SISTEM MONITORING, KONTROL DAN PROTEKSI TENAGA LISTRIK (MONITORING SYSTEM, CONTROL & PROTECTION IN POWER SYSTEM)

Secara luas keandalan dapat didefiniskan sebagai kemungkinan dari kenyamanan operasi system tenaga selama periode tertentu. Dapat dibilang sebagai kemampuan untuk menyediakan kecukupan pelayanan listrik secara kesinambungan/kontinyu dengan beberapa interupsi dalam periode waktu tertentu.

Istilah lain yang penting adalah security (keamanan) system tenaga yang mengacu kepada tingkat resiko dari keandalan untuk bertahan dari disturbance/gangguan (contingencies) tanpa adanya interupsi pelayanan pelanggan.

Hubungan antara keandalan dan kemanan adalah : Keandalan merupakan tujuan keseluruhan dari desain dan operasi system tenaga. Untuk menjadi andal, maka system tenaga harus aman berkaitan waktu. Jika kemanan membahayakan dan sistem tenaga mengalami gangguan yang tidak dapat dieliminasi maka dapat membawa ke scenario terburuk dan mebuat pengaruh serius terhadap kehidupan sosial. Jika itu terjadi, suatu prosedur untuk pemulihan yang rumit dan kompleks harus diambil.

Ringkasnya adalah, aspek kemanan merupakan aspek yang penting untuk diperhatikan dengan memeprtimbangkan aspek-aspek yang lain. Menemukan keseimbangan dan kompromi diantara kriteria-kriteria diatas merupakan masalah yang secara umum harus dapat dipecahkan.

Komponen-komponen yang bersama-sama dalam membangun dan membentuk system tenaga yang lengkap, dapat dibagi menjadi 2 kelompok :

1. Peralatan utama

2. Peralatan Bantu

Peralatan utama merupkan peralatan yang menghantarkan arus yang besar atau tegangan yang tinggi, dengan kata lain komponen-komponen yang dapat mentransfer energy. Seperti peralatan-peralatan yang mendukung operasi dari sistem pembangkit, system transmisi dan sistem distribusi.

Peralatan Bantu adalah komponen atau system yang berisikan alat-alat untuk monitoring, proteksi dan kontrol.

Struktur dasar dari sistem tenaga dapat digambarkan sebagai berikut :

Bagian sebelah kiri mempresentasikan pembangkit dari pusat-pusat listrik, dimana menyalurkan produksinya ke ssitem transmisi melalui trafo tenaga. Generator yang ada adalah mesin sinkron, dimana produksi tenaga diatur oleh gerak mekanis yang dikirim melalui poros sedangkan terminal tegangan diatur oleh arus eksitasi dalam rotor.

Sistem transmisi merupakan backbone (tulang belakang) dari system tenaga dimana tujuan utamanya adalah untuk menyalurkan energi dalam jumlah yang besar dan jarak yang panjang. Sistem transmisi beroperasi pada tegangan tinggi atau ekstra tinggi guna mengurangi rugi-rugi. Sistem distribusi bertugas untuk mengirimkan energi listrik ke konsumen.

TEKNOLOGI MONITORING DAN KONTROL EKSISTING

Struktur untuk monitoring dan kontrol dari system tenaga adalah hirarki dan digunakan

untuk beberapa alasan, seperti ketahanan, scalability dan koordinasi dengan tugas-tugas berbeda. Koordinasi dapat dicapai dengan kecepatan yang berbeda tergantung dari area yang dicover. Dalam kosnep hirarki, koordinasi harus mempunyai posisi terendah dibandingkan dengan tindakan lainnya seperti eksekusi yang lebih cepat dan scope local yang lebih luas.

Dalam konsep hirarki, terdapat dua jenis tugas jika dilihat dari sudut pandang lokasi :

Task crossing hierarchical layer yang bertujuan untuk menyediakan suatu platform guna pengawasan system yang luas. Dengan kata lain, penyediaan informasi kepada operator dalam Regional dan Network Contorl Center, sebaik mungkin diadakan untuk menunjukkan tindakan control dari operator. Dari sudut pandang teknologi, tugas peralatan dan impelementasi teknologi seperti ini dibebankan kepada SCADA.

Local autonomous tasks dengan scope hanya lokal dan biasanya memerlukan persayaratan yang sangat tinggi untuk tindakan eksekusinya (seperti kecepatan). Type ini diwakili oleh proteksi.

Hirarki dalam monitoring system tenaga disusun atas tingkatan-tingkatan berikut :

· Process level

Untuk meringkas, sinyal interface diantara process dan bay level dapat diuraikan sebagai berikut (dari perspektif process level) :

· Input biner (perintah membuka atau menutup saklar)

· Output biner (informasi status saklar)

· Output analog (pengukuran dari tegangan dan arus)

Sedangkan interface diantara peralatan primer dan sekunder dilakukan oleh :

· Sensor (VTs, CTs dan saklar dengan status sensor)

· Aktuator (koil trip saklar dan motor penggerak kontak)

Koneksi yang paling umum diantara process dan bay level adalah koneksi langsung dengan kabel (hard wired).

· Bay level

Peralatan di bay level biasanya ditempatkan dalam dua cubicle yang terpisah disesuaikan dengan jenis dan fungsi pelayanannya, yaitu :

· Proteksi

· Kontrol

· Substation level

Elemen yang ada dalam station level adalah:

- Gateway :

- Time synchronization

- Busbar dan breaker failure protection

- Tariff metering

Substation level berisikan pusat computer, tempat kerja operator, peralatan peripheral (spt computer) dan komunikasi diantara komponen-komponen yang sudah diuraikan diatas.

Otomasi substation merupakan suatu system yang menyediakan satu set dari fungsi substation secara luas. Beberapa kemungkinan monitoring dari keseluruhan substation, komponen monitoring tambahan ( contohnya adalah banyaknya operasi saklar dari circuit breaker yang berpengaruh terhadap usia circuit breaker), penerimaan data dan operasi saklar diantara bay. Operasi switching dapat dilaksanakan dengan menggunakan suatu fungsi urutan berdasarkan aturan inter bay interlocking, dimana harus sama dengan satu dalam bay level dengan mempertimbangkan hubungan diantara bay yang berbeda. Fungsi peralatan proteksi dan control seringkali disebut sebagai IED (Intelligent Electronic Device).

IED memiliki kapabilitas untuk menerima dan memproses pengukuran, perintah control dan komunikasi dengan system yang lebih tinggi (substation automation).

Seperti terlihat dalam gambar, fungsi dari arsitektur IED adalah :

- CPU (Central Processing Unit) untuk menginterpretasikan instruksi dan meproses data yang diisikan dalam program proteksi, control dan fungsi komunikasi.

- PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) merupakan standard untuk Portable Computer Card. PC Card adalah peripheral dimana mampu menambah funsi perangkat keras. Dalam masalah yang khusus, dikomunikasikan ke system dengan level yang lebih tinggi seperti Station Level Computer.

- RAM (Random Acces Memory) Menyimpan data sepanjang power supply tersedia. Dalam IED, RAM digunakan untuk menyimpand ata yang berhubungan dengan komputasi real time seperti perhitungan dan funsi penyelesaian instruksi proteksi.

- EPROM Data disimpan dalam Eraseble Programmable Read Only Memory menjadi agar tidak tersentuh selama power supply mati. Data dapat dihapus hanya dengan memaparkan EPROM ke sinar ultra violet yang kuat. Dalam IED, EPROM digunakan sebagai media penyimpanan untuk program-program.

- Filter A/D Converter pengukuran analog yang masuk seringkali mengandung noise dimana dapat dihilangkan dengan low-pass filter. Kemudian A/D mengkonversi sinyal sample analog kedalam bentuk digital yang sesuai untuk diproses oleh IED.

- Interface to HMI, kebanyakan IED dapat dikonfigurasikan dan dikontrol melalui local maupun remote HMI.

- Interface to Process Level suatu isolasi galvanis digunakan diantara sinyal yang datag dari Process Level dan IED. Contohnya, pengukuran analog disiolasi oleh trafo sebelum diproses dlebih lanjut.

- Power supply module Substation dilengkapi dengan suatu jaringan Power supply DC yang aman.

Tugas Bay level dapat dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu :

- Proteksi

- Kontrol

Proteksi adalah tugas tersendiri yang hanya dibebankan kepada bay level (kecuali proteksi busbar).

Sedangkan control berdasarkan fungsinya dibagi menjadi dua kelompok, yaitu :

- Monitoring

- Switching operation

· Regional Control Center Level

Tugas utama dari control center adalah menyediakan informasi ke operator untuk membuat keputusan apakah melakukan tindakan control atau tidak. Suatu contoh dari control center seperti gambar 6, menerima data dari substation dan berdasarkan pada arsitektur system dapat juga menerima dari control center yang lain (dari regional control center dan/atau nasional control center suatu Negara). Data secara langsung ditampilkan dan lebih lanjut diproses oleh Energy Management System (EMS) bersama-sama dengan sinyal rantai acquisition data dan komponen dalam control center.

· Network Control Center Level

SCADA/EMS

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) merupakan teknologi yang memberikan pengumpulan data (umumnya ke suatu lokasi central) dari fasilitas remote (didistribusikan sesuai area geografi) dan mengirim perintah control ke fasilitas tersebut. Dengan kata lain, SCADA mempresentasikan suatu alat dimana operator menggunakannya untuk supervisi suatu proses yang besar (system).

Struktur dasar SCADA yang modern berisikan tiga kelompok komponen :

· Distibuted Data Acquisistion and Control Execution – RTU dan Aktuator dan Sensor

· Komunikasi

· Central Processing

Central processing biasanya mengambil tempat didalam sehingga disebut Master Station (biasa disebut Master Terminal Unit) dan dapat menyediakan akses secara langsung untuk operator (HMI). Master station berisikan bermacam hardware dan modul software. Dalam skala SCADA yang besar, perangkat keras berisikan beberapa server, operator dan tempat kerja pemeliharaan. Tempat kerja operator biasanya direpresentasikan dengan keyboard dan satu atau beberapa layer. Kadangkala penyediaan media yang lebih besar dipakai, seperti proyeksi di dinding dengan dimensi yang besar, panel LCD yang besar, atau dinding khusus yang menampilkan pengawasan sistem. Satu set printer disediakan untuk menghasilkan hard copy dari susatu kejadian. Sistem operasinya biasanya Unix atau sama. Windows kadangkala digunakan untuk interface grafik. Modul software mengimplementasikan fungsi sebagai komunikasi, penyimpanan dan penerimaan data, HMI dan lain-lain.

Dalam hardware, system komunikasi SCADA menggunakan semua jenis media, seperti radio dan serial langsung atau koneksi modem yang dikombinasikan dalam satu system instalasi SCADA. Standar protocol komunikasi SCADA adalah IEC 60870-5-101 atau 104, profibus DAB DNP3.

Komponen utama dalam data acquisition and control execution adalah RTU (Remote Telemetry Unit atau sering dibilang Remote Terminal Unit). Umumnya terdapat satu RTU tiap masing-masing lokasi geografi dari fasiltias remote. RTU mormalnya diletakkan di Substation Level dimana satu RTU per substation. RTU mempunyai struktur modular untuk mengakomodasi sejumlah besar arbitrary dari input, bisa analog atau biner dan output biner. RTU adalah interface komunikasi ke process level seperti pengukuran (input analog), switches (circuit breaker, diskonektor), status (input biner) dan pembukaan atau penutupan switches (output biner). Pengukuran itu sendiri diambil dari suatu sensor yang dikonversi ke bentuk yang sesuai untuk input RTU. Dalam system tenaga dilaksanakan dalam dua tingkatan yang terpisah yaitu yang pertama kuantitas pengukuran di konversi ke tingkat yang aman (tegangan diukur trafo pengukur tegangan dan dikonersi ke nilai sekitar 100 volt) dan kemudian disearahkan oleh tranducer ke nilai RMS. Output RTU akan menuju ke actuator untuk mengeksekusi perintah control yang diinginkan.

Dalam kontek sistem tenaga, central processing ditempatkan di control center. Suatu back up control center harus ada untuk berjaga-jaga apabila control center mengalami kegagalan. Dalam beberapa system, satu atau beberapa control center regional menyediakan back up untuk control center nasional. SCADA biasanya mengirim hanya data mentah, dimana lebih lanjut diproses oleh Energy Management System (EMS). EMS adalah satu set program/tools yang ditambahkan sebagai interpretasi untuk pengukuran, mengijinkan operator untuk mengamankan system agar lebih baik dengan jalan melakukan tindakan kontrol yang sesuai.

PENGEMBANGAN TEKNOLOGI MONITORING DAN KONTROL KE DEPAN

Sistem tenaga listrik berkembang terus mengikuti kebutuhan konsumen akan tenaga listrik. Untuk dapat mengoperasikan system tenaga listrik yang terus berkembang, maka fasilitas operasi khususnya untuk system monitoring dan control juga harus dikembangkan. Ke depan, teknik tenaga lsitrik menuju ke wilayah hijau dan intelligent. Hijau berarti ramah lingkungan, sedangkan intelligent dapat diartikan pintar dan otomasi.

Strategi pegembangan

Untuk itu pengembangan system monitoring dan kontrol untuk operasi system tenaga harus mencakup strategi-strategi sebagai berikut :

1. Dapat meningkatkan keandalan dan power quality

Keandalan berkaitan dengan waktu kegagalan. Diupayakan agar waktu kegagalan dapat dikurangi seminimal mungkin untuk mendapatkan nilai keandalan yang tinggi. Sedangkan power quality lebih mengarah kepada kualitas dari tenaga listrik yang dihasilkan, seprti pengaturan tegangan, frekwensi dan lain-lain. Pengembangan system monitoring dan control ke depan harus dibangun dengan tujuan untuk menghasilkan keandalan yang tinggi dan power quality yang sesuai standard.

2. Dapat mengurangi biaya operasi

Untuk keperluan penyediaan tenaga listrik bagi para pelanggan diperlukan beberapa peralatan listrik yang dihubungkan satu dengan yang lain dan mempunyai relasi secara keseluruhan akan membentuk satu system tenaga. Peralatan listrik yang dimaksudkan disini adalah sekumpulan pusat pembangkit listrik yang dihubungkan oleh jaringan transmisi dengan pusat beban (dalam hal ini gardu induk) sehingga menjadi suatu kesatuan interkoneksi.

Dalam operasi system tenaga listrik yaitu pada proses penyediaan tenaga listrik bagi para pelanggan, memerlukan biaya bahan bakar yang tinggi dan terdapat rugi-rugi jaringan. Keduanya merupakan factor-faktor yang harus ditekan agar menjadi sekecil mungkin dengan tetap memperhatikan mutu dan keandalan system dalam menyuplai daya.

3. Meningkatkan outage restoration time

Tidak bisa dipungkiri bahwa gangguan terhadap operasi system tenaga listrik pasti akan terjadi. Hal yang harus dilakukan adalah menyiapkan langkah-langkah untuk mengatasi gangguan dan yang paling penting adalah jika terjadi gangguan, bagaimana dapat mempercepat waktu keluaran akibat gangguan ke kondisi normal lebih cepat.

4. Meningkatkan pelayanan kepada konsumen

Tujuan akhir proses penyediaan tenaga listrik adalah untuk memenuhi kebutuhan konsumen. Peningkatan pelayanan harus terus dilakukan agar konsumen dapat menikmati tenaga listrik sesuai yang diharapkan. Pengembangan monitoring dan control tentunya harus memperhatikan faktor-faktor tersebut.

5. Real time data

Real time data didapatkan dari system real time monitoring yang dapat memberikan informasi secara real time tentang keadaan status system agar dapat dijadikan dasar untuk melakukan tindakan yang lebih cepat untuk pemulihan, proteksi atau tindakan lainnya.

......... if you want to read more about this posting, please contact me (didikw@yahoo.com)