. Peralatan tegangan tinggi (HV apparatus)

§  PMT

§  PMS

§  CT

§  PT Line dan Bus

2. Marshalling Kios

§  MCB PT

§  MCB sumber AC/DC

§  Terminal rangkaian arus (CT) dan tegangan (PT).

§  Terminal limit switch PMT dan PMS

§  Terminal rangkaian trip dan reclose

3. Panel Relay

§  MCB AC dan DC

§  Relai Jarak

§  Relai Lock Out

§  Aux. relai

4. Panel PLC

§  Sinyal Kirim (carrier send)

§  Sinyal terima (carrer reciept)

§  Sinyal CIS

Penyetelan Daerah Jangkauan pada Rele Jarak

Gambar 5. Daerah penyetelan rele jarak tiga tingkat

Relai jarak pada dasarnya bekerja mengukur impadansi saluran, apabila impedansi yang terukur / dirasakan relai lebih kecil impedansi tertentu akibat gangguan ( Zset < ZF ) maka relai akan bekerja.

Prinsip ini dapat memberikan selektivitas pengamanan, yaitu dengan mengatur hubungan antara jarak dan waktu kerja relai. Penyetelan relai jarak terdiri dari tiga daerah pengamanan, Penyetelan zone-1 dengan waktu kerja relai t1, zone-2 dengan waktu kerja relai t2 , dan zone-3 waktu kerja relai t3 .

Penyetelan Zone-1

Dengan mempertimbangkan adanya kesalahan-kesalahan dari data saluran, CT, PT, dan peralatan penunjang lain sebesar 10% - 20 % , zone-1 relai disetel 80 % dari panjang saluran yang diamankan. Zone-1 = 0,8 . Z L1 (Saluran) (3.33) Waktu kerja relai seketika, (t1= 0) tidak dilakukan penyetelan waktu .

Penyetelan Zone-2

Prinsip peyetelan Zone-2 adalah berdasarkan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :

Zone-2 min = 1,2 . ZL1

Zone-2 mak = 0,8 (Z L1 + 0,8. ZL2)

Dengan : ZL1 = Impedansi saluran yang diamankan.

ZL1 = Impedansi saluran berikutnya yang terpendek ( )

Waktu kerja relai t2= 0.4 s/d 0.8 dt.

Penyetelan zone-3

Prinsip penyetelan zone-3 adalah berdasarkan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :

Zone-3min = 1.2 ( ZL1 + 0,8.ZL2 ) (3.36)

Zone-3mak1 = 0,8 ( ZL1 + 1,2.ZL2 ) (3.37)

Zone-3mak2 = 0,8 ( ZL1 + k.ZTR ) (3.38)

Dengan : ZL1 = Impedansi saluran yang diamankan

ZL2 = Impedansi saluran berikutnya yang terpanjang

Waktu kerja relai t3= 1.2 s/d 1.6 dt.

Peyetelan zone-3 reverse

Fungsi penyetelan zone-3 reverse adalah digunakan pada saat pemilihan teleproteksi pola blocking.

Dasar peyetelan zone-3 reverse ada dua jenis :

 Bila Z3 rev memberi sinyal trip. Zone-3 rev = 1.5 Z2-ZL1

 Bila Z3 rev tidak memberi sinyal trip. Zone-3 rev = 2 Z2-ZL1.

Penyetelan Starting

Fungsi starting relai jarak adalah :

1. Mendeteksi adanya gangguan.

2. Menentukan jenis gangguan dan memilih fasa yang terganggu. Prinsip penyetelan starting di bagi 2, yaitu :

1. Starting arus lebih : I fasa-fasa = 1.2 CCC atau ct I fasa-netral = 0.1. CCC atau ct

2. Starting impedansi Zsmin = 1.25 x Zone-3 Zs max= 0.5 x kV/(CCC atau Ct x√3)

Penyetelan Resistif reach

Fungsi penyetelan resistif reach adalah mengamankan gangguan yang bersifat high resistance.

Prinsip penyetelan resistif reach (Rb) tidak melebihi dari kreteria setengah beban (1/2 Z beban ).

 Untuk system 70 kV : Rb = 15 x Zone-1 x k0 x 2.

 Untuk system 150 dan 500 kV : Rb = 8 x Zone-1 x k0 x 2.

Directional Comparison Relay.

Relai penghantar yang prinsip kerjanya membandingkan arah gangguan, jika kedua relai pada penghantar merasakan gangguan di depannya maka relai akan bekerja. Cara kerjanya ada yang menggunakan directional impedans, directional current dan superimposed.

Gambar 6. Directional comparison relay

Current Differential Relay

Prinsip kerja pengaman differensial arus saluran transmisi mengadaptasi prinsip kerja diferensial arus, yang membedakannya adalah daerah yang diamankan cukup panjang sehingga diperlukan :

v  Sarana komunikasi antara ujung-ujung saluran.

v  Relai sejenis pada setiap ujung saluran. Karena ujung-ujung saluran transmisi dipisahkan oleh jarak yang jauh maka masing-masing sisi dihubungkan dengan :

v  kabel pilot

v  saluran telekomunikasi : microwave, fiber optic.

Gambar 7. Relai arus differensial

Auto Recloser

Saluran udara tegangan tinggi (SUTT/SUTET) merupakan salah satu bagian sistem yang paling sering mengalami gangguan, sebagian besar dari sumber gangguan tersebut (sekitar 80 %) bersifat temporer[2] yang akan segera hilang setelah Pemutus Tenaga (PMT) trip. Agar kesinambungan pelayanan/ suplai energi listrik tetap terjaga serta batas stabilitas tetap terpelihara maka PMT dicoba masuk kembali sesaat setelah kejadian trip diatas. Dengan memasukan kembali PMT ini diharapkan dampak gangguan yang bersifat temporer tersebut dapat dikurangi.

Untuk mengurangi dampak gangguan tersebut terhadap keandalan penyediaan tenaga listrik, khususnya pada saat terjadi gangguan temporer, maka pada SUTT/ SUTET tersebut dipasang auto recloser (A/R).

Pengoperasian auto-recloser diharapkan dapat meningkatkan availability (ketersediaan) SUTT/ SUTET, hal ini berarti peluang (lama dan frekuensi) konsumen terjadi padam dapat dikurangi. Namun sebaliknya, pengoperasian A/R secara tidak tepat dapat menimbulkan kerusakan pada peralatan, sehingga dapat menimbulkan dampak pemadaman meluas serta waktu pemulihan yang lebih lama.

Penentuan Dead Time.

Penentuan dead time harus mempertimbangkan hal berikut :

a. Stabilitas dan sinkronisasi sistem.

v  Tidak berpengaruh pada jaringan radial tetapi berpengaruh pada jaringan yang memiliki lebih dari satu sumber (pembangkit atau IBT).

v  Dead time dipilih sesuai dengan kebutuhan sistem dan keamanan peralatan.

b. Karakteristik PMT.

Waktu yang diperlukan oleh PMT untuk trip dan reclose harus diperhitungkan, khususnya untuk A/R cepat.

v  Waktu de-ionisasi udara.

v  Operating time PMT (0.05 - 0.1 detik).

v  Waktu reset mekanik PMT (0.2 detik).

Selain itu pengaruh penurunan kemampuan PMT karena umur harus dipertimbangkan dalam menentukan pola dan waktu operasi ( lambat atau cepat) A/R.

c. Karakteristik peralatan proteksi.

Harus diperhitungkan waktu yang dibutuhkan untuk reset peralatan proteksi.

Penentuan reclaim time.

a.       Reclaim time harus lebih lama dari waktu kerja relai proteksi, namun untuk basic time (instanteneous) pertimbangan ini tidak diperlukan.

b.      Reclaim time harus memperhitungkan waktu yang diperlukan oleh mekanisme closing PMT agar PMT tersebut siap untuk reclose kembali. Umumnya untuk sistem hidraulik memerlukan waktu 10 detik.

Kriteria Seting Untuk SPAR :

a. Dead time :

·         lebih kecil dari seting discrepancy dan seting GFR

·         lebih besar dari operating time pmt, waktu reset mekanik pmt, dan waktu pemadaman busur api + waktu deionisasi udara.

·         Tipikal set 0.5 s/d 1 detik.

            b. Reclaim time :

Memberi kesempatan pmt untuk kesiapan siklus O-C-O berikutny tipikal 40 detik.

Seting berbeda untuk kedua sisi :

Untuk sumber di kedua sisi maka sisi dengan fault level rendah reclose terlebih dahulu baru kemudian sisi lawannya.

Untuk sumber di satu sisi (radial double sirkit) bila tidak terdapat S/C untuk operasi manual yang terpisah dari S/C untuk A/R maka untuk keperluan manuver operasi, reclose pertama dapat dilakukan dari sisi sumber.

SUTT yang tersambung ke pembangkit

A/R untuk SUTT yang kedua sisi tersambung ke Pembangkit maka pola yang dipilih TPAR (inisiate gangguan 1 fasa) dengan seting dead time lebih lama. SUTT yang hanya satu sisi tersambung ke pembangkit maka pola yang dipilih TPAR dengan pola S/C di sisi pembangkit diseting DL/DB out.