Hakam Rahmatullah
hakamrahmatullah@gmail.com
Jurusan
Teknik Elektro Polines
Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA
Intisari
Pada saat ini dan akan
terus berlanjut pada masa mendatang, sudah tidak dapat dipungkiri bahwa energi
listrik merupakan suatu kebutuhan yaang tidak dipisahkan dari kehidupan
sehari-hari. Dengan demikian diperlukan suatu sistem proteksi untuk dapat
mempertahankan kelangsungan energi listrik. Pada pembangkitan energi listrik
khususnya generator, merupakan sebuah peralatan yang vital bagi keberlangsungan
energi listrik. Relai, pemisah, dan pemutus merupakan suatu kombinasi sistem
proteksi yang diharapkan untuk dapat mengamankan dan meminimalisasikan
kerusakan ataupun gangguan yang terjadi.
Keywords- Proteksi, Generator, Relai, Pemisah, Pemutus
I.
pendahuluan
Energi listrik merupakan kebutuhan yang sangat vital
bagi seluruh manusia untuk melakukan kegiatan, mulai dari kegiatan industri
hingga kegiatan rumah tangga. Semua itu membutuhkan yang namanya energi
listrik. Akan tetapi hal tersebut juga tidak lepas dengan adanya gangguan. Baik
gangguan yang berat maupun gangguan yang ringan. Baik itu gangguan di
pembangkitan maupun saat transmisi atau bahkan saat pendistribusian.
Gangguan yang berat biasa terjadi pada alat
pembangkitan seperti generator. Generator merupakan sumber energi listrik di
dalam sistem energi listrik.
Dikarenakan generator penting untuk kelangsungan
sistem energi listrik maka diperlukan suatu sistem proteksi yang handal untuk
bisa menanggulangi ataupun mencegah bila terjadi suatu gangguan yang dapat
merugikan pihak-pihak yang menggunakan energi listrik. Karena pada dasarnya
energi listrik harus beroperasi dalam keadaan baik dan aman. Oleh karena diperlukan
suatu sistem proteksi yang dapat untuk memproteksi generator bila terjadi
gangguan. Tujuan utama dari sistem proteksi adalah mengamankan. Banyak jenis
proteksi yang digunakan tetapi hanya yang paling handal yang akan dipilih.
Penggunaan proteksi juga harus didasarkan pada kegunaannya.
Dalam makalah ini akan dibahas mengenai sitem
proteksi pada generator tiga fasa terhadap beban putus satu fasa.
II. DASAR TEORI
A. Teori Generator
Generator merupakan mesin listrik yang berguna untuk
merubah energi mekanis menjadi energi listrik melalui sebuah medium. Generator
mempunyai dua jenis yaitu generator direct
current dan generator alternating
current. Generator AC (altenating
current) merupakan generator penghasil energi listrik bolak-balik yang
biasa digunakan pada pusat pembangkit. Sering juga disebut gnerator sinkron
karena jumlah putaran rotor sama dengan putaran medan magnet pada stator.
Kecepatan generator sinkron dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan
kutub-kutub magnet yang saling bereaksi. Konstruksi generator bolak balik
terdiri atas stator yang merupakan bagian diam
dan rotor yang merupakan bagian yang bergerak. Berikut konstruksi
generator bolak-balik:
Gambar 1. Konstruksi generator
bolak-balik
Besar gaya gerak listrik pada generator oleh kecepatan
putaran, jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluks, banyaknya fluks magnet
yang dihasilkan oleh medan magnet, dan banyaknya jumlah kutub. Dengan
memperbanyak atau menambah komponen yang telah disebutkan maka generator
tersebut akan bertambah besar pula gaya gerak listrik. Karena gaya gerak
listrik mempengaruhi kuat lemahnya daya yang dibangkitkan. Sebagai contohnya
dalam kehidupan sehari-hari yaitu ketika sedang mengayuh sepeda, semakin kita
cepat mengayuh sepeda maka akan semakin cepat dinamo berputar. Dan putaran
tersebut menimbulkan gaya gerak listrik induksi pada kumparan, sehingga dapat
dilihat bahwa nyala lampu yang dihasilkan dari dinamo akan bertambah terang.
B. Sistem Proteksi
Energi istrik mempunyai peranan yang vital, tetapi
ketersediaan energi listrik tetap harus memenuhi faktor handal, ramah
lingkungan, dan aman. Faktor handal dipengaruhi bagaimana instalasi tersebut
dipasang apakah sudah memenuhi standar keamanan ataukah belum. Faktor ramah
lingkungan ditentukan apakah sudah dicermati akan dampak terhadap lingkungan
atau belum karena lingkungan juga merupakan juga turut mempengaruhi
ketersediaan energi listrik. Dan yang terakhir yaitu faktor keamanan, faktor
keamanan merupakan faktor terpenting yang harus dipenuhi agar terjaganya ketersedian
energi lingkungan karena faktor keamanan sangat mempengeruhi bagi pengguna
energi listrik.
Sebenarnya apakah yang dimaksud dengan sistem
proteksi? Sistem proteksi merupakan suatu sistem yang dirancang untuk
mengamankan atau memproteksi suatu rangkaian alat apabila terjadi gangguan
maupun terjadi kerusakan.
Sistem proteksi mempunyai beberapa kegunaan yaitu mendeteksi
adanya gangguan yang terjadi ketika suatu rangkaian alat sedang terkena
gangguan ringan maupun gangguan yang berat, menghindari maupun mengurangi
kerusakan peralatan akibat adanya gangguan, berguna untuk melepas atau
memutuskan rangkaian satu dengan rangkaian yang lain apabila rangakaian satu
atau rangkaian yang lain sedang dalam gangguan, dan mengamankan manusia
terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh energi listrik.
Banyak kriteria yang patut untuk diperhitungkan
ketika memilih suatu alat proteksi, antara lain yaitu :
1) Sensitivitas
( Kepekaan ) :
Yang dimaksud dalam kriteria sensitivitas yaitu alat dapat
bekerja secara sensitiv dimana alat tersebut harus dapat bekerja ketika terjadi gangguan walaupun gangguan yang
dialami sangat kecil. Karena walaupun yang terjadi hanyalah gangguan kecil
tetapi hal tersebut bila terlalu lama untuk tidak segera ditangani maka akan menjadi
gangguan yang besar dan dapat berakibat yang fatal terhadap kelancaran
distribusi energi listrik.
2) Selektivitas:
Selektivitas merupakan kriteria yang tidak boleh
diaanggap remeh juga karena kriteria ini berfungsi untuk dapat menentukan jalur
rangkaian mana yang terjadi gangguan. Setelah berhasil menganalisa gangguan
maka kriteria selektivitas memainkan perannya.
3) Kecepatan
beroperasi:
Semakin cepat alat beroperasi ketika ada gangguan
sekecil mungkin, maka alat tersebut dapat dikatagorikan sebagai alat yang
pantas untuk digunakan. Sebab bila kerja suata alat pengaman lambat, maka
gangguan akan dengan cepat merusak sistem yang lainnya ketika alat tersebut
mempunyai kecepatan yang lambat.
4) Kehandalan:
Kriteria kehandalan yang dimaksud dalam hal ini
adalah alat proteksi tersebut benar-benar sudah teruji kualitasnya karena
memiliki tingkat kepastian yang tinggi untuk memastikan bahwa tidak salah
ketika harus segera melaksanakan tugasnya maupun memiliki tungkat keamanan yang
baik untuk dapat bekerja dengan baik. Karena apabila terjadi maka kesalahan
yang fatal akan mengganggu dalam proses distribusi energi listrik.
5) Pertimbangan
ekonomis:
Peralatan proteksi memang sangat mahal bila dibanding
dengan peralatan yang lainnya. Banyak alat proteksi yang abal-abal alias barang
palsu yang bertebaran di pasaran. Oleh karena itu, selain harus pandai
membedakan mana barang yang asli maupun yang palsu, jangan sampai tertipu oleh
harga yang miring. Lebih baik agak mahal sedikit tetapi berkualitas baik.
6) Proteksi
pendukung:
Proteksi pendukung merupakan proteksi yang berguna
untuk menggantikan proteksi utama apabila proteksi utama gagal untuk
mengamankan. Penyusunan proteksi pendukung terpisah dari proteksi utama.
III. PEMBAHASAN
Yang akan terjadi apabila generator AC tiga fasa mengalami putus satu fasa yaitu generator
tersebut akan tetap bisa untuk mengalirkan arus maupun voltase. Tetapi tidak
akan bertahan dengan lama. Hal tersebut disebabkan karena ketidakseimbangan
saluran yang digunakan. Biasanya mengalirkan arus dan voltase dengan
menggunakan tiga saluran tetapi karena putus satu fasa maka beban penyaluran
ditanggung hanya dengan dua saluran. Dengan tidak seimbangnya pada sistem akan
dapat menimbulkan kenaikan arus tidak seimbang oleh karena akan menimbulkan
arus urutan fasa negatif. Arus urutan negatif akan menyebabkan fluksi pada
stator yang mempunyai kecepatan putaran sama dengan kecepatan rotor tetapi arah
putaran berlawanan. Dengan artian rotor berputar ke kanan sedangkan fluksi
stator karena arus urutan negatif maka berputar ke arah sebaliknya. Hal
tersebut akan menimbulkan arus pusar pada rotor maupun arus pada kumparan.
Dengan demikian akan mengakibatkan kumparan menjadi panas karena beban yang
ditanggung berlebihan. Apabila hal tersebut terjadi terus menerus akan
menyebabkan kerusakan pada alat. Oleh karena itu diperlukannya suatu alat yang
dapat memproteksi generator, agar apabila generator tiga fasa putus satu fasa
tidak bekerja terus menerus, melainkan alat proteksi tersebut cepat mematikan
generator untuk melindungi generator itu sendiri dan hal-hal yang lainnya.
Adapun alat-alat yang berguna untuk mengamankan
generator yaitu :
A. relai
B. pemisah
C. pemutus
A. Relai
Relai merupakan sebuah alat proteksi yang mempunyai
prinsip kerja secara otomatis untuk mengurangi dan mengamankan suatu peralatan
listrik apabila terjadi gangguan karena tuntutan untuk memberikan pelayanan
tenaga listrik dengan kehandalan yang tinggi.
Relai mempunyai tiga bagian utama yaitu koil ( yang
merupakan kumpulan lilitan relai ), common ( bagian yang tersambung pada kontak
NC apabila dalam keadaan normal ), dan kontak ( terdiri atas NO dan NC ).
Jenis relai menurut jumlah komponen :
1) SPST :
Single Pole
Single Throw. Terdiri atas satu koil, satu common,
satu kontak NO, dan satu kontak NC.
2) SPDT :
Single Pole
Double Throw. Terdiri atas dua koil, satu common,
satu kontak No, dan satu kontak NC.
3) DPST :
Double Pole
single Throw. Terdiri atas dua koil, dua common,
dua kontak NO, dan dua kontak NC. Atau setara dengan 2 relai SPST.
4) DPDT :
Double Pole
Double Throw. Terdiri atas dua koil, dua common,
dua kontak NO, dan dua kontak NC. Atau setara dengan dua relai SPDT.
5) QPDT :
Quadruple Pole
Double Throw. Setara dengan empat relai SPDT atau
setara dengan dua relai DPDT.
Jenis relai menurut fungsinya :
1) Relai jarak
( distance relay ):
Berfungsi mendeteksi gangguan dua fasa atau tiga fasa
sampai batas jangkauan
2) Relai
tegangan kurang ( reverse power relay ):
Berfungsi mendeteksi turunnya tegangan dibawah yang
di izinkan
3) Relai fasa
urutan negatif :
Berfungsi mendeteksi arus urutan negatif yang
disebabkan oleh beban yang tidak seimbang pada batas-batas yang tidak diijinkan
4) Relai
diferensial :
Berfungsi mendeteksi gangguan hubungan singkat pada
daerah yang diamankan
5) Relai
frekuensi :
Berfungsi mendeteksi bessaran frekuensi rendah atau
lebih diluar harga yang diijinkan
6) Relai pengunci
:
Berfungsi menerima signal trip dari relai-relai
proteksi dan kemudian meneruskan signal trip ke PMT, alarm, dan peralatan lain
serta mengunci
7) Relai waktu:
Berfungsi untuk memperlambat waktu
8) Relai
kehilangan sinkronasi ( out of step relay ):
Berfungsi mendeteksi kondisi asinkron pada generator
yang sudah disambung dengan sistem
9) Relai
keseimbangan tegangan ( voltage balanced relay ):
Berfungsi mendeteksi mendeteksi hilangnya tegangan dari
trafo tegangan otomatis
10) Relai arus lebih dengan
waktu tunda ( time over current relay ):
Berfungsi mendeteksi besaran arus yang melebihi batas
dalam waktu yang diijinkan
Jenis relai yang cocok untuk mengamankan generator
tiga fasa terhadap beban putus satu fasa atau lebih mudah disebut dengan beban
tidak seimbang yaitu relai jenis fasa urutan negatif dan relai arus lebih
dengan waktu tunda.
B. Pemisah
Pemisah merupakan sebuah alat yang berguna untuk
memisahkan rangkaian yang masih terseambung maupun sudah terbebas dari tegangan
kerja. Alat ini mempunyai fungsi yaitu sebagai pemisah tanah dalam artian
mengamankan peralatan dari tegangan yang masih tersisa ketika tegangan telah
diputus dan sebagai pemisah peralatan yang berarti alat ini berfungsi untuk
melindungi peralatan listrik dari peralatan lainnya dan harus dioperasikan saat
kondisi tidak berbeban.
Cara kerja pemisah sama dengan saklar biasa yang
berguna untuk membebaskan pemutus dari tegangan yang mengalir pada pemutus agar
dapat dilakukan perawatan dan perbaikan ketika suatu sistem terjadi kerusakan.
Gambar
2. Pemisah
Parameter yang harus diperhatikan ketika pemilihan
pemisah yaitu kemampuan pemisah dalam mengalirkan arus yang ditentukan oleh
beberapa faktor antara lain besar penampang, kemampuan tegangan, kemampuan
dalam menahan arus hubung singkat, dan memperhatikan tekanan udara komresor
apabila menggunakn tenaga penggerak pneumatik serta memperhatikan tekanan
minyak hidrolik apabila menggunakan tenaga penggerak hydrolik.
Gambar
3. Salah satu jenis pemisah
Jenis pemisah berdasarkan gerakan lengan :
1) Pemisah
engsel
2) Pemisah
putar
3) Pemisah siku
4) Pemisah
luncur
C. Pemutus
Pemutus merupakan
peralatan yang mempunyai suatu funsi untuk membuka maupun memutus rangkaian
listrik. Sebuah pemutus mempunyai beberapa persyaratan yang harus terpenuhi,
antara lain yaitu pemutus harus mampu bekerja dalam kondisi saat adanya
gangguan maupun tidak ada gangguan, mampu untuk menyalurkan arus secara terus
menurus demi terpenuhinya pasokan energi listrik pada saat kondisi tidak ada
gangguan, dan dapat membuka maupun memutus jaringan dalam kecepatan yang tinggi
agar suatu sistem jaringan tersebut dengan cepat pula untuk segera diperbaiki
atau saat membutuhkan perawatan.
Suatu pemutus disyaratkan untuk mempunyai
kecepatanyang tinggi pada saat pemutuskan jaringan dikarenakan adanya busur
listrik yang terjadi saat pemutasan terjadi. Apabila tidak dengan kecepatan
tinggi maka rusaklah suatu sistem jaringan tersebut. Mekanisme pemutusan
didasarkan oleh energi pegas atau energi udara tekanan atau energi tekanan
minyak.
Jenis pemutus yang banyak digunakan pada saat ini
antara lain :
1) Pemutus
tenaga udara:
Pemutus ini mempunyai bentuk yang runcing. Ketika
terjadi pemutusan, busur listrik akan melompat pada bagian yang runcing. Karena
berat jenis busur listrik lebih rendah dibandingkan dengan berat jenis udara
maka busur listrik akan memanjang ke atas sehingga akan menyebabkan terputusnya
pemutus.
Gambar 4. Pemutus
tenaga udara
2) Pemutus
tenaga minyak banyak:
Pemutus tenaga minyak banyak ini menggunakan prinsip
minyak sebagai peredam busur listrik ketika adanya proses pemutusan. Dengan
menggunakan minyak diharapkan juga untuk membatasi ruang gerak busur listrik.
Gambar 5. Pemutus
tenaga minyak banyak
3) Pemutus tenaga
minyak sedikit:
Sama seperti pemutus tenaga minyak banyak, pemutus
tenaga minyak sedikit juga menggunakan media minyak sebagai peredam busur
listrik. Hanya saja prinsip kerjanya saja yang berbeda. Pemutus minyak sedikit
ini menyemprotkan minyak ke arah busur listrik ketika sedang berlangsungnya
pemutus.
Gambar 6. Pemutus
tenaga minyak sedikit
4) Pemutus tenaga
gas SF6 :
Digunakannya gas SF6 ini dikarenakan
memiliki sifat isolasi yang baik serta mempunyai sifat yang cepat mendingankan.
Prinsip kerja pemutus gas SF6 sama dengan pemutus minyak banyak
yaitu meredam busur listrik dengan menggunakan gas SF6. Akan tetapi
gas SF6 akan berkurang seiringnya waktu penggunaan, oleh karena itu
perlu pengisian gas apabila pengukur tekanan gas telah berkurang.
Gambar 7. Pemutus
tenaga gas SF6
5) Pemutus tenaga
vakum:
Pemutus tenaga vakum merupakan pemutus dengan
teknologi terbaru dikarenakan dalam pemutus ini tidak menggunakan media apapun
dalam mumutus busur listrik melainkan pemutus ini menggunakan prinsip
memperpanjang busur listrik. Konstruksi pemutus vakum yaitu menggunakan logam
fleksibel yang dapat memanjang maupun
memendek.
Gambar 8. Pemutus
tenaga vakum
6) Pemutus
tenaga medan magnet:
Pemutus tenaga medan magnet mempunyai cara kerja yang
sama dengan pemutus tenaga udara, akan tetapi pemutus tenaga magnet
menghasilkan medan magnet yang berfungsi untuk menarik busur api agar memanjang
serta putus.
Gambar 9. Pemutus
tenaga medan magnet
Pada prinsipnya untuk pemilihan pemutus yang baik maka
disesuaikan kembali dengan prinsip-prinsip yang sudah dijelaskan sebelumnya.
IV. KESIMPULAN (PENUTUP)
Relai, pemisah, dan pemutus merupakan sebuah kombinasi yang kuat untuk
membuat sebuah sistem proteksi untuk memproteksi generator tiga fasa terhadap
beban putus satu fasa. Peralatan tersebut bekerja saling melengkapi antara satu
dengan yang lainnya. Apabila ada satu peralatan yang kurang, hal itu juga akan
mempengaruhi hasil proteksi yang akan dihasilkan. Oleh karena itu, bila salah
satu peralatan yang ada memerlukan suatu tindakan maka harus segera dilakukan
tindakan. Karena apabila tidak segera dilakukan tindakan maka aspek kehandalan
alat tersebut berkurang dalam memproteksi suatu sistem jaringan energi listrik.
Dalam pemilihan suatu peralatan proteksi juga jangan meninggalkan
kriteria-kriteria yang telah dianjurkan yaitu sensitivitas, selektivitas,
kecepatan beroperasi, kehandalan, pertimbangan ekonomis, dan proteksi pendukung.
Kriteria tersebut dianjurkan untuk terpenuhi semua, karena hal tersebut demi
keberlangsungan energi listrik.
Referensi
[1]
Asleri, Ganefri, dan Zaedal, Teknik Transmisi Tenaga Listrik.
Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Mengengah Kejuruan. 2008
[2]
(2012) Yantaksel website. [Online]. Tersedia :
http:/yanteksel.wordpress.com/2012/04/06/saklar-pemisah-pms-load-break-switch-lbs/
[3]
(2008) Dunia Listrik website. [Online].
Tersedia:
http:/dunia-listrik.blogspot.com/2008/10/circuit-breaker-sakelar-pemutus.html
[4]
(2012) Ardinositinjak website. [Online]. Tersedia:
http:/ardinositinjak.blogspot.com/2012/06/proteksi-sistem-tenaga
listrik.html
[5]
Hasbullah.
“Protection on Electrical Power System,”Bandung. 2008
