Tugas Kelompok

SISTEM DISTRIBUSI

GARDU INDUK PASANGAN BAWAH TANAH (Underground Substation)

Disusun oleh :

Missi Ebta Dame (0807135406)

Dosen Pembimbing :

AZRIYENNI, ST M.Eng

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU

PEKANBARU

2011

Beberapa Peralatan Pengaman antara lain adalah sebagai berikut :

A. Rele (Relay)

B. Pemutus beban (CB / PMT )

C. Catu Daya

D. Trafo arus (CT)

E. Kabel kontrol (kabel pilot)

F. Lighting Arrester (LA)

1. RELE GANGGUAN TANAH (GROUND FAULT RELAY)

Dipasang pada setiap trafo tenaga di GI (khususnya untuk sistem dengan tahanan sentral rendah)

untuk mengamankan gangguan tanah yang tidak dapat ditangani rele arus tanah pada saluran

utama, khususnya demi keselamatan penduduk (misalnya : kawat jatuh ke tanah dengan tahanan

gangguan tinggi).

Relay arus lebih Inverse

Syarat untuk setting wakktu ( TD / Time dial atau TMS/ Time Multiple setting ) dari relay arus

lebih jenis ini, harus diketahui data-data sebagai berikut :

- Besarnya arus hubung singkat pada setiap bus

- Penyetelan / setting arusnya (IS)

- Kurve karakteristik relay yang dipakai

Kerja relay secara keseluruhan harus cepat bereaksi dan selektif, sehingga waktu kerja relay

untuk dua bus yang berurutan pada lokasi gangguan yang sama harus mempunyai beda waktu ∆t

minimum 0,4 s/d 0,5 detik. Adapun untuk tempat / lokasi gangguan yang berlainan pada satu

rangkaian ( satu pengamanan ), maka relay akan bekerja sesuai dengan arus perkaliannya.

Sistem Jaringan dan lokasi gangguan :

Kurve karakteristik relay :

Impedansi suatu saluran transmisi adalah sebanding dengan panjangnya, untuk relay

jarak jenis ini dapat mengukur besarnya impedan saluran pada jarak tersebut serta berfungsi

sebagai pengaman jaringan.

Prinsip dasar pengukuran adalah dengan membandingkan arus gangguan yang dirasakan oleh

relay terhadap tegangan / lokasi dimana relay dipasang. Dengan membandingkan dua besaran

tersebut, impedans saluran transmisi dari lokasi relay sampai titik / lokasi gangguan dapat

diukur.

Prinsip kerja sistem pengaman dengan menggunakan rele jarak

Karakteristik kerja Pengaman dengan relay jarak :

Ketelitian pengaman pada relay jarak dipengaruhi oleh :

1. Penyetelan ZL yang didasarkan pada impedansi saluran

2. Pengukuran dilakukan pada sisi sekunder dari ransformator arus (CT) dan transformator

tegangan (PT), sehingga ketelitian dipengaruhi oleh CT dan PTnya.

Prinsip Kerja Dasar

Rele tegangan elektronik umumnya mendeteksi besarnya tegangan melalui trafo tegangan

atau yang lebih dikenal sebagai PT (potensial transformer). PT berfungsi untuk menurunkan

tegangan yang masuk ke rele dan sekaligus mengisolasi rele dari tegangan rangkaian yang

diukur. Masukan PT umumnya adalah 110V atau 220V sedangkan keluarannya adalah tegangan

yang berkisar antara 12V hingga 24V, tergantung dari rangkaian yang digunakan. Tegangan

keluaran PT ini selanjutnya dibandingkan dengan dua tegangan acuan, sebut saja VA untuk

tegangan acuan atas dan VB untuk tegangan acuan bawah. Jika tegangan keluaran PT lebih besar

dari VA maka rele keluaran pertama akan diaktipkan. Sebaliknya jika tegangan keluaran PT

lebih kecil dari VB maka rele keluaran kedua yang akan diaktipkan.

Untuk memudahkan proses perbandingan maka besaran yang dibandingkan adalah

tegangan searah. Untuk itu maka tegangan keluaran PT harus terlebih dahulu diubah menjadi

tegangan searah. Besarnya tegangan searah yang dihasilkan selanjutnya dibandingkan dengan

tegangan acuan yang dapat diatur.

Agar dapat mengabaikan kelebihan atau kekurangan tegangan yang berlangsung sesaat

(transient), Maka rele tegangan biasanya dilengkapi dengan rangkaian tunda (delay) yang dapat

menunda kerja kontak keluaran. Lamanya tundaan waktu dapat diatur, umumnya berkisar antara

0 hingga 10 detik.

Gambar bentuk relay

Berdasarkan pada prinsip dasar cara kerjanya, relay dapat bekerja karena adanya medan

magnet yang digunakan untuk menggerakkan saklar. Saat kumparan diberikan tegangan sebesar

tegangan kerja relay maka akan timbul medan magnet pada kumparan karena adanya arus yang

mengalir pada lilitan kawat. Kumparan yang bersifat sebagai elektromagnet ini kemudian akan

menarik saklar dari kontak NC ke kontak NO. Jika tegangan pada kumparan dimatikan maka

medan magnet pada kumparan akan hilang sehingga pegas akan menarik saklar ke kontak NC.

Gambar kerja Relay

Ketika tegangan diberikan pada masukan koil, arus yang tercipta menghasilkan medan

magnetik. Medan inilah yang akan menarik saklar metal ke arahnya dan akan menyentuh bagian

saklar yang lain. Akibat dari mekanisme ini adalah rangkaian yang sebelumnya rangkaian

terbuka menjadi rangkaian tertutup. Sifat relay yang seperti ini (menjadi rangkaian tertutup

setelah diberikan tegangan) disebut dengan normally open. Dengan demikian, normally closed

relay adalah relay yang akan menjadi rangkaian terbuka setelah diberikan tegangan. Umumnya,

relay digambarkan oleh diagram skematik menggunakan sebuah lingkaran yang menggambarkan

koil masukan. Kontak output ditunjukkan oleh dua garis paralel. Kontak normally open

digambarkan dengan 2 garis dan akan terbuka (non-conducting) apabila tidak diberikan energi.

Normally closed adalah yang sebaliknya dan digambarkan oleh dua garis dengan garis diagonal

yang memotong kedua garis tersebut. Saat tidak diberikan energi, keadaan relay adalah tertutup

(conducting).

Relay digunakan agar keadaan satu sumber (terbuka atau tertutup) energi dapat mengatur

keadaan sumber energi (terbuka atau tertutup) lainnya yang biasanya memiliki arus yang lebih

besar dan kedua sumber energi ini saling terisolasi satu sama lain (tidak terhubung secara

langsung). Relay merupakan komponen utama dalam PLC.

D. Utama keuntungan dan kerugian dari relay

Keuntungan relay:

  Relay dapat switch AC dan DC, transistor hanya dapat menghidupkan DC.

  Relay dapat switch tegangan tinggi dari transistor standar.

  Relay sering menjadi pilihan yang lebih baik untuk memindahkan arus besar (> 5A).

  Relay dapat switch banyak kontak sekaligus.

Kekurangan relay:

  Relay bentuknya yang lebih besar daripada transistor untuk switching arus kecil.

  Relay tidak dapat switch dengan cepat (kecuali relai buluh), transistor dapat berpindah

berkali-kali per detik.

  Relay menggunakan daya lebih disebabkan arus mengalir melalui kumparan mereka.

  Relay membutuhkan lebih banyak arus dari IC dapat menyediakan, sehingga transistor

daya rendah mungkin diperlukan untuk beralih arus untuk relay koil.

Cara Kerja Relay DC

Relay adalah saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian dengan

menggunakan kontrol dari rangkaian elektronik lain. Sebuah relay tersusun atas kumparan,

pegas, saklar (terhubung pada pegas) dan 2 kontak elektronik (normally close dan normally

open)

  Normally close (NC) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay tidak aktif atau

dapat dikatakan saklar dalam kondisi terbuka.

  Normally open (NO) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay aktif atau dapat

dikatakan saklar dalam kondisi tertutup.

2. PELEBUR / FUSE

Merupakan pengamanan bagian dari saluran dan peralatan dari gangguan hubung singkat

antar fasa (dapat pula sebagai pengaman hubung tanah bagi sistem yang ditanahkan langsung

dan bagi peralatan pada sistem dengan tahanan rendah).

3. Penutup balik otomatis / Automatic circuit recloser

Sebuah alat berwadah sendiri, berisi sarana yang diperlukan untuk mengindera arus lebih,

mengatur waktu, dan memutus arus lebih serta untuk menutup balik secara otomatis dan

memberikan tegangan kembali pada saluran.

4. Pemutus beban / Circuit Breaker, dilengkapi :

Pengertian CB atau PMT

Circuit Breaker atau Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) adalah suatu peralatan pemutus rangkaian

listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang mampu untuk membuka dan menutup rangkaian

listrik pada semua kondisi, termasuk arus hubung singkat, sesuai dengan ratingnya. Juga pada

kondisi tegangan yang normal ataupun tidak normal

Syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu PMT agar dapat melakukan hal-hal diatas, adalah

sebagai berikut:

1. Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara terus-menerus.

2. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun terhubung

singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus tenaga itu sendiri.

3. Dapat memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus hubung

singkat tidak sampai merusak peralatan sistem, membuat sistem kehilangan kestabilan,

dan merusak pemutus tenaga itu sendiri.

Setiap PMT dirancang sesuai dengan tugas yang akan dipikulnya, ada beberapa hal yang perlu

dipertimbangkan dalam rancangan suatu PMT, yaitu:

1. Tegangan efektif tertinggi dan frekuensi daya jaringan dimana pemutus daya itu akan

dipasang. Nilainya tergantung pada jenis pentanahan titik netral sistem.

2. Arus maksimum kontinyu yang akan dialirkan melalui pemutus daya. Nilai arus ini

tergantung pada arus maksimum sumber daya atau arus nominal beban dimana pemutus

daya tersebut terpasang

3. Arus hubung singkat maksimum yang akan diputuskan pemutus daya tersebut.

4. Lamanya maksimum arus hubung singkat yang boleh berlangsung. hal ini berhubungan

dengan waktu pembukaan kontak yang dibutuhkan.

5. Jarak bebas antara bagian yang bertegangan tinggi dengan objek lain disekitarnya.

6. Jarak rambat arus bocor pada isolatornya.

7. Kekuatan dielektrik media isolator sela kontak.

8. Iklim dan ketinggian lokasi penempatan pemutus daya.

Klasifikasi Circuit Breaker

Jenis-jenis PMT berdasarkan media insulator dan material dielektriknya, adalah terbagi

menjadi empat jenis, yaitu: sakelar PMT minyak, sakelar PMT udara hembus, sakelar PMT

vakum dan sakelar dengan gas SF6.

1. Sakelar PMT Minyak

Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 10 kA dan pada rangkaian

bertegangan sampai 500 kV. Pada saat kontak dipisahkan, busur api akan terjadi didalam

minyak, sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi busur

api, karena panas yang ditimbulkan busur api, minyak mengalami dekomposisi dan

menghasilkan gas hydrogen yang bersifat menghambat produksi pasangan ion. Oleh karena itu,

pemadaman busur api tergantung pada pemanjangan dan pendinginan busur api dan juga

tergantung pada jenis gas hasil dekomposisi minyak.

Gambar 1. Pemadaman busur api pada pemutus daya minyak

Gas yang timbul karena dekomposisi minyak menimbulkan tekanan terhadap minyak,

sehingga minyak terdorong ke bawah melalui leher bilik. Di leher bilik, minyakini melakukan

kontak yang intim dengan busur api. Hal ini akan menimbulkan pendinginan busur api,

mendorong proses rekombinasi dan menjauhkan partikel bermuatan dari lintasan busur api.

Minyak yang berada diantara kontak sangat efektif memutuskan arus. Kelemahannya adalah

minyak mudah terbakar dan kekentalan minyak memperlambat pemisahan kontak, sehingga

tidak cocok untuk sistem yang membutuhkan pemutusan arus yang cepat.

Sakelar PMT minyak terbagi menjadi 2 jenis, yaitu:

1. Sakelar PMT dengan banyak menggunakan minyak (Bulk Oil Circuit Breaker), pada

tipe ini minyak berfungsi sebagai peredam loncatan bunga api listrik selama terjadi

pemutusan kontak dan sebagai isolator antara bagian-bagian yang bertegangan

dengan badan, jenis PMT ini juga ada yang dilengkapi dengan alat pembatas busur

api listrik.

2. Sakelar PMT dengan sedikit menggunakan minyak (Low oil Content Circuit

Breaker), pada tipe ini minyak hanya dipergunakn sebagai peredam loncatan bunga

api listrik, sedangkan sebagai bahan isolator dari bagian-bagian yang bertegangan

digunakan porselen atau material isolasi dari jenis organic.

2. Sakelar PMT Udara Hembus (Air Blast Circuit Breaker)

Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 40 kA dan pada rangkaian

bertegangan sampai 765 kV. PMT udara hembus dirancang untuk mengatasi kelemahan pada

PMT minyak, yaitu dengan membuat media isolator kontak dari bahan yang tidak mudah

terbakar dan tidak menghalangi pemisahan kontak, sehingga pemisahan kontak dapat

dilaksanakan dalam waktu yang sangat cepat. Saat busur api timbul, udara tekanan tinggi

dihembuskan ke busur api melalui nozzle pada kontak pemisah dan ionisasi media diantara

kontak dipadamkan oleh hembusan udara tekanan tinggi itu dan juga menyingkirkan partikel-

partikel bermuatan dari sela kontak, udara ini juga berfungsi untuk mencegah restriking voltage

(tegangan pukul ulang).

Gambar 2. Pemadaman busur api pada pemutus daya udara hembus

Kontak pemutus ditempatkan didalam isolator, dan juga katup hembusan udara. Pada sakelar

PMT kapasitas kecil, isolator ini merupakan satu kesatuan dengan PMT, tetapi untuk kapasitas

besar tidak demikian halnya.

3. Sakelar PMT vakum (Vacuum Circuit Breaker)

Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus rangkaian bertegangan sampai 38 kV. Pada

PMT vakum, kontak ditempatkan pada suatu bilik vakum. Untuk mencegah udara masuk

kedalam bilik, maka bilik ini harus ditutup rapat dan kontak bergeraknya diikat ketat dengan

perapat logam.

Gambar 3. Kontak pemutus daya vakum.

Jika kontak dibuka, maka pada katoda kontak terjadi emisi thermis dan medan tegangan yang

tinggi yang memproduksi elektron-elektron bebas. Elektron hasil emisi ini bergerak menuju

anoda, elektron-elektron bebas ini tidak bertemu dengan molekul udara sehingga tidak terjadi

proses ionisasi. Akibatnya, tidak ada penambahan elektron bebas yang mengawali pembentukan

busur api. Dengan kata lain, busur api dapat dipadamkan.

4. Sakelar PMT Gas SF6 (SF6 Circuit Breaker)

Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 40 kA dan pada rangkaian

bertegangan sampai 765 kV. Media gas yang digunakan pada tipe ini adalah gas SF6 (Sulphur

hexafluoride). Sifat gas SF6 murni adalah tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak

mudah terbakar. Pada suhu diatas 150º C, gas SF6 mempunyai sifat tidak merusak metal, plastic

dan bermacam bahan yang umumnya digunakan dalam pemutus tenaga tegangan tinggi.

Sebagai isolasi listrik, gas SF6 mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi (2,35 kali udara)

dan kekuatan dielektrik ini bertambah dengan pertambahan tekanan. Sifat lain dari gas SF6 ialah

mampu mengembalikan kekuatan dielektrik dengan cepat, tidak terjadi karbon selama terjadi

busur api dan tidak menimbulkan bunyi pada saat pemutus tenaga menutup atau membuka.

Tabel 2. Karakteristik gas SF6

Selama pengisian, gas SF6 akan menjadi dingin jika keluar dari tangki penyimpanan dan

akan panas kembali jika dipompakan untuk pengisian kedalam bagian/ruang pemutus tenaga.

Oleh karena itu gas SF6 perlu diadakan pengaturan tekanannya beberapa jam setelah pengisian,

pada saat gas SF6 pada suhu lingkungan.

Tabel 3. Batas tekanan gas SF6 pada pemutus tenaga, pada suhu 20ºC,

tekanan atmosphir 760 mmHg.

Sakelar PMT SF6 ada 2 tipe, yaitu:

1. PMT Tipe Tekanan Tunggal (Single Pressure Type), PMT SF6 tipe ini diisi dengan

gas SF6 dengan tekanan kira-kira 5 Kg/cm2 . selama pemisahan kontak-kontak, gas

SF6 ditekan kedalam suatu tabung yang menempel pada kontak bergerak. Pada waktu

pemutusan kontak terjadi, gas SF6 ditekan melalui nozzle dan tiupan ini yang

mematikan busur api.

2. PMT Tipe Tekanan Ganda (Double Pressure Type), dimana pada saat ini sudah tidak

diproduksi lagi. Pada tipe ini, gas dari sistem tekanan tinggi dialirkan melalui nozzle

ke gas sistem tekanan rendah selama pemutusan busur api. Pada sistem gas tekanan

tinggi, tekanan gas SF6 kurang lebih 12 Kg/cm2 dan pada sistem gas tekanan rendah,

tekanan gas SF6 kurang lebih 2 kg/cm2. Gas pada sistem tekanan rendah kemudian

dipompakan kembali ke sistem tekanan tinggi

Relay penutup balik, untuk mengamankan sistem terhadap ganguan-gangguan yang

bersifat temporer dan untuk koordinasi kerja dengan peralatan pemutus / pengaman lain

di sisi hilir dan saluran cabang dari jaringan antara lain SSO dan PL.

Relay (arus lebih) gangguan tanah sebagai pengamanan terhadap gangguan fasa tanah

pada sistem yang ditanahkan dengan tahanan rendah, atau

Relay (arus lebih) gangguan tanah terarah sebagai pengamanan terhadap gangguan fasa

tanah bagi sistem yang ditanahkan dengan tahanan tinggi.

Relay arus lebih sebagai pengaman terhadap gangguan antar fasa.

5. PBO ke 2 dan seterusnya :

Disamping sebagai pengaman gangguan temporer, juga untuk membatasi luas daerah yang

padam karena gangguan.

6. Pemisah manual :

Alat pemutus untuk mengurangi luas daerah yang padam dan karena gangguan dan

mengurangi lamanya pemadaman

7. Sakelar Seksi Otomatis (SSO) :

Alat pemutus otomatis untuk mengurangi luas daerah yang padam karena gangguan.

8. Indikator gangguan :

Alat untuk mempercepat lokalisasi gangguan.