ANALISA SETING ARUS DAN WAKTU TUNDA RELE ARUS LEBIH

Transkripsi

1 ANALISA SETING ARUS DAN WAKTU TUNDA RELE ARUS LEBIH Ija Darmana * Sta dosen Jurusan Teknik Elektro FTI Universitas Bung Hatta JL. Gajah Mada No. 9 Padang, Telp. ( , Fax. (07554 A B S T R A C T In operating the system o electric power, short circuit ault oten occurs in many time. The large o short circuit current depends on the kind and manner o short circuit ault, the capacity o resources, and the coniguration system. The computation o short circuit current is required to estalish current setting and time delay o over current relay in order to make protection tools working as eicient and optimal as possile. In this paper, the writer tries to analyze short circuit ault which occurs in switchoard o 50 kilo Volt GI. Pauh Limo to estalish setting current and time delay o over current relay in it`s switchoard.. PENDAHULUAN sedemikian rupa sehingga gangguan tidak terjadi. Arus gangguan huung singkat dapat. Gangguan masih mungkin merusak sistem pemangkit dan dapat terjadi, sehingga harus memahayakan manusia. Salah satu dilakukan langkah-langkah agian dari sistem yang dapat rusak untuk melokalisir akiat gangguan terseut yaitu peralatan sistem yang terdapat dalam Switchoard. gangguan, agar kerusakan yang terjadi dapat ditekan sekecil mungkin. Switchoard adalah tempat dimana terdapatnya peralatan-peralatan Guna mengatasi hal diatas, salah pengaman yang erungsi seagai pusat satunya dipasang rele proteksi dimana pengontrolan peralatan pengaman suatu rele proteksi terseut erungsi jaringan listrik. Guna mengurangi mendeteksi kondisi tidak normal yang terjadinya kerusakan peralatan listrik terdapat dua alternati dalam perencanaan yaitu: mungkin terjadi. Cara kerja dari rele yaitu memandingkan suatu esaran listrik. Besaran-esaran listrik terseut. Sistem dapat direncanakan adalah tegangan, arus, sudut asa dan Jurnal Teknos-k, Volume 5, Januari 005 9

2 rekuensi. Suatu rele proteksi yang aik dan eisien harus memiliki karakteristik, seperti : kecepatan, selektiitas, sensitiitas, keandalan, sederhana, dan ekonomis. GANGGUAN HUBUNG SINGKAT Gangguan huung singkat dapat dideinisikan seagai gangguan yang terjadi akiat adanya penurunan kekuatan dasar isolasi antara sesama kawat asa atau antara kawat asa dengan tanah yang menyeakan kenaikan arus secarra erleihan. Huung singkat ini timul karena adanya gangguan seperti samaran petir, jaringan asa atau salah satu asa ditimpa dahan serta terputusnya kawat asa. Pada sistem tenaga listrik erasa tiga, gangguan huung singkat yang sering terjadi adalah : a. Gangguan huung singkat satu asa ketanah (K-T. Gangguan huung singkat dua asa (K-K c. Gangguan huung singkat dua asa ketanah (K-K-T d. Gangguan huung singkat tiga asa (K-K-K.. Impedansi Urutan. Jaringan urutan menunjukkan semua jalur aliran arus dari urutan di dalam sistem. Seperti juga tegangan dan arus, didalam metode komponen simetris dikenal tiga macam impedansi urutan yaitu:. Impedansi urutan positi (Z,. Impedansi urutan negati (Z, dan. Impedansi urutan nol (Z 0. Kegunaan daripada impedansi urutan untuk mempermudahkan dalam menghitung esar arus gangguan huung singkat pada sistem distriusi. Untuk menentukan impedansi urutan terleih dahulu menentukan V a, V a,v a0 dan I a, I a, dan I a0 V a0 = (V a V V c I a0 = (I a I I c 0 V a = (V a av a V c I a = (I a ai a I c 0 V a = (V a a V av c I a = (I a a I ai c 0 Tegangan pada titik gangguan: V a = E a I a Z a V a = E a I a Z a V a = E a I a0 Z a0 0 = E a I a Z a 0 = I a Z a 0 = I a0 Z a0 Analisa Seting Arus Dan Waktu Tunda Rele Arus Leih (Ija Drmana 0

3 ... Impedansi Urutan Positi Impedansi saluran terdiri dari resistansi dan reaktansi. Resistansi arus searah dari saluran akan ada jika terdapat distriusi arus yang merata diseluruh penghantar. Resistansi dc dierikan oleh penghantar dengan pers. ( diawah ini. R = dimana : L ( A R = Resistansi penghantar (Ohm meter L = Panjang penghantar (Meter A = Luas penampang penghantar (m = Tahanan jenis penghantar Impendasi urutan positi adalah impendansi yang ditemui oleh arus urutan positi, yaitu dengan ketentuan ahwa: I a = I a0 = 0 I a 0 Sehingga diperoleh persamaan erikut ini: Z a = Z = Z c = Va Ia V I Vc Ic ( ( (4 Impedansi urutan negati adalah impedansi yang hanya dilalui oleh arus urutan negati. Impedansiimpedansi urutan negati dan positi sama dalam suatu sistem statis. Impedansi urutan negati merupakan impedansi yang ditemui oleh arus urutan negati. Bila : I a = I a0 = 0 I a 0 (5 Maka : Z a = Z = Va Ia V I... Impedansi Urutan Nol (6 (7 Impedansi urutan nol adalah impedansi yang hanya dilalui oleh arus urutan nol. Pada arus urutan nol, sistem tiga asa ekerja seperti asa tunggal, karena arus urutan nol selalu sama esar dan asanya disetiap titik pada semua asa sistem terseut, karena itu arus urutan nol hanya akan mengalir jika terdapat jalur kemali yang mementuk rangkaian lengkap. Impedansi urutan nol ialah impedansi yang ditemui oleh arus urutan nol.bila :... Impedansi Urutan Negati Jurnal Teknos-k, Volume 5, Januari 005

4 Maka : Z a0 = Va Iao Z 0 = V I Z c0 = Vc Ico I a = I a = 0 I a0 0.. Sistem Satuan (8 (9 (0 Untuk memudahkan perhitungan atau analisa iasanya dipakai nilai-nilai dalam satuan pu. Adapun nilai-nilai yang dinyatakan dalam pu ini adalah nilai yang seenarnya diagi nilai dasar, misalkan impedansi dasar dinyatakan dalam pers. ( dan impedansi per-unit oleh pers. ( diawah ini: Z dasar = Z dasar = (Tegangan dasar, kvl -N ( x 000 dasar kva φ (Tegangan dasar, kv dasar MVA Z pu dari suatu elemen rangkaian = φ Impedansiseenarnya ( ( Impedansi dasar ( atau : L-N Z dasar = dasar, (Tegangan kvl -L x 000 ( MVA φ dasar Karena semua impedansi dalam agian manapun dari suatu sistem harus dinyatakan dengan dasar impedansi yang sama, maka impedansi per-unit dari suatu elemen rangkaian dapat ditentukan dengan menggunakan pers.(4. Z pu = (Impedansi seenarnya, x(kva dasar (4 Impedansi dasar, kv x 000 Guna menguah impedansi per-unit menurut suatu dasar tertentu menjadi impedansi per-unit menurut suatu dasar yang aru dapat dilakukan pers. (5. (kv (kv Z aru pu = Z dierikan pu x (kva x (kva dierikan dasar aru dasar (5 aru dasar dierikan dasar.. Huungan Komponen Simetris Dengan Fasor Diagram Bila E a, E dan E c diuraikan dalam komponen-komponen yaitu seperti terlihat diawah ini: E a = E a + E a + E a0 E = E + E + E 0 E c = E c + E c + E c0 (6 dimana : E a, E dan E c adalah simetrisnya komponen simetris urutan positi. E a, E dan E c adalah komponen simetris urutan negati. E a0, E 0 dan E c0 adalah komponen simetris urutan nol. Analisa Seting Arus Dan Waktu Tunda Rele Arus Leih (Ija Drmana

5 Bila perputaran 0 0 diganti oleh suatu operatar a dimana a = 0 0 dan dipilih asa a seagai asa acuan maka akan diperoleh: E a = E a E a = E a E a0 = E a0 E = a E a E = ae a E 0 = E a0 E c = ae a E c = a E a E c0 = E a0 Bila disustitusikan ke pers. (6 maka akan diperoleh : E a = E a + E a + E a0 E = a E a + ae a + E a0 E c = ae a + a E a + E a0 (7 atau : I a = ( Ia + ai + a I c I a = ( Ia + a I + ai c I a0 = ( Ia + I + I c (0 Bila netral transormator ditanah, maka esarnya arus alik netral s : I n = I a + I + I c ( Dengan mensustitusikan pers. (0 dan per. (, maka diperoleh : I n = I a0 ( Untuk meruah esaran asa kekomponen simetris dapat dilakukan dengan menggunakan pers. (8 diawah ini. E a = ( Ea + ae + a E c E a = ( Ea + a E + ae c E a0 = ( Ea + E + E c (8 Untuk arus juga erlaku rumus yang sama seperti ditunjukkan oleh pers. (9 erikut ini. I a = I a + I a + I a0 I = a I a + ai a + I a0 I c = ai a + a I a + I a0 (9... Gangguan Huung Singkat Tiga Fasa Persamaan keadaan : I a + I + I c = 0 ( V a = I a Z (4 V = I Z (5 V c = I c Z (6 Dengan mempergunakan pers. (8 dan pers. (0, didapat ormulasiormulasi diawah ini: I ao = (Ia + I + I c = 0 (7 I a = (Ia +a I + I c = 0 (8 Jurnal Teknos-k, Volume 5, Januari 005

6 V ao = (Va + V + V c = 0 (9 I = (Z J Z V Z (9 V a = (Va + av + a V c = I a Z (0 V a = (Va + a V +av c = I a Z ( Selanjutnya dari turunan persamaan diatas diperoleh arus gangguan tiga asa seperti diperlihatkan oleh pers. ( I = V Z Z (... Gangguan Huung Singkat Dua Fasa Ketanah Persamaan keadaan : I a = 0 (40 V = ( I + I c Z (4 V c = ( I + I c Z (4... Gangguan Huung Singkat Dua Fasa Persamaan keadaan : I a = 0 ( = - I c (4 V = V c + I + I Z (5 Dengan mempergunakan persamaan (0 maka akan diperoleh : I a0 = ( Ia + I + I c (6 I a = (I a +ai +a I c = I ( a - a (7 I a = (Ia +a I +ai c = I (a -a (8 Dengan mensutitusikan persamaanpersamaan diatas, maka didapat persamaan untuk arus gangguan s : Selanjutnya dengan menggunakan pers. (9 dan pers. (0 diperoleh persamaan s : I a = I a + I a + I a0 = 0 I a = - ( I a + I a0 I a0 = ( Ia + I + I c = ( I + I c I a0 = ( I + I c Dari pers. (4 dan pers. (4 didapat : V = a V a + av a + V a0 = I a0 Z (4 V = av a + a Va + V a0 = I a0 (44 Bila diturunkan persamaan-persamaan diatas, maka arus gangguan dua asa ketanah adalah : I =I =-j V (Z0 Z a Z Z Z (Z Z (Z Z (45 0 Analisa Seting Arus Dan Waktu Tunda Rele Arus Leih (Ija Drmana 4

7 I =I c =j V (Z0 Z az Z Z (Z Z (Z Z ( Gangguan Huung Singkat Satu Fasa Ketanah Persamaan keadaan : I = 0 (47 I c = 0 (48 V a = I a Z (49 I a = I a = I a0 (50 Dengan mempergunakan pers. (50 akan didapatkan persamaan-persamaan seperti diawah ini : I a = I a = I a0 = Ia (5 V a = V - I a Z I a Z - I a0 Z 0 = V - I a ( Z + Z + Z 0 (5 V = I a ( Z + Z + Z 0 + Z (5 I a = I a = V (Z Z Z Z V (Z Z Z Z (54 (55 Dari turunan pers diatas, maka didapatkan arus gangguan satu asa ketanah s : I = (Z V Z Z 0 = I a (56 Z Kesalahan arus seenarnya pada sisi primer dengan menggunakan persamaan-persamaan s : I seenarnya = I (pu I (arc = I (seenarnya I (primary = I (arc KVA xteg s pu dasar (57 ( Vs _ Vds (58 V V primary xteg dasar (59 Energi yang dilepas oleh switchoard diperoleh dengan persamaan s : E = V (arc x I (arc x t (Joule (60 dimana : I (arc V (arc V s V ds : arus yang terjadi saat percikan (Ampere : tegangan saat percikan (Volt : tegangan sumer (Volt : tegangan dasar (Volt I primary : arus pada sisi primer (Ampere t : waktu yang terjadi pada saat time delay (Detik E : energi yang dilepas switchoard (Joule. METODOLOGI PENULISAN. Pengujian metode ini, diperoleh dengan melakukan analisa dari data sistem, dengan terleih Jurnal Teknos-k, Volume 5, Januari 005 5

8 dahulu menyelesaikan rangkaian sistem untuk menentukan impedansi urutan positi, negati dan urutan nol. Penentuan setting arus dan waktu tunda dari rele arus leih (OCR perlu memperhatikan karakteristik dari rele terseut. Dalam penulisan ini karakteristik terseut tidak dilampirkan. Penelitian dilakukan dalam eerapa tahap ; Studi kepustakaan, data sistem diamil sistem Sumar 50 kv, langkah-langkah analisa, dan penulisan hasil. 4. P E M B A H A S A N. 4.. Data Sistem. Sistem terdiri dari data generator, transormator dan penghantar (saluran, yang terdapat pada sistem sumar. Tael-4.. Data Generator No Nama us Kapasitas (MW Tegangan (KV Z0 % Impedansi Z Z % % PLTA Maninjau 4 x PLTG Pauh Limo x,5 8,9 4,8 4,8 x 5 8,9 4,8 4,8 x,5 8,9 4,8 4,8 PLTU Omilin x 00,4 8,9 5,8 5,8 Tael-4.. Data Transormator No Nama Bus Kapasitas (MVA Tegangan (KV Impedansi Z % PLTA Maninjau 4 x,5 50/0 5, PLTG Pauh Limo 5 x 7 50/, PLTU Omilin x 40 x 0 Tael-4.. Data Saluran 50/,4 50/6, No Dari Nama Bus Panjang Impedansi Ke (Km Z0( Z( Maninjau Pdg Luar 4,60 0,4477 0, Maninjau PLTG Pauh Limo 90,0 0,7687 0,6769 PLTG Pauh Limo Indarung 6,70 0,0696 0, Indarung Solok 4,05 0,9060 0,087 5 Solok Omilin 7,48 0,5777 0, Omilin Payakumuh 6,5 0,406 0, Payakumuh Pdg Luar,00 0,8469 0, Omilin Salak,4 0, ,0047 Dimana : MVA Dasar = 00 MVA ; Tegangan 50 KV. Kawat Fasa jenis ACSR-40 mm ; Jari-jari 8,740 mm. R eekti = 0,8 Ohm / Km. 4.. A N A L I S A D A T A Impedansi Sistem Dari persamaan ( dan persamaan (4 maka diperoleh Z pu untuk data generator, transormator dan saluran. a. Generator Kapasitas 7 MW P = VI = VI Cos Watt 7 = 8,69 kva = kva lama dasar 0,8 Tegangan dasar pada sisi PLTA Maninjau adalah 0 KV maka : KV aru dasar = Name plate trao 50 / 0 Tegangan dasar 50 KV 0 50 x 50 0 KV Dengan memasukkan pers (5 diperoleh Z aru pu yaitu: Z aru pu = Z dierikan pu (kv (kv dierikan dasar aru dasar Z aru pu = 0,4 (kva x (kva aru dasar dierikan dasar Analisa Seting Arus Dan Waktu Tunda Rele Arus Leih (Ija Drmana 6

9 (0 (0 (00000 x (69 Z =,46, 46 Z total =,46 : 4 = 0,8579 c. Saluran Impedansi saluran dari Maninjau ke Padang Luar dapat dicari dengan menggunakan pers. ( seperti erikut : Dengan cara yang sama, diperoleh nilai Z 0 dan Z yang lainnya seperti dalam tael-4.4. Tael-4.4. Data Generator Yang Telah Ditransormasikan Ke Sistem No Nama Bus Kapasitas Tegangan Impedansi (MW (KV Z0 pu Z pu PLTA 4 x 7 0 0,65066,46 Maninjau Z total generator 0,606 0,8579 PLTG Pauh Limo x,5 x 5,00 x,5 0, ,548 0,5809 0, , , Z total generator 0,006 0,5004 PLTU x 00,4 0, 0,89 Omilin Z total generator 0,0666 0, Transormator Dari pers. (5, maka : Z aru pu = 0,05 x (50 (50 (00000 x (500 0,7674 Z pu total = 0,7674 : 4 = 0,05948 pu Dengan langkah-langkah yang sama didapat data transormator lainnya seperti diperlihatkan tael-4.5. Tael-4.5. Data Transormator Dengan Impedansi Serta Besaran Dasar. No Nama Bus Kapasitas Tegangan Impedansi (MVA (KV Zpu Zt pu Maninjau 4 x,5 50 / 0 0,7674 0,05948 PLTG Pauh Limo 5 x 7 50 / 0,448 0,0896 PLTU Omilin x /,5 0, ,04857 x 0 50 / 6, 0,6 0,6 pu Z dasar = Z dasar = (Tegangan dasar, kv MVA dasar (50 00 Z t = 0, φ 5 Panjang saluran = 4,60 km L -L Maka Z pu dari suatu elemen rangkaian (impedansi saluran adalah : Z pu dari suatu elem rangkaian = Impedansi seenarnya ( Impedansi dasar ( 0, x 4,60 Z pu = 0, Secara keseluruhan hasil perhitungan impedansi saluran terseut dapat dilihat pada tael-4.6. diawah : Tael-4.6. Data saluran dengan esaran dasar No Nama Bus Panjang Impedansi Dari Ke (km Z Z 0 Maninjau Pdg Luar 4,60 0, ,0450 Maninjau PLTG Pauh Limo 90,0 0,0780 0,0774 PLTG Pauh Limo Indarung 6,70 0, , Indarung Solok 4,05 0, ,067 5 Solok Omilin 7,48 0,0969 0, Omilin Payakumuh 80,77 0, , Payakumuh Pdg Luar 0,0607 0, Omilin Salak,4 0,000 0, Perhitungan Impedansi Urutan Jurnal Teknos-k, Volume 5, Januari 005 7

10 Tael-4.7. Data Saluran Dengan Penyederhanaan Sistem N0 Nama Bus Impedansi Dari Ke Z 0 Z 0 0,44 0, ,8457 0, ,0458 0, ,697 0, ,0780 0, , ,0940 daya disisi pemangkit : V pri.v dasar I pri = I arc 84,Ampere Impedansi urutan positi = 0,0748 pu Impedansi urutan negati= 0,0748 pu Impedansi urutan nol = 0,5448 pu 4... Setting Arus Dan Waktu Tunda (Time Delay Rele Arus Leih. Arus huung singkat satu asa ketanah dapat diperoleh dengan menggunakan pers. (56 s : I = I a = 4,0095 ampere Arus gangguan seenarnya : Menentukan tegangan usur (V arc : V arc = I arc x R eekti R eekti = 0,8 Ohm / km = 47,749 x 0,0008 = 0,68474 Volt. Dengan menggunakan karakteristik rele arus, maka setting arus dan waktu tunda rele Arus Leih seesar : I seenarnya+ = 540,765 Ampere Setting waktu rele seenarnya 0,5 detik. I seenarnya = I pu KVA pu V dasar 540,765Amper Energi yang dilepas oleh switchoard : E = V arc x I arc x t = 84,885 Joule Arus percikan atau usur api (I arc yang terjadi : I arc = I seenarnya ( Vs V V s ds =540,765 (50 47,749 Ampere 50 Arus yang mengalir pada primer trao 5. K E S I M P U L A N. Dari hasil analisa gangguan huung singkat yang terjadi di switchoard (usar GI. Pauh Limo maka dapat diamil eerapa kesimpulan seperti :. Besar arus gangguan yang terjadi di GI. Pauh Limo dalam kondisi tanpa ean yaitu 540,765 Analisa Seting Arus Dan Waktu Tunda Rele Arus Leih (Ija Drmana 8

11 Ampere.. Setting waktu rele diperoleh dari graik rele over current I.D.M.T. seesar 0,5 detik.. Rele yang digunakan yaitu rele arus leih waktu teralik karena dengan menggunakan rele ini cara kerjanya leih eisien. 7. DAFTAR PUSTAKA M. Titarenko and I. Noskov-Dukelsky, Protective Relaying In Electric Power Systems, Moscow. Theraja, BL. Electrical Technologi. Nirja Construction And Development Co. Ltd. New Delhi 98. Warington. AR. Van C. Protective Relay. Third Edition Teory and Practice Charles A. Gross, Power System Analysis, John Wiley And Sons 986. Gonen, Turan. Modern Power System Analysis. A. Wiley Intersine Pulication, John Wiley And Sons. 987 Hutauruk. TS, Analisa Sistem Tenaga Listrik, Jilid dan, Departement Elektrik. Institut Teknologi Bandung Hutauruk. TS, Pengetanahan Netral Sistem Tenaga Dan Pengetanahan Peralatan, Erlangga, ITB, 986 John W Brink And John P. Wolinger, Jr, System Grounding, Protection, and Detection or Cement Plants. Vol A. 7. No Measurement. Gec, Protective Relay Aplication Guide. Third Edition. 968 Jurnal Teknos-k, Volume 5, Januari 005 9