3. pengaman dist

Seminar PDKB 14 Oktober 2003 Pengaman pada Jaringan Distribusi

PENGAMAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI*)

Oleh Wahyudi Sarimun.N Pribadi kadarisman PT PLN (Persero) Jasdik PT PLN (Persero) Kantor Pusat Abstrak Keandalan sistem tenaga listrik dari pembangkitan sampai dengan distribusi sangat diperlukan baik oleh pelanggan maupun pemasok tenaga listrik dalam hal ini PLN. Gangguan-gangguan yang terjadi sering dialami oleh jaringan yang terpasang dialam terbuka seperti Transmisi atau saluran udara tegangan menengah 20 kV gangguan-gangguan ini diakibatkan oleh petir, binatang dan pohon yang terkena pada jaringan tenaga listrik. Yang dapat menimbulkan gangguan 1 fasa –tanah dua fasa atau tiga fasa, akibatnya penyaluran tenaga listrik terganggu atau mengalami pemadaman.. Sebagai pengaman dari gangguan tersebu,t dipasang sistem proteksi mulai dari sistem pembangkitan, transmisi maupun pada Sistem Distribusi. Dimana pada sistem distribusi khususnya sistem distribusi primer, terpasang pengaman seperti rele arus lebih untuk mengamankan gangguan fasa-fasa atau 3 fasa dan rele gangguan tanah untuk mengamankan gangguan fasa-tanah. Disamping itu untuk memperkecil arus gangguan tanah dipasang sistem pentanahan pada netral sekunder trafo tenaga di Gardu Induk yang mempunyai hubungan Y. Pengaman pada jaringan distribusi di koordinasi secara cascade atau bertingkat, mulai dari rumah pelanggan disisi paling hilir MCB di perlengkapan Hubung bagi dipakai sebagai pengaman di instalasi listrik di rumah tinggal , sedangkan MCB di kotak kWh meter terpasang sebagai pembatas dan pengaman. Pada gardu distribusi terpasang NH FUSE untuk pengaman pada sisi tegangan rendah dan sebagai pengaman trafo dari gangguan hubung singkat didalam trafo. Pengaman jaringan distribusi primer mempergunakan OCR dan GFR serta PMT yang terpasang pada incoming maupun outgoing feeder 20 kV sebagai pengaman. Pada makalah ini dibahas tentang keandalan jaringan distribusi dengan pengaman-pengaman yang ada yang diharapkan dapat memisahkan bagian instalasi yang terganggu dari bagian instalasi yang masih sehat dari hubung singkat 3 fasa, 2 fasa atau 1 fasa ketanah. Kata kunci : pengaman, keandalan *) : disampaikan pada seminar PDKB

I. PENDAHULUAN

PLN sebagai pemasok utama energi listrik di Indonesia, pasti akan menghadapi tuntutan keandalan yang peningkatan keandalannya terus menerus diperhatikan, disamping juga peningkatan efisiensi yang dikehendaki managemen. Indikator keandalan terpenting penyediaan tenaga listrik adalah lama padam/konsumen/bulan

dan kali padam/konsumen/bulan. Sesuai TDL tahun 2003 bahwa kedua angka lama dan kali padam perbulannya harus diumumkan kepada konsumen, jika pemadamannya melebihi yang diumumkan kepada konsumen, maka PLN harus mengganti pemadaman tersebut sebesar 10 % dari biaya Beban. Hal ini sangat merugikan Pihak PLN jika pemadamannya meluas sampai ke Gardu Induk atau Pembangkit Tenaga Listrik. Dapat

WYD SN – PRI.K 1


dibayangkan berapa biaya yang dikeluarkan PLN Unit untuk mengganti biaya beban 10 % kepada konsumen. Jadi dalam hal ini harus ada keseriusan dari PLN didalam menjaga keandalan sistem tenaga listrik., kedua angka itu harus ditekan terus menerus. Pada konsumen PLN angka lama padam itu masih sangat tinggi yaitu sebesar 2 jam / konsumen / bulan. Sedangkan di negara maju sekitar 1,3 menit/konsumen/bulan. Karena sebagian besar jaringan distribusi 20 kV di Indonesia mempergunakan saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) yang melintasi udara terbuka, banyak gangguan-gangguan yang tak dapat dihindari seperti gangguan karena petir atau gangguan yang diakibatkan pepohonan dan binatang. Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya hubung singkat antar fasa (3 fasa atau 2 fasa) atau antara 1 fasa ke tanah, dan dapat bersifat temporer (non persistant) atau permanen (persistant). Gangguan yang permanen misalnya hubung singkat yang terjadi pada kabel, belitan trafo atau belitan generator karena tembusnya (break downnya) 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. Pada gangguan yang temporer, tidak ada kerusakan yang permanen di titik gangguan. Gangguan ini misalnya berupa flashover antara penghantar fasa dan tanah (tiang, travers atau kawat tanah pada SUTT atau SUTM) karena sambaran petir, atau flashover dengan pohon-pohon yang tertiup angin dan sebagainya. Pada gangguan ini yang tembus (breakdown) adalah isolasi udaranya, oleh karena itu tidak ada kerusakan yang permanen. Setelah arus gangguannya terputus, karena

terbukanya circuit breaker oleh rele pengamannya, peralatan atau saluran yang terganggu tersebut siap dioperasikan kembali. Arus hubung singkat 2 fasa biasanya lebih kecil daripada arus hubung singkat 3 fasa. Jika tahanan gangguan diabaikan arus hubung singkat 2 fasa kira-kira : ½ √3 (=0,866) kali arus hubung singkat 3 fasa. Arus gangguan 1 fasa ke tanah, hampir selalu lebih kecil daripada arus hubung singkat 3 fasa, karena di samping impedansi urutan nolnya pada umumnya lebih besar daripada impedansi urutan positifnya, gangguan tanah hampir selalu melalui tahanan gangguan, misalnya beberapa ohm yaitu tahanan pentanahan kaki tiang dan Rarc sewak-tu flashover antara kawat fasa dan tiang nilai tahanan ini bisa beberapa puluh atau ratusan ohm apalagi flashover antara kawat fasa dengan pohon.

Di samping itu untuk sistem dengan pentanahan melalui tahanan, tahanan pentanahan netral itu juga akan membatasi arus gangguan 1 fasa ke tanah. Jika terjadi gangguan hubung singkat 1 fasa ketanah yang terjadi karena kawat tersentuhnya dahan pepohonan, maka arus mengalir dari sumber ke pepohonan melalui dahan atau ranting pohon. Maka Ground Fault Relay yang terpasang pada outgoing feeder diharapkan akan trip dengan lama waktu 0,3 detik. Disamping gangguan-gangguan yang terjadi terutama pada jaringan udara 20 kV yang menyebabkan pemadaman, pemadaman akan terjadi kalau ada pekerjaan perluasan jaringan atau pemasangan trafo tiang. Tetapi karena adanya pekerjaan dalam keadaan bertegangan yang membutuh-kan peralatan-peralatan khusus seperti stick (tongkat) berisolasi dls, maka pemadaman akibat pekerjaan perluasan jaringan atau pemasangan / penggantian trafo di tiang dapat dihindari.

WYD SN – PRI.K 2


II. PERSYARATAN TERPENTING DALAM PENGAMAN

a. Kepekaan (Sensitivity)

Pada prinsipnya rele harus cukup peka, sehingga dapat mendeteksi gangguan di kawasan pengamannya meskipun dalam kondisi yang memberikan rangsangan yang minimum.

b. Keandalan (Reliability)

Ada 3 aspek :

1. Dependability yaitu tingkat kepastian bekerjanya. Pada prinsipnya pengaman harus dapat diandalkan bekerjanya (dapat mendeteksi dan melepaskan bagian yang terganggu), tidak boleh gagal bekerja. Dengan lain perkataan dependability-nya harus tinggi.

2. Security Yaitu tingkat kepastian untuk tidak salah kerja. Salah kerja adalah kerja peralatan proteksi yang tidak semestinya. karena lokasi gangguan di luar kawasan pengamanannya atau sama sekali tidak ada gangguan. Salah kerja mengakibatkan pemadaman yang sebenarnya tidak perlu terjadi. Jadi pada prinsipnya pengaman tidak boleh salah kerja, dengan kata lain perkataan security-nya harus tinggi.

3. Availability Yaitu perbandingan antara waktu di mana pengaman dalam keadaan siap kerja (actually in service) dan waktu total operasinya.

c. Selektifitas (Selectivity)

Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin yaitu hanya seksi yang terganggu saja yang menjadi kawasan pengaman utamanya. Pengaman sedemikian disebut pengaman yang selektif. Jadi rele harus dapat membedakan apakah gangguan

terletak di kawasan pengaman uta-manya, di mana ia harus bekerja cepat atau terletak di seksi berikutnya di mana ia harus bekerja dengan waktu tunda atau harus tidak bekerja sama sekali.

d. Kecepatan

Untuk memperkecil kerugian /kerusakan akibat gangguan , maka bagian yang terganggu harus dipisahkan secepat mungkin dari bagian sistem lainnya. Untuk menciptakan selektifitas yang baik, mungkin saja suatu pengaman terpaksa diberi waktu tunda (time delay) namun waktu tunda itu harus secepat mungkin (seperlunya saja).

Ada kemungkinan arus gangguan 1 fasa ke tanah lebih besar daripada arus hubung singkat 3 fasa, yaitu jika lokasinya di pusat pembangkit atau dekat dengan pusat pembangit pada sistem dengan pentanahan langsung. Peralatan yang terganggu dan peralatan yang dilalui arus hubung singkat dapat menjadi rusak dengan 2 cara : - secara thermis - secara mekanis.

Penyetelan Over Current Relay dan Ground Fault Relay sangat penting didalam keandalan sistem tenaga listrik, jika terjadi gangguan di salah satu feeder outgoing 20 kV tidak menyebabkan bekerjanya pengaman pada Incoming feeder 20 kV.

Ketelitian penyetelan rele OCR dan GFR sangat diperlukan, jika penyetelan rele kurang baik juga dapat menyebabkan pemadaman atau kadang-kadang menyebabkan bekerjanya pengaman trafo. Penyebab ketidakwajaran tersebut adalah karena adanya kesalahan, kelemahan atau penyimpangan lainnya. Adapun bentuk penyimpangan dan penyebab salah Kerja bisa bermacam-macam,: - salah setting (terlalu sensitif atau

terlalu cepat)

WYD SN – PRI.K 3


- salah wiring - kerusakan Rele/ Rele bantu - koordinasi yang kurang tepat. - Karakteristik Rele yang tidak cocok

satu sama lain (misalnya antara definite time dan inverse time relay)

- Trafo Arus yang terlalu jenuh. dsb.

III. AKIBAT JARAK PENGHAN-TAR DEKAT

Besarnya tegangan antar fasa (2 fasa) atau fasa netral, akan berpengaruh terhadap besarnya jarak (clearance) antar penghantar tersebut. Clearance yang sudah bayak diterapkan adalah sebesar 1 kV/cm, kalau tegangan 20 kV (fasa-fasa) tiap penghantarnya harus mempunyai jarak lebih besar 20 cm atau karena tegangan 20 kV itu standardnya 22 kV, maka untuk amannya clearance itu sebesar 22 cm. Kalau terdapat penghantar lain atau benda lain yang menimbulkan jarak antar fasa lebih kecil 22 cm, maka akan terjadi tembusnya isolasi udara yang dapat menimbulkan gangguan fasa-fasa sehingga Over Curent Relay di Out going trip. Pada Gambar 1, diumpamakan terdapat besi traves, dimana besi tersebut menimbulkan jarak antar penghantar fasa < 22 cm, sehingga isolasi udara bisa tembus oleh operasi tegangan 20 kV yang dapat menimbulkan gangguan hubung singkat dua fasa. Besarnya arus gangguan hubung singkat 2 fasa, tergantung dari jarak antara titik gangguan hubung singkat dan Bus Gardu Induk. Lamanya OCR dan PMT trip tergantung dari setting waktu yang pada umumnya di setting waktunya sebesar 0,3 detik pada outgoing feeder. Karena adanya waktu tunda rele, maka clearance yang harus dijaga agar tidak ada kemungkinan menjadi lebih pendek, untuk itu terjadi gangguan

hubung singkat fasa-fasa atau fasa –tanah. Sehingga untuk tegangan operasi 20 kV, dimana :

V fasa-fasa = 20 kV = 20.000 Volt Maka

Vfasa-netral = kV3

20 = 11, 547 kV

Jadi jarak yang diijinkan untuk penghantar fasa-ground adalah lebih besar 11,547 cm, untuk amannya diambil nilai 12 cm, yang biasanya jarak > 15 cm dimana sudah termasuk margin

SUTM

Potongan Besi

Gambar 1: Gangguan hubung singkat 2 fasa pada SUTM

SUTM

Potongan Besi

Gambar 2: Gangguan hubung singkat 1 fasa -tanah pada SUTM

WYD SN – PRI.K 4


Jika pada gambar 2 terdapat kawat yang mempunyai jarak antara penghantar fasa dan ground (tiang) kurang dari 15 cm, maka tendensi terjadi gangguan 1 fasa ketanah bisa lebih memungkinkan. Bila hal ini terjadi pengaman Ground Fault Relay di outgoing feeder baru akan trip dengan lama waktu sesuai setting waktunya yang biasa di set 0,3 detik. Oleh sebab itu pekerjaan dengan tegangan 20 kV yang bisa menyebabkan gangguan perlu perhatian khusus, Jika manusia memegang penghantar fasa, yang mempunyai clearance yang cukup terhadap penghantar fasa lain atau ground, dan tidak punya beda tegangan terhadap konduktor lain, maka tidak ada arus yang mengalir pada tubuh manusia, hal ini sama kejadiannya burung hinggap di penghantar fasa. Tetapi sebaliknya, jika manusia tersebut memegang penghantar fasa dan kakinya menempel dengan tanah (misal), akan terkena tegangan fasa – ground = 11.457 Volt. Maka arus yang melewatinya: (Hukum Ohm) V = I.R

I = RV

Dimana: V = Tegangan fasa –netral (Volt)

I = Arus yang melewati tubuh manusia (Amp)

R = Tahanan manusia 2000-3000 Ohm Jadi arus yang melewati tubuh manusia:

AmpI 849,33000

11547==

Sesuai standrad IEC bahwa kekuatan manusia adalah bahwa arus listrik bolak-

balik yang dirasakan manusia minimum 0,9 mA dan maksimum 8 mA serta tegangan maksimum sebesar 50 Volt. Dengan adanya penjelasan tersebut diatas bahwa manusia akan terkena sengatan (arus) listrik sebesar 3,8 Ampere yang jauh melebihi dari kekuatan arus yang mampu ditahannya, sehingga kemungkinan yang akan terjadi fatal, meskipun Gound fault Relay di outgoing feeder trip. Dalam hal ini yang mematikan manusia sewaktu terkena sengatan listrik adalah arus yang melewati tubuh manusia. IV. Tegangan langkah dan tegangan

sentuh

Pada gambar 3 diatas adalah grafik/kurva tegangan. Tiang SUTM terkena penghantar fasa, Jika manusia memegang tiang tersebut maka akan terkena tegangan fasa netral, hal ini disebut tegangan sentuh, besarnya tegangan sentuh tergantung dari besarnya arus gangguan 1 fasa tanah serta besarnya tahanan pentanahan ditiang, karena aliran arus di ground (tanah) seperti terlihat pada gambar 4, maka manusia yang berada disekitar tiang akan terkena tegangan langkah. Bila tiang SUTM yang mempunyai tahanan kaki tiang yang tinggi dan terkena penghantar fasa, maka

Tegangan langkah Teg sentuh

Titik terjadi gangguan

Bumi

20 m 20 m

Gambar 3: teg langkah dan sentuh

WYD SN – PRI.K 5


kemungkinan Ground fault Relay tidak mampu mentripkan, hal ini dapat terjadi karena arus gangguan 1 fasa ke tanah masih lebih kecil dari setelan arus GFR.

Penyebab arus gangguan yang terjadi (penghantar fasa kena tiang) yang menyebabkan tidak tipnya GFR, meskipun perhitungan setelan Ground fault Relay sudah diusahakan sesuai perhitungan. Karena kendurnya sambungan yang terdapat pada SUTM yang tahanan pentanahan tiangnyaa juga tidak baik, misal: 1) sambungan di Opsteig cable (sambungan antara kabel dan kawat), 2) sambungan antara penghantar (karena panjangnya penghantar), yang dapat menambah nilai tahanan pada rangkaian tertutup & waktu gangguan tanah. Sehingga arus gangguan lebih kecil dari arus gangguan yang dihitung untuk setelan rele. Arus gangguan yang dihitung:

If1φA =021

.3ZZZ

E ph

++ (1)

Arus gangguan yang terjadi:

If1φB=tiangsamb

ph

RRZZZE

3.3

021 ++++ (2)

Dimana: If1φA = Arus gangguan yang dihitung

untuk setelan GFR (Amp) If1φB = Arus gangguan yang terjadi

(Amp) Eph = Tegangan fasa – netral (Volt). Z1 = Impedansi urutan positif dihitung

dari sumber sampai titik gangguan (Ohm)

Z2 = Impedansi urutan negatif dihitung dari sumber sampai titik gangguan (Ohm)

Z0 = Impedansi urutan Nol dihitung dari sumber sampai titik gangguan (Ohm)

Rsamb = Tahanan sambungan dari sumber sampai titik gangguan (Ohm)

Rtiang = tahanan pentanahan tiang (Ohm) Dari dua persamaan diatas bahwa If1φA > If1φB Karena hal inilah Ground fault Relay tidak mampu kerja (trip). Untuk mengatasi hal tersebut diatas perlu pemeliharaan routine pada Saluran Udara Tegangan Menengah terutama pengecangan sambungan-sambungan di SUTM, dan pemeriksaan tahanan kaki tiang serta mengoreksinya bila tahanannya naik.

IV. Perhitungan Tegangan sentuh pada tiang

Sesuai penjelasan pada bab III, kalau penghantar fasa putus yang mengenai tiang, arus gangguannya dapat dilihat pada penjelasan berikut ini: Dengan asumsi Rsambungan = 8 Ohm dan Rpentanahan tiang = 50 Ohm, penghantar fasa menyentuh tiang dengan jarak 90% dari GH, Arus gangguannya dapat diperoleh sebagai berikut:

Gambar 4: Aliran arus di bumi

GI GH

20 kV 150 kV Gangguan H S 1 fasa -tanah

WYD SN – PRI.K 6


Dengan mempergunakan persamaan (1) dan persamaan (2), dengan data-data seperti pada lampiran, maka: Arus setelan Ifsetelan = 140,3 Ampere Arus gangguan di 90 % panjang jaringan: If 1FASA= 199,8 Ampere. Karena arus gangguan lebih kecil dari arus setelan, maka GFR di gardu induk tidak trip sehingga terjadi tegangan sentuh ditiang: Vsentuh = If1FASAxRtiang = 140,3 x 50 = 7017,4 Volt. Kalau tiang tersebut terpegang manusia yang mempunyai tahanan 3000 Ohm, maka arus yang mengalir dalam tubuh manusia adalah

IM = A3000

4,7017= 2,34 Ampere

Nilai arus ini jauh diatas arus yang diijinkan melewati tubuh manusia, sehingga akan fatal akibatnya. Kejadian tersebut diatas dapat terjadi, (lihat gambar 5) jika petugas yang bekerja diatas tiang akan menyambung kawat ke penghantar fasa, kalau kawat yang akan disambung menempel antara penghantar fasa dan tiang, maka akan terjadi arus gangguan 1 fasa ketanah. Karena tahanan

pentanahan tiang dan tahanan sambungan dipenghantar fasa besar, yang mengakibatkan arus gangguan 1 fasa ketanah lebih kecil dari arus setelan rele sehingga Ground Fault Relay di Gardu Induk tidak trip (bekerja). Manusia yang memegang tiang akan terkena tegangan sentuh.

V. Kesimpulan

1. Penyetelan OCR dan GFR perlu perhitungan dan ketelitian, yang didasarkan pada panjang jaringan dan pentanahan sistem yang dipergunakan.

2. Pemeliharaan SUTM harus dilaksa-nakan, terutama pengencangan mur baut pada sambungan-sambungan dan pemeriksaan tahanan kaki tiang.

3. Pekerjaan dalam keadaan berte-gangan harus memperhitungkan clearance antara konduktor bertegangan dengan konduktor fasa lain atau tanah, untuk keamanan bagi pekerja dilingkungan bertegangan (tinggi) maka isolasi diperalatan yang dipergunakan harus sesuai standard yang berlaku.

Buku Pustaka: 1. Siemens, Electrical Instalation

Handbook 2. Wahyudi Sarimun.N.Ir.MT Diktat

Instalasi Tenaga dan Teknik Penerangan.

3. Pribadi kadarisman & Wahyudi Sarimun.N bahan seminar: Keandalan system distribusi primer 20 kV dengan cara penyetelan OCR dan GFR pada incoming, outgoing feeder mempergunakan program sederhana excel.

4. Pribadi Kadarisman, Kartawan Muchtar dan Wahyudi Sarimun.N, bahan seminar: Masalah pentanahan netral system tegangan menengah 20 kV dipasok dari PLTD skala kecil

A

Tangga isolasi

B

Rtiang

Gambar 5: Tiang SUTM terkena penghantar fasa

WYD SN – PRI.K 7


WYD SN – PRI.K 8

3. pengaman dist

Documents