Jenis Gangguan dalam Sistem Tenaga Listrik

Sistem Tenaga Listrik Kegagalan: Definisi dan Klasifikasi

Kegagalan dalam sistem tenaga listrik didefinisikan sebagai anomali atau cacat yang menyebabkan arus listrik menyimpang dari jalur alirannya. Ketika terjadi kegagalan, hal ini menciptakan kondisi operasional yang abnormal, terutama dengan mengurangi kekuatan isolasi antara konduktor. Penurunan isolasi ini dapat menyebabkan kerusakan serius pada komponen sistem tenaga listrik, mengganggu pasokan listrik normal, dan menimbulkan risiko keselamatan.

Kegagalan sistem tenaga listrik terutama diklasifikasikan menjadi dua jenis utama:

• Kegagalan Sirkuit Terbuka: Jenis kegagalan ini terjadi ketika ada putus atau diskontinuitas dalam rangkaian listrik, mencegah aliran arus normal. Hal ini bisa disebabkan oleh konduktor yang rusak, koneksi yang longgar, atau kegagalan komponen listrik.

• Kegagalan Sirkuit Pendek: Dalam kegagalan sirkuit pendek, ada jalur resistansi rendah yang tidak diinginkan antara dua atau lebih konduktor, menyebabkan aliran arus yang besar. Ini bisa disebabkan oleh kerusakan isolasi, kontak fisik antara konduktor, atau kerusakan peralatan.

Berbagai subjenis dan manifestasi dari kegagalan sistem tenaga listrik ini digambarkan dalam gambar yang disediakan di bawah ini.

Penyebab dan Klasifikasi Kegagalan Sistem Tenaga Listrik

Kegagalan sistem tenaga listrik dapat terjadi karena berbagai gangguan alami. Peristiwa seperti sambaran petir, angin berkecepatan tinggi, dan gempa bumi dapat memicu kegagalan. Petir, dengan pelepasan listriknya yang intens, dapat merusak isolasi dan mengganggu aliran arus normal. Angin berkecepatan tinggi mungkin bisa menjatuhkan saluran listrik atau menyebabkan konduktor bergoyang dan bersentuhan dengan objek lain, sementara gempa bumi dapat menggeser infrastruktur, menyebabkan konduktor putus dan komponen listrik rusak.

Kegagalan juga bisa menjadi hasil dari berbagai kecelakaan. Misalnya, pohon jatuh ke saluran listrik, kendaraan menabrak struktur penyangga, atau pesawat jatuh ke infrastruktur listrik dapat menyebabkan gangguan pada sistem tenaga listrik. Kecelakaan-kecelakaan ini dapat merusak langsung konduktor, isolator, atau bagian vital lainnya dari jaringan listrik, menyebabkan kegagalan terjadi.

1. Kegagalan Sirkuit Terbuka

Kegagalan sirkuit terbuka sebagian besar terjadi ketika satu atau dua konduktor gagal. Karena jenis kegagalan ini terjadi secara seri dengan garis listrik, juga dikenal sebagai kegagalan seri. Kegagalan sirkuit terbuka memiliki dampak signifikan pada keandalan sistem tenaga listrik, seringkali menyebabkan gangguan pada pasokan listrik dan potensi kerusakan pada peralatan yang terhubung.

Kegagalan sirkuit terbuka dapat dikategorikan lebih lanjut menjadi jenis-jenis berikut:

• Kegagalan Konduktor Terbuka: Ini terjadi ketika konduktor tunggal dalam rangkaian listrik putus atau terputus, mengganggu aliran arus melalui jalur tersebut.

• Dua Konduktor Terbuka: Dalam skenario ini, dua dari konduktor dalam sistem gagal, menciptakan gangguan yang lebih parah pada aliran listrik. Jenis kegagalan ini dapat menyebabkan kondisi tidak seimbang dan mungkin menimbulkan stres tambahan pada komponen sisanya dari sistem.

• Tiga Konduktor Terbuka: Bentuk kegagalan sirkuit terbuka yang paling jarang dan paling parah, melibatkan kegagalan semua tiga konduktor dalam sistem tiga fase. Ini menghasilkan hilangnya total transmisi daya dan dapat memiliki konsekuensi jangka luas untuk jaringan listrik dan beban yang terhubung.

Konfigurasi berbeda dari kegagalan sirkuit terbuka digambarkan dalam gambar di bawah ini, memberikan representasi visual tentang bagaimana kegagalan ini muncul dalam sistem tenaga listrik.

2. Kegagalan Sirkuit Pendek

Kegagalan sirkuit pendek terjadi ketika konduktor dari fasa yang berbeda bersentuhan satu sama lain dalam garis listrik, transformator listrik, atau elemen sirkuit lainnya. Koneksi yang tidak diinginkan ini menyebabkan aliran arus yang besar melewati satu atau dua fasa sistem listrik. Kegagalan sirkuit pendek dapat diklasifikasikan lebih lanjut menjadi dua kategori utama: simetris dan tidak simetris.

Kegagalan Simetris

Kegagalan simetris adalah kegagalan yang melibatkan semua tiga fasa sistem listrik. Menariknya, kegagalan ini tetap dalam keadaan seimbang bahkan setelah peristiwa kegagalan terjadi. Kegagalan simetris terutama terjadi pada terminal generator. Inisiasi kegagalan semacam itu dapat disebabkan oleh berbagai faktor, seperti resistensi busur listrik yang terbentuk antara konduktor selama kegagalan atau adanya resistensi dasar rendah dalam sistem grounding.

Kegagalan simetris dikategorikan lebih lanjut menjadi dua jenis yang berbeda: kegagalan antar fasa dan kegagalan tiga fasa ke tanah.

a. Kegagalan Antar Fasa

Kegagalan antar fasa (L-L-L) ditandai dengan sifat seimbangnya. Bahkan setelah kegagalan terjadi, sistem listrik tetap simetris. Meskipun relatif jarang, kegagalan L-L-L termasuk jenis kegagalan sirkuit pendek yang paling parah. Mereka menghasilkan arus kegagalan terbesar dalam sistem, yang berperan penting dalam menentukan persyaratan rating pemutus sirkuit. Kemampuan pemutus sirkuit untuk memutus arus dengan magnitudo sangat tinggi ini dengan aman dan efektif dipengaruhi langsung oleh karakteristik kegagalan L-L-L, menjadikannya pertimbangan kunci dalam desain dan perlindungan sistem tenaga listrik.

b. L–L–L–G (Kegagalan Tiga Fasa ke Tanah)

Kegagalan tiga fasa ke tanah (L–L–L–G) mencakup semua tiga fasa sistem listrik. Dalam skenario kegagalan ini, dibuat koneksi antara semua tiga fasa dan tanah sistem. Meskipun kurang umum dibandingkan beberapa jenis kegagalan lainnya, kegagalan L–L–L–G memiliki penting yang signifikan dalam analisis sistem tenaga listrik. Secara statistik, kemungkinan terjadinya kegagalan semacam itu sekitar 2 hingga 3 persen. Meskipun probabilitasnya relatif rendah, ketika kegagalan L–L–L–G terjadi, ia dapat menghasilkan arus kegagalan yang substansial dan menyebabkan gangguan luas pada sistem tenaga listrik, memerlukan langkah-langkah perlindungan yang kuat dan pertimbangan hati-hati dalam desain dan operasi sistem.

Kegagalan Tidak Simetris

Kegagalan tidak simetris didefinisikan sebagai kondisi dalam sistem tenaga listrik yang menghasilkan arus tidak simetris, di mana magnitudo dan fase arus dalam tiga fasa berbeda secara signifikan satu sama lain. Jenis kegagalan ini biasanya melibatkan satu atau dua fasa, seperti antar fasa-ke-tanah (L-G), antar fasa (L-L), atau ganda antar fasa-ke-tanah (L-L-G). Akibat kegagalan ini, sistem listrik menjadi tidak seimbang, yang dapat menyebabkan berbagai masalah operasional dan potensi kerusakan peralatan.

Kegagalan tidak simetris dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis yang berbeda:

• Fasa Tunggal ke Tanah (L–G) Kegagalan

• Kegagalan Antar Fasa (L–L)

• Ganda Antar Fasa ke Tanah (L–L–G) Kegagalan

Di antara semua jenis kegagalan sistem tenaga listrik, kegagalan tidak simetris adalah yang paling sering terjadi.

1. Fasa Tunggal ke Tanah (L–G) Kegagalan

Kegagalan fasa tunggal ke tanah terjadi ketika salah satu konduktor bersentuhan dengan tanah atau menyentuh konduktor netral. Jenis kegagalan ini sangat umum, menyumbang sekitar 70-80 persen dari semua kegagalan yang terjadi dalam sistem tenaga listrik. Frekuensi terjadinya yang tinggi membuatnya menjadi perhatian kritis bagi operator dan insinyur sistem tenaga listrik, yang harus menerapkan langkah-langkah perlindungan yang efektif untuk mengurangi dampak potensialnya terhadap stabilitas dan keandalan sistem.

3. Ganda Antar Fasa ke Tanah (L–L–G) Kegagalan

Dalam kegagalan ganda antar fasa ke tanah, dua konduktor secara simultan bersentuhan satu sama lain dan dengan tanah. Skenario kegagalan ini menciptakan jalur listrik yang kompleks yang mengganggu operasi normal sistem tenaga listrik. Meskipun kurang umum dibandingkan dengan kegagalan fasa tunggal ke tanah, kegagalan ganda antar fasa ke tanah masih menimbulkan risiko signifikan terhadap stabilitas sistem dan integritas peralatan. Secara statistik, kemungkinan terjadinya kegagalan ganda antar fasa ke tanah sekitar 10% dari semua kegagalan sistem tenaga listrik. Probabilitas yang relatif rendah namun tidak dapat diabaikan ini menunjukkan pentingnya memasukkan strategi perlindungan dan mitigasi yang komprehensif dalam sistem tenaga listrik untuk melindungi terhadap kerusakan potensial dan gangguan operasional yang disebabkan oleh kegagalan semacam itu.