BAB III
ANTISIPASI GANGGUAN DAN PEMELIHARAAN JARINGAN
TEGANGAN MENENGAH 20 kV
3.1. Sistem Jaringan Tegangan Menengah 20 kV
Jaringan distribusi tenaga listrik adalah jaringan antara pemakai atau
konsumen dengan sumber daya besar (Bulk Power Source). Sumber daya besar
dapat terdiri dari beberapa bagian yaitu:
1. Pusat pembangkit yang dekat dengan konsumen.
2. Gardu Induk (Transmission Distribution) yaitugarduyangdisupply oleh
pembangkit-pembangkitlewat jaringantransmisi.
Suatu sistem distribusi pada umumnya terdiridari:
Sumber daya besar ( Bulk Power Source )
Jaringan subt ransmisi ( Sub Transmission )
Gardu Induk ( Distribution Substation )
Jaringan primer ( Primary Feeder )
Trafo Distribusi ( Distribution Transformer )
Gambar3.1 Diagram satugarissistempenyaluranTenagaListrik.
28
1.1. Peralatan Sistem Jaringan Tegangan Menengah 20 kV
1.1.1. Pemutus Tenaga (PMT)
Pemutus tenaga adalah suatu peralatan listrik yang dapat
menghubungkan atau memutuskan rangkaian listrik dalam keadaan normal atau
tidak normal yang dilengkapi dengan media pemadam busur api. dalam keadaan
tidak normal (gangguan) PMT adalah merupakan sakelar otomatis yang dapat
memutuskan arus gangguan, dimana untuk mengerjakan CB dalam keadaan
tidak normal umumnya digunakan rangkaian trip yang mendapat sinyal dari
suatu rangkaian rele pengaman. Alat ini akan membuka dan menutup jika relay
telah di setting berdasarkan besar arus gangguan maupun waktu tertentu, dan
tentunya settingan atau pengaturan berdasarkan data maupun diperhitungkan
agar terjadi koordinasi antara recloser dengan alat proteksi lain nya seperti yang
terdapat pada gambar
Gambar 3.2 bentuk fisik PMT
Pengoperasian PMT sekarang menggunakan sistem ROPO yang
dijalankan langsung oleh pihak Area tetapi tidak menutup kemungkinan apabila
terjadi gangguan pada ROPO karena tidak ada sinyal balik, sehingga alat
tersebut harus dioperasikan secara lokal kontrol di Gardu Induk oleh petugas
Rayon.
1.1.2. Penutup Balik Otomatis (Recloser)
Recloser merupakan peralatan pemutus tenaga listrik (circuit breaker)
yang dilengkapi dengan piranti kontrol (control device) yang berfungsi sebagai
pengaman arus lebih gangguan fasa - fasa / fasa – nol. Cara kerja Recloser yaitu
29
apabila terjadi gangguan hubung singkat temporer, maka secara otomatis
Recloser akan trip dan akan masuk kembali. Bila gangguan bersifat permanen,
maka Recloser akan bekerja membuka dan menutup kembali sesuai dengan
setting yang ditentukan sampai dengan recloser membuka permanen (Lock Out).
Berdasarkan Standar PLN 52-3 :1983,recloser merupakan alat berwadah
tersendiri,berisi sarana yang diperlukan untuk mengindera arus lebih,mengatur
waktu dan memutus arus lebih serta untuk menutup balik secara otomatis dan
memberikan tegangan kemnbali pada saluran. Hal yang membedakan recloser
dengan pemutus tenaga yang lain adalah apabila terjadi gangguan hubung
singkat temporer, maka secara otomatis recloser dapat menutup kembali
sehingga penyaluran tenaga listrik normal kembali seperti pada gambar 3.3
dibawah ini.
Bila gangguan hubung singkat bersifat permanen,maka recloser akan
bekerja membuka dan menutup balik sesuai dengan setting yang ditentukan
sampai dengan recloser membuka permanen ( lock out ). Recloser juga berfungsi
membatasi daerah yang padam akibat gangguan permanen atau dapat melokalisir
daerah yang terganggu
Gambar 3.3bentuk Recloser
Gambar 3.4 Panel Control Recloser
30
Recloser mempunyai 2 (dua) karakteristik waktu operasi (dual timing),
yaitu operasi cepat (fast) dan operasi lambat (delay). Disamping hal diatas
Recloser juga dapat secara otomatis menyesuaikan reset time secara otomatis.
Sebagai contoh jika Recloser disetel 4 kali lock out terdiri 2 ”Cepat” dan 2
”Lambat”,tetapi bila pada operasi cepat ke II gangguan sudah hilang,maka secara
otomatis Recloser akan kembali ke status awal artinya bila terjadi gangguan lagi
setelah melewati reset time,maka Recloser akan mulai lagi dari operasi ”fast I”
melokalisir daerah yang terganggu.
1.1.3. Disconnecting Switch (DS)
Disconnecting Switch Adalah sebuah alat pemutus yang digunakan untuk
menutup dan membuka pada komponen utama pengaman/recloser, DS tidak dapat
dioperasikan secara langsung, karena alat ini mempunyai desain yang dirancang
khusus dan mempunyai kelas atau spesifikasi tertentu, jika dipaksakan untuk
pengoperasian langsung, maka akan menimbulkan busur api yang dapat berakibat
fatal. Yang dimaksud dengan pengoperasian langsung adalah penghubungan atau
pemutusan tenaga listrik dengan menggunakan DS pada saat DS tersebut masih
dialiri tegangan listrik.
Pengoperasian DS tidak dapat secara bersamaan melainkan dioperasikan
satu per satu karena antara satu DS dengan DS yang lain tidak berhubungan,
biasanya menggunakan stick (tongkat khusus) yang dapat dipanjangkan atau
dipendekkan sesuai dengan jarak dimana DS itu berada, DS sendiri terdiri dari
bahan keramik sebagai penopang dan sebuah pisau yang berbahan besi logam
sebagai switchnya, Bisa dlihat pada gambar 3.5 dibawah ini.
Gambar 3.5Disconecting Switch (DS)
31
1.1.4. Air Break Switch (ABSW)
Air Break Switch (ABSW) merupakan peralatan yang berfungsi sebagai
pemisah dan biasa dipasang pada jaringan SUTM. Biasanya medium kontaknya
adalah udara yang dilengkapi dengan media pemadam busur api (Interrupter)
berupa hembusan udara. Pada gambar 3.6 ABSW juga dilengkapi dengan media
pemadam busur api yang berfungsi untuk meredam busur api yang ditimbulkan
pada saat membuka atau melepas pisau ABSW yang dalam kondisi bertegangan.
Kemudian juga dilengkapi dengan isolator tumpu sebagai penopang pisau ABSW,
pisau kontak sebagai kontak gerak yang berfungsi membuka atau memutus dan
menghubung atau memasukkan ABSW, serta stang ABSW yang berfungsi
sebagai tangkai penggerak pisau ABSW.
Gambar 3.6 Air Break Switch dan handlenya
1.1.5. Transformator
Trafo merupakan komponen yang sangat penting peranannya dalam sistem
ketenaga listrikan. Trafo adalah suatu peralatan listrik elektromagnetis statis yang
berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian
listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama dan perbandingan
transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja prinsip kerja
induksi elektromagnetis dimana perbandingan tegangan antara sisiprimer dan sisi
sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding
terbalik dengan perbandingan arusnya.
Pada prinsipnya transformator tiga fasa sama dengantransformator satu
fasa. Perbedaannya adalah seperti perbedaan listriksatu fasa dengan listrik tiga
32
fasa yaitu dengan mengenal sistembintang (Y) dan sistem delta (Δ) serta sistem
zig – zag. Transformatortiga fasa ini dikembangkan dengan alasan ekonomis.
Untukmenganalisa trafo daya 3 fasa dilakukan dengan memandangtransformator 3
fasa sebagai trafo 1 fasa. Hanya untuk hasil akhirbiasanya parameter tertentu
(arus, tegangan, daya) transformator tigafasa dikaitkan dengan nilai 3 (seperti
pada persamaan listrik arusbolak – balik).
Pada trafo distribusi yang digunakan adalah trafo penuruntegangan (step
down) 20 kV/400 V. Tegangan fasa ke fasa sistemjaringan tegangan rendah
adalah 380 V. Karena terjadi drop tegangan,maka pada tegangan rendahnya dibuat
diatas 380 V agar teganganpada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380 V.
Gambar 3.7 Trafo distribusi 1 fasa Gambar 3.8 Trafo distribusi 3 fasa
1.1.6. Fuse Cut Out (FCO)
Fuse cut out adalah suatu alat pengaman yang melindungi jaringan
terhadap arus beban lebih (over load current) yang mengalir melebihi dari batas
maksimum, yang disebabkan karena hubung singkat (short circuit) atau beban
lebih (over load). Konstruksi dari FCO ini jauh lebih sederhana bila dibandingkan
dengan pemutus beban (circuit breaker). Akan tetapi FCO ini mempunyai
kemampuan yang sama dengan pemutus beban tersebut. FCO hanya dapat
memutuskan satu saluran kawat jaringan di dalam satu alat. Apabila diperlukan
pemutus saluran tiga fasa maka dibutuhkan FCO sebanyak tiga buah.
Beberapa jenis ( fuse cut out ) yang dipergunakan pada saluran udara
tegangan menengah :
1. Jenis tertutup dengan porselin.
33
2. Jenis terbuka ,fuse link dimasukkan dalam tabung (pemikul batang)
pelebur
3. Jenis terbuka ,fuse link tidak dimasukkan dalam tabung(pemikul
batang) pelebur
Dari ketiga jenis fuse cut out diatas yang banyak dipergunakan oleh
perusahaan jasa kelistrikan adalah jenis “ terbuka dengan fuse link dimasukkan
dalam tabung ( pemikul batang) seperti pada gambar 3.9 dibawah ini.
Gambar 3.9Fuse Cut Out
Fuse cut out digunakan dalam jaringan distribusi sebagai pengaman arus
lebih dinamakan fuse link. Ukuran dari fuse link ditentukan oleh panjang fuse link
dan besarnya penampang elemen pelebur. Panjang fuse link menentukan jumlah
panas yang dapat ditampung dan dihantarkan dari pengikat ke titik tengah
elemen pelebur.
Pemilihan arus pengenal pada fuse link harus dipilih berdasarkan:
1. Arus normal dan kemungkinan beban lebih termasuk arus harmonis
2. Gejala transient di rangkaian karena pengaruh pemutusan
/penghubungan peralatan (misalnya transformator, motor atau
kapasitor)
3. Koordinasi dengan peralatan pengaman yang lain.
Pemilihan tegangan pengenal fuse link berdasarkan ketentuan sebagai berikut:
34
1. Bila digunakan pada sistem 3 fasa,maka tegangan pengenal paling
rendah = tegangan antar fasa.
2. Bila digunakan pada sistem 1 fasa , maka tegangan pengenal paling
rendah = tegangan fasa –netral.
1.1.7. Lightning Arrester
Gambar 3.10Lightning Arrester
Arrester petir atau disingkat Arrester adalah suatu alat pelindung bagi
peralatan tenaga listrik terhadap surja petir. Alat pelindung terhadap gangguan
surja ini berfungsi melindungi sistem tenaga listrik dengan cara membatasi surja
tegangan yang lebih dan mengalirkannya ketanah. Berhubung dengan fungsinya
itu, ia harus dapat menahan tegangan sistem 50 Hz untuk waktu yang tak terbatas
dan harus dapat melewatkan surja arus ketanah tanpa mengalami kerusakan
seperti yang terdapat pada gambar 3.15. Ia berlaku sebagai jalan pintas sekitar
isolasi. Arrester membentuk jalan yang mudah untuk dilalui arus kilat atau petir,
sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Selain
melindungi peralatan dari tegangan lebih yang diakibatkan tegangan lebih
eksternal, arrester juga melindungi peralatan yang diakibatkan oleh tegangan lebih
internal seperti surja hubung. Selain itu arester juga merupakan kunci dari
koordinasi isolasi suatu sistem tenaga listrik. Bila surja datang ke gardu induk
arrester bekerja melepaskan muatan listrik (discharge) serta mengurangi tegangan
abnormal yang akan mengenai peralatan gardu induk.
35
Prinsip kerja arrester
Pada prinsipnya arrester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh petir,
sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Pada kondisi
normal arrester berlaku sebagai isolator, tetapi bila timbul surja arrester berlaku
sebagai konduktor yang berfungsi melewatkan aliran arus arus yang tinggi ke
tanah. Setelah surja itu hilang arrester harus dengan cepat kembali menjadi
isolator.
3.2. Gangguan
Yang dimaksud dengan gangguan dalam operasi tenaga listrik adalah
kejadian yang menyebabkan bekerjanya proteksi atau relay dan menjatuhkan
pemutus tenaga (PMT) diluar kehendak operator, sehingga menyebabkan
putusnya aliran jaringan yangmelalui PMT tersebut.
Untuk bagian sistemyang tidak dilengakpi PMT misalnya diamankan
dengan sekring, maka gangguan adalah adalah kejadian yang menyebabkan
putusnya (bekerjanya) sekring. Gangguan yang dimaksud disini adalah Fault
dalam bahasa inggris. Disturbance dalam bahasa Inggris juga terjemahan sebagai
gangguan dalam bahasa Indonesia. Namun, disturbance mempunyai arti lebih
luas misalnya tegangan naik mendadak. Ada juga gangguan yang tidak atau
belum dilihat oleh relay tetapi dilihat oleh operator yang kemudia nmenjatuhkan
PMT.
3.3. Jenis Gangguan
1.1.8. Gangguan Beban Lebih
Beban lebih ini dapat terjadi pada trafo atau pada saluran karena konsumen
yang dipasoknya terus mengalami kenaikan kuantitas atau karena adanya manuver
beban dijaringan setelah adanya gangguan. Beban lebih itu menimbulkan panas
yang berlebih, oleh karena itu dapat mempercepat proses penuaan atau
memperpendek umur.
36
1.1.9. Gangguan Hubung Singkat
Hubung singkat dapat terjadi antar fasa (tiga fasa atau dua fasa) atau antara
fasa ke tanah dan dapat bersifat temporer (non persistant) atau permanent
gangguan permanent misalnya rusaknya isolasi padat pada belitan trafo atau
belitan generator. Gangguan ini dapat berawal dari tegangan lebih, penuaan
isolasi, atau kerusakan mekanis isolasi. Gangguan temporer misalnya berupa flash
over antara penghantar fasa dan tanah atau tiang, travers atau kawat tanah pada
SUTT atau SUTM karena sambaran petir. Dalam hal ini yang tembus adalah
saluran udaranya sehingga tidak ada kerusakan permanent. Arus hubung singkat
dua fasa lebih kecil dari pada arus hubung singkat tiga fasa. Jika tahanan
diabaikan maka besaran arus hubung singkat dua fasa : 12
√ 3 (=0,866) kali arus
hubung singkat tiga.
1.1.10. Gangguan Tegangan Lebih
Tegangan lebih dengan power frequency terjadi misalnya karena :
Kehilangan beban atau penurunan beban dijaringan akibat switching
karena gangguan atau karena manuver
Kecepatan lebih (over speed) pada generator karena kehilangan beban.
1.1.11. Gangguan Kekurangan Daya
Kekurangan daya dapat terjadi karena tripnya unit pembangkit
akibat gangguan di Prime Movernya, di generator atau karena gangguan hubung
singkat di jaringan yang menyebabkan bekerjanya relay dan circuit breakernya
yang berakibat terlepasnya suatu unit hilang/terlepas tersebut melampaui
cadangan putar (spinning reserve) sistem, maka pusat- pusat pembangkit yang
masih kerja akan mengalami pembebanan yang berlebihan sehingga frekuensi
akan terus merosot. Jika hal ini tidak diamankan maka akan mengakibatkan
tripnya pusat-pusat pembangkit itu secara beruntun (cascading) yang
37
selanjutnya dapat berakibat runtuhnya (collapse) sistem tang dapat berakibat
pemadaman total.
1.1.12. Gangguan Ketidakstabilan
Gangguan hubung singkat atua kehilangan pembangkit dapat
menyebabkan ayunan daya (power swing) atau yang lebih parah lagi dapat
menyebabkan unit-unit pembangkit lepas sinkron (pull out of synchronism).
Ayunan daya dapat menyebabkan gangguan yang lebih luas. Lepas sinkron dapat
menyebabkan berkurangnya pembangkit karena tripnya unit pembangkit itu atau
terpisahnya sistem yang selanjutnya dapat menyebabkan gangguan yang lebih luas
bahkan keruntuhan sistem (collapse).
3.4. Cara Mengatasi Gangguan
3.4.1. Mengurangi Terjadinya Gangguan
Gangguan tidak dapat dicegah sama sekali, tapi dapat dikurangi
kemungkinan terjadinya gangguan dengan cara sebagai berikut :
a. Dengan hanya menggunakan peralatan yang dapat diandalkan
b. Penentuan spesifikasi yang tepat dan desain yang baik sehingga dalam
keadaan normal maupun tidak, semua peralatan tahan baik termis,
elektris, maupun mekanis.
c. Pemasangan yang benar sesuai desain dan spesifikasi dari pabrik
d. Penggunaan kawat tanah pada SUTT / SUTET dengan tahanan
yang rendah untuk menghindari terjadinya gangguan akibat sambaran
petir.
e. Penebangan pohon yang berdekatan dengan kawat fasa SUTM dan
SUTT.
f. Penggunaan kawat / kabel udara berisolasi untuk SUTM secara selektif.
g. Operasi dan pemeliharaan yang baik.
h. Mengurangi penyebab kerugian dengan penyelidikan.
3.4.2. Mengurangi Akibat Gangguan
Usaha untuk mengurangi akibat gangguan adalah :
38
a. Mengurangi besarnya arus gangguan dengan cara :
Mengurangi konsentrasi pembangkitan.
Menggunakan reactor.
Menggunakan tahanan untuk pembumian netral JTM.
b. Penggunaan lightning arrester dan penentuan tingkat dasar isolasi.
c. Melepaskan bagian sistem yang terganggu dengan menggunakan circuit
breaker dan relay proteksi.
d. Penggunaan program pelepasan beban (load shedding), pemisahan
sistem dan pembentukan pulau untuk mengurangi pemadaman dan
mempercepat penulihan sistem setelah gangguan.
e. Penggunaan relay dan circuit breaker yang cepat dan AVR dengan
respon yang cepat pula untuk mengurangi kemungkinan lepas sinkron
akibat hubung singkat atau jatuhnya unit pembangkit.
f. Menghindari atau mengurangi pemadaman listrik.
3.5. Pemeliharaan Jaringan Tegangan Menengah 20 kV
3.5.1. Pemeliharaan rutin
Pemeliharaan Rutin / Preventive Maintenance adalah pekerjaan /
kegiatan / usaha mempertahankan atau menjaga kondisi jaringan tersebut agar
selalu berada dalam keadaan baik, mempunyai keandalan dan daya guna yang
optimal. Adapun periode dari jenis pemeliharaan adalah 1 kali setahun.
3.5.2. Pemeriksaan Korektif
Pemeriksaan korektif jaringan tegangan menengah adalah pekerjaan
pemeliharaan yang dimaksudkan untuk memperbaiki kerusakan karena adanya
gangguan dan/atau perubahan/penyempurnaan/rehabilitasi sebagai tindak lanjut
saran-saran dari pemeliharaan rutin.
3.5.3. Pemeriksaan Darurat
Pemeliharaan Darurat (emergency maintenance) adalah pekerjaan
pemeliharaan yang dimaksudkan untuk memperbaiki kerusakan yang ditimbulkan
39
oleh bencana alam seperti gempa bumi, banjir, angin rebut dan kebakaran selama
masih dalam batas pengertian operasi. Biasanya pekerjaan ini sifatnya mendadak
dan segera dilaksanakan. Karena sifatnya darurat, maka pekerjaan ini tidak dapat
direncanakan sebelumnya.
3.5.4. Jadwal Pemeliharaan Distribusi
Salah satu usaha untuk meningkatakn mutu, daya guna dan keandalan
tenaga listrik yang telah tercantum dalam tujuan pemeliharaan adalah menyusun
program pemeliharaan periodik dengan jadwal tertentu, menurut siklusnya
kegiatan pelaksanaan pemeliharaan distribusi dikelompokkan dalam empat
kelompok yaitu :
Pemeliharaan triwulanan
Pemeliharaan semesteran
Pemeliharaan tahunan
Pemeliharaan 3 tahunan
3.5.5. SAIDI (Sistem Average Interuption Duration Index atau Indeks durasi
lama pemadaman rata-rata)
SAIDI adalah jumlah lamanya gangguan pemadaman yang dialami oleh
konsumen dalam satu tahun dibagi dengan jumlah konsumen yang dilayani.
SAIDI = jam / tahun
dimana :
SAIDI = durasi / lama gangguan (jam/tahun)
ti = lama gangguan
ki = jumlah per unit konsumen yang mengalami kegagalan
N = jumlah konsumen yang dilayani
3.5.6. SAIFI (Sistem Average Interuption Frequency Index atau Indeks
frekuensi pemadaman rata-rata)
SAIFI adalah jumlah jumlah konsumen yang mengalami gangguan
pemadaman dalam satu tahun dibagi dengan jumlah konsumen yang dilayani.
40
SAIFI = kali / tahun
dimana :
SAIFI = frekuensi pemadaman (kali/tahun)
ki = jumlah per unit konsumen yang mengalami kegagalan
λi = laju gangguan komponen
N = jumlah konsumen yang dilayani
Tabel 3.1 Data SAIDI dan SAIFI
Contoh perhitungan SAIDI dan SAIFI :
Perhitungan SAIDI
Pada data dasar laporan pemadaman terlihat
N = 105544 pelanggan
ki ti = 153142,78
SAIDI =
=
= 1,451 jam
Perhitungan SAIFI
Pada data dasar laporan pemadaman terlihat
N = 105544 pelanggan
kiλi = 292236 kali
SAIFI = kali / tahun
=
41
Bulan
Jumlah
Pelanggan SAIDI SAIFI
Jun-09 105544 1,451 2,769
Jul-09 105610 0,43922 1,087