ECI 722 - SISTEM PROTEKSI Minggu ke - 1

No. Hari / Tanggal / Pertemuan Modul Kuliah

1. Pertemuan 1 Pengantar Proteksi STL

2. Pertemuan 2 Refreshing Komponen Simetri & Analisa Hubung Singkat

3. Pertemuan 3 Pendeteksian Gangguan, Peralatan Pendeteksi Gangguan dan

Pengenalan Peralatan Proteksi.

4. Pertemuan 4 Grounding / Pentanahan

5. Pertemuan 5 Proteksi Jaringan Distribusi

6. Pertemuan 6 Proteksi Saluran Transmisi

7. Pertemuan 7 Teleproteksi Review Latihan Soal

Ujian Tengah Semester - UTS

8. Pertemuan 8 Proteksi Generator dan Sistem Pembangkitan

9. Pertemuan 9 Proteksi Transformator

10. Pertemuan 10 Proteksi Motor dan Peralatan Listrik Lainnya

11. Pertemuan 11 Proteksi Sistem Tenaga Terinterkoneksi

12. Pertemuan 12 Blackout, Load Shedding dan Recovery Gangguan Sistem.

13. Pertemuan 13 Latihan Soal

14. Pertemuan 14 Review

Minggu Tenang

Ujian Akhir Semester (UAS)

SATUAN ACARA PERKULIAHAN

Mata Kuliah / Kode MK : Proteksi Sistem Tenaga Listrik / ECI 722

Dosen : Dr. Santosa Gitosusastro

Program / Sem / Kredit : S1 / 7 (tujuh) atau 8 (delapan) / 2 (dua) SKS

Buku Ajar : Belum ada (ada tayangan tiap tatap muka)

Referensi

J.L Blackburn and TJ Domin, Protective Relaying: Principle and Application, 3rd Edition, CRC Press, 2007. Stanley H. Horowitz, Arun G. Phadke Power System Relaying, 3rd Edition ,John Wiley & Sons, 2008.

ECI 722- Proteksi Sistem Tenaga Listrik Tujuan:

Memahami sistem dan peralatan proteksi yang digunakan pada instalasi pembangkit,

transmisi, distribusi dan instalasi pengguna.

Tata Tertib Kuliah 1. Kuliah 1 kali tiap minggu 2 x 50 menit. 2. Ada quiz yang akan diberikan secara random, dikerjakan selama sekitar 30 - 50 menit. 3. Akan ada Tugas kelompok sekitar 2 Tugas. 4. UTS dan UAS bersifat closed book.

Mahasiswa boleh membuat rangkuman dari bahan kuliah sebanyak 1 (satu) lembar kertas A4 polos bolak-balik.

5. Bobot perkuliahan adalah: 10% absen 10% quiz / Tugas Individu / Tugas kelompok 30% UTS 50% UAS

6. Email sgito54@gmail.com 7. Tata tertib kuliah

Tidak boleh pindah kelas Matikan HP Boleh terlambat maksimum 15 menit Tidak boleh keluar masuk kelas

Minggu -1 Pendahuluan Review Sistem Tenaga Gangguan sistem Kondisi transien Pengertian Proteksi Jenis-jenis relai

TOPOLOGI JARINGAN 500 kV SISTEM JAWA BALI

BALI

RCKEK

2006

JAWA

CLGON

SLAYA

KMBNG

BKASI

GNDUL

CWANG

CIBNG CRATA

SGLNG

BDSLN

KLTEN

SBBRT

GRSIK

SBLTN

PITON

KDBRU

MADURA

BLRJA

DEPOK

MRTWR

TJATI BARU

NGBNG

GRATI

TSMYA 2005

2006

2009

RWALO 2011

PMLNG 2011

2007

TJATI.A/C 2010

T.AWAR

2010

2006/7

CSKAN 2012

PKLAN U 2012

2006

BJGRA 2008

BNGIL 2011

NGORO 2015

MNRJO 2012

LGDAR 2010 2007

CLCAP 2011

KAPAL 2011

2012

T. Jati B SCPP

GU

G

U

GU

U

A

A

GU

U

U GU

U

U

U

U U

U

U

U

U

G

N

E

S

W

Electricity

For

A Better

Life

PT PLN ( Persero)

DIREKTORAT TRANSMISI DAN DISTRIBUSI

KANTOR PUSAT

PETA JARINGAN 500 kV

SISTEM JAWA BALI

Sub DIREKTORAT

PERENCANAAN SISTEM

PLTD

PLTGU

PLTU

PLTG PLTA Kit Eksisting

Kit Rencana

Rencana 500 kV

Rencana 500 kV

PLTP

D

A

P

U

G

GU

Edit

Mei 2007

P

U

CBATU LKONG 2015

UNGAR

MDCAN

LABUHAN

2009,2010

SURALAYA EXT

2009

T. NAGA

2009,2010

JABAR UTARA

2009,2010

U

REMBANG

2009

PAITON

2009

JABAR SELATAN

2009,2010

JATIM SELATAN

2009,2010

TJATI

Keramasan

Bukit Asam

Prabumulih

Baturaja

Tarahan

Tl. Betung

Sribawono

Curup

Tes HPP

Sukamerindu

Bangko

Tl.Kelapa

Borang

Mariana

Bukit Kemuning Kotabumi

Besai HPP

Pagelaran

Lubuk Linggau

BENGKULU

JAMBI

SUMSEL

LAMPUNG

Payo Selincah

Aur Duri

Adijaya

PLTA B.Tegi

Excess Power

PERTAMINA+PUSRI

(2001)

Metro

Gumawang

1. PLTG Apung

2. PLTG Ex Pulo Gadung

3. IPP Palembang Timur

Menggala

Betung

PLTG KAJI

Bungus

Kuala Tungkal

Rengat

Garuda Sakti

Bangkinang

Kt.Panjang

HPP

Maninjau HPP Batusangkar

Ombilin

Kiliranjao

RIAU

SUMBAR

Solok

Dumai

Lubuk Alung

Pauh Limo

S.Haru

T.Kuantan

Bagan Batu

Kulim

S.Lilin S.Penuh

2x7 MW, 2009, 2010

Natar

TGNNG

Lahat

Pagar Alam

Singkarak HPP

Pd. Luar

Teluk Lembu

Duri

N A D

Banda Aceh

Sigli

Bireueun Lhokseumawe

Idie

Talang Cut Langsa

PLTA

Sipan Sipahoras

PLTU Sibolga

Pd. Sidempuan

Tarutung

Tele

Sidikalang

Brastagi

Titi Kuning

P. Geli

Binjai

P.Brandan

Sei.Rotan

PLTG/U Belawan

Perbaungan

T.Tinggi K.Tanjung

G.Para

P.Siantar

Kisaran

Aek Kanopan

R.Prapat

K.Pinang

G.Tua

Panyabungan

PLTP Sarula

Meulaboh

Takengon

Kayu Agung

Sp. Surabaya

Simangkuk

Galang

B. Pidhie

T. Tuan

Subulussalam

Kotacane

Jantho

PLTA Peusangan

U

U

U

A

U

A

A

G A

G

A A

A

A

U

U

GU

A

55

90

52 18,2

65,5

16

37,5

16,8

30

61,7

U

P

G G

U

A

Indarung

Salak

Payakumbuh

Porsea

Sibolga

A

G

A

A

G

P

U

G

Simpang Tiga

N

E

S

W

PT PLN (Persero)

DIREKTORAT TRANSMISI DAN DISTRIBUSI

KANTOR PUSAT

PETA JARINGAN TRANSMISI

SISTEM SUMATERA PERENCANAAN SISTEM

PLTD

PLTGU

PLTU

PLTG PLTA Kit Eksisting

Kit Rencana

Transmisi 500 kV

PLTP

D

A

P

U

G

GU

Edit

Mei 2007

Transmisi 275 kV

Transmisi 150 kV

Trans Eksisting

Trans Rencana

Transmisi 70 kV

Electricity

For

A Better

Life

U Bayung Lincir 2x100 MW, 2009

Bayung Lincir

2x150 MW, 2009

HVDC Interconnection

Kambang 1 & 2

2x200 MW, 2011, 2012

Musi HPP

1x210 MW, 2006

LumutBalai GeoPP

1 x 110 MW, 2012

Kalianda 1 & 2

2x6 MW, 2009, 2010

Tarahan 1& 2

2x100 MW, 2008, 2009

Tarahan Baru 1& 2

2x100 MW, 2009, 2010

Muara Enim SCPP

4 x 600 MW

Musi Rawas SCPP

2 x 600 MW

Cirenti 1 & 2 SCPP

2 x 150 MW, 2013, 2014

Merangin-HPP

1x350 MW, 2015

Meulaboh 1 & 2

2x100 MW, 2010,

2011

Lb. Angin-SCPP

2x115 MW, 2008, 2009

Sarulla-GeoPP 1-2

1x110 MW, 2011

Sarulla-GeoPP 3

1x55 MW, 2012

Sarulla-GeoPP 4-5,

1x110 MW, 2014

Sarulla-GeoPP 6

1x55 MW, 2015

Sibolga A1,A2

2x100 MW, 2010, 2011

Medan Baru

1x150 MW, 2009

Seulawah

110 MW, 2012

Sumbar Pesisir 1 & 2

2x100 MW, 2009, 2010

U

P

U Bengkalis 1 & 2

2x7 MW, 2013, 2014

Bengkalis 3 & 4

1x14 MW, 2012

Rengat 1 & 2

2x7 MW, 2009 U U Sel. Panjang 1 & 2

2x7 MW, 2009

Sel. Panjang 1 & 2

2x7 MW, 2010

G

Keramasan 1 & 2

2x50 MW, 2009 GU

Keramasan 1 & 2

1x86 MW, 2010

U Air Anyer 1 & 2

1x10 MW, 2010

P Ulubelu

1 x 110 MW, 2010

U

Mantung 1 & 2

1x10 MW, 2009

Sibayak

1x10 MW, 2007

PLTA Asahan

P

G Sengeti

1x28 MW, 2008

G G

Muba

1x80 MW, 2009

G. Megang

2x40 MW, 2007

U

Sumut Inf. Summit

2x200 MW, 2012, 2013 Asahan I

1 x180 MW, 2010

Asahan III

1x154 MW, 2012

U

Tj Balai Karimun 1 & 2

2x6 MW, 2009

Tj Balai Karimun 1 & 2

2x7 MW, 2009

Tj Balai Karimun 3 & 4

2x6 MW, 2009

U Tembilahan 1 & 2

2x7 MW, 2009

Tj Pinang 1 & 2

2x10 MW, 2009 U

U

Belitung 1 & 2

1x6 MW, 2008

Belitung 1 & 2

1x6 MW, 2009

U Bangka 1 & 2

1x10 MW, 2009

U

U Lampung Tengah 1 - 2

1 x 12 MW, 2009

GU Palembang Timur

1x150 MW, 2010

G Jambi

1x11 MW, 2009

U S. Penuh GU

Inderalaya

1x40 MW, 2009

Peta Jaringan Transmisi Sumatera

Kalianda

Sutami

Apa Yang Harus Diproteksi

Peralatan Sistem Tenaga 1. Saluran Transmisi / Distribusi 2. Transformer 3. Peralatan Milik Pelanggan 4. Generator / Pembangkit Sistem Tenaga 1. Operational Integrity Power Quality Power Delivery 2. Stabilitas System

Topologi Jaringan Sistem Tenaga Listrik

Pengaruh Kepada Sistem Tenaga

Proteksi Lokal 1. Peralatan Yang terdekat pada gangguan 2. Meminimalisir pemadaman beban

Mengurangi lamanya gangguan Sistem Yang Lebih Luas 1. Menjaga stabilitas sistem 2. Potensi terhadap gangguan yang jauh

Power Quality

Peristiwa Apa Saja Yang Memerlukan Tindakan Proteksi Gangguan 1. 1 Fasa ke Tanah Paling sering 2. 2 Fasa ke tanah berkembang dari 1 F ke T 3. Fasa ke Fasa

3 Fasa sangat jarang Fasa terbuka (bisa juga 2 fasa)

4. Generator Loss of field Gangguan rotor

Kondisi Operasi Tidak Normal 1. Sub synchron resonance 2. Kondisi sistem stabilitas 3. Dynamic vs steady state

Overvolage - undervoltage Under frequency Ocver frequency Reverse power ke generator

Pendeteksian Gangguan

Orde cycle 2 cycle 1. Pengukuran Tegangan dan Arus 2. Keterlambatan Filter Digital 3. Pengukuran Irms ss

Identifikasi adanya gangguan Memutuskan diperlukan adanya tindakan Jika ya, berikan sinyal untuk mengisolir gangguan / Trip sinyal

Orde 1 cycle 8 cycle 1. Response Trip Coil pada CB 2. Response CB

Menunggu sampai arus melewati nol

Tindakan Yang Dilakukan Mengisolir Gangguan 1. Alarm Indicator 2. Start Timer Delay Trip 3. Buka CB Reclose setelah wakty tertentu

Kemungkinan gangguan masih ada, beberapa kali reclose lockout) Buka 3 fasa atau 1 fasa saja

4. Capasitor atau Induktor switching 5. Load Shedding 6. Dynamic Breaking resistor 7. By pass series capasitor 8. Tidak perlu trup kalau hanya power swing

Sistem Proteksi Unsur proteksi 1. CT dan VT 2. Relai 3. CB 4. Sistem Komunikasi 5. Koordinasi dengan : relai lain, fuse, sistem kontrol Persyaratan proteksi 1. Harus bisa membedakan gangguan atau kondisi sistem yang abnormal -

sensitivitas 2. Secara akurat identifikasi jika ada masalah dan hanya bereaksi kalau ada

masalah selektivitas 3. Harus bisa terus menerus beroperasi dalam jangka lama tanpa melakukan

tindakan namun jika suatu ketika harus bertindak harus dengan tepat reliabilitas

4. Bereaksi dengan cepat mengatasi gangguan - kecepatan

Tipikal Response

1. Mendeteksi bahwa sesuatu berubah 2. Identifikasi apa yang terjadi

Pengukuran lokal Komunikasi data

3. Ambil keputusan (apakah suatu masalah atau bukan) Berikan sinyal trip Perlu waktu 1 3 cycle

4. Response CB: 2 8 cycle

Contoh Gangguan Sederhana Besar arus gangguan Pada sistem lengkap, gangguan di bus 2, memberikan arus gangguan sebesar j20. Namun apabila saluran 2 3, keluar karena pemeliharan/kerusakan, maka arus gangguan turun drastis tinggal menjadi -j10.

Arus Gangguan Dengan dan Tanpa Komponen DC

Arus Gangguan

Arus Gangguan Biasanya untuk mempermudah perhitunan digunakan besaran per unit (pu). Bila terjadi perubahan Base kV, maka perubahan p.u impedance dapat disesuaikan sbb.: Kemudian apabila kVA dan kV keduanya berubah, p.u impedance bisa disesuaikan sbb.:

Arus Gangguan Perhitungan arus gangguan untuk keperluan setting relay pengaman. 1. Untuk setting relay instantenous, digunakan arus moment atau cycle pertama:

perhitungan didasarkan pada sub transient reactance dari generator/sumber. 2. Untuk setting lainnya yang menggunakan time delay, digunakan steady state

symmetrical faults currents. Impedansi menggnakan impedansi steady state, DC komponen umumnya sudah mendekati nol dan bisa diabaikan.

3. Hitunglah untuk kondisi maksimum dan minimum.

Arus Gangguan Gangguan 3 fasa If = Gangguan fasa ke tanah Gangguan 2 fasa ke tanah Gangguan 3 fasa biasanya yang terbesar, sedangkan yang terkecil adalah gangguan fasa ke tanah. Namun gangguan fasa ke tanah bisa saja memberikan arus gangguan arus yeng terbesar dalam hal, generator dibumikan (ditanahkan) secara solid demikian juga transformator juga solid grounded. Asumsi yang biasanya digunakan dalam menghitung arus gangguan: 1. Sistem tanpa beban 2. Impedansi gangguan nol 3. Motor-motor berputar pada tegangan dan putaran rated 4. Transformator pada tap nominal 5. Sistem 3 fasa yang simetri

1Z

E

Kondisi Transien

Kondisi Transien

Kondisi Transien

Tujuan proteksi Tujuan proteksi Untuk mendeteksi adanya gangguan atau kondisi operasi yang abnormal. Relai proteksi harus mampu mengevaluasi besran-besaran atau parameter yang sangat luas untuk dapat melakukan tindakan korektif. Parameter yang umum digunakan adalah tegangan dan arus yang dideteksi pada terminal dimana relai berada. Posisi di terminal tersebut juga dipengaruhi oleh banyak faktor lainnya, antara lain buka tutupnya PMT, atau DS. Pendeteksian gangguan Secara umum, kalau terjadi gangguan, maka magnitude arus akan naik dan tegangan akan turun. Selain magnitude, besran lain yang berubah adalah sudut fasa arus, phasor tegangan, komponen harmonic, daya dan daya reaktif, frekuensi, dsbnya.

Dasar-dasar proteksi Selektivitas relai Relai harus mampu membedakan apakah gang- guan ada dalam zone yang harus diamankan, yaitu F1, atau di luar zonenya, yaitu F2. Koordinasi relai Untuk menunjang selektivitas, maka Penyetelan relay harus dikoordinasikan dengan baik Kecepatan Relai harus mampu memberikan reaksi yang cepat untuk dapat mengisolir suatu gangguan, sehingga tidak merembet ke zona lain yang bisa menyebabkan total black-out. Sebagai contoh sistem 150 kV PLN, mensyaratkan clearing time untuk mengisolir gangguan kurang dari 150 msec, untuk sistem 500 kV, kurang dari 90 msec. Clearing time ini termasuk waktu kerja dari PMT. Reliabilitas Sangat penting bahwa sistem proteksi haruslah andal yang ditunjukkan dengan kemampuan yang tinggi dan terus menerus untuk mendeteksi secara akurat kalau ada gangguan di sistem. Ini sangat terkait juga kepada power supply ke sistem proteksi, yang harus tetap terjaga meskipun sistemsedang terganggu. Oleh karenanya, salah satu cara supaya tetap andal menggunakan sumber dari DC/Battery.

Pendeteksian Gangguan Secara umum, kalau terjadi gangguan, maka magnitude arus akan naik dan tegangan akan turun. Selain magnitude, besran lain yang berubah adalah sudut fasa arus, phasor tegangan, komponen harmonic, daya dan daya reaktif, frekuensi, dsbnya. Pendeteksian Level (bisa arus, tegangan daya, dsb.) Ini adalah yang paling sederhana, magnitude naik atau turun, sebagai contoh overcurrent relay. Misalnya relai bekerja kalau arus yang mengalir melebihi suatu level tertentu, misalnya 25% di atas nilai normal.

Pendeteksian Gangguan Pembandingan magnitude Membandingkan 2 atau lebih magnitude dari suatu besaran satu dengan lainnya, misalnya arus, relay current balance membandingkan 2 besaran arus yang seharusnya sama atau proporsional pada kondisi normal, jika ketidakseimbangan melewati ambang tertentu, maka relai mendeteksi adanya suatu gangguan.

Pendeteksian Gangguan Pembandingan differensial Membandingkan selisih 2 atau lebih magnitude dari suatu besaran satu dengan lainnya, misalnya arus, relay current differensial, membandingkan selisih 2 besaran arus yang seharusnya nol atau kecil sekali, jika selisihnya melewati ambang tertentu, maka relai mendeteksi adanya suatu gangguan. Ini adalah metoda yang paling efektif untuk mendeteksi bahwa telah terjadi gangguan di dalam daerah saluran transmisi yang diamankan. Salah satu kesulitannya adalah membawa besaran di salah satu ujung saluran yang sangat jauh.

Pendeteksian Gangguan Pembandingan phase angle Membandingkan sudut fasa relatif diantara 2 besaran untuk mendeteksi arah arus terhadap suatu besaran referensi. Perubahan arah arus ini yang dipakai sebagai dasar adanya gangguan pada saluran transmisi yang diproteksi.

Pendeteksian Gangguan Pengukuran jarak Pembandingan arus differensial adalah yangpaling effektif untuk memproteksi saluran, namun ini kadang-kadang menjadi mahal. Salah satu cara yang cukup effektif adalah dengan pengukuran jarak ke lokasi gangguan. Prinsipnya adalah dengan mengetahui tegangan danarus gangguan di titik relai, maka bisa dihitung impedansi ke titik gangguan, ini memberikan jarak ke titik gangguan, sehingga bisa ditentukan apakah gangguan berada pada daerah yang diamankan. Pilot relaying Ini adalah cara bagaimana membawa informasi di sisi lain dari saluran transmisi ke lokasi relay di sisi yang lain. Apabila jaraknya dekat bisa menggunakan pilot wire, namun apabila jauh, umumnya menggunakan channel plc, atau microwave atau telekomunikasi lainnya. Harmonic content Salah satu cara yang juga digunakan untuk mendeteksi gangguan adalah dengan menghitung besarnya harmonic, misalnya harmonic ke tiga. Mengingat pada saat terjadi gangguan, dengan adanya DC komponen menyebabkan timbulnya harmonic. Frekuensi sensing Perubahan frekuensi dari frekuensi dasar (50 Hz atau 60 Hz) juga merupakan indikasi adanya gangguan. Namun sifat gangguan biasanya bukan suatu hubung singkat, melainkan beban lebih atau kekurangan beban yang tiba-tiba.

Jenis-jenis Relai Setelah membahas caa-cara mendeteksi gangguan, perlu dipelajari juga bagaimana mendesign relai untuk pendeteksian gangguan tadi. Yang paling sederhana adalah fuse, dimana arus lebih memanaskan suatu material, sehingga material tersebut terbakar dan terjadi pemutusan terhadap gangguan. Berikutnya adalah elektromechanical relay, dimana arus gangguan yang tinggi dapat dirubah ke gaya atau torsi mekanik untuk meggerakkan suatu konta yang memberikan sinyal untuk memutus gangguan melalui suatu PMT. Kemudian yang lebih modern adalah dengan solid state relay atau kadang-kadang disebut juga static relay. Perubahan besaran tadi diproses secara electronic sehingga memberikan sinyal elektronik untuk menggerakkan PMT dalammemutus suatu gangguan. Yang paling mutakhir adalah dengan adanya digital relay dan cumputerized relays dimana prosessing besaran-besaran listrik dilakukan secara digital / computerized. Dengan computerized relay, satu microcomputer dapat dipakai untuk beberapa jenis relay.

Jenis-jenis Relai Electromechanical Relay Ada 2 jenis yaitu plunger type relay dan induction relay. Plunger type relay Naiknya arus menimbulkan energi dan co-energi yang tersimpan dalam medan magnetic. Energi ini menimbulkan gaya, yang akan menarik plunger. Dan pick up current, Ip serta drop out current, Id dapat dihitung dari:

Jenis-jenis Relai Induction type relay Arus mengalir menimbulkan flux linkage. Yang menginduksikan arus di rotor. Arus induksi ini menimbulkn torsi yang akan menggerakkan kontak untuk memberi sinyal ke PMT.

Jenis-jenis Relai Solid state relay Arus mengalir dilewatkan pada suatu resistor, yang akan di-dc-kan dan bila daya yang ditimbulkan melebihi suatu refernsi tertentu, maka relay akan bekerja.

Jenis-jenis Relai Computer relay Prinsip dasar dari computer relay ini adalah, bahwa arus dan tegangan input yang cacat dicacah dalam banyak sampling (untuk mengkonversi sinyal analog ke sinyal digital) sehingga didapatkan informasi untuk merekonstruksi bentuk gelombang dasar. Ini dipakai untuk menghitung, apakah arus dasar melebihi ambang tertentu, atau perbandingan V/I yang merefleksikan tahanan/jarak lebih kecil dari suatu jarak/impedansi tertentu, yang akan memberikan sinyal untuk PMT memutus gangguan.