A. Muhammad Syafar, Studi Keandalan Distance Relay Jaringan 150 kv GI Tello GI Pare-Pare \ STUDI KEANDALAN DISTANCE RELAY JARINGAN 150 kv GI TELLO - GI PARE-PARE A. Muhammad Syafar Dosen Program Studi Teknik Elektro Universitas Islam Makassar Abstrak Pada Penelitian ini mengangkat judul tentang Studi Keandalan Distance Relay Jaringan 150 kv G.I Tello G.I Pare-Pare. Dimana distance relay merupakan salah satu jenis alat proteksi atau pengaman yang sering digunakan pada saluran transmisi 150 KV. Pada penelitian ini dibatasi permasalahan pada GI.Tello GI.Pare-Pare. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis penggunaan Distance Relay jaringan 150 kv, menganalisis tingkat selektivitas distance relay terhadap jarak gangguan dengan relay tersebut, menghitung setting impedansi distance relay. Hasil pengamatan dan analisis pada penelitian tersebut adalah bahwa keandalan distance relay ini sangat baik untuk melindungi sistem yang ada karena mampu memproteksi jaringan transmisi dengan baik dengan cara membandingkan impedansi saluran yang terganggu dengan impedansi distance relay. Kemudian berdasarkan hasil perhitungan didapatkan adanya pembagian daerah proteksi akibat adanya distance relay yang selektif.pada tingkat zone I dapat mendeteksi 80-90 % lokasi gangguan pada jaringan transmisi gardu induk. II memproteksi 50% lokasi gangguan berikutnya dan tingkat/ zone III dapat menjangkau 25% gangguan pada jaringan transmisi gardu induk berikutnya. Kata kunci: Keandalan, Distance Relay, Jaringan 150 kv Sistem transmisi memegang peranan yang sangat penting dalam proses penyaluran daya. Oleh karena itu pengaman pada saluran transmisi perlu mendapat perhatian yang serius dalam perencanaannya.sistem transmisi sendiri merupakan sistem dinamis kompieks yang parameter parameter dan keadaan sistemnya berubah secara terus menerus. Rele jarak (Distance Relay) digunakan sebagai pengaman pada saluran transmisi karena kemampuannya dalam menghilangkan gangguan (fault clearing) dengan cepat dan penyetelannya yang relatif mudah. Kordinasi rele jarak selama ini berdasarkan parameter saluran transmisi dengan kompensasi perkiraan besarnya gangguan yang dihitung secara off line.tetapi dengan keadaan sistem yang berubah ubah yang mengakibatkan parameter saluran transmisi juga berubah serta adanya gangguan yang tidak bisa diperkirakan besarnya, maka seting rele yang ada bisa menjadi tidak selektif. Oleh karena itu diperlukan kordinasi rele yang lebih baik yang dapat menyesuaikan dengan keadaan sistem tersebut. Dengan cara ini dimungkinkan untuk memperbaiki kinerja pengamanan.. Keandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Oleh sebab itu dalam perencangan suatu sistem tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisikondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem, melalui analisa gangguan Relay proteksi berfungsi mendeteksi kondisi abnormal dalam suatu rangkaian listrik dengan mengukur besaran listrik yang berada dalam kondisi normal dan gangguan. Gambar 1. Contoh Sistem Proteksi
MEDIA ELEKTRIK, Volume 5, Nomor 2, Desember 2010 Dalam upaya meningkatkan keandalan penyediaan energi listrik, kebutuhan sistem proteksi yang memadai tidak dapat dihindarkan. Sistem proteksi terdiri dari peralatan CT, PT, PMT, catu daya DC/ AC, relay proteksi, dan teleproteksi yang diintegrasikan dalam suatu rangkaian wiring. Disamping itu, diperlukan juga peralatan pendukung untuk kemudahan operasi dan evaluasi seperti sistem recorder, sistem SCADA dan indikasi relay (announciator). Syarat-Syarat Umum Relay Proteksi Relay proteksi ditinjau dari jenis dan dalam penggunaannya harus memiliki syaratsyarat yang penting dalam pengoperasiannya sehingga dapat bekerja sesuai dengan fungsinya secara maksimal. Syarat tersebut terdiri dari bebeapa hal yakni: 1. Kecepatan kerja Tujuan terpenting dari relay proteksi adalah memisahkan bagian yang terkena gangguan, dari sistem jaringan yang normal dengan cepat (speed) agar tidak menimbulkan kerugian yang lebih besar. Dan untuk dapat meningkatkan keandalan (reliable) operasi dari sistem, digunakan proteksi dengan kecepatan kerja yang lebih tinggi dan dipadukan dengan pemutus jaringan kecepatan tinggi. Adakalanya relay proteksi dikehendaki dengan perlambatan waktu (time delay) yang digunakan pada koordinasi proteksi dan beberapa daerah proteksi yang berturut-turut bilamana kondisi sistem memungkinkan adanya perlambatan waktu kerja dari relay tersebut. 2. Sensitifitas ( Kepekaan) Sensitifitas relay proteksi yang digunakan harus mampu untuk memberikan respon terhadap gangguan yang timbul dalam sistem yakni dapat bekerja pada awal kejadian gangguan. 3. Selektifitas Adalah kemampuan sistem proteksi untuk mengetahui letak terjadinya gangguan, dan memilih pemutus jaringan yang terdekat dan tempat gangguan untuk membuka.selektifitas dari relay ini akan menentukan bahwa yang mengalami gangguan saja yang harus dipisahkan dari sistem. 4. Andal (Reliable) Keandalan dari sistem proteksi adalah kemampuan suatu relay untuk dapat bekerja dengan baik dan benar pada berbagai kondisi sistem. Keandalan sistem proteksi ini dibagi atas dua unsur yakni : a. Kemampuan relay yang selalu bekerja dengan baik pada kondisiabnormal (saat terjadi gangguan), dan b. Kemampuan relay untuk tidak bekerja pada kondisi normal. Peranan Relay Proteksi Peralatan listrik pada suatu pembangkit listrik dan jaringan transmisi memiliki nilai investasi yang sangat besar, sehingga perhatian yang khusus harus diutamakan agar setiap peralatan tidak hanya beroperasi dengan efisien dan optimal, tetapi juga teramankan dari gangguan dan kerusakan yang fatal.untuk itu, relay proteksi sangat diperlukan pada jaringan proteksi saluran transmisi. Adapunperanan relay proteksi antara lain: 1. Memutuskan hubungan sistem (tripping) pada jaringan transmisi yang terganggu dengan cepat, guna menjaga stabilitas, kontinuitas, dan pelayanan kerja dari sistem. 2. Memberikan sinyal untuk melepaskan kontak pemutus tenaga/ circuit breaker dengan tujuan mengisolir gangguan atau kondisi yang tidak normal yakni hubung singkat. 3. Melokalisir daerah yang terganggu untuk mencegah meluasnya pengaruh dan akibat yang timbul bagi peralatan lainnya. 4. Mengurangi kerugian produksi 5. Menempatkan dan memisahkan peralatan dari gangguan 6. Mengetahui jenis dari gangguan 7. Melindungi keseluruhan dari sistem (primer sampai sini) 8. Mengurangi kerusakan dan memperbaiki harga 9. Mengurangi waktu produksi 10. Mencegah panas dan medan magnetic yang berlebihan pada peralatan dari akibat kegagalan yang terjadi 11. Melindungi dari jatuh tegangan untuk mempertahankan kestabilan 12. Untuk melindungi keselamatan dari pegawai yang bekerja. Pemberian Sifat Selektif pada Relay Untuk pemberian sifat selektif pada relay proteksi yaitu sifat untuk membedakan atau 2
A.Muhammad Syafar, Studi Keandalan Distance Relay Jaringan 150 kv GI Tello GI Pare-Pare menentukan bagian mana dari sistem yang mengalami gangguan dapat dilakukan dengan dua cara yakni : Dimana : Zf = Impedansi (ohm) Vf = Tegangan (Volt) If = Arus gangguan 1. Sistem Pilot Relaying Kata pilot berarti pada ujung saluran transmisi dipasang saluran informasi yang dapat menyalurkan informasi timbal balik. Prinsip kerja dari relay pilot ini adalah pemberian informasi lewat penghantarpenghantar suatu rangkaian telepon sebagai media fisik, sinyal-sinyal frekuensi tinggi yang digandengkan pada saluran transmisi daya itu sendiri dari relay ke relay yang lainnya. Alat ini dikenal sebagai PLC atau Power Line Carier. 2. Sistem Kelambatan Waktu Kerja Relay Yaitu dengan memberikan kelambatan waktu kerja yang berlainan bagi setiap relay, sehingga diperoleh koordinasi kerja yang lebih baik antar relay. Jadi, untuk mendapatkan selektifitas pada sistem proteksi digunakan kelambatan waktu yang bertingkat (stepped delay time). DistanceRelay (Relay Jarak) 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 (Z=V/I), kemudian membandingkannya dengan nilai setting impedansi tertentu dari distance relay tersebut untuk menentukan apakah relay harus bekerja atau tidak. Pada waktu SUTT terganggu, maka distance relayakan melihat turunnya impedansi dari SUTT, kemudian distance relay pun akan bekerja. Blok diagram distance relay dapat dilihat pada gambar 2. Prinsip Kerja Distance Relay Distance relay mengukur tegangan pada titik relay dan arus gangguan yang terlihat dari relay, dengan membagi besaran tegangan dan arus, maka impedansi sampai titik terjadinya gangguan dapat ditentukan. Perhitungan impedansi dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut : Zf = Vf / If Gambar 2.Blok diagram distance relay 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. Penyetelan Distance Relay Penyetelan distance relay artinya mengatur nilai Z distance relay sampai berapa jauh mampu melindungi bagian dari SUTT, dalam praktek biasa disebut dengan penyetelan zone protection dari distance relay. Distance relay pada umumnya mempunyai 3 elemen pengukur dan setiap elemen pengukur mempunyai zone protection sendiri, sehingga distance relay memiliki 3 zone protection. Hal ini dapat diamati pada gambar 3 satu bertujuan melindungi seksi pertama dari SUTT, yaitu antara rel G.I dimana distance relay berada sampai rel G.I berikutnya terhadap relay. Begitu seterusnya, zone 2 untuk.(2.1) seksi ke 2 dan zone 3 untuk seksi ke 3.
MEDIA ELEKTRIK, Volume 5, Nomor 2, Desember 2010 Umumnya, untuk zone 1 dan zone 2 relay bersifat directional (mengenal arah) sedangkan untuk zone 3 bersifat non directional (tidak mengenal arah). Dengan mempertimbangkan adanya kesalahan-kesalan (errors) pengukuran pada transformator tegangan dan transformator arus serta adanya kesalahan pada penyetelan relay maka umumnya penyetelan zone protection tidak dibuat sama dengan impedansi seksi SUTT yang diliindungi relay melainkan berselisih kirakira 15%. Apabila selisih ini negatif maka dikatakan penyetelannya under reach dan apabila positif dikatakan penyetelannya over reach.ketelitian pengukuran impedansi saluran transmisi banyak dipengaruhi oleh ketelitian trafo arus, trafo tegangan, serta oleh relay pengamannya sendiri. Dengan mempertimbangkan pengaruh tersebut, maka distance relay biasanya dibuat atas 3 daerah proteksi. (a) (b) Gambar 3.(a) Seksi-seksi SUTT yang diamankan distance relay, (b) Penyetelan waktu untuk setiap zone protection Daerah proteksi/ zone I berfungsi sebagai proteksi utama untuk saluran yang dilindunginya dan tergolong sebagai instantaneous relay karena reaksinya yang cepat. Daerah proteksi distance relay ini sejauh 80%- 90% dari panjang saluran gardu induk. Penyetelan perlambatan waktu untuk daerah proteksi ini (t1) umumnya tanpa perlambatan waktu dengan maksud bahwa penyetelan waktu adalah nol. Daerah proteksi II berfungsi untuk melindungi 15%- 20% bagian dari jaringan yang tidak diproteksi oleh daerah proteksi I ditambah 50% dari saluran berikutnya dengan perlambatan waktu (t2). Daerah proteksi III mencakup 50% dari saluran yang tidak terjangkau oleh daerah proteksi II, dengan waktu operasi yang lebih lambat (t3), di samping itu, di daerah proteksi III masih dapat menjangkau 25% jaringan berikutnya. Impedansi yang digunakan sebagai dasar penyetelan distance relay adalah impedansi urutan positif, dan impedansi saluran transmisi pada sisi sekunder trafo arus (CT) dan trafo tegangan (VT) dapat dihitung dengan rumus: Perbanding anct Zs Perbanding anvt xzp Dimana: Arus Pr imer Perbandingan CT ArusSekunder Tegangan Pr imer Perbandingan VT TeganganSekunder Dimana: Zs = Impedansi sisi sekunder CT dan VT (impedansi yang terukur oleh distance relay) Zp = Impedansi sisi primer CT dan VT (impedansi saluran transmisi) CT = Current Transfrmator (trafo arus). VT = Voltage Transformator (trafo tegangan) Dengan menggunakan rumus di atas, maka besar atau nilai impedansi sekunder untuk ketiga daerah proteksi dapat ditentukan. Faktor Yang Mempengaruhi Distance Relay a. Infeed Yang dimaksud infeed yaitu adanya pengaruh penambahan atau pengurangan arus yang melalui titik terhadap arus yang ditinjau. Adanya pengaruh infeed ini akan membuat impedansi yang dilihat distance relay seolaholah menjadi lebih besar atau menjadi lebih kecil. b. Mutual impedance Bila SUTT menggunakan satu tower yang digunakan untuk sirkit-1 dan sirkit-2, maka akan timbul mutual inductive kopling di antara dua sirkit tersebut. Untuk pengukuran impedansi urutan positif dan negatif pengaruh mutual kopling sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Namun, untuk pengukuran impedansi urutan nol maka pengaruh mutual kopling tidak bisa diabaikan. Proteksi penghantar yang hanya menggunakan pengukuran arus, seperti
A. Muhammad Syafar, Studi Keandalan Distance Relay Jaringan 150 kv GI Tello GI Pare-Pare pembanding fase atau pilot wire tidak dipengaruhi oleh mutual kopling. c. PowerSwing Power swing adalah variasi aliran daya dimana distance relay mendeteksi ada lokus impedan yang bergerak dari daerah beban memasuki daerah kerja distance relay. d. Pengaruh Impedansi Sumber Pada dasarnya impedansi sumber akan mempengaruhi besar arus dan tegangan yang terbaca oleh distance relay. e. Pengaruh Tahanan Gangguan Tahanan gangguan merupakan tahanan murni, bila bertambah secara vektoris dengan impedansi saluran maka akan menggeser lokus impedan menjadi lebih besar sehingga relay menjadi lebih lambat (Z 2,Z 3 ) atau tidak trip sama sekali (di luar jangkauan setting). Penyebab dari tahanan gangguan pada SUTT adalah terjadi hubung singkat yang menimbulkan busur api akibat terkena pohon, layangan, binatang, manusia dan sambaran petir. Pengukuran Impedansi Gangguan oleh Distance Relay Menurut jenis gangguan pada sistem tenaga listrik, gangguan terdiri dari gangguan hubung singkat tiga fase, dua fase, dua fase ke tanah dan satu fase ke tanah. Distance relay sebagai pengaman utama harus dapat mendeteksi semua jenis gangguan dan kemudian memisahkan sistem yang terganggu dengan sistem yang tidak terganggu. Untuk dapat melakukan fungsi tersebut, distance relay harus mampu mengukur impedansi gangguan yang terjadi pada saluran transmisi untuk dibandingkan dengan setting impedansi pada distance relay. Sehingga distance relay membutuhkan komponen bantu untuk melakukan pengukuran impedansi gangguan, antara lain trafo arus dan trafo tegangan. 1. Gangguan Hubung Singkat Tiga Fase Pada saat terjadi gangguan tiga fase yang simetris maka amplitudo tegangan fase VR,VS,VT turun dan beda fase tetap 120 derajat. Impedansi yang diukur distance relay pada saat terjadi gangguan hubung singkat tiga fase adalah sebagai berikut : V relay = VR I relay = IR Z R = VR /IR Dimana, ZR = Impedansi terbaca oleh relay VR = Tegangan fase ke netral IR = Arus fase 2. Gangguan Hubung Singkat Dua Fase Untuk mengukur impedansi pada saat terjadi gangguan hubung singkat dua fase, tegangan yang masuk ke komparator relay adalah tegangan fase yang terganggu, sedangkan arusnya adalah selisih (secara vektoris) arus-arus yang terganggu. Maka pengukuran impedansi untuk hubung singkat antara fase S dan T adalah sebagai berikut : V relay = VS VT I relay = IS - IT sehingga, ZR = ( VS VT ) / ( IS IT ) Tabel.1.Tegangan dan arus masukan relay untuk gangguan hubung singkat dua fase Fase yang terganggu Tegangan Arus R-S VR- VS IR- IS S- T VS-VT IS- IT T- R VT-VR IR- IT 3. Gangguan Hubung Singkat Satu Fase Ke Tanah Untuk mengukur impedansi pada saat hubung singkat satu fase ke tanah, tegangan yang dimasukkan ke relay adalah tegangan yang terganggu, sedangkan arus fase terganggu ditambah arus sisa dikali faktor kompensasi. Misalnya terjadi gangguan hubung singkat satu fase R ke tanah, maka pengukuran impedansi dilakukan dengan cara sebagai berikut : Tegangan pada relay V relay = VR Arus pada relay I relay = IR+K0.In Arus netral I n =I R +I S +I T Kompensasi urutan nol : K 0 =1/3 (Z 0 -Z 1 /Z 1 ) Z 1 = V R / (I R +K 0.I n ) Impedansi urutan nol akan timbul pada gangguan tanah. Adanya K0 adalah untuk mengkompensasi adanya impedansi urutan nol tersebut.sehingga impedansi yang terukur menjadi benar.
MEDIA ELEKTRIK, Volume 5, Nomor 2, Desember 2010 Tabel 2. Tegangan dan arus masukan relay untuk gangguan hubung singkat satu fase ke tanah Fase yang terganggu Tegangan Arus R-N V R I R + K 0.In S- N V S I S + K 0.I n T- N V T I T + K 0.I n METODE 1. Tempat dan Objek Penelitian Penelitian ini akan dilaksanakan di PT. PLN (Persero) Area Pengatur dan Penyalur Beban (AP2B) Sul-Sel Makassar Objek penelitian ini adalah distance relay yang ada di jaringan transmisi mulai dari gardu induk Tello sampai di gardu induk Pare- pare. Gardu Induk Tabel 3. Data Penyetelan Impedansi Penyetelan Impedansi (Ohm) I II III Parepare 2,76 4,04 4,86 Pangkep 0,94 1,635 2,32 Bosowa 0,73 1,374-2. Teknik Analisis Data Data-data yang diperoleh pada penelitian ini adalah data kualitatif sehingga data tersebut dituangkan/ ditranskripkan secara tertulis dan setelah proses transkip selesai, data tersebut dianalisis sesuai dengan prinsip- prinsip data kualitatif. Alur penelitian dapat dilihat pada gambar 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil perhitungan impedansi distance relay dapat diamati dalam tabel di bawah ini, yang akan dibandingkan dengan setting impedansi distance relay dari PLN. Tabel 3. Hasil perhitungan impedansi distance relay arah G.I Pare- pare G.I Tello pada penghantar 1 Tabel 4.Hasil perhitungan impedansi distance relay arah G.I Pare- pare G.I Tello pada penghantar 2 Tabel 5 Hasil perhitungan impedansi distance relay arah G.I Tello - G.I Pare- pare pada penghantar 1 Tabel 6. Hasil perhitungan impedansi distance relay arah G.I Tello - G.I Pare- pare pada penghantar 2 Gardu Induk Tello Pangkep Penyetelan Impedansi (Ohm) I II III 1,37 3,44 6,027 2,76 5,18 -
A. Muhammad Syafar, Studi Keandalan Distance Relay Jaringan 150 kv GI Tello GI Pare-Pare SIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil penelitian, dapat disimpulkan: 1. Keandalan distance relay sangat baik untuk melindungi sistem yang ada karena mampu memproteksi jaringan transmisi dengan baik dengan cara membandingkan impedansi saluran yang terganggu dengan impedansi setting distance relay. 2. Distance relay merupakan salah satu relay proteksi yang selektif karena adanya pembagian daerah proteksi/zone protection, pada tingkat zone I dapat mendeteksi 80-90 % lokasi gangguan pada jaringan transmisi gardu induk. II memproteksi 50% lokasi gangguan berikutnya dan tingkat/ zone III dapat menjangkau 25% gangguan pada jaringan transmisi gardu induk berikutnya, sehingga distance relay mampu mengetahui letak dan jarak terjadinya gangguan, serta memilih pemutus jaringan yang terdekat dari tempat gangguan untuk membuka. Jadi kemungkinan kegagalan relay proteksi ini sangatlah kecil. 3. Adanya selisih hasil perhitungan impedansi distance relay dengan setting impedansi distance relay dari pihak PT. PLN (Persero) pada saluran transmisi antara G.I Tello - G.1 Pare-pare disebabkan oleh adanya tingkat ketelitian pengukuran impedansi saluran transmisi yang banyak dipengaruhi oleh ketelitian trafo arus, trafo tegangan, serta oleh relay pengamannya sendiri. Berdasarkan hasil penelitian, disarankan kepada Pihak PLN hendaknya senantiasa memperhatikan keandalan, selektifitas dan setting impedansi distance relay yang digunakan agar bisa tetap relevan dengan kondisi saluran yang diproteksi. Dengan demikian, gangguan pada saluran transmisi bisa diatasi dengan baik dan ketersediaan tenaga listrik bagi konsumen bisa tetap terjamin. DAFTAR PUSTAKA Arismunandar, Kuwahara. 1993. Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik II. Jakarta: Pradnya Paramita. Halomoan Tobing, Cristof Naek. 2008. Rele Jarak Sebagai Proteksi Saluran Transmisi. Depok: Departemen Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia. (http://qtop.files.wordpress.com/2008/04/r ele-jarak-di-saluran-transmisi1.pdf, diakses 25 Juli 2010). Marsudi, Djiteng. 2006. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Jogjakarta: Graha Ilmu. PT. PLN. 1982. Hand Out Relay Proteksi Saluran Jilid 1-4. Jakarta: Pusat Pendidikan dan Latihan Perusahaan Umum Listrik Negara. PT. PLN (Persero) P3B. 2006. Pelatihan O&M Relai Proteksi Jaringan. http://bops.plnjawabali.co.id/artikel/proteksipenghantar.pdf, diakses 25 Juli 2010). Tobing, Bonggas L. 2003. Peralatan Tegangan Tinggi. Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama.
MEDIA ELEKTRIK, Volume 5, Nomor 2, Desember 2010 8