Filosofi Proteksi

MATA KULIAH:

SISTEM PROTEKSI [EL7183]

Ir. Bayu Jatmiko Utomo, MT

Filosofi Proteksi

PENGERTIAN PROTEKSI

Sistem proteksi tenaga listrik merupakan sistem proteksi pada peralatan-peralatan yang terpasang pada sistem tenaga listrik, seperti generator, busbar, transformator, saluran udara tegangan tinggi, saluran kabel bawah tanah, dan lain sebagainya terhadap kondisi abnormal operasi sistem tenaga listrik tersebut.

FUNGSI PROTEKSI

Kegunaan sistem proteksi tenaga listrik, antara lain untuk:

1. Mencegah kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal;

2. Mengurangi kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal;

3. Mempersempit daerah yang terganggu sehingga gangguan tidak melebar pada sistem yang lebih luas;

4. Memberikan pelayanan tenaga listrik dengan keandalan dan mutu tinggi kepada konsumen;

5. Mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh tenaga listrik.

JENIS GANGGUAN SISTEM PENYALURAN

GANGGUAN SISTEMGangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik seperti pada transformator, reaktor, kapasitor, busbar, SUTT, SUTT, SUTET dan lain sebagainya. Gangguan sistem dapat dikelompokkan sebagai gangguan permanen dan gangguan temporer.

GANGGUAN NON SISTEMGangguan non sistem adalah gangguan bukan pada sistem, jenis nya antara lain kerusakan komponen relai, kabel kontrol terhubung singkat dan interferensi / induksi pada kabel kontrol.

GANGGUAN SISTEM PENYALURAN

• Tegangan Lebih (Over Voltage); merupakan suatu gangguan akibat tegangan pada sistem tenaga listrik lebih besar dari seharusnya.

• Hubung Singkat (Short Circuit); adalah terjadinya hubungan penghantar bertegangan atau penghantar tidak bertegangan secara langsung tidak melalui media (resistor/beban) yang semestinya sehingga terjadi aliran arus yang tidak normal (sangat besar).

• Beban Lebih (Over Load); merupakan gangguan yang terjadi akibat konsumsi energi listrik melebihi energi listrik yang dihasilkan pada pembangkit.

• Daya Balik (Reserve Power); merupakan suatu gangguan berubahnya fungsi generator menjadi motor (beban) pada sistem pembangkit tenaga listrik.

FAKTOR PENYEBAB GANGGUAN

• Faktor Manusia; Faktor ini terutama menyangkut kesalahan atau kelalaian dalam memberikan perlakuan pada sistem.

• Faktor Internal; Faktor ini menyangkut gangguan-gangguan yang berasal dari sistem itu sendiri. Misalnya usia pakai (ketuaan), keausan, dan sebagainya.

• Faktor Eksternal; Faktor ini meliputi gangguan-gangguan yang bersal dari lingkungan di sekitar sistem. Misalnya cuaca, gempa bumi, banjir, dan sambaran petir. Di samping itu ada kemungkinan gangguan dari binatang, misalnya gigitan tikus, burung, kelelawar, ular, dan sebagainya.

PENCEGAHAN GANGGUAN

Usaha Memperkecil Terjadinya Gangguan:

a. Membuat koordinasi isolasi yang baik;b. Membuat pentanahan (grounding/earthing) sekecil mungkin,

serta selalu mengadakan pengecekan;c. Membuat perencanaan yang baik;d. Pemasangan yang baik;e. Menghindari kemungkinan kesalahan operasi;f. Memasang lightning arrester (penangkal petir) untuk

mencegah kerusakan pada peralatan akibat sambaran petir.

PENCEGAHAN GANGGUAN

Usaha Mengurangi Kerusakan Akibat Gangguan:

a. Mengurangi akibat gangguan;b. Secepatnya memisahkan bagian sistem yang terganggu;c. Merencanakan agar bagian sistem yang terganggu bila harus

dipisahkan dari sistem tidak akan mengganggu operasi sistem secara keseluruhan;

d. Mempertahankan stabilitas sistem selama terjadi gangguan;e. Membuat data/pengamatan gangguan yang sistematis dan

efektif;

PERSYARATAN SISTEM PROTEKSI

• Sensitif : yaitu mampu merasakan gangguan sekecil apapun.

• Andal : yaitu akan bekerja bila diperlukan (dependability) dan tidak akan bekerja bila tidak diperlukan (security).

• Selektif : yaitu mampu memisahkan jaringan yang terganggu saja.

• Cepat : yaitu mampu bekerja secepat-cepatnya.

DAERAH PROTEKSI

Di dalam proteksi sistem tenaga listrik, seluruh komponen harus dilindungi dengan tetap menekankan selektivitas kerja peralatan/relai proteksi. Untuk mencapai hal ini, sistem tenaga listrik dibagi menjadi daerah-daerah (zona) proteksi.

Setiap daerah proteksi pada umumnya terdiri atas satu atau lebih elemen sistem tenaga listrik. Misalnya generator, busbar, transformator, saluran udara, dll. Agar seluruh sistem tenaga listrik dapat dilindungi, maka harus ada daerah yang tumpang-tindih (overlap). Artinya ada elemen sistem yang dilindungi oleh dua daerah proteksi.

Setiap daerah proteksi dijaga oleh relai yang sesuai dengan karakteristik peralatan yang dilindungi. Pada umumnya yang menjadi pembatas proteksi antarderah proteksi ialah trafo arus yang mencatu ke relai.

Agar daerah proteksi tumpang-tindih, maka trafo arus A untuk melindungi daerah B, sedangkan trafo arus B untuk melindungi daerah A. Jika terjadi gangguan pada daerah yang tumpang-tindih maka banyak pemutus beban yang bekerja. Hal ini lebih baik dan lebih aman daripada ada daerah kosong yang tidak terproteksi.

PEMBAGIAN DAERAH PROTEKSI

Batas-batas instalasi tenaga listrik yang terdiri dari banyak peralatan yang berbeda jenis dan karakteristiknya, secara fisik ditandai dengan pemutus tenaga (PMT). Instalasi tersebut menunjukkan rangkaian pembangkit sampai dengan distribusi, sedangkan transmisi dan gardu induk disebut penyaluran.

PERALATAN SISTEM PROTEKSI

PROTEKSI UTAMA & CADANGAN

1. Proteksi Utama

Proteksi utama adalah proteksi yang akan segera bekerja jika terjadi gangguan. Untuk relai cepat dan pemutus beban cepat, waktu mulainya terjadinya gangguan sampai selesainya pembukaan pemutus beban maksimum 100 ms, yaitu terdiri dari waktu kerja relai 20-40 ms dan waktu pembukaan pemutus beban 40-60 ms.

Pada proteksi jenis tertentu, misalnya proteksi dengan relai arus lebih, waktu kerjanya justru diperlambat untuk mendapatkan selektivitas karena terjadi proteksi yang tumpang-tindih dengan seksi berikutnya. Relai ini bertugas selain sebagai proteksi utama pada daerahnya dan juga sekaligus merupakan proteksi cadangan pada seksi berikutnya.

Elemen-elemen proteksi utama terdiri atas relai, trafo tegangan, baterai (catu daya), kumparan trip, dan pemutus tenaga.


Kegagalan kerja pada elemen-elemen proteksi utama dapat dikelompokkan sebagai berikut:

a. Kegagalan pada relainya sendiri.

b. Kegagalan catu arus dan atau catu tegangan ke relai. Hal ini dapat disebabkan kerusakan trafo arus atau trafo tegangannya. Bisa juga rangkaian catu ke relai dari trafo tersebut terbuka atau terhubung singkat.

c. Kegagalan sistem catu arus searah untuk triping pemutus beban. Hal ini disebabkan baterai lemah karena kurang perawatan, terbuka, atau terhubung singkatnya arus searah.

d. Kegagalan pada pemutus tenaga. Kegagalan ini dapat disebabkan karena kumparan trip tidak menerima catu, terjadi kerusakan mekanis, atau kegagalan pemutusan arus karena besarnya arus hubung singkat melampaui kemampuan dari pemutus bebannya.


2. Proteksi Cadangan

Kegagalan pada proteksi utama atau adanya daerah mati tersebut diatasi dengan menggunakan proteksi cadangan. Proteksi cadangan umumnya mempunyai perlambatan waktu untuk memberikan kesempatan proteksi utama bekerja lebih dahulu. Jika proteksi utama gagal, maka proteksi cadangan bekerja.

Jenis proteksi cadangan ada dua, yaitu proteksi cadangan setempat (local back up) dan proteksi cadangan jauh (remote back up).


a. Proteksi Cadangan Setempat (local back up)

Proteksi cadangan setempat merupakan sistem proteksi yang bekerja jika proteksi utamanya gagal bekerja. Akan tetapi, jika proteksinya masih gagal karena pemutus beban gagal bekerja, maka relai tersebut akan memberikan perintah untuk membuka semua pemutus beban yang ada kaitannya dengan pemutus beban tersebut.

Sistem proteksi cadangan setempat umumnya digunakan pada sistem tenaga listrik dengan tegangan ekstra tinggi. Dalam hal ini relai cadangan mempunyai kecepatan sama dengan proteksi utamanya, karena sistem ini mempunyai proteksi ganda. Disebut proteksi ganda, sebab trafo arus, baterai, maupun kumparan trip semuanya ganda.

Di Indonesia untuk sistem dengan tegangan tinggi, yaitu tegangan 150 KV dan 70 KV, biasanya proteksi cadangannya hanya berupa relai cadangan.


b. Proteksi Cadangan Jauh (remote back up)

Proteksi cadangan jauh merupakan proteksi yang digunakan untuk mengantisipasi adanya kegagalan kerja proteksi di daerah tertentu. Dalam hal ini suatu gangguan pada daerah tertentu akan dihilangkan atau dipisahkan oleh proteksi dari tempat lain berikutnya (cadangan jauh).

Proteksi cadangan jauh yang banyak dipakai adalah proteksi dengan relai arus lebih dan proteksi dengan relai jarak. Proteksi cadangan jauh kurang memadai untuk sistem yang besar, antara lain karena dapat gagal bekerja dan dapat terjadi tripping yang tidak diharapkan.

SINGLE LINE DIAGRAM GARDU INDUK

SINGLE LINE DIAGRAM SISTEM PROTEKSI 500 KV

PERALATAN UTAMA TERPASANG

• Pemutus tenaga• Pemisah• Trafo pengukuran• Busbar• Lightning Arrester• Trafo tenaga• Kapasitor• Reaktor• Panel kontrol• Panel proteksi• Sumber AC dan DC• Sarana komunikasi

JENIS – JENIS RELAY PROTEKSI

• Arus lebih ( OCR/GFR )• Diferensial• Gangguan tanah terbatas ( REF )• Sirkuit arus ( CCP )• Beban lebih• Distansi• Suhu• Bucholz• Tekanan lebih / Tekanan mendadak• Jansen• Penutup balik / Auto reclose• Synchrocheck• Arus lebih berarah

PERUNTUKAN SISTEM PROTEKSI

• Transformator• Reaktor• Kapasitor• Busbar• Kopel• Diameter• SUTT• SUTET

SINGLE LINE DIAGRAM SISTEM PROTEKSITRANSFORMATOR

DAERAH KERJA SISTEM PROTEKSI TRANSFORMATOR

SINGLE LINE DIAGRAM SISTEM PROTEKSIKAPASITOR

SINGLE LINE DIAGRAM SISTEM PROTEKSI 500 KV

SINGLE LINE DIAGRAM SISTEM PROTEKSICCP/SZP/CBF

DIAGRAM LOGIC SISTEM PROTEKSI CBF/SZP

REFERENSI

1) Mason CR, “The Art Science of Protective Relaying”, John Willey and Sons, 1987

2) R. Van C. Warrington, ”Protective Relay”, Chapman & Hall, Ltd.

3) GEC Measurement, “Protective Relays Application Guide”

4) The Electricity Council, “Power System Protection”

5) M. Titarenko, T. Naskov Dubelsky,”Protective Relaying in Electrical Power System”

Documents

Filosofi Proteksi