Penanganan Gangguan Tunggal Fasa ke Tanah pada Jalur Distribusi 35kV

Jaringan Distribusi: Komponen Kunci Sistem Tenaga Listrik

Jaringan distribusi merupakan komponen utama dari sistem tenaga listrik. Pada busbar dengan tingkat tegangan yang sama, beberapa jaringan distribusi (untuk masukan atau keluaran) terhubung, masing-masing dengan banyak cabang yang disusun secara radial dan terhubung ke transformator distribusi. Setelah diturunkan menjadi tegangan rendah oleh transformator-transformator ini, listrik disuplai kepada berbagai pengguna akhir. Dalam jaringan distribusi semacam itu, gangguan seperti hubungan singkat antar fase, arus berlebih (overload), dan hubungan singkat satu fasa-ke-tanah sering terjadi. Di antara gangguan tersebut, hubungan singkat satu fasa-ke-tanah adalah yang paling umum, menyumbang lebih dari 70% dari total gangguan sistem. Selain itu, banyak gangguan hubungan singkat berkembang dari hubungan singkat satu fasa-ke-tanah yang berubah menjadi hubungan singkat multiphase ke tanah.

Hubungan singkat satu fasa-ke-tanah merujuk pada situasi di mana salah satu dari tiga fase (A, B, atau C) pada jaringan distribusi putus dan jatuh ke tanah, menghubungi pohon, bangunan, tiang, atau menara, membentuk jalur konduktif dengan tanah. Hal ini juga dapat terjadi karena overvoltage yang disebabkan oleh petir atau kondisi atmosfer lainnya, yang merusak isolasi peralatan distribusi, menyebabkan penurunan signifikan dalam hambatan isolasi ke tanah.

Ketika terjadi hubungan singkat satu fasa-ke-tanah pada sistem grounding arus rendah, tidak langsung terbentuk loop gangguan lengkap. Arus grounding kapasitif jauh lebih kecil daripada arus beban, dan tegangan garis sistem tetap simetris, sehingga pasokan listrik ke pengguna tidak segera terganggu. Oleh karena itu, peraturan memperbolehkan operasi terus menerus dengan satu gangguan ke tanah selama hingga 2 jam. Namun, tegangan pada fase yang tidak bermasalah meningkat relatif terhadap tanah, menimbulkan ancaman bagi isolasi. Oleh karena itu, garis dengan gangguan ke tanah yang ada harus segera dikenali dan ditangani.

I. Identifikasi Gangguan Hubungan Singkat Satu Fasa-ke-Tanah pada Busbar Tambahan 35kV

Ketika terjadi gangguan hubungan singkat satu fasa-ke-tanah, ferroresonansi, hilangnya fase, atau peledakan fuse tegangan tinggi pada transformator tegangan (VT), fenomena yang diamati bisa mirip, tetapi analisis hati-hati menunjukkan perbedaan yang jelas.

• Gangguan Hubungan Singkat Satu Fasa-ke-Tanah:
  Stasiun dan sistem SCADA akan mengeluarkan sinyal seperti "grounding busbar 35kV" atau "Koil Penekan Busur No. X aktif." Perlindungan relai tidak trip tetapi memicu sinyal alarm. Tegangan fase yang bermasalah turun, sementara dua fase lainnya naik. Lampu indikator VT untuk fase yang bermasalah redup, sementara dua lainnya menjadi lebih terang. Dalam kasus ground solid (metalik), tegangan fase yang bermasalah turun menjadi nol, dan dua tegangan fase-ke-tanah lainnya meningkat sebesar √3 kali, sementara tegangan garis tetap tidak berubah. Output 3V₀ VT membaca sekitar 100V, dan lampu penekan harmonik menyala. Koil penekan busur membawa arus, setara dengan arus kompensasi sesuai dengan setelannya. Jika dipasang pemilih garis gangguan arus kecil, ia akan aktif dan mengidentifikasi garis yang bermasalah. Jika gangguan berada di dalam stasiun, tanda fisik seperti busur api yang terlihat, asap, dan suara listrik yang keras membuat titik gangguan lebih mudah dikenali.

• Ferroresonansi:
  Tegangan pergeseran titik netral terbentuk, mengubah tegangan fase tiga fasa. Biasanya, tegangan satu fase meningkat sementara dua lainnya menurun, atau sebaliknya, dan tegangan garis juga berubah sesuai. Karena tegangan netral tidak nol, arus mengalir melalui koil penekan busur, dan sinyal "grounding busbar" mungkin muncul tergantung pada besarnya tegangan pergeseran.

• Hilangnya Fase:
  Tegangan pada sisi hulu fase yang hilang meningkat menjadi 1,5 kali tegangan normal, sementara tegangan sisi hilir turun menjadi nol. Arus pada fase yang bermasalah menjadi nol, dan tegangan dua fase lainnya sedikit menurun. Tegangan garis tetap tidak berubah. 3V₀ membaca sekitar 50V, koil penekan busur membawa arus, dan sinyal grounding dikeluarkan. Pengguna cenderung melaporkan pemadaman listrik.

• Peledakan Fuse Tegangan Tinggi VT:
  Tegangan fase yang meledak turun secara signifikan (biasanya di bawah setengah tegangan fase normal), sementara tegangan fase lainnya tidak naik. Tegangan garis menjadi tidak seimbang. Semua rangkaian keluar pada busbar memicu alarm "sirkuit tegangan terbuka". 3V₀ membaca sekitar 33V, dan sinyal grounding dikeluarkan.

Meskipun keempat kondisi—hubungan singkat satu fasa-ke-tanah, ferroresonansi, hilangnya fase, dan peledakan fuse VT—menunjukkan gejala yang mirip, analisis mendalam tentang tegangan fase, tegangan garis, 3V₀, arus koil penekan busur, sinyal otomatisasi SCADA, dan laporan dari operator ruang kendali dapat membedakan dengan tepat gangguan hubungan singkat satu fasa-ke-tanah.

II. Proses Penanganan Gangguan Hubungan Singkat Satu Fasa-ke-Tanah pada Busbar Tambahan 35kV

Ketika terjadi gangguan grounding garis 35kV, busbar 35kV Stasiun Wan’an mengeluarkan alarm grounding. Personel di stasiun kontrol pusat harus segera diberitahu untuk memeriksa peralatan dan status perlindungan di stasiun (termasuk tegangan 3V₀, status pemilih garis gangguan arus kecil, suhu/aruskoi penekan busur, dll.), dan tim operasi garis harus dikirim untuk patroli garis. Setelah menerima umpan balik dari stasiun pusat yang mengkonfirmasi adanya gangguan ke tanah, percobaan switching (percobaan trip) garis harus dilakukan. Sebelum percobaan switching, pengguna kritis harus diberitahu. 

Untuk sistem tanpa perangkat percobaan switching, tripping jarak jauh melalui SCADA mungkin dilakukan, tetapi beban di stasiun penggerak hilir harus terlebih dahulu dipindahkan. Dalam sistem dengan koneksi jembatan internal, switch transfer otomatis (ATS) harus dinonaktifkan untuk mencegah mereka memindahkan gangguan ke bagian yang sehat.Setelah garis tertentu dikenali sebagai yang bermasalah, prioritas harus diberikan untuk memindahkan beban sebelum mengeluarkan garis yang bermasalah dari layanan. Tim operasi garis dan personel stasiun pusat kemudian harus diberitahu untuk melakukan patroli garis 35kV dan memeriksa peralatan 35kV di stasiun 35kV yang terkait. 

Untuk mencegah gangguan berkembang menjadi hubungan singkat antar fase—yang dapat menyebabkan pemadaman mendadak—peralatan yang bermasalah harus segera ditemukan dan diisolasi. Selain itu, untuk mencegah overheating dan kerusakan pada koil penekan busur, peralatan yang bermasalah harus biasanya diisolasi dalam waktu 2 jam. Kenaikan suhu koil harus dimonitor dan dijaga di bawah 55°C. Jika melebihi, operasi satu fasa-ke-tanah harus segera dihentikan, dan peralatan yang bermasalah diputus. Jika kondisi grounding berlanjut melebihi 2 jam, situasi harus dilaporkan kepada manajemen senior.

III. Kesimpulan

Ketika terjadi gangguan hubungan singkat satu fasa-ke-tanah pada jaringan distribusi, magnitudo dan fase tegangan garis tetap tidak berubah, memungkinkan operasi jangka pendek tanpa memutus peralatan yang bermasalah. Meskipun ini meningkatkan keandalan pasokan, tegangan pada dua fase yang sehat meningkat ke level fase-ke-fase, meningkatkan risiko kerusakan isolasi dan hubungan singkat dua fase-ke-tanah berikutnya. Ini menimbulkan risiko signifikan bagi operasi aman dan ekonomis peralatan stasiun dan jaringan distribusi. Oleh karena itu, gangguan semacam itu harus dicegah sebisa mungkin, dan setelah terjadi, titik gangguan harus segera ditemukan dan dihilangkan untuk meningkatkan keandalan pasokan listrik secara keseluruhan.