Click here to load reader

Filosofi Proteksi

  • View
    174

  • Download
    20

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Proteksi sistem tenaga listrik untuk keandalan

Text of Filosofi Proteksi

  • 1. PENDAHULUAN

    ampak dari globalisasi dan perdagangan bebas yang mau tidak mau harus dihadapi Indonesia adalah persaingan yang makin ketat di dalam dunia usaha perdagangan dan industri. Untuk meningkatkan daya saing, segala upaya harus dilakukan untuk meningkatkan efisiensi.

    PLN sebagai pemasok utama energi listrik di Indonesia, pasti akan menghadapi tuntutan peningkatan keandalan yang terus menerus, karena peningkatan keandalan akan berarti penekanan kerugian-kerugian yang tidak perlu terjadi, yang berarti peningkatan efisiensi. Indikator keandalan terpenting suplai tenaga listrik adalah lama padam/konsumen/ tahun dan kali padam/konsumen/tahun. Kedua angka itu harus ditekan terus menerus. Pada konsumen PLN angka lama padam itu relatif masih tinggi dibandingkan dengan negara maju.

    2. MACAM-MACAM GANGGUAN, PENYEBAB, DAN AKIBATNYA

    a. Gangguan Beban Lebih Beban lebih mungkin tidak tepat disebut sebagai gangguan. Namun karena beban lebih adalah suatu keadaan abnormal yang apabila dibiarkan terus berlangsung dapat membahayakan peralatan, jadi harus diamankan, maka beban lebih harus ikut ditinjau. Beban lebih dapat terjadi pada trafo atau pada saluran karena konsumen yang dipasoknya memang terus meningkat, atau karena adanya manuver atau perubahan aliran beban di jaringan setelah adanya gangguan.

    Beban lebih dapat mengakibatkan pemanasan yang berlebihan yang selanjutnya panas yang berlebihan itu dapat mempercepat proses penuaan atau memperpendek umur.

  • Pada trafo tenaga, percepatan proses penuaan itu secara pendekatan dapat dinyatakan dengan rumus Mountsinger sebagai berikut : 7)

    6/)98(0 298tan

    ==

    CsuhupadapenuaanKecepasuhupadapenuaannKecepata

    Dimana : = Kecepatan penuaan relatif. = Suhu belitan bagian terpanas (hot spot). 98oC = adalah suhu sebagai dasar disain untuk umur yang wajar (20

    30 tahun).

    Rumus Mountsinger tersebut berlaku sampai suhu 140oC.

    Tabel berikut menggambarkan hubungan kecepatan penuaan relatif () dengan suhu belitan.

    (oC) 80 86 92

    0,125 0,25 0,5

    98 1

    104 110 116 122 128 134 140

    2,0 4,0 8,0 16,0 32,0 64,0

    128,0

    Jadi trafo yang seumur hidupnya dibebani sedemikian sehingga suhu kerjanya (hot spot) 6o di atas 98oC, maka proses penuaannya dipercepat dua kali atau umurnya diperpendek menjadi separuhnya dari umur yang wajar. Atau suatu trafo yang dalam suatu perioda (misalnya 10 jam) dibebani sedemikian sehingga suhu kerjanya 60 diatas 980 C,

  • maka umurnya akan berkurang dua kali lebih banyak (ekivalen dengan dibebani pada suhu 980C selama dua kali 10 jam). Sebaliknya jika suhunya 6o di bawah 98oC, proses penuaannya diperlambat menjadi setengahnya.

    Trafo dapat dibebani lebih untuk sementara tanpa menyebabkan kenaikan suhu melampaui 98oC (jadi tidak mengakibatkan perpendekan umur) jika beban sebelumnya cukup rendah (suhu hot spot di bawah 98oC). Untuk hal ini telah ada petunjuk dari SPLN 17A (IEC 354) Loading guide for oil-immersed transformer.

    Gangguan pada sistem pendingin (misalnya matinya fan pada radiatornya) dapat menyebabkan kenaikan suhu yang berlebihan meskipun bebannya masih di bawah nominalnya. Dalam hal demikian trafo juga akan mengalami perpendekan umur.

    Panas yang berlebihan pada beberapa kabel yang terpasang paralel dapat terjadi karena jaraknya satu sama lain terlalu dekat meskipun bebannya di bawah nominal. Akibatnya sama yaitu perpendekan umur atau cepat rusak.

    b. Gangguan Hubung-Singkat

    Hubung-singkat dapat terjadi antar fasa (tiga fasa atau dua fasa) atau antara satu fasa ke tanah, dan dapat bersifat temporair (non persistant) atau permanen (persistant).

    Gangguan yang permanen misalnya hubung singkat yang terjadi pada kabel, belitan trafo atau belitan generator karena tembusnya (break down nya) isolasi padat.

    Di sini pada titik gangguan memang terjadi kerusakan yang permanen. Peralatan yang terganggu tersebut baru bisa dioperasikan kembali setelah bagian yang rusak diperbaiki atau diganti. Penyebab gangguan permanen antara lain penuaan isolasi, kerusakan mekanis isolasi, tegangan-lebih dsb.

    Pada gangguan yang temporair, tidak ada kerusakan yang permanen di titik gangguan. Gangguan ini misalnya berupa flashover antara penghantar fasa dan tanah atau tiang, travers atau kawat tanah pada SUTT atau SUTM karena sambaran petir, atau flashover dengan

  • pohon-pohon yang tertiup angin, atau burung / binatang lain yang terbang / merayap mendekati konduktor fasa dan sebagainya.

    Pada gangguan ini yang tembus (break down) adalah isolasi udaranya, oleh karena itu tidak ada kerusakan yang permanen. Setelah arus gangguannya terputus, misalnya karena terbukanya circuit breaker oleh relay pengamannya, peralatan atau saluran yang terganggu tersebut siap dioperasikan kembali.

    Arus hubung singkat dua fasa lebih kecil daripada arus hubung singkat tiga fasa. Jika tahanan gangguan diabaikan arus hubung singkat dua fasa kira-kira : 3 (=0,866) kali arus hubung singkat tiga fasa.

    Arus gangguan satu fasa ke tanah hampir selalu lebih kecil daripada arus hubung singkat tiga fasa, bahkan mungkin lebih kecil dari arus beban nominalnya, sebab gangguan tanah hampir selalu melalui tahanan gangguan, misalnya beberapa ohm, yaitu tahanan pembumian kaki tiang, dalam hal flashover dengan tiang atau kawat tanah, atau beberapa puluh atau ratusan ohm dalam hal flashover dengan pohon. Di samping itu untuk sistem dengan pembumian melalui tahanan, tahanan pembumian netral sistem itu juga akan membatasi arus gangguan satu fasa ke tanah.

    Arus gangguan satu fasa ke tanah pada sistem dengan pembumian langsung pada umumnya juga sedikit lebih kecil dari pada arus hubung-singkat tiga fasa sebab impedans urutan nol saluran pada umumnya lebih besar (empat kalinya) dari pada impedans urutan positifnya, kecuali jika lokasi gangguannya dekat dengan pusat pembangit, dimana yang dominan impedansi generatornya yang reaktansi urutan nolnya tidak termasuk kedalam rangkaian urutan nolnya.

    Peralatan yang terganggu dan peralatan yang dilalui arus hubung-singkat dapat menjadi rusak dengan 2 cara :

    secara thermis secara mekanis

    Rusak secara Thermis Panas yang timbul tergantung pada besarnya arus gangguan dan lamanya arus gangguan itu berlangsung, yaitu sebesar :

  • ot I2R.dt

    Dimana: t = waktu lamanya arus gangguan R = tahanan konduktor I = arus gangguan

    Panas ini akan menaikkan suhu konduktor yang dilalui arus gangguan itu. Jika terlalu lama (clearing time-nya lambat) suhu konduktor akan terlalu tinggi sehingga merusak isolasinya atau mempercepat penuaannya.

    Jadi setiap peralatan mempunyai batas termis tertentu terhadap arus hubung singkat. Ketahanan thermis terhadap arus hubung-singkat dalam waktu singkat atau disingkat Arus ketahanan waktu singkat (Short time withstand current) dari peralatan biasanya dinyatakan dalam arus (kA) dan waktu 1 detik, 2 detik atau 3 detik. Batas thermis peralatan bisa juga dinyatakan dalam kurva waktu-arus (damage curve) dalam diagram Waktu-Arus. Jika batas itu tidak dilampaui maka tidak ada panas yang berlebihan, peralatan yang dilalui arus gangguan tidak rusak dan tidak mengalami percepatan penuaan.

    Secara Mekanis Arus gangguan menimbulkan gaya tarik menarik atau tolak menolak pada konduktor yang dilalui arus gangguan. Busbar pada cubicle atau switchgear misalnya, harus memiliki isolator yang cukup kuat secara mekanis sehingga tahan terhadap gaya-gaya tersebut. Demikian pula belitan trafo juga harus memiliki kekuatan mekanis yang cukup sehingga tidak rusak oleh arus hubung singkat (through fault current) yang melaluinya. Gaya mekanis (dynamic force) tertinggi terjadi pada puncak arus (peak current) pertama dari arus hubung singkat itu yang nilai maximumnya, dengan maximum DC offset, bisa mencapai 2 kali nilai rms (root mean square) dari arus hubung singkat simetrisnya.

    Contoh : Suatu Switchgear mempunyai : Arus ketahanan waktu singkat pengenal 20 kA/1 sec. Arus ketahanan puncak pengenal 50 kA.

    Dari hasil penelitian kerusakan trafo tenaga di Jawa menunjukkan bahwa kerusakan trafo akibat through fault current ternyata merupakan

  • kerusakan yang dominan (lihat tabel kerusakan trafo di Jawa untuk kurun waktu dari tahun 1988 1994).5)

    Dengan disain peralatan/ sistem yang baik serta pengamanan sistem yang baik, gangguan hubung singkat pada umumnya tidak mengakibatkan kerusakan peralatan, paling hanya mengakibatkan terlepasnya bagian sistem yang terganggu yang selanjutnya mungkin dapat mengakibatkan pemadaman.

    c. Gangguan Tegangan-Lebih

    Tegangan lebih dapat dibedakan sebagai berikut : Tegangan lebih dengan power frequency (di Indonesia 50 Hz) Tegangan lebih transient

    Selanjutnya tegangan lebih transient dapat dibedakan : Surja Petir (lightning surge) Surja Hubung (switching surge)

    Tegangan lebih dengan power frequency terjadi misalnya karena : Kehilangan beban atau penurunan beban di jaringan akibat

    switching karena gangguan atau karena manuver. Gangguan pada AVR (Automatic Voltage Regulator) pada

    generator atau pada sadapan berbeban (on-load tap changer) dari trafo tenaga.

    Kecepatan-lebih (Over speed) pada generator karena kehilangan beban.

    Tegangan lebih dengan power frequency ini biasanya tidak begitu tinggi namun bisa berlangsung lama. Peralatan seperti kabel, trafo dan generator didesain sedemikian sehingga tegangan kerja maksimumnya masih di bawah corona inception voltage isolasinya sehingga peralatan itu tahan lama. Corona inception voltage adalah tegangan di mana internal corona discharge mulai timbul di dalam isolasinya.

    Jika tegangan kerja maksimum dilampaui maka internal corona discharge akan terjadi