MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK RELAI JARAK SEBAGAI PENGAMAN UTAMA PADA POLA PROTEKSI SUTT PT. PLN ( Persero) Udiklat Semarang

Transkripsi

1 MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK RELAI JARAK SEBAGAI PENGAMAN UTAMA PADA POLA PROTEKSI SUTT PT. PLN ( Persero) Udiklat Semarang Ira Debora Parhusip 1, Dr. Ir. Hermawan, DEA 2 1 Mahasiswa dan 2 Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Kode Pos Telp. (024) , Fax. (024) break_leg_go@yahoo.com Abstrak Kondisi penyediaan dan keandalan listrik saat ini telah menjadi indikator pertumbuhan ekonomi nasional. PLN sebagai perusahaan yang mengelola penyediaan tenaga listrik selalu berusaha untuk meningkatkan penyediaan dan keandalan listrik bagi konsumen. Proteksi pada saluran transmisi sangat menentukan keandalan listrik sehingga perlu mendapat perhatian yang serius dalam perencanaannya tidak terkecuali setting peralatan proteksinnya yaitu Relai. Relai jarak merupakan relai yang paling banyak digunakan sebagai pengaman utama pada Saluran Udara Tegangan Tinggi karena kemampuannya dalam menghilangkan gangguan (fault clearing) dengan cepat dan penyetelannya yang relatif mudah. Penyetelan relai jarak memegang peranan yang sangat penting untuk mendapatkan keandalan dan selektifitas kerja yang tinggi dari relai. PT. PLN ( Persero ) Udiklat Semarang selaku sara na dan prasarana Pendidikan dan Latihan bagi Pegawai PLN, aktif menyelenggarakan pendidikan dan pelatihan penyetelan relai jarak pada saluran transmisi mulai dari pendalaman konsep pola proteksi penghantar, kalkulasi settingnya hingga jangkauan pengamanan relai jarak yang dapat underreach maupun overreach. Kata kunci : Proteksi, Relai Jarak, Saluran Udara Tegangan Tinggi, Fault Clearing Time, Setelan Relai Jarak, Jangkauan Pengamanan I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sistem transmisi memegang peranan yang sangat penting dalam proses penyaluran daya listrik. Oleh karena itu proteksi pada saluran transmisi perlu mendapat perhatian yang serius dalam perencanaannya. Sistem transmisi sendiri merupakan sistem dinamis kompleks yang parameter parameter dan keadaan sistemnya berubah secara terus menerus. Oleh karena itu strategi proteksi harus disesuaikan dengan perubahan dinamis tersebut dalam hal desain dan setting peralatannya. Relai sebagai salah satu bagian penting dalam sistem proteksi saluran transmisi harus mempunyai kemampuan mendeteksi adanya gangguan pada semua keadaan yang kemudian memisahkan bagian sistem yang terganggu tersebut sehingga dapat meminimalkan kerusakan pada bagian yang terganggu dan mencegah gangguan meluas ke saluran lain yang tidak terganggu. Relai jarak merupakan relai yang paling banyak digunakan sebagai pengaman utama pada saluran transmisi. Relai jarak bekerja berdasarkan hukum ohm (Ω) sesuai data input analog tegangan (V) dan arus (I).Penyetelan da n kordinasi rele jarak selama ini berdasarkan aspek-aspek teknis saluran transmisi itu sendiri dengan kompensasi perkiraan besarnya gangguan yang dihitung secara off line. Penyetelan relai jarak memegang peranan yang sangat penting untuk mendapatkan keandalan dan selektifitas kerja yang tinggi dari relai. Oleh karena itu, PT. PLN ( Persero ) Udiklat Semarang selaku sarana dan prasarana Pendidikan dan Pelatihan bagi pegawai PLN menjadwalkan pelatihan- pelatihan dari pengenalan pola proteksi penghantar hingga perhitungan setting relai dan koordinasi sistem proteksi penghantar. Sedangkan pada makalah ini, penulis akan membahas pengenalan awal pola proteksi SUTT, filosofi penyetelan relai jarak dan faktor-faktor yang mempengaruhi kerja relai jarak yang diharapkan membantu pembaca mengenali proteksi SUTT wilayah kerja PLN terutama PLN P3B JB. 1.2 Tujuan Tujuan makalah ini adalah : a. Memahami pentingnya peranan relai proteksi dalam saluran tegangan tinggi b. Mengetahui pola proteksi penghantar tegangan tinggi dan macam-macam relai proteksinya c. Memahami prinsip dasar setting relai jarak d. Memahami pentingnya pengaruh konfigurasi saluran transmisi serta sistem pentanahan dalam kerja relai jarak e. Mengetahui penyebab kesalahan kerja relai jarak 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah pada makalah ini adalah : 1. Laporan ini membahas pola proteksi SUTT secara umum beserta klasifikasi relai proteksi yang digunakan sebagai pengaman utama dan cadangannya. 2. Laporan ini membahas prinsip setting relai jarak pada SUTT dan parameter inputan yang harus ada sebelum kalkulasi setting relai. 3. Laporan ini membahas zona kerja relai jarak dan faktorfaktor teknis yang mempengaruhinya. 4. Tidak membahas koordinasi proteksi SUTT 5. Tidak melakukan kalkulasi setting relai jarak 1

2 Sistem AC CT Beban Sumber PMT Relai Relai bantu II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Gangguan pada Sistem Penyaluran Saluran trasmisi merupakan suatu sistem yang kompleks yang mempunyai karakteristik yang berubah ubah secara dinamis. Adanya perubahan karakteristik ini dapat menimbulkan masalah jika tidak segera dapat diantisipasi. Dalam hubungannya dengan sistem pengamanan suatu sistem transmisi, adanya perubahan tersebut harus mendapat perhatian yang besar mengingat saluran transmisi memiliki arti yang sangat penting dalam proses penyaluran daya. Jaringan tenaga listrik yang terganggu harus dapat segera diketahui dan dipisahkan dari bagian jaringan lainnya secepat mungkin dengan maksud agar kerugian yang lebih besar dapat dihindarkan. Gangguan pada jaringan tenaga listrik dapat diakibatkan oleh Gangguan Sistem dan Non Sistem. a. Gangguan Sistem Gangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik seperti pada generator, trafo, SUTT dan SKTT. Gangguan system dapat berupa gangguan temporer dan gangguan permanen. Gangguan temporer adalah gangguan yang hilang dengan sendirinya bila PMT terbuka. Gangguan permanen adalah gangguan yang tidak hilang dengan sendirinya, sedangkan untuk pemulihan diperlukan perbaikan. b. Gangguan Non Sistem PMT trip tidak selalu disebabkan oleh terjadinya gangguan pada sistem tetapi dapat juga PMT terbuka oleh karena Relai yang bekerja sendiri atau kabel kontrol yang terluka (terhubung singkat) dan dapat juga disebabkan interferensi sehingga disebut gangguan bukan pada sistem. Jenis gangguan dapat berupa : Over Voltage, Hubung singkat, Over Load, dan Reverse Power 2.2 Filosofi Proteksi Fungsi dan Peranan Proteksi 1. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat membahayakan peralatan atau sistem. 2. Memisahkan bagian sistem yang terganggu secepat mungkin sehingga kerusakan dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi Perangkat Sistem Proteksi Sistem DC _ Sistem Alarm : TC PMT _ Gambar 1 Perangkat Sistem Proteksi Dengan Komponen-komponen sebagai berikut : 1. Trafo arus dan atau Trafo tegangan 2. Relai Proteksi 3. Pemutus Tenaga 4. Catu daya (Battery) AC dan atau DC 5. Sistem pengawatan. 6. Sistem Komunikasi untuk keperluan Teleproteksi Pengertian Relai Proteksi : Relai adalah suatu alat yang bekerja secara otomatis mentrip PMT penyaluran daya listrik dan memberikan alarm (in formasi) akibat adanya gangguan, sedangkan syarat peralatan proteksi adalah dapat bekerja sensitive, selektif, cepat, andal, dan harus ekonomis Pengamanan Di dalam pengaman sistem tenaga listrik, seluruh komponen harus diamankan dengan tetap menekankan selektivitas kerja relai. Untuk mencapai hal ini, sistem tenaga listrik dibagi menjadi daerah-daerah (zona) pengamanan. DAERAH KERJA RELE PROTEKSI G Proteksi Generator Proteksi BusBar 150kV GARDU INDUK Proteksi SUTT GARDU INDUK Proteksi BusBar 150 kv 20kV Proteksi Penyulang 20kV Proteksi SUTT/SKTT Proteksi Trafo Daya Proteksi BusBar 150kV GARDU INDUK Gambar 2 Pembagian daerah pengamanan sistem tenaga listrik Proteksi Utama dan Proteksi Cadangan Untuk mengatasi adanya kegagalan kerja dari sistem pengaman, maka pengamanan sistem tenaga listrik dibuat berlapis menjadi dua kelompok, yaitu pengaman utama dan pengaman cadangan. Pengaman utama akan segera bekerja jika terjadi gangguan, sedangkan pengaman cadangan akan bekerja jika pengaman utama gagal bekerja Klasifikasi Relai Proteksi a. Berdasarkan Besaran Input Arus (I) : Relai Arus Lebih (OCR) ; Relai Arus Kurang (UCR) Tegangan (V) : Relai Tegangan Lebih (OVR) ; Relai Tegangan Kurang (UVR) Frekuensi (f) : Relai frekuensi lebih (OFR) ; Relai Frekuensi Kurang (UFR) Daya : Relai daya Max / Min ; Relai Arah (Directional Relai), Relai Daya Balik Impedansi (Z) : Relai jarak (Distance Relai) Beda arus : Relai Differensial b. Berdasarkan Karakteristik Waktu Kerja Seketika (Instant/High Speed Relai ) Penundaan waktu ( time delay ) c. Berdasarkan Prinsip Kerja Tipe Elektromekanis, Tipe Thermis, Tipe gas, Tipe Tekanan, Tipe Statik (Elektronik) dan digital. 2

3 2.2.6 Penyebab Kegagalan Sistem Proteksi Kegagalan atau kelambatan kerja proteksi dapat disebabkan antara lain oleh : -Relainya telah rusak atau tidak konsisten bekerjanya. -Setelan Relainya tidak benar (kurang sensitif atau kurang cepat). -Baterenya lemah atau kegagalan sistem DC Supply sehingga tidak mampu mengetripkan PMT-nya. -Hubungan kontak kurang baik -Kemacetan mekanisme tripping pada PMT-nya karena kotor, karat, patah atau meleset. -Kegagalan PMT dalam memutuskan arus gangguan yang bisa disebabkan oleh arus gangguanya terlalu besar melampaui kemampuan pemutusan (interupting capability), atau kemampuan pemutusannya telah menurun. -Kegagalan saluran komunikasi teleproteksi. -Trafo arus terlalu jenuh. 2.3 Pengenalan Sistem Pengetanahan Netral dan Hubung Singkat Pengetanahan Netral Pertanahan sistem atau pertanahan titik netral adalah cara menghubungkan titik netral Generator dan Transformator Tenaga ke tanah. Ada beberapa pertanahan sistem yaitu : 1. Sistem yang Tidak Diketanahkan 2. Sistem Diketanahkan melalui Tahanan Tinggi 3. Sistem diketanahkan melalui tahanan rendah 4. Sistem diketanahkan langsung Hubung Singkat Hubung singkat adalah terjadinya hubungan penghantar bertegangan atau penghantar tidak bertegangan secara langsung tidak melalui media (resistor/beban) yang semestinya sehingga terjadi aliran arus yang tidak normal (sangat besar). Hubung singkat merupakan jenis gangguan yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik, terutama pada saluran udara 3 fase. Arus hubung singkat yang begitu besar sangat membahayakan peralatan, sehingga untuk mengamankan perlatan dari kerusakan akibat arus hubung singkat maka hubungan kelistrikan pada seksi yang terganggu perlu diputuskan dengan peralatan pemutus tenaga atau Circuit Breaker (CB). Gangguan hubung singkat yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik 3 fase sebagai berikut : 1) satu fase dengan tanah 2) fase dengan fase 3) dua fase dengan tanah 4) 3 fase dengan tanah 5) fase dengan fase dan 6)Hubung singkat 3 fase pada waktu bersamaan dariketiga fase dengan tanah Gambar 3 Blok Diagram Sistem Proteksi Penghantar Sistem proteksi jaringan (SUTT dan SUTET) terdiri dari Proteksi Utama dan Proteksi Cadangan (p ada dasarnya sistem proteksi cadangan dapat dibagi menjadi dua kategori lagi yaitu Sistem Proteksi Cadangan Lokal dimana bekerja bilamana pengaman utama yang sama gagal bekerja, dan Sistem Proteksi Jarak Jauh yang bekerja bilamana pengaman utama di tempat lain gagal bekerja) yaitu sebagai berikut : a) Distance Relay Basic atau Step PUTT POTT Blocking b) Differential Relay Pilot Current Phase c) Directional Comparison Relay Impedance Current SuperImposed Proteksi Cadangan adalah sebagai berikut : Sistem proteksi cadangan lokal : OCR & GFR Sistem proteksi cadangan jauh : Zone 2 GI remote 3.1 Pola Pengamanan Relai Jarak Pola pengaman pada Relai Jarak ditentukan berdasarkan kebutuhan untuk keamanan peralatan maupun keandalan operasi namun disisi lain tidak mengesampingkan aspek-aspek investasi. Pola Pengaman Basic Pola pengaman Basic pada Relai Jarak merupakan pola kerja Relai Jarak yang bekerja instant pada area setting Zone- 1, bekerja dengan back-up time untuk Zone-2 dan Zone-3 tanpa dilengkapi fasilitas teleproteksi (mengrimkan receive signal pada saat relai mendeteksi adanya gangguan). III. POLA PROTEKSI PENGHANTAR Dalam usaha untuk meningkatkan keandalan penyediaan energi listrik, kebutuhan sistem proteksi yang memadai tidak dapat dihindarkan. Blok diagram sistem proteksi penghantar sebagai berikut : Gambar 4 Pola pengaman basic 3

4 Pengenalan Pola Pengaman Teleproteksi Untuk kehandalan sistem diperlukan fasilitas pembawa saluran tenaga (Power Line Carrier) agar gangguan sepanjang saluran dapat ditripkan dengan seketika pada pada kedua sisi ujung saluran. Pola ini dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 5 Pola pengaman teleproteksi 3.2 Pola Proteksi SUTET Tabel 1 Pola Proteksi SUTET Sistem Jawa Bali Z : Distance Relay DEF : Directional Earth fault TP : Teleproteksi (PLC & FO) DC : Directional Comparison PC : Phase Comparison CD : Line Current Differential 3.3 Pola Proteksi SUTT 70kV dan 150kV Pola Proteksi SUTT 70kV Pada sistem 70 kv terdapat dua macam pentanahan netral sistem yaitu : a. Pentanahan netral dengan tahanan rendah atau solid grounded, misalnya terdapat di wilayah Jawa Barat, Jakarta Raya, Bengkulu, dan Sulawesi utara. b. Pentanahan netral dengan tahanan tinggi, misalnya terdapat di wilayah Jawa Timur dan Palembang. Pada sistem dengan tahanan rendah, Relai Jarak dapat dipakai sekaligus untuk gangguan fasa maupun gangguan tanah, tetapi pada sistem dengan tahanan tinggi dimana arus gangguannya kecil yang menyebabkan Relai Jarak tidak bekerja, sehingga harus dipasang relai gangguan tanah tersendiri. Untuk gangguan tanah pada sistem dengan tahanan tinggi dipakai dua jenis pengaman, yaitu : a. Relai Tanah Selektif (Selection Ground Relay) b. Relai Tanah Terarah ( Directional Ground Relay) ; yang keduanya akan bekerja sebagai pengaman utama (main protect ion) dan pengaman cadangan (back-up protection) secara timbal balik Pola Proteksi SUTT 70kV dengan Tahanan Rendah Pola pengaman untuk system 70 kv yang menggunakan tahanan rendah sebagai pentanahan netralnya adalah sebagai berikut : 1. Pengaman Utama a) Gangguan fasa-fasa : Relai Jarak b) Gangguan fasa-netral : Relai Jarak 2. Pengaman Cadangan a) Gangguan fasa-fasa : Relai arus lebih waktu terbalik (tak terarah) b) Gangguan fasa-netral : Relai arus lebih waktu terarah, waktu tertentu atau waktu terbalik. Dengan waktu pembebasan gangguan : 1. Pengaman Utama : Waktu dasar maksimum 150 ms dengan penundaan waktu maksimum 600 ms 2. Pengaman Cadangan a) Jarak Jauh :Dengan penundaan waktu maksimum 600 ms b) Lokal : Dengan penundaan waktu maximum 1000 s Pola Proteksi SUTT 70kV dengan Tahanan Tinggi Pola pengaman untuk system 70 kv yang menggunakan tahanan tinggi sebagai pentanahan netralnya adalah sebagai berikut : 1. Pengaman Utama a) Gangguan fasa-fasa : Relai Jarak b) Gangguan fasa-netral : 1. Relai tanah selektif 2. Relai tanah terarah 2. Pengaman Cadangan a) Gangguan fasa-fasa : Relai arus lebih waktu terbalik (tak terarah) b) Gangguan fasa-netral : Relai arus lebih waktu terarah, waktu tertentu atau waktu terbalik. Sedangkan untuk saluran pendek ditetapkan sebagai berikut : a. Sistem dengan tahanan rendah / solid grounded - Relai Jarak dengan pola blocking, atau - Relai diferensial kawat-pilot Keduanya sebagai pengaman gangguan fasa maupun gangguan tanah. b. Sistem dengan tahanan tinggi - Relai Jarak dengan pola blocking, atau - Relai diferensial kawat-pilot - Relai fasa selektif (Dimana ketiganya sebagai pengaman gangguan fasa) Pola Proteksi SUTT 150kV Pada Sistem Transmisi 150 kv ini terdapat hanya satu macam pentanahan netral sistem yaitu pentanahan efektif. Berbeda dengan SUTT 70 kv, penggunaan rele jarak sebagai pengaman utama yang dilengkapi teleproteksi menjadi suatu keharusan. Untuk penghantar dengan kategori saluran pendek, 4

5 rele pengaman direkomendasikan menggunakan relai differensial. Ada dua macam pola pengaman dengan pilot yang telah dan akan diterapkan pada SUTT 150 kv PLN P3B, yaitu : 1) Permissive Transfer Trip Scheme a) Permissive Underreach Transfer Trip (PUTT) b) Permissive Overreach Transfer Trip (POTT ) 2) Blocking Scheme Sedangkan Pola pengamanan Saluran Udara Tegangan Tinggi 150 kv : 1. Pengaman Utama Untuk gangguan fasa-fasa dan gangguan fasa-netral : Relai Jarak yang dilengkapi sistem teleproteksi 2. Pengaman Cadangan Untuk gangguan fasa-fasa dan gangguan fasa-netral : Relai arus lebih waktu terbalik (tak terarah) Fault Clearing Time, Operating Time Relai dan SIR Kecepatan pemutusan gangguan pada saluran udara mencakup : kecepatan kerja (operating time) relai kecepatan buka pemutus tenaga (circuit breaker) waktu kirim sinyal teleproteksi Fault Clearing Time : lamanya waktu mulai dari saat gangguan sampai gangguan dipisahkan dari sistem tenaga listrik Operating Time : lama waktu kerja Relai mulai dari mendeteksi adanya gangguan sampai memberi perintah trip CB Tabel 2 Fault Clearing Time Proteksi SUTT No. Uraian Pembagian Waktu 1. Penjatuhan Relai Sinyal Pembawa (PLC/FO) Relai ACUAN POLA PROTEKSI Sistem 150 kv (milli sec) Sistem 70 kv (milli sec) Pembukaan PMT TOTAL Berdasarkan IEEE Std C tentang Guide for Protective Relay Applications to Transmission Lines yang ikut dianut oleh P3B JB, panjang penghantar dikelompokan menjadi : - Saluran Pendek dengan SIR 4 - Saluran Menengah dengan 0.5 < SIR < 4 - Saluran Panjang dengan SIR 0.5 IV. PRINSIP DASAR PENYETELAN RELAI JARAK 4.1 Zona Proteksi Relai Jarak Relai Jarak digunakan sebagai pengaman utama ( main protection) pada SUTT/SUTET dan sebagai backup untuk seksi didepan. Relai Jarak bekerja dengan mengukur besaran impedansi (Z) transmisi yang dibagi menjadi beberapa daerah cakupan yaitu Zone-1, Zone-2, Zone-3, serta dilengkapi juga dengan teleproteksi (TP) sebagai upaya agar proteksi bekerja selalu cepat dan selektif di daerah pengamanannya. Zona 1 : Penyetelan pengaman zona 1 adalah karena adanya kesalahan pengukuran jarak akibat kesalahan CT,PT dan relainya sendiri Zona 2 : Sisa yang tidak diamankan Zone 1 diamankan oleh Zone 2 dengan perlambatan waktu. Zona 3 : Pengaman cadangan ditambah relai zona 3 harus dapat menjangkau ujung seksi berikutnya, dengan waktu tunda lebih lambat dari Zone 2 seksi berikutnya. Gambar 6 Susunan Relai 3 zona pengamanan Batas pengamanan Relai Jarak bukan titik tertentu melainkan merupakan daerah batas. Panjang daerah batas ini ditentukan oleh adanya kesalahan yaitu Error Trafo Arus, Trafo Tegangan, relai dan data panjang saluran transmisi. 4.2 Prinsip Dasar Kerja Relai Jarak Relai Jarak mengukur tegangan pada titik relai dan arus gangguan yang terlihat dari relai, dengan membagi besaran tegangan dan arus maka impedansi sampai titik terjadinya gangguan dapat di tentukan. Dalam kondisi normal : SIR : Panjang saluran transmisi dapat dikelompokan berdasarkan perbandingan impedansi sumber terhadap impedansi saluran yang diproteksi ( Source to Impedance Ratio / SIR) yang dikelompokan kedalam tiga kategori yaitu saluran transmisi pendek, menengah dan panjang. SIR menunjukan kekuatan sistem yang akan diproteksi, semakin kecil SIR berarti semakin kuat sumber yang memasok saluran transmisi tersebut, dan sebaliknya. Gambar 7 Rangkaian Ekuivalen Relai Jarak dalam Kondisi Normal Impedansi yang terukur adalah : VR Z R Z L Z LOAD I (4.1) R 5

6 Sedangkan dalam keadaan gangguan : Gambar 8. Rangkaian Ekuivalen Relai Jarak dalam Kondisi Gangguan Maka impedansi yang terukur adalah : V R (4.2) Z R Z F I dengan ketentuan relai akan bekerja bila F R Z Z. dimana : Zf=Impedansi gangguan (ohm) Vr=Tegangan (Volt) Ir=Arus gangguan (A) Zset = Impedansi Setting (ohm ) Relai Jarak akan bekerja dengan cara membandingkan impedansi gangguan yang terukur dengan impedansi seting dengan ketentuan : Bila harga impedansi ganguan lebih kecil dari pada impedansi seting relai maka relai akan trip. Bila harga impedansi ganguan lebih besar dari pada impedansi seting relai maka relai akan tidak trip. 4.3 Pengukuran Impedansi Gangguan Gangguan Hubung singkat 3 fasa Pada saat terjadi gangguan tiga fasa yang simetris maka amplitudo teganganfasa Vr,Vs,Vt turun namun beda fasa tetap 120 derajat. SET Tegangan pada relai : Vrelai = VR Arus pada relai : Irelai = IR+K0.In Arus netral : In=IR+IS+IT Kompensasi urutan nol : K0=1/3(Z0-Z1/Z1) maka Z1=VR/(IR+K0.In) Tabel 3 Pengukuran Impedansi pada Relai Jarak 4.4 Karakteristik Relai Jarak Beberapa relai numeris saat ini mampu mendeteksi dan membaca nilai pasti impedansi gangguan dan menentukan apakah harus beroperasi dengan membandingkan batas-batas impedansi sesuai karakteristik relai jarak yang dinyatakan dalam R/X diagram. Karakteristik Impedansi : Gambar 9 Gangguan hubung singkat 3 fasa Impedansi yang diukur Relai Jarak pada saat terjadi gangguan hubung singkat tiga fasa adalah sebagai berikut : (4.3) dimana Z 1 = impedansi saluran terganggu yang terbaca oleh relai (ohm) V R = Tergangan fasa terganggu ke netral (V) I R = Arus fasa (A) Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa Pengukuran impedansi untuk hubung singkat antara fasa S dan T adalah sebagai berikut : V relai = V S V T I relai = I S - I T sehingga, Z R = ( V S V T ) / ( I S I T ) (4.4) Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah Untuk mengukur impedansi pada saat hubung singkat satu fasa ke tanah, tegangan yang dimasukkan ke relai adalah tegangan yang terganggu, sedangkan arus fasa terganggu di tambah arus sisa dikali faktor kompensasi, hal ini berdasarkan prinsip kerja Relai Jarak sendiri membaca impedansi urutan positif dari saluran transmisi. Akan tetapi pada gangguan satu fasa atau dua fasa ke tanah, pengukuran impedansi akan mencakup pula impedansi urutan nol. Hal ini dapat menyebabkan terjadinya kesalahan pengukuran (underreach) untuk gangguan satu fasa maupun dua fasa ke tanah, maka : Gambar 10 Karakteristik Impedansi Karakteristik Mho : Gambar 11 Karakteristik Mho Karakteristik Reaktansi : Gambar 12 Karakteristik Reaktansi 6

7 Karakteristik Quadrilateral : Gambar 13 Karakteristik Quadrilateral 4.6 Parameter Input Perhitungan Setting Sebelum melakukan kalkulasi setting, terlebih dahulu harus diketahui parameter parameter input yang akan mempengaruhi perhitungan setting yaitu sebagai berikut : a. Data Relai Proteksi: Data nominal arus dan tegangan rele, Minimum tap setting dan range setting, Identitas relai tersebut ( merek/ tipe, arus nominal, power suplai yang tersedia, range setting, operating time, akurasi pada nilai setting dan karakteristik kerja) b. Data Konfigurasi Jaringan : Data konfigurasi jaringan penghantar yang akan diproteksi dan konfigurasi jaringan yang akan dikoordinasikan ke depan maupun ke belakang c. Data Peralatan Bantu : Yang dimaksud dengan peralatan bantu pada bagian ini adalah CT, PT, PMT dan konduktor. Kebutuhan data akan konduktor meliputi data Kemampuan Hantar Arus (CCC) dari konduktor tersebut. d. Data Arus Hubung Singkat Teraktual Gambar 15 Blok Diagram Relai Jarak pada Panel V. PENYETELAN JANGKAUAN PENGAMANAN DAN ASPEK-ASPEK TEKNISNYA 5.1 Penyetelan Jangkauan Zona Pengamanan Relai Jarak Jangkauan Pengamanan Zona 1 Zone-1 ZL2 A ZL1 B C ZL3 ZL4 4.7 Blok Diagram Relai Jarak Gambar 16 Jangkauan Pengamanan Zona 1 D Gambar 14 Blok Diagram Internal Relai Jarak 1. Starting Element 5. Tripping Relai 2. Phase switching 6. Time Lag Relai 3. Unit Setting 7. Indicator 4. Elemen Pengukur 8. Aux Supply Unit Setting jangkauan zone-1 harus mengcover seluruh segmen penghantar yang diamankan, dan dengan memperhitungkan kesalahan-kesalahan sebagai berikut : Trafo Arus CT = Error (Ect) Trafo Tegangan PT = Error (Ept) Relai = Error (Er) Data saluran = Error (Edt) Asumsi kesalahan total E = Ect+Ept+Er+Edt = 20% Untuk menghindari relai bekerja secara langsung(instantneous) apabila gangguan yang terjadi berada di luar saluran transmisi yang diproteksinya maka zona 1 disetting : Zona 1 = (1-E)Zline1 = 0.8Zline1 (5.1) Jangkauan Pengamanan Zona 2 Zone-2 (mak1) Zone-2 (min) ZL2 ZL4 A ZL1 B C ZL3 Gambar 17 Jangkauan Pengamanan Zona 2 D 7

8 Dasar pemilihan zone-2 adalah berdasarkan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut : Dengan mengasumsikan kesalahan-kesalahan seperti pada penyetelan zone-1 sekitar 20 %, maka didapat penyetelan minimum dan maksimum untuk zone-2 sebagai berikut : Z 2min =1.2 Z L1 (5.2) Z 2mak = 0.8 (Z L Z L2 ) (5.3) Keterangan : Z L1 = saluran transmisi yang diproteksi ( ) Z L2 = saluran transmisi seksi berikutnya yang terpendek( ) Jika pada saluran seksi benkutnya terdapat beberapa cabang, untuk mendapatkan selektifitas yang baik maka setting Z 2max, diambil dengan nilai impedansi penghantar (ohm) yang terkecil Untuk keadaan dimana Z 2max >Z 2min maka setting zone-2 diambil = Z 2max dengan t2 = 0.4 detik. Jika saluran yang diamankan jauh lebih panjang dari saluran seksi berikutnya maka akan terjadi Z 2max < Z 2min. Pada keadaan demikian untuk mendapatkan selektifitas yang baik, maka zone-2 = Z 2min dengan setting waktunya dinaikkan satu tingkat (t2=0.8 detik) Jika pada gardu induk di depannya terdapat trafo daya, maka jangkauan zone-2 sebaiknya tidak melebihi impedansi trafo (Z TR ) Z TR = 0.8 (Z L1 + k.xt) (5.4) dimana k = bagian trafo yang diproteksi nilai ( k direkomendasikan = 0.5) Z L1 = saluran transmisi yang diproteksi ( ) Xt = Impedansi trafo daya di GI ( ) Jika ditemukan kondisi dimana Z 2min. melebihi dari Z TR pada "near end bus", maka setelan nilai zone-2 tidak perlu mempertimbangkan Z TR dan tetap menggunakan Z2 min. Jangkauan pengamanan Zona 3 A Zone-3.mak Zone-3.min ZL1 B ZL2 ZL3 Gambar 18 Jangkauan Pengamanan Zona 3 Tujuan setting zona 3 : Sebagai pengaman cadangan untuk seluruh saluran seksi berikutnya sehingga penyetelan zona 3 mencapai ujung saluran seksi berikutnya dan tidak overlapping. Zone-3min = 1.2 ( Z L1 + 0,8.Z L3 ) (5.5) Zone3Mak = 0.8(Z L1 +k(z L3 + k.z L4 )) (5.6) dimana : Z L1 = impedansi saluran yang diamankan (dalam Ω) Z L3 = impedansi saluran berikutnya yang terpanjang (dalam Ω) Z L4 = impedansi saluran berikutnya yang terpendek dari Z L3 (Ω) k = faktor infeed Jika pada gardu induk di depannya terdapat trafo daya, maka.jangkauan zone-3 sebaiknya tidak melebihi impedansi trafo Z TR : Z TR = 0.8 (Z L1 + + k.z TR ) (5.7) C D ZL4 dimana k = bagian trafo yang diproteksi (nilai k direkomendasikan = 0.8) Z L1 = saluran transmisi yang diproteksi ( ) Xt = Impedansi trafo daya di GI ( ) dengan setting waktu relai t3 = 1.6 detik. Jangkauan Pengamanan Zona 3 reverse Zone-3 reverse digunakan pada pola blocking sebagai pengirim carrier (blocking signal), dimana daerah ini diusahakan mencakup seluruh zone-2 (near end bus). Tetapi tidak boleh terlalu panjang untuk menghindari jika terjadi kesalahan di daerah zone-3 reverse tersebut, relai tetap selektif. Jangkauan Resistif Fungsi penyetelan jangkauan resistif adalah mengamankan gangguan yang bersifat resistansi tinggi. Prinsip penyetelan jangkauan resistif (Rb) tidak melebihi dari krite ria setengah beban (1/2 Z beban ). Tahanan loop pada gangguan tanah : 0.8 ( RLo 2. RL1). RmL (5.8) 3 Tahanan loop total : R1 RmL Rf (5.9) dimana : RLo = tahanan urutan nol ( ) RL1 = tahanan urutan positif ( ) Rf = tahanan gangguan ( ) (ZLo ZL1). ko (5.10) 3. ZL1 dimana ko = kompensasi urutan 0 ZLo = Impedansi urutan nol ZL1 = Impedansi urutan positif (dalam ) Ground fault resistance comparator = R2 ( ) Vpp R2 (5.11) 3. ( 2 ko) CCC dimana ko = Kompensasi urutan nol Vpp = Tegangan phasa phasa (V) CCC = Kapasitas arus maksimum dari penghantar (A/m 2 ) Jangkauan resistif yang dipilih : R1 R R2 Impedansi Starting Impedansi starting adalah impedansi dimana relai mulai merasakan adanya gangguan. Fungsi starting relai jarak : mendeteksi adanya gangguan dan menentukan jenis gangguan/ memilih fasa yang terganggu Vpp Impedansi beban : Zload (5.12) dimana Vpp = tegangan system (V) CCC kemampuan hantar arus pada penghantar (A/m 2 ) Impedansi beban maksimum (Zload maks) dibatasi paling besar 50% dari Zload. CCC Setelan Waktu Kerja Zone-1 : Instantaneous Zone-2 : 0,3 0.8 detik (sesuai kebutuhan) Zone-3 : 0,8 1,6 detik (sesuai kebutuhan) Zone-3 Reverse : 0,8 1,6 detik (kebutuhan) Ayunan Daya (Power Swing) Power Swing Block aktif untuk semua zone. Jangkauan impedasi setting : % dari zone terluar. ZPSB = ( ) x Zone-3 x 3 8

9 Waktu kerja power swing block (TPSB) adalah kurun waktu yang dibutuhkan untuk mem-blok relai selama terjadi ayunan daya. T PSB = ( ) detik Sudut Kerja Adalah sudut parameterjaringan yang diproteksi. Sudut kerja gangguan fasa-fasa (Фph) Фph = arc ZL1 Sudut kerja gangguan fasa-tanah(фn) ФN = arc ZLo OPTIONAL Setelan untuk optional ditentukan sesuai kebutuhan sistem, seperti : Teleproteksi, SOTF, VTS, dan Autorecloser (SPAR/TPAR). 5.2 Aspek-aspek teknis yang mempengaruhi jangkauan pengamanan relai jarak Jangkauan Pengamanan Relai Jarak dapat mengalami kesalahan yaitu Overreach dan Underreach sehinga kerja relai jarak tidak optimal, hal-hal yang mempengaruhinya antaralain : Konfigurasi saluran dan sistem pentanahan Pengaruh Infeed Current : Infeed merupakan fenomena penambahan atau pengurangan arus yang melalui suatu titik yang tidak dirasakan oleh relai. Infeed current akan mempengaruhi besaran impedansi yang dideteksi oleh relai sehingga seolah-olah menjadi lebih besar atau sebaliknya menjadi lebih kecil tergantung konfigurasi jaringannya. Pengaruh Tahanan Gangguan : Tahanan gangguan merupakan tahanan murni, bila tambah secara vektoris dengan impedansi saluran maka akan menggeser lokus impedan menjadi lebih besar sehingga relai menjadi lebih lambat (Z2,Z3) atau tidak trip sama sekali (diluar jangkauan seting). Pengaruh Mutual Impedansi : Bila SUTT menggunakan satu tower digunakan untuk sirkit-1 dan sirkit-2 maka akan timbul mutual inductive kopling diantara dua sirkit tersebut. Untuk pengukuran impedansi urutan nol maka pengaruh mutual kopling tidak bisa diabaikan Pengaruh Pembebanan Power Swing Block VI. PENUTUP 6.1 Kesimpulan 1. Relai jarak bekerja dengan cara membandingkan impedansi gangguan yang terukur dengan impedansi seting dengan ketentuan bila harga impedansi ganguan lebih kecil dari pada impedansi seting relai maka relai akan trip begitu juga sebaliknya. 2. Relai jarak yang digunakan sebagai pengaman utama (main protection) pada SUTT baik 70 maupun 150 kv juga SUTET 500 kv, memiliki 3 jangkauan pengamanan yaitu zona 1, 2 dan zona Untuk memperoleh waktu clearing time yang cepat maka pemakaian relai jarak sebagai pengaman utama SUTT pada sistem 70 dan 150 kv seharusnya dilengkapi dengan teleproteksi. 4. Atas pertimbangan biaya dan tingkat keandalan sistem maka tidak seluruh jaringan harus dipasang teleproteksi. Prioritas bagi pemasangan sistem teleproteksi bagi sistem 70 kv adalah penghantar 70 kv yang merupakan pasokan langsung dari sistem 150 kv melalui IBT 150/70 kv. 5. Untuk mendapatkan keandalan dan selektifitas kerja yang tinggi dari relai jarak, ada 3 hal utama yang harus diperhatikan yaitu perhitungan setting relai jarak, pola pengaman teleproteksi, dan kompensasi terhadap factorfaktor yang dapat merubah jangkauan pengamanan relai jarak. 6. Jangkauan pengamanan relai jarak dapat mengalami 2 kesalahan pengukuran: overreach dan underreach. 7. Perhitungan setting relai jarak harus memperhitungkan impedansi urutan nol bila gangguan yang terjadi adalah gangguan fasa-tanah yaitu dengan memasukkan komponen factor kompensasi urutan nol dalam perhitungan. 8. Contoh penggunaan relai jarak SUTT wilayah P3JB adalah Distance relay ABB Type REL 316 (pola putt) Line 150 kv Pandeanlamper Tambaklorok dan relai jarak GEC - SHPM 101 (Quadramho) pola PUTT SUTT ASAHI CLGRU. 6.2 Saran 1. Sebelum menyetel relai jarak sebaiknya mengumpulkan informasi selengkapnya tentang semua parameter input baik identitas relai jarak dan konfigurasi penyaluran. 2. Perlu pengkajian lebih lanjut tentang koordinasi relai jarak sebagai pengaman utama dan relai jenis lain baik sebagai pengaman utama juga atau pengaman cadangan. 3. Untuk tercapainya fungsi yang optimum pada Relai Jarak, maka fungsi pemeliharan dan perawatan harus selalu dijalankan sehingga peralatan selalu tetap terjaga dalam kondisi yang baik. 9

10 DAFTAR PUSTAKA [1] Diktat Pelatihan Perhitungan & Koordinasi Setelan Relai Proteksi, PT. PLN (PERSERO) Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban Jawa-Bali Bidang Teknik-sub bidang engineering PST, 2009 [2] Dokumen Pelatihan Filosofi Penyetelan Relai Jarak, PT PLN(Persero) Unit Bisnis Strategis Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban Jawa Bali, Juni 2001 [3] Klapper,Dipl.-Ing. Ulrich, Krüger,Dr. Michael, dan Wurzer,Dipl.-Ing. Wolfgang, Measurement of Line Impedances and Mutual Coupling of Parallel Lines, Seminar Internasional Relay Protection and Substation Automation of Modern EHV Power Systems Moscow Cheboksary, September 10-12, 2007 [4] Alexander, G. E., Andrichak, J. G., Ground Distance Relaying: Problems and Principles, Nineteenth Annual Western Protective Relay Conference Spokane, Washington October 20, 1991 [5] T.M., Riana, Estimasi Lokasi Hubung Singkat Berdasarkan Tegangan dan Arus, Media Elektrik, Volume 3 Nomor 1, Juni 2008 [6] Tobing, Cristof Naek Halomoan, Relai Jarak sebagai Proteksi Saluran Transmisi. Tugas Mata Kuliah Sistem Transmisi dan Distribusi Universitas Indonesia, 2008 BIODATA PENULIS Ira Debora Parhusip (L2F009011) Dilahirkan di Bandar Lampung 5 September Menempuh pendidikan di SD Xaverius 3 Way Halim Bandar lampung, SMP Fransiskus Tanjung Karang Bandar Lampung, SMA Negeri 9 Bandar Lampung dan sekarang sedang menempuh pendidikan sarjana di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Teknik Tenaga Listrik. Dosen Pembimbing Semarang, 6 Juni 2012 Dr. Ir. Hermawan, DEA NIP