BAB IV ANALISA PERHITUNGAN SETTING RELAI JARAK SUTET 500. kv KRIAN - GRESIK

Transkripsi

1 BAB IV ANALISA PERHITUNGAN SETTING RELAI JARAK SUTET 500 kv KRIAN - GRESIK 4.1 Umum Relai jarak pada umumnya dipakai untuk proteksi saluran transmisi. Relai jarak mempunyai zona zona proteksi yang disetel dalam kaitan dengan bagian atau seksi dari saluran transmisi yang akan diamankan. Relay jarak akan bekerja dengan membandingkan impedansi yang terukur dengan impedansi setting, dengan ketentuan : Bila harga impedansi gangguan lebih kecil dari pada impedansi setting relai maka relai akan trip. Bila harga impedansi gangguan lebih besar dari pada impedansi setting relai maka relai akan tidak trip. Di dalam proses penyaluran tenaga listrik dari pusat listrik ke pusat beban tidak bebas dari gangguan yang dapat menyebabkan pemadaman. Agar pemadaman tidak meluas, maka diperlukan suatu sistem pengamanan yang dapat memerintah pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan saluran yang mengalami gangguan dari saluran yang masih sehat. Pengaman yang banyak di gunakan pada saluran transmisi adalah relai jarak yang apabila setelannya dilaksanakan dengan baik akan dapat melokalisir gangguan, sehingga yang akan bekerja hanya alat yang paling dekat dengan lokasi gangguan. Hal-hal yang akan dibahas disini yaitu mengenai perhitungan setting relai jarak untuk SUTET 500 kv Krian - Gresik, 31

2 prosedur pengujian individual backup distance relay Toshiba GRL 100 serta masalah yang timbul dalam pengujian dan juga cara penanggulangannya yang dijelaskan dalam bentuk tabel. 4.2 Perhitungan Setting Relai Jarak SUTET 500 kv Krian - Gresik Sebelum melakukan perhitungan setting relai jarak, terlebih dahulu menentukan: 1. Single Line Diagram dari jalur yang akan diamankan dan jalur-jalur disekitarnya, 2. Jarak dari jalur (line) yang akan diamankan dan jalur-jalur disekitarnya, 3. Jenis dan luas penampang kawat penghantar yang digunakan, 4. Jalur apa saja yang akan diperhitungkan, 5. Impedansi dari jalur yang akan diamankan dan jalur-jalur disekitarnya, dan 6. Impedansi dari trafo didepannya. Perhitungan setting relai jarak yang digunakan adalah perhitungan setting untuk SUTET 500 kv Krian Gresik Penentuan Jalur Yang Akan Diperhitungkan Untuk melakukan setting relai jarak, terlebih dahulu menentukan jalur (line) yang akan dihitung dengan ketentuan sebagai berikut: 32

3 1. L 1 adalah jalur yang akan diamankan, 2. L 2 adalah jalur yang terdekat setelah L 1, 3. L 3 adalah jalur yang terjauh setelah L 1, dan 4. L 4 adalah jalur terpendek setelah L 3 Dalam kasus ini L 1 adalah jalur Krian - Gresik. Karena tidak terdapat jalurjalur lain didepannya, maka L 2, L 3, dan L 4 tidak ada. Gambar 4.1 Single Line Diagram Krian Gresik Keterangan : IBT = Interbus transformator atau biasa kita dengar adalah trafo step down. MTR = Main Transformator atau biasa kita dengar adalah trafo step up. 33

4 4.2.2 Perhitungan Impedansi Jalur Untuk memudahkan melakukan setting relai jarak, nilai impedansi pada SUTET 500 kv Krian Gresik dapat dilihat pada tabel 4.1 dan single line diagram SUTET 500 kv Krian Gresik dapat dilihat pada gambar 4.1. Tabel 4.1 Data perhitungan distance relai pada jalur L 1 (Krian - Gresik) NO Jalur L 1 Konduktor Jarak L 1 ( KM ) Impedansi Z 1 ( Ω / km ) 1 SUTET 500 kv Krian Gresik 500kV- ACSR - DOVE 4 x mm , j 0,2815 *) Data Diperoleh PT PLN ( Persero ) P3B Keterangan : L 1 = Panjang saluran Z 1 = Impedansi saluran pada L 1 Menentukan Impedansi Untuk melakukan setting relai jarak pada impedansi jalur krian - gresik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.4 dan berdasarkan data pada tabel 4.1. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : Z L1 = Z 1 L 1 Z L1 = = ( j0.2815) 23.9 = j6.728 Ω 34

5 Karena L 2, L 3 dan L 4 tidak ada, maka L 2 = L 3 = L 4 = Perhitungan Impedansi Trafo di GITET Gresik Berikut ini akan dihitung impedansi trafo di GITET Gresik, Untuk memudahkan melakukan setting perhitungan impedansi trafo pada GITET Gresik dapat dilihat pada tabel 4.2. Tabel 4.2 Data Trafo IBT dan MTR NO Trafo IBT dan MTR MVA Persentase (%) 1 IBT 500/150/66 kv % 2 MTR 500/16 kv % 3 MTR 500/11 kv % 4 MTR 500/11/11 kv % 5 MTR 500/11 kv % 6 MTR 500/11/11 kv % *) Data Diperoleh PT PLN ( Persero ) P3B Impedansi trafo dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.2 berdasarkan data di tabel 4.2 maka di peroleh perhitungan sebagai berikut ini: - ZT a = ZT a = Ω 35

6 - ZT b = ZT c = ZT d = ZT e = ZT f = ZT b = 135 Ω ZT c = Ω ZT d = Ω ZT e = Ω ZT f = Ω Dipilih impedansi trafo yang terkecil, karena perhitungan ZT yang paling ideal agar relai jarak dapat beroperasi dengan baik. ZT = ZT a = Ω Perhitungan Setting Relai Jarak Evaluasi kinerja relai jarak meliputi setting kerja dan waktu kerja. Dengan demikian, dalam menentukan setting relai jarak ini diperlukan suatu analisa sistem tenaga listrik. Untuk itu diperlukan data data yang berhubungan dengan penentuan setting relai jarak dengan data -data yang ada dibawah ini. a. Data rasio CT & VT CT = VT = A Volt kv = n 1 = CT VT n 1 = 0.4 A 36

7 b. Perhitungan Jangkauan Induktif 1. Zona 1 Perhitungan zona 1 tidak dilakukan karena relai proteksi yang digunakan adalah line current differential relay. 2. Zona 2 Karena tidak ada line selanjutnya (L 2 = L 3 = L 4 = 0) dan ada pembangkit, maka Z L2 = 0 dan k 2 = 1.2. Untuk melakukan setting relai jarak pada Z 2min dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.5 pada gambar 3.3. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : Z 2min = 1.2 Z L1 Z 2min = = j6.728 = j Ω (Primer) Untuk melakukan setting relai jarak pada Z 2max dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.6 pada gambar 3.3. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : Z 2max = 0.8 [Z L Z L2 k 2 ] = 0.8 [(0.7 + j6.728) ] 37

8 = j Ω Z 2max = (Primer) Untuk melakukan setting relai jarak pada Z TRF2 dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.7 pada gambar 3.3. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : Z TRF2 = 0.8 Z L jXT = j j69.65 = j Ω Z TRF2 = (Primer) Dipilih nilai impedansi zona 2 terbesar namun tidak melebihi impedansi trafo zona 2. Z 2P = Z 2min = j Ω Z 2P = (Primer) Z 2S = Z 2P n 1 = j = j Ω Z 2S = (Sekunder) 38

9 3. Zona 3 Karena tidak ada line selanjutnya (L 2 = L 3 = L 4 = 0) dan ada pembangkit, maka Z L3 = 0, Z L4 = 0 dan k 3 = 1.2. Untuk melakukan setting relai jarak pada Z 3min dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.8 pada gambar 3.4. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : Z 3min = 1.2 (ZL 1 + k 3 ZL 3 ) = 1.2 [ j ] = j Ω Z 3min = (Primer) Untuk melakukan setting relai jarak pada Z 3max 1 dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.9 pada gambar 3.4. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : Z 3max 1 = 0.8 [Z L Z L3 k 3 ] = 0.8 [(0.7 + j6.728) ] = j Ω Z 3max 1 = (Primer) Untuk melakukan setting relai jarak pada Z 3max 2 dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.10 pada gambar 3.4. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : 39

10 Z 3max 2 = 0.8 [Z L k 3 Z L Z L4 ] = 0.8 [(0.7 + j6.728) ] = j Ω Z 3max 2 = (Primer) Untuk melakukan setting relai jarak pada Z TRF3 dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.11 pada gambar 3.4. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : Z TRF3 = 0.8 Z L jXT = j j69.65 = ( j ) Ω Z TRF3 = (Primer) Dipilih nilai impedansi zona 3 terbesar namun tidak melebihi impedansi trafo zona 3. Z 3P = Z 3min = j Ω Z 3P = (Primer) Z 3S = Z 3P n 1 = j

11 = j Ω Z 3S = (Sekunder) Dari hasil perhitungan di atas untuk menghindari jangkauan setting yang melebihi 80% ZT dan menghindari looping, maka dipilih Zone 3 = 1.4Z L1 Z 3P = 1.4Z L1 Z 3P = 9.47 = j6.728 = j Ω (Primer) Z 3S = Z 3P n 1 = j = j Ω Z 3S = 3.788Ω (Sekunder) Ringkasan mengenai setting jangkauan induktif dapat dilihat pada Tabel 4.1 dibawah ini: Tabel 4.3 Ringkasan Setting Jangkauan Induktif Jangkauan Induktif Perhitungan Impedansi (Ω) Zona 1 Menggunakan Line Current Differential Relay 41

12 Zona 2 Z 2min Z 2max Z TRF2 Z 2P Z 2S Zona 3 Z 3min Z 3max1 Z 3max2 Z TRF3 Z 3P Z 3S c. Perhitungan Waktu T 1 = 0 T 1 = 0 sec T 2 = 0.4 jika Z 2min > Z 2max 0.8 jika Z 2max > Z 2min T 2 = 0.4 sec T 3 = 1.2 jika Z 3max 1 > Z 3min V Z 3max 2 > Z 3min 1.6 jika Z 3min > Z 3max 1 Λ Z 3min > Z 3max 2 T 3 = 1.6 sec Data yang diperoleh pada PT PLN ( Persero ) untuk arah Krian Gresik adalah : zone I waktu kerja relai tidak ketahui karena perhitungan zona 1 dilakukan dengan menggunakan relai proteksi line current differential. zone II waktu kerja relai adalah 0,4 detik karena sesuai dengan selektifitas yang baik yaitu Jika nilai Z 2min > Z 2max maka setting Zona 2 = Z 2min dengan waktu perlambatan t 2 = 0.4 sec zone III waktu kerja relai adalah 1,6 detik karena sesuai dengan selektifitas yang baik yaitu Jika nilai Z 3min > Z 3max 1 dan Z 3min > Z 3max 2 maka setting Zona 3 = Z 3min dengan waktu perlambatan t 3 = 1.6 sec 42

13 4.3 Prosedur Pengujian Peralatan Pendukung Uji Coba : a. 2 buah relai merk Toshiba tipe GRL 100, sebagai relai master dan relai slave, b. ISA DRTS-6 sebagai DC Supply dan alat uji, c. TDMS (Test & Data Management Software) 5.0.8, Software untuk ISA DRTS-6, d. PC atau Notebook, e. Fiber Optic, f. Macam-macam kabel, sepert kabel USB, kabel jumper, RS-485 dan lainlain. g. 1 set peralatan, seperti kunci pas, obeng, tang, dan lain-lain. (a) (b) (c) Gambar 4.2 Beberapa Peralatan Pengujian,(a). GRL 100, (b). ISA DRTS-6, (c). RS

14 4.3.2 GRL 100 GRL 100 adalah jenis numerical relay yang dikeluarkan oleh Toshiba. Selain berfungsi sebagai line current differential relay, GRL 100 memiliki backup distance relay yang akan bekerja jika proteksi utama mengalami kerusakan. Zona pengamanan yang dimiliki backup distance relay GRL 100 terdiri dari tiga zona foward dan satu zona reverse. Pola pengamanan teleproteksi yang dimiliki GRL 100 adalah PUP, POP, UOP dan BOP Tipe Pengujian a. Uji RTDS (Real Time Digital Simulator) / Uji Prakontrak. Sebelum relai dibeli terlebih dahulu dilakukan pengujian RTDS, dimana relai tersebut diberi simulasi gangguan. Relai dihubungkan ke RTDS. Kemudian data input gangguan yang dikendalikan dari PC, di-upload ke RTDS dan RTDS mengirimkannya ke relai. b. Uji Individual Dilakukan untuk mengecek apakah setting relai sudah sesuai dengan perhitungan. Dalam pengujian ini dapat diketahui apakah relai akan trip sesuai dengan pembagian zona, waktu yang diperlukan relai untuk bekerja serta %error antara perhitungan dengan hasil pengujian. 44

15 c. Uji Fungsi Dilakukan ketika pemasangan di lapangan. Uji fungsi dilakukan untuk memastikan bahwa relai dapat membuka PMT. Relai diberi gangguan internal dan diamati apakah relai akan trip atau tidak serta waktu yang diperlukan oleh relai untuk trip. Setelah lulus ketiga pengujian diatas, dilakukan pemantauan selama 1 (satu) tahun. Jika selama 1 tahun relai sudah bekerja secara optimal maka relai tersebut akan digunakan. Namun jika tidak, maka relai akan dilakukan pengujian ulang Hal Yang Perlu Diketahui Sebelum Proses Pengujian 1. Mengecek koneksi antara: a. Relai master dengan relai slave. Media komunikasi yang digunakan adalah fiber optic. Gambar 4.3 Interkoneksi Antar Relai GRL 100 b. Relai GRL 100 dengan ISA DRTS-6. 45

16 c. PC atau Notebook dengan ISA DRTS-6. Koneksi antar keduanya dapat dicek di my computer properties hardware device manager port ISA DRTS-6 setup test set association. Bila masih ada 0 maka pilih ke test set: IP Config matikan sambungan coba lagi Bila belum terkoneksi, matikan ISA DRTS-6 hingga kipas mati. Kemudian nyalakan kembali. d. PC atau Notebook dengan relai GRL 100. Gambar 4.4 Interkoneksi Antar Perangkat Pengujian 2. Mencatat merk, tipe dan nomer seri dari relai yang akan diuji untuk dimasukkan dalam laporan pengujian. 46

17 Gambar 4.5 Pencatatan Data Relai GRL 100 Di Laporan Proses Uji Individual 1. Membuka aplikasi TDMS Gambar 4.6 Tampilan Utama TDMS Memilih RELAYS Distance Relay Library Thosiba Urd60 47

18 3. Mengeset pilihan zona yang akan diuji. Pada laporan ini zona yang dipilih adalah zona Mengeset jangkauan fault impedance. Berdasarkan data perhitungan setting relai, zona 3 akan trip pada impedansi 3.8 Ω. Maka sebaiknya jangkauan fault impedance yang diberikan kurang dari 3.8 Ω, yaitu 3.65 Ω dan lebih dari 3.8 Ω, yaitu 3.85 Ω. 5. Mengeset kenaikan fault impedance. Pada laporan ini kenaikan yang digunakan adalah 0.5 Ω per uji coba. Semakin kecil kenaikan yang dipilih, maka hasil uji coba akan semakin presisi namun waktu uji coba akan semakin lama karena jumlah siklus pengujian semakin banyak. 6. Mengeset gangguan yang terjadi apakah fasa ke ground atau fasa ke fasa. Pada laporan ini gangguan yang dipilih adalah fasa ke ground. Gambar 4.7 Pemilihan Jenis Gangguan 7. Memulai pengujian individual dengan menekan tombol Start. Gambar 4.8 Start Bar 8. Hasil pengujian dapat langsung diketahui dan kemudian dicatat pada laporan pengujian. 48

19 Gambar 4.9 Pencatatan Hasil Pengujian Di TDMS Gambar 4.10 Pencatatan Hasil Pengujian di Laporan Untuk pengujian zona 1 tidak dilakukan karena relai yang digunakan pada zona 1 adalah line current differential relay. Cara pengujian zona 2 sama dengan cara pengujian di atas. Cara pengujian fasa ke fasa sama dengan cara pengujian fasa ke ground. 49

20 4.4 Kelemahan Relai Jarak Dalam suatu perangkat teknologi akan selalu ada kelebihan dan kelemahan. Kelemahan-kelemahan yang timbul perlu diperhatikan agar kinerja dari perangkat tersebut akan semakin handal dan sesuai dengan keinginan pengguna. Beberapa kelemahan umum pada relai jarak adalah: a. Tidak peka terhadap high resistance fault, b. Harus dilengkapi dengan sistem teleproteksi untuk mendapatkan operating time instan pada gangguan di zona 2, c. Tidak cocok dipakai pada saluran transmisi < 5 km (jarak pendek), dan d. Rumitnya pengkoordinasian zona pengamanan, time delay tiap zona dan teleproteksi pada relai jarak. 4.5 Penanganan Masalah Masalah-masalah yang timbul ketika proses pengujian relai jarak dapat mempengaruhi kinerja sistem proteksi. Untuk itu dibutuhkanlah suatu solusi agar masalah-masalah yang terjadi dapat ditangani secara tepat. Cara penanganan masalah-masalah tersebut sudah tertera pada Tabel 4.2 dibawah ini: Tabel 4.4 Penanganan Masalah Pada Relai Jarak Terjadi ketika Kasus Solusi Uji RTDS Error pada algoritma Menghubungi penjual relai yang bersangkutan 50

21 Susah koneksi antar PC, alat uji dan relai Mengecek instalasi wiring Men-install ulang software untuk alat uji Uji Individual Relai trip tidak sesuai dengan pemilihan zona Memperbaiki setting pada relai Time delay yang terjadi tidak sesuai dengan perhitungan Memperbaiki setting pada relai Salah perhitungan setting Memberikan pelatihan kepada SDM Uji Fungsi Susah koneksi antar PC, alat uji dan relai Relai trip tidak sesuai dengan perhitungan setting beban Mengecek instalasi wiring Men-install ulang software untuk alat uji Mengecek instalasi wiring Memperbaiki setting pada relai Mengecek record pada relai Pemantauan 1 tahun Relai tidak bekerja secara optimal Melakukan pengujian ulang Menghubungi penjual relai yang bersangkutan Mengecek setting karakteristik Pemakaian Relai rusak sebelum lifetime Mengecek kondisi relai itu sendiri, karena kondisi alam mempengaruhi kondisi relai 51