SISTEM PROTEKSI DISTRIBUSI
Keandalan dan kemampuan suatu sistem
tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Oleh
sebab itu dalam perencangan suatu sistem
tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisi-kondisi gangguan yang
mungkin terjadi pada sistem, melalui analisa gangguan.
Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang
dipasang pada peralatan-peralatan listrik, misalnya 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.
Adanya gangguan
pada sistem distribusi dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan penting
pada penyalur tenaga listrik, yaitu
: trafo, penghantar, isolasi dan
peralatan-hubung . Adanya kerusakan
berarti mengganggu kontinyuitas atau dengan kata lain keandalan sistem kurang
baik.
Untuk menghindari
kerusakan tersebut, maka dipasanglah peralatan proteksi. Selain itu,
seperti diketahui bahwa potensi bahaya listrik terhadap manusia sebagai akibat sengatan aliran
listrik dan kerusakan lingkungan sebagai akibat panas yang berlanjut menjadi
kebakaran., maka dengan sistem proteksi
yang benar semua itu dapat dihindarkan.
Tetapi bila sistem proteksi dilakukan secara
berlebihan, yaitu terlalu mudah untuk mengamankan padahal seharusnya ada
pertimbangan tertentu sebelum memutuskan
bekerjanya sistem pengaman, maka
keandalan sistem menjadi kurang baik oleh akibat hal yang tidak perlu.
Untuk mendapatkan sistem proteksi
yang baik dan keandalan yang tinggi, maka dibutuhkan sistem proteksi dengan
kemampuan :
ü Melakukan koordinasi dengan sistim
pengaman yang lain pada sisi hulu dan sisi hilirnya.
ü
Mengamankan peralatan dari kerusakan yang lebih
luas akibat gangguan.
ü
Membatasi kemungkinan terjadinya kecelakaan .
Dengan kata lain
sistem proteksi itu bermanfaat untuk:
1. Menghindari
ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi
abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang
digunakan maka akan semakin sedikit pengaruh gangguan kepada kemungkinan
kerusakan alat.
2. Cepat
melokalisir luas daerah yang mengalami gangguan, menjadi sekecil mungkin.
3. Dapat
memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan
juga mutu listrik yang baik.
4. Mengamankan
manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.
Pengetahuan
mengenai arus-arus yang timbul dari berbagai 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 mengoperasikan circuit-circuit
Breaker 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 dioperasikan 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 tersebut dan selanjutnya menginstruksikan circuit breaker
yang tepat untuk bekerja memutuskan rangkaian atau sistem yang terganggu. Dan
peralatan tersebut kita kenal dengan relay.
Ringkasnya
proteksi dan tripping otomatik circuit-circuit yang berhubungan, mempunyai dua
fungsi pokok:
1. Mengisolir
peralatan yang terganggu, agar bagian-bagian yang lainnya tetap beroperasi
seperti biasa.
2. 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,
sedangkan pengaruh pemanasan adalah sebanding dengan kwadrat dari arus:
H = 1kwadrat.R.t Joules
Dimana;
H = panas yang
dihasilkan (Joule)
I = arus listrik
(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, sistem 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. Sistem
Proteksi harus bekerja walaupun pada overload yang kecil tetapi cukup lama,
sehingga dapat menyebabkan overheating pada rangkaian penghantar.
4. Sistem
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.
Persyaratan Kualitas Sistem Proteksi
Ada
beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu perencanaan
sistem proteksi yang efektif, yaitu:
a). Selektivitas dan Diskriminasi
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 kemungkinan kerusakan pada peralatan. Hal yang paling penting
adalah perlunya membuka bagian-bagian yang terganggu sebelum
generator-generator yang dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi dengan
sistem. Waktu pembebasan gangguan yang tipikal dalam sistem-sistem tegangan
tinggi adalah 140 ms. Dimana dimasa mendatang 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 suatu sistem transmisi 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 zo na -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.
Pada
sistem distribusi aplikasi back up digunakan tidak seluas dalam sistem
tansmisi,cukup jika hanya mencakup titik-titik strategis saja. Remote back up
akan bereaksi lambat dan biasanya memutus lebih banyak dari yang diperlukan
untuk mengeluarkan bagian yang terganggu.
Komponen-Komponen Sistem Proteksi Gardu
Induk
Secara umum,
komponen-komponen sistem proteksi terdiri dari:
1. Relay Proteksi : Sebagai elemen perasa
yang mendeteksi adanya gangguan atau
keadaan abnormal lainnya ( fault
detection )
2. Pemutus tegangan ( PMT ) : Sebagai pemutus
arus gangguan didalam sistem tenaga untuk melepaskan bagian sistem yang terganggu.
Dengan kata lain “Membebaskan sistem dari gangguan” ( fault Clearing ). PMT menerima perintah ( sinyal trip ) dari relay proteksi untuk membuka.
3. Trafo Arus ( CT ) & Trafo Tegangan (
PT ) : Untuk meneruskan arus dan tegangan dengan perbandingan tertentu dari
sisi primer ke sisi sekunder.
4. Sumber DC ( Battery ) : Sebagai sumber
tenaga untuk mengetrip PMT dan sebagai catu daya relay proteksi dan relay bantu
( auxiliary contact )
5. Auxelliary Contact : Peralatan kontak
bantu relay untuk menjaga dari kerusakan kontak relay utama akibat arus
gangguan yang besar.
