EVALUASI KERJA AUTO RECLOSE RELAY TERHADAP PMT APLIKASI AUTO RECLOSE RELAY PADA TRANSMISI 150 KV MANINJAU PADANG LUAR

Transkripsi

1 EVALUASI KERJA AUTO RECLOSE RELAY TERHADAP PMT APLIKASI AUTO RECLOSE RELAY PADA TRANSMISI 150 KV MANINJAU PADANG LUAR Edo Trionovendri (1), Ir. Cahayahati, M.T (2), Ir. Ija Darmana, M.T (3) (1) Mahasiswa Teknik Elektro, Universitas Bung Hatta, (2) dan (3) Dosen Teknik Elektro, Universitas Bung Hatta Abstrak Pada sistem tenaga listrik secara garis besar terdiri dari pusat pembangkit, jaringan transmisi (gardu induk dan saluran transmisi) dan jaringan distribusi. Dalam usaha untuk meningkatkan keandalan penyediaan energi listrik, kebutuhan sistem proteksi yang memadai tidak dapat dihindarkan. Relai jarak sebagai pengaman utama pada saluran transmisi digunakan karena memiliki kemampuan untuk menghilangkan gangguan (fault clearing) dengan cepat sehingga memegang peranan yang sangat penting untuk mendapatkan keandalan dan selektifitas kerja yang tinggi dari relay. Relay Jarak (Distance Relay) yang dilengkapi dengan Auto Reclose dipakai untuk mengembalikan kondisi sistem kembali normal dari gangguan temporer. Pada jaringan transmisi, 80% dari gangguan yang terjadi bersifat temporer. Sehingga keandalan Auto Reclose dan PMT yang merupakan perpanjangan tangan dari relay-relay tersebut berperan penting terhadap stabilitas sistem tenaga listrik. Kata Kunci : Distance Relay, Auto Reclose, PMT 1. Pendahuluan transmisi harus mempunyai kemampuan Sistem transmisi memegang peranan mendeteksi adanya gangguan pada semua yang sangat penting dalam proses penyaluran keadaan yang kemudian memisahkan bagian daya listrik. Oleh karena itu proteksi pada sistem yang terganggu tersebut sehingga saluran transmisi perlu mendapat perhatian yang dapat meminimalkan kerusakan pada bagian serius dalam perencanaannya. Sistem yang terganggu dan mencegah gangguan transmisi sendiri merupakan sistem dinamis meluas ke saluran lain yang tidak terganggu. kompleks yang parameter parameter dan Auto Reclose Relay (AR) atau relai keadaan sistemnya berubah secara terus penutup balik otomatis dipasang pada proteksi menerus. Oleh karena itu strategi proteksi harus disesuaikan dengan perubahan dinamis penghantar saluran udara baik pada sistem tegangan tinggi (SUTT) maupun tegangan tersebut dalam hal desain dan setting ekstra tinggi (TET). Hal ini didasarkan pada peralatannya. Relai sebagai salah satu bagian penting dalam sistem proteksi saluran pertimbangan bahwa saluran udara merupakan salah satu bagian sistem penyaluran yang paling

2 sering mengalami gangguan, sebagian besar dari penyebab gangguan tersebut bersifat temporer yang akan segera hilang setelah PMT trip. Agar kesinambungan pasokan tenaga listrik tetap terjaga serta batas stabilitas tetap terpelihara maka pengoperasian Auto Reclose sangat dibutuhkan terutama pada section Maninjau Padang Luar. 2. Dasar Teori 2.1 Impedansi Impedansi adalah kuantitas kompleks yang dinotasikan dengan Z yang menjelaskan ukuran penolakan terhadap arus bolak-balik sinusoid. Dimana magnitudo Z menunjukkan perbandingan amplitudo perbedaan tegangan terhadap amplitudo arus. Bagian nyata dari impedansi adalah resistansi R dan bagian imajiner adalah reaktansi X. Secara dimensi, impedansi sama dengan resistansi. Z = Dimana : R + j. X Z = Impedansi (Ω) R = Resistansi (Ω) X = Reaktansi (Ω) 2.2 Jaringan Urutan-Positif Dan Negatif Impedansi urutan positif adalah impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila dialiri oleh arus urutan positif. Sedangkan impedansi urutan negatif adalah impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila dialiri oleh arus urutan negatif. Tujuan kita mendapatkan nilai impedansi urutan sistem daya ialah untuk memungkinkan kita menyusun jaringan urutan bagi keseluruhan sistem itu. Jaringan urutan tertentu menunjukkan semua jalur aliran arus dari urutan itu dalam sistem. 2.3 Jaringan Urutan Nol Impedansi urutan nol adalah impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila dialiri arus urutan nol. Oleh karena itu, arus urutan-nol hanya akan mengalir jika terdapat jalur kembali yang membentuk rangkaian lengkap. Pedoman untuk tegangan urutan-nol ialah potensial tanah pada titik dalam sistem itu dimana setiap tegangan tertentu ditetapkan. Karena arus urutan-nol dapat mengalir dalam tanah, tanah tidak selalu harus berpotensial sama pada semua titik dan rel pedoman pada jaringan urutan-nol tidak merupakan suatu tanah dengan potensial yang seragam. Impedansi tanah dan kawat tanah harus dimasukkan ke dalam impedansi urutannol dari saluran transmisi, dan rangkaian kembali jaringan urutan-nol ialah penghantar dengan impedansi nol, yang merupakan rel pedoman untuk sistem itu, karena impedansi tanah dimasukkan ke dalam impedansi urutannol, maka tegangan yang diukur terhadap rel pedoman jaringan urutan-nol itu akan memberikan tegangan ke tanah yang benar. Gambar 2.1 : Impedansi Urutan

3 2.4 Distance Relay Distance relay merupakan salah satu jenis relay proteksi yang digunakan sebagai pengaman pada saluran transmisi karena kemampuannya dalam menghilangkan gangguan (fault clearing) dengan cepat dan penyetelannya yang relatif mudah. Pada prinsipnya, Distance Relay adalah mengukur nilai arus dan nilai tegangan pada suatu titik tertentu sehingga diperoleh nilai impedansinya, kemudian membandingkannya dengan nilai setting impedansi tertentu dari Distance Relay tersebut untuk menentukan apakah relay harus bekerja atau tidak. Distance relay akan bekerja dengan cara membandingkan impedansi gangguan yang terukur dengan setting impedansi pada distance relay, dengan ketentuan : a) Jika harga impedansi gangguan lebih kecil daripada setting impedansi Distance Relay, maka Distance Relay akan bekerja. b) Jika harga impedansi gangguan lebih besar atau sama dengan setting impedansi Distance Relay, maka Distance Relay tidak akan bekerja. Distance relay mempunyai beberapa karaktristik seperti mho, quadrilateral, reaktanse, adaptive mho dll. Sebagai unit proteksi relai ini dilengkapi dengan pola teleproteksi seperti PUTT, POTT dan Blocking. Jika tidak terdapat teleproteksi maka relai ini berupa step distance saja (basic). Distance relay pada jangkauan zone- 1 berfungsi sebagai pengaman utama, sedangkan untuk jangkauan Zone-2, Zone-3, Zone-3 reverse berfungsi sebagai proteksi cadangan jauh (remote back up) untuk penghantar didepan maupun belakangnya. Untuk mencegah terjadinya mencegah malakerja relai akibat ayunan daya (power swing), biasanya Relai ini dilengkapi dengan elemen power swing blocking. 2.5 Auto Reclose Relay Saluran udara tegangan tinggi (SUTT/SUTET) merupakan salah satu bagian sistem yang paling sering mengalami gangguan, sebagian besar dari sumber gangguan tersebut (sekitar 80 %) bersifat temporer yang akan segera hilang setelah Pemutus Tenaga (PMT) trip. Agar kesinambungan pelayanan/suplai energi listrik tetap terjaga serta batas stabilitas tetap terpelihara maka PMT dicoba masuk kembali sesaat setelah kejadian trip diatas. Dengan memasukan kembali PMT ini diharapkan dampak gangguan yang bersifat temporer tersebut dapat dikurangi. Untuk mengurangi dampak gangguan tersebut terhadap keandalan penyediaan tenaga listrik, khususnya pada saat terjadi gangguan temporer, maka pada SUTT/ SUTET tersebut dipasang Auto Reclose (A/R). Rele Penutup Balik / Auto Reclose Relay (AR) merupakan rele yang berfungsi untuk memberi perintah close setelah proteksi utama penghantar memberi perintah trip. Apabila gangguan bersifat temporer maka posisi terakhir PMT setelah ada perintah close dari PMT adalah dalam kondisi tertutup dan sistem kembali

4 normal. Apabila gangguan bersifat permanen maka AR akan memberi perintah close setelah PMT trip, namun PMT akan kembali ditripkan lagi oleh proteksi utama. 3. Metodologi 3.1 Penyetelan Zone 1 Dengan mempertimbangkan adanya kesalahan-kesalahan dari data saluran, CT, PT, dan peralatan penunjang lain sebesar 10% - 20 %, zone-1 relai disetel 80 % dari panjang saluran yang diamankan. Dimana : n Z1 Primer Z1 Sekunder RatioCT = RatioPT = 0,8. Z L1 (Saluran) = Z1 Primer. n Gambar 2.2 : Prinsip Kerja AutoReclose Auto Reclose Relay pada umumnya memiliki 2 elemen, yaitu: 1. Dead time element Berfungsi untuk menentukan selang waktu dari saat PMT trip sampai saat PMT diperintahkan masuk kembali, secara prinsip dimaksudkan selang waktu dimana busur api listrik akibat gangguan telah padam (clear), 2. Blocking/Reclaim time element Berfungsi untuk memblock elemen dead time delay selama beberapa waktu setelah bekerja memasukan PMT dan dimaksudkan untuk memberikan kesempatan kepada PMT siap melakukan suatu siklus auto reclosing berikutnya. Auto Reclose di-setting hanya bisa melakukan satu siklus open-close-open karena mempertimbangkan kesiapan mekanik PMT. Hal ini disebabkan karena proses charging yang membutuhkan waktu yang lebih lama +/- 15s. Waktu kerja relai seketika, (t 1 = 0) tidak dilakukan penyetelan waktu. 3.2 Penyetelan Zone 2 Z2 Primer min = 1,2. Z L1 (Saluran) Z2 Primer mak = 0,8 (Z L1 + 0,8. Z L2 ) Dengan : Z L2 = Impedansi saluran berikutnya yang terpendek (Ω) Z trf = 0.8 (Z L X trf. j) Dengan : X trf = Im pedansitrafo ( V V sekunder primer Untuk pengaturan zone 2, zone 2 yang dipilih adalah zone 2 yang terbesar tetapi tidak melebihi impedansi trafo GI depan, karena zone 2 berfungsi sebagai pengaman cadangan dari zone 1. Z2 Sekunder = Z2 Primer. n Waktu kerja relai t 2 = 0.4 s/d 0.8 dt. 3.3 Penyetelan Zone 3 Z3 Primer min = 1.2 ( Z L1 + Z L2 ) Z3 Primer mak = 0,8. Z L (Z L Z L3 ) Dengan : Z L1 = Impedansi saluran yang diamankan Z L2 = Impedansi saluran yang terpendek ) 2

5 Z L3 = Impedansi saluran berikutnya yang terpanjang Z trf = 0.8 (Z L X trf. j) Z3 Sekunder = Z3 Primer. n Waktu kerja relai t 3 = 0.8 s/d 1.2 dt 3.4 Penyetelan Auto Reclose Waktu yang diperlukan oleh PMT untuk melakukan reclose dengan perhitungan waktu de-ionisasi udara ( lihat tabel di bawah ini ), Tabel 3.2 : Waktu De-ionisasi Udara Tegangan Sistem Waktu De-ionisasi (kv) (detik) Kemudian juga memperhitungkan operating time PMT ( detik), dan waktu reset mekanik PMT (0.2 detik). 4. Analisa Data Impedansi Penghantar : R 1 = 0,1222 Ω/km X 1 = 0,4073 Ω/km R 0 = Ω/km X 0 = Ω/km Z1 primer Z1 primer = Ω Z1 sekunder Z1 sekunder = Ω Sehingga didapat : = 0.8. Z 1(PL-M) = 0.8. ( j ) = j Ω = Z1 primer. n = ( j ) = j Ω X1 primer = Ω X1 sekunder = Ω Z2 primer min = 1.2. Z 1(PL-M) = 1.2. ( j ) = j Ω Z2 primer min = Ω Z2 primer maks = 0.8. (Z 1(PL-M) Z 1(M-PR) ) = 0.8 {( j ) ( j )} = j Ω Z2 primer maks = Ω Z trf = 0.8. (Z 1(PL-M) X trf. j) = 0.8. {( j ( j)} = j Ω Z trf = Ω Dipilih nilai impedansi zone 2 terbesar tetapi tidak lebih dari impedansi trafo, maka : Z2 sekunder = Z2 primer. n = ( j ) = j Ω Z2 sekunder = Ω Sehingga didapat : X2 primer = Ω X2 sekunder = 1.69 Ω Z3 primer min = 1.2 (Z 1(PL-M) + Z 1(M-PR) ) = 1.2 {( j ) + ( j )} = j Ω Z3 primer min = Ω Z3 primer maks= 0.8. Z 1(PL-M (Z 1(M-PR) Z 1(M-SPE) )

6 = 0.8 ( j ) {( j ) ( j.30.8)} = j.42.7 Ω Z3 primer maks = Ω Z trf = 0.8. (Z 1(PL-M) X trf. j) = 0.8 {( j ) ( j)} = j Ω Z trf = Ω Dipilih nilai impedansi zone 2 terbesar tetapi tidak lebih dari impedansi trafo, maka : Z3 sekunder = Z3 primer. n = ( j.42.7) = j Ω Z3 sekunder = Ω Sehingga didapat : X3 primer = 42.7 Ω X3 sekunder = Ω Tabel 4.1 : Analisa Perbandingan Hitungan Settingan Setting Existing Perhitungan Zone Zone Zone Terdapat perbedaan dari hasil hitungan dengan settingan eksisting yang ada sekarang. Ini disebabkan karena pada perhitungan lama tidak memakai ketetapan yang pasti untuk resistansi dan reaktansi baik itu dari impedansi urutan nol maupun urutan positif. Kita bisa mencari error relay dengan membandingkan nilai impedansi gangguan antara perhitungan dengan yang ada di relay % error = 100% = 12.8 % Tabel 4.4 : Settingan Auto Reclose Indikator Nilai Pola PUTT Dead Time Reset 0.3 (s) for Developing Fault Reclaim Time 40 (s) Dead Time for 1 (s) SPAR Dead Time for 3 (s) TPAR Auto Reclose Reset 4 (s) Time Penyebab dari tidak bekerjanya PMT ternyata ditemukan spesifikasi PMT yang tidak mendukung waktu 0.3s yang diperlukan dari proses close PMT ke open nya PMT. Waktu tersebut merupakan waktu yang diperlukan PMT untuk menerima order trip (open) setelah sesaat PMT close. Sehingga dilakukan penggantian PMT dengan spesifikasi yang memenuhi operating sequence s CO - 3min - CO, yang maksudnya PMT mampu menerima order dengan waktu s dari posisi close ke open dan memerlukan jeda 3 menit untuk proses selanjutnya. Ini diperlukan untuk kondisi reclose.

7 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 1. Menurut analisa penulis, data settingan zone pada distance relay yang ada sekarang tidak sesuai dengan yang ada pada perhitungan. Ini disebabkan karena penetapan untuk Resistansi (R) dan Reaktansi (X) tidak memiliki ketetapan yang pasti. Sekarang sudah ada ketetapan yang berasal dari pengujian konduktor dengan menggunakan alat Line Impedance. 2. Dari perhitungan yang dilakukan, kita mendapatkan ke-error an dari peralatan 12.8 %. 3. Dari settingan yang ada pada relay, sudah di setting dengan ketentuan untuk Single Pole Auto Reclose (SPAR) 1 s, dan Three Pole Auto Reclose (TPAR) 3 s dengan mempertimbangkan spare waktu dari karakteristik PMT. Dari penelitian diketahui spesifikasi PMT tidak mendukung untuk kerja Auto Reclose. Untuk Auto Reclose, PMT harus mempunyai operating sequence 0-0.3s-CO-3min-CO. 5.2 Saran 1. Agar pihak terkait melakukan perhitungan setting Distance Relay kembali dengan ketetapan yang ada. 2. Diupayakan untuk pengujian relay lebih lanjut agar dapat memastikan error relay sebenarnya. Dari hasil perhitungan, peralatan mengalami error 12.8 % (PLN membatasi error +/- 15 %). 3. Agar dilakukan pemantauan terus menerus terhadap PMT yang baru agar tidak terjadi mala kerja. 4. Diupayakan dalam pengadaan alat baru agar disesuaikan dengan pola keadaan sistem. 6. Daftar Pustaka Budi Santoso Rele Penutup Balik / Auto Reclose Relay. diakses tanggal 15 November Dunia Listrik Klasifikasi Saluran Transmisi Berdasarkan Tegangan. diakses tanggal 4 Februari PT.PLN Proteksi Sistem Penyaluran Jakarta: Jasa Pendidikan dan Pelatihan. PT.PLN Buku O&M Peralatan Proteksi. Padang: Penyaluran dan Pusat Pengaturan Beban Sumatera. PT.PLN Pelatihan O&M Relai Proteksi Jaringan. Padang: Penyaluran dan Pusat Pengaturan Beban Sumatera. PT.PLN Pusat SK Dir 114 Proteksi Penghantar. Jakarta PT.PLN Diklat Pengenalan Proteksi Penghantar (SUTT/SUTET). Padang: Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban Sumatera.