Pendahuluan

Modul IPendahuluan Dan Filosofi Pengamanan

1.1 Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik atau biasa disebut dengan kata sistem merupakan gabungan mulai pusat pembangkit tenaga listrik, transmisi, gardu induk dan distribusi seperti pada gambar 1.1.

Adapun perkembangan sistem tenaga listrik dimulai dari pembangkit untuk keperluan satu pedesaan sehingga hanya merupakan generator tegangan rendah langsung saluran distribusi tegangan rendah lihat gambar 1.2 dengan tegangan 115/200 V dan 127/220 V yang kemudian diubah menjadi 220/380 V. Sistem ini merupakan fase tiga, empat kawat pentanahan langsung merupakan pengaman sekering atau MCB.

Dengan peningkatan pedesaan menjadi kota maka keperluan tenaga listrik juga meningkat, disamping itu luas daerahnya juga meningkat, dengan demikian penyaluran tenaga listrik tidak mungkin menggunakan tegangan rendah lagi tetapi harus ditingkatkan menjadi tegangan menegah seperti gambar 1.3. hal ini untuk mengurangi rugi rugi jaringan dan jatuh tegangan terlalu besar. Sebelum kemerdekaan tegangan yang digunakan bermacam macam yaitu 6kV, 7kV, 12kV dengan sistem pentanahan mengambang yang menggunakan relai aryus lebih untuk gangguan antar fase dan volt meter untuk mendetekti gangguan tanah. Sistem distribusi tegangan menengah ini kemudian distandarkan menjadi 20 kV dengan pentanahan langsung, tahanan, untuk gangguan antar fase dengan pengaman relai arus lebih sedang untuk gangguan tanah dapat menggunakan relai arus lebih atau relai gangguan tanah terarah ataupun, tegangan sistem pentanahannya.

Gambar 1.2 Sistem T.R

Gambar 1.3 Sistem Tegangan Menengah.

Dengan perkembangan kota dan adanya pusat pembangkit yang letaknya terpaksa jauh dari kota atau pusat beban misalnya pusat listrik tenaga air (PLTA), maka penyaluran tenaga listrik tidak mungkin lagi menggunakan tegangan menengah tetapi menggunakan tegangan tinggi, penyaluran dengan tegangan tinggi ini yang lazim disebut transmisi lihat gambar 1.4. Saluran transmisi ini juga untuk menghubungkan dari satu kota ke kota lain dalam satu wilayah jawa timur menggunakan saluran transmisi 70 kV dan 30 kV, jawa barat adalah sistem 30 kV untuk daerah Bandung sedang sistem 70 kV untuk Jakarta dan Bogor. Sistem pentanahannya kumparan peterson dengan sistem pengaman untukgangguan antar fase relai jarak atau relai selektif (diferensial) antar 2 penghantar paralel) dan relai arus lebih, dan volt meter untuk mendeteksi gangguan tanah.

Adapun diluar jawa karena kota kotanya sangat berjauhan dan penduduknya tidak padat maka pada umumnya sistemnya terpIsah dan tidak menggunakan saluran transmisi ataupun transmisi 15 kV( sistem menado).

Dengan perkembangan kebutuhan tenaga listrik yang meningkat dan perkembangan pusat pembangkit yang semakin besar maka tegangan pada saluran transmisi juga meningkat setelah kemerdekaan. Seperti kita ketahui untuk dijawa menjadi 150 kV dan diluar jawa pada saat ini 70 kV dan 150 kV dan 275 kV. Supaya pengusahaan dari sistem tenaga listrik ini lebih ekonomis dan andal antara beberapa wilayah diinterkomeksikan menjadi satu, sebagai contoh ialah di jawa antara jawa barat, jawa tengah dan jawa timur diinterkoneksikan dengan saluran transmisi ekstra tinggi 500 kV.

Gambar 1.4 Sistem Tegangan Tinggi

Sistem pentanahan 70 kV diubah menjadi tahanan rendah, tahanan tinggi dan pentahan langsung, pengaman cadangan relai arus lebih, dan gangguan tanah dengan relai jarak atau selektif gangguan tanah atau relai gangguan tanah terarah.

Sistem 150 kV ditanahkan langsung dengan relai jarak sebagai pengaman gangguan antar fase maupun gangguan tanah dengan intern triping dan pengaman cadangan relai arus lebih.

Sistem 275 kV dan 500 kV pentanahan langsung yang menggunakan pengaman ganda relai jarak dengan intertriping untuk gangguan antar fase maupun gangguan tanah dan pengaman cadangan relai arus lebih berarah dengan inter triping.

Mengingat keterbatasan tegangan yang dibangkitkan pada generator yang pada saat ini maksimum hanya sampai sekitar 22 kV sedang sistem transmisi dari 30 kV sampai 500 kV untuk di indonesia dan 700 kV diluar negeri, tegangan generator dengan trasformator daya dinaikan menjadi tegangan transmisi. Sedang pada gardu induk dengan transformator daya, tegangan transmisi ekstra tinggi diturunkan menjadi tegangan tinggi dan dari tegangan tinggi di turunkan menjadi tegangan menengah. Untuk menyalurkan tegangan menengah ke konsumen tegangan tersebut diturunkan menjadi tegangan rendah dengan transformator didtribusi. Untuk konsumen industri dapat langsung dari transmisi atau dari tegangan menengah.

Saluran transmisi pada umumnya menggunakan saluran udara dan hanya untuk saluran transmisi di kota besar digunakan kabel tanah, sedang untuk jaringan tegangan menengah dapat menggunakan saluran udara atau kabel tanah atau kabel udara.

Adapun untuk jaringan tegangan rendah saluran udara, kabel udara atau kabel tanah untuk di kota kota besar.1.2 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik.

Pada dasarnya suatu sistem tenaga listrik harus dapat beroperasi secara terus menerus secara normal, tanapa terjadi gangguan.

Gangguan dapat disebabkan oleh bebrapa hal yaitu :

Gangguan karena kesalahan manusia diantaranya ialah kelalaian pada saat mengubah jaringan sistem, lupa membuka pentanahan setelah perbaikan dsb.

Gangguan dari dalam misalnya gangguan gangguan yang berasal dari sistem atau gangguan dari alat itu sendiri, misalnya : faktor ketuaan, arus lebih, tegangan lebih keausan dan lain lain sehingga merusakan isolasi peralatan.

Gangguan dari luar : yaitu gangguan yang berasal dari alam diantaranya cuaca, gempa bumi, petir dan banjir, gangguan karena binatang diantaranya gigitan tikus, burung, kelelawar ular, pohon atau dahan/ranting dan sebagainya.

Jadi jelas gangguan tersebut tidak dapat dihindarkan secara keseluruhan.1.3 Jenis Gangguan.

Jenis gangguan bila ditinjau dari sifatnya dan penyebabnya dapat dikelompokan sebagai berikut :

a. Beban lebih.

Beban lebih pada suatu sistem tenaga listrik dapat disebabkan karena memang keadaan pembangkit kurang dari kebutuhan bebannya atau salah satu komponen pada sistem tersebut terganggu, dengan demikian lainnya dapat terjadi beban lebih ataupun pada salah satu komponen misalnya motor derek mengangkat beban melebihi kemampuannya.

Ciri dari beban lebih ialah terjadinya arus lebih pada komponen yang berbeban lebih. Arus ini dapat menimbulkan pemanasan, dan berdasarkan ilmu fisika panas yang ditimbulkan sebanding dengan arus kwadrat kali tahanan peralatan kali waktu terjadinya arus lebih atau dalam rumus dapat ditulis panas yang timbul ini dapat mengakibatkan kerusakan isolasi peralatan tersebut.

b. Hubung Singkat.

Semua komponen dari peralatan listrik selalu di isolasi terhadap tanah disamping itu antar fase juga di isolasi dengan isolasi padat, cair (minyak), udara, gas (S F 6) ataupun campuran campurannya.

Sebagai contoh ialah :

Liltan generator atau motor di isolasi terhadap stator /rotor dengan menggunakan bahan isolasi mica atau kertas.

Tarfo di isoalsi dengan kertas dan minyak trafo.

Kabel diisolasi dengan kertas yang di impregnated dengan minyak atau di isolasi dengan bahan jenis polyethelen ( PE ) XLPE ataupun karet.

Bagian bertegangan pada pemutus beban di isolasi terhadap metal badannya ataupun terhadap fase lainnya dengan minyak atau sf6.

Konduktor terbuka yang digunakan pada saluran udara dan rel di isolasi terhadap tanah dengan isolator sedang antar fase dengan udara atau sf6 khusus untuk kubikel.

Bahan isolasi tersebut karena umur, sebab mekanis, tegangan lebih yang melebihi kekuatan isolasi ataupun binatang, benang layang layang, dahan pohon serta sebab lain kemampuannya menurun atau tidak mampu sehingga terjadi pelepasan muatan listrik yang mengakibatkan kerusakan pada isolasi dan terjadi loncatan bunga api yang segera diikuti busur api sehingga terjadi hubung singkat dan akan mengalir arus hubung singkat yang besar dan tegangannya sangat turun.

Apabila arus hubung singkat kemudian berhenti, busur api akan padam. Bila busur api ini menimbulkan kerusakan yang tetap misalnya pada bahan isolasi padat atau cair maka gangguan ini disebut gangguan permanen. Tetapi bila bisir api ini setelah oadam tidak menimbulkan kerusakan misalnya pada isolasi udara yaitu yang umum terjadi pada saluran udar tegangan menengah atau tinggi maka gangguan ini disebut gangguan temporer.

c. Tegangan lebih.

Gangguan tegangan lebih dapat terjadi disebabkan oleh beberapa hal yaitu :

Petir.

Karena terkumpulnya muatan listrik yang sama yaitu muatan positif atau negatif maka akan terjadi beda tegangan antara awan dengan muatan positif dengan awan bermuatan negatif atau awan bermuatan positif/negatif dengan tanah. Bila beda tegangan ini cukup tinggi maka akan terjadi loncatan muatan listrik dari awan ke awan atau dari awan ke tanah. Karena menara (tiang) listrik ini cukup tinggi maka awan bermuatan yang menuju ke bumi ini ada kemungkinannya akan menyambar menara atau kawat tanah dari saluran transmisi dan mengalir ke tanah melalui menara dan tahahan pentanahan menara. Bila arus petir ini besar dan tahanan tahanan tanah menara kurang baik maka akan timbul tegangan tinggi pada menaranya, dalam hal ini dapat terjadi loncatan muatan dari menara ke penghantar fase. Dalam hal ini pada penghantar fase ini akan terjadi tegangan tinggi dan gelombang tegangan tinggi petir yang sering disebut surya petir ini akan merambat atau berjalan menuju ke peralatan di gardu induk dan mungkin akan membahayakan isolasi dari peralatan di gardu induk tersebut. Surja hubung .

Membuka atau menutupnya kontak pada pemutus beban umunya pada sistem tegangan tinggi atau ekstra tinggi dapat menimbulkan tegangan transient yang tinggi dan ini dapat menimbulkan kerusakan isolasi peralatan.

Pengaruh feranti.

Pada jaringan sistem teganngan tinggi bila tanpa beban atau bebannya kecil karena adanya beban kapasitif penghantar maka tegangan diujung saluran akan lebih tinggi dari pada tegangan sisi pengirimnya. Pada salurannya panjang ditambah adanya kabel tanah ataupun kabel laut ataupun pada sistem tegangan ekstra tinggi bila tegangan disisi pembangkit pada tegangan pengenal maka daerah yang jauh ataupun diujung saluran dapat terjadi tegangan lebih yang dapat membahayakan bagi peralatan.

Pengaturan tegangan otomatis.

Pada pelepasan beban yang cukup besar akan terjadi tegangan lebih, pengatur tegangan otomatis segera mengembalikan tegangan peralatan kekeadaan normal. Tetapi bila pengatur tegangan otomatis ini terganggu atau rusak maka tegangan lebih ini akan tetap dan hal ini dapat menimbulkan kerusakan isolasi.d. Gangguan Stabilitas.

Generator yang tersambung pada sistem ( bekerja paralel ) bekerja serempak satu sama lainnya. Karena salah satu sebab misalnya terjadinya perubahan beban besar yang mendadak, terjadinya hubung singkat yang terlalu lama, maka akan terjadi ayunan putaran rotor sebagian dari generator pada sistem tersebut (lebih cepat atau lebih lambat dari putaran sinkron). Hal ini dapat mengakibatkan sebagian generator menjadi motor dan sebagian berbeban lebih dan hal ini berayun ( bergantian ), gangguan ini disebut gangguan stabilitas. Kejadian ini akan terjadi pada sistem tegangan tinggi atau ekstra tinggi yang telah luas misalnya pada sistem di jawa. Gangguan ini harus segera diatasi, dengan cara melepas generator yang terganggu ataupun melepas daerah yang terjadi hubung singkat secepat mungkin, karena dapat membahayakan generator itu sendiri atau membahayakan sistemnya.

1.4 Statistik Gangguan

Sebagai gambaran sehubungan dengan gangguan yang terjadi pada komponen instalasi sistem tenaga disini akan diberikan secara statistik frekwensi terjadinya gangguan untuk macam macam peralatan utama dalam sistem tenaga seperti terlihat pada tabel I, sehingga dapat membantu pertimbangan untuk perencanaan pengaman.

Tabel I

Frekwensi gangguan untuk macam macam peralatan utama

Peralatan % Terhadap Total

1. S.U.T.T

2. Kabel Tanah

3. Switchargear

4. Transformator daya

5. Trafo Arus & Trafo tegangan

6. Peralatan Kendali

7. Lain lain50

10

15

12

2

3

8

Dari tabel I diatas terlihat bahwa gangguan pada saluran udara tegangan tinggi ( SUTT) mempunyai frekwensi gangguan tertinggi yaitu 50% dari total gangguan. Adapun jenis gangguan pada SUTT dapat dilihat pada tabel II.

Gangguan satu fase ini pada umumnya dimulai dengan adanya loncatan busur api karena petir yang kemudian mengalir arus gangguan dari sistem ke tanah. Gangguan ini pada umumnya merupakan gangguan yang temporer. Sedang besarnya arus gangguan sangat tergantung pada sistem pentanahannya.

Gangguan fase dua pada umumnya karena kawat putus dan mengenai fasa lainnya.

Tabel II

Frekwensi macam gangguan pada SUTT

Jenis Gangguan % Terhadap Total

1. Fase ke tanah

2. Fase ke fase

3. Fase fase ke tanah

4. Fase tiga85

8

5

2

Gangguan fase tiga biasanya merupakan gangguan fase tiga yang simetris dan umumnya disebabkan kesalahan operasi dari petugas, misalnya waktu pemeliharaan atau perbaikan jaringan untuk pengamanannya ketiga fasenya yang akan diperbaiki diketanahkan. Setelah selesai perbaikan atau pemeliharaan sipetugas lupa melepas pentanahan tersebut sehingga waktu diberi tegangan kembali terjadi hubung singkat fase tiga.

PAGE PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. BadruddinSISTEM PROTEKSI 8