Artikel Karyawan : Gardu Traksi (Traction Substation)

LAA (LISTRIK ALIRAN ATAS

3 December 2012

Setiap hari, terdapat penambahan ribuan kendaraan bermotor baru, baik mobil maupun sepeda motor, di wilayah DKI Jakarta. Penambahan jumlah kendaraan bermotor ini akan membuat kondisi DKI Jakarta yang sudah macet menjadi tambah macet. Jika tidak ada langkah penyelesaian kemacetan dalam waktu yang cepat, maka pada tahun 2014 diprediksi DKI Jakarta akan mengalami kemacetan total. Hal ini disebabkan oleh situasi di mana panjang jalan yang ada di DKI Jakarta sudah sama dengan panjang total kendaraan pribadi yang ada. Transportasi massal merupakan solusi mutlak atas permasalahan kemacetan yang ada di DKI Jakarta. Saat ini sudah ada dua moda transportasi massal yang beroperasi di DKI Jakarta, yaitu Kereta Rel Listrik (KRL) dan busway. Kereta Rel Listrik (KRL) merupakan kereta yang sumber daya utamanya menggunakan listrik. Daya listrik yang dibutuhkan oleh KRL ini akan disuplai menggunakan kawat konduktor yang membentang di bagian atas sepanjang rute KRL tersebut yang disebut dengan sistem catenary atau LAA (Listrik Aliran Atas). Sistem catenary dapat dibagi berdasarkan jenis arus listrik yang mengalir yaitu: Arus searah (DC) :   750 V DC,  1500 V DC,  3000 V DC Arus bolak-balik (AC) :  15 kV AC  16,7 Hz  dan  25 kV AC   50 Hz Adapun sistem LAA di DKI Jakarta menggunakan sistem arus searah 1500 VDC yang disuplai dari gardu traksi (traction substation). Gardu traksi pertama kali dibangun di Indonesia pada tahun 1925/1926 di Jatinegara dan Ancol dengan menggunakan sistem konfigurasi motor dan generator buatan General Electric. Saat ini, sistem gardu traksi menggunakan teknologi penyearahan silicon rectifier. Selain menggunakan silicon rectifier, untuk dapat mensuplai LAA dengan tegangan 1500 VDC, sistem gardu traksi menggunakan beberapa panel dan komponen seperti: panel 20 kV, panel 6 kV, trafo 20 kV/1200 V, Silicon rectifier, DC Switchgear, trafo 20 kV/6 kV, trafo 20 kV/380 V, trafo 6 kV/380 V, panel AC/DC, baterai dan charger, panel interkoneksi, panel VCP, serta panel LBD. Spesifikasi dari setiap komponen ini bergantung dari daya yang disuplai gardu traksi. Di daerah DKI Jakarta, gardu traksi biasanya memiliki daya bervariasi antara 1500 kW, 3000 kW, atau 4000 KW. Skema sistem gardu traksi dapat dilihat pada gambar berikut. [caption id="attachment_3449" align="alignleft" width="628" caption="Gambar : Sistem Gardu Traksi (Substation)"][/caption] Berikut penjelasan dari setiap komponen pada gardu traksi. Panel 20 kV Panel 20 kV merupakan panel yang berfungsi untuk mengatur input dan output tegangan 20 kV. Panel 20 kV terdiri dari beberapa panel seperti: - Panel Incoming, berfungsi untuk menerima input 20 kV dari PLN. Panel incoming dilengkapi dengan switch LBS (Load Break Switch). LBS merupakan switch yang memiliki kemampuan dapat di-open saat kondisi sistem berbeban. Tegangan 20 kV dari PLN akan disambung ke busbar yang terhubung ke setiap panel 20 kV. - Panel arrester, berfungsi untuk memproteksi sistem gardu traksi dari gangguan tegangan lebih akibat petir. Setiap jaringan listrik 20kv PLN berpotensi tersambar oleh petir. Arrester pada panel ini akan meminimalisir kerusakan sistem gardu traksi akibat tegangan lebih yang disebabkan oleh sambaran petir secara langsung maupun tidak langsung. - Panel metering, berfungsi untuk mengukur semua parameter tegangan 20 kV, seperti tegangan, arus, faktor daya, beban sistem gardu traksi. Parameter ini akan ditampilkan di panel metering serta dikirim ke panel interkoneksi untuk ditampilkan di display panel VCP. - Panel outgoing, berfungsi untuk memberikan output 20 kV. Output 20 kV akan diberikan ke trafo 20 kV/1200 V, trafo 20 kV/380 V, serta trafo 20 kV/6 kV. Panel outgoing dapat terdiri dari dua atau tiga panel, tergantung dari konfigurasi sistem gardu traksi yang digunakan. Jika gardu traksi berfungsi sebagai supply jaringan PDL (Power Distribution Line) 6 kV, maka panel outgoing 20 kV akan terdiri dari tiga panel. Panel outgoing terdiri dari Panel Circuit Breaker dan Panel LBS yang dirangkai seri dengan fuse. Panel 6 kV Panel 6 kV merupakan panel yang berfungsi untuk mengatur input dan output tegangan 6 kV. Panel 6 kV terdiri dari beberapa panel seperti: - Panel incoming, berfungsi untuk menerima input 6 kV dari trafo 20 kV/6 kV dan memberikan output ke busbar panel 6 kV. Panel ini dilengkapi dengan LBS. - Panel arrester, berfungsi untuk memproteksi sistem gardu traksi dari gangguan tegangan lebih akibat petir. Sistem jaringan PDL (Power Distribution Line) menggunakan saluran udara sehingga berpotensi oleh gangguan petir. - Panel outgoing 1, untuk memberikan output tegangan 6 kV. Output tegangan 6 kV ini akan diberikan ke trafo 6 kV/380 V untuk kebutuhan daya rendah serta control gardu traksi, dan untuk menunjang sistem jaringan PDL ke gardu traksi tetangga. Panel outgoing dapat terdiri dari dua, tiga atau empat panel, tergantung dari sistem jaringan PDL gardu traksi tersebut. Gardu traksi umumnya memiliki dua gardu traksi tetangga, namun ada gardu traksi yang memiliki tiga atau hanya satu gardu traksi tetangga. Transformator Transformator atau trafo berfungsi untuk menurunkan atau menaikkan tegangan listrik arus bolak-balik. Pada sistem gardu traksi, terdapat tiga jenis trafo yang digunakan, yaitu: -  Trafo 20 kV/1200 V, merupakan trafo utama dan memiliki daya yang paling besar karena merupakan trafo utama untuk mensuplai tegangan 1500 VDC pada LAA. Trafo ini akan menurunkan tegangan 20 kV yang diterima dari panel outgoing 20 kV menjadi tegangan 1200 V yang akan menjadi input silicon rectifier. Sisi primer trafo terdiri dari beberapa tap seperti 22 kV, 21 kV, 20 kV, 19 kV, serta 18 kV, sedangkan sisi sekunder terdiri dari dua lilitan tiga fasa dengan tegangan 1200 V. Trafo ini memiliki dua output 1200 V yang berbeda konfigurasi vektornya yang akan digunakan oleh silicon rectifier 12 pulsa. Konfigurasi trafo yang dipakai biasanya adalah konfigurasi D – D/Y (delta – delta / wye), di mana input tegangan 20 kV dengan sistem tiga fasa delta, serta dual output tegangan 1200 V dengan sistem tiga fasa delta dan wye. - Trafo 20 kV/380 V, merupakan trafo yang berfungsi untuk mensuplai tegangan 380 V yang digunakan untuk sistem kontrol gardu traksi. Trafo ini akan menurunkan tegangan 20 kV dari panel outgoing 20 kV menjadi tegangan 380 V yang akan menjadi input panel AC/DC. - Trafo 6 kV/380 V, merupakan trafo cadangan untuk mesuplai beban 380 V jika trafo 20 kV/380 V mengalami ganggaun  atau sumber 20 kV hilang karena kerusakan di jaringan PLN. Trafo ini akan menurunkan tegangan 6 kV dari panel outgoing 6 kV, yang berasal dari jaringan PDL 6 kV,  menjadi tegangan 380 V yang akan menjadi input panel AC/DC. - Trafo 20 kV/6 kV, merupakan trafo yang berfungsi untuk suplai utama jaringan PDL (Power Distribution Line) 6 kV. Jaringan PDL merupakan jaringan tegangan 6 kV untuk setiap persinyalan dan pintu perlintasan KA di Jakarta, yang berfungsi untuk mensuplai kebutuhan kontrol semua gardu traksi, mensuplai sistem persinyalan, dan pintu perlintasan KA. Sistem PDL ini memiliki beberapa sumber, sehingga apabila satu sumber PDL mengalami gangguan maka sumber yang lain akan mem-backup sistem. Dengan adanya sistem jaringan PDL, maka kontrol gardu traksi, sistem persinyalan dan pintu perlintasan KA mampu beroperasi secara terus menerus. Tidak semua gardu traksi berfungsi untuk mensuplai jaringan PDL. Trafo 20 kV/6 kV hanya digunakan pada gardu traksi yang akan mensuplai jaringan PDL. Silicon Rectifier Silicon rectifier merupakan salah satu komponen utama gardu traksi yang berfungsi untuk menyearahkan tegangan 1200 VAC menjadi tegangan 1500 VDC. Saat ini teknologi silicon rectifier yang digunakan untuk sistem gardu traksi adalah rectifier 12 pulsa, sehingga rectifier ini memerlukan dual input 1200 VAC dari trafo 20 kV/1200 V sebagaimana yang sudah dijelaskan di bagian trafo. Semikonduktor yang digunakan rectifier untuk penyearahan adalah dioda versi presspack. Adapun metode pendingin yang dipakai adalah dengan sistem heatpipe. Rectifier juga dilengkapi dengan arrester untuk tegangan DC untuk melindungi rectifier dari sambaran petir pada jaringan LAA. Duty class rectifier yang digunakan harus memenuhi standar JEC-2410 class S, dengan persyaratan pembebanan sebagai berikut:  100% - kontinu,  150% - selama 2 jam,  200% - selama 5 menit,  300% - selama 1 menit. Panel DC Switchgear Panel DC Switchgear merupakan panel yang berfungsi untuk mengatur input dan output tegangan 1500 VDC. Panel DC Switchgear terdiri dari beberapa panel seperti terdiri dari: - Panel negative, berfungsi untuk menerima input negatif 1500 VDC dari silicon rectifier dan memberikan ouput ke rel KRL. Panel negative menggunakan switch tipe DS (Disconnecting Switch) karena panel negative merupakan panel tempat arus balik dari rel, sehingga panel negative ini tidak memerlukan proteksi untuk memutus sambungan dari rectifier ke jalur rel secara cepat. Panel negative dilengkapi dengan relay 64P yang berfungsi untuk mendeteksi gangguan tanah (Ground Fault). Jika terjadi ground fault pada gardu traksi, yang ditandai dengan kenaikan beda tegangan antara negative rectifier dan sistem ground dimonitor, relay 64P akan mengirim perintah open pada HSCB yang mensuplai tempat yang mengalami ground fault tersebut. - Panel main feeder, berfungsi untuk menerima input positif 1500 VDC dari rectifier dan memberikan ouput ke busbar DC feeder. Panel main feeder menggunakan switch tipe HSCB (High Speed Circuit Breaker) yang mampu untuk memutus sambungan dari rectifier ke jaringan LAA secara cepat jika terjadi kondisi fault pada sistem. Panel main feeder dilengkapi dengan relay proteksi yang berfungsi untuk mendeteksi berbagai gangguan yang mungkin terjadi pada jaringan LAA seperti over / under voltage, over current, short circuit, dan thermal overload. Jika salah satu gangguan sistem terjadi, relay proteksi akan memerintah HSCB segera trip untuk mencegah kerusakan yang dapat terjadi. Selain fungsi proteksi, relay proteksi juga berfungsi untuk memonitor dan merekam kondisi tegangan 1500 VDC. - Panel DC feeder, berfungsi untuk memberikan output positif 1500 VDC dari busbar DC feeder ke LAA. Sebagaimana panel main feeder, DC feeder juga dilengkapi dengan HSCB dan relay proteksi. DC feeder terdiri dari beberapa panel, tergantung dengan jumlah LAA yang akan disuplai. Gardu traksi pada ujung line rute KRL biasanya hanya memiliki 2 panel DC feeder yang akan mensuplai satu LAA bagian hulu dan satu LAA bagian hilir. Adapun gardu traksi yang berada di tengah line rute KRL biasanya memiliki 4 panel DC feeder yang akan mensuplai dua LAA bagian hulu dan dua LAA bagian hilir. - Panel bypass, berfungsi sebagai panel backup jika salah satu panel DC feeder mengalami kerusakan atau sedang dalam kondisi maintenance. Panel bypass memiliki spesifikasi yang sama dengan panel DC feeder, namun output dari panel bypass tidak langsung mensuplai jaringan LAA. Panel bypass akan terhubung dengan setiap panel DC feeder dengan menggunakan motorized DS yang terdapat di setiap panel tersebut. Jika salah satu panel DC feeder tidak dapat beroperasi, operator dapat meng-close DS pada panel tersebut, sehingga jaringan LAA tetap mendapat suplai 1500 VDC dari panel bypass. Panel AC / DC Panel AC/DC merupakan panel yang berfungsi untuk mendistribusikan tegangan low voltage AC 380 V untuk keperluan beban utility dan tegangan DC 110 V untuk keperluan beban kontrol. Panel AC/DC memiliki dua input tegangan AC 380 V, yaitu dari trafo 20 kV/380 V (yang bersumber dari jaringan PLN 20 kV) dan dari trafo 6 kV/380 V (yang bersumber dari jaringan PDL 6 kV). Di dalam panel AC/DC terdapat COS (Change Over Switch) yang akan mendeteksi kedua sumber. Normalnya panel AC/DC disuplai dari trafo 20 kV/380 V, namun jika sumber ini mengalamai gangguan COS akan mengganti input suplai menjadi dari trafo 6 kV/380 V. Jika sumber dari trafo 20 kV/380 V sudah normal kembali, maka COS akan mengganti kembali input suplai menjadi dari trafo tersebut. Output panel AC/DC tegangan AC 380 V berfungsi untuk mensuplai peralatan seperti charger baterai, exhaust fan, penerangan, serta soket listrik bangunan. Output tegangan AC 220 V berfungsi untuk mensuplai heater pada panel 20 kV, 6 kV, serta DC Switchgear, panel VCP, dan panel fire alarm. Output tegangan DC 110 V berfungsi untuk mensuplai rangkaian kontrol pada panel 20 kV, 6 kV, serta DC Switchgear, panel interkoneksi, dan panel LBD. Baterai dan Charger Sistem kontrol pada gardu traksi, yang meliputi kontrol VCB, HSCB, LBS, relay proteksi, relay 64P, dan sistem kontrol lainnya, menggunakan tegangan 110 VDC untuk dapat beroperasi. Tegangan 110 VDC ini disuplai dari charger  yang dilengkapai dengan battery. Baterai yang digunakan adalah baterai tipe SLA (Sealed Lead Acid) atau biasa disebut dengan baterai maintenance free (kering). Keunggulan baterai jenis ini adalah tidak diperlukannya penambahan air secara manual dan berkala oleh petugas gardu traksi. Kapasitas baterai akan selalu dijaga dengan menggunakan charger. Charger yang dipakai merupakan rangkain rectifier yang terregulasi outputnya. Charger baterai ini memiliki dua mode operasi yaitu float dan equalize, yang mana kedua operasi ini dapat saling berganti secara otomatis. Mode operasi yang normalnya aktif adalah float. Mode operasi equalize akan aktif saat charger baterai tidak menerima input tegangan AC selama lebih dari 5 menit. Mode operasi equalize ini akan dipertahankan sehingga level tegangan baterai sudah penuh kembali, di mana mode operasi float akan dipilih secara otomatis. Panel Interkoneksi Panel interkoneksi merupakan panel PLC yang menghubungkan panel VCP dengan panel 20 kV, panel 6 kV, transformator, silicon rectifier, DC Switchgear, serta panel AC/DC. Panel interkoneksi berfungsi mengumpulkan semua data status sistem gardu traksi yang ada dari setiap panel dan komponen, lalu data tersebut akan dikirim ke panel VCP untuk ditampilkan di display dan direkam ke sistem logger. Komponen-komponen yang vital untuk dimonitor statusnya adalah kondisi VCB, LBS, HSCB, suhu dan tekanan oli transformator, serta suhu rectifier. Untuk memonitor status-status tersebut, setiap komponen memiliki fasilitas dry contact. Status dry contact ini dapat dibaca oleh panel interkoneksi sebagai status komponen yang dimonitor. Selain memonitor status gardu traksi, panel interkoneksi juga berfungsi untuk meneruskan perintah dari panel VCP ke panel 20 kV, panel 6 kV, serta DC Switchgear. Sebagai contoh, jika operator memerintahkan Vacuum Circuit Breaker (VCB) pada panel 20 kV untuk open atau close pada display panel VCP, panel interkoneksi akan menterjemahkan perintah tersebut ke VCB yang bersangkutan. Perintah yang bisa diteruskan oleh panel interkoneksi adalah open atau close VCB, open atau close HSCB, open LBS, serta open atau close HSCB. Hubungan antara panel interkoneksi dengan panel-panel lainnya dapat dilihat pada skema berikut. [caption id="attachment_3451" align="alignleft" width="558" caption="Gambar : Hubungan antara panel interkoneksi dengan panel-panel lainnya "][/caption] Panel interkoneksi menggunakan komponen-komponen utama sebagai berikut: -PLC Embedded PC, untuk memproses semua data masuk dan keluar panel interkoneksi. -Card DI (Digital Input) dan DO (Digital Output), sebagai antarmuka antara PLC dengan relay. -Card Ethernet Module, untuk komunikasi data antara panel interkoneksi dengan DC Switchgear serta panel VCP dengan menggunakan komunikasi data ---Modbus. -Relay, sebagai antarmuka antara panel interkoneksi dengan dry contact pada komponen-komponen di panel 20 kV, panel 6 kV, trafo, dan rectifier. Panel VCP (Visual Control Panel) Panel VCP merupakan panel Human Machine Interface (HMI) yang berfungsi untuk memonitor keadaan sistem gardu traksi dan menerima perintah open atau close switch (baik VCB, HSCB ataupun LBS) dari operator. Operasi panel VCP ini berbasis touchscreen (layar sentuh) yang menampilkan sistem gardu traksi secara keseluruhan. Panel VCP akan mengirim perintah dari operator ke panel interkoneksi untuk meng-open / close switch di panel MV atau langsung ke panel DC Switchgear untuk meng-open / close HSCB. Data yang digunakan panel VCP untuk komunikasi adalah Modbus. Panel VCP juga dapat dihubungkan dengan sistem SCADA terpusat seperti pada OCC Manggarai. Panel VCP menggunakan komponen-komponen: -Display Touchscreen, untuk menampilkan status sistem gardu traksi serta interface operator untuk memerintahkan switch open atau close. -Hubswitch, untuk menerima dan mengirim data dari dan ke panel interkoneksi. -Industrial PC, untuk memproses data serta me-record semua event yang terjadi di gardu traksi. -Printer, untuk mencetak hasil record data yang ada. LBD Panel Linked Breaking Device (LBD) merupakan panel yang menghubungkan gardu traksi yang satu dengan gardu traksi yang berada di sebelahnya untuk menghasilkan intertripping. Intertripping ini adalah suatu metode proteksi memutus HSCB di DC Switchgear untuk mencegah kondisi sistem yang tidak diharapkan seperti short circuit, ground fault dan emergency. Akibat adanya trip dari HSCB DC Switchgear dari gardu traksi di sebelah yang disebabkan oleh kesalahan sistem. Kedua gardu traksi ini saling bertukar status data melalui panel LBD dengan menggunakan kabel fiber optic sebagai interface media komunikasi dan TCP/IP Ethernet sebagai komunikasi protocol. Setiap terjadi kesalahan sistem yang menyebabkan HSCB trip, panel LBD akan mengirim perintah trip ke gardu traksi tetangga. Ketika status ini diterima panel LBD sebelah, HSCB di DC Switchgear akan trip juga. Panel LBD menggunakan komponen-komponen: - Display, untuk memperlihatkan sistem LBD gardu traksi dan gardu traksi tetangganya. - PLC, untuk memproses data sistem LBD - ODF, sebagai terminal fibre optic untuk komunikasi antar gardu traksi. - Modem Optic – Ethernet, untuk mengkonversi data dari Ethernet ke Optic - Relay, untuk memerintahkan fasilitas intertrip pada HSCB di DC Switchgear. Sudah banyak proyek gardu traksi  yang dikerjakan oleh Len. Proyek gardu traksi yang pertama kali adalah gardu traksi di Parung Panjang (3000 kW) pada tahun 2008. Setahun setelah itu tahun 2009 Len mengerjakan gardu traksi di Maja (3000 kW) dan Cilejit (3000kW). Pada tahun 2010, Indonesia mendapat bantuan pinjaman dari KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) Jerman, untuk pengerjaan proyek gardu traksi. Len merupakan perusahaan yang ditunjuk pemerintah untuk mengerjakan proyek KfW ini yang meliputi gardu traksi di lokasi Kedung Badak (1500 kW), Cilebut (3000 kW), Bojong Gede (4000 kW), Citayam (4000 kW), Pasar Senen (4000 kW), dan sistem SCADA untuk mengontrol gardu traksi ini secara jarak jauh (remote) di OCC Manggarai. Kemudian di tahun 2011, Len mengerjakan proyek gardu traksi di Lenteng Agung (4000 kW), Pasar Minggu (4000 kW), dan Jatinegara (3000 kW). Pada tahun 2012 ini Tim Gardu Traksi Len sedang mengerjakan gardu traksi di Klender (4000 kW), Pesing (4000 kW) dan Tangerang (4000 kW). Pada awalnya proyek gardu traksi ini menggunakan sistem yang semuanya built up dari luar negeri seperti sistem dari Siemens atau Secheron. Namun semenjak proyek gardu traksi di Jatinegara, Tim Gardu Traksi Len sudah bertindak sebagai sistem integrator serta memproduksi sendiri panel-panel kontrol  seperti panel interkoneksi, panel VCP (Visual Control Panel) serta panel LBD (Linked Breaking Device), di samping masih menggunakan produk jadi dari produsen lokal untuk panel 20 kV, panel 6 kV, trafo, serta produk jadi dari produsen luar negeri untuk silicon rectifier dan DC Switchgear. Sebagai sistem integrator, Len bertanggung jawab untuk mengintegrasikan komponen-komponen gardu traksi baik dari sistem power maupun sistem kontrol gardu traksi. Proses pengintegrasian mencakup penyambungan input 20 kV dari PLN, penyambungan koneksi antar panel gardu traksi, penyambungan output 1500 VDC ke sistem LAA, serta penyambungan output 6 kV ke sistem PDL. Penyambungan ke sistem LAA dan PDL itu sendiri memerlukan modifikasi jaringan LAA dan PDL yang sudah ada. Semua proses pengintegrasian ini sudah dikuasai oleh Tim Gardu Traksi Len. Di masa yang akan datang, Tim Gardu Traksi Len bekerja sama dengan Divisi Pusat Teknologi dan Inovasi berencana untuk memproduksi sendiri silicon rectifier yang akan dipergunakan dalam sistem gardu traksi yang akan memberikan nilai tambah yang cukup signifikan. Adapun kapasitas baterai akan selalu dijaga dengan menggunakan charger. Charger yang dipakai merupakan rangkain rectifier yang terregulasi outputnya. Charger baterai ini memiliki dua mode operasi yaitu float dan equalize, yang mana kedua operasi ini dapat saling berganti secara otomatis. Mode operasi yang normalnya aktif adalah float. Mode operasi equalize akan aktif saat charger baterai tidak menerima input tegangan AC selama lebih dari 5 menit. Mode operasi equalize ini akan dipertahankan sehingga level tegangan baterai sudah penuh kembali, di mana mode operasi float akan dipilih secara otomatis.