MACAM-MACAM GANGGUAN dan SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK

MAKALAHUNTUK MEMENUHI TUGAS MATAKULIAHSistem Distribusi dan Transmisiyang dibina oleh Ibu Yuni Rahmawatioleh: Alvin Zuhair(110534406871)Endah Setyo Wardani(110534406841)Herta Bara S.(110534406884)Muhammad Zulkifli(110534406850)Tyas Tri Sujarwo(110534406890)

UNIVERSITAS NEGERI MALANGFAKULTAS TEKNIKJURUSAN TEKNIK ELEKTRONOVEMBER 2013KATA PENGANTARPuji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat limpahan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah yang berjudul Macam-macam Gangguan dan Sistem Proteksi Tenaga Listrik tepat pada waktunya.Penyusun juga mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing yang telah banyak membantu penyusun agar dapat menyelesaikan makalah ini. Serta kepada semua pihak yang membantu dalam pembuatan makalah ini, baik secara langsung maupun tidak langsung.Akhir kata semoga makalah ini dapat memberikan manfaat kepada para pembaca. Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan baik dari bentuk penyusun maupun materinya. Kritik dan saran dari pembaca sangat kami harapkan untuk penyempurnaan makalah selanjutnya.

Malang, November 2013

Penyusun

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangJaringan distribusi berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik ke pihak pelanggan. Karena fungsinya tersebut maka keandalan menjadi sangat penting dan untuk itu jaringan distribusi perlu dilengkapi dengan alat pengaman. Ada tiga fungsi sistem pengaman dalam jaringan distribusi: Mencegah atau membatasi kerusakan pada jaringan beserta peralatannya dari akibat adanya gangguan listrik Menjaga keselamatan umum dari akibat gangguan listrik Meningkatkan kelangsungan pelayanan tenaga listrik (keandalan) kepada konsumen Salah satu indikator keandalan dan efisiensi dalam pasokan tenaga listrik adalah minimnya/ kecilnya angka SAIDI/ SAIFI atau pemadaman akibat dari gangguan pada sistem tenaga listrik. Oleh karena itu PLN harus mencari cara atau solusi untuk menekan atau mengurangi jumlah gangguan sistem pembangkit, penyaluran dan pendistribusian tenaga listrik agar kontinuitas, mutu dan keandalan tenaga listrik ke pelanggan tidak terganggu. Dengan harapan pelanggan PLN satisfied terhadap pelayanan PLN.Sistem Jaringan Distribusi tersebut dapat dikelompokkan menjadi 4 yaitu:1. Jaringan Tegangan Menengah (JTM 20 KV), terdiri: SUTM SKTM2. Gardu Distribusi, terdiri: Gardu hubung Gardu trafo (tiang, beton, kubikel, kios)3. Jaringan Tegangan Rendah (JTR 220 / 380 V), terdiri: SUTR (kawat terbuka, berisolasi / twisteed cable)4. Sambungan Pelayanan & APP, terdiri: Sambungan rumah / SLP SMP APPKehandalan suatu sistem tenaga listrik antara lain ditentukan oleh frekuensi pemadaman yang terjadi dalam sistem tersebut. Semakin sering frekuensi pemadaman dan semakin lama waktu pemadaman, semakin rendah tingkat kehandalan sistem tersebut. Pemadaman yang terjadi pada sistem tenaga listrik biasanya disebabkan oleh gangguan, sehingga untuk mengatasi gangguan dan meningkatkan kehandalan sistem diperlukan sebuah mekanisme yang dapat menghindari frekuensi pemadaman yang terlalu sering dalam jangka waktu yang lama. Mekanisme ini dalam sistem kelistrikan dikenal dengan istilah sistem proteksi (pengaman sistem).1.2 Rumusan Masalah1. Apa gangguan pada sistem distribusi?2. Apa tujuan proteksi sistem terhadap gangguan dan fungsi proteksi serta karakteristik?3. Bagaiamana zona proteksi?4. Bagaimana skema proteksi sistem?5. Apa saja peralatan sistem proteksi?1.3 Tujuan1. Untuk mengetahui gangguan pada sistem distribusi2. Untuk mengetahui tujuan proteksi sistem terhadap gangguan dan fungsi proteksi serta karakteristik3. Untuk mengetahui zona proteksi4. Untuk mengetahui skema proteksi sistem5. Untuk mengetahui peralatan sistem proteksi

BAB IIPEMBAHASAN2.1 Gangguan Pada Sistem DistribusiGangguan yang terjadi pada system distribusi biasanya merupakan gangguan gangguan yang terkait dengan saluran penghantar dan peralatanperalatan gardu distribusi seperti trafo distribusi, kawat pentanahan dan sebagainya. Seperti pada sistem tenaga umumnya, maka gangguan yang terjadi pada system distribusi dapat dikategorikan sebagai berikut:a. Gangguan hubung singkatGangguan hubung singkat dapat terjadi antar fase 3 fase atau 2 fase atau 1 fase ke tanah dan sifatnya bisa temporer atau permanen. Gangguan permanen: Hubung singkat pada kabel, belitan trafo, generator, tembusnya isolasi. Gangguan temporer: Flashover karena switching dan sambaran petir, flashover dengan pohon dan tertiup angin.b. Gangguan beban lebihGangguan beban lebih terjadi karena pembebanan sistem distribusi yang melebihi kapasitas sistem terpasang. Gangguan ini sebenarnya bukan gangguan murni, tetapi bila dibiarkan terus-menerus berlangsung dapat merusak peralatan.c. Gangguan tegangan lebih. Gangguan tegangan lebih termasuk gangguan yang sering terjadi pada saluran distribusi. Berdasarkan penyebabnya maka gangguan tegangan lebih ini dapat dikelompokkan atas 2 hal: Tegangan lebih power frekuensi. Pada system distribusi hal ini biasanya disebabkan oleh kesalahan pada AVR atau pengatur tap pada trafo distribusi. Tegangan lebih surja. Gangguan ini biasanya disebabkan oleh surja hubung atau surja petir. Dari ketiga jenis gangguan tersebut, gangguan yang lebih sering terjadi dan berdampak sangat besar bagi sistem distribusi adalah gangguan hubung singkat. Sehingga istilah gangguan pada sistem distribusi lazim mengacu kepada gangguan hubung singkat dan peralatan proteksi yang dipasang cenderung mengatasi gangguan hubung singkat ini.2.2 Tujuan Proteksi Sistem terhadap Gangguan dan Fungsi Proteksi serta KarakteristikTujuan proteksi sistem terhadap gangguan, yaitu: Menghindari penurunan tegangan pada sisi pelanggan Menghindari kesempatan menjual kwh (Energi not sale) Mencegah dan meminimalisir kerusakan pada komponen peralatan Menjaga kestabilan sistem tenaga Melindungi keselamatan personil dan masyarakat umum. Menghindari kecenderungan gangguan yang tidak dapat hilang dengan sendirinyaFungsi proteksi distribusi adalah untuk meminimalkan resiko kerusakan peralatan listrik yang ditimbulkan oleh arus gangguan yang besar melebihi level aman, dengan menghilangkan gangguan atau abnormalitas pada system sesegera mungkin dan meminimalkan terjadinya pemutusan operasi system tenaga listrik secara total.Sistem Proteksi distribusi mempunyai karakteristik sebagai berikut:a) Kepekaan (Sensitivity)Harus Peka terhadap Gangguan dalam Rangsangan Minimumb) Keandalan (Reliability)Dependability: Tidak boleh gagalSecurity: Tidak boleh salah kerjac) Selektifitas (Selectivity)Isolir daerah terganggu sekecil mungkind) Kecepatan (Speed)Memisahkan Daerah Terganggu Secepat Mungkin 2.3 Zona ProteksiUntuk memperoleh tingkat selektifitas yang tinggi, dimana hanya bagian sistem yang terganggu saja yang diisolasi (mengalami pemutusan), maka pada sistem proteksi dibentuk daerahdaerah proteksi yang dinamakan zona proteksi. Zonazona proteksi ini biasanya dibatasi dengan PMT (CB) yang dapat memutuskan dan menghubungkan antar zona proteksi yang mengalami ganguan jika menerima instruksi dari relay. Zona Proteksi Utama (Main Protection)Zona utama yang terdiri atas peralatan pengaman utama yang harus beroperasi untuk zona yang diproteksinya Zona Proteksi Pendukung (Backup Protection)Zona pendukung (cadangan) yang diperlukan untuk mengantisipasi kegagalan peralatan pada zona proteksi utama. Dipergunakan untuk meningkatkan kehandalan sistem proteksi (dependabilitas).Terdiri atas: Lokal backup, dimana peralatan pendukung berada pada zona yang sama dengan peralatan proteksi utama. Remote backup, dimana peralatan pendukung berada pada zona yang bersebelahan dengan peralatan proteksi utama.

Gambar 1. Zona Proteksi2.4 Skema Proteksi Sistem Skema proteksi sistem merupakan mekanisme (metoda) pengamanan yang akan dipilih untuk diterapkan pada suatu sistem proteksi. Pada dasarnya, skema proteksi sistem tenaga dapat dikelompokkan atas 2 yaitu:1) Proteksi UnitPada skema proteksi ini, zona kerja peralatan proteksi memiliki batasan yang jelas yang biasanya didefinisikan menurut daerah pengamanan (posisi CT), peralatan hanya beroperasi untuk unit yang diproteksi.Keuntungan: Sensitifitas tinggi Kecepatan operasional tinggi Prinsip operasi sederhana Tidak dipengaruhi power swing dan arus pembebananKekurangan: Membutuhkan komunikasi antara batasan unit yang diproteksi Tidak memiliki skema proteksi backup2) Proteksi Non UnitPada skema proteksi ini tidak ada batasan operasi yang didefinisikan secara jelas,peralatan proteksi pada zona lain dapat beroperasi untuk memberikan proteksi cadangan bagi zona utama. Agar peralatan proteksi bekerja sebagaimana mestinya, diterapkan diskriminasi gangguan untuk menentukan urutan peralatan proteksi yang harus bekerja terlebih dahulu. Diskriminasi gangguan dicapai melalui pembedaan waktu operasi (time grading) dan pengukuran arus serta impedansi.Keuntungan: Tidak membutuhkan jalur komunikasi khusus Menyediakan backup proteksi pada sisi system yang berdekatan Lebih sederhana terutama untuk proteksi arus lebihKerugian: Sensistivitas dipengaruhi arus beban Terpengaruh oleh power swing Waktu operasi bertambah untuk mencapai koordinasi Relatif rumit untuk proteksi jarak Memerlukan komponen tambahan untuk kondisi tertentu (VT untuk relay jarak dan direksional)2.5 Peralatan Sistem Proteksi1. Peralatan Utama Sistem ProteksiSistem proteksi pada jaringan distribusi didukung oleh beberapa peralatan utama. Peralatan utama inilah yang berfungsi langsung mengatasi gangguan dan mengisolasi bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih dapat beroperasi dengan baik. Peralatan utama sistem proteksi ini terdiri atas:a. Instrumen PengukuranInstrumen pengukuran adalah peralatan proteksi yang berfungsi melakukan pembacaan besaran arus dan tegangan dan meneruskan informasi ini ke relay proteksi. Jika besaran arus dan tegangan pada jaringan melewati setelan yang telah dipasang pada relay dimana menandakan terjadinya gangguan, maka relay atau circuit breaker akan segera memutus dan mengisolasi jaringan yang mengalami gangguan tersebut. Instrumen pengukuran ini dapat berupa trafo arus (current transformer/ CT) dan trafo tegangan (voltage transformer/ VT).1.) Trafo arus (CT)Trafo arus merupakan trafo yang dipergunakan untuk mentransformasikan arus atau menurunkan arus besar pada tegangan tinggi menjadi arus kecil pada tegangan rendah untuk keperluan pengukuran dan pengamanan. Kumparan primernya dihubungkan secara seri dengan bebannya akan diukur atau dikendalikan. Beban inilah yang menentukan besarnya arus yang mengalir ke trafo tersebut. Kumparan sekundernya dibebani impedansi konstan dengan syarat tertentu. Fluks inti dan arus yang mengalir pada rangkaian sekunder akan tergantung pada arus primer. Trafo ini disebut juga dengan trafo seri.Fungsi CT, antara lain: Memberikan sinyal ke relay yang proporsional dengan besar arus yang mengalir pada peralatan yang dilindungi. Mengurangi besar arus terukur ke level yang dapat ditangani peralatan proteksi dan meter. Mengisolasi sisi tegangan rendah peralatan proteksi dari sisi tegangan tinggi.Trafo arus terdiri atas 2 tipe, yaitu: Tipe wound primary Tipe bar primary

Gambar 2. Tipe Wound Primary

Gambar 3. Tipe Bar Primary

Gambar 4. Rangkaian CT

Gambar 5. Simbol CT2.) Trafo tegangangan (VT)Trafo tegangan dalam sistem tiga fasa mengukur tegangan antara dua konduktor atau tegangan antara satu konduktor dengan tanah. Menurut standar, trafo tegangan mensuplai tegangan 100 V, atau juga 100 V/ V3 pada sisi sekunder dalam kondisi operasi teraan (rating operation). Rasio transformasi teraan K = U/ U diberikan dalam bentuk fraksi (misalnya N, 1N, 2N, 20.000 V/ 100 V), seperti pada trafo arus. Trafo tegangan didesain untuk pemakaian pada beban resistansi tinggi karena itu tidak pernah dihubung singkat pada sisi sekundernya. Tidak seperti pada trafo arus, sisi sekunder trafo tegangan dapat diproteksi dengan fuse. Trafo tegangan terdiri dari dua type yaitu magnetik dan kapasitor yang masing-masingnya punya karakteristik yang berbeda.Fungsi dari VT, yaitu: Mentransformasikan tegangan tinggi ke rendah yang sesuai kebutuhan relay dan meter. Mengisolasi peralatan proteksi dari system tegangan tinggi. Menetukan rating tegangan untuk relay.Prinsip Kerja transformator tegangan digunakan untuk merubah besar tegangan primer menjadi tegangan sekunder yang lebih kecil sesuai dengan perbandingan lilitannya. Dengan mengetahui N1 banding N2.

Gambar 6. Magnetik PT

Gambar 7. Kapasitor PTb. Peralatan Pemutus Rangkaian Peralatan pemutus rangkaian adalah peralatan proteksi yang berfungsi mengisolasi jaringan yang mengalami gangguan. Relay proteksi, circuit breaker dan fuse termasuk dalam kategori ini.1.) RelayRelay adalah alat yang memproteksi sistem tenaga listrik dengan cara mendeteksi gangguan yang terjadi pada saluran, jika terjadi gangguan maka relay akan memberikan perintah circuit breaker membuka rangkaian untuk memutuskan arus yang menyebabkan gangguan tersebut.Klasifikasi relay berdasarkan besaran input: Arus [I]: relay arus lebih [OCR], relay arus kurang [UCR] Tegangan [V]: relay tegangan lebih [OVR], relay tegangan kurang [UVR] Frekuensi [F]: relay frekuensi lebih [OFR], relay frekuensi kurang [UFR] Daya [P;Q]: relay daya max/ min, relay arah/ directional, relay daya balik Impedansi [Z]: relay jarak [Distance] Beda arus: relay diferensialKlasifikasi relay berdasarkan karakteristik waktu kerja: Seketika [relay instant / moment/ high speed] Penundaan waktu [time delay] Definite time relay Inverse time relay Kombinasi instant dengan tundaan waktuKlasifikasi relay berdasarkan jenis kontak: Relay dengan kontak dalam keadaan normal terbuka [normally open contact] Relay dengan kontak dalam keadaan normal tertutup [normally close contact]Klasifikasi relay berdasarkan berdasarkan fungsi: Relay proteksi Relay monitor Relay programming; reclosing relay, synchro check relay Relay pengaturan {regulating relay} Relay bantu: sealing unit, lock out relay, closing relay dan tripping relayKlasifikasi relay berdasarkan prinsip kerja: Tipe elektromekanis Tarikan magnit : tipe plunger, tipe hinged armature, tipe tuas seimbang Induksi: tipe shaded pole, tipe KWH, tipe mangkok {cup} Tipe thermis Tipe gas; relay buccholz Tipe tekanan; pressure relay Tipe statik (elektronik)Fungsi Relay, yaitu: Secara umum relay berfungsi memberikan instruksi kepada rangkaian pemutus (circuit breaker/ CB) untuk mengisolasi sistem yang mengalami gangguan. Secara khusus, fungsi masingmasing relay tergantung kepada karakteristik dan besaran input yang mempengaruhi kerja relay misalnya: Relay arus lebih (Over Current Relay/OCR) berfungsi melindungi system dari gangguan arus lebih. Relay impedansi berfungsi melindungi sistem dari gangguan yang terkait dengan perubahan impedansi saluran. Relay jarak berfungsi melindungi sistem dari gangguan berdasarkan besaran jarak tertentu yang disetting pada relay.2.) Circuit Breaker (CB)Circuit breaker merupakan perangkat pengaman arus lebih yang bekerja membuka dan memutus rangkaian secara non-otomatis dan memutus rangkaian secara otomatis ketika arus yang mengalir dirangkaian melebihi rating arus yang telah ditentukan tanpa menimbulkan kerusakan pada peralatan (CB dan rangkaian) pada saat terjadi gangguan. Klasifikasi circuit breaker berdasarkan pemakaian: LVCB (Low Voltage Circuit Breaker, < 600 V) MVCB (Medium Voltage Circuit Breaker, 600 V 1000 V) HVCB (High Voltage Circuit Breaker, > 1000 V )Klasifikasi circuit breaker berdasarkan Konstruksi: MCCB (Molded Case Circuit Breaker) ICCB (Insulated Case Circuit Breaker)Klasifikasi circuit breaker Berdasarkan Medium: Air : Medium pemutus udara. Oil : Medium pemutus minyak Gas : Medium pemutus gas (SF6) Vacuum : Medium pemutus hampa udara.Fungsi dari CB antara lain: Memutus rangkaian jika terjadi gangguan pada saluran yang diproteksi Mencegah terjadinya busur api atau flashover pada saat pemutusan rangkaian Dapat berfungsi sebagai sakelar sekaligus pengaman arus lebih dan overload3.) Fuse ( Pelebur )Fuse adalah alat yang memproteksi sistem tenaga listrik dengan cara mendeteksi gangguan yang terjadi pada saluran berdasarkan seting nilai tertentu, jika terjadi gangguan yang melewati batas seting yang ditentukan maka fuse akan secara langsung memutuskan arus yang menyebabkan gangguan tersebut dengan mekanisme meleburnya elemen fuse yang menghubungkan sistem tersebut.Fungsi dari fuse adalah: Memutus rangkaian jika terjadi gangguan hubung singkat pada saluran yang diproteksi. Mengisolasi saluran yang mengalami gangguan dari saluran yang beroperasi normal. Tidak dapat berfungsi sebagai sakelar maupun pengaman overload kecuali didesain khusus (tipe dual element).Klasifikasi Fuse: Tipe E: merupakan fuse dengan rating tegangan 2.4 kV 161 kV, biasanya digunakan sebagai pengaman pada trafo maupun pengaman back up CB. Tipe K: merupakan fuse dengan kecepatan lebur tinggi dengan rating arus 6 200 A, biasanya digunakan pada percabangan sistem distribusi. Tipe T: merupakan fuse dengan kecepatan lebur rendah dengan rating arus 6 200 A, digunakan pada percabangan yang mensuplai motor yang membutuhkan waktu tunda untuk arus starting. 2. Peralatan Penunjang Sistem ProteksiPeralatan penunjang merupakan komponen tambahan yang tidak terkait langsung dengan pemutusan (perlindungan) terhadap sistem yang diproteksi. Namun demikian, peralatan penunjang ini berperanan untuk menjamin bahwa peralatan proteksi terpasang dapat beroperasi dengan baik dalam kondisi gangguan seperti apapun. Peralatan penunjang pada sistem proteksi dapat berupa: suplay DC, AC, saluran telekomunikasi, dan arrester.a. Suplay DCSuplay DC merupakan peralatan penunjang yang memberikan suplay daya ke sistem relay yang pada umumnya memerlukan input daya DC. Penggunaan system suplay daya DC ini bertujuan untuk menjaga kontinuitas perlindungan dari peralatan proteksi terhadap sistem meskipun suplay utama terputus. Suplay DC ini biasanya berupa baterai yang terhubung ke perangkat relay melalui rangkaian suplay daya. Jenis baterai yang biasa digunakan ada 2 tipe: Lead acid type. Tipe ini berupa baterai elemen basah, dimana zat elektrolit baterainya merupakan cairan. Baterai ini membutuhkan perawatan lebih intensif. Nickel cadmium type, berupa baterai elemen kering, dimana zat elektrolitnya berupa pasta kering sehingga tidak dibutuhkan perawatan intensif.b. Saluran TelekomunikasiSaluran telekomunikasi merupakan peralatan penunjang yang menyediakan fasilitas telekomunikasi pada sistem proteksi. Saluran ini dapat dipergunakan untuk monitoring keadaan sistem dan dapat dikembangkan untuk pengendalian jarak jauh. Komponen utamanya terdiri atas: RTU (Remote Terminal Unit) Interfacing card Modem CPU Perangkat lunak sistemc. AresterArester petir disingkat arester, atau sering juga disebut penangkap petir, adalah alat pelindung bagi peralatan sistem tenaga listrik terhadap, surja petir. Arrester berlaku sebagai jalan pintas sekitar isolasi. Arester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh arus kilat atau petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Jalan pintas itu harus sedemikian rupa sehingga tidak menganggu aliran arus daya sistem 50 Hz.Klasifikasi Arester: Arrester dengan celah udara (Gapped Type Surge Arrester) merupakan tipe konvensional dimana arrester memiliki celah untuk mencegah terbentuknya busur api pada saat operasi normal, terdiri atas beberapa tipe: tipe expulsion, tipe spark gap dan tipe katup. Arrester tanpa celah (Gappless Type Surge Arrester) merupakan tipe yang banyak digunakan sampai sekarang, dikembangkan dari material semikonduktor seperti ZnO yang berfungsi sebagai pengganti celah.

BAB IIIPENUTUP3.1 KesimpulanGangguan yang lebih sering terjadi dan berdampak sangat besar bagi sistem distribusi adalah gangguan hubung singkat. Sehingga peralatan proteksi yang dipasang cenderung mengatasi gangguan hubung singkat ini. Fungsi proteksi adalah untuk meminimalkan resiko kerusakan peralatan listrik yang ditimbulkan oleh arus gangguan yang besar melebihi level aman, dengan menghilangkan gangguan atau abnormalitas pada system sesegera mungkin dan meminimalkan terjadinya pemutusan operasi system tenaga listrik secara total.Sistem Proteksi distribusi mempunyai karakteristik, yaitu: kepekaan, keandalan, selektifitas, dan kecepatan. Pada sistem proteksi dibentuk daerah-daerah yang dinamakan zona proteksi. Skema proteksi sistem tenaga dapat dikelompokkan menjadi 2, yaitu: proteksi unit dan proteksi non unit. Peralatan pada sistem proteksi ada 2 jenis, yaitu:1) Peralatan utama sistema. Instrumen pengukuran: CT dan VTb. Peralatan pemutus rangkaian: relay, CB, dan fuse2) Peralatan penunjang sistema. Suplay DCb. Saluran telekomunikasic. Arrester

DAFTAR RUJUKAN_____. 1982. Pengoperasian dan Pemeliharaan Jaringan Distribusi. Jakarta: PLN.Ezkhel. ____. Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik, (Online), (http://ezkhelenergy.blogspot.com/2011/11/gangguan-pada-sistem-tenaga-listrik.html), diakses tanggal 21 November 2013._____. ____. Proteksi Sistem Tenaga Listrik dan Peralatannya (Part 1), (Online), (http://kuliahelektro.blogspot.com/2011/03/proteksi-sistem-tenaga-listrik-dan.html), diakses tanggal 21 November 2013.