Gardu Traksi KRL (Traction Substation)

Setiap hari, terdapat penambahan ribuan kendaraan bermotor baru, baik mobil maupun sepeda

motor, di wilayah DKI Jakarta. Penambahan jumlah kendaraan bermotor ini akan membuat kondisi

DKI Jakarta yang sudah macet menjadi tambah macet. Jika tidak ada langkah penyelesaian

kemacetan dalam waktu yang cepat, maka pada tahun 2014 diprediksi DKI Jakarta akan

mengalami kemacetan total. Hal ini disebabkan oleh situasi di mana panjang jalan yang ada di DKI

Jakarta sudah sama dengan panjang total kendaraan pribadi yang ada. Transportasi massal

merupakan solusi mutlak atas permasalahan kemacetan yang ada di DKI Jakarta. Saat ini sudah

ada dua moda transportasi massal yang beroperasi di DKI Jakarta, yaitu Kereta Rel Listrik (KRL)

dan busway.

Kereta Rel Listrik (KRL) merupakan kereta yang sumber daya utamanya menggunakan listrik.

Daya listrik yang dibutuhkan oleh KRL ini akan disuplai menggunakan kawat konduktor yang

membentang di bagian atas sepanjang rute KRL tersebut yang disebut dengan sistem catenary

atau LAA (Listrik Aliran Atas). Sistem catenary dapat dibagi berdasarkan jenis arus listrik yang

mengalir yaitu:

Arus searah (DC) : 750 V DC, 1500 V DC, 3000 V DC

Arus bolak-balik (AC) : 15 kV AC 16,7 Hz dan 25 kV AC 50 Hz

Adapun sistem LAA di DKI Jakarta menggunakan sistem arus searah 1500 VDC yang disuplai dari

gardu traksi (traction substation). Gardu traksi pertama kali dibangun di Indonesia pada tahun

1925/1926 di Jatinegara dan Ancol dengan menggunakan sistem konfigurasi motor dan generator

buatan General Electric. Saat ini, sistem gardu traksi menggunakan teknologi penyearahan silicon

rectifier. Selain menggunakan silicon rectifier, untuk dapat mensuplai LAA dengan tegangan 1500

VDC, sistem gardu traksi menggunakan beberapa panel dan komponen seperti: panel 20 kV,

panel 6 kV, trafo 20 kV/1200 V, Silicon rectifier, DC Switchgear, trafo 20 kV/6 kV, trafo 20 kV/380

V, trafo 6 kV/380 V, panel AC/DC, baterai dan charger, panel interkoneksi, panel VCP, serta panel

LBD. Spesifikasi dari setiap komponen ini bergantung dari daya yang disuplai gardu traksi. Di

daerah DKI Jakarta, gardu traksi biasanya memiliki daya bervariasi antara 1500 kW, 3000 kW,

atau 4000 KW.

Skema sistem gardu traksi dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar : Sistem Gardu Traksi (Substation)

Berikut penjelasan dari setiap komponen pada gardu traksi.

Panel 20 kV

Panel 20 kV merupakan panel yang berfungsi untuk mengatur input dan output tegangan 20 kV.

Panel 20 kV terdiri dari beberapa panel seperti:

- Panel Incoming, berfungsi untuk menerima input 20 kV dari PLN. Panel incoming dilengkapi

dengan switch LBS (Load Break Switch). LBS merupakan switch yang memiliki kemampuan dapat

di-open saat kondisi sistem berbeban. Tegangan 20 kV dari PLN akan disambung ke busbar yang

terhubung ke setiap panel 20 kV.

- Panel arrester, berfungsi untuk memproteksi sistem gardu traksi dari gangguan tegangan lebih

akibat petir. Setiap jaringan listrik 20kv PLN berpotensi tersambar oleh petir. Arrester pada panel

ini akan meminimalisir kerusakan sistem gardu traksi akibat tegangan lebih yang disebabkan oleh

sambaran petir secara langsung maupun tidak langsung.

- Panel metering, berfungsi untuk mengukur semua parameter tegangan 20 kV, seperti tegangan,

arus, faktor daya, beban sistem gardu traksi. Parameter ini akan ditampilkan di panel metering

serta dikirim ke panel interkoneksi untuk ditampilkan di display panel VCP.

- Panel outgoing, berfungsi untuk memberikan output 20 kV. Output 20 kV akan diberikan ke trafo

20 kV/1200 V, trafo 20 kV/380 V, serta trafo 20 kV/6 kV. Panel outgoing dapat terdiri dari dua atau

tiga panel, tergantung dari konfigurasi sistem gardu traksi yang digunakan. Jika gardu traksi

berfungsi sebagai supply jaringan PDL (Power Distribution Line) 6 kV, maka panel outgoing 20 kV

akan terdiri dari tiga panel. Panel outgoing terdiri dari Panel Circuit Breaker dan Panel LBS yang

dirangkai seri dengan fuse.

Panel 6 kV

Panel 6 kV merupakan panel yang berfungsi untuk mengatur input dan output tegangan 6 kV.

Panel 6 kV terdiri dari beberapa panel seperti:

- Panel incoming, berfungsi untuk menerima input 6 kV dari trafo 20 kV/6 kV dan memberikan

output ke busbar panel 6 kV. Panel ini dilengkapi dengan LBS.

- Panel arrester, berfungsi untuk memproteksi sistem gardu traksi dari gangguan tegangan lebih

akibat petir. Sistem jaringan PDL (Power Distribution Line) menggunakan saluran udara sehingga

berpotensi oleh gangguan petir.

- Panel outgoing 1, untuk memberikan output tegangan 6 kV. Output tegangan 6 kV ini akan

diberikan ke trafo 6 kV/380 V untuk kebutuhan daya rendah serta control gardu traksi, dan untuk

menunjang sistem jaringan PDL ke gardu traksi tetangga. Panel outgoing dapat terdiri dari dua,

tiga atau empat panel, tergantung dari sistem jaringan PDL gardu traksi tersebut. Gardu traksi

umumnya memiliki dua gardu traksi tetangga, namun ada gardu traksi yang memiliki tiga atau

hanya satu gardu traksi tetangga.

Transformator

Transformator atau trafo berfungsi untuk menurunkan atau menaikkan tegangan listrik arus bolak-

balik. Pada sistem gardu traksi, terdapat tiga jenis trafo yang digunakan, yaitu:

- Trafo 20 kV/1200 V, merupakan trafo utama dan memiliki daya yang paling besar karena

merupakan trafo utama untuk mensuplai tegangan 1500 VDC pada LAA. Trafo ini akan

menurunkan tegangan 20 kV yang diterima dari panel outgoing 20 kV menjadi tegangan 1200 V

yang akan menjadi input silicon rectifier. Sisi primer trafo terdiri dari beberapa tap seperti 22 kV, 21

kV, 20 kV, 19 kV, serta 18 kV, sedangkan sisi sekunder terdiri dari dua lilitan tiga fasa dengan

tegangan 1200 V. Trafo ini memiliki dua output 1200 V yang berbeda konfigurasi vektornya yang

akan digunakan oleh silicon rectifier 12 pulsa. Konfigurasi trafo yang dipakai biasanya adalah

konfigurasi D – D/Y (delta – delta / wye), di mana input tegangan 20 kV dengan sistem tiga fasa

delta, serta dual output tegangan 1200 V dengan sistem tiga fasa delta dan wye.

- Trafo 20 kV/380 V, merupakan trafo yang berfungsi untuk mensuplai tegangan 380 V yang

digunakan untuk sistem kontrol gardu traksi. Trafo ini akan menurunkan tegangan 20 kV dari panel

outgoing 20 kV menjadi tegangan 380 V yang akan menjadi input panel AC/DC.

- Trafo 6 kV/380 V, merupakan trafo cadangan untuk mesuplai beban 380 V jika trafo 20 kV/380 V

mengalami ganggaun atau sumber 20 kV hilang karena kerusakan di jaringan PLN. Trafo ini akan

menurunkan tegangan 6 kV dari panel outgoing 6 kV, yang berasal dari jaringan PDL 6 kV,

menjadi tegangan 380 V yang akan menjadi input panel AC/DC.

- Trafo 20 kV/6 kV, merupakan trafo yang berfungsi untuk suplai utama jaringan PDL (Power

Distribution Line) 6 kV. Jaringan PDL merupakan jaringan tegangan 6 kV untuk setiap persinyalan

dan pintu perlintasan KA di Jakarta, yang berfungsi untuk mensuplai kebutuhan kontrol semua

gardu traksi, mensuplai sistem persinyalan, dan pintu perlintasan KA. Sistem PDL ini memiliki

beberapa sumber, sehingga apabila satu sumber PDL mengalami gangguan maka sumber yang

lain akan mem-backup sistem. Dengan adanya sistem jaringan PDL, maka kontrol gardu traksi,

sistem persinyalan dan pintu perlintasan KA mampu beroperasi secara terus menerus. Tidak

semua gardu traksi berfungsi untuk mensuplai jaringan PDL. Trafo 20 kV/6 kV hanya digunakan

pada gardu traksi yang akan mensuplai jaringan PDL.

Silicon Rectifier

Silicon rectifier merupakan salah satu komponen utama gardu traksi yang berfungsi untuk

menyearahkan tegangan 1200 VAC menjadi tegangan 1500 VDC. Saat ini teknologi silicon rectifier

yang digunakan untuk sistem gardu traksi adalah rectifier 12 pulsa, sehingga rectifier ini

memerlukan dual input 1200 VAC dari trafo 20 kV/1200 V sebagaimana yang sudah dijelaskan di

bagian trafo. Semikonduktor yang digunakan rectifier untuk penyearahan adalah dioda versi

presspack. Adapun metode pendingin yang dipakai adalah dengan sistem heatpipe. Rectifier juga

dilengkapi dengan arrester untuk tegangan DC untuk melindungi rectifier dari sambaran petir pada

jaringan LAA. Duty class rectifier yang digunakan harus memenuhi standar JEC-2410 class S,

dengan persyaratan pembebanan sebagai berikut: 100% – kontinu, 150% – selama 2 jam, 200% –

selama 5 menit, 300% – selama 1 menit.

Panel DC Switchgear

Panel DC Switchgear merupakan panel yang berfungsi untuk mengatur input dan output tegangan

1500 VDC. Panel DC Switchgear terdiri dari beberapa panel seperti terdiri dari:

- Panel negative, berfungsi untuk menerima input negatif 1500 VDC dari silicon rectifier dan

memberikan ouput ke rel KRL. Panel negative menggunakan switch tipe DS (Disconnecting

Switch) karena panel negative merupakan panel tempat arus balik dari rel, sehingga panel

negative ini tidak memerlukan proteksi untuk memutus sambungan dari rectifier ke jalur rel secara

cepat. Panel negative dilengkapi dengan relay 64P yang berfungsi untuk mendeteksi gangguan

tanah (Ground Fault). Jika terjadi ground fault pada gardu traksi, yang ditandai dengan kenaikan

beda tegangan antara negative rectifier dan sistem ground dimonitor, relay 64P akan mengirim

perintah open pada HSCB yang mensuplai tempat yang mengalami ground fault tersebut.

- Panel main feeder, berfungsi untuk menerima input positif 1500 VDC dari rectifier dan

memberikan ouput ke busbar DC feeder. Panel main feeder menggunakan switch tipe HSCB (High

Speed Circuit Breaker) yang mampu untuk memutus sambungan dari rectifier ke jaringan LAA

secara cepat jika terjadi kondisi fault pada sistem. Panel main feeder dilengkapi dengan relay

proteksi yang berfungsi untuk mendeteksi berbagai gangguan yang mungkin terjadi pada jaringan

LAA seperti over / under voltage, over current, short circuit, dan thermal overload. Jika salah satu

gangguan sistem terjadi, relay proteksi akan memerintah HSCB segera trip untuk mencegah

kerusakan yang dapat terjadi. Selain fungsi proteksi, relay proteksi juga berfungsi untuk memonitor

dan merekam kondisi tegangan 1500 VDC.

- Panel DC feeder, berfungsi untuk memberikan output positif 1500 VDC dari busbar DC feeder ke

LAA. Sebagaimana panel main feeder, DC feeder juga dilengkapi dengan HSCB dan relay

proteksi. DC feeder terdiri dari beberapa panel, tergantung dengan jumlah LAA yang akan disuplai.

Gardu traksi pada ujung line rute KRL biasanya hanya memiliki 2 panel DC feeder yang akan

mensuplai satu LAA bagian hulu dan satu LAA bagian hilir. Adapun gardu traksi yang berada di

tengah line rute KRL biasanya memiliki 4 panel DC feeder yang akan mensuplai dua LAA bagian

hulu dan dua LAA bagian hilir.

- Panel bypass, berfungsi sebagai panel backup jika salah satu panel DC feeder mengalami

kerusakan atau sedang dalam kondisi maintenance. Panel bypass memiliki spesifikasi yang sama

dengan panel DC feeder, namun output dari panel bypass tidak langsung mensuplai jaringan LAA.

Panel bypass akan terhubung dengan setiap panel DC feeder dengan menggunakan motorized

DS yang terdapat di setiap panel tersebut. Jika salah satu panel DC feeder tidak dapat beroperasi,

operator dapat meng-close DS pada panel tersebut, sehingga jaringan LAA tetap mendapat suplai

1500 VDC dari panel bypass.

Panel AC / DC

Panel AC/DC merupakan panel yang berfungsi untuk mendistribusikan tegangan low voltage AC

380 V untuk keperluan beban utility dan tegangan DC 110 V untuk keperluan beban kontrol. Panel

AC/DC memiliki dua input tegangan AC 380 V, yaitu dari trafo 20 kV/380 V (yang bersumber dari

jaringan PLN 20 kV) dan dari trafo 6 kV/380 V (yang bersumber dari jaringan PDL 6 kV). Di dalam

panel AC/DC terdapat COS (Change Over Switch) yang akan mendeteksi kedua sumber.

Normalnya panel AC/DC disuplai dari trafo 20 kV/380 V, namun jika sumber ini mengalamai

gangguan COS akan mengganti input suplai menjadi dari trafo 6 kV/380 V. Jika sumber dari trafo

20 kV/380 V sudah normal kembali, maka COS akan mengganti kembali input suplai menjadi dari

trafo tersebut.

Output panel AC/DC tegangan AC 380 V berfungsi untuk mensuplai peralatan seperti charger

baterai, exhaust fan, penerangan, serta soket listrik bangunan. Output tegangan AC 220 V

berfungsi untuk mensuplai heater pada panel 20 kV, 6 kV, serta DC Switchgear, panel VCP, dan

panel fire alarm. Output tegangan DC 110 V berfungsi untuk mensuplai rangkaian kontrol pada

panel 20 kV, 6 kV, serta DC Switchgear, panel interkoneksi, dan panel LBD.

Baterai dan Charger

Sistem kontrol pada gardu traksi, yang meliputi kontrol VCB, HSCB, LBS, relay proteksi, relay 64P,

dan sistem kontrol lainnya, menggunakan tegangan 110 VDC untuk dapat beroperasi. Tegangan

110 VDC ini disuplai dari charger yang dilengkapai dengan battery. Baterai yang digunakan adalah

baterai tipe SLA (Sealed Lead Acid) atau biasa disebut dengan baterai maintenance free (kering).

Keunggulan baterai jenis ini adalah tidak diperlukannya penambahan air secara manual dan

berkala oleh petugas gardu traksi.

Kapasitas baterai akan selalu dijaga dengan menggunakan charger. Charger yang dipakai

merupakan rangkain rectifier yang terregulasi outputnya. Charger baterai ini memiliki dua mode

operasi yaitu float dan equalize, yang mana kedua operasi ini dapat saling berganti secara

otomatis.

Mode operasi yang normalnya aktif adalah float. Mode operasi equalize akan aktif saat charger

baterai tidak menerima input tegangan AC selama lebih dari 5 menit. Mode operasi equalize ini

akan dipertahankan sehingga level tegangan baterai sudah penuh kembali, di mana mode operasi

float akan dipilih secara otomatis.

Panel Interkoneksi

Panel interkoneksi merupakan panel PLC yang menghubungkan panel VCP dengan panel 20 kV,

panel 6 kV, transformator, silicon rectifier, DC Switchgear, serta panel AC/DC. Panel interkoneksi

berfungsi mengumpulkan semua data status sistem gardu traksi yang ada dari setiap panel dan

komponen, lalu data tersebut akan dikirim ke panel VCP untuk ditampilkan di display dan direkam

ke sistem logger. Komponen-komponen yang vital untuk dimonitor statusnya adalah kondisi VCB,

LBS, HSCB, suhu dan tekanan oli transformator, serta suhu rectifier. Untuk memonitor status-

status tersebut, setiap komponen memiliki fasilitas dry contact. Status dry contact ini dapat dibaca

oleh panel interkoneksi sebagai status komponen yang dimonitor.

Selain memonitor status gardu traksi, panel interkoneksi juga berfungsi untuk meneruskan perintah

dari panel VCP ke panel 20 kV, panel 6 kV, serta DC Switchgear. Sebagai contoh, jika operator

memerintahkan Vacuum Circuit Breaker (VCB) pada panel 20 kV untuk open atau close pada

display panel VCP, panel interkoneksi akan menterjemahkan perintah tersebut ke VCB yang

bersangkutan. Perintah yang bisa diteruskan oleh panel interkoneksi adalah open atau close VCB,

open atau close HSCB, open LBS, serta open atau close HSCB.

Hubungan antara panel interkoneksi dengan panel-panel lainnya dapat dilihat pada skema berikut.

Gambar : Hubungan antara panel interkoneksi dengan panel-panel lainnya

Panel interkoneksi menggunakan komponen-komponen utama sebagai berikut:

-PLC Embedded PC, untuk memproses semua data masuk dan keluar panel interkoneksi.

-Card DI (Digital Input) dan DO (Digital Output), sebagai antarmuka antara PLC dengan relay.

-Card Ethernet Module, untuk komunikasi data antara panel interkoneksi dengan DC Switchgear

serta panel VCP dengan menggunakan komunikasi data —Modbus.

-Relay, sebagai antarmuka antara panel interkoneksi dengan dry contact pada komponen-

komponen di panel 20 kV, panel 6 kV, trafo, dan rectifier.

Panel VCP (Visual Control Panel)

Panel VCP merupakan panel Human Machine Interface (HMI) yang berfungsi untuk memonitor

keadaan sistem gardu traksi dan menerima perintah open atau close switch (baik VCB, HSCB

ataupun LBS) dari operator. Operasi panel VCP ini berbasis touchscreen (layar sentuh) yang

menampilkan sistem gardu traksi secara keseluruhan. Panel VCP akan mengirim perintah dari

operator ke panel interkoneksi untuk meng-open / close switch di panel MV atau langsung ke panel

DC Switchgear untuk meng-open / close HSCB. Data yang digunakan panel VCP untuk

komunikasi adalah Modbus. Panel VCP juga dapat dihubungkan dengan sistem SCADA terpusat

seperti pada OCC Manggarai.

Panel VCP menggunakan komponen-komponen:

-Display Touchscreen, untuk menampilkan status sistem gardu traksi serta interface operator untuk

memerintahkan switch open atau close.

-Hubswitch, untuk menerima dan mengirim data dari dan ke panel interkoneksi.

-Industrial PC, untuk memproses data serta me-record semua event yang terjadi di gardu traksi.

-Printer, untuk mencetak hasil record data yang ada.

LBD

Panel Linked Breaking Device (LBD) merupakan panel yang menghubungkan gardu traksi yang

satu dengan gardu traksi yang berada di sebelahnya untuk menghasilkan intertripping. Intertripping

ini adalah suatu metode proteksi memutus HSCB di DC Switchgear untuk mencegah kondisi

sistem yang tidak diharapkan seperti short circuit, ground fault dan emergency. Akibat adanya trip

dari HSCB DC Switchgear dari gardu traksi di sebelah yang disebabkan oleh kesalahan sistem.

Kedua gardu traksi ini saling bertukar status data melalui panel LBD dengan menggunakan kabel

fiber optic sebagai interface media komunikasi dan TCP/IP Ethernet sebagai komunikasi protocol.

Setiap terjadi kesalahan sistem yang menyebabkan HSCB trip, panel LBD akan mengirim perintah

trip ke gardu traksi tetangga. Ketika status ini diterima panel LBD sebelah, HSCB di DC Switchgear

akan trip juga.

Panel LBD menggunakan komponen-komponen:

- Display, untuk memperlihatkan sistem LBD gardu traksi dan gardu traksi tetangganya.

- PLC, untuk memproses data sistem LBD

- ODF, sebagai terminal fibre optic untuk komunikasi antar gardu traksi.

- Modem Optic – Ethernet, untuk mengkonversi data dari Ethernet ke Optic

- Relay, untuk memerintahkan fasilitas intertrip pada HSCB di DC Switchgear.

Sudah banyak proyek gardu traksi yang dikerjakan oleh Len. Proyek gardu traksi yang pertama

kali adalah gardu traksi di Parung Panjang (3000 kW) pada tahun 2008. Setahun setelah itu tahun

2009 Len mengerjakan gardu traksi di Maja (3000 kW) dan Cilejit (3000kW). Pada tahun 2010,

Indonesia mendapat bantuan pinjaman dari KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) Jerman, untuk

pengerjaan proyek gardu traksi. Len merupakan perusahaan yang ditunjuk pemerintah untuk

mengerjakan proyek KfW ini yang meliputi gardu traksi di lokasi Kedung Badak (1500 kW), Cilebut

(3000 kW), Bojong Gede (4000 kW), Citayam (4000 kW), Pasar Senen (4000 kW), dan sistem

SCADA untuk mengontrol gardu traksi ini secara jarak jauh (remote) di OCC Manggarai. Kemudian

di tahun 2011, Len mengerjakan proyek gardu traksi di Lenteng Agung (4000 kW), Pasar Minggu

(4000 kW), dan Jatinegara (3000 kW).

Pada tahun 2012 ini Tim Gardu Traksi Len sedang mengerjakan gardu traksi di Klender (4000

kW), Pesing (4000 kW) dan Tangerang (4000 kW). Pada awalnya proyek gardu traksi ini

menggunakan sistem yang semuanya built up dari luar negeri seperti sistem dari Siemens atau

Secheron. Namun semenjak proyek gardu traksi di Jatinegara, Tim Gardu Traksi Len sudah

bertindak sebagai sistem integrator serta memproduksi sendiri panel-panel kontrol seperti panel

interkoneksi, panel VCP (Visual Control Panel) serta panel LBD (Linked Breaking Device), di

samping masih menggunakan produk jadi dari produsen lokal untuk panel 20 kV, panel 6 kV, trafo,

serta produk jadi dari produsen luar negeri untuk silicon rectifier dan DC Switchgear.

Sebagai sistem integrator, Len bertanggung jawab untuk mengintegrasikan komponen-komponen

gardu traksi baik dari sistem power maupun sistem kontrol gardu traksi. Proses pengintegrasian

mencakup penyambungan input 20 kV dari PLN, penyambungan koneksi antar panel gardu traksi,

penyambungan output 1500 VDC ke sistem LAA, serta penyambungan output 6 kV ke sistem PDL.

Penyambungan ke sistem LAA dan PDL itu sendiri memerlukan modifikasi jaringan LAA dan PDL

yang sudah ada. Semua proses pengintegrasian ini sudah dikuasai oleh Tim Gardu Traksi Len. Di

masa yang akan datang, Tim Gardu Traksi Len bekerja sama dengan Divisi Pusat Teknologi dan

Inovasi berencana untuk memproduksi sendiri silicon rectifier yang akan dipergunakan dalam

sistem gardu traksi yang akan memberikan nilai tambah yang cukup signifikan.

Adapun kapasitas baterai akan selalu dijaga dengan menggunakan charger. Charger yang dipakai

merupakan rangkain rectifier yang terregulasi outputnya. Charger baterai ini memiliki dua mode

operasi yaitu float dan equalize, yang mana kedua operasi ini dapat saling berganti secara

otomatis. Mode operasi yang normalnya aktif adalah float. Mode operasi equalize akan aktif saat

charger baterai tidak menerima input tegangan AC selama lebih dari 5 menit. Mode operasi

equalize ini akan dipertahankan sehingga level tegangan baterai sudah penuh kembali, di mana

mode operasi float akan dipilih secara otomatis.

Sumber : http://www.bumn.go.id/len/en/galeri/artikel/artikel-karyawan-gardu-traksi-traction-substation/