MANAJEMEN GANGGUAN SISTEM DISTRIBUSI (FAULT MANAGEMENT)
HARRY HARTOYO ISKANDAR N
PT PLN (PERSERO) KANTOR PUSAT
Desember 2009 DAFTAR ISI
Daftar Isi
Halaman
Daftar Isi
2
I.
6
Pendahuluan
II. Profil Jaringan 2.1. Struktur Jaringan Distribusi 2.1.1. Struktur dan Operasi 2.1.2. Gardu Induk Distribusi 2.1.3. Profil Penyulang 2.1.4.Gardu Distribusi 2.1.5. Pembangkit terhubung ke JTM 2.2. Filosofi Proteksi 2.2.1. Sifat Gangguan 2.2.2. Proteksi Hubung singkat 2.2.3. Proteksi Gangguan tanah 2.2.4. Perhitungan Arus gangguan 2.2.5. Skema Penutup balik 2.2.6..Sistem 2.2.6..Sistem VIT 2.3. Transformator Transformator Distribusi dan Pengamanannya 2.3.1. Kategorisasi transformator distribusi 2.3.2. Pengamanan Transformator Transformator Distribusi 2.4. Tingkatan Kendali Jarak jauh 2.4.1. Gardu Induk 2.4.2. Jaringan Tegangan Menenagah
6 6 6 7 7 7 7 7 7 8 8 10 11 12 13 13 16 22 22 23
III. Lokasi Gangguan 3.1. Indikator Gangguan 3.2. Teknik Menghitung Jarak Titik Gangguan 3.2.1. Perhitungan Jarak Titik Gangguan dengan Relai Jarak pada sistem pentanahan yang dikompensasi 3.2.2. Lokasi Titik Gangguan dengan Pengukuran Arus Gangguan 3.2.3. Perhitungan Lokasi Titik Gangguan tanah dengan Sinyal Transient 3.3. Metoda untuk Deteksi Gangguan Tanah 3.3.1. Metoda Deteksi Gangguan Tanah yang terpenting 3.3.2. Metoda Baru 3.4. Operasi-tetap (sustained) Jaringan Dalam Keadaan Gangguan Tanah 3.4.1. JTM Austria 3.4.2. Aplikasi dan Pembatasan Pembatasan 3.4.3. Lokasi Gangguan
23 23 26 26 27 28 30 30 34 34 34 34 35
IV. Sistem Switching Otomatis 4.1. Paused-switching Paused-switching 4.2. Paused-switching Paused-switching dilengkapi signalling 4.3. Metoda Berdasar Integrasi Relai,SCADA Relai,SCADA dan AM/FM/GIS AM/FM/GIS 4.3.1. Pendahuluan 4.3.2. Integrasi Sistem 4.3.3. Teknik Lokasi Titik Gangguan 4.3.4. Isolasi Titik Gangguan dan Pemulihan Pasokan 4.3.5. Model Lain untuk Isolasi Gangguan dan Pemulihan Pasokan
36 36 36 38 38 38 38 39 39
2
Desember 2009 DAFTAR ISI
Daftar Isi
Halaman
Daftar Isi
2
I.
6
Pendahuluan
II. Profil Jaringan 2.1. Struktur Jaringan Distribusi 2.1.1. Struktur dan Operasi 2.1.2. Gardu Induk Distribusi 2.1.3. Profil Penyulang 2.1.4.Gardu Distribusi 2.1.5. Pembangkit terhubung ke JTM 2.2. Filosofi Proteksi 2.2.1. Sifat Gangguan 2.2.2. Proteksi Hubung singkat 2.2.3. Proteksi Gangguan tanah 2.2.4. Perhitungan Arus gangguan 2.2.5. Skema Penutup balik 2.2.6..Sistem 2.2.6..Sistem VIT 2.3. Transformator Transformator Distribusi dan Pengamanannya 2.3.1. Kategorisasi transformator distribusi 2.3.2. Pengamanan Transformator Transformator Distribusi 2.4. Tingkatan Kendali Jarak jauh 2.4.1. Gardu Induk 2.4.2. Jaringan Tegangan Menenagah
6 6 6 7 7 7 7 7 7 8 8 10 11 12 13 13 16 22 22 23
III. Lokasi Gangguan 3.1. Indikator Gangguan 3.2. Teknik Menghitung Jarak Titik Gangguan 3.2.1. Perhitungan Jarak Titik Gangguan dengan Relai Jarak pada sistem pentanahan yang dikompensasi 3.2.2. Lokasi Titik Gangguan dengan Pengukuran Arus Gangguan 3.2.3. Perhitungan Lokasi Titik Gangguan tanah dengan Sinyal Transient 3.3. Metoda untuk Deteksi Gangguan Tanah 3.3.1. Metoda Deteksi Gangguan Tanah yang terpenting 3.3.2. Metoda Baru 3.4. Operasi-tetap (sustained) Jaringan Dalam Keadaan Gangguan Tanah 3.4.1. JTM Austria 3.4.2. Aplikasi dan Pembatasan Pembatasan 3.4.3. Lokasi Gangguan
23 23 26 26 27 28 30 30 34 34 34 34 35
IV. Sistem Switching Otomatis 4.1. Paused-switching Paused-switching 4.2. Paused-switching Paused-switching dilengkapi signalling 4.3. Metoda Berdasar Integrasi Relai,SCADA Relai,SCADA dan AM/FM/GIS AM/FM/GIS 4.3.1. Pendahuluan 4.3.2. Integrasi Sistem 4.3.3. Teknik Lokasi Titik Gangguan 4.3.4. Isolasi Titik Gangguan dan Pemulihan Pasokan 4.3.5. Model Lain untuk Isolasi Gangguan dan Pemulihan Pasokan
36 36 36 38 38 38 38 39 39
2
iskandar.nungtjik
V. Fungsi Perangkat Lunak pada Operasi Distribusi 5.1. Pendahuluan 5.1.1. Fungsi SCADA dalam Manajemen Gangguan 5.1.2. Kategori Fungsi Utama 5.1.3. Sistem SCADA : Terpusat atau Tersebar 5.2. Sistem SCADA : Database dan Fungsi Dasar 5.2.1. Definisi 5.2.2. Flatform SCADA 5.2.3. Data dan Database 5.2.4. Arsitektur SCADA yang Terbuka (Open) 5.2.5. Fungsi Dasar SCADA 5.3. Fungsi ’Real-time’ ’Real-time’ untuk Manajemen Gangguan 5.3.1. Diagnosis,Pemrosesan Diagnosis,Pemrosesan ’alarm’ dan Analisis Kejadian 5.3.2. Fungsi Lokalisasi Gangguan 5.3.3. Pemulihan Pasokan 5.3.4. Fungsi Manajemen Petugas Lapangan 5.3.5. Analisis Panggilan Gangguan dan Layanan Informasi Pelanggan 5.4. Fungsi Analisis 5.4.1. Fungsi Analitis 5.5. Moda Studi dan Latihan
39 39 39 40 40 41 41 41 41 42 42 43 43 44 44 44 45 46 46 46
VI. Statistik Gangguan 6.1. Indeks Utama Statistik Gangguan 6.2. Statistik Gangguan di Utiliti Eropa
47 47 48
VII. 7.1. 7.2. 7.3.
50 50 52 53
ANALISIS BIAYA – MANFAAT DARI MANAJEMEN GANGGUAN Manfaat dari Fungsi Manajemen Gangguan Pemberatan Jaringan Distribusi untuk Perbaikan Kehandalan Kualitas Pasokan Listrik Sistem Distribusi
VIII. KESIMPULAN
53
iskandar.nungtjik
3
Daftar Gambar 1. Gambar-1. Perhitungan arus hubung singkat metoda sumber tegangan 2. Gambar-2. Kontribusi arus pada titik gangguan di JTM akibat ada DG 3. Gambar-3. Siklus penutupan balik pada ’recloser’ GI sewaktu gangguan permanen 4. Gambar-4. Siklus penutupan penutupan balik pada kombinasi’recloser’GI kombinasi’recloser’GI dan ’recloser’JTM atau ’sectionaliser’ ’sectionaliser’ di JTM sewaktu gangguan permanen 5. Gambar-5. Siklus penutupan balik pada kombinasi’recloser’GI,pemut kombinasi’recloser’GI,pemutus us ’shunt’ dan ’recloser’JTM/’sectionali ’recloser’JTM/’sectionaliser’ ser’ di JTM sewaktu gangguan permanen 6. Gambar-6. Pemakaian Sistem VIT pada beberapa pola operasi jaringan 7. Gambar-7. Pengaruh suhu Hot spot terhadap penuaan trafo sesuai IEC 8. Gambar-8. Pengaruh kawat penghubung arrester pada stress tegangan 9. Gambar-9.Kontribusi Gambar-9.Kontribusi tegangan pada trafo akibat kawat penghubung 10. Gambar-10.Pemasangan Gambar-10.Pemasangan Arrester 11. Gambar-11.Masalah penggabungan pentanahan arrester dengan bodi trafo 12. Gambar-12. Masalah penggabungan terminal-bawah terminal-bawah arrester dengan bodi trafo 13. Gambar-13. Analogi kaitan antara arus hubung singat,arus beban,dan peralatan proteksi 14. Gambar-14. Kurva Through-fault capabilty limit trafo kategori I dan kategori II 15. Gambar-15. Kurva Through-fault capabilty limit trafo kategori II bermacam nilai impedansi 16. Gambar-16. Indikator Gangguan hubung singkat pada JTM 17. Gambar-17. Indikator Gangguan hubung singkat pada JTM 18. Gambar-18. Indikator Gangguan hubung singkat pada SKTM 19. Gambar-19. Indikator Gangguan hubung singkat pada SUTM 20. Gambar-20. Indikator Gangguan hubung singkat pada SUTM 21. Gambar-21. Skema gradasi waktu pada Sistem ’Paused-switching’ ’Paused-switching’ 22. Gambar-22. Skema Manajemen Gangguan pada SKTM 23. Gambar-23. Prinsip Integrasi Relai Proteksi dengan Otomatisasi Otomatisasi Gardu 24. Gambar-24. Overeview Fungsi Utama SCADA 25. Gambar-25. Skema Kualitas Pasokan : keandalan,mutu tegangan dan mutu layanan 26. Gambar-26. Pemberatan Jaringan Distribusi 27. Gambar-i. Menghitung arus hubung singkat di sisi tegangan rendah
Halaman 10 10 11 11 12 13 15 16 17 17 17 18 19 21 22 23 24 25 25 26 36 37 38 40 47 52 57
4
iskandar.nungtjik
Daftar Tabel 1. Tabel-1.Relai Tabel-1.Relai proteksi gangguan tanah dan sistem pentanahan titik netral 2. Tabel-2.Kategorisasi Tabel-2.Kategorisasi trafo terendam minyak 3. Tabel-3.Data Tabel-3.Data Parameter trafo distribusi 4. Tabel-4.Jenis insulasi kawat lilitan trafo 5. Tabel-5.Kelas Tabel-5.Kelas suhu insulasi trafo 6. Tabel-6. Pengaruh suhu terhadap umur trafo 7. Tabel-7. Spesifikasi Arrester menurut Standar IEC 8. Tabel-8. Lama arus gangguan yang boleh mengalir pada trafo 9. Tabel-9. Kapasitas arus kontinyu fuse pada suhu 25°C 10.Tabel-10. Perbandingan akurasi ketiga metoda penentuan titik gangguan tanah 11.Tabel-11. Beberapa Metoda Deteksi Gangguan tanah 12.Tabel-12. Pentanahan titik netral JTM di Austria 13.Tabel-13. Manfaat dari Fungsi Manajemen Gangguan 14.Tabel-14. Biaya akibat pemutusan setiap jenis pelanggan 15.Tabel-15. Rekapitulasi Parameter Jaringan Sistem distribusi
Halaman 10 13 14 14 15 15 16 18 19 30 33 34 51 51 55
5
iskandar.nungtjik
MANAJEMEN GANGGUAN SISTEM DISTRIBUSI Harry Hartoyo; Iskandar N
I.
PENDAHULUAN Penyaluran daya listrik dari pusat pembangkit dan/atau gardu induk di PLN umumnya melalui Jaringan Tegangan Menengah (JTM) secara radial yang beroperasi pada tegangan 20 kV. JTM terdiri dua jenis, yaitu : 1). Saluran Udara Tegangan menengah (SUTM) 2).Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM). Secara statistik,SUTM lebih sering mengalami gangguan daripada SKTM,karena SUTM terhampar di alam secara terbuka.Penyebab gangguan pada SUTM dan SKTM adalah oleh faktor internal maupun faktor eksternal.Penyebab gangguan faktor internal bersifat “controllable”,artinya masih dalam kendali manusia seperti : 1).Disain,struktur dan konstruksi 2).Kualitas komponen 3).Pola dan sistem operasi 4).Peralatan operasi 5).Sistem pemeliharaan berikut peralatannya 6).SDM yang mengoperasikan dan memelihara Penyebab faktor eksternal antara lain : 1).Gangguan petir 2).Vandalisme 3).Dahan dan pohon 4).Penggalian Manajemen Gangguan (Fault Management) JTM meliputi sebagai berikut : 1). Struktur dan konstruksi 2). Sistem pentanahan dan filosofi proteksi 3). Menentukan indikasi dan lokasi titik gangguan 4). Minimalisasi waktu keluar (Outages Management) 5). Statistik gangguan
II.
PROFIL JARINGAN
2.1.
Struktur Jaringan Distribusi Struktur Jaringan Distribusi Tegangan Menengah (JTM) PLN terdiri dari Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) dan Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) yang umumnya bertegangan pengenal 20 kV,meskipun di beberapa daerah masih ada yang bertegangan 12 kV dan 6 kV. Perbedaan pokok yang menjadi Karakteristik JTM,yaitu : 1). JTM Perkotaan,dengan ciri khas pendek dan utamanya SKTM 2). JTM Perdesaan,dengan ciri khas panjang dan utamanya SUTM.
2.1.1. Struktur dan Operasi Struktur JTM Perkotaan umumnya berbentuk jaringan ’mesh’,bahkan di beberapa kota besar berupa jaringan ’spindel’. Ini dimaksudkan untuk kebutuhan manuver ke penyulang lain bila penyulang utama ada gangguan,meskipun pola operasi normal JTM tersebut adalah secara radial. Pada JTM Perdesaan umumnya berbentuk radial dan dioperasikan secara radial pula.
Pemahaman istilah SKTM dan SUTM pada praktiknya mengalami sedikit pergeseran dari definisi bakunya. SKTM adalah JTM dengan penghantar berisolasi XLPE,gas,atau minyak yang umumnya ditanam dalam tanah atau terowongan;sedangkan SUTM adalah JTM dengan penghantar berisolasi udara (konduktor telanjang/bare conductor) yang umumnya dipasang pada tiang atau menara penopang. Sejak beberapa tahun yang lalu telah banyak dipasangkonduktor berisolasi pada tiang jaringan SUTM,yaitu konduktor A3CS/HIC(half insulated conductor dengan isolasi XLPE separuh, yaitu 6 kV) dan A3CS/FIC(full insulated
6
conductor dengan isolasi XLPE penuh,yaitu 12 kV),serta juga MVTIC (medium voltage twisted insulated cable,dengan isolasi XLPE 12 kV). iskandar.nungtjik Pada praktiknya,JTM dengan konduktor A3CS/HIC,A3CS/FIC dan kabel MVTIC sering disebut sebagai SUTM,suatu istilah yang telah menyimpang dari definisi bakunya. 2.1.2. Gardu Induk Distribusi Gardu Induk Distribusi (GI) baik dengan tegangan 150/20 kV maupun 70/20 kV dan 70/12 kV mempunyai 1 sampai 3 buah trafo daya yang berkapasitas mulai dari 10 sampai dengan 60 MVA per unitnya.Jumlah yang optimal adalah 3 buah trafo daya per GI. Setiap trafo daya biasanya terdiri dari 6 sampai 10 buah kubikel penyulang.,namun terbanyak berjumlah 6 buah penyulang untuk setiap trafo. Masing-masing busbar pada kluster kubikel penyulang trafo daya tersebut biasanya terhubung ke kluster kubikel penyulang trafo daya lainnya melalui bus section dan bus riser. Ini berguna untuk manuver jaringan bila ada pemeliharaan maupun gangguan pada salah satu trafo daya tersebut. Banyaknya jumlah kubikel penyulang di satu gardu induk menimbulkan masalah tersendiri dalam hal ROW atau akses untuk menarik kabel keluar,baik berupa kabel opstik untuk terhubung ke SUTM,maupun untuk menarik kabel SKTM ke gardu hubung,gardu distribusi,atau gardu pelanggan besar. 2.1.3. Profil Penyulang Panjang penyulang SKTM biasanya tidak lebih dari 10 km,namun panjang penyulang SUTM bervariasi dari 5 sampai 40 km dan bahkan lebih. Pembebanan penyulang biasanya sebesar 1 sampai 10 MVA tergantung ukuran penampang yang dipakai,namun pada kondisi tertentu bisa lebih besar. Kriteria untuk pembebanan adalah regulasi tegangan + 5 % dan - 10 %,sehingga parameter Momen Beban,yaitu : kVA x km , dapat dipakai untuk hal ini. Konstruksi SUTM yang ada di PLN terdiri atas : 1). 3-fasa 3-kawat (Indonesia umumnya) 2). 3-fasa 4-kawat (Jawa Tengah dan DI Yogyakarta) 3). 2-fasa pencabangan yang terhubung ke ’back bone’ SUTM 3-fasa yang biasanya dipakai pada listrik perdesaan. 2.1.4.Gardu Distribusi Banyaknya jumlah dan kapasitas gardu distribusi per penyulang bervariasi,baik untuk JTM di perkotaan maupun JTM di perdesaan. Satu penyulang JTM perkotaan dapat mempunyai 5 sampai lebih dari 30 lebih gardu dengan kapasitas 160 kVA sampai 1000 kVA per gardu,sedangkan satu penyulang JTM perdesaan dapat mempunyai 5 sampai 10 gardu dengan kapasitas 25 sampai 160 kVA per gardu. 2.1.5. Pembangkit terhubung ke JTM Di beberapa Distribusi /Wilayah saat ini ada pembangkit yang bukan aset milik PLN dengan ukuran daya kecil sampai menengah (puluhan kW sampai 4 MW per unitnya) yang terhubung ke JTM milik PLN,baik karena ada perjanjian jual-beli listrik,maupun pembangkit milik pelanggan yang terhubung tanpa ijin PLN. Pembangkit jenis ini disebut pembangkit tersebar atau sering disebut ’Distributed Generation (DG)’. Adanya DG ini selain berdampak positif, juga berdampak negatif, yaitu akan mempengaruhi pengoperasian dan pemeliharaan jaringan, antara lain: kemampuan hantar arus dari peralatan dan komponennya, kinerja proteksi, keamanan dan keselamatan personal. Belum ada aturan PLN yang spesifik tentang DG yang terhubung ke JTM ataupun JTR. Perusahaan listrik Malaysia,TNB,pada tahun 2005 telah mempunyai aturan yang jelas tentang persyaratan teknis,operasional dan komersial terhadap DG yang tersambung ke jaringan (JTM ataupun JTR) miliknya, sebagaimana tertuang dalam aturan ” Technical Guide Book for the Connection of Generator to the Distribution Network”. 2.2.
Filosofi Proteksi
2.2.1. Sifat Gangguan Sifat gangguan pada JTM terdiri dua,yaitu : 1).Gangguan sementara/’temporary’
7
Gangguan ini akan hilang setelah peralatan pengaman memadamkannya.,misalnya sentuhan dahan pada SUTM iskandar.nungtjik 2).Gangguan menetap/’sustained’ Gangguan ini tetap akan ada meskipun peralatan pengaman memadamkannya,misalnya kerusakan isolasi kabel SKTM Semua gangguan di atas dapat diatasi dengan dua cara,yaitu : 1).Mengurangi penyebab gangguan,yaitu : a).Perencanaan yang baik b).Pemakaian kawat tanah c).Membuat tahanan tiang menjadi sekecil mungkin 2).Mengurangi akibat gangguan,yaitu : a).Memilih sistem proteksi yang baik b).Memilih sistem pentanahan yang sesuai 2.2.2. Proteksi Hubung singkat Gangguan hubung singkat lebih mudah didterksi karena arus gangguan nilainya lebih besar daripada arus beban. Gangguan ini terdiri dua jenis ,yaitu : 1).gangguan hubung singkat. tiga fasa 2).gangguan hubung singkat dua fasa. Relei proteksi yang digunakan adalah OCR (overcurrent relay) jenis waktu tetap (‘definite time’),namun bila pada penyulang JTM tersebut ada juga gardu hubung dan/atau ‘recloser’, maka perlu dipakai OCR jenis tunda waktu (‘time delay’) untuk mengkoordinasikan semua relai tersebut berdasarkan prinsip gradasi waktu (’time grading’). Selain dengan OCR,pengaman gangguan hubung singkat dapat pula dengan menggunakan relai jarak (’distance relay’),yang mempunyai keunggulan dapat menentukan lokasi titik gangguan JTM. 2.2.3. Proteksi Gangguan tanah Gangguan hubung tanah pada JTM lebih sulit dideteksi dibandingkan dengan gangguan hubung singkat.Pada gangguan tanah,nilai arus gangguannya ditentukan juga oleh jenis sistem pentanahan yang dipakai.Sebagai akibatnya,relai proteksi yang dipakai juga berbeda jenisnya, yaitu untuk sistem pentanahan: 1). Tahanan Rendah : GFR (ground fault relay) 2). Langsung/Solid : GFR (ground fault relay) 3). Tahanan Tinggi : DGR (directional ground relay) 4). Mengambang : OVR (over voltage relay) Pentanahan Titik Netral Perkembangan kelistrikan di Jawa pada tahun 1970-an ditandai dengan pembangunan jaringan transmisi dan gardu induk dengan tegangan 150 kV. Pengembangan kelistrikan di daerah DKI Jakarta dan Jawa Barat dibantu oleh Perancis,daerah Jawah Tengah dan DI Yogyakarta dibantu oleh Amerika Serikat,sedangkan daerah Jawa Timur dibantu oleh Jepang. Pentanahan netral JTM 20 kV ada 3 macam,yaitu : 1).Tahanan Rendah, di DKI Jakarta dan Jawa Barat dengan nilai : a).12Ω,1.000 A untuk penyulangnya dominan SKTM b).40Ω,300 A untuk penyulangnya SUTM atau campuran SUTM dan SKTM 2).Tahanan Tinggi, di Jawa Timur dengan nilai 500 Ω,25 A 3). Pentanahan langsung multi grounding, di Jawa Tengah dan DIY.
Pemilihan nilai tahanan rendah dilakukan dengan asumsi bahwa kapasitas pembangkit dan/atau trafo daya yang memasok JTM adalah sebesar 10 MVA, sehingga besar arus per fasa adalah sekitar 300 A. Dalam keadaan gangguan satu fasa ke tanah pada JTM, maka besar arusnya dibatasi tidak boleh lebih dari besar arus per fasa. Dari sini dapat dihitung besar tahanan pentanahan adalah: R n= 20.000 V: 1, 73: 300 A = 40 Ω (dibulatkan). Pada SKTM, besar arus gangguan satu fasa ke tanah dibatasi maksimum 1.000 A, sehingga besar tahanan pentanahan adalah:
8
R n= 20.000 V: 1, 73: 1.000 A = 12 Ω (dibulatkan). . iskandar.nungtjik Pada sistem pentanahan dengan tahanan rendah,arus gangguan bersifat resistif. Perlu perhatian pada sistem distribusi JTM yang dipasok oleh pembangkit berukuran sedang yang ditanahkan dengan tahanan rendah,maka arus gangguan yang bersifat resistif tersebut akan dapat membebani pembangkit. Selain itu, meskipun pemutus tenaga generator telah membuka,maka arus gangguan masih mengalir di stator yang membentuk ’loop’ dengan tahanan pentanahan tersebut yang lamanya sampai 5 detik tergantung T' do (’open circuit time constant’ dari generator). Ini dapat dicegah dengan melengkapi tahanan pentanahan dengan pemutus tenaga yang harus membuka bersamaan dengan pemutus tenaga generator. Pemilihan nilai tahanan tinggi dilakukan dengan asumsi yang sama seperti di atas,dan nilai arus gangguan tanah harus dibatasi maksimum 25A,sehingga nilai tahanan pentanahan adalah: R n= 20.000 V: 1, 73: 25 A = 500 Ω (dibulatkan). Pentanahan tahanan tinggi bertujuan untuk menjaga keselamatan manusia maupun peralatan, namun ketidakseimbangan tegangannya masih dalam batas toleransi operasi peralatan. Pada sistem pentanahan dengan tahanan tinggi,arus gangguan bersifat kapasitif. Relai proteksi JTM yang dipakai menggunakan DGR,sehingga perlu trafo tegangan dua belitan sekunder, yang salah satunya dengan hubungan V (delta terbuka yang dilengkapi resistor) untuk mendapatkan tegangan urutan nol sebagai referensi arah arus urutan nolnya. Pemilihan pentanahan langsung multi grounding pada sistem 3-fasa 4-kawat,yaitu titik netral trafo sisi tegangan menengah ditanahkan secara langsung dan kawat netralnya pada setiap beberapa gawang juga ditanahkan secara langsung,serta digabung/’bonding’ dengan pentanahan titik netralnya. Pada sistem distribusi JTM yang ditanahkan langsung yang dipasok oleh suatu sistem pembangkit, maka AVR generatornya perlu mempunyai ’limiter’tegangan. Pada Sistem JTM yang ’isolated’, yaitu yang terdiri dari pembangkitan yang jaringan distribusinya terpisah dari sistem grid distribusi, yang titik netralnya tidak ditanahkan atau mengambang. Ini berlaku bila arus gangguan tanahnya masih cukup kecil, hanya beberapa ampere saja, sehingga ketidakseimbangan tegangan dan bahaya bagi manusia dan peralatan masih dapat ditoleransi. Apabila kapasitas pembangkitannya bertambah sehingga arus gangguan tanahnya cukup besar dan juga ketidakseimbangannya sudah”mengganggu”, maka titik netralnya harus ditanahkan. Trafo tegangan delta-terbuka tersebut juga diperlukan pada sistem distribusi JTM yang mengambang yang menggunakan relai tegangan-lebih OVR. Pentanahan dengan ‘Peterson Coil’ atau ‘resonant earthing’ (tidak ada di PLN) pada JTM adalah pentanahan titik netral satu trafo atau trafo pentanahan melalui kumparan penekan busur api (‘arc’) ‘Peterson Coil’ dan di ‘tuned’ dengan kapasitansi fasa ke tanah dari JTM pada frekuensi dasar 50 Hz. Biasanya pada SUTM terdapat pula SUTR/SKTR yang berada pada tiang yang sama, sehingga harus dipilih sedemikian rupa cara yang tepat untuk menjamin keselamatan manusia dan peralatan terhadap bahaya besarnya arus yang mengalir dan juga tegangan sentuh pada saat terjadi gangguan. Jenis Relai Proteksi Pemilihan relai proteksi baru dapat ditentukan setelah dipilih sistem pentanahan titik netralnya, lalu dihitung besar arus gangguan pada setiap titik di JTM. Relai proteksi yang dipakai untuk deteksi hubung singkat adalah OCR, namun untuk deteksi gangguan tanah harus disesuaikan dengan sistem pentanahan titik netralnya, seperti terlihat pada Tabel-1ini.
9
iskandar.nungtjik
Jenis Pentanahan Tahanan Rendah Tahanan Tinggi Langsung/Solid Mengambang Peterson Coil
Relai di GI GFR dan recloser relay*) DGR dan recloser relay*) GFR dan recloser relay OVR (overvoltage relay)
NVR (neutral voltage relay)
+)
Relai di JTM Recloser Sectionalizer Recloser Sectionalizer Recloser & Sectionalizer
+)
*) recloser relay dinonaktifkan bila penyulangnya kabel tanah; tidak ada di PLN Tabel-1.Relai proteksi gangguan tanah dan sistem pentanahan titik netral Operasi JTM dalam keadaan gangguan tanah Ada kelebihan pada sistem pentanahan dengan ‘Peterson Coil’, yaitu arus gangguan yang dihasilkan cukup kecil karena dikompensasi oleh kumparan Peterson, sehingga pencarian lokasi titik gangguan dapat dilakukan tanpa perlu dilakukan pemutusan operasi JTM. 2.2.4. Perhitungan Arus gangguan Metoda perhitungan arus gangguan pada JTM dengan mengacu kepada Standar IEC-60909 : 1-4, Tahun 2001,yang berlaku untuk JTM baik dengan maupun tanpa adanya pembangkit tersebar (DG: Distributed Generation) yang tersambung ke JTM tersebut. Di beberapa daerah sudah banyak terpasang DG yang bukan aset milik PLN,namun terhubung ke JTM milik PLN baik karena adanya kontrak jual-beli listrik,maupun milik pelanggan yang sengaja tanpa ijin terhubung ke JTM. Bila DG tersambung ke JTM, maka selain kontribusi arus gangguan yang berasal dari grid JTM juga akan ada kontribusi arus gangguan dari DG tersebut ke titik gangguan,yang akan mempengaruhi selektifitas dan sensitifitas relai proteksi. Perhitungan arus gangguan hubung singkat dan arus gangguan tanah harus dilakukan terlebih dahulu dengan memperhatikan hal berikut ini : 1). JTM dipasok oleh sistem grid besar terdiri dari pusat pembangkit dan transmisi : a).Diperlukan data MVA hubung singkat sistem pada kondisi pembangkitan maksimum, dan data impedansi trafo daya yang memasok JTM yang ditinjau b).Data Impedansi sistem pembangkitan dan trafo DG yang terhubung ke JTM 2). JTM ’isolated’: a).Diperlukan data impedansi sistem pembangkitan dan trafo unitnya b). Data Impedansi sistem pembangkitan dan trafo DG yang terhubung ke JTM Contoh perhitungan arus hubung singkat yang mengacu kepada Standar IEC-60909 : 1-4, Tahun 2001 seperti pada Gambar-1 dan Gambar-2 di bawah ini.
(a)
(b)
Gambar-1. Perhitungan arus hubung singkat metoda sumber tegangan (a). Diagram kutub tunggal (b). Rangkaian pengganti
10
(a)
(b)
Gambar-2. Kontribusi arus pada titik gangguan di JTM akibat ada DG : (a). Kontribusi dari Grid JTM (b). Kontribusi dari DG iskandar.nungtjik
2.2.5. Skema Penutup balik Filosofi penutup balik Untuk memutus JTM dari gangguan hubung singkat dan gangguan tanah sementara/ temporer, maka perlu skema penutup balik yang akan menutup kembali sesaat setelah gangguan tersebut dihilangkan, sehingga pemutusan pasokan tidak berlangsung lama. Kombinasi skema sistem penutup balik terdapat pada: 1).Penyulang di kubikel gardu induk,yang berupa relai penutup balik (’reclosing relay’) 2).Penyulang di kubikel gardu induk dan alat pemutus di SUTM, berupa: a). pemutus tenaga yang dilengkapi relai penutup balik (’recloser’ JTM) b). pemutus beban yang dilengkapi relai penutup balik (’sectionaliser’) 3).Penyulang di kubikel gardu induk,pemutus tenaga masing-masing fasa ke tanah dan ’recloser’ atau ’sectionaliser’. ‘Recloser’ di kubikel (penyulang) GI
Gambar-3. Siklus penutupan balik pada ’recloser’ GI sewaktu gangguan permanen Pada Gambar-3 ditunjukkan bila ada gangguan hubung singkat atau gangguan tanah di penyulang,maka ’recloser’ GI akan membuka.Setelah gangguan hilang,maka ’recloser’ GI akan menutup kembali. Biasanya ada 2 siklus,yaitu : 1).Siklus cepat : Setelah membuka selama 0,3-1 detik,maka ’recloser’ akan menutup lagi. 2).Siklus lambat : Bila masih ada gangguan,maka ’recloser’ membuka kembali dan menunggu 20 detik sampai 3 menit untuk menutup kembali. Kombinasi ‘recloser’ GI dan ‘recloser’ atau ‘sectionaliser’ di JTM
Gambar-4. Siklus penutupan balik pada kombinasi’recloser’GI dan ’recloser’JTM atau ’sectionaliser’ di JTM sewaktu gangguan permanen
11
Kombinasi ‘recloser’ GI dan ‘sectionaliser’ ‘Sectionaliser’ akan membuka dengan dua kondisi,yaitu gangguan di luar ‘sectionaliser’,dan setelah ‘recloser’ GI membuka sebanyak 2 kali (‘sectionaliser’ membuka selama Siklus lambat dari ‘recloser’GI).‘Recloser’ GI dapat mempunyai Siklus-lambat kedua.‘Sectionaliser’ dapat mengurangi bagian dari JTM yang padam dalam hal terjadi gangguan permanent. Kombinasi ‘recloser’ GI dan ‘recloser’ JTM Prinsip kerja ‘recloser’ JTM sama seperti ‘reclosure’ GI yang mempunyai Siklus cepat dan Siklus lambat. Kelebihannya dibandingkan ‘sectionaliser’ adalah kerjanya lebih cepat karena tidak perlu menunggu bekerjanya Siklus lambat dari ‘recloser’ GI. iskandar.nungtjik
Jadi perlu dilakukan koordinasi antar ’recloser’ GI,’recloser’ JTM dan ’sectionaliser’. Kadang-kadang pada JTM ada beberapa ’sectionaliser’,sehingga ’sectionaliser’ baru boleh membuka setelah ’recloser’ GI membuka pada Siklus-lambat kedua,seperti pada Gambar-4. Kombinasi ‘recloser’ GI, pemutus ‘shunt’ dan ‘recloser’ JTM/‘sectionaliser’
Gambar-5. Siklus penutupan balik pada kombinasi’recloser’GI,pemutus ’shunt’ dan ’recloser’JTM/’sectionaliser’ di JTM sewaktu gangguan permanen Pada JTM dengan pentanahan tahanan tinggi atau mengambang,juga dapat digunakan kombinasi seperti pada Gambar-5 di atas. Pemutus ’shunt’ adalah pemutus masing-masing fasa ke tanah, yang pada kondisi normal dalam kondisi terbuka. Bila ada gangguan tanah, maka pemutus pada fasa yang terganggu akan menutup sehingga pada gangguan temporer tidak perlu membuka ’recloser’GI. Koordinasi dilakukan dengan cara pemutus ’shunt’ memberi tahu kepada ’recloser’GI kalau ada gangguan tanah,sehingga ia menutup dan ’recloser’GI tidak membuka. Prinsip kerja ‘recloser’ adalah dengan ‘sensing’ arus gangguan, sedangkan pada ‘sectionaliser’ dengan ’sensing’ tegangan. Jadi jelas terlihat,bahwa ’reclosure’ lebih tepat dipakai pada SUTM dengan pentanahan langsung atau SUTM dengan tahanan pentanahan rendah;sedangkan ’sectionaliser’ lebih tepat dipakai pada SUTM yang tidak ditanahkan/ mengambang,atau SUTM dengan tahanan pentanahan tinggi. 2.2.6..Sistem VIT Sistem ini berfungsi sebagai pengaman dan sekaligus untuk pemulihan JTM tanpa menggunakan sistem komunikasi,yang bekerja berdasarkan koordinasi antara elemen : teganagn (V),arus (I),dan waktu (T). Manfaat sistem ini antara lain : dapat mengkoordinasikan banyak switch,meminimalisasikan daerah padam,dapat beroperasi pada jaringan loop, radial, atau gabungan keduanya,bekerja secara otomatis,serta meningkatkan keandalan JTM. Adapun komponen sistem ini terdiri dari VIT-recloser dan VIT-LBS.
a).Pada Jaringan Radial
12
a)
iskandar.nungtjik
b).Pada Jaringan Loop
b) c).Pada Jaringan Radial dan Loop
c) Gambar-6. Pemakaian Sistem VIT pada beberapa pola operasi jaringan
2.3. Transformator distribusi dan pengamanannya 2.3.1. Kategorisasi transformator distribusi Trafo terendam minyak (oil immersed) dapat dibagi menjadi empat kategori seperti Tabel-2 di bawah ini.
13
Tabel-2.Kategorisasi trafo terendam minyak Trafo distribusi biasanya berkapasitas mulai dari 25 kVA (fasa tunggal) sampai 630 kVA (fasa tiga),sehingga masuk dalam kategori Idan II;sedangkan trafo daya di gardu induk masuk dalam kategori III dan IV.Beberapa hal yang utama dari transformator (distribusi) adalah impedansi dan kenaikan suhu terkait dengan pembebanan dan suhu keliling (ambient).
iskandar.nungtjik
1. Impedansi Pemilihan besar nilai impedansi adalah kompromi (trade off) antara besar arus hubung singkat yang diijinkan terhadap besar susut (tembaga) trafo. Impedansi trafo seperti pada Tabel-3 berikut ini :
Tabel-3.Data Parameter trafo distribusi Umumnya trafo pada Tabel-3 di atas adalah trafo 3-fasa,kecuali yang berkapasitas 25 dan 50 kVA.Pada unit Distribusi/Wilayah tertentu ada yang memakai trafo 1000 kVA dengan impedansi sebesar 5 %. Arus hubung singkat akan mengalir di dalam trafo,disebut sebagai ”through-fault current”. Arus ini berdampak pada stress gaya mekanis terhadap ikatan belitan dan juga inti trafo yang akan melemahkan integritas trafo sehingga harus dibatasi. Stress gaya mekanis tersebut sebanding dengan kuadrat dari arus gangguan sisi primer. Pada Lampiran-1 ditampilkan besar arus gangguan hubung singkat di terminal sekunder trafo yang berpengaruh pada penentuan impedansi dan juga pemilihan rating kapasitas pemutusan pada Fuse dan MCB. 2. Suhu keliling,Kenaikan suhu, dan Kelas suhu insulasi Lilitan pada belitan trafo biasanya diisolasi seperti Tabel -4 berikut.
14
Tabel-4.Jenis insulasi kawat lilitan trafo iskandar.nungtjik
Ada beberapa istilah terkait dengan suhu trafo yang perlu diperhatikan,antara lain : 1).Suhu keliling (ambient temperature) Suhu sekeliling adalah suhu pada lokasi pengoperasian trafo. Menurut Standar IEC-354 tahun 1991,edisi kedua :”Loading guide for oil-immersed power transformer”,suhu ambient adalah 20 °C,sedangkan menurut Standar IEEE C 57.100-1999 : ”IEEE Standard test procedure for thermal evaluation of liquid-immersed distribution and power transformer”, suhu ambient adalah 30 °C. 2).Kenaikan suhu (temperature rise) Kenaikan suhu adalah perbedaan antara suhu rata-rata belitan terhadap suhu keliling. 3).Hot spot Hot spot adalah nilai yang diperbolehkan untuk perbedaan antara suhu tertinggi dalam belitan trafo terhadap suhu rata-rata belitannya. 4).Kelas suhu insulasi (insulation class) Kelas suhu adalah rating dari sistem insulasi trafo yang ditentukan oleh jumlah dari suhu ambient,kenaikan suhu,dan hot spot. 5).Efek ketinggian Trafo dapat dioperasikan pada rating nominalnya hingga ketinggian 1000 meter di atas permukaan laut (dpl).Bila dioperasikan lebih tinggi dari 1000 meter dpl,maka kapasitasnya menurun sebesar 0,3 % untuk setiap tambahan ketinggian 9 meter. Pada Tabel-5 berikut ditunjukkan hubungan suhu ambient,temperature rise,hot spot dan kelas suhu insulasi trafo. Suhu ambient (°C ) 40 40 40 40
Kenaikan suhu rata-rata (°C )
Hot spot (°C )
55 80 100 120
10 10 15 20
Kelas Suhu (°C ) 105 (A) 130 (B) 155 (F) 180 (H)
15
Tabel-5.Kelas suhu insulasi trafo Trafo didisain untuk beroperasi selama 180.000 jam (20,55 tahun),menurut Standar IEEE), atau hampir 30 tahun (menurut Standar IEC) dengan kondisi tertentu seperti pada Tabel-6 berikut.
Tabel-6. Pengaruh suhu terhadap umur trafo Umur trafo ditentukan oleh kenaikan suhu secara kumulatif akibat pembebanan berlebih (overload dan dampak harmonisa),suhu ambient di atas standar,dan suhu hot spot. Menurut Standar IEC,setiap kenaikan suhu hot spot sebesar 6 °C akan berakibat laju penuaan berlipat dua,seperti pada Gambar-7 berikut.
Gambar-7. Pengaruh suhu Hot spot terhadap penuaan trafo sesuai IEC iskandar.nungtjik 2.3.2. Pengamanan Transformator Distribusi Gangguan trafo bisa berasal dari dalam berupa hubung singkat antar lilitan,menurunnya kekuatan isolasi minyak akibat adanya void (gelembung udara),kadar air akibat lembab,dan gas yang terlarut. Pengamanan terhadap gangguan internal tersebut harus dihindari dengan melakukan pemeriksaan dan pemeliharaan rutin. Adapun gangguan luar adalah terhadap pembebanan-lebih (overload dan dampak harmonis),gangguan hubung singkat (arus throughfault),dan gangguan sambaran arus petir. Trafo harus dilindungi dari pengaruh luar,antara lain: sambaran petir dengan menggunakan arrester,dan pengaman lebur (fuse) baik sisi tegangan menengah maupun sisi tegangan rendahnya dari gangguan hubung singkat. 1.Arrester Arrester dipasang untuk mengamankan trafo dari gangguan sambaran petir. Spesifikasi Perlu perhatian yang seksama dalam pemilihan spesifikasi arrester dan juga cara pemasangannnya. Spesifikasi arrester antara lain : 1).BIL (basic insulation level ) : 140 kV peak 2).Power frequency overvoltage (untuk surja hubung),1 menit : 68 kV rms 3).Uc (continuous overvoltage,Standar IEC) : 4).Arus pelepasan pengenal : 5 dan 10 kA 5).Level hubung singkat : 20 kA,1 detik Sistem Tegangan, kV
Unom ph-ph
22,0
Umax ph-ph
24,0
Rating Uc, kV
Umax ph-tanah
13,9
Solid Multigrounded 16,8-24
Resistor 12;40 Ω 24
Mengambang
24
16
Tabel-7.Spesifikasi Arrester menurut Standar IEC Uc adalah tegangan maksimum (rms) pada frekuensi sistem yang diperbolehkan terjadi antar terminal arrester. Nilai Uc yang aman adalah sebesar nilai tegangan maksimum antar fasa,kecuali untuk sistem multigrounded. Pemasangan Cara pemasangan arrester berpengaruh terhadap stres tegangan yang dialami isolasi trafo. Selain itu,pentanahan arrester berpengaruh pada besarnya kenaikan tegangan titik netral dan besarnya tegangan langkah,seperti ditunjukkan pada Gambar-8 berikut ini.
Gambar-8. Pengaruh kawat penghubung arrester pada stress tegangan Pada Gambar-7 terlihat,bahwa ada pengaruh kawat penghubung arrester terhadap besarnya stress tegangan yang dialami oleh transformator,yang besarnya seperti ditunjukkan pada Gambar-9 di bawah ini,yaitu : dan Vtrafo = VL1 + Varr + VL2 VL = k.l.L di/dt iskandar.nungtjik
Bentuk arus petir adalah pulsa dengan frekuensi tinggi,sehingga nilai yang dominan adalah pada suatu impedansi adalah induktansi (L) dan bukan resistansi (R) nya.
Ambil :
L = 1 µH/m; l = 1 m; di/dt = 31 kA/2,5 µdetik ; k=2, maka : VL = 24,8 kV Jika Varr = 66 kV,maka trafo akan mengalamai stress tegangan Vtrafo = 90 kV
Gambar-9.Kontribusi tegangan pada trafo akibat kawat penghubung
17
Pemasangan arrester yang baik adalah dengan meminimalisikan dampak kawat penghubung tersebut,seperti pada Gambar-10 berikut ini.
(a)
(b)
(c) (d) Gambar-10.Pemasangan Arrester
(e)
(f)
Pemasangan seperti pada Gambar-10 (f) tidak ada pengaruh tambahan stress tegangan dari kawat penghubung. Pemasangan pada Gambar-10 (a) s/d Gambar-10 (d) pada trafo 1-fasa ada masalah naiknya tegangan bodi trafo yang akan menyebabkan flashover pada bushing TR,sebagaimana pada Gambar-11 di bawah ini. Bodi trafo akan mengalami kenaikan tegangan sebesar 50 kV, sedangkan ketahanan tegangan pada belitan sekunder trafo hanya 30 kV,sehingga akan terjadi breakdown antara bodi trafo dengan bushing TR. Trafo harus dilengkapi dengan TVC (transient voltage clamper) untuk mengatasi hal ini. Pemasangan pada Gambar-10 (e) ada masalah besarnya gradient tegangan antara titik tempat arrester ditanahkan dan titik tempat bodi trafo ditanahkan berupa tegangan langkah yang besar sekali.
Gambar-11.Masalah penggabungan pentanahan arrester dengan bodi trafo iskandar.nungtjik Adakalanya terminal-bawah arrester digabung/bonding dengan bodi trafo ( Gambar-10 (a) s/d (d) digabung dengan Gambar-10 (e) ), dalam hal ini tidak hanya tegangan langkah yang besar,namun juga mengalir arus yang cukup besar seperti terlihat pada Gambar-12 berikut ini.
Gambar-12. Masalah penggabungan terminal-bawah arrester dengan bodi trafo 2.Fuse Tegangan Menengah Sesuai Standar IEEE C 57.100-1999,maka pengoperasian trafo harus memperhatikan batas operasional yang diperbolehkan yang disebut dengan batas kemampuan trafo (capability
18
limit) yang meliputi : efek thermal akibat pembebanan-lebih (overload dan harmonisa),dan efek mekanis akibat arus gangguan (through-fault). Efek tersebut bersifat kumulatif yang harus dimonitor sepanjang umur pakai trafo tersebut. Trafo distribusi harus dilindungi dari gangguan hubung singkat yang terjadi di luar trafo,yaitu dengan membatasi besar arus gangguan tersebut dengan memilih nilai impedansi seperti pada Tabel-2 di atas. Lama arus gangguan yang besarnya hanya dibatasi oleh impedansi trafo yang diperbolehkan mengalir tanpa menimbulkan kerusakan adalah 2 detik,seperti pada Tabel-8.
Tabel-8.Lama arus gangguan yang boleh mengalir pada trafo Selain arus gangguan hubung singkat,maka arus magnetisasi (inrush) yang terjadi pada saat energisasi pertama kali (cold load inrush curent) trafo tidak boleh mengakibatkan bekerjanya peralatan proteksi trafo. Peralatan proteksi yang lajim digunakan untuk trafo < 1 MVA adalah fuse. Pemilihan rating fuse adalah di atas nilai arus maksimum beban trafo sewaktu terjadi pembebanan-lebih (overload dan dampak harmonisa),selain itu juga harus bisa tahan terhadap arus magnetisasi (inrush). Analogi kaitan antara arus hubung singkat,arus beban,dan peralatan proteksi seperti berikut.
a). Keadaan operasi normal iskandar.nungtjik
b). Keadaan peralatan proteksi yang tidak sesuai dengan besarnya arus gangguan
c). Keadaan peralatan proteksi yang sesuai dengan besarnya arus gangguan
19
Gambar-13. Analogi kaitan antara arus hubung singat,arus beban,dan peralatan proteksi Spesifikasi fuse Dalam memilih fuse ada tiga rating peralatan yang harus diperhatikan,yaitu : 1).Rating Tegangan Rating tegangan harus sama atau lebih besar daripada rating tegangan sistem jaringan,karena menyangkut aspek kemampuan fuse untuk memutus jaringan sewaktu terjadi gangguan. Fuse harus mampu menekan dan memadamkan busur api (arc) yang terjadi pada waktu membuka jaringan sewaktu terjadi hubung singkat. 2).Rating Arus Rating arus haruslah tidak melebihi rating arus dari trafo. Sangat dianjurkan untuk menghindari pembebanan berlebih (overload) trafo,karena akan menimbulkan kenaikan suhu yang berakibat mengurangi umur pakai trafo. 3).Rating Pemutusan Rating pemutusan (interruption) adalah besar arus tertinggi pada rating tegangan ,yang dapat diputus oleh fuse sesuai kondisi standar uji. Fuse harus mampu menahan energi perusak dari arus hubung singkat. Bila arus hubung singkat melebihi rating pemutusan fuse, maka fuse akan rusak (rupture). Pemilihan fuse 1).Fusing Ratio Pemilihan fuse untuk pengaman trafo harus memperhatikan antara lain,karakteristik trafo yang meliputi arus beban penuh,batas kemampuan trafo ( capabilty limit ),dan besar inrush. Salah satu yang penting adalah Fusing Ratio (FR),yaitu rasio antara kapasitas-bawa arus fuse terhadap arus beban penuh trafo. Nilai FR biasanya terdapat dalam: a).manual pembuat fuse,atau b).berdasar kepada arus leleh minimum pada 300 detik dari kurva karakteritik aruswaktu yang dikeluarkan oleh pembuat fuse. Sebagai contoh spesifikasi fuse seperti pada Tabel-9 berikut.
Tabel-9.Kapasitas arus kontinyu fuse pada suhu 25°C iskandar.nungtjik
Sebagai contoh trafo 315 kVA,20 kV dengan fuse 10 A K-tin fuse link,maka : Arus beban penuh trafo = 315 kVA/(1,73x20 kV) = 9,1 A. Kapasitas-bawa arus fuse,menurut : a). 10 K-link =1,5 x10 =15 A b). 10 K –link min.Melting current pada 300 detik =21 A, maka : a).FR = 15/10 = 1,5 b).FR = 21/10 = 2,1 Manfaat Fr adalah indikasi bagaimana perlindungan terhadap trafo tersebut. Nilai FR yang tinggi akan mengakibatkan : a).banyak trafo gagal pada saat berbeban lebih b).naiknya kemungkinan pembebanan lebih c).Naiknya kontinyuitas pelayanan d).sedikit fuse yang rusak akibat petir e).sedikit fuse rusak akibat inrush f).sedikit biaya pembelian fuse Nilai FR yang rendah akan mengakibatkan : a).sedikit trafo gagal pada saat berbeban lebih b).turunnya kemungkinan pembebanan lebih
20
c).Naiknya kontinyuitas pelayanan d).banyak fuse yang rusak akibat petir e).banyak fuse rusak akibat inrush f).banyak biaya pembelian fuse 2).Through-fault capabilty limit Kurva kemampuan trafo sangat menentukan dalam pemilihan fuse. Untuk trafo kategori I, maka diambil besar arus maksimum adalah sebesar arus hubung singkat tiga fasa sesuai nilai impedansi trafo dalam per unit (pu),sedangkan untuk trafo kategori II,diambil nilai arus maksimum sebesar 70 % arus hubung singkat tiga fasa. Trafo kategori I 2 Kurva Through-fault capabilty limit adalah : I .t =1250. Nilai ini didapat dari : Impedansi trafo = 4 % =0,04,maka Arus hubung singkat = 1/0,04 pu =25 pu. Lama waktu arus mengalir =2 detik. Kurva Through-fault capabilty limit seperti pada Gambar-14 a),b),dan c) .berikut.
a). Kurva Through-fault capabilty limit trafo kategori I
iskandar.nungtjik
b). Kurva Through-fault capabilty limit trafo kategori II tanpa sering terjadi hubung singkat Trafo kategori II
21
Kurva Through-fault capabilty limit trafo kategori II tanpa sering terjadi hubung singkat ditunjukkan pada Gambar-14 b) di atas. Bila frekuensi gangguan hubung singkat trafo kategori II lebih dari sepuluh kali selama operasinya,maka nilai arus maksimum diambil sebesar 70 % dari arus hubung singkat, sehingga : 2 2 I = 1/0,07 = 14,29 pu dan I .t = (14,29) .2 = 408, seperti ditunjukkan pada bagian bawah dari kurva pada Gambar-14 c) berikut.
c). Kurva Through-fault capabilty limit trafo kategori II yang sering terjadi hubung singkat Gambar-14. Kurva Through-fault capabilty limit trafo kategori I dan kategori II Kurva pengaman fuse harus sedemikan sehingga terletak di atas kurva inrush,namun berada di bawah kurva through-fault capabilty limit trafo,sehingga fuse tidak akan bekerja sewaktu trafo dimasukkan dalam keadaan kosong sebelumnya (cold curve),namun akan bekerja bila terjadi gangguan hubung singkat. Pada Gambar-15 di bawah ini ditunjukkan Kurva Through-fault capabilty limit trafo kategori II untuk bermacam nilai impedansi bila terjadi gangguan lebih dari 10 kali (gambar kiri),dan bila tidak sering terjadi gangguan hubung singkat (gambar kanan). iskandar.nungtjik
Gambar-15. Kurva Through-fault capabilty limit trafo kategori II bermacam nilai impedansi
22
3.Fuse Tegangan Rendah Fuse tegangan rendah berfungsi untuk mengamankan saluran tegangan rendah,baik berupa hantaran berisolasi maupun hantaran udara, terhadap gangguan hubung singkat. Nilai rating arus fuse dipilih tidak melebihi besar kapasitas hantaran arus (ampacity) dari konduktor saluran tegangan rendah 2.4. Tingkatan Kendali Jarak jauh 2.4.1. Gardu Induk Biasanya pada gardu induk (GI) terdapat kendali jarak jauh yang berupa sinyal jarak jauh/ ’remote signal’ (untuk data status dan kejadian/’event’).dan pengukuran jarak jauh/’remote measurement’. Sinyal jarak jauh Digunakan untuk status posisi peralatan pemutus,yaitu: pemutus tenaga,’recloser’,LBS, ’sectionaliser’,deteksi gangguan dan operasi relai. Juga adanya kejadian,operasi ‘recloser’, LBS dan ‘sectionaliser’,serta jenis gangguan JTm dikirim sebagai sinyal jarak jauh ke Pusat Pengatur Distribusi /’Distribution Control Centre’ (DCC). Sinyal-sinyal yang dikirim ke DCC ini dalam bentuk gugusan ’event’ yang dapat dibaca oleh operator dengan bantuan perangkat lunak pemroses ’alarm’. Pengukuran jarak jauh Pengukuran jarak jauh dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut : 1).Pengumpulan (polling) secara siklus 2).Pengumpulan atas permintaan 3).Nilai setting (’threshold’) indikator tertentu dipenuhi Terdapat banyak ragam jenis dan frekuensi pengumpulan pengukuran jarak jauh yang dikirim ke DCC.Pengukuran yang banyak dijumpai adalah sebagai berikut : 1). Besaran arus penyulang 2). Tegang busbar tegangan menengah 3). Tegang busbar tegangan menengah 4). Daya aktif sisi tegangan tegangan tinggi,tegangan menengah,atau keduanya 5). Daya reaktif di sisi tegangan tinggi,tegangan menengah,atau keduanya 6). Besaran yang berhubungan dengan sistem resonansi 7). Perhitungan untuk proses tagihan (’billing’) 8). Posisi pengubah sadapan (’tap changer’) trafo 9). Suhu trafo 10).Arus gangguan iskandar.nungtjik
Besaran arus gangguan sangat berguna dalam kaitan dengan Manajemen Gangguan,karena dapat digunakan untuk perhitungan letak titik gangguan. terkadang ”jarak listrik” (’electric distance’) dihitung secara lokal dan dikirim ke DCC. Pada sistem DMS (Distribution and Data Management System) diperlukan rekaman pola arus setelah gangguan yang sangat berguna untuk perhitungan lokasi titik gangguan. Pada relai digital,rekaman pola arus setelah gangguan dapat kita peroleh karena sudah menjadi standar. Namun kebanyakan relai proteksi hanya memiliki pita frekuensi antara 600 Hz- 2 kHz saja yang tidak cukup untuk analisis pola arus tersebut,karena untuk menganalisisi arus gangguan tanah saja diperlukan frekuensi di atas 10 kHz. 2.4.2. Jaringan Tegangan Menenagah Pada JTM ada beberapa parameter yang perlu dilakukan kendali jarak jauh yaitu : 1).Kendali jarak jauh untuk alat pemutus Beberapa alat pemutus di JTM dikendalikan jarak jauh yang jumlahnya sampai empat buah per penyulangnya. 2).Kendali jarak jauh untuk detektor gangguan Biasanya pemasangannya digabung dengan kendali jarak jauh untuk alat pemutus.
23
3).Kendali jarak jauh untuk DG DG yang terhubung ke JTM perlu dimonitor besarannya antara lain : daya aktif,daya reaktif,tegangan,arus,dan status alat pemutus. 4). Kendali jarak jauh untuk mutu listrik Monitor mutu litrik dapat dilakukan dan dihubungkan dengan sistem Scada. Manajemen Gangguan yang merupakan bagian dari DMS perlu memperhatikan hal di atas.
III.
3.1.
LOKASI GANGGUAN Mencari titik lokasi gangguan adalah aspek penting yang meliputi antara lain : alat indikator gangguan,perhitungan lokasi titik gangguan,dan metoda untuk deteksi titik gangguan khususnya pada sistem pentanahan tahanan tinggi yang juga berkaitan dengan operasi JTM dalam keadaan gangguan tanah. Indikator Gangguan Indikator gangguan ini dipakai pada JTM baik yang strukturnya radial ataupun ’ring’ terbuka. Alat ini dapat dipasang pada hantaran konduktor,kabel maupun busbar.
Gambar-16. Indikator Gangguan hubung singkat pada JTM Indikator pada Gambar-15 di atas bekerja dengan prinsip arus yang mengalir pada konduktor akan menghasilkan medan magnetik yang akan memicu sensornya untuk bekerja pada nilai ambang /’threshold’ tertentu. Kuat medan magnetik akibat arus gangguan jauh lebih besar dibandingkan dengan kuat medan megnetik akibat arus beban. Sinyal yang dihasilkan dapat berupa sinyal optik ataupun sinyal elektronik yang akan memberi tanda arah arus gangguan dari sumber ke lokasi titik gangguan dengan mentripkan indikator tersebut. iskandar.nungtjik
Indikator Gangguan hubung singkat
Indikator Gangguan hubung singkat jenis rotor Kerangka dasar indikator gangguan ini,lihat Gambar-17 (a),terdiri dari :’yoke’ dan sistem tampilan/’display’. Tampilan dapat berupa mekanikal,yaitu rotor penyangga untuk indikasi lokal,dan kontak-mikro untuk sinyal jarak jauh. Tampilan elektronik dapat pula digunakan baik untuk indikasi lokal maupun untuk sinyal jarak jauh.
24
(a).Medan magnetik pada konduktor (b). Partikel didorong oleh medan magnetik Gambar-17. Indikator Gangguan hubung singkat pada JTM Indikator Gangguan jenis fluida Pada indikator jenis fluida tidak ada bagian yang bergerak. Dalam keadaan gangguan,maka medan magnetik akan menarik partikel-partikel dalam silinder gelas. Partikel -partikel yang tertarik tersebut akan tetap berada dalam fluida selama 4-8 jam yang mengindikasikan adanya gangguan. Akibat adanya gaya gravitasi,maka partikel akanturun kembali dan tampilan dalam posisi reset kembali. Indikator Gangguan jenis elektronik dengan sinyal kendali jarak jauh Bila indikator gangguan yang dalam pemasangannya sulit untuk mengetahui output tampilannya,maka dapat dipakai indikator yang ada fasilitas dengan sinyal kendali jarak jauh. Indikator ini trediri dari tiga sensor,perlengkapan pengawatan,dan tampilan. Sensor tersebut dipasang pada kabel berisolasi dan mengirim besaran ukur ke tampilan. Untuk pemakaian pada konduktor atau busbar,maka pada bagian pengawatan harus mempunyai ’optocoupler’ atau kabel serat optik yang berisolasi. Tampilan indikator ini dipasang pada lokasi yang mudah diakses,misalnya pada bagian depan panel. Indikator Gangguan jenis mekanikal Indikator jenis ini dipasang pada SUTM. Indikasi adanya gangguan dilakukan dengan cara berputarnya posisi indikator bendera yang berbentuk silinder dari netral ke merah. Indikator ini harus direset secara manual dengan tuas reset. Indikator ini dapat dipasang dan dilepas dalam keadaan bertegangan dengan memakai alat khusus. Indikator Gangguan jenis elektronik dengan LED atau lampu strobo Indikator ini dilengkapi dengan LED yang bekerja bila ada gangguan hubung singkat.Dapat direset secara otomatis setelah setting waktu terlewati.Indikator akan reset kembali bila JTM normal kembali dan arus mengalir lebih dari 3 A. Indikator ini memerlukan catu daya batere yang tahan sampai 15 tahun. Indikator ini dapat dipasang dan dilepas dalam keadaan bertegangan,maksimum 30 kV,dengan memakai alat khusus. iskandar.nungtjik Kombinasi Indikator Gangguan hubung singkat dan Gangguan tanah
Indikator Gangguan untuk SKTM Indikator gangguan yang dipakai pada SKTM seperti pada Gambar-18 dapat kekerja baik pada gangguan hubung singkat,maupun pada gangguan tanah. Ada dua sensor ,yaitu sensor untuk gangguan hubung singkat,dan sensor untuk gangguan tanah. Sensor untuk gangguan hubung singkat dari jenis kumparan kecil yang akan menyalakan LED. Intensitas cahaya bervariasi terhadap besarnya medan magnetik yang dihasilkan oleh arus gangguan tersebut. Cahaya tersebut selanjutnya dipancarkan ke unit deteksi melalui kabel serat optik dan nilainya dibandingkan dengan nilai ambang yang disettingkan. Sensor untuk gangguan tanah terdiri
25
dari jenis trafo arus penjumlah yang dibentuk dari lilitan lempengan baja pada setiap fasa. Sensor ini dihubungkan dengan unit deteksi melalui kabel serat optik. Pembacaan jarak jauh dari indikator gangguan akan mempercepat mencari lokasi titik gangguan dan memperpendek waktu keluar terutama pada JTM di perkotaan, yang bila menggunakan saklar pemutus dengan kendali jarak jauh akan sangat mahal. Pemakaian indikator gangguan pada JTM sangat diperlukan,dan bila dipakai untuk kebutuhan ’Distribution Automation System’ (DAS) hanya memerlukan prasarana telekomunikasi saja.
Gambar-18. Indikator Gangguan hubung singkat pada SKTM Indikator Gangguan untuk SUTM Indikator gangguan yang dipakai pada SUTM seperti pada Gambar-19 dapat kekerja baik pada gangguan hubung singkat,maupun pada gangguan tanah. Bekerja berdasarkan kumparan yang
Gambar-19. Indikator Gangguan hubung singkat pada SUTM mengukur medan magnetik dan juga antena yang mendetksi medan listrik. Tidak ada kontak dengan bagian yang bertegangan dari SUTM,karena dipasang pada jarak 3-5 meter di bawah konduktor SUTM. Sensitifitas alat ini diatur dengan mengatur jaraknya terhadap konduktor. Deteksi gangguan tanah dengan mengukur medan magnet yang dihasilkan oleh arus urutan nol dari SUTM tersebut.Salah satu masalah keterbatasan indikator gangguan di atas adalah tidak dapat dipasang pada percabangan jaringan,karena interferensi medan magnet yang dihasilkan jaringan tersebut. Bila dipasang bersama dengan ’sectionaliser’,maka indikator gangguan diletakkan pada tiang berikutnya dan lalu ditarik kabel ke gardu. Ini akan berakibat tambahan biaya. Masalah ini tidak akan timbul bila indikator gangguan tersebut berdasarkan pengukuran arus secara langsung. Dalam hal ini digunakan trafo arus ukuran kecil yang iskandar.nungtjik dipasang pada bagian atas isolator. Indikator gangguan iniberupa relai kecil yang dapat distel dari jarak jauh. Baik arus gangguan maupun arus dalam kondisi normal juga dapat direkam. Keterbatasan Indikator Gangguan Keterbatasan Indikator gangguan yang ada saat ini adalah kurangnya fungsi arah.Ini menjadi hal yang sangat penting dalam hal gangguan tanah pada sistem dengan tahanan yang dikompensasi,yaitu ’Peterson Coil’. Juga dalam hal ada DG yang terhubung ke JTM. Karakteristik arah juga diperlukan dalam hal gangguan dua-fasa ataupun tiga-fasa. Kekurangan lain dari indikator gangguan berarah adalah pengukuran tegangan. Dengan menggunakan pembagi tegangan resistif,kapasitif ataupun induktif akan lebih murah daripada menggunakan trafo penurun tegangan. Sejak tahun 2008,sebuah perusahaan utility/distribusi
26
listrik Denmark telah menemukan suatu alat sensor gangguan hubung singkat dan/atau gangguan tanah dengan ukuran hanya 50 mm dengan kemampuan 0 - 20.000 A yang dapat dipasang pada SUTM,SKTM untuk semua jenis pentanahan titik netral,dan kubikel baik tegangan rendah ataupun tegangan menengah. Alat ini bekerja berdasarkan prinsip Faraday dengan memakai serat optik yang mempunyai fungsi arah dsn besaran tegangan seperti pada Gambar-20 berikut ini.
(a). Sensor arus (b). Indikator gangguan terpasang di SUTM Gambar-20. Indikator Gangguan hubung singkat pada SUTM 3.2.
Teknik Menghitung Jarak Titik Gangguan Pada JTM yang panjang seperti terdapat di perdesaan,selain alat indikator gangguan maka diperlukan pula perhitungan jarak titik gangguan. Dalam hal gangguan hubung singkat,prakiraan lokasi titik gangguan dapat diperoleh dengan bantuan relai jarak. Alternatif lainnya adalah dengan memanfaatkan arus gangguan yang terukur dengan membandingkannya terhadap arus gangguan hasil perhitungan. Arus gangguan tanah pada sistem dengan pentanahan tahanan tinggi sangat kecil ,sehingga tidak dapat untuk prakiraan lokais titik gangguan,namun dengan teknik solusi berdasarkan ’transient’ hal ini dapat dilakukan.
3.2.1. Perhitungan Jarak Titik Gangguan dengan Relai Jarak pada sistem pentanahan yang dikompensasi Selain Indikator gangguan dan kendali jarak jauh ,maka perhitungan jarak titik gangguan dapat dilakukan dengan bantuan relai jarak. Karakteristik Jaringan Karakteristik JTM yang ditinjau adalah radial dan ’mesh’ yang akan secara otomatis menjadi radial dalam hal gangguan. Reaktansi pada titik gangguan yang dibaca oleh relai jarak dapat dikirm ke sistem SCADA baik secara sinyal analog dengan transduser,maupun secara digital.
iskandar.nungtjik
Metoda Dengan dasar model analisis jaringan yang selalu dipakai unutk keperluan perencanaan operasi. Setiap penyulang dibagi menjadi beberapa segmen yang secara fisik menunjukkan lokasi gardu dan percabangan. panjang segmen antara 50-500 meter,dalam hal tertentu bisa lebih. Dengan model jaringan seperti ini,sebuah perhitungan hubung singkat secara ’off-line’ dilakukan untuk setiap segmen tersebut dengan bantuan perangkat lunak. Perhitungan ini diperbaharui setiap tahun atau bila ada perubahan pada data jaringan. Hasilnya adalah daftar reaktansi untuk setiap penyulang yang berisi reaktansi titik gangguan pada pangkal dan setiap segmen penyulang berikut nama gardu dan percabangannya.
27
Dalam hal terjadi gangguan,maka rekatansi titik gangguan dikirim secara telemetri dari sistem SCADA ke komputer yang memonitor yang akan memilih segmen yang terganggu.Dalam hal ini tidak ada analisis secara ’on-line’ untuk menghitung lokasi titik gangguan,namun hanya pemilihan segmen jaringan saja. Segmen ini diperoleh oleh operator untuk menentukan lokasi titik gangguan yang paling mungkin,dan termuat dalam daftar berisi 1-5 segmen jaringan yang ditampilkan pada layar. Metoda ini cukup efektif untuk memperpendek waktu pencarian titik gangguan dengan akurat. Jadi pengukuran jarak titik gangguan menjadi bagian integral dari proses mencari titik gangguan. Pengukuran rekatansi jaringan oleh relai cadangan pada penyulang-masuk trafo kurang akurat dibandingkan dengan pengukuran secara langsung, khususnya bila trafo berbeban tinggi. namun hasilnya pun tetap berguna untuk menecari lokasi titik gangguan di penyulang. Gangguan Tanah yang Permanen Lokasi titik gangguan tanah permanen pada sistem dengan pentanahan yang dikompensasi sering sulit didapat. Bila tidak diinginkan mengoperasikan jaringan dalam keadaan gangguan, maka pentanahan yang dikompensasi tidak dapat dicapai. Biasanya ’Peterson Coil’ di’by pass’ dengan tahanan rendah bila terjadi gangguan tanah setelah 3 detik,sehingga ada arus gangguan tanah yang dapat dideteksi oleh relai jarak yang selanjutnya mentripkan pemutus tenaga pada penyulang yang terganggu. Aspek Lanjut Metoda perhitungan jarak titik gangguan dengan relai jarak perlu ditingkatkan antara lain : 1). Data detektor gangguan secara telemetri 2). Tampilan grafis di DCC (Geographical Information System,GIS) 3). Masalah pembebanan trafo dan jaringan 4). Masalah topologi jaringan 5). Pemby-passan dengan tahanan rendah (short term grounding) untuk gangguan tanah 3.2.2. Lokasi Titik Gangguan dengan Pengukuran Arus Gangguan Impelmentasi Praktis Lokasi titik gangguan berdasarkan kepada integarsi DMS,SCADA dan relai proteksi Ide utamanya adalah membandingkan antara besar arus gangguan yang diukur terhadap yang dihitung secara ’on-line’ dengan asumsi bahwa topologi jaringan tidak berubah ketika gangguan terjadi. Didapat hasil prakiraan jarak titik gangguan yang selanjutnya dibandingkan dengan diagram jaringan ,dan alternatif beberapa lokasi titik gangguan ditunjukkan pada tampilan grafis dari JTM dalam sistem DMS. Ketika terjadi gangguan,maka operasi dari sistem lokasi gangguan sebagai berikut : 1).Relai proteksi menyimpandata informasi gangguan antara lain: arus,jenis gangguan, fasa terganggu,penyulang terganggu,dan langkah penutupan balik) 2).Informasi di atas dikirim ke SCADA 3).Sistem SCADA menambahkan lagi informasi terhadap data gangguan,antara lain besar arus beban pada penyulang yang diperhatikan,serta daya aktif dan reaktif dari trafo 4).Informasi ini selanjutnya dikirim ke sistem DMS 5).DMS akan menghitung arus gangguan pada penyulang tersebut terhadap hasil perhitungan,yang sebelumnya arus gangguan yang terukur sudah dikompensasi dengan arus bebannya. iskandar.nungtjik
Semua data perhitungan lokasi gangguan disimpan dalam memori-kerja sistem DMS yang bertujuan untuk mempercepat proses. Setiap data kasus gangguan juga disimpan pada catatan terpisah yang dapat diambil oleh operator untuk kebutuhan proses selanjutnya. langkah pada butir nomor 5). di atas dilakukan secara manual. Dengan cara demikian maka beberapa kasus gangguan dapat dipelajari secara bersamaan dan terorgainsasi dengan baik. Kinerja Sistem Lokasi Gangguan Faktor utama yang mempengaruhi akurasi pencarian titik gangguan adalah sebagai berikut : 1).’Error’dari trafo ukur dan alat ukur lainnya
28
2).Variasi dari impedansi komponen jaringan 3).Arus beban yang dikompensasi ke arus gangguan yang terukur 4).Tahanan gangguan. Kontribusi ’error’ trafo ukur cukup kecil hanya beberapa persen saja dari jarak titik gangguan sebenarnya. Dalam hal gangguan dekat GI,maka akibat besarnya arus gangguan berakibat trafo arus akan jenuh. Bila tegangan turun sebesar 2 % dari nominal,maka output trafo tegangan juga akan sangat terpengaruh. Bila pencarian lokasi gangguan hanya dengan analisis pengukuran arus saja,maka hasilnya akan sensitif terhadap variasi impedansi JTM. Selain itu,variasi level hubung singkat pada busbar TM juga ikut mempengaruhi.,sebagai akibat dari berubahnya impedansi ’grid’ karena perubahan posisi pengubah sadapan/’tap changer’ trafo. Untuk akurasi perhitungan,maka status posisi pengubah sadapan trafo juga secara telemetri dikirim ke SCADA. Masalah yang timbul dari kompensasi arus beban terhadap arus gangguan yang terukur,adalah besarnya yang berubah secara dinamis bila ada perubahan tegangan ketika terjadi gangguan. Masalah terbesar adalah efek dari tahanan gangguan yang diakibatkan busur api/’arc’,yaitu : R = 8.750 x L ohohm 1,4 I 0,305 dengan : L adalah panjang busur api ,meter I besar arus gangguan,ampere
Terlihat bahwa tahanan gangguan akan mengecil bila arus gangguannya besar,sehingga hal ini perlu perhatian terutama pada kapasitas sistem yang kecil dan lokasi gangguan jauh dari GI. Besar arus gangguan didapat dari pengukuran,sedangkan panjang busur api maksimum bisa diperoleh dari geometri JTM,sehingga tahanan gangguan maksimum dapat diperkirakan. Dalam perhitungan praktis biasanya tahanan gangguan diabaikan,sehingga yang diperoleh adalah arus gangguan tanah yang terbesar. Lokasi titik gangguan yang sebenarnya lebih mendekat ke arah GI. Dari hasil perhitungan,yang didapat hanya jarak titik gangguan; sehingga bila ada percabangan pada SUTM tersebut,maka terdapat kemungkinan beberapa titik gangguan. Untuk menentukan lokasi titik gangguan yang sebenarnya,maka dapat dengan bantuan alat Indikator gangguan yang secara telemetri mengirim data ke SCADA. 3.2.3. Perhitungan Lokasi Titik Gangguan tanah dengan Sinyal Transient Pada JTM yang tidak ditanahkan atau dengan pentanahan yang dikompensasi,maka arus gangguan tanah pada frekuensi dasar 50 Hz sangat kecil,sehingga tidak dapat digunakan untuk perhitungan lokasi titik gangguannya. Dalam hal ini dapat digunakan arus gangguan tanah transient pada saat awal gangguan,sehingga diperlukan nilai impedansi jaringan saat transient. Ada banyak metoda yang tersedia antara lain : algoritma persamaan diferensial, transformasi Fourier dan metoda kuadrat terkecil/’least squares’, seperti diuraikan berikut ini. Transient Gangguan Tanah Ketika terjadi gangguan tanah,maka tegangan pada fasa yang terganggu akan turun drastis dan muatan yang tersimpan dalam kapasitansi ke tanah mengakibatkan terjadi arus pengosongan / ’discharge’ yang akan menghasilkan arus transient awal. Tegangan pada kedua fasa sehat akan naik,sehingga terjadi arus pengisian pada kapasitansi ke tanah pada kedua fasa sehat itu.
iskandar.nungtjik
Arus pengisisan ini berfrekuensi rendah dan amplitudonya tinggi,sehingga dapat dipakai untuk penentuan lokasi titik gangguan tanah.Amplitudo maksimum arus pengisian, dibandingkan terhadap arus kapasitif kondisi mantap/ ’steady state’, bervariasi terhadap frekuensi sudutnya (tidak lebih dari 5000 rad/s), yang dapat 10-15 kali arus gangguan tanah pada frekuensi 50 Hz.Adanya tahanan gangguan dan beban resistif akan berakibat terjadi peredaman arus gangguan transient tersebut,baik terhadap frekuensi maupun amplitudonya. Besar tahanan gangguan kritis yang menyebabkan redaman-lebih/’overdamped’ pada SUTM dalam rentang 50-200 ohm bergantung kepada ukuran JTM dan jarak titik gangguannya. Bila
29
bagian resistif dari beban cukup besar,maka peredaman akan bertambah sehingga nilai tahanan tanah kritis bergeser ke rentang yang lebih rendah. Hasil uji lapangan terhadap arus gangguan tanah transient pada komponen pengosongan,amplitudonya 5-10 kali amplitudo komponen pengisiannya, dan frekuensinya bervariasi antara 500-2500 Hz untuk komponen pengosongan dan 100-800 Hz untuk komponen pengisian. Metoda Estimasi Jarak Titik Gangguan Tanah
Algoritma Persamaan diferensial Dengan algoritma persamaan diferensial, nilai induktansi jaringan dalam domain waktu dapat dicari secara langsung. Persamaan diferensial untuk hubungan seri R dan L adalah : u(t) = Ri(t) + Ldi(t)/dt
dengan : u (t) tegangan di titik gangguan dan i(t) arus gangguan Dengan mengintegrasikan persamaan tersebut dan bila u (t) dan i(t) diketahui, maka besar induktansi jaringan,L,dapat dicari. Metoda Deret Fourier Dengan Metoda Deret Fourier,nilai impedansi jaringan dalam domain frekuensi dapat dicari. Reaktansi jaringan pada titik gangguan dapat dicari secara langsung dengan mengambil bagian imajiner dari impedansi jaringan yang dihitung dari tegangan dan arus gangguan dalam spektrum frekuensi tertentu. Metoda Kuadrat Trekecil/’Least Squares’ Metoda ini mencari secara langsung nilai tegangan dan arus transient dalam domain waktu. Perhitungan dengan metoda ini serupa dengan metoda algoritma persamaan diferensial. Bila amplitudo dan sudut fasa arus dan tegangan transient diketahui,maka jarak titik gangguan dapat ditentukan dengan mencari nilai reaktansi jaringan pada titik gangguan tersebut. Akurasi Prakiraan Lokasi Titik Gangguan Dari ketiga macam metoda di atas,maka dapat dibuat perbandingan akurasinya seperti pada Tabel-10 berikut ini. Diperoleh data 60 gangguan pada SUTM dengan tahanan dikompensasi. Metoda Kuadrat Terkecil ternyata lebih akurat dibandingkan dengan kedua metoda lainnya. Metoda Persamaan Diferensial dan Deret Fourier menjadi dasar dari algoritma relai impedansi,yang kelebihannya antara lain proses perhitungannya lebih cepat dan stabil sehingga lebih cocok untuk perhitungan secara’on-line’. Tahanan gangguan makismum 50 ohm masih dapat memberi hasil yang baik,namun dengan tahanan gangguan diabaikan sekitar 95 % dari total gangguan tanah dapat dicari titik gangguannya dengan baik. Adapun kekurangan dari metoda algoritma berbasis transient adalah perlu frekuensi sampling yang tinggi,10 kHz.
iskandar.nungtjik
Metoda
Error, km
Persamaan Diferensial Deret Fourier Kuadrat terkecil
0-0,6 15
0,6-1,2 11
1,2-1,8 3
1,8-2,4 5
> 2,4 26
7 14
11 11
8 14
3 2
31 19
9 24
14 19
8 7
7 1
22 9
21
20
5
7
7
Keterangan
1.Ada 60 gangguan 2.R gangguan= 0
Tabel-10.Perbandingan akurasi ketiga metoda penentuan titik gangguan tanah
30
3.3.
Metoda untuk Deteksi Gangguan Tanah Metoda deteksi lokasi gangguan tanah konvensional dengan tegangan urutan nol atau relai wattmetrik tidak dapat digunakan untuk deteksi gangguan tanah dengan impedansi tinggi seperti terdapat pada sistem dengan tahanan tinggi atau dengan kompensasi. Ada metoda lain yang akan diuraikan berikut ini.
3.3.1. Metoda Deteksi Gangguan Tanah yang terpenting Arus dan Tegangan - Sisa Transient
Identifikasi Gangguan Tanah Transient Ketika pada saat awal pengapian gangguan tanah,maka pada fasa yang terganggu terjadi pelepasan beban dengan impuls arus,sedangkan pada kedua fasa lainnya terjadi penambahan beban,sehingga terjadi osilasi pengapian. Amplitudo osilasi bergantung kepada sudut fasa arus gangguan. Kejadian osilasi ini dengan frekuensi tinggi,sehingga ’Peterson Coil’ menjadi tidak efektif karena nilai impedansinya menjadi sangat tinggi,karena itu ,arah gangguan tanah ditentukan oleh sudut fasa antara tegangan dan arus-sisa/’residual’. Kelebihannya adalah : 1).Besar,karena variasi amplitudo dari arus gangguan awal Kekurangannya adalah : 1). Jika gangguan tanah dengan tegangan mendekati nol,maka osilasinya sangat kecil 2). Pengukurannya unik/tunggal 3). Setelah terjadi pemutusan pertama ketika terjadi gangguan tanah ganda,maka deteksi gangguan tanah yang kedua menjadi sulit. Parameter penting adalah : 1). Amplitudo pengapian 2). Distribusi L/C di jaringan Catatan : 1). Bergantung kepada sudut fasa dari gangguan tanah 2). Tentukan frekuensi pengapian dan peredamannya. Tegangan Sisa Relai Deteksi Gangguan Tanah Berdasar kepada tegangan asimetris fasa ke tanah,maka tegangan sisa tidak bernilai nol. Relai tegangan-lebih mendeteksi nilai tegangan sisa ini dengan setting ambang sebesar 30 % dari tegangan nominal,sehingga bila tegangan sisa melewati batas ini maka timbul status sinyal. Kelebihannya adalah : 1).Deteksi gangguan tanah tidak bergantung kepada lokasi titik gangguan,sehingga gangguan tanah sepanjang jaringan dapat dideteksi. Kekurangannya adalah : 1).Tidak dapat secara selektif mendeteksi gangguan tanah pada penyulang,sehingga akan menjadi masalah bila ada tahanan gangguan. Parameter penting adalah : 1). Ketidaksimetrisan kapasitif dari jaringan 2). Tahanan gangguan tanah
iskandar.nungtjik Catatan : 1).Ketidaksimetrisan yang besar yang dikombinasi dengan peredaman rendah pada jaringan, ataupun pada ’Peterson Coil’ akan berakibat tegangan sisa yang tinggi dalam keadaan operasi normal 2). Tegangan sisa pada gangguan dengan tahanan gangguan tinggi akan menjadi rendah. Arus Sisa Variasi kompensasi dengan ’switching’ kapasitor Kelebihannya adalah : 1).Besar arus sisa yang terukur bebas dimensi.
31
Kekurangannya adalah : 1).Perlu perlengkapan bantu secara terpusat 2).Dimensi kapasitor bergantung kepada kapasitas jaringan. Tegangan dan Arus Sisa
Deteksi gangguan Tanah secara Wattmetrik Arus residu pada gangguan tanah dapat diuraikan menjadi komponen resistif dan reaktif. Pada sistem pentanahan resonans,komponen reaktif bergantung kepada level kompensasinya,karena itu hanya komponen resistifnya saja yang diperlukan untuk menentukan titik ganggguan pada relai gangguan tanah tipe wattmetrik.Jumlah komponen resistif tersebut sekitar 2/3 dari susut kumparan Peterson dan1/3 dari susut jaringan dari jalan balik tanahnya.Komponen resistif yang kecil akan hampir sama nilainya dengan ’error’ transduser. Ketika terjadi gangguan tanah,maka tahanan pada kumparan bantu diparalelkan dengan kumparan Peterson,sehingga komponen arus resistifnya naik dan mempertinggi kinerja relai. Kelebihannya adalah : 1).Komponen resistif nya tetap Kekurangannya adalah : 1).Terjadi indikasi yang salah pada jaringan ’mesh’ berdasar pembagian arus ,atau pada jaringan paralel yang dipisah secara fasanya 2).Diperlukan keakuratan yang tinggi akan transduser arus yang diperlukan 3).Menggunakan CT jenis toroidal,bukannya 3 CT per fasa Parameter penting adalah : 1).Susut pada kumparan Peterson 2).Pembebanan arus maksimum pada kumparan bantu di ’Petrson Coil’ untuk deteksi gangguan tanah Catatan : 1).Tentukan level sinyal yang dipakai 2).Batasi level sinyal Deteksi gangguan Tanah secara Wattmetrik Pada jaringan ’isolated’,maka komponen reaktifnya digunakan untuk deteksi gangguan tanah. Kelebihannya adalah : 1).Bebas dari instalasi tambahan yang terpusat 2).Level sinyal tinggi dan normal Kekurangannya adalah : 1).Level sinyal komponen reaktif bergantung kepada bagian jaringan yang tidak terkena gangguan tanah Parameter penting adalah : 1). Komponen arus kapasitif gangguan dari gangguan tanah
iskandar.nungtjik Komponen Harmonisa Pada pentanahan dikompensasi harmonisa dari arus dan tegangan sisa mempunyai karakteritik yang sama dengan sinyal fundamental pada jaringan ’isolated’. ’Peterson Coil’ menjadi tidak efektif akibat impedansinya menjadi tinggi akibat harmonisa. Kendali jarak jauh dengan frekuensi audio (AF-RC) sebesar 250 Hz yang sesuai dengan harmonisa kelima dapat digunakan. Teknik arus dan tegangan sisa apakah relai amperemetrik ataukah relai berarah yang disesuaikan dengan frekuensi tersebut dapat berfungsi dengan baik. Kelebihannya adalah : 1).Bebas dari pemasangan terpusat,khususnya cocok untuk jaringan dengan arus yang besar yang bekerja baik dengan relai jenis ini
32
Kekurangannya adalah : 1).Fluktuasi senilai level harmonisa kelima menyebabkan masalah pengaturan pada jaringan yang ada relai amperemetrik. Parameter penting adalah : 1). Level harmonisa 2).Arus sisa yang tak seimbang 3).Jumlah percabangan 4).Distribusi L/C dalam jaringan Catatan : 1).Level harmonisa bebas dari beban 2).Sinyal level harmonisa sebanding dengan arus sisa tak seimbang 3).Sensitifitas relai amperemetrik naik bila banyak percabangan 4),Tentukan frekuensi pengapian dan peredaman Medan Listrik dan Medan Magnet sisa dari harmonisa Prinsip operasi seperti pada relai harmonisa kelima,sinyal diproses oleh alat yang tak berhubungan langsung dengan arus dan tegangan sisa,tetapi yang menyebabkan adanya medan elektromagnetik. Ini adalah medan listrik oleh tegangan sisa,dan medan magnetik oleh arus sisa yang terdapat pada SUTM,bukan di kubikel atau pun SKTM. Kelebihannya adalah : 1).Bebas dari pemasangan terpusat terhadap penggunaan alat dengan harmonisa kelima Kekurangannya adalah : 1).Fluktuasi dari level harmonisa kelima menyebabkan perlu penyesuaian jaringan 2).Dapat terjadi penentuan arah gangguan yang salah akibat distribusi kapasitansi dan induktansi urutan nol,misalnya perluasan SUTM dengan sebagian Parameter penting adalah : 1).Level harmonisa 2).Arus sisa yang tak seimbang 3).Distribusi L/C dalam jaringan Catatan : 1).Level harmonisa bergantung dari beban 2).Sinyal level harmonisa sebanding dengan arus sisa tak seimbang 3),Tentukan frekuensi pengapian dan peredaman Arus Fasa
Relai Besaran Arus Pada jaringan yang ditanahkan dengan impedansi,maka arus gangguan tanah dalam ordo arus nominal jaringan. Adalah mungkin untuk memakai relai arus gangguan selektif,sebagai contoh relai waktu,sistem ’permissive’dan ’blocking’ ataupun sistem diferensial arus. Relai yang terkait dengan arus sisa dapat diletakkan padatoroidal CT,namun pada relai jarak memerlukan tiga buah CT per fasa. Arus gangguan tanah biasanya lebih kecil daripada arus nominal jaringan,maka perlu elemen ’starting’ untuk relai ini. Kelebihannya adalah : 1).Deteksi gangguan tanah dengan sistem proteksi arus gangguan yang ada harry h.,iskandar n.: Manajemen Gangguan Sistem Distribusi
Kekurangannya adalah : 1).Putusnya pasokan listrik 2).Dengan jaringan yang ditanahkan dengan impedansi sementara,maka pemutusan dapat dihindari Parameter penting adalah : 1).Tentukan besar arus gangguan tanah 2).Masalah elemen startingrus sisa yang tak seimbang 3).Masalah EMC dan kedip
33
Indikator Gangguan Hubung singkat Kelebihannya adalah : 1).Deteksi gangguan hubung singkat secara cepat Kekurangannya adalah : Kekurangannya adalah : 1).Registrasi hasil dari indikator gangguan hanya dapat didteksi secara langsung atau dengan kendali jarak jauh Parameter penting adalah : 1).Masalah elemen ’starting’ dalam hal arus gangguan yang kecil 2).Hanya pada jaringan radial hasil indikator gangguan berhasil baik Analisis
Proteksi Gangguan tanah Pada relai jarak numerik dapat menunjukkan jarak titik gangguan.Jika relai ini merekam arus gangguan tanah satu fasa,maka bagian jaringan yang terganggu dapat juga ditentukan dengan mudah dan cepat. Pada jaringan dengan pentanahan resonan atau ’isolated’,maka dengan sinyal transient dari arus gangguan dapat pula ditentukan lokasi titik gangguan. Kelebihannya adalah : 1).Penentuan titik gangguan secara cepat Kekurangannya adalah : 1).Lokasi titik gangguan secara terpusat di SCADA Parameter penting adalah : 1). Impedansi urutan nol Catatan : 1).Impedansi urutan nol sering tidak dapat diketahui Beberapa metoda deteksi gangguan tanah yang berbeda seperti pada Tabel-11 berikut.
Tabel-11. Beberapa Metoda Deteksi Gangguan tanah iskandar.nungtjik
3.3.2. Metoda Baru Untuk meningkatkan deteksi gangguan tanah dengan tahanan gangguan yang tinggi ,ada beberapa metoda,yaitu:pengukuran sinyal secara relatif dan pemrosesan sinyal secara terpusat. Metoda Admitansi Metoda ini dapat menentukan ketakseimbangan admitansi urutan nol dari setiap penyulang. yang disebabkan oleh impedansi jaringan yang tak seimbang,atau oleh tahanan gangguan yang tinggi. Ketidakseimbangan pada penyulang yang impedansinya simetris pada kondisi normal adalah nol. Perhitungan ketidakseimbangan penyulang perlu waktu 20 ms, dan bila
34
ketakseimbangan semua penyulang di bawah angka yang ditetapkan sebelumnya maka angka ini disimpan sebagai referensi. Sifat ketakseimbangan admitansi setiap penyulang diamati secara terus menerus. Bila ada perbedaan besarnya terhadap nilai referensi tadi,maka gangguan tanah terdeteksi. Nilai referensi tersebut dapat dibuat lebih sensitif. Metoda Arus (EDF) Bila tegangan urutan nol tidak tersedia,maka posisi vektor dari arus urutan nol relatif terhadap tegangan referensi yang dihitung,dapat dimonitor. Arah dari komponen pada fasa yang sama dari arus gangguan tanah akan berlawanan dengan arus pada penyulang lainnya. Pengalaman Praktis Metoda ini sangat berhasil baik dalam praktik nyata pada deteksi gangguan tanah dengan tahanan gangguan hingga 50 kΏ. Sensitifitas dari metoda admitansi ini dapat diset untuk deteksi gangguan tanah hingga tahanan gangguan 100 kΏ. 3.4.
Operasi-tetap (sustained) Jaringan Dalam Keadaan Gangguan Tanah Pemadaman yang dialami pelanggan harus dikurangi,sehingga perlu dipikirkan untuk tetap mengoperasikan jaringan pada keadaan gangguan tanah tanpa perlu pemutusan terhadap penyulang yang terganggu tersebut. Pengalaman di beberapa utiliti menarik untuk dikaji.
3.4.1. JTM Austria Perlakuan pentanahan titik netral JTM agak unik seperti pada Tabel-12 berikut ini.
Tabel-12. Pentanahan titik netral JTM di Austria 3.4.2. Aplikasi dan Pembatasan Pengoperasian jaringan dalam keadaan gangguan tanah permanen dapat diperbolehkan dengan syarat tertentu dan berlaku hanya pada jaringan yang ditanahkan dengan kompensasi seperti diuraikan berikut. Tegangan Sentuh dan Tegangan Langkah
Semua sistem pentanahan harus didisain sedemikian,sehingga kenaikan potensial tanah kurang dari 125 V. Bila ini tidak dapat dipenuhi,maka perlu dilakukan pengukuran sehingga tegangan sentuh di bawah 65 V. Dalam hal ini tegangan langkah tidak dispesifikasikan. Pentanahan Bersama JTM dan JTR Pada tiang SUTM biasanya di bawahnya dipasang juga jaringan SUTR/SKTR. Perlu perhatian kemungkinan terjadinya kenaikan potensial tanah (’Ground Potential Rise’/GPR) baik akibat gangguan maupun induksi petir. Pada JTR pentanahan Sistem TN,GPR harus kurang dari 65 V. Pada Sistem TT,GPR harus kurang dari 125 V. iskandar.nungtjik
Pengaruh dengan Jaringan Komunikasi Jaringan komunikasi dapat terpengaruh secara kapasitif,induktif ataupun resistif. Pengaruh secara induktif tidak berpengaruh bila resultante arus gangguan tanah kurang dari 60 A. Bila lebih besar,maka pengaruh induktif terutama pada gangguan tanah ganda perlu diinvestigasi. Arus gangguan tanah temporer hingga 60 A dapat padam sendiri (’self extinguish’). Pengaruh rsistif baru perlu diperhatikan bila resultante arus gangguan tanah melebihi 60 A. Pencarian Segera Lokasi Titik Gangguan
35
Operasi yang tetap berlangsung meskipun ada gangguan tanah diperbolehkan,jika proses pencarian titik gangguan dilakukan dengan segera. Setelah lokasi gangguan diketahui,maka operasi tetap dapat dilanjutkan,bila diyakini tidak ada bahaya terhadap personel. Durasi Operasi-tetap (sustained) Ada beberapa kendala teknis yang dihadapi,yaitu : 1).PT fasa ke tanah akan rusak akibat naiknya tegangan pada fasa sehat setelah 8 jam 2).’Peterson Coil’didisain tahan akan tegangan naik karena gangguan tanah selama 2 jam 3).Gangguan tanah berganda (multiple faults). Kenaikan tegangan pada fasa sehat akan mengakibatkan stress tegangan terhadap setiap peralatan yang bekerja dengan per fasa ke tanah. Kemungkinan terjadinya ’muliple faults’ semakin besar dengan perluasan jaringan di masa depan. Pemutusann Satu Fasa Pemutusan satu fasa akan menyebabkan tegangan seperti gangguan satu fasa ke tanah. Melokalisasi gangguan ini dengan operasi pemutusan menjadi sulit,karena itu operasi-tetap (sustained) menjadi lebih lama. Pemutusan satu fasa pada JTM dapat menyebabkan ketakseimbangan pada JTR yang akan mengakibatkan rusaknya peralatan pelanggan. 3.4.3. Lokasi Gangguan Proses untuk mencari lokasi gangguan tanah permanen seperti tahapan berikut ini : 1).Pendeteksian gangguan 2).Pendeteksian penyulang yang terganggu 3).Melokalisasi bagian yang terganggu 4).Melokalisasi gangguan Pendeteksian Gangguan Biasanya dilakukan dengan cara memonitor tegangan sisa oleh relai,dan bila melebihi 25 % tegangan nominal fasa ke tanah maka sinyal alarm akan timbul. Biasanya sinyal alarm ini ditunda selama 5 detik guna mencegah sinyal gangguan temporer yang padam sendiri. Gangguan tanah dengan tahanan gangguan yang tinggi tidak dapat dideteksi dengan cara ini, kecuali dengan cara khusus,antara lain alat kontrol seperti pada ’Peterson Coil’. Pendeteksian Penyulang yang terganggu Ini dapat dilakukan dengan memakai : alat proteksi,alat kontrol pada ’Peterson Coil’,atau operasi ’switching’ di GI. Lokalisasi Bagian Yang Terganggu Bagian yang terganggu dari penyulang pada suatu penyulang yang panjang biasanya dilokalisasi dengan operasi ’switching’ di jaringan di luar GI. Bila ada jaringan ’ring’ dengan posisi NO ke GI lainnya,atau ada NO ke penyulang lainnya pada GI yang sama,maka dapat dilakukan lokalisasi gangguan tanpa pemutusan pasokan. Lokalisasi Gangguan Jika tidak dapat lagi dilakukan pemutusan seksi penyulang,melokalisasi titik gangguan dilakukan dengan patroli jaringan.
iskandar.nungtjik
IV.
SISTEM ’SWITCHING’ OTOMATIS Berikut ini akan diuraikan solusi lain secara otomatis untuk lokasi titik gangguan, mengisolasi gangguan, dan memulihkan pasokan yang berdasarkan integrasi antara relai,SCADA dan AM/FM/GIS (Automated Mapping/Fasilities Management/Geographical Information System) yang meliputi ’paused-switching’ dan ’paused-switching’ dengan pensinyalan/’signalling’.
4.1.
’Paused-switching’
36
Umum ’Paused-switch’ umunya digunakan di JTM radial seperti pada Gambar-21 di bawah ini. Pemutus tenaga terletak di sisi pangkal sumber dan akan memutus JTM dalam hal terjadi beban lebih atau hubung singkat.
.
Gambar-10. Skema gradasi waktu pada Sistem ’paused-switching’ Gambar-21. Skema gradasi waktu pada Sistem ’Paused-switching’ Prinsip Fungsi Prinsip ’Paused-switching’ untuk mencapai pemisahan jaringan yang terganggu secara selektif yang memenuhi kaidah teknis dan ekonomis. Bila terjadi gangguan,maka pemutus tenaga akan membuka. Setelah waktu tertentu,relai ’recloser’ pada pemutus tenaga akan menutup kembali.Kerja relai ’recloser’ diatur oleh relai waktu. Dalam waktu yang diset antara buka dan tutup,semua titik di jaringan antara pemutus tenaga dan titik gangguan akan dibuka secara otomatis. Jika gangguan di suatu lokasi antara pemutus tenaga,pada pangkal saluran ’spur’,dan ’paused-switch’ membuat relai ’recloser’ membuka pemutus tenaga,sehingga penutupan kembali tidak berhasil. Operasi ’paused-switch’ berlangsung pada kondisi ’deenergisasi’ jaringan dan kondisi pemutus tenaga terbuka. ’Paused-switch’ terbuat dari sakelar pemisah beban,sehingga dapat melakukan penutupan/pembukaan dalam kondisi beban normal. Alat ini dilengkapi relai overcuurent dan dipakai di Jerman. Sekarang banyak utiliti membuat ’signalling’ antara dua gardu dan dikombinasikan dengan relai digital. perhatikan Gambar-10 di atas,bila setting ’dead time,t p’ dari pemutus tenaga dan tunda waktu tv dari ’paused-switch’,maka dapat diperoleh kinerja yang baik pada jaringan tersebut. Waktu trip ta2 dari relai OCR pada pemutus tenaga nomor 2 dibuat tetap/’fixed’. Pada kondisi awal dari ’paused-switch’ nomor 3 tetap menutup setelah membukanya pemutus tenaga nomor 3,waktu trip t a3 lebih pendek daripada t a2. Waktu tunda tv menjamnin bahwa ’paused-switch’ tidak akan trip sebelum jaringan diputus. Untuk mengantispasi gagalnya pemutus tenaga nomor 2,maka setting tunda waktu tv dibuat lebihbesar daripada waktu trip t a1 dari pemutus tenaga nomor 1. 4.2.
’Paused-switching’ dilengkapi ’signalling’ Sistem ’Paused-switching’ ini dipakai oleh ENEL Italy dilengkapi dengan’signalling’dan juga Indikator gangguan dan diintegrasikan ke dalam sistem Manajemen Gangguan Otomatis. Dalam hal SUTM,manajemen gangguannya berdasar kepada gardu distribusi yang dilengkapi dengan detektor tegangan dan peralatan pemutus ’switchgear’ yang digerakkan motor. Sistem ini dikontrol oleh kombinasi sistem logika lokal dan transmisi data melalui Distribution line carrier (DLC). Keterbatasan DLC adalah jalur komunikasinya diblok oleh adanya gangguan iskandar.nungtjik
pada JTM,sehingga untuk mitigasinya,dalam hal ada gangguan JTM,semua peralatan pemutus di jaringan yang terganggu dibuka oleh sistem logika lokal beberapa saat setelah gangguan. Letak titik gangguan ditentukan oleh alat Indikator gangguan sebagai tanda tidak adanya tegangan. Selanjutnya, Pemutus tenaga di GI akan menutup,dan bila bagian pertama dari JTM tersebut dalam kondisi dehat,maka komunikasi sampai ke saklar jaringan pada seksi ini dapat dilakukan dengan bantuan DLC. Bila pada seksi berikutnya tidak terdapat titik gangguan, maka proses penutupan saklar jaringan seksi berikut dan seterusnya dapat dilakukan juga. Bila pada seksi berikutnya ada titik gangguan,maka tegangan akan hilang lagi. Hilangnya tegangan, dalam waktu kurang dari 1 detik setelah penutupan balik,dideteksi oleh pengatur waktu dan saklar akan membuka kembali. Akhirnya pemutus tenaga akan menutup
37
kembali,dengan waktu tunda lebih lama tetapi masih cukup untuk mencegah pembukaan kembali oleh saklar jaringan.Pada SKTM,manajemen gangguan berdasarkan kepada peralatan yang serupa di atas,yang ada di gardu distribusi namun dilengkapi dengan alat deteksi gangguan. Mekanisme kerjanya sedikit berbeda dengan yang dilakukan pada SUTM,ini untuk mencegah penutupan kembali terhadap seksi yang terganggu,seperti pada Gambar-22 berikut.
Gambar-22. Skema Manajemen Gangguan pada SKTM Bila ada gangguan,maka pemutus tenaga di GI membuka lebih dulu.Selama ’dead time’ dari jaringan,’remote terminal unit’(RTU) di gardu nomor 1 mengirim pesan ke hilir untuk mengecek status indikator gangguan yang ada pada gardu kedua. Setelah menerima pesan,RTU gardu nomor 2 membalas ke RTU gardu nomor 1 dan mengirimkan juga pesan ke RTU gardu nomor 3 (gambar b). Bila RTU nomor 3 tidak ada balasan,maka berarti indikator gangguan pada gardu tersebut tidak ’ON’ atau mungkin lajur komunikasi terputus karena ada gangguan di seksi ini. Jadi RTU gardu nomor 2 menemukan ada gangguan pada seksi tersebut,lalu saklar jaringan dibuka dan diset pada moda blok (gambar c). Setelah melewati waktu tunda tertentu,maka pemutus tenaga akan menutup kembali dan gradu-gardu mendapat pasokan kembali. Setelah gangguan sudah diatasi,maka indikator tegangan akan reset kembali yang menandakan bahwa tegangan sudah ada di seksi tersebut (gambar d). Peralatan pemutus yang ada di gardu harus digerakkan oleh motor. Akibat penggunaan DLC,maka sinyal frekuensi tingginya akan membahayakan trafo,sehingga didisain trafo yang dilengkapi dengan peralatan kopling yang dapat memfilter sinyal tersebut agar tidak masuk ke trafo. iskandar.nungtjik
4.3.
Metoda Berdasar Integrasi Relai,SCADA dan AM/FM/GIS
4.3.1. Pendahuluan Suatu model komputer ,sebut saja model FI/FL, untuk lokasi gangguan,pemisahan gangguan dan pemulihan pasokan yang merupakan bagian integrasi dari sistem SCADA dan sistem Distribution Automation System (DAS). Pada model ini, ada tiga teknik yang berbeda untuk lokasi gangguan.Pertama,dengan membandingkan arus gangguan yang terukur terhadap yang dihitung sehingga dapat diperkirakan lokasi titik gangguannya. Kedua,berupa pengembangan model di atas,yaitu dengan menggabungkan informasi yang didapat dari arus gangguan dengan data yang didapat dari indikator gangguan yang ada di percabangan jaringan,sehingga
38
diperoleh lokasi titik gangguan yang lebih akurat. Ketiga,bila tidak mempunyai data lokasi gangguan,maka menggunakan informasi statistik dari frekuensi gangguan pada setiap seksi jaringan. Setelah seksi yang terganggu teridenfikasi,maka seksi ini secara otomatis akan dipisahkan oleh saklar jaringan yang dikontrol jarak jauh. Selanjutnya pasokan dipulihkan untuk seksi yang tidak terganggu. jika diperlukan,maka pasokan dari penyulang cadangan dapat pula dilakukan. Selama proses pemulihan,dilakukan pemeriksaan terhadap kendala teknik yang ada,antara lain :kemampuan hantaran arus ,jatuh tegangan dan setting relai. Bila ada beberapa alternatif topologi jaringan,maka dipilih yang paling baik secara teknik. 4.3.2. Integrasi Sistem Sistem ’switching’ otomatis berdasarkan kepada integrasi SCADA,otomatisasi jaringan,relai proteksi dan sistem AM/FM/GIS. Solusi seperti diuraikan di atas berdasakan kepada Inter Bay Bus (IBB) yang memungkinkan transfer data setiap kejadian/’event’ secara spontan dari level ’bay’ ke level gardu,seperti pada Gambar-23.
NCC = Pusat Kendali Jaringan SC = Pengendali Gardu MMI = Antar muka Manusia - Alat GW = Gerbang Komunikasi Bay Controller = Unit Kontrol dan Proteksi terintegrasi
Gambar-23. Prinsip Integrasi Relai Proteksi dengan Otomatisasi Gardu Modul proteksi mengirim data besaran arus,tegangan dan informasi gangguan lainnya meleui bus serial ke unit level gardu (station level unit,SC) dari sistem SCADA. Data yang sama dikirim pula melalui gerbang sistem komunikasi ke komputer SCADA di DCC. Tugas pokok sistem SCADA adalah menyediakan antar muka secara ’real time’ke GI dan gardu serta titiktitik di JTM yang dikontrol jarak jauh. Sistem AM/FM/GIS akan membentuk bank data dari data jaringan secara terinci,dan juga untuk tampilan ’real time’ jaringan. Modul FI/FL bekerja berdasarkan kepada sistem kendali gardu jarak jauh. Modul ini membuat komunikasi hanya antara SCADA dengan titik-titik di jaringan. perinatah yang dikirim oleh SCADA termasuk operasi buka/tutup saklar jaringan. pada setiap langkah dari proses manajemen gangguan,status dari pemutus tenaga sisi sumber juga dicek untuk mendeteksi adanya kemungkinan penutupan terhadap seksi jaringan yang terganggu. 4.3.3. Teknik Lokasi Titik Gangguan Pada lokasi titik gangguan model FI/FL,ada tiga sumber informasi yang digunakan, yaitu : 1).Jarak titik gangguan berdasar hitungan 2).Data dari indikator gangguan yang ada di percabangan jaringan 3).Data statistik frekuensi gangguan pada seksi jaringan Untuk mendapatkan butir nomor 1),maka dibandingkan antara hasil perhitungan dan hasil pengukuran dari arus gangguan,sehingga dapat diperkirakan jarak titik gangguannya. Jarak ini kemudian dibandingkan dengan diagram jaringan,sehingga diperoleh lokasi titik gangguan yang paling memungkinkan. iskandar.nungtjik
Ketika menganalisis butir nomor 2),harus diperhatikan adanya kemungkinan salah pengoperasian,karena biasanya hanya pada percabangan tertentu saja ada indikator gangguan. Ini dapat dimitigasi dengan membandingkan data statistik pembacaan indikator gangguan. Data pada butir nomor 3) sangat berguna bila JTM berupa campuran SUTM dan SKTM, dan biasanya frekuensi gangguan pada SKTM jauh lebih rendah daripada SUTM. Tahap akhir dari prosedur mencari titik gangguan adalah mengkombinasikan ketiga sumber informasi di atas secara logika ’fuzzy’. Hasil akhirnya adalah pada seksi jaringan yang mana yang paling mungkin lokasi titik gangguannya. Selanjutnya,data ini dipakai untukmengisolasi titik gangguan dan memulihkan pasokan. 4.3.4. Isolasi Titik Gangguan dan Pemulihan Pasokan
39
Setelah lokasi titik gangguan dianalisis dengan modul FL,maka selanjutnya modul FI akan secara otomatis melakukan pengisolasian gangguan dan pemulihan gangguan. Pengontrolan saklar jaringan dilakukan sedemikian rupa,sehinggajaringan diproses zona per zona dalam seksi jaringan yang terpendek dengan kendali jarak jauh. Setiap penutupan kembali saklar jaringan,maka status pemutus tenaga di sisi sumber dicek,dan bila membuka maka pada seksi tersebut terdapat titik gangguan. Operasi modul FI dioptimasikan sehingga jumlah pemadaman yang dialami oleh pelanggan yang dipasok dari jaringan yang terganggu dapat diminimalisasi. Untuk hal ini ada dua alternatif, bergantung kepada apakah seksi yang terganggu akan dicoba dimasukkan ataukah tidak (’trial switching mode’). Pada moda ini,modul FI pertama kali akan mencoba seksi jaringan yang paling mungkin terdapat ttitik gangguan. Bila titik gangguan ditemukan,maka seksi ini diisolasi,dan seksi lainnya dipulihkan pasokannya. Cara ini akan memperlambat proses kerja penutupan-balik. Moda ini direkomendasikan dalam hal adanya ketidakpastian lokasi titik gangguan,atau bila diinginkan penutupan-balik oleh relai digantikan dengan penutupan secara zona per zona. Alternatif kedua, adalah menghindari pemasukan dengan uji coba seperti di atas. Dalam hal ini,seksi jaringan yang paling kecil kemungkinannya ada titik gangguan,dimasukkan lebih dulu. Moda ini dilakukan bila prosedur penutupan-balik oleh relai telah dilakukan terlebih dulu. Ini mempersyaratkan adanya indikator gangguan yang terpasang di percabangan jaringan tempat adanya saklar jaringan kendali jarak jauh. Modul FI pertama kali mencoba memasukkan jaringan secara seksi per seksi dimulai dari arah sumber . Bila ada seksi jaringan tidak dapat dimasukkan,maka dipasok dari penyulang cadangan. Sebelum melakukan hal ini,harus dicek dulu kemampuan penyulang cadangannya,antara lain kemampuan hantaran arus,tegangan jatuh maksimumnya,dan setting relai proteksi dan juga koordinasi settingnya. 4.3.5. Model Lain untuk Isolasi Gangguan dan Pemulihan Pasokan EDF Perancis menggunakan paket perangkat lunak yang bekerja sebagai berikut. Bila ada gangguan,maka tindakan pemulihan yang harus dilakukan telah disimpan sebelumnya dalam perangkat lunak ini. Setelah dicek topologi jaringan sama dengan yang ada dalam rekaman , maka perintah pemasukan dikirik ke pemutus tenaga. Namun kelemahan sistem ini adalah , bahwa topologi jaringan yang beroperasi harus sama dengan yang ada dalam rekaman perangkat lunak.
V.
FUNGSI PERANGKAT LUNAK PADA OPERASI DISTRIBUSI
5.1. Pendahuluan 5.1.1. Fungsi SCADA dalam Manajemen Gangguan Beberapa hal penting yang akan dibahas antara lain : 1).Minimalisasi durasi lama gangguan : diagnosa dan lokasi gangguan 2).Peningkatan Informasi Pelanggan 3).Persiapan opeasi perbaikan jaringan
iskandar.nungtjik
5.1.2. Kategori Fungsi Utama
Fungsi perangkat lunak pada manajemen gangguan dapat dikategorikan menjadi : 1).Fungsi ’real time’ Meliputi antara lain : kondisi jaringan yang sedang beroperasi,pengendalian jaringan, tindakan langsung terhadap struktur jaringan. Fungsi pokok pada analisis dan diagnosis kejadian,lokasi gangguan,pemulihan pasokan,manajemen petugas lapangan, analisis masalah,dan informasi pelanggan. Hal ini memerlukan koneksi data secara ’real time’ ke sistem SCADA 2).Fungsi Persiapan
40
Meliputi antara lain : simulasi jaringan yang merepresentasikan konfigurasi jaringan saat ini,maupun perkembangan ke depan. 3).Fungsi Analisis Meliputi antara lain : investigasi kondisi operasi sesuai kenyataan yang sebenarnya berdasar rekaman operasi harian atau mingguan yang terjadi di waktu lalu. Hasilnya dalam bentuk statistik berupa indikator mutu atau laporan tertentu terhadap gangguan yang dialami oleh pelanggan. Ini sangat berguna untuk manajemen gangguan ,dalam hal untuk keperluan pemeliharaan prediktif. Pada Gambar-24 di bawah ini ditunjukkangambaran umum sistem kontrol jarak jauh yang meliputi ketiga fungsi pokok di atas. .
Gambar-24. Overeview Fungsi Utama SCADA 5.1.3. Sistem SCADA : Terpusat atau Tersebar
Ada dua jenis Sistem SCADA saat ini,yaitu terpusat (contoh : DCC DisJaya,Bali) dan tersebar (contoh : DCC DisJabar,DisJateng,DisJatim). Dalam hal ini harus ada kompromi antara peningkatan fungsi sistem operasi jaringan terhadap peningkatan fungsi integrasi adanya generasi baru dari gardu yang terintegrasi. Saat ini sistem intelijen pada peralatan GI,yaitu berbasis digital dan teknologi komputer. Beberapa fungsi yang ada di pusat pengendali,saat ini juga sudah ada di level gardu,sehingga yang kita perlukan adalah saling melengkapi antara keduanya. Sebagai contoh,fungsi diagnosis yang berdasar kepada analisis ’event’ lebih baik diimpelmentasikan di GI. Namun sebagaimana diminta oleh sistem topologi,maka impelmentasi diagnosis ini di sistem ’telecontrol’ adalah yang terbaik. Digabungkan dengan peningkatan pada sistem teknologi informasi dan telekomunikasi,maka pertukaran data antara GI dan SCADA menjadi semakin baik.
iskandar.nungtjik
5.2.
Sistem SCADA : Database dan Fungsi Dasar
5.2.1. Definisi Modul pokok sistem ’telecontrol’ SCADA seperti pada Gambar-23 di atas adalah : 1).Akuisisi Data 2).Tampilan Grafis 3). Sistem Arsip 5.2.2. Flatform SCADA Perangkat Keras,Sistem Operasi dan Arsitektur
41
Mayoritas flatform SCADA adalah sistem ’client/server’ dalam sistem ’master/slave’ atau ’master/hot standby’ dengan sistem operasi Widows NT atau UNIX. Ada juga kombinasi dengan UNIX pada ’server’ utama,dan Windows NT pada workstations. Sistem ’database’ biasanya ’open’,sehingga menguntungkan bila kita menggunakan program untuk manajemen gangguan yang tidak dibangun oleh pembuat SCADA sebelumnya. Monitor Jaringan dan Kendali Jaringan Fungsi ’real time’ utama adalah monitor jaringan dan kendali jaringan jarak jauh. Monitor jaringan antara lain : status dari alat pemutus,status indikator gangguan; status analog dari : arus,tegangan, suhu;dan status digital dari besaran tertentu. Sistem alarm dan pemrosesannya juga tersedia. Kendali jarak jauh dilakukan terhadap alat pemutus di jaringan. Front-end (FE) Database Ada dua jenis FE yang masih pro dan kontra, yaitu : 1).FE dengan sistem database khusus Pada cara ini ada kemungkinan untuk interkoneksi beragam pusat sistem kendali,karena memakai format data generik. Penterjemahan format data akhir dilakukan dalam platform SCADA. Kelebihan utama cara ini adalah jaringan yang berada dalam pusat kendali lain dapat dikurangi dan data dapat dibagi setelah FE. Dalam hal ada masalah pada peralatan di pusat kendali,maka operasi pengendalian dikurangi dan dapat dilakukan di konsol FE. Kekurangann cara ini adalah data harus diletakkan dan diperbaharui serta harus ada minimal dua database yang berbeda.
2).FE sebagai ’client’ pada ’server’ utama sistem SCADA. Pada cara ini mempunyai data konfigurasi jaringan dari ’server’ utama SCADA dan tidak ada masalah ’redundancy’ seperti jenis sebelumnya,sehingga lebih sederhana. Namun bila server utama gangguan,maka tidak dapat dilakukan pengendalian jaringan. Dalam hal ini konfigurasi hot-standby’ adalah suatu keharusan. Perubahan kendali jaringan dengan platform SCADA yang lain dapat dilakukan dengan menambah ’server’ untuk menampilkan data yang diinginkan. Sistem ini dapat dihubungkan baik secara titik ke titik,ataupun melalui internet. FE sebagai ’client server’ yang paling banyak dipakai di Eropa. Protokol Kebanyakan sistem FE terbaru dapat bekerja pada beberapa protokol standar,dan protokol tersebut juga dapat berfungsi dengan baik pada moda multi-protokol. ’Poliing’/Penyaluran ke Pusat Kendali Kombinasi dari ’polling’ secara siklus dan ’polling’ atas permintaan biasa digunakan. Untuk kebutuhan penyaluran data biasa dipakai jaringan telekomunikasi sewa atau umum. 5.2.3. Data dan Database Kebanyakan fungsi yang telah diuraikan di atas berdasar kepada penggunaan database yang tetap yang menyimpan data dari GI dan sistem tenaga listriknya,yang secara konfigurasi akan sangat panjang. Data dalam database haruslah dapat dijamin akurat dan terkini. iskandar.nungtjik
5.2.4. Arsitektur SCADA yang Terbuka (Open) Kebanyakan fungsi yang diuraikan di atas terhubung dengan fungsi sistem SCADA,sehingga diperlukan sistem pertukaran data yang terbuka antar beberapa pusat kendali.
Perangkat lunak sistem kendali Pada praktiknya,sistem yang baru dapat bekerja dengan perangkat lunak sistem kendali yang standar. Perangkat lunak ’Visual basic’ sering disediakan untuk pengaturan ini,karena ini sangat penting terutama untuk deteksi gangguan dan pemulihan pasokan. 5.2.5. Fungsi Dasar SCADA
42
Antar-muka Grafis Tampilan banyak fungsi pada antar-muka pengguna biasanya menampilakan representasi dari sistem tenaga listrik,yang dapat berupa gambar skematik maupun peta geografis. Tampilan semi-geografis paling disukai oleh operator pusat kendali,karena dapat memberikan pandangan analitis yang jelas dari suatu sistem tenaga listrik, yang menyediakan persepsi yang baik pada posisi relatif dari beberapa peralatan. Tampilan secara geografis diperlukan bila pusat kendali untuk mengelola petugas lapangan (misal jarak tempuh ke lokasi dan prakiraan waktu perbaikan),yang untuk ini utiliti memerlukan GIS ( Geographical Information System) berupa sistem tunggal entri data secara geografis untuk menghindari ketidakkonsistenan antar database,dan mengurangi keperlukan duplikasi pengambilan data. Dengan visualisasi status jaringan dan lairan data secara skematik dengan tampilan warna yang dinamis akan memberikan pandangan akan suatu dampak gangguan dan usaha penormalan gangguan tersebut. Tampilan ini juga menaikkan kemampuan pengendalian, karena memberikan informasi umum tentang struktur jaringan. Tren secara grafis dan tampilan angka digital dapat pula dipakai untuk prakiraan beban. Selain itu,pada tampilan grafis terdapat pula moda operasi lainnya,dan juga moda studi dan moda latihan bagi operator yang berguna untuk simulasi gangguan dan kejadian pada jaringan yang selanjutnya dapat menjadi model matematis dan model logika untuk penormalan gangguan. Pengarsipam/Pelaporan/Ulasan/Moda Studi Pada sistem SCADA moderen terdapat semua moda ini. Fakta pada struktur database yang terbuka memungkinkan pengguna untuk terbiasa akan ’alarm’ dan kejadian. Pengeluaran data ini dari database SCADA dapat memberikan kesempatan untuk mengevaluasinya. Perkiraan Keadaan dan Analisis Topologi Perkiraan keadaan (’state’) dan analisis topologi merupakan fitur dasar yang dapat disediakan terhadap beberapa fungsi yang telah disebutkan di atas. Analisis topologi termasuk menginputkan model jaringan statis ditambah informasi keadaan ’swirching’ yang dinamis dalam usaha untuk membentuk analisisi konektifitas dan memuat model jaringan secara’realtime’. Model ini meliputi perhitungan aliran daya. Analisis topologi ini juga sebagai fungsi dasar yang sangat berguna bagi operator untuk dapat menggunakan beberapa fungsi lainnya. Hasil analisis ditampilkan ke operator dalam bentuk gambar yang dinamis pada sistem antarmuka.Setiap penyulang mempunyai warna tersendiri yang secara dinamis diperbaharui bila posisi pemutus berubah. Fungsi di atas juga mendeteksi keadaan ’switching’ yang abnormal ataupun yang salah yang berakibat terjadi kondisi ’loop’ tertutup atau pemutusan seksi jaringan dan gardu. Bagian seksi jaringan dan penyulang’mesh’ yang terbuka ditampilkan pada layar untuk membantu operator melokalisasi kesalahan pemutusan.
Analisis topologi berdasar kepada analisisi grafis. Warna yang dinamis membuat algoritma yang efisien untuk visualisasi secara ’real-time’. Perkiraan keadaan dan analisis topologi merupakan fungsi standar yang disediakan oleh kebanyakan sistem kendali jarak jauh. Perlu algoritma yang efisien untuk mendukung visualisasi ’real-time’ dan fungsi ’real-time’tersebut. iskandar.nungtjik
Harus diingat,bahwa topologi aktual dapat berbeda dengan yang terekam dalam database,sebab beberapa alat di jaringan mungkin tidak dilakukan kendali jarak jauh. Jika alat ini dioperasikan secara manual,maka database dapat diperbaharui,namun bila alat tersebut dioperasikan otomatis,maka sulit untuk menyatakan keakurasian databasenya. Perhitungan Sistem Kelistrikan Perhitungan sistem kelistrikan memberi pemahaman yang baik atas kelakuan jaringan dan membantu operator untuk mengecek kesesuaiannya terhadap kendala teknik,kebutuhan kualitas pasokan dan skema proteksi. Perhitungan tersebut meliputi : 1).Aliran daya,untuk mengecek batas kemampuan arus dari peralatan 2).Tegangan jatuh,untuk mengecek kualitas pasokan ke pelanggan
43
Perhatian utama adalah pada ketersediaan dan keakuratan data,antara lain probil beban adalah titik terlemahnya karena hanya bisa diperkirakan dengan pengukuran di penyulang. Beban aktual dapat saja berbeda dengan perkiraan untuk keperluan perhitungan. Perhitungan ini juga perlu data teknik yang terinci yang tidak selalu tersedia selama operasi ’real-time’,misalnya data SUTM dan SKTM. Biasanya perhitungan dilakukan dengan asumsi jaringan beroperasi radial,namun akan juga berguna untuk menghitung dengan kondisi operasi ’mesh’ untuk kebutuhan manuver. Perhitungan ini diperlukan untuk perkiraan parameter jaringan yang aktual dan untuk membuat simulasi prakiraan,juga sebagai dasar dari beberapa fungsi yang lebih canggih. Banyak perangkat lunak yang tersedia,namun tidak dapat digunakan secara luas untuk keperluan operasi ’real-time’. Integrasi perhitungan aliran daya untuk operasi ’realtime’ sudah sangat dinutuhkan oleh sistem SCADA. Perkiraan Beban dan Pengendalian Beban Meskipun tidak biasa digunakan,namun ini dibutuhkan karena perkiraan beban dan pengendalian beban sangat berpengaruh kepada biaya penyediaan pokok energi listrik. Bergantung kepada tingkat atomatisasi dari platform sistem SCADA,maka monitoring beban,prakiraan beban,prakiraan beban secara adaptif,pemutusan beban otomatis dan pentarifan dapat berjalan pada platform SCADA. 5.3. Fungsi ’Real-time’ untuk Manajemen Gangguan 5.3.1. Diagnosis,Pemrosesan ’alarm’ dan Analisis Kejadian Deskripsi Teknik Fungsi dari Diagnosis,pemrosesan ’alarm’ dan analisis kejadian/’event’ menginputkan aliran semua kejadian di jaringan (utamanya data sinyal jarak jauh) berguna bagi keluaran informasi diagnosis dan pesan analisis kejadian,untuk penyaluran secara ’real-time’ ke operator melalui sistem daftar/’log’ sistem kendali jarak jauh atau lainnya. Istilah yang tepat untuk fungsi diagnosis,analisis kejadian ataupun pemrosesan ’alarm’,bergantung kepada apakah sistem tersebut dapat mengakomodasi manajemen peralatan-otomatis dan mendukung penandaan ’alarm’. Secara dasar,jenis fungsi ini bekerja berdasarkan pencocokan antara sinyal dan ’alarm’ yang masuk terhadap pola yang telah ditetapkan terlebih dahulu yang mengkarakteristikkan data pesan dan diagnosis yang diberikan ke operator. Kendala Kesulitan utama yang mempengaruhi jenis fungsi ini adalah : 1).Koneksi ’real-time’ 2).Ketersediaan dan keakuratan data (khususnya yang berhubungan dengan proteksi) 3).Pemutakhiran pengetahuan SDM Manfaat Jenis fungsi ini bermanfaat antara lain : 1).Meningkatkan pemahaman akan kondisi aktual jaringan dan situasi yang terjadi untuk tindakan yang cepat dan sesuai 2).Untuk diagnosis kegagalan sistem proteksi
iskandar.nungtjik
5.3.2. Fungsi Lokalisasi Gangguan Uraian Teknik Jaringan menggunakan berbagai jenis alat untuk lokalisasi gangguan penyulang,antara lain detektor gangguan dan alat perkiraan jarak gangguan. beberapa keluaran dari alat ini diintegrasikan dengan sistem kendali jarak jauh,untuk memfasilitasi impelmentasi dari fungsi lokalisasi gangguan dengan tingkat kecanggihan tertentu. Manfaat lokalisasi gangguan yaitu : 1).Untuk memisahkan gangguan dengan alat yang dikontrol jarak jauh oleh operator 2).Manajemen perbaikan gangguan oleh petugas lapangan.
44
Untuk penggunaan perbaikan gangguan,perhitungan lokasi titik gangguan sangat berguna untuk mempercepat tinadakan perbaikan,yaitu dengan metoda : 1).Menggunakan detektor gangguan di jaringan. Pencarian gangguan menjadi mudah karena letaknya di antara dua detektor gangguan yang berdekatan,yang keakuratannya bergantung kepada banyaknya jumlah detektor yang ada di jaringan tersebut. Kendala dari metoda ini adalah memerlukan persyaratan jaringan yang sesuai. 2).Pengukuran arus gangguan menggunakan data dari relai atau osilograf untuk menghitung jarak titik gangguan.Keakurasian yang tinggi akan diperoleh dengan menghubungkan hasil perhitungan dengan data dari detektor gangguan. Kendala dari metoda ini adalah perlu biaya yang tidak sedikit.,selain kehandalan dari detektor gangguan dan sistem penyaluran data. Manfaat pennetuan lokasi gangguan yang tepat berarti semakin cepat pula tindakan perbaikan yang dilakukan oleh petugas lapangan dan operator. Jika jaringan dilengkapi dengan saklar jaringan yang dapat dikendalikan jarak jauh,maka pasokan dapat dipulihkan ke pelanggan melalui seksi jaringan tanpa menunggu selesainya perbaikan yang dilakukan oleh petugas. 5.3.3. Pemulihan Pasokan Uraian Teknik Rekonfigurasi jaringan diperlukan dalam hal : 1).Gangguan permanen pada bagian jaringan,sehingga harus dipisahkan ketika pasokan dipulihkan pada bagian yang sehat yang ikut terkena pemadaman karena tripnya relai 2).Persiapan untuk pekerjaan perbaikan pada seksi jaringan yang terganggu tersebut, dengan memisahkannnya dari jaringan dan memindahkan beban pelanggan 3).Pembebanan berlebih pada gardu trafo,karena trafo didisain hanya boleh berbeban lebih untuk sementara sehingga beban harus dipindahkan ke trafo lainnya. Rekonfigurasi tersebut dimungkinkan bila jaringan berbentuk ’mesh’. Rencana pemindahan beban merupakan solusi yang dapat dilakukan untuk tetap menjaga pasokan ke sebagian besar pelanggan pada kondisi keterbatasan yang ada. Kendala Fungsi ini gabungan dari beberapa masalah yang memerlukan algoritma yang kompleks dan dengan bantuan perangkat lunak dapatdibuat perkiraan yang akurat akan beban dan jaringan,meskipun tidak selalu cocok pada jaringan distribusi tertentu. Manfaat Manfaat dari cara ini adalah memperpendek waktu pemadaman,optimalisasi perencanaan dan operasi jaringan distribusi dalam batas yang diperbolehkan. 5.3.4. Fungsi Manajemen Petugas Lapangan Petugas lapangan harus mampu mengatasi kejadian gangguan dengan cepat,sehingga identifikasi dan lokalisasi gangguan menentukan kinerja mereka. Fungsi manajemen petugas lapangan antara lain memonitor lokasi semua petugas lapangan secara ’real-time’ dengan bantuan sistem GPS (Global Positioning Satellite),sehingga perbaikan dapat dilakukan oleh tim yang terdekat dengan lokasi gangguan. Juga dapat dilakukan optimasi kerja semua petugas lapangan dalam mengatasi gangguan jaringan. iskandar.nungtjik
5.3.5. Analisis Panggilan Gangguan dan Layanan Informasi Pelanggan Uraian Teknik Pengelolaan panggilan pelanggan masalah gangguan dapat dibagi dua metoda ,yaitu : 1).Menggunakan ’server’ suara yang dihubungkan dengan sistem pengendalian. Bila sistem pengendali mendeteksi adanya suatu kejadian,maka akan membuat ’server’ suara mengeluarkan pesan yang telah direkam sebelumnya yang menyatakan area yang terdampak. Panggilan masuk kepada ’server’ suara akan dikenali secara otomatis melalui funggsi ID pemanggil,atau pemanggil akan ditanya lokasinya dengan menekan
45
tombol pada teleponnya.Sistem ini dapat juga digunakan untuk menyimpan pesan suara pelanggan untuk penelitian cepat oleh operator. Pesan tersebut dapat memberi informasi gangguan yang belum dapat dideteksi,atau informasi tambahan suatu terhadap gangguan yang sudah terdeteksi namun belum diketahui lokasinya. Pelanggan dapat pula menginformasikan ketidaknormalan pasokan listrik yang dialami yang dapat mempercepat pencarian lokasi gangguan,sehingga kualitas layanan menjadi lebih baik. Sistem ’server’suara dapat pula dipakai untuk memanggil pelanggan khusus secara otomatis,untuk memberi mereka informasi kemungkinan meluasnya gangguan,bila operator dapat memprakirakannya. Kelebihan metoda ini adalah dapat melayani sejumlah besar panggilan masuk dari pelanggan. 2).Menggunakan alat pencari lokasi pemanggil pada peta yang terdapat sistem tenaga listrik dan kondisi/’state’nya. Lokasi dapat diidentifikasi dengan menganalisis nama,alamat,dan nomor IDPel pelanggan tersebut. Peta geografis tersebut dapat memberi info yang jelas daerah mana yang padam dan mana yang tidak. Bila pelanggan tersebut berlokasi di daerah terdampak gangguan,maka operator dapat menjelaskan tentang gangguan dan prakiraan berapa lama pelanggan dapat dinormalkan kembali pasokannya. Bila pelanggan tersebut di daerah yang tidak terdampak,maka data lengkapnya disimpan. Bila terdapat beberapa panggilan untuk daerah yang sama,maka algoritma yang sederhana dapat dipakai untuk menentukan percabangan mana yang sering terganggu.Informasi ini secara otomatis diberikan kepada alat pengendali. Dengan menyediakan informasi ’real-time’ secara otomati kepada petugas yang bertanggung jawab atas panggilan pelanggan,maka fungsi layanan manajemen layanan panggilan pelanggan dapat meyakinkan pelanggan mendapat informasi terkini dan terbaru. Manajemen layanan panggilan pelanggan merupakan bagian dari DMS (Distribution Management System),namun hal tersulit penerapannya adalah masalah biaya dan mensetting fungsi ini Kendala Kesulitan dalam mensetting fungsi ini antara sistem database operasi pengendalian jaringan dan sistem database pelanggan untuk identifikasi dan lokasi alamat pelanggan, dan juga biaya besar yang diperlukan. Manfaat Kualitas pelayanan pelanggan menyangkut informasi pelanggan dan pemulihan pasokan yang cepat. PLN
:
Call
Centre
123
Pelanggan dapat melaporkan gangguan listrik yang dialaminya atau ada kondisi ketidaknormalan pasokan listrik dan/atau jaringan distribusi dengan cara menelpon ke nomor 123. Petugas yang menerima informasi ini akan menanyakan nomor IDPel dan/atau nomor gardu yang memasok pelanggan tersebut untuk selanjutnya meminta informasi dari bagian pelayanan teknik/piket gangguan. Informasi tersebut selanjutnya diteruskan ke pelanggan tadi. iskandar.nungtjik
5.4.
Fungsi Analisis
5.4.1. Fungsi Analitis Uraian Teknik
Pada suatu pusat pengendali distribusi,semua data yang tersedia dapat disimpan untuk analisis statistik yang berguna untuk mendeteksi titik terlemah dalam jaringan,misalnya sebagai akibat
46
seringnya gangguan yang terjadi pada salah satu penyulang. Suatu analisis statistik dapat memberi informasi peringatan dini kepada operator akan kemungkinan terjadinya gangguan yang permanen,sehingga dapat diambil tindakan terlebih dahulu untuk mencegahnya. Analisis dapat pula membantu operator menetukan secara pasti pemadaman pasokan seperti apa yang dialami oleh pelanggan,ini berguna untuk penormalan kembali pasokan untuk pelanggan prioritas. Penentuan pemutusan pasokan yang berdasar kepada pelanggan prioritas dapat membantu operator mengidentifikasi bagian yang lemah dalam sistem tenaga,dan dapat diikuti dengan pengujian lapangan agar solusi yang lebih tepat. Analisis statistik juga dapat dipakai untuk mendeteksi peralatan yang rusak,sehingga dapat dilakukan pemeliharaan preventif. Sistem pengarsipan data dalam database dapat diakses,misal dengan Excel,sehingga operator dapat menggunakannya untuk analisis operasi. Namun sayangnya,kebanyakan perangkat lunak tidak menyimpan data konfigurasi sistem pengendalian,sehingga sulit memodifikasi data tersebut bila ada perubahan pada aset sistem distribusi. Kendala Pengimpelmentasian jenis fungsi ini sangat bergantung kepada arsip data dari operasi ’realtime’. Beberapa analisis memerlukan informasi topologi yang harus dihitung ulang dari data arsip. Jadi kompleks tidaknya bergantung kepada jenis data arsipnya. Manfaat Analisis sangat berguna untuk pemeliharaan prediktidf dan untuk mengidentifikasi titik lemah dalam jaringan 5.5.
Moda Studi dan Latihan Ulasan Pelatihan sangat perlu dalam manajemen gangguan,karena menjadikan operator lebih sigap mengambil tindakan bila terjadi gangguan. Perangkat lunak pelatihan biasanya berdasar pada simulator jaringan, dan dibuat simulasi gangguan sehingga operator harus mempelajarinya sebagai hal yang akan dihadapi dalam operasi ’real-time’. Uraian Teknik Simulator pelatihan ada yang sederhana dan ada pula yang kompleks seuai kebutuhan target pelatihan. Dari yang sederhana,misal status saklar jaringan, sampai yang terinci,misal simulasi skema proteksi. Simulator biasanya dipisah dari operasi ’real-time’ dan operasi ’realtime’ SCADA. Pelatihan berdasar kepada konfigurasi jaringan sesuai kebutuhan yang biasanya merupakan kopi dari sistem jaringan yang sebenarnya. Kendala Konfigurasi jaringan dan pemodelan beban sesuai operasi ’real-time’ adalah hal yang sulit. Manfaat Simulator pelatihan sangat berguna untuk membiasakan operator menghadapi dan mengatasi gangguan pada jaringan yang sebenarnya.
iskandar.nungtjik
VI.
STATISTIK GANGGUAN
Gangguan pada sistem distribusi merupakan salah satu faktor dari ukuran kualitas pasokan, seperti ditunjukkan pada Gambar-25 berikut ini.
47
Gambar-25. Skema Kualitas Pasokan : keandalan,mutu tegangan dan mutu layanan Salah satu faktor dalam keandalan pasokan listrik ke pelanggan adalah masalah gangguan yang didominasi oleh gangguan pada sistem distribusi, yang meliputi frekuensi dan lamanya gangguan. Proses pada Manajemen Gangguan sangat berpengaruh terhadap parameter keandalan pasokan yang terutama sangat mempengaruhi mutu tegangan. Salah satu bagian dari Manajemen Gangguan adalah Manajemen ’Outages’, yang fungsinya meliputi : 1).Penentuan lokasi titik gangguan 2).Penentuan lokasi terbukanya alat pemutus (pemutus tenaga,’fuse’,’reclosure’, ’sectionaliser’) 3).Penentukan prioritas pemulihan pasokan 4).Menginformasikan dampak gangguan : luas daerah dan jumlah pelanggan terdampak 5).Mengestimasikan lamanya waktu pemulihan 6).Penyediaan petugas yang diperlukan untuk pemulihan 7).Pelaporan gangguan meliputi kejadian,evaluasi dan usulan mitigasi dan pencegahan 8).Pembuatan data statistik gangguan 6.1.
Indeks Utama Statistik Gangguan Indeks statistik gangguan dihitung dengan beragam cara sesuai dengan peruntukannya. Untuk mempelajari pengaruh dari manajemen gangguan pada sistem distribusi,perhatikan klasifikasi berikut ini : 1).Indeks Ketersediaan Pasokan Ini berhubungan dengan kualitas pelayanan yang dipersepsikan oleh pelanggan 2).Indeks Status Kinerja Jaringan Ini berhubungan dengan gangguan pada jaringan distribusi 3).Indeks Ketersediaan Komponen Peralatan Jaringan Ini berhubungan dengan kualitas komponen peralatan jaringan 4).Indeks Efektifitas Petugas Lapangan Ini berhubungan dengan seberapa efektif dalam mencari gangguan dan meormalkan kembali jaringan.
iskandar.nungtjik
Semua indeks di atas juga dapat dihitung dan digunakan untuk dipakai pada suatu area operasi,untuk mencari bagaimana dan di bagian mana yang perlu dilakukan perbaikan agar supaya kinerja pada daerah tersebut dapat lebih baik. Indeks Ketersediaan Pasokan Indeks ini menitikberatkan kepada kualitas pasokan yang dipersepsikan oleh baik pelanggan tegangan rendah maupun pelanggan tegangan menengah. Pemutusan pasokan terbagi menjadi dua bagian,yaitu :
48
1).Pemutusan Terencana Dalam hal ini,dapat diinformasikan terlebih dahulu ke pelanggan 2).Pemutusan karena Gangguan Ini disebabkan oleh gangguan permanen ataupun transient (ssementara). Bila durasi gangguan kurang dari tiga menit dimasukkan ke dalam kategori Pendek, dan bila lebih dari tiga menit dimasukkan ke dalam kategori Panjang. Sub-indeks berikut ini harusdikelompokkan secara terpisah untuk pemutusan terencana dan pemutusan karena gangguan,yaitu : 1).SAIFI : banyaknya pemutusan rata-rata per pelanggan per tahun, (kali/pel/tahun) 2).SAIDI : lamanya pemutusan rata-rata per pelanggan per tahun, (menit/pel/tahun) 3).Ketidaksediaan Pasokan (SU): jumlah rata-rata tanpa pasokan per pelanggan per tahun, (menit/tahun) Indeks Status Kinerja Jaringan Indeks ini menitikberatkan pada status jaringan dan komponen peralatan jaringan,dan berkaitan dengan gangguan baik permanen maupun transient,serta dipakai hanya pada pemutusan karena gangguan saja. Indeks ini berlaku utnuk sirkit tegangan menengah,gardu distribusi dan sirkit tegangan rendah. Sub-indeks tersebut antara lain : 1).IF( Interruption Frequency): banyaknya pemutusan pasokan per pelanggan per sirkit atau per GI 2).FR (Fault Rate): banyaknya pemutusan per pelanggan per 100 kms Indeks Ketersediaan Komponen Peralatan Jaringan
Indeks ini menitikberatkan pada komponen peralatan jaringan,dan biasanya hanya FR untuk gangguan permanen yang diperhatikan. Indeks Efektifitas Petugas Lapangan Indeksi ini relatif terhadap pengorganisasian oleh suatu utiliti dalam hal penanganan gangguan jaringan,yang meliputi antara lain : 1).Durasi kewaspadaan terhadap gangguan 2).Durasi perjalanan ke lokasi gangguan 3).Durasi pemilihan dan penormalan bagian jaringan yang terganggu 4).Lamanya waktu penormalan gangguan dan penormalan pasokan. 6.2.
Statistik Gangguan di Utiliti Eropa Sebagai perbandingan,kita perhatikan statistik gangguan di dua utiliti Eropa yaitu : Enel-Italy dan Electrabel-Belgia. Enel-Italy Ada dua sumber data,yaitu yang berasal dari sistem SCADA yang memonitor data dari GI termasuk penutupan balik penyulang,baik penutupan -pendek : 0,3 detik,maupun penutupanlama : 3 detik, meliputi sebagai berikut : 1).Tanggal dan Waktu setiap manuver pemutus tenaga buka dan tutup 2).Sebab manuver : beban lebih,hubung singkat,gangguan tanah,atau operasi manual 3).Durasi pemutusan : - transient (≤ 1detik) , - pendek (>1detik dan ≤ 3 menit), - lama (>3 detik) iskandar.nungtjik
4).Nilai arus sesaat sebelum pemutus tenaga terbuka 5).Jumlah manuver pemutus tenaga setiap terjadi pemutusan. Secara tipikal : 1 kali untuk tarnsient, 2 kali untuk pendek,dan ≥ 3 kali untuk pemutusan panjang. 6).Bagian jaringan yang terganggu yang ada saklar pemutus beban yang dioperasikan secara lokal/manual atau kendali jarak jauh. Kedua data yang berasal dari isian formulir sebagai berikut :
49
1).Bagian terputus : -sisi tegangan tinggi (TT), ataukah pada : -trafo TT/TM, sisi TM, pelanggan TM, ataukah trafo TM/TR,sisi TR,pelanggan TR 2).Jenis pemutusan : gangguan >3 menit,ataukah pemutusan terencana 3).Titik di jaringan,atau percabangan,tanggal dan waktu setiap manuver,serta dilakukan secara otomatis ataukah manual dengan kendali jarak jauh,ataukah oleh petugas lapangan. Selain itu,secara ’real-time’setiap area dapat ditampilkan kejadian yang mempengaruhi jaringan dan peralatan yang semua informasinya direkam oleh sistem SCADA. Sistem informasi menyediakan laporan bulanan atau tahunan untuk setiap penyulang berisi : 1).Nilai rata-rata indeks utama 2).Nilai karakteristik,yaitu nilai ambang dan target yang menunjukkan batasan indeks yang diperbolehkan yang telah ditetapkan sebelumnya. 3).Jumlah pelanggan yang berada di luar target dan di luar nilai ambang Nilai target dan nilai ambang dapat dipakai untuk memilih bagian jaringan yang kritis yang perlu dilakukan perbaikan. Indeks Utama untuk Kualitas Pasokan
Indeks utama yang menyangkut kualitas pasokan kepada pelanggan adalah sebagai berikut : Pemutusan karena gangguan > 3 menit Parameternya adalah : 1).Durasi total dari gangguan > 3 menit 2).Jumlah dari gangguan > 3 menit 3).Durasi dari gangguan pemutusan tunggal > 3 menit Pemutusan Terencana Parameternya adalah : 1).Durasi total dari Pemutusan Terencana 2).Jumlah dari Pemutusan Terencana 3).Durasi dari Pemutusan-tunggal Terencana Pemutusan karena gangguan < 3 menit dan Kedip tegangan Parameternya adalah : 1).Jumlah dari gangguan > 1 detik dan ≤ 3menit 2).Jumlah dari gangguan ≤ 1 detik 3).Jumlah dari Kedip tegangan Electrabel – Belgia
Utiliti ini mempunyai standar sebagai format dasar yang berlaku di semua Cabangnya, namun setiap cabang dapat menambahkan ’item’ yang penting terhadap standar tersebut sesuai keaadan setempat dan material yang diperlukan. Dengan adanya data statistik sesuai standar dan tambahan yang dibuat oleh setiap unit,maka memudahkan untuk mengulas kondisi jaringan dan peralatan jaringannya. Sebagai akibat pemakaian format dasar yang sama untuk setiap Cabang,maka dapat dengan mudah membandingkan kinerja antar Cabang,misalnya jumlah gangguan,lamanya mengatasi gangguan,penormalan gangguan dan pemulihan pasokan. Perbandingan lamanya mengatasi gangguan,penormalan gangguan dan pemulihan pasokan antar Cabang,dapat dipakai sebagai dasar untuk investasi perlengkapan kendali jarak jauh,ataupun investasi lainnya yang terkait dengan hal tersebut. iskandar.nungtjik
Data yang dikumpulkan dalam format dasar antara lain : 1).Tanggal gangguan 2).Waktu terjadinya gangguan 3).Total waktu hingga pelanggan terakhir dinyalakan,dalam menit (T) 4).Jumlah ’switching’ (manual/jarak jauh) yang diperlukan untuk pemulihan pasokan (S) 5).Jumlah gardu distribusi yang terdampak (C)
50
6).Penyebab gangguan 7).Material/alat yang terkena gangguan 8).Bagian utama dari jaringan yang terganggu 9).Informasi statistik dari jenis material 10).Dampak akibat gangguan,N, misal pemutusan selama 10 menit terhadap 10.000 pelanggan akan lebih berarti daripada pemutusan selama 1 jam terhadap 25 pelanggan,sesuai rumus : N = CxTx(1+S)/(2*S)
dalam : gardu.menit
Bila gangguan dinormalkan segera oleh ’recloser’,maka nilai N = 0.
VII.
ANALISIS BIAYA – MANFAAT DARI MANAJEMEN GANGGUAN Penggunaan manajemen gangguan dan investasi yang dilakukan untuk impelmentasinya harus dihitung seberapa besar manfaat yang diperoleh dan dibandingkan dengan biaya tersebut.
7.1.
Manfaat dari Fungsi Manajemen Gangguan Manfaat penggunaan manajemen gangguan dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1).Manfaat langsung yang dirasakan oleh utiliti ataupun pelanggan,antara lain : a). Pengurangan biaya akibat pemutusan b). Penghematan biaya investasi jaringan c). Penghematan biaya tenaga kerja 2).Penyesuaian/’adjustment’ yang lebih baik oleh utiliti terhadap perubahan yang terjadi dalam lingkungan operasi,antara lain : a). Kualitas listrik yang lebih baik b). Daya saing utiliti yang lebih baik.
Perbedaan mendasar antara kedua manfaat tersebut di atas adalah pada manfaat kedua lebih sulit mengukurnya dalam nilai uang dibandingkan dengan manfaat pertama. Pengurangan biaya akibat pemutusan
Manfaat pengurangan biaya akibat pemutusan adalah manfaat utama dalam otomatisasi jaringan. Dengan mengendalikan operasi jarak jauh pada saklar jaringan SUTM yang panjangnya bisa > 30 km,maka biaya akibat pemutusan bisa dikurangi hingga separuhnya. Biaya ini dapat lebih dikurangi lagi dengan menggunakan teknik lokalisasi gangguan,yaitu menggunakan detektor gangguan dan perhitungan lokasi gangguan. Namun masalahnya adalah sebagian besar manfaat ini lebih dinikmati oleh pelanggan,dan sebagian kecil saja,terutama yang terkait dengan pendapatan hilang, yang dinikmati oleh utiliti. Penghematan biaya investasi jaringan
Penghematan biaya investasi oleh alasan sebagai berikut : 1).Lebih mengenal sifat beban,sehingga dapat dibuat margin operasi yang lebih kecil 2).Pemanfaatan yang lebih fleksibel akan kapasitas sistem distribusi Penghematan biaya investasi dapat dilakukan dengan meggunakan saklar jaringan yang dapat dikendalikan jarak jauh dan juga penggunaan alat/’tools’ terkomputerisasi untuk perencanaan ’switching’ jaringan. iskandar.nungtjik Ini sangat bernilai terutama pada kondisi abnormal,sebagai contoh bila trafo daya di GI harus keluar seketika,maka penyulangnya dapat dipindahkan pasokannya ke trafo yang lain,atau ke GI lainnya. Ini mengurangi biaya investasi untuk jaringan distribusi cadangan/ ’back up’. Alat/’tools’ lainnya adalah prakiraan beban sistem distribusi,yang memberikan pengetahuan akan arus beban pada bagian jaringan yang berbeda,dan memungkinkan mengefisienkan pemanfaatan kapasitas sistem distribusi baik dalam kondisi normal maupun kondisi gangguan.
51
Penghematan biaya tenaga kerja
Penghematan biaya tenaga kerja didapatkan dari efisiensi kerja baik oleh petugas gangguan dalam mencari,memperbaiki dan menormalkan gangguan jaringan,maupun oleh petugas informasi pelayanan pelanggan yang memproses panggilan telpon pelanggan yang terdampak. Tabel-13 berikut menunjukkan manfaat dari berbagai fungsi manajemen gangguan. Fungsi
Manfaat
Keterangan
1. Pemutus Jaringan TM: -Kendali Jarak jauh Pemutus -Baca jarak jauh Indikator Gangguan -Hitungan Jarak Gangguan 2. Deteksi Tahanan Gangguan tinggi 3. Pengendalaian Tegangan dan Var
OC,L,Q
OC : Biaya akibat Pemutusan
OC,L,Q INV,M, Q INV,M, Q INV,M, Q L,M,Q L,M,Q L,M,Q
L : Biaya Tenaga Kerja INV : Biaya Investasi
4. Prakiraan Beban Distribusi 5. Perencanaan ’Switching’ 6. Pemrosesan Panggilan telpon 7. Informasi Pelanggan 8. Pembuatan Statistik Gangguan
M : Daya Saing Q : Kualitas Pasokan
Tabel-13. Manfaat dari Fungsi Manajemen Gangguan Biaya akibat Pemutusan Pelanggan Biaya yang dirasakan oleh setiap jenis pelanggan akibat pemutusan pasokan,studi di Finlandia,ditunjukkan pada Tabel -14 berikut ini :
Durasi Pemutusan : Rumah tangga
Pertanian Industri Bisnis Umum
1 detik 2,2 1,8 0,5
3x 1 menit 4,3 4,3 1,2
1 jam 0,7 5,3 11 12 4
4 jam 2,8 32 33 11
8 jam 10 58 58 68 23
Catatan : angka kerugian dalam €/kW
Tabel-14. Biaya akibat pemutusan setiap jenis pelanggan Terlihat bahwa biaya akibat pemutusan yang singkat ,1 detik saja, relatif tinggi. Pemutusan yang terjadi berulang,misal 3x1 menit dalam waktu 15 menit, mengakibatkan kerugian yang sangat besar. Solusi dengan otomatisasi jaringan dapat memperpendek waktu pemutusan dan jumlah pemutusan jaringan,misalnya menggunakan indikator gangguan. Dengan alat ini pula dapat dikurangi jumlah ’switching’ uji-coba untuk mencari titik gangguan SUTM.
52
Pada jaringan SKTM biasanya jumlah gangguan lebih rendah daripada SUTM,sehingga pemakaian saklar dengan kendali jarak jauh sangat menguntungkan. Penggunaan Indikator arus gangguan yang diletakkan pada gardu trafo distribusi dapat pula membantu memperpendek lamanya pemadaman. harry h.,iskandar n.: Manajemen Gangguan Sistem Distribusi
7.2.
Pemberatan Jaringan Distribusi untuk Perbaikan Kehandalan Suatu jaringan distribusi yang beroperasi radial seperti pada Gambar-26 berikut,maka bila ada pemeliharaan ataupun gangguan pada gardu A,maka gardu B,C,D,E dan F akan ikut padam.
GI
A
B
C
D GI F
E
Gambar-26. Pemberatan Jaringan Distribusi Hal ini tentu saja tidak boleh terjadi,sehingga harus dibangun jaringan baru yang akan menghubungkan gardu E dan gardu F. Penyulang yang memasok gardu A dan gardu B bisa berasal dari GI yang sama,ataupun dari GI yang berbeda. Namun harus diingat,bahwa pembangunan jaringan yang baru tersebut perlu biaya,sehingga harus dikaji dulu antara biaya yang dikeluarkan terhadap maksud pemberatan jaringan serta peningkatan kehandalan pasokan yang akan didapat. Peningkatan Kehandalan
Pada jaringan distribusi TM banyak parameter yang berpengaruh langsung terhadap kehandalan pasokan ke pelanggan,antara lain : jumlah pemutusan baik singkat ataupun lama,dan durasi pemutusan tersebut. Untuk meningkatkan kehandalan pasokan,maka perbaikan terhadap operasi jaringan distribusi dapat dilakukan dengan antara lain : 1).Hubungan ’ring’ 2).Restrukturisasi 3).Pemasangan tambahan pemutus tenaga dan proteksinya 4).Gardu distribusi dengan kontrol jarak jauh Tujuan dilakukan perbaikan di atas adalah : 1).Menurunkan durasi pemutusan baik akibat gangguan ataupun pemeliharaan 2).Menurunkan biaya tenaga kerja 3).Menurunkan energi yang tak tersalur 4).Meningkatkan kepuasan pelanggan 5).Meningkatkan daya tarik suatu daerah Maksud Pemberatan Jaringan Perlunya dilakukan pemberatan jaringan dan peningkatan kehandalan pasokan bergantung kepada pengalaman dan tugas personal yang terlibat. target dari pemberatan adalah keputusan investasi berdasar kepada aspek teknis dan ekonomis,yaitu KKO (kajian kelayakan operasional) dan KKF (kajian kelayakan finansial). ’Gain’-Teknis –Ekonomis
53
Suatu metoda pemberatan untuk hubungan ’ring’pada suatu jaringan distribusi adalah ’Gain’Teknis-Ekonomis yang dipakai di Austria. Pelipatan /’gain’-teknis –ekonomis bergantung kepada panjang dan jenis ukuran penyulang radial. Rumus sederhana berikut ini dapat dipakai untuk menghitung nilai target :
harry h.,iskandar n.: Manajemen Gangguan Sistem Distribusi
TEG = NVist x Dbist x DB% x ND NVsoll
dengan : TEG : NVist : NVsoll : DBist : DB% : ND :
’Gain’ -Teknis-Ekonomis Ketidaksediaan pasokan,tanpa hubungan ’ring’ (jam/tahun) Nilai Target Ketidaksediaan pasokan (jam/tahun) Penjualan Energi – Biaya Energi dari gardu per tahun Nilai Target,% dari DB ist , yang harus diperoleh , misal 0,5 % per tahun Perkiraan umur jaringan, misal 30 tahun.
Jika biaya membangun hubungan ’ring’ tersebut lebih kecil daripada TEG,maka pembangunan tersebut layak karena memenuhi KKO dan KKF. 7.3.
Kualitas Pasokan Listrik Sistem Distribusi Kualitas Listrik yang diharapkan Pelanggan Kualitas listrik yang diharapkan pelanggan dapat dilayani utiliti dengan dua kategori berikut : 1).Level Referensi, kualitas listrik yang standar sebagaimana yang diharapkan oleh mayoritas pelanggan dan dapat dipenuhi utiliti dengan prinsip optimasi ekonomis. Untuk memenuhi kualitas listrik level referensi ini,maka utiliti melakukan : a).Perbaikan kehandalan listrik harian dengan mengurangi durasi dan jumlah padam b).Memperkecil Jumlah gangguan c).Memperbaiki kualitas tegangan denga mengurangi variasi tegangan rms
2).Level Khusus, kualitas listrik yang dibutuhkan oleh pelanggan tertentu yang karena sifat khas dari peralatan yang dipakai ataupun proses dan kualitas produksinya. Di PLN masalah kualitas listrik diatur dalam TDL tahun 2003 dan juga Grid Code tahun 2007 serta Distribution Code tahun 2009. Pelayanan ke calon/pelanggan yang membutuhkan kehandalan dan kualitas listrik yang melebihi ketentuan dalam TDL tahun 2003 tersebut,dapat saja dilakukan dengan prinsip B to B (business to business) yang harus dicantumkan dalam perjanjian jual-beli listrik.
VIII. KESIMPULAN
1).Fungsi manajemen gangguan dapat dikelompokkan menjadi : a).Identikasi Gangguan b).Lokaliisasi Gangguan c).Pemulihan Pasokan d).Pembuatan Statistik Gangguan e).Laporan dan Monitoring Kehandalan dan Kualitas Pasokan 2).Untuk Gnagguan permanen dapat dibantu dengan : a).Alat Indikator Gangguan,baik untuk hubung singkat maupun gangguan tanah b).Perhitungan Jarak Gangguan
54
3).Keterbatasan dari alat indikator gangguan adalah tidak ada fungsi arah yang sangat diperlukan dalam hal arus gangguan yang kecil pada gangguan tanah dengan tahanan gangguan yang tinggi,ataupun pada sistem dengan pentanahan tahanan tinggi,seperti ’Peterson Coil’. harry h.,iskandar n.: Manajemen Gangguan Sistem Distribusi
4).Perhitungan Jarak Gangguan dilakukan dengan dua cara ,yaitu : a).Membandingkan antara arus gangguan yang diukur terhadap hasil perhitungan Untuk arus gangguan tanah yang kecil,maka digunakan teknik pengukuran arus ’transient’ dengan memakai alat ukur yang tinggi ’sampling rate’nya. b).Menggunakan relai jarak (hanya untuk hubung singkat) 5).Pemulihan Gangguan dapat dilakukan dengan : a).Sistem ’switching’ yang otomatis penuh b).Memakai perangkat lunak untuk mengecek kendala teknik di jaringan sebagai masukan bagi operator untuk melakukan proses ’switching’ 6).Penggunaan Komputer sebagai ’tools’ manajemen gangguan,yaitu dipakai pada sistem SCADA dalam DMS (Distribution Management System). Sebagai contohnya dalah fungsi untuk : a).Kondisi sistem jaringan distribusi b).Pemrosesan alarm c).Analisis Kejadian d).Lokalisasi Titik Gangguan e).Pemulihan Pasokan f).Manajemen Petugas Lapangan g).Statistik Gangguan h).Laporan dan Monitoring Jaringan 7).Isu pokok atas kelayakan ekonomis dari penggunaan fungsi manajemen gangguan adalah biaya akibat pemadaman. Pengurangan biaya ini porsi terbesarnya lebih banyak memberi manfaat bagi pelanggan,dan sebagian kecil saja bagi utiliti. Aplikasi fungsi manajemen gangguan ini berimplikasi terhadap biaya investasi yang ditanggung oleh utiliti,sehingga pembebanannya dikembalikan ke pelanggan dalam bentuk tarif dan level layanan baik yang menyangkut jaminan kehandalan dan/atau jaminan kualitas listrik.
55
harry h.,iskandar n.: Manajemen Gangguan Sistem Distribusi
Sistem Pentanahan Titik Netral Jaringan No
Mengambang 1) (Isolated)
Uraian
1.
Rele gangguan : - Fasa - Fasa - Fasa - Tanah
2.
Reclosure : - GI - Penyulang JTM
3.
Sectionalizer : - Penyulang JTM
4.
Indikator gangguan : - Fasa - Fasa
OCR OVR atau Urutan Nol
Tahanan Tinggi 2) (500 Ω)
Tahanan Rendah 3) (12 Ω ; 40 Ω)
Langsung Multi/Uni Grounded
OCR DGR atau Urutan Nol
OCR GFR
OCR GFR
4)
Resonant 5) Coil (Peterson Coil) OCR Urutan Nol
6)
Ada NA
Ada NA
Ada Ada
Ada Ada
Ada NA
Ada
Ada
Ada
Ada
Ada
SCI GFD
SCI GFD
24
24
7)
8)
- Fasa - Tanah 5.
Arrester : 10) *) - MCOV kV
- Uc11) kV 6.
7.
9)
SCI GFD
24
SCI GFD
15,3/19,5 16,8-24
SCI GFD
24
Kabel TM 12) (UGC) : - Sheath 13)
SUTM : FIC FIC FIC FIC FIC Insulated Conductor Catatan : 1).Terdapat pada JTM sistem kecil dan terpisah dari grid distribusi 2).Terdapat pada JTM sistem sedang dan terpisah dari grid. Juga terdapat pada JTM di Jawa Timur 3).Terdapat pada JTM di Jawa Barat dan DKI Jakarta. Tahanan Pentanahan 12 Ω untuk SKTM dan 40 Ω untuk : campuran SKTM dan SUTM yang berada pada satu sistem pasokan trafo GI 4).Terdapat pada JTM di Jawa Tengah (Multi Grounded), sistem distribusi 3-fasa,4-kawat 5).Sistem ini tidak dipakai di JTM di Indonesia 6).Reclosure (Penutup Balik /PB) dipasang pada Penyulang keluar di GI, dan juga di SUTM dengan tahanan rendah atau pentanahan langsung,dengan memakai sensor arus 7).Sectionalizer dipasang pada SUTM dengan tahanan tinggi,dengan memakai sensor tegangan 8).& 9).Indikator gangguan fasa-fasa ( Short Circuit Indicator),dan indikator gangguan fasa - tanah (Ground Fault Detector) untuk menentukan lokasi gangguan baik pada SKTM maupun SUTM 10).Rating dan duty cycle arrester ditentukan oleh sistem pentanahan dan besar arus petir yang terjadi menurut IEEE 11).Rating dan duty cycle arrester ditentukan oleh sistem pentanahan dan besar arus petir yang terjadi menurut IEC 12).Pada kabel tanah,ketahanan arus untuk Sheath dipilih sesuai sistem pentanahannya 13).SUTM dengan konduktor berisolasi dipakai Full Insulated Conductor (FIC) dengan E 0 =12 kV. *) Nilai yang lebih besar untuk pentanahan langsung yang tunggal,misal di titik netral trafo
56
Tabel-15. Rekapitulasi Parameter Jaringan Sistem distribusi
harry h.,iskandar n.: Manajemen Gangguan Sistem Distribusi
Referensi : 1).Komari,Soekarto,J.,”Sistem Pentanahan Tenaga Listrik”,1984 2).”Fault Management in Electrical distribution Systems”, Final Report oh the CIRED Working Group WG 03 fault Management, 2003 3).Boutsika, T.H., et.al.”Calculation of the fault level contribution of distributed generation according to IEC Standard 60909”, NTUA-Electric Power Division, Athens, Greece 4).Colloca, V.”Design Philosophy Enhances Distribution Network in Italy”.ENEL, Colombo, CESI, 2002 5).Alex, WU.et.al.”MV Generator low-resistance grounding and stator ground damage”, IEEE Industry Application Conferenece, Seattle, 2004
6).Vinter, Peter.” Denmark Welcomes reliability Improvements”, Dong Energy, 2008 7).Geldenhuys, H., Stanford, G.,”Earthing of MV and LV Distribution Lines: A multi facet problem”, Eskom Industry association Resource Centre (IARC) 8).Hiller, Thomas, et.al.”Modelling and Simulation of the Fault management in Medium Voltage Networks for Electricity Distribution”, Stuttgart, Germany 9).”Arrester Lead Length”; “Selecting Arrester MCOV and Uc”, “Understanding Arrester Discharge Voltage”, Arresterworks, 2008 10).”Surge Arrester”, Tyco Electronics, 11).Calboutin, F.,”Basic Principles of Lightning Protection Pertaining to a Factory Environment”, South Africa, 2003 12).Yokoyama, S.,”Designing Concept on Lightning Protection of Overhead Power Distribution Line”, Brazil, 2007 13). “C60 UL/CSA/IEC MCB Specification” 14).Partha, CGI,”Rekonfigurasi Jaring Distribusi Tenaga Listrik Menggunakan Breeder Genetic Algoritma (BGA)”, Unud, Jimbaran Bali, 2006 15). Schneider Electric,”C60 UL/CSA/IEC The multistandard electrical protection”,2009 16).Calboutin,F.,”Basic Principles of Lightning Protection pertaining to a factory environment”,Umhlanga Rocks,South Africa,2003. 17).Woodworth,J.,”ArresterWorks : Selecting Arrester MCOV and Uc: Part 1of arrester selection Guide”,February 2009 18).Ibid,”Areester Lead Length” 19).Ibid,”Understanding Arrester discharge Voltage”
57
harry h.,iskandar n.: Manajemen Gangguan Sistem Distribusi Lampiran -1 Aplikasi pada pengecekan pada instalasi Untuk mengetahui apakah spesifikasi kemampuan pemutusan (breaking capacity) komponen peralatan masih sesuai,maka perlu dihitung seperti metoda di atas dengan data aktual antara lain : 1). Besar arus hubung-singkat (mutakhir) di bus 150 kV,atau pusat pembangkit 2). Impedansi trafo tenaga di gardu induk,atau pusat pembangkit 3). Impedansi dan panjang JTM 4). Impedansi dan kapasitas trafo distribusi 5). Impedansi dan panjang JTR Besar arus hubung singkat di terminal sekunder trafo Perlu kita ketahui berapa besar arus hubung singkat di terminal sekunder trafo,hal ini mengingat level arus hubung singkatdi sisi tegangan tinggi cenderung naik akibat sistem yang membesar,dan akibatnya level hubung singkat di sisi 20 kV juga ikut naik. Selain itu, pemakaian trafo yang besar dengan impedansi 4 % (lihat Tabel-3 di atas),dan pemakaian trafo 1000 kVA dengan impedansi 5 % akan berakibat naiknya level hubung singkat di sisi sekunder trafo yang selanjutnya ikut menaikkan level hubung singkat di JTR,panel TR,dan di sisi pelanggan. Ini akan berakibat,kebutuhan peralatan NHFuse,kabel TR,dan MCB di pelanggan pun harus dengan spesifikasi yang lebih tinggi pula. Contoh perhitungan berikut, misalkan : arus hubung singkat di bus 150 kV GI A sebesar 12 kA,dengan penyulang kabel 2 2 aluminium ukuran 150 mm ,memasok trafo daya 1000 kVA memakai kabel LVTC 95 mm .
Gambar-i. Menghitung arus hubung singkat di sisi tegangan rendah Dengan mengambil basis baru : Sb =100 MVA; Ub =150 kV; Ib = 385 A; Zb = 225 Ω,maka : 1). Ssc = 150 kV x1,73x 12 kA = 3114 MVA = 3114 MVA/100 MVA = 31,14 pu Isc = 12 kA =12 kA/385 A =31,17 pu a).Zscb = 150 kV/(1,73x12 kA) =7,23 Ω = 0,032 pu 2 b).Z trafoGI = 0,13x(150/150) x(100000/60000) = 0,217 pu c).ZJTM = 5x0,27 Ω /225 Ω = 0,006 pu 2 d).Z trafodistr = 0,05x((0,4/150) x(100000/1000) =0.000036 pu e).ZJTR = 0,5x 0,5 Ω /225 Ω =0,5x 3,125 pu = 0,0011 pu 2). Arus hubung singkat : a). di titik bus 20 kV : Isc =1/(0,032+0,217) = 4,016 pu = 4,016 x 385 = 1546 A b). di titik bushing TR trafo : Isc = 1/(0,032+0,217+0,006+0,000036) = 3,921 pu =3,921x385x(150/20) = 11321 A 3). Dampak pada rating pemutusan NH Fuse,kabel JTR,dan MCB a).NH Fuse harus mempunyai breaking capacity 12 kA,1detik
58
