9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 1/14

HOME CUBICLE KEGAGALAN PROTEKSI 20KV

KEGAGALAN PROTEKSI 20KVkhaerul syam 14:46 cubicle

KEGAGALAN PROTEKSI 20 KV DISTRIBUSI (pengalamandalam operasi)Ir. H Komari , Pribadi Kadarisman

SEMINAR PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PT PLN

Jaringan distribusi 20 kV PLN diamankan dari gangguan hubung singkatdengan menggunakan  proteksi  Relai  Arus  Lebih  (OCR)  dan  Relai  ArusLebih  Gangguan  Tanah  (GFR)  dan  dengan  sistem  pentanahan  netralumumnya melalui Tahanan.

Dalam operasinya, telah berulang kali terjadi kerusakan parah pada kubile20  kV,  baik  pada  kubikel  pe­nyulang  keluar  atau pada  kubikel  incomingakibat gangguan di penyulang berkembang menjadi gangguan di dalamkubikel  diikuti  kegagalan  sistem  proteksi,  yang  kemudian  membuatkebakaran berat di kubikel, bahkan meng­hancurkan beberapa kubikel laindisekitarnya dan Trafo Tenaganya,

Komponen  yang masuk  dalam  sistem  proteksi  tenaga  listrik  diantaranyaadalah CT (Current Transformator), PT (Potential Transformer), Relai, PMT(Pemutus  Tenaga),  Kabel  Kontrol  (AC  atau  DC),  Sumber  tenaga  DC(Batere) untuk trip PMT dll.

Kegagalan  sistem  proteksi  disini  bisa  terjadi  pada  CT,  PMT,  bisa  padaRelai pengaman utama atau pengaman cadangan, bisa pada pengawatandan atau sumber DC untuk tripping.

Secara  umum,  kegagalan  proteksi  utama  belumlah  sampai  merusakperalatan  instalasi  tenaga  karena  masih  tersedia  pengaman  cadangan,tetapi  kalau  pengaman  cadangan  juga  gagal  apalagi  sampai  beberapalapis, maka kerusakan parah peralatan instalasi tidak dapat dihindari.

page contents page contents

HOME CUBICLE TRAFO PANEL COMMISSIONING CABLE

ORDER CATALOG GALLERY VIDEO TRANSLATE

Cubicle TM Advertise Sitemap About Contact Home

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 2/14

Pembahasan  ini, mencoba mengungkap  kemungkinan  sebab  kegagalansistem proteksi yang membuat kerusakan parah pada instalasi distribusi 20kV PLN.

Sistem 20 kV PLN dan pengamanannya

1.1   Pasokan Daya Distribusi 20 kVPasokan daya listrik pada sistem distribusi 20 kV PLN didapat dari sistempenyaluran  150  kV  atau  70  kV  melalui  Trafo  Tenaga  yang  berfungsisebagai trafo step down 150/20 kV atau 70/20 kV yang terpasang di GarduInduk dengan kapasitas yang bervariasi antara 5, 10, 20, 30 s/d 60 MVA.Dengan berkembangnya sistem kelistrikan,

sistem  penyaluran  150  kV  PLN  menjadi  sudah  besar  sekali  danterinterkoneksi antara area satu dengan area lainnya di Jawa, kondisi  inidiikuti pula oleh sistem penyaluran 150 kV diluar Jawa dengan pola yangmirip.

Khusus di Pulau Jawa, kapasitas saluran 150 kV sudah sampai pada level1000  s/d  2000 A  per  sirkit  dan  kapastas  hubung  singkat  di  Bus  150  kVsudah  mencapai  ribuan  MVA.  Sedangkan  sistem  penyaluran  70  kVterkesan tidak dikembangkan lagi. Tetapi saat sekarang masih ada dalamsistem kelistrikan PLN.

Sistem Distribusi 20 kV.Keluaran dari Trafo Daya dikumpulkan dulu pada Bus 20 kV di kubikel diGardu Induk untuk kemudian di distribusikan melalui beberapa Penyulang20  kV  ke  konsumen  dengan  jaringan  berupa  Saluran  Udara  TeganganMenengah (SUTM) atau Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) .

Khusus SUTM,  jaring­an  bisa  ditarik  sepanjang  puluhan  sampai  ratusankm termasuk percabangannya dan biasanya ada diluar kota besar, Sepertidiketahui, apalagi di Indonesia, jaringan dengan konduktor telanjang yangdigelar  di  udara  bebas  banyak  mengandung  resiko  terjadi    gangguanhubung singkat fasa­fasa atau satu fasa­tanah.

  Disepanjang  jaringan  SUTM  terdapat  perca  ­  bangan  yang  dibentukdidalam  Gardu  Distribusi  atau  Gardu  Tiang.  Sementara  jaringan  SKTMrelatif  lebih  pendek  dan  berada  didalam  kota  besar  dengan  jumlahgangguan  yang  relatif  sedikit.  Bila  terjadi  gangguan  itu  biasanya  padasambungan yang akan merupakan gangguan permanen.

Seperti  halnya di  jaringan SUTM, di  jaringan SKTM  juga  terdapat GarduDistribusi  untuk  percabangan  ke  Beban  Konsumen  atau  percabanganSKTM.

Seringnya gangguan hubung singkat di jaringan menyebabkan sering pulaRelai Proteksi bekerja dan sesering itu pula Trafo Daya menderita pukulanhu­bung singkat yang dapat memperpendek umur Trafo Daya tersebut.

Dengan  sudah  besarnya  kapasitas  sistem  150  kV,  boleh  dikatakankapasitas  hubung  singkat  di  Bus  20  kV  tergantung  dan  dibatasi  olehbesarnya kapasitas Trafo Daya.

Proteksi sistem Distribusi dan KoordinasinyaPenyulang Distribusi 20 kV PLN diamankan dari gangguan hubung singkatdengan menggunakan Relai Arus Lebih (OCR) dengan tunda waktu danOCR yang bekerja seketika,

gangguan satu fasa ketanah diamankan dengan menggunakan Relai ArusLebih Gangguan Tanah (GFR), juga dengan tunda waktu. DC 110 Volt dari

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 3/14

Batere  digunakan  sebagai  sumber  untuk  kerja  Relai  dan  mengerjakantripping coil PMT.

Di  jaringan  SUTM  adakalanya  dilengkapi  dengan  Re­closer,Sectionalizer  yang  berfungsi  sebagai  alat  proteksi  dan  penutup  balikbila  terjadi  tripping  akibat  gangguan  hubung  singkat  temporer  disisihilir. Ada ju­ga yang hanya menggunakan Sekering sebagai alat proteksi.

Untuk jaringan SUTM atau SKTM yang mempunyai instalasi percabangandi  Gardu  Distribusi,  ada  yang  di­persiapkan  dengan  alat  proteksi  yangmengunakan  OCR+GFR  dan  PMT  dengan  sumber  untuk  tripping­nyamemanfaatkan arus gangguan  yang dipungut  di  sekunder CT,  tetapi  halterakhir ini tidak begitu banyak.

Dengan  paket  perhitungan  sederhana,  koordinasi  trip­ping  antaraOCR/GFR yang terpasang di sebelah hilir dan yang terpasang disebelahhulu sudah dapat dila­kukan staf PLN, baik karakteristik waktu OCR/GFRitu definite atau Inverse.

Pada  awalnya  (sekitar  tahun  1970  an), OCR  yang  digunakan  umumnyadengan  karakteristik  waktu  definite,  dimana  perhitungan  koordinasinyamudah. Namun dengan berkembangnya sistem penyaluran dan distribusi,dimana kapasitas hubung singkat sudah menjadi lebih besar,

persoalan  perlunya menekan  komulasi  waktu  trip Relai  disisi  hulu  padapenggunaan OCR dari jenis definite, mulai bergeser ke karakteristik waktudari jenis Inverse.

Demikian  pula  GFR,  karena  kurva  arus  gangguan  ta­nah  di  sepanjangjaringan distribusi 20 kV yang  landai,  karakteristik waktu GFR  juga padaawalnya dari jenis definite. Kurva arus yang landai ini diperoleh dari pem­batasan  besar  arus  gangguan  tanah  maksimum  sebe­sar  arus  bebannominal trafo daya terbesar pada wak­tu itu,

yaitu  dengan  menerapkan  pentanahan  Netral  Trafo  Daya  sisi  20  kVmelalui  Tahanan. Sensitivity GFR ditetapkan  sebesar  10% Arus  nominalCT.

Namun  dalam  perjalanan  operasi  distribusi,  beban  konsumen  yangtersebar,  menyebabkan  tambahan  percabangan  jaringan  yang  secaratidak  sadar  me­nambah  besarnya  arus  kapasitif  jaringan  yang  dapatmembuat  GFR  di  beberapa  penyulang  salah  kerja  sewaktu  terjadigangguan satu fasa ketanah di satu penyulang 20 kV.

Kejadian terakhir ini dikenal dengan istilah Simpatetik trip.Kembali  pemilihan  karakteristik  waktu  GFR  dari  jenis  definite  mulaibergeser ke karakteristik waktu GFR dari jenis Inverse. Walaupun demikianada penyelesaian lain dari masalah simpatetik trip ini yaitu dengan RelaiArah Gangguan tanah.

1.4   Kubikel 20 kV di Gardu Induk.Kubikel  20  kV  yang  terpasang  di  Gardu  Induk  PLN  dibuat  olehbeberapa  pabrikan  yang  biasanya  sudah  lulus  dalam  pengujian  jenisyang dilakukan LMK (PLN JASTEK).

Indeks proteksi dari Kubikel ini juga sudah menjadi pertimbangan PLNdalam memilih Kubikel yang akan dipakai, namun dalampemasangannya di Gardu Induk atau di Gardu Distribusi, penjagaanatas Indeks protek

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 4/14

si  kubikel  ini  sering  terabaikan,  sehingga  berakibat  mempercepatterpolusinya  peralatan  didalam  kubikel  setelah  beroperasi  beberapawaktu,  Kubikel  20  kV  yang  demikian  dapat menimbulkan masalah  yangserius  dimana  polusi  didalam  kubikel  dapat  menurun­kan  ketahananisolasi dari isolator penyangga rel didalam kubikel

misalnya  terpolusi  partikel  garam  (untuk  kubikel  yang  dipasang  dekatpantai),  atau  terpolusi  partikel  kimia  yang  menjembatani  terjadinyaflashover (hasil pemanasan bahan isolasi kabel akibat terminasi yang tidakbaik  atau  lokasi  kubikel  di  Gardu  Induk  yang  berdekatan  dengan  suatupabrik) dll.

Kalau  pengotoran  permukaan  isolator  didalam  kubikel  20  kV  itu  terjadi,maka  transient over  voltage akibat pemutusan arus gangguan oleh PMTpenyulang  atau  saat  terjadi  gangguan  satu  fasa  ketanah  di  jaringan,walaupun tegangan transient itu tidak terlalu tinggi, sudah dapat membuatflashover didalam kubikel.

Konstruksi Kubikel 20 kVSecara umum, konstruksi kubikel 20 kV yang terpa­sang di  instalasi PLNsekilas dapat  dilihat  pada gam­bar  dibawah  ini Biasanya  partikel  yangmembuat  polusi  didalam  ku­bikel masuk melalui  lubang  antara  kabelduct dan ru­ang bagian dalam kubikel (cable gland) yang tidak tertutuprapat  sejak  awal  pemasangannya,  sehingga  mempercepat  prosespenumpukan patrikel tertentu di­permukaan isolator di dalam kubikel.

Demikian pula bi­la terminasi kabel kurang baik, pemanasan danpeng­uapan bahan isolasi kabel juga akan mengotori per­mukaanisolator penyangga rel melalui lubang ini. Kondisi lain yang jugamenjadi masalah adalah pentanahan kubikel.

Pentanahan yang tidak baik bisa menaikan potensial kubikel terhadaptanah referens bila terjadi flashover. Power follow current (dari sistem)yang bertahan lama akan menghancurkan kubikel.

Pasokan DC 110 V untuk Proteksi dan Kontrol di Gardu IndukSeperti  telah  diketahui  bahwa  masih  banyak  Gardu  Induk  di  PLN  yangmenggunakan  satu  set  Batere  un­tuk  sistem  kontrol  &  proteksi  150  kVbersama­sama  dengan sistem kontrol & proteksi 20 kV

pemisahan­nya hanya dilakukan melalui beberapa MCB DC yang secaraelektris masih terhubung menjadi satu seperti dapat digambarkan secarasederhana sebagai berikut :(Gambar 2 )

Isolasi  kabel  kontrol  hanya  tahan  terhadap  tegangan  2000  Volt  saja,sehingga harus dilindungi agar tidak tersambar tegangan tinggi yang bisamerusak isola­sinya. Bila sampai terjadi juga,

break down kabel kon­trol tersebut ketanah akan terjadi pada kedua kutub­nya  (positif  dan  negatif)  di  satu  atau  beberapa  tempat,  sumber  DCmerasakan  kondisi  ini  sebagai  hubung  singkat  yang  bisa  mentripkanbeberapa MCB DC pada cabang­cabang di panel pembagi DC 110 Volt,

sistem  kontrol  dan  proteksi  kubikel  20  kV  kehilangan  sumber  dayabantunya atau bila MCB utamanya  juga trip, maka seluruh sistem kontroldan proteksi di Gardu Induk itu menjadi lumpuh.

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 5/14

2.  Gangguan di KubikelSecara normal gangguan di Penyulang 20 kV akan di­deteksi oleh Relaiproteksi  di  Penyulang  tersebut  dan  mentripkan  PMTnya,  kalau  kondisiKubikel dalam keadaan normal.

Kondisi tidak normal yang dapat membuat gangguan di penyulang 20 kVberkembang menjadi gangguan di Kubikel 20 kV di Gardu bisa dari sebab­sebab sebagai berikut :

2.1     Kelemahan di Terminasi kabelTerminasi  kabel  yang  buruk  kondisinya  bisa  menye­babkan  panas,sehingga  bahan  isolasi  kabel  bisa  menguap  mengotori  ruang  danpermukaan isolator penyangga rel didalam kubikel.

Pada kondisi ini, kubikel yang beroperasi dengan tegangan nominal sudahmenjadi  rawan  terjadi  flash  over  apalagi  disulut  dengan  Terbangkitnyategangan lebih transient

2.2   Sambaran petir di Jaringan DistribusiPetir yang menyambar di jaringan distribusi mengha­silkan gelombangberjalan  yang  akan  sampai  ke  kubi­kel.  Biasanya  dan  memangseharusnya,

kubikel  dia­mankan  terhadap  tegangan  surja  petir  oleh  Arrester  yangdipasang di pangkal kabel penyulang. Sehingga tegangan residu (kira­kira 70–80 kV) yang lolos ke ku­bikel masih dapat ditahan oleh bahanisolasi didalam kubikel.Tetapi  untuk  kondisi  kubikel  yang  isolatornya  terpolusi  atau  karenapemanasan dan polusi dari penguapan bahan  isolasi di  ruang kubikelakibat  terminasi  kabel  yang  buruk,  dengan  tegangan  residu  (setelahtegang­an  surja  petir  di  chop  oleh  arrester)  yang  lolos  keda­lamkubikel, flashover bisa terjadi juga didalam kubikel tersebut.

2.3     Tegangan  lebih  transient  saat  switching  off  PMT  dan  saatgangguan satu fasa ketanah

Pada  proses  pemutusan  arus  gangguan  oleh  PMT,  akan  selalumembangkitkan  tegangan  lebih  yang  si­fatnya  sesaat  (transient). (gambar 3

Sebab  lain  yang menghasilkan  kenaikan  tegangan yang cukup cepatyang  juga  dalam  orde  switching  a­dalah  kenaikan  fasa  yang  sehatsewaktu  terjadi  gang­guan  satu  fasa  ketanah  kenaikan  te­gangantransient  setelah  pemutusan  arus  gangguan,  dan  kenaikan  teganganmendadak  pada  fasa  yang  se­hat  saat  gangguan  tanah  yang  tidakberlanjut dengan gangguan berikutnya.

Tingginya tegangan transient ini

pada dasarnya dapat ditahan oleh peralatan instalasi di kubikel, namununtuk kondisi kubikel yang terpolusi, tegangan transient akibatpemutusan arus oleh PMT atau kenaikan tegangan mendadak fasa sehatsewaktu gangguan satu fasa ketanah, bisa membuat flashover didalamkubikel.( Gambar 4)

2.4   Masalah berkembangnya gangguan di

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 6/14

         penyulang ke kubikel PLN.

Indeks proteksi kubikel yang sudah disiapkan tetapi terabaikan sewaktupemasangan dan pekerjaan termi-nasi kabel yang kurang baik dapatmempercepat terpo lusinya permukaan isolator didalam kubikel setelahber operasi beberapa waktu tertentu.

Untuk kondisi kubikel yang isolatornya terpolusi oleh partikel-partikelkimia, garam atau karena pemanasan dan penguapan bahan isolasi diruang kubikel akibat terminasi kabel yang buruk, tegangan transientyang terbangkitkan dari sebab-sebab butir 2.2 dan butir 2.3 walaupuntidak seberapa tinggi sudah dapat menyulut terjadinya flashover di dalamkubikel,

Dengan demikian gangguan di jaringan distribusi pada kondisi tertentudapat  menyulut  gangguan  baru  di  da­lam  kubikel,  mungkin  menjadigangguan dua fasa ke tanah atau bahkan gangguan tiga fasa ketanah.

Kalau  yang  terakhir  ini  terjadi,  maka  arus  gangguan  hubungsingkatnya sudah sama besarnya dengan gangguan hubung singkat dibus 20 kV, bila penyebab awalnya adalah dari  sebab butir 2.3, makagambar ge­lombang tegangan tidak seperti gambar 3 dan  4 lagi, tetapitegangan tersebut selanjutnya menjadi collapse.

Besar  arus  gangguannya  (untuk  bus  150  kV  =  infinite  Bus)  cukupdihitung secara sederhana yaitu berdasar­kan kapasitas Trafo Daya.

Untuk kapasitas Trafo daya > 30 MVA, arus gangguan hubung singkattiga fasa di bus 20 kV sudah mencapai diatas 8000 Amper. Denganarus sebesar itu sudah dapat menghancurkan dinding kubikel yangtebalnya hanya 3 mm dalam waktu singkat termasuk peralataninstalasi kontrol  yang ada dibalik dinding kubikel tersebut.

3.      Kegagalan Proteksi Utama/cadangan         Distribusi 20 kV.

Proteksi Utama gangguan hubung singkat di jaringan 20 kV menggunakanOCR+GFR,  sedangkan  proteksi  cadangannya  juga  menggunakanOCR+GFR yang ter­pasang disebelah hulunya yaitu di Incoming 20 kV danjuga di sisi 150 kV Trafo Daya, yang selanjutnya masih ada  lagi proteksicadangan jauh (remote backup di transmisi dari Gardu Induk terdekat.

Dengan  arus  gangguan  hubung  singkat  yang  besar,  OCR  mendeteksidengan baik gangguan di  jaringan 20 kV dan segera menghitung waktusesuai setelan waktu yang disetkan padanya untuk kemudian men­tripkanPMT.

Dengan  sistem  proteksi  yang  sudah  berlapis­lapis  itu  lalu  timbulpertanyaan, mengapa  terjadi beberapa kali kerusakan/kebakaran kubikeldi Gardu Induk ?

Analisa kegagalan sistem proteksi dapat diurutkan sebagai berikut :

3.1   Kegagalan proteksi akibat kerusakan relay.

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 7/14

Kegagalan  akibat  kerusakan  relay  biasanya  tidak  me­nyebabkankerusakan yang parah, karena pengaman cadangan (remote back up)nya tidak ikut rusak se­hingga dapat berfungsi dengan baik (tidak ikutgagal).Kerusakan  pada  relay  elektromekanis  kebanyakan  ti­dak  terdeteksi.Baru diketahui setelah kegagalan se­benarnya terjadi.

Dengan  pemeliharaan  rutin  yang  cermat  ada  kemung­kinan  dapatmendeteksi  gejala  kerusakan  yang  masih  dini,  misalnya  denganmembandingkan hasil kalibrasi relai terdahulu. Namun kerusakan tidakselalu melalui  proses  yang memberikan gejala dini. Kerusakan dapatterjadi dengan tiba­tiba.

Dengan relay digital (micro processor relay) yang se-lalu dilengkapikemampuan untuk memeriksa / meng-uji dirisendiri terus menerus dan memberikan sinyal alarm jika terjadikerusakan, maka kerusakan dapat terdeteksi dan perbaikan ataupenggantian dapat se-gera dilakukan sebelum kegagalan sebenarnyaterjadi.

3.2     Kegagalan proteksi akibat kegagalan pemutus tenaga dalammemutuskan arus gangguan.

Pemutus  tenaga  (circuit  breaker)  mempunyai  kemam­puanmemutuskan  arus  gangguan  yang  terbatas,  se­suai  dengan  shortcircuit ratingnya, misalnya 12.5 kA.

Pemutus  tenaga  dengan  rating  12.5  kA  dapat  dipakai  pada  jaringanyang  dipasok  dari  trafo  30  MVA  (sebe­narnya  mampu  sampai  45MVA, tapi standard trafo di PLN yang diatas 30 MVA adalah 60 MVA).

Jika karena berkembangnya jaringan distribusi, Trafo­Dayanya perludiganti dengan Trafo 60 MVA maka sebelum penggantian trafodilakukan, penggantian pe­mutus tenaga dengan kemampuanpemutusan yang  lebih besar perlu dilakukan, sebab trafo 60 MVAmem-berikan arus hubung singkat sampai 14 kA.

Minimum oil CB hanya mampu memutuskan arus gangguan beberapakali saja, karena setelah memu-tuskan arus gangguan kondisi minyaknyamenjadi ko-tor dan kemampuannya dalam memutus arus gang-guanmenurun. Oleh karena itu penggantian minyak harus sering dilakukan.Jika penggantian minyak ter-lambat maka dapat terjadi kegagalan dalammemu-tuskan arus gangguan.

Vacuum CB atau SF6 CB mampu memutuskan arus gangguan  lebihbanyak.  Sebagai  contoh  Vacuum  CB  type  VD4  buatan  ABB  CalorEmag  mampu  sampai  100  kali  pada  nilai  arus  sesuai  dengan  kAratingnya, dan ribuan kali dengan arus beban.

Jika PMT ini terpasang pada jaringan yang gang-guannnya relatif

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 8/14

jarang, seperti di negara maju, maka kemampuan pemutusan ini biasanyatidak menjadi masalah, sebab dalam 20–30 tahun operasi (batas u-murperalatan listrik) jumlah gangguan yang perlu diputuskannya mungkinbelum mencapai 100 kali. Dengan lain perkataan yang membatasi umurVacuum CB itu bukan banyak kali arus yang bisa diputuskan-nya ,melainkan hal-hal lain antara lain ketahanan me-kanisnya, ketahanan kevacuum annya, korosi dsb.

Pada jaringan yang banyak gangguannnya, tahun operasinya mungkinbelum mencapai 20 tahun, tetapi gangguan yang harus diputuskannyamungkin sudah lebih dari 100 kali, maka masalah pemutusan itu perlumendapat perhatian, terutama jika kA rating nya dekat dengan tingkathubung singkat jaringan.

Perlu  diingat  bahwa  untuk  sistem  distribusi  dengan  ta­hananpentanahan 40 Ohm, yang hanya memberi  arus gangguan  tanah 300Amper, pemutusan arus gang­guan  tanah dapat diperlakukan sebagaipemutusan arus beban, bukan arus hubung singkat

Jika arus hubung singkat sistem lebih kecil dari kA rating PMT makakemampuannya akan lebih banyak lagi.Misalnya PMT 16 kA terpasang pada jaringan yang di-pasok dari Trafo30 MVA yang hanya memberi arus hubung singkat 7 kA, Vacuum CBitu mampu memu-tuskan gangguan hubung singkat sampai kurang lebih300 kali.

kebanyakan penyulang gangguan hubung singkat yang dialaminya tidaksampai mencapai 300 kali, sehingga dalam contoh ini kemampuanpemutus-an tidak menjadi masalah.

3.3   Kegagalan Proteksi karena tegangan 110 Volt di Gardu Indukcollapse       

Dari penelitian atas beberapa gardu induk yang meng­alami kerusakan/ kebakaran yang parah akibat gang­guan, menyimpulkan,  disampingkegagalan OCR .pe­nyulang 20 kV, ternyata  OCR di incomimg 20 kVdan juga OCR sisi 150 kV trafo, juga gagal bekerja

Kegagalan ini disebabkan oleh hilangnya tegangan sumber DC 110 Voltuntuk semua OCR itu.Dari uraian 1.3 diatas, proteksi penyulang distribusi yang sudah dihitungkoordinasinya,  memberikan  keya­kinan  bahwa  relai  proteksi  dapatmendeteksi  gang­guan  hubung  singkat  di  jaringan.  Namun  karena  ada­nya masalah :                Indeks  Proteksi  kubikel  yang  terabaikan  (butir  1.4) mempercepat

terpolusinya  permukaan  isolator  oleh  partikel  dari  luar  kubikel  yangdapat menjem­batani terjadinya flashover.

                Terminasi  kabel  yang  kurang  baik  (butir  1.4)  menyebabkanpemanasan  yang  juga  membuat  polusi  didalam  kubikel.­akan

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 9/14

menurunkan  ketahanan  isolator  di  kubikel  terh­adap  tegangantransient yang semula dapat ditahan­nya, sehingga sambaran petir dijaringan walaupun sudah menggunakan arrester (butir 2.2), tegangantransient akibat pemutusan arus gangguan atau ke­naikan  fasa yangsehat  sewaktu  gangguan  satu  fasa  ketanah  (butir  2.3),  sudah  dapatmemicu  terjadinya  flashover  (gangguan  hubung  singkat)  didalamkubikel.

Gangguan  hubung  singkat  dengan  arus  yang  besar  menghancurkandinding kubikel (tebal 3mm) berikut peralatan instalasi kabel kontrol yangada dibalik din­ding tersebut, diantaranya terdapat kabel DC 110 Volt.

Seperti  disebutkan  pada  butir  1.5,  satu  set  sumber  DC  110  Volt  yangdipakai  bersama­sama  untuk  sistem  kontrol  dan  proteksi  20  kV maupununtuk  sistem  kon­trol  dan  proteksi  150  kV,  mempunyai  resiko  sepertidigambarkan berikut ini :(gambar 5)

Pada distribusi DC 110 Volt seperti gambar 5 diatas, bila terjadisambaran tegangan 20 kV ke kabel sumber DC 110 Volt, seluruhrangkaian DC 110 itu potensi­alnya naik terhadap tanah yang dapatmembuat spark over rangkaian DC itu (positif dan negatif) ketanahdititik yang paling lemah ketahanan isolasinya, mung­kin di kubikel 20kV, mungkin di panel 150 kV, mung­kin juga di Bus DC 110 Volt atauditiap tempat, dimana  Batere itu sendiri merasakan terhubung singkatyang mentripkan MCB Pembagi DC 110 Volt, bahkan MCB

Utama juga bisa trip kalau spark over terjadi di Bus DC 110 Volt. Perludiketahui, bila karena sesuatu hal MCB DC tidak mampu trip pun akanmemberi dampak collapse nya sumber DC tersebut karena Batere masihterhubung ke rangkaian kabel yang terhubung singkat. Yang terakhir ini,pernah ditemukan bahwa lead conductor penghubung antara pole dan seldidalam batere putus, seolah berfungsi sebagai sekering (keja-diangangguan di Gardu Induk Angke)

Kerusakan kabel DC ini terjadi begitu cepat, sehingga pengaman OCRbelum sempat selesai menghitung waktu, sumber DC 110 Volt di GarduInduk yang ber-masalah ini sudah collapse. Akibatnya tidak ada satu-pun alat proteksi di Gardu Induk ini yang bisa membe-baskan gangguanhubung singkat di bus 20 Kv

Karena tidak clear, gangguan hubung singkat ini mulai membakar danmenghancurkan kubikel, Trafo Daya masuk ke fase yang merusak.

Proteksi cadangan selanjutnya yang diharapkan untuk membebaskangangguan di bus 20 kV adalah penga-man cadangan jauh (remotebackup).

3.4   Proteksi Cadangan Jauh (Remote Back Up)

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 10/14

Proteksi cadangan jauh yang dimaksud adalah pro-teksi transmisi diGardu Induk terdekat yang memasok Gardu Induk yang sedangmengalami gangguan hubung singkat.Untuk itu perlu diperiksa apakah proteksi cadangan jauh masih bisadiharapkan untuk menyelesaikan ma-salah ini. Seperti telah disebutkandi butir 1.1 diatas, kebutuhan akan penyaluran tanaga listrik PLN mene-tapkan (tidak tertulis) bahwa sistem 150 kV berfungsi sebagai pemasokutama tenaga listrik ke sistem dis-tribusi 20 kV.sehingga kapasitas saluran transmisi 150 kV sudah diperbesar (sudahsampai pada level 2000 A) dan saling di interkoneksi, akibatnyakapasi-tas hubung singkat di bus 150 kV sudah mencapai ribuan MVA.Akibat dari itu semua, pengaman transmisi relai jarak, yang punyafilosofi setelan tidak boleh diset lebih kecil dari impedansi beban, tidakmampu mendeteksi gang-guan di bus 20 kV, impedansi yang terilhatoleh relai jarak ini lebih besar dari impedansi beban, hal ini disebabkanoleh ratio trafo tenaga yang cukup besar. (150/20).sementara sistem tegangan 70 kV (66 kV) yang mungkin masih bisamemberi fungsi proteksi cadangan jauh, tidak dikembangkan lagi, yangada akan dihapuskan. Begitu juga halnya OCR sebagai pengamancadangan diset diatas level arus beban transmisi, menurut pemeriksaan,kontribusi arus gangguan yang mengalir di transmisi untuk gangguanhubung singkat di bus 20 kV, ternyata nilainya tidak lebih besar dariarus beban transmisi.Sistem 150 kV sudah dapat dianggap infinite bagi sistem distribusi 20kV yang hanya di batasi kapasitasTrafo Daya terbesar 60 MVA. (rata-rata sebesar 30 MVA).     

gambar 6 adalah contoh sederhana pasokan suatu Gardu Induk daritransmisi 150 kV sirkit ganda dengan Trafo Daya 60 MVA 150/20 kV.Hubung singkat di bus 20 kV di beberapa Gardu Induk, pernah dihitungarus gangguannya tidak lebih dari 15 kA,dan kontribusi arus gangguan di tiap sirkit dari transmisi 150 kV sirkitganda tidak lebih dari 1000 amper, sehingga dari hal ini diketahuibahwa OCR di tiap sirkit transmisi itu tidak mampu pick up.Apalagi transmisi yang memasok Gardu Induk lebih dari dua sirkit seperti

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 11/14

contoh di gambar 7

sudah dapat dipastikan bahwa kontribusi arus gang­guan di tiap sirkit akanlebih kecil lagi (dibawah arus beban transmisi).Selanjutnya dapat pula dibayangkan besarnya kontri­busi arus gangguanyang mengalir di tiap sirkit trans­misi  bila kapasitas Trafo daya lebih kecildari 60 MVA, sehingga dapat dipastikan bahwa  instalasi yang demi­kiantidak  mempunyai  proteksi  cadangan  jauh  (remote  back  up)  untukgangguan di bus 20 kV

Sementara  itu,  gangguan  hubung  singkat  di  bus  20  kV  dengan  arusgangguan  berkisar  antara  8000  s/d  15000  amper  sudah membakar  danmerusak instalasi kubikel, kabel kontrol dan melumpuhkan sumber DC 110Volt di Gardu Induk.

Kalau sudah demikian, maka dapat dikatakan bahwa seluruh peralatanproteksi; (proteksi utama, proteksi cadangan lokal, dan proteksicadangan jauh), tidak mampu (gagal) membebaskan bus 20 kV GarduInduk dari gangguan hubung singkat, akibatnya gangguan hubungsingkat di kubikel 20 kV  bertahan terus sela-ma puluhan detik bahkandalam orde menit.

sampai Trafo Daya mengalami kerusakan mekanis dan termis.Setelah gangguan pindah ke sisi 150 barulah Relai Jarak transmisi 150kV di Gardu Induk terdekat men-deteksi gangguan hubung singkat, itupun dengan jangkauan zone 2.

4.    Pengalaman kejadian kerusakan kubikel 20 kVKerusakan kubikel 20 kV telah terjadi berulang kali terutama di sistemkelistrikan PLN di Pulau Jawa yang kapasitas penyaluran sistem 150 kVnya sudah sangat besar dan bisa dianggap sebagai sumber yang infinitebagi kapasitas Trafo Daya terbesar 60 MVA.

Kerusakan yang selama ini terjadi, diduga keras mengalami urutankejadian seperti dijelaskan pada butir-butir diatasBila kerusakan kubikel itu terjadi, maka pemulihannya memerlukanwaktu cukup lama yang merugikan PLN dari segi investasi danpelayanan. Hal ini diketahui dari pengalaman gangguan di Gardu Indukyang per-nah terjadi sebagai berikut :

     Gangguan di Gardu Induk Sukamiskin tahun ....     Gangguan di Gardu Induk Plumpang  th1986     Gangguan di Gardu Induk Beringin tahun  1989     Gangguan di Gardu Induk Bantul tahun  1990     Gangguan di Gardu Induk Cepu tahun  1990     Gangguan di Gardu Induk Petukangan th  1991     Gangguan di Gardu Induk Negara tahun ....     Gangguan di Gardu Induk Angke tahun ..., ...     Gangguan di Gardu Induk Ketapang tahun ...     Gangguan di Gardu Induk Cirata tahun 2000     Gangguan di Gardu Induk Cibinong tahun 2001

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 12/14

     Gangguan di Gardu Induk Ujung Berung th 2001

Sebagai contoh analisa gangguan yang menyebabkan kerusakan berat itudiambil dari kejadian gangguan di Gardu Induk Cepu, karena gangguanini memberikan bukti-bukti yang jelas sehingga proses (skenario)gangguan dapat direkonstruksi dengan relatif mudah dan cukupmeyakinkan.

Gardu Induk Cepu mempunyai sebuah trafo 20 MVA, 150/20 kV dan12 kubikel 20 kV untuk penyulang keluarnya, di pasok (waktu itu) dariGI Blora  melalui transmisi 150 kV sirkit ganda..

Karena sebuah pemutus tenaga 20 kV rusak, maka sebuah pemutustenaga pengganti dipasang secara darurat diluar gedung diatas rangkakonstruksi besi. Klem kabel kontrol yang menghubungkan kabel DC daribattery ke pemutus tenaga berada didalam kotak kontrol dibawahpemutus tenaga.

Ketika petugas akan mengganti minyak pemutus tena-ga, ia lupamembuka sakelar pemisah didalam kubikel 20 kV. Pemutus Tenaga itusendiri sudah dibuka tetapi

salah satu sisi pemutus tenaga itu masih berte-gangan. Ketika tanganpetugas cukup dekat dengan pemutus tenaga itu maka terjadilahsambaran busur listrik yang mengakibatkan gangguan satu fasa keta-nah(ke rangka). Petugas jatuh dengan luka bakar, ke-mudian terjadilahkebakaran hebat pada kubikel 20 kVFakta  penting  pertama  yang  ditemukan  adalah  ada­nya  bekasloncatan busur listrik antara besi rangka dan kabel DC/kontrol didalamkotak kontrol yang me­nempel pada rangka tsb. Ini memberi petunjukbahwa  pasti  terjadi  kenaikan  tegangan  tinggi  pada  rangka  itu  ketikaterjadi  flashover    yang  selanjutnya  menimbulkan  kecurigaan  bahwarangka  itu  tidak ditanahkan. Dari  pemeriksaan pentanahan  rangka  itumembuktikan bahwa, (dan merupakan

fakta penting kedua),  tahan­an pentanahan    rangka  itu  sangat  tinggikarena tidak dihubungkan ke grounding grid Gardu Induk itu, dan  jugatidak  ditanahkan  tersendiri.  Dari  sini  telah  dapat  diduga  apa  yangterjadi  selanjutnya  yaitu:  akibat  flash­over  tsb.  seluruh  sirkit  DCmenjadi bertegangan  tinggi –  tegangan  tinggi menyebabkan  flashoverdititik­titik  lemah  (diterminal  yang  terbuka)  antara  lain pada  pe­mutustenaga didalam kubikel 20 kV .

Flashover  tsb  memicu  gangguan  didalam  kubikel  sekaligus  menye­babkan  MCB  DC  utama  trip  –  maka  seluruh  peng­aman  di  GarduInduk  lumpuh  –  arus  gangguan  bertahan  lama  mengakibatkankebakaran/kerusakan meluas – akhirnya Trafo Daya pun  ikut  rusak –dan  ketika  kerusakan  telah  merambat  sampai  ke  belitan  150  kV,maka  pengaman  saluran  150  kV  di  GI  Blora  trip  –  arus  gangguanbarulah  terhenti.  Rentetan  peris­tiwa  ini  dapat  ditemukanjejaknya.Sebagai fakta penting terakhir

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 13/14

yang  bisa  ditemukan  adalah  :  dari  rekaman  di  UPB  (Unit  PengaturBeban) Ungaran :  jarak waktu antara mulai terjadinya gang­guan di GICepu sampai    tripnya SUTT 150 kV di Blora adalah 7 menit 49 detik,yang  berarti  selama  waktu  itu  pulalah  arus  gangguan  di  GI  Cepubertahan.Di  GI  Cepu  memang  hanya  mempunyai  satu  set  bat­tere  yangdigunakan bersama untuk pengaman 20 kV dan 150 kV.

5.    Kesimpulan

5.1      Kerusakan  Relai  pengaman  utama  biasanya  tidak  menyebabkankerusakan parah karena ada pengaman cadangan masih baik.

5.2     Kegagalan  pemutusan  arus  (gangguan)  oleh  PMT  boleh  dikatakankecil kemungkinannya ke­cuali pada PMT dari jenis Minimum Oil yangharus  menjalani  penggantian  minyak  setelah  be­berapa  kalimemutuskan arus gangguan, dan pada PMT yang sudah banyak kalimemutus  arus  gangguan  yang  kA  ratingnya  dekat  dengan  tingkathubung singkat jaringan

5.3      Kerusakan  Relai  pengaman  utama  biasanya  tidak  menyebabkankerusakan parah karena ada pengaman cadangan masih baik.

5.4     Kegagalan  pemutusan  arus  (gangguan)  oleh  PMT  boleh  dikatakankecil kemungkinannya ke­cuali pada PMT dari jenis Minimum Oil yangharus  menjalani  penggantian  minyak  setelah  be­berapa  kalimemutuskan arus gangguan, dan pada PMT yang sudah banyak kalimemutus  arus  gangguan  yang  kA  ratingnya  dekat  dengan  tingkathubung singkat jaringan

5.5     Setiap  instalasi  distribusi 20 kV di Gardu  Induk di  sistem kelistrikanPLN yang dipasok dari  tegang­an sistem 150 kV mempunyai desainyang  sama,  diperkirakan  kegagalan  seluruh  sistem  proteksi  dapatterjadi pada setiap Gardu Induk.

6.     SaranUntuk  mengurangi/menghindari  kejadian  kerusakan  kubikel  20  kV  diGardu  Induk  PLN  akibat  gangguan  hubung  singkat  di  jaringan  yangberkembang  ke  kubi­kel  dan  kegagalan  sistem  proteksi,  dalamkesempatan ini disarankan hal­hal sebagai berikut :

1.          Menjaga  secara  konsistensi  Indeks  Proteksi  kubi­kel  sewaktupemasangan dan memperbaiki ke­kurangan yang ada yaitu denganmenutup  rapat  lubang  kabel  power  atau  kabel  kontrol  untukmenghambat  kemungkinan  ruang  bagian  dalam  kubikelterkontaminasi  partikel­partikel  yang  da­pat  menurunkan  ketahananisolasinya terhadap terjadinya flashover.

2.           Menyediakan  (paling  tidak) 2 set sumber DC 110 Volt yang betul­betul terpisah, pertama untuk sistem proteksi           & kontrol bay 150 kV  dan yang kedua untuk sistem proteksi & kontrolkubikel 20 kV. Khusus pengaman                   Differential Trafo yang mentripkan PMT 150 kV dan PMT 20 kV,dibuat agar kabel sumber DC 110 V untuk         proteksi 150 kV tidak ditarik ke kubikel 20 kV, sedangkan sumber DC110 Volt untuk proteksi 20 kV yang ditarik         ke panel kontrol/proteksi 150 kV diberi pengaman spark gap disisikubikel 20 kV.

3.     Mempertimbangkan kembali penggunaan tegang­an distribusi primer66 kV agar setiap Gardu In­duk diharapkan bisa mempunyai proteksicadang­an jauh (remote backup).

9/29/2015 Kegagalan Proteksi 20kv ~ Cubicle TM

http://cubicletm.blogspot.co.id/2014/11/kegagalan­proteksi­20kv.html 14/14

RELATED POST

4.     Dengan telah berkembangnya teknologi proteksi, telah ditemukanalat proteksi yang mampu men­deteksi arc. Alat proteksi ini dapatdimanfaatkan untuk mengamankan kubikel dari kerusakan aki­batarcing atau flashover besar didalam kubikel

cubicle schneider sm6 24 Kv type switchgear IM PM CM TMQM  type CB DM1A in ready stok,Trafo Distribusi  merk Trafindo, Schneider, Sintra, voltra,bambang Djaja

harga terbaik!! call 081321105944 on time " semoga di masa dekat ini  kita menjadi partner yang terbaik".amiin..

Sumber :http://www.pln.co.id/pusdiklat/udiklat­makassar/

SHARE : Tweet ✚