BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Proteksi transmisi tenaga listrik sangat penting dalam proses penyaluran

daya dari satu tempat ke tempat yang lain. Ini dikarenakan prinsip dalam transmisi

tenaga listrik yang baik salah satunya adalah aman selain andal dan ekonomis.

Proteksi tenaga listrik merupakan bagian yang menjamin bahwa dalam transmisi

tenaga lisrik dapat dikatakan aman. Dapat dikatakan aman karena dalam transmisi

tenaga listrik akan diberikan suatu alat yang berfungsi untuk mengamankan

transmisi dari gangguan bahkan mengamankan manusia dari bahaya yang

ditimbulkan oleh pemindahan daya listrik dari suatu tempat ke tempat yang lain.

Proteksi transmisi tenaga listrik sangat diperlukan dalam transmisi tenaga

listrik. Dengan proteksi yang bagus, maka transmisi tidak akan rusak ketika ada

sebuah gangguan yang bersifat sementara. Jika proteksi transmisi tenaga listrik

baik, maka nilai ekonomis dapat diperoleh karena jika dalam suatu transmisi

terjadi gangguan, maka kerusakan peralatan tidak dapat menyebar keperalatan

yang lain dikarenakan ada sebuah proteksi transmisi. Nilai ekonomis dan aman

dapat dipadukan menjadi nilai andal. Andal yang dimaksud disini adalah tidak

membahayakan manusia yang berada disekitar transmisi tenaga listrik sehingga

manusia yang berada disekitar transmisi ini tidak mengalami gangguan kesehatan

maupun gangguan material.

Pembuatan makalah ini berdasarkan tugas mata kuliah Pengaman

Peralatan dan Manusia. Selain untuk memenuhi tugas mata kuliah tersebut, para

penyusun juga berharap mendapatkan ilmu yang lebih berdasarkan topik yang

diusung oleh penyusun. Dengan demikian, penyusun tidak hanya memiliki nilai

1

sebagai buah hasil pembuatan makalah ini tetapi juga mendapatkan kompetensi

yang lebih.

1.2. Perumusan masalah

Dalam makalah ini kami akan membahas beberapa permasalasahan.

Diantaranya adalah :

1.2.1. Apakah Pengertian Proteksi Transmisi Tenaga Listrik ?

1.2.2. Apa saja yang termasuk dalam alat proteksi transmisi tenaga listrik ?

1.2.3. Bagaimana peralatan proteksi transmisi tenaga listrik itu bekerja ?

1.2.4. Dimanakah peralatan proteksi transmisi tenaga listrik diterapkan ?

1.3. Tujuan dan manfaat Penulisan

Tujuan pertama adalah agar para penyusun mendapatkan ilmu dan

kompetensi yang lebih dalam hal proteksi, terutama proteksi transmisi tenaga

listrik. Yang kedua agar makalah ini dapat dijadikan sumber referensi oleh para

pembaca sebagai dasar pemikiran untuk dikembangkan atau untuk dilengkapi.

Manfaat yang diperoleh setelah membaca makalah ini adalah pembaca

mengetauhi proteksi transmisi tenaga listrik yang digunakan pada umumnya,

bagaimana proteksi tersebut bisa bekerja, penerapannya dibagian sebelah mana,

dan macam alat pengaman transmisi tenaga listrik.

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar-Dasar Sistem Proteksi

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.

Dari hasil analisa gangguan, dapat ditentukan sistem proteksi yang akan

digunakan, seperti: spesifikasi switchgear, rating circuit breaker (CB) serta

penetapan besaran-besaran yang menentukan bekerjanya suatu relay (setting

relay) untuk keperluan proteksi.

Artikel ini akan membahas tentang karakter serta gangguan-gangguan dan

sistem proteksi yang digunakan pada sistem tenaga listrik yang meliputi:

generator, transformer, jaringan dan busbar.

2.2 Definisi Sistem Proteksi

Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada

peralatan-peralatan listrik suatu sistem tenaga 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. (untuk jelasnya

lihat artikel: "Keandalan dan Kualitas Listrik")

3

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:

4

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 = 12.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.

5

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.

2.3 Persyaratan Kualitas Sistem Proteksi

Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu

perencanaan sistem proteksi yang efektif, yaitu:

a). Selektivitas dan Diskriminasi

6

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).

7

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.

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.

2.4 Komponen-Komponen Sistem Proteksi

Secara umum, komponen-komponen sistem proteksi terdiri dari:

1. Circuit Breaker, CB (Sakelar Pemutus, PMT)

2. Relay

3. Trafo arus (Current Transformer, CT)

4. Trafo tegangan (Potential Transformer, PT)

8

5. Kabel kontrol

6. Catu daya, Supplay (batere)

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 = I2.R×t Joules

Proteksi selain sekering adalah peralatan yang dibentuk dalam suatu

sistem koodinasi relay dan circuit breaker

Peralatan proteksi dipilih berdasarkan kapasitas arus hubung singkat

‘Breaking capacity’ atau ‘Repturing Capcity’.

Selain itu peralatan proteksi harus memenuhi persyaratan, sebagai berikut:

1. Selektivitas dan Diskriminasi

2. Stabilitas

3. Kecepatan operasi

4. Sensitivitas (kepekaan).

5. Pertimbangan eko nomis.

6. Realibilitas (keandalan).

7. Proteksi pendukung (back up protection)

9

BAB III

PEMBAHASAN

3.1. Pengertian Proteksi Transmisi Tenaga Listrik

Pengertian proteksi transmisi tenaga listrik adalah adalah proteksi yang

dipasang pada peralatan-peralatan listrik pada suatu transmisi tenaga listrik

sehingga proses penyaluran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga

listrik(Power Plant) hingga Saluran distribusi listrik (substation distribution) dapat

disalurkan sampai pada konsumen pengguna listrik dengan aman. Proteksi

transmisi tenaga listrik diterapkan pada transmisi tenaga listrik agar jika terjadi

gangguan peralatan yang berhubungan dengan transmisi tenaga listrik tidak

mengalami kerusakan. Ini juga termasuk saat terjadi perawatan dalam kondisi

menyala. Jika proteksi bekerja dengan baik, maka pekerja dapat melakukan

pemeliharaan transmisi tenaga listrik dalam kondisi bertegangan. Jika saat

melakukan pemeliharaan tersebut terjadi gangguan, maka pengaman-pengaman

yang terpasang haurus bekerja demi mengamankan sistem dan manusia yang

sedang melaukukan perawatan.

Transmisi tenaga listrik terbagi dalam beberapa kategori. Kategori yang

pertama adalah transmisi dengan tegangan sebesar 500Kv. Ini merupakan

transmisi yang sangat tinggi. Karena di Indonesia masih menggunakan sistem 500

kv. Kategori yang kedua adalah transmisi dengan tegangan sebesar 150 kv. Dan

yang ketiga adalah transmisi 75 kv. Untuk dibawah 75 kv selanjutnya dinamakan

dengan distribusi tenaga listrik.

Proteksi ini berbeda dengan pengaman. Jika pengaman suatu sistem berarti

system tersebut tidak merasakan gangguan sekalipun. Sedangkan proteksi atau

pengaman sistem, sistem merasakan gangguan tersebut namun dalam waktu yang

sangant singkat dapat diamankan. Sehingga sistem tidak mengalami kerusakan

10

akibat gangguan yang terlalu lama. Gangguan pada transmisi tenaga listrik dapat

berupa :

a. Gangguan transmisi akibat hubung singkat.

b. Gangguan transmisi akibat sambaran petir.

c. Gangguan transmisi akibat hilangnya salah satu kabel fasa

disebabkan dicuri manusia.

3.2. Peralatan Proteksi Transmisi Tenaga Listrik

Peralatan Proteksi transmisi tenaga listrik diantaranya adalah :

A. Rele arus lebih

Rele arus lebih adalah rele yang bekerja terhadap arus lebih, ia akan

bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya (I set). Pada Transmisi

rele ini bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada Jaringan

Tegangan tinggi, Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator tenaga.

Rele ini berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan

phasa-phasa.

B. Rele hubung tanah

Rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator jika terjadi

gangguan hubung tanah didalam dan diluar daerah pengaman transformator. Rele

arah hubung tanah memerlukan operating signal dan polarising signal. Operating

signal diperoleh dari arus residual melalui rangkaian trafo arus penghantar (Iop =

3Io) sedangkan polarising signal diperoleh dari tegangan residual. Tegangan

residual dapat diperoleh dari rangkaian sekunder open delta trafo tegangan. Pada

transmisi rele ini bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan

Tegangan tinggi, Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator tenaga.

11

C. Rele Diferensial

Rele diferensial ini berfungsi untuk mengamankan transformator tenaga

terhadap gangguan hubung singkat yang terjadi didalam daerah pengaman

transformator, yang disambung ke instalasi trafo arus ( CT ) dikedua sisi..

D. Rele jarak

Rele jarak atau distance rele digunakan sebagai pengaman utama (main

protection) pada Suatu sistem transmisi, baik SUTT maupun SUTET, dan sebagai

cadangan atau backup untuk seksi didepan. Rele jarak bekerja dengan mengukur

besaran impedansi (Z), dan transmisi dibagi menjadi beberapa daerah cakupan

pengamanan yaitu Zone-1, Zone-2, dan Zone-3, serta dilengkapi juga dengan

teleproteksi (TP) sebagai upaya agar proteksi bekerja selalu cepat dan selektif

didalam daerah pengamanannya.

E. Kawat tanah

Kawat tanah atau overhead grounding adalah media pelindung kawat fasa

dari sambaran petir. Kawat ini dipasang diatas kawat fasa dengan sudut

perlindungan sekecil mungkin karena dianggap petir menyambar diatas kawat.

Pada umumnya ground wire terbuat dari kawat baja (steel wire) dengan kekuatan

St 35 atauSt 50, tergantung dari spesifikasiyang ditentukan oleh PLN. Dalam

melindungi kawat phasa tersebut.

Misalkan groundwire diletakkan setinggi h meter dari tanah. Dengan

menggunakan nilai-nilai yang terdapat pada gambar tersebut, titik b dapat

ditentukan sebesar 2/3 h. Sedangkan zona proteksi groundwire terletak di dalam

daerah yang diarsir. Di dalam zona tersebut, diharapkan tidak terjadi sambaran

petir langsung sehingga di daerah tersebut pula kawat phasa dibentangkan.

F. Pemutus Tenaga ( PMT )

12

Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) adalah suatu peralatan pemutus rangkaian

listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang mampu untuk membuka dan menutup

rangkaian listrik pada semua kondisi, termasuk arus hubung singkat, sesuai

dengan ratingnya. Juga pada kondisi tegangan yang normal ataupun tidak normal.

Syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu PMT agar dapat melakukan hal-hal

diatas, adalah sebagai berikut:

1. Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara terus-menerus.

2. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban

maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus

tenaga itu sendiri.

3. Dapat memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus

hubung singkat tidak sampai merusak peralatan sistem, membuat sistem

kehilangan kestabilan, dan merusak pemutus tenaga itu sendiri.

3.3. Cara Kerja Peralatan Proteksi Transmisi Tenaga Listrik

3.3.1. Rele arus lebih

Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus

yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang

boleh melewatinya disebut dengan setting.

Macam-macam karakteristik rele arus lebih :

a. Relay waktu seketika (Instantaneous relay)

b. Relay arus lebih waktu tertentu (Definite time relay)

c. Relay arus lebih waktu terbalik (Inverse Relay)

13

Relay Waktu Seketika (Instantaneous relay)

Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir

melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik (10

– 20 ms). Dapat kita lihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 1. Karakteristik Relay Waktu Seketika (Instantaneous Relay).

Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan relay arus

lebih dengan karakteristik yang lain.

Relay arus lebih waktu tertentu (definite time relay)

Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan

hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is), dan

jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relay diperpanjang dengan

waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay, lihat

gambar dibawah ini.

Gambar 2. Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time Relay).

14

Relay arus lebih waktu terbalik

Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus

secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya.

Karakteristik ini bermacam-macam dan setiap pabrik dapat membuat karakteristik

yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok :

• Standar invers

• Very inverse

• Extreemely inverse

Gambar 3. Karakteistik Relay Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Relay).

Jika dalam suatu transmisi terdapat gangguan yang berupa arus lebih,

maka dalam waktu yang singkat rele arus lebih akan bekerja sehingga jaringan

transmisi akan tidak terhubung sementara. Jika gangguan telah hilang, maka

jaringan transmisi akan terhubung kembali.

3.3.2. Rele hubung tanah

Jika dalam transmisi tenaga listrik terjadi hubung singkat antara kabel

fasa dengan tanah, maka rele hubung tanah akan langsung bekerja dalam waktu

yang sangat singkat, sehingga sistem menjadi aman karena tidak terjadi kerusakan

yang sangat banyak.

15

3.3.3. Rele Diferensial

Relay differensial adalah suatu alat proteksi yang sangat cepat bekerjanya

dan sangat selektif berdasarkan keseimbangan (balance) yaitu perbandingan arus

yang mengalir pada kedua sisi trafo daya melalui suatu perantara yaitu trafo arus

(CT). Dalam kondisi normal, arus mengalir melalui peralatan listrik yang

diamankan (generator, transformator dan lain-lainnya). Arus-arus sekunder

transformator arus, yaitu I1 dan I2 bersikulasi melalui jalur IA. Jika relay

pengaman dipasang antara terminal 1 dan 2, maka dalam kondisi normal tidak

akan ada arus yang mengalir melaluinya.

Jika terjadi gangguan diluar peralatan listrik peralatan listrik yang

diamankan (external fault), maka arus yang mengalir akan bertambah besar, akan

tetapi sirkulasinya akan tetap sama dengan pada kondisi normal, sehingga relay

pengaman tidak akan bekerja untuk gangguan luar tersebut. Jika gangguan terjadi

didalam (internal fault), maka arah sirkulasi arus disalah satu sisi akan terbalik,

menyebabkan keseimbangan pada kondisi normal terganggu, akibatnya arus ID

akan mengalir melalui relay pengaman dari terminal 1 menuju ke terminal 2.

Selama arus-arus sekunder transformator arus sama besar, maka tidak akan ada

arus yang mengalir melalui kumparan kerja (operating coil) relay pengaman,

tetapi setiap gangguan (antar fasa atau ke tanah) yang mengakibatkan sistem

keseimbangan terganggu, akan menyebabkan arus mengalir melalui Operating

Coil relay pengaman, maka relai pengaman akan bekerja dan memberikan

perintah putus (tripping) kepada circuit breaker (CB) sehingga peralatan atau

instalasi listrik yang terganggu dapat diisolir dari sistem tenaga listrik.

3.3.4. Rele jarak

Rele 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 ditentukan. Perhitungan impedansi dapat dihitung

menggunakan rumus sebagai berikut:

16

Zf=Vf/If

Dimana:

Zf = Impedansi (ohm)

Vf = Tegangan (Volt)

If = Arus gangguan

Relai jarak akan bekerja dengan cara membandingkan impedansi gangguan yang

terukur dengan impedansi setting, dengan ketentuan:

a. Bila harga impedansi ganguan lebih kecil dari pada impedansi seting relai

maka relai akan trip.

b. Bila harga impedansi ganguan lebih besar daripada impedansi setting relai

maka relai akan tidak trip.

Gambar Blok Diagram Relai Jarak.

Pengukuran Impedansi Gangguan Oleh Relai Jarak

Menurut jenis gangguan pada sistem tenaga listrik, terdiri dari gangguan

hubung singkat tiga fasa, dua fasa, dua fasa ke tanah dan satu fasa ke tanah. Relai

jarak sebagai pengaman utama harus dapat mendeteksi semua jenis gangguan dan

17

kemudian memisahkan sistem yang terganggu dengan sistem yang tidak

terganggu.

1. Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa

Pada saat terjadi gangguan tiga fasa yang simetris, maka amplitudo

tegangan fasa VR,VS,VT turun, namun beda fasanya tetap 1200 listrik. Impedansi

yang diukur relai jarak pada saat terjadi gangguan hubung singkat tiga fasa adalah

sebagai berikut:

Vrelai = VR

Irelai=IR

ZR= VR /IR

Dimana,

ZR = impedansi terbaca oleh relai

VR = Tegangan fasa ke netral

IR = Arus fasa

2. Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa

Untuk mengukur impedansi pada saat terjadi gangguan hubung singkat dua fasa,

tegangan yang masuk ke komparator relai adalah tegangan fasa yang terganggu,

sedangkan arusnya adalah selisih (secara vektor) arus-arus yang terganggu.

Misalkan terjadi hubung singkat antara fasa S dan T , maka pengukuran

impedansi untuk hubung singkat antara fasa S dan T adalah sebagai berikut:

V relai = VS – VT

I relai = IS - IT

Sehingga,

ZR = Vrelai/Irelai = ( VS – VT ) / ( IS – IT )

18

3. Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah

Untuk mengukur impedansi pada saat hubung singkat satu fasa ke tanah, tegangan

yang dimasukkan ke relai adalah tegangan yang terganggu, sedangkan arus fasa

terganggu di tambah arus sisa dikali faktor kompensasi. Misalnya terjadi

gangguan hubung singkat satu fasa R ke tanah, maka pengukuran impedansi

dilakukan dengan cara sebagai berikut:

Tegangan pada relai: Vrelai = VR

Arus pada relai : Irelai = IR+K0.In

Arus netral : In=IR+IS+IT

Kompensasi urutan nol : K0=1/3(Z0-Z1/Z1)

Z1=VR/(IR+K0.In)

untuk gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, Impedansi urutan nol akan

timbul pada gangguan tanah. Adanya K0 adalah untuk mengkompensasi adanya

impedansi urutan nol tersebut. Sehingga impedansi yang terukur menjadi benar.

Karakteristik Relai Jarak

Karakteristik relai jarak merupakan penerapan langsung dari prinsip dasar relai

jarak. Karakteristik ini biasa digambarkan didalam diagram R-X. Macam-macam

karakteristik relai jarak adalah sebagai berikut:

1. Karakteristik impedansi

Ciri-ciri nya :

a. Merupakan lingkaran dengan titik pusatnya ditengah-tengah, sehingga

mempunyai sifat non directional. Untuk diaplikasikan sebagai pengaman

SUTT perlu ditambahkan relai directional atau relai arah.

b. Mempunyai keterbatasan mengantisipasi gangguan tanah high resistance.

19

c. Karakteristik impedansi sensitive oleh perubahan beban, terutama untuk

SUTT yang panjang sehingga jangkauan lingkaran impedansi dekat

dengan daerah beban.

2. Karakteristik Mho

Ciri-ciri:

a. Titik pusatnya bergeser sehingga mempunyai sifat directional.

b. Mempunyai keterbatasan untuk mengantisipasi gangguan tanah high

resistance.

c. Untuk SUTT yang panjang dipilih Zone-3 dengan karakteristik Mho lensa

geser.

3. Karakteristik Reaktansi

Ciri-ciri:

a. Karateristik reaktansi mempunyai sifat non directional. Untuk aplikasi di

SUTT perlu ditambah relai directional atau relai arah.

b. Dengan seting jangkauan resistif cukup besar maka relai reaktansi dapat

mengantisipasi gangguan tanah dengan tahanan tinggi.

4. Karakteristik Quadrilateral

Ciri-ciri:

a. Karateristik quadrilateral merupakan kombinasi dari 3 macam komponen

yaitu : reaktansi, berarah dan resistif.

b. Dengan seting jangkauan resistif cukup besar, maka karakteristik relai

quadrilateral dapat mengantisipasi gangguan tanah dengan tahanan tinggi.

c. Umumnya kecepatan relai lebih lambat dari jenis mho.

20

Rele jarak merupakan proteksi yang paling utama pada saluran transmisi.

Rele jarak menggunakan pengukuran teganan dan arus untuk mendapatkan

impedansi saluran yang harus diamankan. Jika impdansi yang terukur didalam

batas settingnya, maka rele akan bekerja. Di sebut rele karena jarak, karena

impedansi pada saluran bersarnya akan sebanding dengan panjang saluran. Oleh

karena itu, rele jarak tidak tergantung oleh besarnya arus gangguan yang terjadi,

tetapi tergangung pada jarak gangguan yang terjadi terhadap rele proteksi.

Impedansi yang diukur dapat berupa Z, R saja ataupun X saja. Tergantung rele

yang dipakai.

3.3.5. Kawat Tanah

Kawat tanah atau overhead grounding adalah media pelindung kawat fasa

dari sambaran petir. Kawat ini dipasang diatas kawat fasa dengan sudut

perlindungan sekecil mungkin karena dianggap petir menyambar diatas kawat.

Kawat ini merupakan proteksi transmisi tenaga listrik yang bersifat pasif. Jika

terjadi sambaran petir, maka kawan ini akan meyalurkan arus petir langsung

ketanah. Sehingga sistem transmisi aman dari gangguan. Kawat yang bagus

adalah yang memiliki tahanan kurang dari 4 ohm. Jika lebih dari 4 ohm, maka

arus yang mengalir tidak bisa cepat, dapat menyebabkan putusnya kawat atau

terjadinya flashover antara kawat dasa dengan kawat tanah.

3.3.6. Pemutus Tenaga ( PMT )

Tegangan pengenal PMT dirancang untuk lokasi yang ketinggiannya

maksimum 1000 meter diatas permukaan laut. Jika PMT dipasang pada lokasi

yang ketinggiannya lebih dari 1000 meter, maka tegangan operasi maksimum dari

PMT tersebut harus dikoreksi dengan faktor yang diberikan pada tabel 1.

21

Tabel 1. Faktor Koreksi antara Tegangan vs Lokasi

Proses Terjadinya Busur Api

Pada waktu pemutusan atau penghubungan suatu rangkaian sistem tenaga

listrik maka pada PMT akan terjadi busur api, hal tersebut terjadi karena pada saat

kontak PMT dipisahkan , beda potensial diantara kontak akan menimbulkan

medan elektrik diantara kontak tersebut, seperti ditunjukkan pada gambar 1.

Gambar 3.1 Pembentukan Busur Api

Arus yang sebelumnya mengalir pada kontak akan memanaskan kontak

dan menghasilkan emisi thermis pada permukaan kontak. Sedangkan medan

elektrik menimbulkan emisi medan tinggi pada kontak katoda (K). Kedua emisi

ini menghasilkan elektron bebas yang sangat banyak dan bergerak menuju kontak

anoda (A). Elektron-elektron ini membentur molekul netral media isolasi

dikawasan positif, benturan-benturan ini akan menimbulkan proses ionisasi.

Dengan demikian, jumlah elektron bebas yang menuju anoda akan semakin

bertambah dan muncul ion positif hasil ionisasi yang bergerak menuju katoda,

perpindahan elektron bebas ke anoda menimbulkan arus dan memanaskan kontak

anoda.

Ion positif yang tiba di kontak katoda akan menimbulkan dua efek yang

berbeda. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya tinggi, misalnya

tungsten atau karbon, maka ion positif akan akan menimbulkan pemanasan di

katoda. Akibatnya, emisi thermis semakin meningkat. Jika kontak terbuat dari

bahan yang titik leburnya rendah, misal tembaga, ion positif akan menimbulkan

emisi medan tinggi. Hasil emisi thermis ini dan emisi medan tinggi akan

22

melanggengkan proses ionisasi, sehingga perpindahan muatan antar kontak terus

berlangsung dan inilah yang disebut busur api.

Untuk memadamkan busur api tersebut perlu dilakukan usaha-usaha yang dapat

menimbulkan proses deionisasi, antara lain dengan cara sebagai berikut:

1. Meniupkan udara ke sela kontak, sehingga partikel-partikel hasil ionisai

dijauhkan dari sela kontak.

2. Menyemburkan minyak isolasi kebusur api untuk memberi peluang yang

lebih besar bagi proses rekombinasi.

3. Memotong busur api dengan tabir isolasi atau tabir logam, sehingga

memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi.

4. Membuat medium pemisah kontak dari gas elektronegatif, sehingga

elektron-elektron bebas tertangkap oleh molekul netral gas tersebut.

Jika pengurangan partikel bermuatan karena proses deionisasi lebih

banyak daripada penambahan muatan karena proses ionisasi, maka busur api akan

padam. Ketika busur api padam, di sela kontak akan tetap ada terpaan medan

elektrik. Jika suatu saat terjadi terpaan medan elektrik yang lebih besar daripada

kekuatan dielektrik media isolasi kontak, maka busur api akan terjadi lagi.

PMT termasuk proteksi terhadap transmisi tenaga listrik. PMT dapat

membuka dan menutup baik secara otomatis maupun secara manual. Sehingga,

jika transmisi sedang dalam pemeliharaan, maka jaringan transmisi dapat diputus

sementara.

3.4. Penerapan Peralatan Proteksi Transmisi Tenaga Listrik

Proteksi transmisi tenaga listrik diberlakukan di semua transmisi tenaga

listrik. Namun, untuk pemasangannya hanya berada di gardu induk.

Pemasangannya pada saluran masuk ke gardu induk dan di saluran keluar garu

induk. Sehingga jika jaringan transmisis terjadi gangguan, maka gardu induk tidak

mengalami kerusakan. Jika terjadi kerusakan, maka kerusakannya minimal.

23

Kecuali kawat tanah. Kawat tanah dipasang diatas kawat fasa yang

berfungsi untuk melindungi kawat fasa dari sambaran petir. Sehingga

pemasanggannya berada diseluruh jaringan transmisi tenaga listrik.

24

BAB IV

KESIMPULAN & SARAN

4.1. Kesimpulan

Keandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam transmisi

sangat tergantung sekali dengan proteksi transmisi tenaga listrik. Oleh sebab itu

dalam perencangan jalur transmisi tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisi-

kondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem melalui analisa gangguan

seperti gangguan petir, gangguan hubung singkat akibat alam, dan termasuk

gangguan hilangnya kawat transmisi dikarenakan dicuri oleh manusia.

Pada dasarnya gangguan dapat terjadi karena kegagalan operasi peralatan

dalam sistem, kesalahan manusia dan karena alam. Gangguan yang disebabkan

oleh alam, manusia tidak bisa mengelak lagi. Tetapi manusia bisa memperkecil

kerusakan transmisis yang disebabkan oleh gangguan alam yakni dengan

memasang kawat tanah.

4.2. Saran

Bagi para pembaca, silahkan untuk melengkapi materi yang berada

didalam makalah ini. Karena materi yang berada didalam makalah ini sangatlah

sedikit. Dikarenakan waktu yang digunakan untuk membuat makalah ini sangat

terbatas.

25

DAFTAR PUSTAKA

Wahyudi, Fauzi Aditya,dkk.2010.Pengaman Surja Kawat Tanah. BALI :

Universitas Udayana

Tobing, Cristof. 2008. Rele Jarak Sebagai Proteksi Saluran Transmisi. DEPOK :

Universitas Indonesia

http://www.plnkalselteng.co.id/webpln/book/Buku%20Kelistrikan/OPERASI

%20&%20PEMELIHARAAN%20SISTEM%20PROTEKSI

%20PENYALURAN.pdf

http://arnoy24.wordpress.com/

http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/11/dasar-dasar-sistem-proteksi.html

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/09/relai-jarak-distance-relay.html

http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/10/circuit-breaker-sakelar-pemutus.html

26