Daftar Isi PRAKATA.................................................................................................................... 4 1.
2.
3.
DASAR-DASAR SISTIM PROTEKSI ......................................................................... 8 1.1
Pendahuluan .................................................................................................. 8
1.2
Perangkat Proteksi ....................................................................................... 11
1.3
Zone Proteksi ............................................................................................... 12
1.4
Faktor Keandalan ......................................................................................... 14
1.5
Selektifitas .................................................................................................... 17
1.6
Stabilitas....................................................................................................... 18
1.7
Kecepatan .................................................................................................... 18
1.8
Sensitifitas .................................................................................................... 19
1.9
Proteksi Utama Dan Cadangan .................................................................... 20
1.10
Keluaran Perangkat Rele .............................................................................. 21
1.11
Tripping Circuit ............................................................................................. 24
1.12
Pemantauan Rangkaian Trip ........................................................................ 26
1.13
Harga-Harga Per Unit Dan Persen ................................................................ 28
1.14
Sistim Pentanahan ....................................................................................... 42
1.15
Komponen-Komponen Simetris ................................................................... 45
SINYALING DAN INTERTRIPPING ....................................................................... 47 2.1
Pendahuluan ................................................................................................ 47
2.2
Skema Unit Proteksi ..................................................................................... 47
2.3
Perintah Teleproteksi ................................................................................... 48
2.4
Intertripping ................................................................................................. 48
2.5
Kinerja Sitim Teleproteksi ............................................................................ 50
2.6
Media Transmisi ........................................................................................... 52
2.7
Metoda-Metoda Pensinyalan ...................................................................... 60
RELE ARUS LEBIH ............................................................................................... 63 3.1
Pendahuluan ................................................................................................ 63
3.2
Prinsip-Prinsip Koordinasi ............................................................................ 63
3.3
Prinsip Waktu Dan Arus Bertingkat.............................................................. 65
3.4
Karakteristik Standar I.D.M.T ....................................................................... 69
3.5
Kombinasi IDMT Dengan karakteristik Sesaat Setelan Tinggi ...................... 71
3.6
Karakteristik Sangat Inverse......................................................................... 73
3.7
Karakteristik Inverse Ekstrim ....................................................................... 74
1
4.
5.
6.
2
3.8
Karakteristik-Karakteristik Lain .................................................................... 75
3.9
karateristik Independen ............................................................................... 76
3.10
Setelan Arus ................................................................................................. 77
3.11
Margin Grading ............................................................................................ 77
3.12
Interval Grading ........................................................................................... 80
3.13
Setelan Rele Gangguan Fasa ........................................................................ 82
3.14
Rele Arus Lebih Fasa Direksional ................................................................. 84
3.15
Proteksi Gangguan Tanah ............................................................................ 88
3.16
Rele Arus Lebih Gangguan Tanah Direksional.............................................. 94
3.17
Rele Gangguan Tanah Pada Jaringan Terisolasi ........................................... 97
3.18
Jaringan Yang Ditanahkan Dengan Peterson Coil ...................................... 100
RELE DIFERENSIAL PADA SALURAN TRANSMISI ............................................... 106 4.1
Pendahuluan .............................................................................................. 106
4.2
Konvensi Arah ............................................................................................ 108
4.3
Sistim Arus Sirkulasi ................................................................................... 108
4.4
Sistim Tegangan Seimbang ........................................................................ 111
4.5
Skema Penjumlahan .................................................................................. 113
4.6
Pilot Proteksi Elektromekanis Dan Statis ................................................... 114
4.7
Proteksi Arus Diferensial Numeris ............................................................. 117
4.8
Carrier Dalam Skema Proteksi ................................................................... 123
4.9
Skema Proteksi Arus Diferensial Analog .................................................... 123
RELE JARAK ..................................................................................................... 130 5.1
Pendahuluan .............................................................................................. 130
5.2
Prinsip-Prinsip Dan kinerja Rele Jarak ........................................................ 131
5.3
Pengaruh Rasio Impedansi Sumber Dan Saluran ....................................... 132
5.4
Zone Proteksi ............................................................................................. 134
5.5
Jenis-Jenis Rele Jarak ................................................................................. 138
5.6
Konstruksi Rele Jarak ................................................................................. 162
5.7
Impedansi Sumber Dan Metoda Pentanahan ............................................ 167
5.8
Persoalan-Persoalan Aplikasi Rele Jarak .................................................... 172
5.9
Fitur-Fitur Lain ........................................................................................... 177
SKEMA PROTEKSI RELE JARAK ......................................................................... 179 6.1
Pendahuluan .............................................................................................. 179
6.2
Skema Ekstension Zone 1........................................................................... 181
6.3
Transfer Tripping ........................................................................................ 184
7.
6.4
Skema Bloking Capaian Lebih .................................................................... 192
6.5
Skema Transfer Trip Dan Bloking ............................................................... 199
SALURAN PARALEL BANYAK TERMINAL .......................................................... 200 7.1
Pendahuluan .............................................................................................. 200
7.2
Saluran Paralel ........................................................................................... 200
7.3
Skema Unit Proteksi Saluran Banyak Terminal .......................................... 203
7.4
Rele Jarak Pada Saluran Banyak Terminal .................................................. 209
7.5
Skema Proteksi Jarak Saluran Banyak Terminal ......................................... 215
7.6
Proteksi Kompensasi Saluran Seri .............................................................. 217
SOAL - SOAL ......................................................................................................... 220 Apendiks 1: Istilah-Istilah Terpakai ........................................................................ 233 Apendiks 2: Simbol-Simbol Rele Sesuai Ansi/IEC .................................................... 252 Apendiks 3: Trafo Tegangan Dan Arus .................................................................... 254 Referensi ................................................................................................................ 277
3
PRAKATA P Perlunya pengembangan sistim tenaga listrik modern didorong dengan semakin mahalnya sumber-sumber energi primer yang sudah semakin langka. Dengan teknologi yang semakin maju dan dengan semakin majunya teknik isolasi, saat ini sudah banyak transmisi yang beroperasi pada tegangan hingga ribuan kilo volt yang memungkinkan penggunaan saluran tegangan ultra tinggi dengan panjang hingga ribuan kilometer dapat dilaksanakan untuk menyalurkan daya yang sangat besar secara efisien dengan rugi-rugi minimal. Dari data-data yang bisa dilihat dari internet, di Rusia misalnya terdapat transmisi tegangan ultra tinggi 1150 kV AC dengan jarak transmisi sangat panjang yaitu 2362 kM. Sementara di Jepang tegangan ultra tinggi saluran transmisi 1000 kV AC sepanjang 427 kM. Akhir-akhir ini pengembangan transmisi UHV di China sudah banyak dilakukan baik tegangan AC maupun tegangan DC. Saluran UHV 1000 kV AC dari Nangyang-Jingmei sepanjang 654 kM dengan kapasitas penyaluran sebesar 6000 MVA sudah beroperasi sejak tahun 2004. Pada sisi lain saluran arus searah bertegangan UHV ± 800 kV DC sudah beroperasi sepanjang 1438 kM untuk mengevakuasi daya sebesar 5000 MW dari Yunan ke Guangdong. Ada juga saluran UHV ± 800 kV DC dengan panjang 1907 kM dari Xianjiabo ke Shanghai yang sudah beroperasi meyalurkan daya hingga 6400 MW. Sejak tahun 2009 mereka sedang melaksanakan pembangunan saluran transmisi arus searah yang sangat panjang yaitu sekitar 2096 kM pada tegangan tegangan ultra tinggi UHV ± 800 kV DC untuk mengevakuasi daya yang sangat besar yaitu sebesar 7000 MW. Di Indonesia khususnya di Jawa penggunaan saluran transmisi EHV 500 kV sudah mulai beroperasi sejak tahun 1986. Kemajuan pengembangan tegangan ektra tinggi maupun tegangan ultra tinggi ini tentunya didorong dengan semakin langkanya sumber-sumber energi dan seperti diuraikan diatas jarak mereka dari pusat-pusat industri bisa sangat jauh hingga ribuan kilometer. Tergantung dari jenis tegangan dan urgensi jaringan, kebijakan-kebijakan maupun pertimbangan-pertimbangan yang ditempuh dalam memilih sistim proteksi adalah berbeda-beda. Pada sistim-sistim distribusi tegangan menengah, sistim pengamanan masih bisa dilakukan dengan waktu tunda (time delay) yang dikordinasikan secara hierarkis sesuai dengan posisi peralatan-peralatan yang mau diamankan dalam jaringan. Namun pada saluran tegangan yang semakin tinggi setiap gangguan harus di isolasi dengan sesegera mungkin tanpa ada waktu tunda. Hal ini mengingat besarnya pengaruh gangguan yang terjadi yang dapat mempengaruhi stabilitas, keandalan operasi sistim tenaga listrik dan termasuk faktor ekonomis mengingat harga peralatan sistim tenaga listrik yang sangat mahal bila sampai mengalami kerusakan. Belum lagi mempertimbangkan pengaruh padamnya pasokan daya yang bisa sangat merugikan industri maupun masyarakat umum. Sistim rele proteksi bersama semua komponen-komponen yang terdapat pada suatu gardu induk seperti pemutus (circuit breaker), pemisah (disconecting switch), trafo arus (current transformer), trafo tegangan (voltage transformer), trafo daya (power transformer) dan lain sebagainya adalah merupakan perangkat-perangkat yang harus
4
dipahami oleh para insinyur sistim tenaga listrik khususnya bagi mereka yang mau berkecimpung dalam sistim proteksi. Namun hingga saat ini tidak banyak buku yang khusus membahas praktek-praktek sistim proteksi. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut penulis mencoba menyusun buku tentang praktek-praktek sistim proteksi sistim tenaga listrik yang umum dijumpai dengan harapan dapat digunakan sebagai rujukan dalam memahami dasar-dasar sistim proteksi yang akan mereka hadapi sehari-hari. Isi dan sistematika penulisan buku disesuaikan dengan buku-buku manual maupun jurnal-jurnal yang berkaitan dengan judul buku. Karena berbagai keterbatasan perlu diakui bahwa penulisan buku yang membahas praktek-praktek sistim proteksi tenaga listrik secara lengkap tidak mungkin bisa ditulis hanya dengan mengandalkan pengalaman-pengalaman lapangan semata. Untuk bisa dituangkan menjadi sebuah buku praktis maka pengalaman-pengalaman yang ada perlu digabungkan dengan hasil rujukan buku-buku lain terutama manual-manual para pabrikan baik sebagian maupun seutuhnya. Untuk lebih memudahkan mengikuti naskah-naskah aslinya maka semua buku-buku yang digunakan dalam penyusunan buku ini dicantumkan pada referensi yang terdapat pada akhir buku. Penekanan isi dan susunan buku dilakukan dengan lebih mengedapankan cara-cara untuk memahami praktek-praktek sistim proteksi ketimbang pemahaman teori gangguan-gangguan. Lagi pula penekanan terhadap sisi praktek-praktek sistim proteksi dimaksudkan pula agar dapat mencapai cakupan para pembaca yang lebih luas dengan berbagai latar belakang pendidikan teknik yang mungkin berbeda-beda. Dalam buku ini berbagai istilah teknis dalam bahasa Inggris yang masih dirasa sulit mencari padanan yang pas dalam bahasa Indonesia dengan terpaksa tetap dipertahankan namun ditulis dengan garis miring. Sejak dahulu rele-rele proteksi yang digunakan pada sistim tenaga listrik kebanyakan terdiri dari rele-rele elektromekanis yang secara lambat laut sudah berubah mengikuti perkembangan aplikasi elektronika, komputer dan telekomunikasi. Ide awal untuk membuat rele elektronik sudah dimulai sejak tahun 1960, namun mengingat pada waktu itu perangkat-perangkat elektronik dan perangkat keras komputer masih sangat mahal dan kinerjanya masih belum seperti prosessor sekarang maka arah perkembangan aplikasi pada sistim proteksi pada waktu itu masih belum jelas. Lagi pula mengingat pengetahuan para insinyur sistim tenaga dibidang elektronik masih sangat terbatas, mereka enggan untuk melakukan perubahan sehingga sampai akhir tahun 1970 rele statis belum memperlihatkan kemajuan yang pesat. Barulah pada awal tahun 1980 pengembangan rele-rele statik mulai dikembangkan kembali yang pada saat yang sama rele-rele elektromekanik secara perlahan-lahan mulai ditinggalkan. Bahkan sejak beberapa tahun terakhir hampir semua rele-rele proteksi sistim tenaga listrik sudah beralih ke rele-rele dijital maupun rele-rele numeris di mana sistim kerjanya ditentukan bukan hanya oleh perangkat keras namun juga oleh perangkat lunak yang dilengkapi pada masing-masing perangkat proteksi. Sesuai dengan perkembangan dan kemajuan teknologi rele-rele dijital dan numeris, saat ini sudah tersedia berbagai literatur dan standar-standar internasional tentang rele-rele dijital maupun rele numeris yang dapat digunakan oleh berbagai kalangan sebagai dasar perancangan produksi mereka sehingga tidak akan terkendala masalah
5
konektifitas. Pada sisi pengguna standar-standar tersebut telah ikut membantu mereka untuk semakin bebas dalam memilih produk-produk yang mereka perlukan secara selektif. Secara umum dapat dikatakan bahwa saat ini semua perangkat keras rele numeris sudah semakin ter-standardisasi. Perbedaan-perbedaan versi sebuah rele terletak lebih pada isi perangkat lunak yang digunakan dan bukan lagi pada sisi perangkat kerasnya. Sejak akhir tahun delapan puluh yang lalu, perkembangan teknologi dibidang proteksi dan kendali sistim tenaga listrik sudah demikian maju dan berkembang sangat cepat tidak terbatas hanya pada sisi proteksinya namun juga pada aspek kontrol dan pengendaliannya yang saat ini sudah menjadi suatu kesatuan yang saling terintegrasi satu sama lain. Keuntungan lebih jauh lagi adalah tersedianya berbagai fitur-fitur yang terdapat pada perangkat-perangkat tersebut sangat dibutuhkan untuk memperbaiki kualitas pasokan daya, seperti fasilitas disturbance recording maupun fasilitas pemantauan gangguan-gangguan yang bisa disajikan tanpa memerlukan perangkat khusus lainnya. Data-data yang dihasilkan bisa digunakan untuk melakukan perbaikan sistim kinerja dan sekaligus untuk meningkatkan tingkat keteradaan sistim pelayanan sistim daya. Secara terbatas terdapat aplikasi dimana jumlah rele-rele bantu yang dibutuhkan bisa dikurangi dengan memanfaatkan rele-rele bantu yang tersedia pada masing-masing rele numeris yang dapat saling di-interkoneksi satu sama lain tanpa memerlukan wiring sebagaimana pada sistim konvensional. Disamping itu sistim-sistim sekunder yang kebetulan juga saling tersambung membentuk sistim kontrol otomatis gardu induk akan memberi akses ke semua sistim informasi sehingga metodologi menejemen asset dapat juga diperbaiki dimana pencatatan semua asset-asset perusahaan dapat dilakukan dengan lebih mudah. Buku ini dibuat atas dua Seri dimana Seri 1 terdiri dari 7 Bab mulai dari Bab 1 yang merupakan pengenalan tentang dasar-dasar sistim proteksi Bab 2 tentang sinyaling dan intertripping, Bab 3 mengenai rele arus lebih, Bab 4 mengenai unit proteksi, Bab 5 tentang rele jarak, Bab 6 tentang skema rele proteksi, Bab 7 tentang proteksi saluran transmisi banyak terminal. Seri 2 terdiri atas 6 Bab mulai dari Bab 1 uraian tentang reclosing otomatis, Bab 2 tentang proteksi busbar, Bab 3 tentang proteksi trafo daya termasuk sekilas uraian tentang proteksi reaktor dan kapasitor, Bab 4 tentang proteksi generator, Bab 5 yang merupakan uraian sepintas tentang otomatisasi sistim gardu induk yang juga disisipkan untuk dapat digunakan sebagai pendekatan awal dalam pengenalan sistim terbaru khususnya pada teknologi otomatisasi gardu induk dan akhirnya Bab 6 tentang pengetesan rele dan komisioning yang juga perlu dipahami oleh para teknisi-teknisi sistim proteksi dilapangan. Apendik-apendik tentang berbagai Istilah, Simbol-simbol standar dan “Trafo Tegangan Dan Arus” yang berguna dalam memahami berbagai karakteristik trafo tegangan dan trafo arus yang sangat berpengaruh dalam menentukan akurasi rele proteksi. Meskipun dalam waktu-waktu mendekat teknologi rele khususnya rele numeris masih akan semakin maju, namun sejauh ini isi buku telah disesuaikan dengan teknologi relerele terbaru dengan tetap menyisipkan uraian-uraian tentang teknologi konvensional.
6
Sebagai telah disinggung diatas tujuan dari penyusun buku semata-mata adalah untuk dapat digunakan oleh para praktisi lapangan sebagai buku pegangan dalam praktekpraktek sistim proteksi tenaga listrik. Namun agar bisa diterapkan secara real, para pembaca harus merujuk pada berbagai buku-buku manual rele yang diterbitkan oleh berbagai kalangan industri seperti AREVA, ABB, SIEMENS, Toshiba, Hitachi, General Electric, Schweitzer-SEL atau Basler Electric dan berbagai produsen-produsen rele lainnya yang tidak mungkin diikutkan dalam buku ini. Penyusun menyadari isi buku ini masih jauh dari sempurna dan masih banyak kekurangan baik karena kesalahan ketik maupun ketidak telitian dalam penyusunan dan pengutipan teks dari buku-buku aslinya. Dalam hal ini penyusun berharap mendapat masukan-masukan dari para pembaca baik berupa kritik-kritik maupun saran-saran yang dapat digunakan sebagai bahan-bahan yang sangat berharga dalam melakukan perbaikan dan penyempurnaanpenyempurnaan isi buku selanjutnya. Penyusun mengucapkan terimakasih kepada Ir Charles Manaloe, MM dan Ir. Makden Siagian, MT atas waktu-waktu yang diberikan dalam berdiskusi dan koreksi-koreksi dan komentar-komentar yang diberikan selama penyusunan buku. Demikian juga kepada Sdr Adi Gunawan, Suratno dan Sutrisno yang telah banyak memanfaatkan waktuwaktu luang dalam kesibukan mereka sehari-hari untuk membantu penyusun dalam menyiapkan gambar-gambar yang sangat diperlukan dalam melengkapi penjelasanpenjelasan yang diberikan. Tanpa bantuan dan partisipasi mereka tentunya buku ini tidak mungkin tersusun sebagaimana adanya. Pada akhirnya penyusun mengucapkan terimakasih banyak kepada semua staff dan Direksi PT Energi Information Datasystem Ir Adil Munadjad dan Tigor Nauli Adrian, ST, MM yang telah mendorong dan memberikan fasilitas yang diperlukan selama penyusunan buku. Jakarta April 2010,
Penyusun
7
1. DASAR-DASAR SISTIM PROTEKSI 1.1
PENDAHULUAN
Suatu sistim tenaga listrik pada dasarnya terdiri dari susunan pembangkit, transmisi dan jaringan distribusi yang terhubung satu sama lain untuk membangkitkan, mentransmisikan dan mendistribusikan tenaga listrik tersebut hingga dapat dimanfaatkan oleh para pelanggan. Karena manfaat dan fungsi suatu sistim tenaga listrik yang sangat vital dalam kehidupan sehari-hari maka pengembangan sistim harus dilakukan melalui perancangan yang matang dan pertimbangan semua aspek terkait secara menyeluruh dalam arti luas sehingga sistim yang akan dibangun dapat dikelola secara optimum, handal, aman dan ekonomis. Faktor frekuensi dan lama gangguan pasokan tenaga listrik yang mungkin terjadi harus diperhatikan dan dipertimbangkan dengan sangat hati-hati sebab faktor-faktor tersebut sangat berpengaruh terhadap aktifitas industri maupun kegiatan sehari-hari dalam perkotaan, terutama pada era modern ini dimana hampir semua kehidupan sudah sangat tergantung pada pasokan tenaga listrik. Oleh karena itu pengembangan suatu sistim ketenaga listrikan sangat memperhatikan masalah keandalan dan keamanan. Namun demikian, tingkat keandalan dan keamanan dalam kenyataannya selalu berbanding terbalik dengan masalah ekonomi. Artinya semakin tinggi keandalan dan tingkat keamanan yang dibutuhkan maka semakin besar pula biaya yang diperlukan. Perancangan sistim tenaga listrik bisanya dilakukan berdasarkan kompromi antara kedua pertimbangan diatas sehingga diperoleh pengoperasian yang optimum. Suatu sistim tenaga listrik terdiri dari banyak komponen mulai dari komponenkomponen pembangkitan, transmisi maupun komponen distribusi yang satu sama lain mempunyai kekhususan dan bahkan seringkali jauh saling berbeda-beda. Gambar 1.1 memperlihatkan sebuah photo yang menunjukkan Pusat Pembangkit PLTGU Muara Karang dilihat dari laut dimana didalamnya terdapat berbagai komponen-komponen subsistim tenaga listrik seperti generator, turbin, boiler dan lain sebagainya. Sedang Gambar 1.2 menunjukkan satu contoh diagram satu garis (single line diagram) sistim tenaga listrik yang relatif masih sederhana.
Gambar 1.1: Pembangkit PLTGU Muarakarang
8
MAKASAR
IDIE
KENDARI
60 MVA
DENPASAR
30 MVA
2 x 30 MVA
30 MVA
~
MANADO
1
2
3
~ ~ ~ ~ ~
PLTD GORONTALO
4
5
2 x 14,46 MW 2 x 20,10 MW 1 x 21,35 MW
6
10 MVA 10 MVA
60 MVA
60 MVA
JAYAPURA
~
~
~
~
PLTGU 6 x 500 MW
~
~
10 MVA 30 MVA
~
~
JAMBI
Trafo 150/20 kV 30 MVA
JAKARTA
PLTU 4 x 100 MW
~
~
PADANG 30 MVA
1
2
3
SORONG
~ TERNATE
TIMIKA 10 MVA 30 MVA 50 MVA 60 MVA
4
AMBON
5
PLTD 5 X 4 MW
10 MVA 20 MVA
~
~
6
PLTP BENGKULU 2 MW
19,85 MW 12,60 MW
~
150/20 kV 2 x 60 MVA
PEKANBARU
PALEMBANG BANDA ACEH
MEDAN 20 MVA
10 MVA
2 x 60 MVA
~
PLTM SERANG 0,20 MW
~
Gambar 1.2: Diagram Satu Garis Suatu Sistim Tenaga Listrik Nama-nama gardu pada Gambar tersebut sekedar rekaan saja tidak ada kaitannya dengan nama kota yang sebenarnya. Disini yang diutamakan adalah untuk memperlihatkan bahwa gardu-gardu tersebut berada saling berjauhan pada tempat yang saling berbeda-beda pula yang perlu dihubungkan satu sama lain melalui saluran interkoneksi. Investasi yang dibutuhkan untuk membeli komponen-komponen dan perangkatperangkat sistim tenaga listrik sesungguhnya relatif sangat mahal, belum lagi uang yang dibutuhkan untuk membeli lahan dan infrastruktur lain yang harus dibayar untuk memberi ruang bagi saluran transmisi yang harus ditarik dari satu tempat ke tempat lain yang berbeda. Boleh dibilang suatu perusahaan yang bergerak dalam sistim tenaga listrik adalah perusahaan padat modal yang membutuhkan permodalan yang relatif sangat besar dalam mengembangkan sistim dan sarana yang dibutuhkan mulai dari pengembangan pembangkit, transmisi, distribusi hingga instalasi tegangan rendah sampai ketempat pelanggan. Untuk memaksimumkan pengembalian investasi, sudah seyogianya suatu sistim tenaga listrik harus dikelola secara optimum dan semaksimum mungkin yaitu dengan cara mengoptimumkan penggunaan berbagai sumber-sumber daya primer yang ada pada berbagai kendala, efisiensi, keandalan dan sekuriti. Yang lebih mendasar, adalah bahwa sistim tenaga listrik harus dapat dioperasikan secara aman sepanjang waktu dan selama mungkin tanpa menimbulkan bahaya terhadap peralatan maupun terhadap manusia. Namun malangnya, sebagus dan se-ideal apapun perencanaan sistim tenaga listrik dilakukan, sistim tersebut dalam kenyataannya tidak pernah terbebas dari ganguan-gangguan.
9
Gangguan-gangguan yang terjadi pada sistim tenaga listrik bisa terjadi pada level dan tingkat destruksi yang berbeda-beda namun masing-masing selalu mempunyai resiko baik terhadap manusia maupun terhadap peralatan sistim tenaga listrik itu sendiri. Gambar 1.3 memperlihatkan sambaran petir yang bisa menjadi sumber gangguan pada saluran tenaga listrik. Daya rusak suatu busur api gangguan yang mengalirkan arus yang sangat besar adalah sangat hebat sebab arus gangguan tersebut bisa membakar atau meleburkan kawatkawat penghantar tembaga, aluminium, kumparan, lamel-lamel inti besi trafo ataupun kumparan mesin-mesin pembangkit dalam waktu hanya beberapa saat yang relatif sangat singkat misalnya hanya dalam orde waktu sepuluh hingga beberapa ratus mili detik saja. Meskipun jauh dari sumber gangguan, namun busur api listrik yang terjadi dalam waktu yang lama sampai beberapa detik dapat juga merusakkan peralatan dan instalasi. Pertimbangan-pertimbangan yang perlu diambil untuk mendeteksi dan mengisolir elemen-elemen sistim tenaga listrik dari gangguan-gangguan adalah merupakan bagian penting pada waktu perancangan sistim tenaga listrik. Dengan demikian hanya dengan cara mempertimbangkan faktor-faktor keamanan secara sekasama, tepat dan pas yang bisa merupakan asuransi terjaminnya investasi yang ditanamkan pada sistim tenaga listrik. Gambar 1.4 memperlihatkan photo suatu trafo yang terbakar akibat tidak tersedianya sistim proteksi yang memadai untuk mengamankan trafo tersebut.
Gambar 1.3: Sambaran Petir Yang Bisa Menimbulkan Gangguan Pada Saluran Transmisi
Gambar 1.4: Trafo Yang Terbakar Karena Kegagalan Proteksi
10
Uraian-uraian diatas merupakan gambaran bagaimana pentingnya peranan suatu sistim proteksi instalasi dan jaringan tenaga listrik yang merupakan tanggung jawab dan tantangan yang perlu diperhatikan oleh para ahli-ahli sistim proteksi tenaga listrik.
1.2
PERANGKAT PROTEKSI
Terdapat beberapa cara yang dapat dan sering digunakan dalam mendefinisikan perangkat proteksi sistim tenaga listrik yang secara umum adalah sebagai berikut. a.
b.
c.
Sistim proteksi adalah susunan perangkat proteksi secara lengkap yang terdiri dari perangkat utama dan perangkat-perangkat lainnya yang dibutuhkan untuk melakukan fungsi-fungsi tertentu berdasarkan prinsip-prinsip proteksi sesuai dengan definisi-definisi yang terdapat pada standar IEC 6255-20. Perangkat proteksi adalah kumpulan atau koleksi perangkat proteksi seperti sekring, rele dan lain-lainnya diluar perangkat trafo arus, perangkat pemutus tenaga yang biasa disingkat PMT atau PMT, kontaktor dan lain sebagainya. Skema proteksi adalah kumpulan dari perangkat proteksi yang berfungsi melakukan proteksi dimana semua perangkat yang termasuk dalam sistim proteksi terlibat didalamnya seperti rele-rele, trafo-trafo arus, trafo tegangan, PMT, batere daln lain sebagainya yang terlibat dalam sistim proteksi.
Pada dasarnya prinsip kerja sebuah rele proteksi dapat dibuat berdasarkan satu besaran tunggal misalnya seperti rele arus lebih yang prinsip kerjanya hanya berdasarkan arus gangguan semata. Namun dalam rangka untuk memenuhi keperluan proteksi efektif yang memenuhi criteria cepat, selektif dan stabil yang dapat disetel sesuai konfigurasi jaringan, kondisi operasi yang berbeda-beda dan faktor lain seperti konstruksi dan ukuran sistim tenaga yang juga berbeda-beda maka suatu rele proteksi seyogianya dapat dibuat untuk beresponse terhadap berbagai perubahan besaran listrik. Sebagai contoh, meskipun sebuah rele arus lebih dapat digunakan untuk memproteksi jaringan distribusi radial hanya berdasarkan level arus gangguan, namun pada jaringan tenaga listrik yang kompleks sistim proteksi tidak lagi bisa hanya mengandalkan pengukuran besaran tunggal. Untuk dapat melakukan prtoteksi secara efektif perangkat proteksi perlu juga juga mampu berespons terhadap besaranbesaran listrik lain seperti misalnya besar daya, sudut fasa, frekuensi, tegangan ataupun impedansi jaringan yang berguna untuk menentukan arah dan jarak gangguan. Sebagaimana diketahui pada dasarnya besaran-besaran listrik terdiri dari bilangan-bilangan kompleks yang perlu diukur oleh elemen-elemen pengukur suatu rele proteksi. Secara analitik besaran-besaran kompleks tersebut biasanya disajikan dalam bentuk matematik dan grafis. Sesuai dengan perkembangan teknologi hingga saat ini rele-rele proteksi yang banyak digunakan pada sistim tenaga listrik pada umumnya dapat diklasifikasikan atas empat jenis rele sebagai berikut: a. b. c. d.
Rele elektromekanis. Rele statis. Rele digital. Rele numeris.
11
Prinsip kerja rele-rele tersebut pada dasarnya adalah sama namun sesuai dengan teknologi yang digunakan kemampuan dan ketelitian masing-masing rele adalah juga berbeda-beda. Sebagaimana sudah disebut diatas, dalam prakteknya tidak mungkin membuat sebuah rele yang dapat berfungsi untuk mengamankan semua jenis gangguan hanya dengan menggunakan satu besaran tunggal. Tetapi suatu sistim proteksi yang lengkap perlu didisain dapat bekerja atas kombinasi beberapa besaran listrik. Para teknisi sistim proteksi bisa merancang sistim proteksi mereka sesuai dengan bentuk dan jenis jaringan, kondisi operasi, jenis gangguan-gangguan, sistim pentanahan dan lain sebagainya yang perlu distudi lebih dahulu sehingga diperoleh sistim proteksi yang paling tepat. Terminologi-terminologi dan berbagai istilah-istilah terpakai yang umum dijumpai dalam berbagai topik-topik diskusi sistim tenaga listrik khususnya dalam diskusi-diskusi sistim proteksi dapat dilihat seperti disajikan pada Apendiks 1. Sedangkan simbolsimbol standar yang digunakan untuk menggambarkan berbagai fungsi rele dalam diagram sistim proteksi sesuai dengan standar IEC dan IEEE/ANSI diringkas dan disajikan seperti terlihat pada Apendiks 2.
1.3
ZONE PROTEKSI
Untuk membatasi luasnya daerah sistim tenaga yang harus diisolir bila terjadi gangguan maka sistim proteksi tenaga listrik dibuat secara selektif berdasarkan daerah atau zone proteksi. Prinsipnya dapat dilihat seperti pada Gambar 1.5. Idealnya zone proteksi harus saling tumpang tindih (overlap) sedemikian sehingga tidak ada bagian jaringan yang tidak teramankan. Kebutuhan ini misalnya dapat diimplementasikan dengan meletakkan dua trafo arus yang mengapit PMT seperti terlihat pada Gambar 1.6a. Zone 5 Feeder 1
Feeder 2 Zone 6
~ Zone 1
Zone 2
Feeder 3
Zone 3 Zone 4
Zone 7
Gambar 1.5: Pembagian Sistim Tenaga Menjadi Beberapa Zone Proteksi Namun melihat pertimbangan ekonomi pembentukan zone proteksi secara ideal adalah hal yang sulit dilakukan sebab harus menggunakan dua trafo arus yang berbeda dan instalasinya menjadi tidak praktis. Dalam prakteknya pemasangan trafo-trafo arus dilakukan hanya pada satu sisi PMT seperti pada Gambar 1.6.b yaitu dengan menggunakan satu trafo arus dengan dua atau lebih kumparan sekunder. Namun kalau diperhatikan pada konfigurasi ini akan terdapat bagian jaringan antara PMT-A dan CT yang tidak akan terproteksi secara lengkap terhadap gangguan. Misalnya bila terjadi gangguan pada titik F seperti pada Gambar 1.6.b maka sistim proteksi busbar
12
(lihat buku 2 tentang Proteksi Busbar) akan kerja mentripkan semua PMT-PMT yang terhubung dengan busbar terkait. Tetapi meskipun demikian pemutusan tersebut tidak dengan sendirinya dapat menghilangkan gangguan karena ternyata dia masih terus bertahan melalui pasokan arus gangguan yang datang dari gardu induk ujung berlawanan. Meskipun diterapkan unit proteksi selektif seperti pada Bab 1.5.2, namun pada peletakan trafo arus demikian sistim proteksi tersebut juga tidak akan berhasil dengan baik sebab gangguan yang terjadi akan terlihat diluar daerah proteksinya. Hal yang bisa dilakukan untuk menyempurnakan sistim proteksi pada kondisi jaringan tersebut antara lain adalah dengan menggunakan skema-skema intertripping atau dengan penerapan sistim perluasan zone proteksi sehingga PMT pada ujung saluran juga trip pada saat bersamaan. PMT A Busbar
Proteksi Saluran
Proteksi Busbar
a) Trafo Arus CT pada kedua sisi PMT PMT A Busbar
Proteksi Saluran
F Proteksi Busbar
b) Trafo Arus CT pada sisi PMT Gambar 1.6: Letaknya Trafo Arus Titik hubung proteksi pada sistim tenaga adalah lokasi penempatan rele proteksi yang biasanya menentukan zone proteksi dan itu berarti sangat erat kaitannya dengan penempatan lokasi trafo arus. Jenis unit proteksi biasanya akan menghasilkan tapal batas (boundary) yang ditentukan secara lingkar tertutup. Gambar 1.7 memperlihatkan masing-masing daerah proteksi yang saling tangkup (overlapping) satu terhadap yang lain yang betetangga. Zone Tansmisi
Zone Busbar
~ Zone Pembangkit
Zone Transmisi
Zone Trafo
~ Zone Busbar
Gambar 1.7: Cakupan Zone-zone Proteksi - Dibuat saling tumpang tindih sehingga tidak ada bagian jaringan yang tidak terproteksi.
13
1.4
FAKTOR KEANDALAN
Seperti telah disinggung sebelumnya kebutuhan perangkat-perangkat sistim proteksi dengan tingkat keandalan yang tinggi adalah salah satu faktor pertimbangan yang sangat penting dalam perencanaan jaringan sistim tenaga listrik. Dari berbagai pengalaman lapangan terdapat beberapa faktor yang dapat mempengaruhi keandalan sistim proteksi jaringan tenaga listrik yaitu antara lain sebagai berikut: a.
Perancangan
b.
Setelan rele.
c.
Salah instalasi
d.
Salah pengetesan.
e.
Pemburukan.
f.
Faktor kinerja
1.4.1 Perancangan Disain atau perancangan sistim proteksi adalah tahapan atau proses yang sangat penting yang dapat menentukan baik tidaknya suatu sistim proteksi. Pada waktu perancangan sistim proteksi harus sudah bisa dipertanggung jawabkan bahwa sistim proteksi yang dirancang tersebut pasti dapat bekerja sesuai dengan parameterparameter operasi dan konfigurasi jaringan yang telah ditetapkan sebelumnya. Lagi pula sistim proteksi tersebut harus senantiasa berada pada posisi siaga (standby) pada waktu kondisi normal dimana tidak ada gangguan yang harus ditanggulangi. Disini suatu rele tidak boleh bekerja terhadap arus-arus beban normal maupun arus gangguan-gangguan yang terjadi diluar daerah proteksinya. Insinyur-insinyur perencana sistim proteksi dituntut untuk mampu membuat pertimbanganpertimbangan dan analisa-analisa yang tepat terhadap semua perangkat instrumentasi sesuai dengan sifat gangguan yang mungkin terjadi termasuk faktor frekuensi dan lamanya gangguan pada sistim tenaga yang mau diproteksi. Secara umum faktorfaktor yang perlu diperhatikan pada waktu perencanaan sistim proteksi adalah semua paramater-parameter sistim tenaga, karakteristik sumber daya, sistim pentanahan, jenis-jenis gangguan, metoda operasi dan jenis perangkat proteksi yang akan digunakan. 1.4.2 Setelan Setelan rele (arus dan waktu) adalah juga salah satu faktor yang sangat penting dalam aplikasi proteksi sistim tenaga listrik. Seorang teknisi tenaga listrik khususnya ahli sistim proteksi harus mampu menentukan setelan yang tepat setiap rele proteksi sesuai lokasinya pada sistim tenaga dan sudah memperhitungkan semua parameterparameter sistim tenaga, seperti level arus gangguan, beban normal dan parameterparameter lain yang dibutuhkan dalam sistim kinerja dinamis. Perlu juga dipertimbangkan bahwa jaringan sistim tenaga bisa berubah seiring dengan perubahan waktu mengikuti perubahan beban, jenis dan naiknya jumlah pembangkitpembangkit baru yang terhubung dengan jaringan, perkembangan perkotaan dan lain sebagainya sebagai faktor-faktor yang perlu pula diperhatikan pada waktu penyetelan
14
rele. Oleh karena itu secara periodik, setelan rele-rele proteksi harus ditinjau secara berkala dan kalau perlu ditala ulang mengikuti perkembangan sistim sehingga alat-alat proteksi tersebut senantiasa siap kerja sesuai dengan kebutuhan realnya. Secara umum, untuk menghindari kegagalan operasi sistim proteksi maka para pengelola sistim tenaga listrik perlu melakukan pemeliharaan dan pemantauan terhadap alatalat proteksi yang terpasang dan juga perkembangan sistim. 1.4.3 Instalasi Instalasi sistim proteksi juga merupakan faktor lain yang sangat penting dan harus dilakukan secara benar dan rapih mengikuti prosedur instalasi sesuai standar-standar instalasi yang berlaku. Mengingat beragamnya diagram sistim interkoneksi dan hubungannya dengan fungsi masing-masing wiring maka sistim instalasi harus dibuat dengan menggunakan gambar-gambar dan diagram yang menunjukkan setiap fungsi wiring sehingga pada waktu pengetesan (commissioning) dan pemeliharaan para operator tidak akan mengalami kesulitan pada waktu pelaksanaan pengecekan wiring. Oleh karena itu pengetesan dilapangan merupakan hal penting yang perlu dilakukan dari wiring demi wiring dan dari satu titik ke titik lainnya sehingga sistim dapat diharapkan bekerja secara benar tanpa perlu menirukan semua jenis gangguan. Pada prinsipnya, pengetesan instalasi ini harus di arahkan untuk memastikan bahwa semua instalasi sudah terlaksana dengan benar dan baik. Pengetesan-pengetesan harus bisa dibatasi secara sederhana mungkin dan langsung dapat digunakan untuk membuktikan kebenaran dari koneksi-koneksi wiring, setelan rele dan dipastikan bahwa semua peralatan bebas dari kerusakan. Pengetesan-pengetesan dan komisioning dilapangan tidak perlu dilakukan seperti pada pengetesan jenis di pabrik. 1.4.4 Pengetesan Pengetesan rele proteksi adalah suatu tahap yang juga sangat penting dan harus dilakukan secara lengkap mencakup semua aspek skema proteksi khususnya sebelum jaringan sistim tenaga dioperasikan. Pengetesan-pengetesan harus dillakukan sedapat mungkin sesuai dengan kondisi yang mirip dan mendekati keadaan real jaringan yang mau diproteksi. Meskipun pengetesan jenis rele-rele proteksi sesuai dengan standarstandar yang berlaku sudah dilakukan di pabrik-pabrik pembuat namun sebelum suatu instalasi sistim proteksi dioperasikan maka sistim proteksi tersebut harus terlebih dahulu dikomisioning untuk menguji kebenaran semua instalasi pengawatan, setelansetelan dan semua fungsi-fungsi lain sesuai dengan kebutuhan. Pengetesan komisioning ini harus dilakukan secara lengkap mulai dari rele, trafo arus, trafo tegangan dan semua perangkat penunjang lain yang menjadi komponen proteksi sistim tenaga listrik tersebut. Sebelum melakukan pengetesan dilakukan terlebih dahulu pemeriksaan kesesuaian wiring instalasi dengan gambar-gambar yang tersedia. 1.4.5 Pemburukan Meskipun pada awal pengoperasian instalasi sistim semua berjalan dengan baik, namun seiring dengan perjalanan waktu faktor penuaan peralatan dapat mengambil peranan dalam menentukan kesalahan operasi. Seiring perjalanan waktu kontakkontak yang mungkin sering kerja dapat menjadi kasar, terbakar atau berkarat karena
15
kontaminasi udara, yang bisa berakibat misalnya kumparan rele dan rangkaian lainnya mungkin menjadi rangkaian terbuka atau ada bagian atau komponen elektronik atau perangkat penunjang lain yang rusak atau bagian-bagian mekanis lain yang mungkin sudah berubah bentuk. Mengingat perioda waktu kerja rele dapat berlangsung dalam waktu tahunan dan bukan dalam orde hari maka selama periode tersebut suatu rele proteksi bisa saja mengalami kerusakan yang tidak terdeteksi dan baru disadari setelah terjadinya kegagalan proteksi dimana dia seharusnya harus bereaksi terhadap gangguan yang terjadi. Faktor ini juga yang menentukan mengapa perlu dilakukan pengetesanpengetesan secara periodis. Agar dalam pengetesan dapat dilakukan tanpa mengganggu sistim koneksi atau dalam keadaan operasi (on load test), maka dalam instalasi selalu disediakan terminalterminal atau test blok yang diperlukan untuk pengetesan-pengetesan. Test blok tersebut dapat digunakan sebagai terminal test dimana para teknisi tidak perlu mencabut satu atau lebih dari wiring dari tempatnya. Keahlian teknisi pengetesan sangat penting terutama kemampuan dan kelihaian mereka untuk menilai keandalan dan mempertimbangkan cara-cara yang diperlukan untuk perbaikan. Staff pengetesan harus mempunyai kompetensi teknis dan terlatih dengan baik dan mampu mengantisipasi semua kemungkinan yang dapat menyebabkan kegagalan sistim proteksi termasuk karena faktor pemburukan. Rangkaian-rangkaian penting yang biasanya rawan perlu diperlengkapi dengan perangkat supervisi secara terus menerus sebagaimana banyak dilakukan pada rangkaian trip circuit breaker atau saluran-saluran kabel pilot. Rele-rele numeris umumnya sudah dilengkapi dengan fasilitas pengujian diri atau self test yang bisa membantu teknisi melakukan perbaikan yang diperlukan. Pada jenis rele ini, kejanggalan atau indikasi gangguan dapat dikirimkan secara remote ke pusat-pusat pengendalian sistim tenaga listrik sehingga dengan demikian dapat dilakukan perbaikan secara tepat. 1.4.6 Kinerja Proteksi Kinerja sistim proteksi perlu di nilai secara statistik dan dilakukan secara periodis. Untuk keperluan ini masing-masing sistim gangguan diklasifikasikan sebagai kejadian dan idealnya hanya kejadian ini yang perlu dialokasikan dengan mentripping circuit breaker secara tepat sesuai dengan klasifikasi dan kriteria-kriteria yang telah ditentukan sebelumnya. Dengan klasifikasi dan kriteria-kriteria demikian diharapkan kinerja proteksi dapat dinilai secara tepat dan benar. Prinsip penilaian (assesment) ini menghasilkan evaluasi yang teliti terhadap kinerja sistim proteksi secara keseluruhan, yang pada akhirnya dapat digunakan untuk menilai kinerja rele proteksi. Semua jenis rele diharapkan dapat bekerja pada masing-masing sistim gangguan dan harus tetap berperilaku secara benar untuk setiap kerja yang benar dan konsisten. Keandalan lengkap tidak mungkin tercapai hanya dengan melakukan perbaikanperbaikan konstruksi rele proteksi. Bila level keandalan suatu perangkat tunggal
16
dianggap tidak mencukupi, maka peningkatan keandalan dapat dilakukan dengan sistim berlapis yaitu dengan menduplikasi perangkat proteksi tersebut. Idealnya, proteksi utama dibuat secara independen dan dirancang dapat bekerja mandiri untuk melakukan fungsi tertentu sesuai kebutuhan. Penduplikasian dimaksudkan untuk meningkatkan keandalan dengan pengertian bila probabilitas gagal masing-masing perangkat adalah x per unit, maka jumlah probabilitas kegagalan dari dua peralatan 2 2 secara bersamaan adalah x . Dengan nilai x yang kecil maka x kemungkinan bisa diabaikan yang secara teoritis dapat dikatakan tidak akan mengalami gagal. Sebagai contoh sistim proteksi busbar sering dibuat berlapis (redundan) yang dimaksudkan untuk menghindarkan terjadinya kegagalan proteksi. Dalam contohcontoh lainnya, komponen dan saluran-saluran penting lainnya dapat juga dilengkapi dengan sistim proteksi utama secara redundan, baik dengan konfigurasi tripping secara sendiri-sendiri atau dengan tripping bersamaan atau secara paralel. Untuk sistim-sistim yang kritis, sistim proteksi dapat juga dilengkapi digital fault simulator yang dapat digunakan untuk memodelkan bagian sistim tenaga yang terganggu termasuk pengecekan kinerja rele yang digunakan.
1.5
SELEKTIFITAS
Selektifitas suatu sistim proteksi jaringan tenaga adalah kemampuan rele proteksi untuk bekerja melakukan tripping secara tepat sesuai rencana yang telah ditentukan pada waktu mendisain sistim proteksi tersebut. Sistim proteksi pada sistim tenaga dibutuhkan untuk mentrip circuit breaker yang diperlukan untuk mengisolir gangguan. Selektifitas sistim proteksi terkait juga terhadap kemampuan diskriminasi yang dalam prakteknya dapat dilakukan dengan dua cara sebagai berikut. 1.5.1 Waktu Bertingkat Sistim proteksi yang ditempatkan berurutan sepanjang jalur distribusi atau jalur transmisi diatur sedemikian sehingga mereka akan bekerja pada waktu bertingkat atau time grading sesuai dengan lokasi rele proteksi terhadap gangguan. Rele yang terdekat pada gangguan akan bekerja lebih cepat ketimbang rele yang lebih jauh. Sementara itu bila rele tersebut tidak bekerja maka rele dibelakangnya akan bekerja dengan waktu yang lebih lama. Meskipun semua rele merasakan gangguan namun hanya rele yang terdekat yang akan mengisolir gangguan tersebut. Rele-rele lain meskipun sudah siap siaga namun akhirnya tidak akan sempat kerja sebab gangguan sudah di-isolir oleh saluran didepannya. Di sini kecepatan tanggap masing-masing rele selalu tergantung pada level dan letak gangguan dan pada umumnya lebih lambat dibanding rele proteksi dengan sistim unit. 1.5.2 Sistim Unit Proteksi D Unit proteksi adalah sistim proteksi yang dirancang untuk mengamankan satu elemen jaringan berdasarkan daerah proteksinya. Sistim proteksi ini berespons hanya terhadap gangguan yang berada pada daerah pengamanannya yang sudah ditetapkan.
17
Jenis-jenis proteksi yang dapat diterapkan sebagai unit proteksi antara lain adalah restricted earth fault (REF) dan diffrensial protection termasuk rele gangguan tanah kumparan delta yang banyak digunakan untuk memproteksi trafo-trafo daya. Unit proteksi dapat juga diterapkan sepanjang saluran sistim tenaga dengan tingkat kecepatan proteksi yang lebih cepat dari sistim proteksi waktu bertingkat. Rele unit proteksi tidak tergantung dari jenis dan level gangguan. Unit proteksi umumnya menggunakan prinsip perbandingan besaran-besaran listrik pada batas-batas daerah yang telah ditetapkan sesuai dengan lokasi titik-titik hubung trafo arus. Perbandingan bisa dilakukan langsung dengan menggunakan kawat penghubung termasuk kabel pilot atau melalui suatu sistim komunikasi. Namun perlu juga dicatat bahwa faktor selektifitas rele bukanlah satu-satunya faktor yang paling menentukan. Tetapi perlu juga diperhatikan faktor-faktor kordinasi rele yang harus dibuat secara benar dan tepat seperti misalnya pemilihan setelan arus yang tepat, variasi perubahan arus gangguan, arus beban maksimum, impedansi sistim dan faktor lain terkait yang dapat mempengaruhi kordinasi rele proteksi.
1.6
STABILITAS
Stabilitas sistim proteksi biasanya terkait dengan skema unit proteksi yang dimaksudkan untuk menggambarkan kemampuan sistim proteksi tertentu untuk tetap bertahan pada karakteristik kerjanya dan tidak terpengaruh faktor luar diluar daerah proteksinya, misalnya pada arus beban lebih dan arus gangguan lebih. Dengan kata lain stabilitas dapat juga didefinisikan sebagai kemampuan untuk tetap konsisten hanya bekerja pada daerah proteksi dimana dia dirancang tanpa terpengaruh pada berbagai parameter luar yang tidak merupakan besaran yang perlu diperhitungkan.
1.7
KECEPATAN
Fungsi sistim proteksi adalah untuk mengisolir gangguan secepat dan sesegera mungkin. Tujuan utamanya adalah untuk mengamankan kontinuitas pasokan daya dengan membuang setiap gangguan sebelum gangguan tersebut berkembang ke arah yang membahayakan stabilitas dan hilangnya sinkronisasi sistim yang pada akhirnya dapat meruntuhkan sistim tenaga tersebut. Bila pembebanan sistim tenaga naik, pergeseran fasa antara dua busbar yang berbeda juga naik dan karena itu bila gangguan terjadi maka kemungkinan besar akan terjadi kehilangan sistim sinkronisasi. Makin singkat waktu yang dibolehkan pada gangguan maka kontinuitas pelayanan sistim akan semakin lebih baik. Gambar 1.8 memperlihatkan relasi antara sistim pembebanan (stabilitas limit daya) dengan waktu clearing gangguan untuk berbagai jenis gangguan. Dapat dicatat bahwa gangguan fasa mempunyai pengaruh yang lebih kuat terhadap stabilitas sistim ketimbang gangguan fasa ketanah dan karena itu perlu diclear secara lebih cepat. Namun sama dengan faktor pertimbangan lainnya faktor stabilitas bukan pula satu-satunya pertimbangan dalam penerapan rele. Faktor ekonomi juga perlu dipertimbangkan sebab dengan semakin cepatnya kita mengisolir gangguan maka
18
kemungkinan kerusakan peralatan instalasi tenaga (yang mahal) akan semakin kecil. Hal ini mengingat energi panas yang dipancarkan selama gangguan terhadap peralatan adalah sebanding dengan pangkat dua dari besar arus dikalikan durasi waktu terjadinya gangguan tersebut. Dengan demikian proteksi harus bekerja secepat mungkin, namun disamping pertimbangan keamanan, kecepatan operasi rele lebih banyak ditekankan pada aspek ekonomi. Jaringan distribusi yang biasanya tidak begitu membutuhkan clearance gangguan dengan sangat cepat, biasanya hanya perlu dilengkapi dengan proteksi dengan kerja waktu bertingkat. Stasion pembangkit dan jaringan tegangan ekstra tinggi membutuhkan moda proteksi dengan kecepatan tertinggi yang bisa dicapai. Disini kecepatan kerja rele proteksi hanya dibatasi kemampuan untuk tetap dapat bekerja secara tepat dan teliti. Bila hanya mengandalkan waktu kerja secara bertingkat maka akan ada bagian saluran yang seharusnya perlu diamankan secara cepat tidak mendapatkan perlindungan sebagaimana mestinya. Untuk mengatasi kekurangan skema waktu bertingkat maka dalam prakteknya sistim unit proteksi yang banyak digunakan untuk mengamankan sistim tenaga listrik. 100
Satu Fasa
80
sa
aan Ta ah
a Fas
40
s Fa
60 50
- Tanah
Fasa - F a
s Fa
70 a Tig
Limit Daya Stabil (%)
90
30 20
0.1
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Lama Waktu Gangguan (det)
0.8
Gambar 1.8: Relasi Limit Daya Stabil dengan Waktu Trip Pada Berbagai Macam 2,5 Gangguan
1.8
SENSITIFITAS
Sensititiftas adalah istilah yang sering timbul pada level minimum operasi seperti level arus, tegangan, daya dan lain sebagainya di mana rele atau skema proteksi dapat bekerja secara lengkap. Suatu rele disebut sensitif bila parameter operasi utamanya rendah dalam arti semakin rendah besaran parameter penggeraknya maka perangkat tersebut dikatakan semakin sensitif. Sensitifitas pada rele elektromekanikal terdahulu biasanya dikaitkan dengan kepekaan dari perangkat bergeraknya terhadap daya yang diserap dalam bentuk Volt-Ampere dimana rele bekerja. Semakin kecil VA yang dibutuhkan maka rele elektromekanik tersebut semakin sensitif. Pada rele-rele numeris, sensitifitas tidak dikaitkan lagi pada
19
perangkat kerasnya tetapi lebih pada aplikasi dan parameter trafo arus (CT-current transformer) atau trafo tegangan (VT- voltage transformer) yang digunakan.
1.9
PROTEKSI UTAMA DAN CADANGAN
Keandalan sistim tenaga listrik sudah dibahas sebelumnya, termasuk penggunaan lebih dari satu proteksi utama yang bekerja secara paralel. Dalam keadaan kegagalan atau hilangnya proteksi utama maka harus diupayakan cadangan lain untuk dapat mengisolir gangguan. Proteksi cadangan dapat dipandang sebagai perangkat lokal atau remote. Proteksi cadangan lokal dilakukan dengan proteksi yang mendeteksi gangguan-gangguan yang bagi proteksi utama dirasa tidak jelas, dimana rele cadangan lokal yang akan membuka PMT dengan waktu bertingkat. Proteksi cadangan remote tersedia dengan sistim proteksi yang mendeteksi sistim gangguan yang terlihat jelas bagi proteksi utama pada lokasi remote dan kemudian mengirim perintah trip lokal, yaitu oleh rele jarak pada zone 2 atau zone 3. Dalam kedua kasus, baik proteksi utama maupun cadangan sama-sama mendeteksi gangguan secara bersamaan, proteksi cadangan bekerja dengan waktu tunda untuk memberikan waktu pada proteksi utama dapat bekerja dengan baik sebelum rele cadangan bereaksi. Normalnya sebagai unit proteksi, kerja sistim proteksi utama akan berlangsung dengan cepat dan mengisolir bagian sistim tenaga dengan waktu yang singkat. Kerjanya sistim cadangan pada batas tertentu akan lebih lambat dan biasanya bisa berakibat terjadinya pemadaman lebih luas. Jenis proteksi cadangan yang diterapkan sejatinya terkait dengan resiko kegagalan dan relatif pentingnya nilai ekonomi sistim yang diamankan. Untuk sistim distribusi dimana waktu clearing tidak begitu kritis, rele cadangan remote dipandang sudah cukup. Sedangkan untuk sistim ekstra tegangan tinggi, dimana stabilitas sistim sangat penting, maka dua atau lebih rele-rele sejenis ataupun berbeda jenis (merek) dipasang paralel (rele jarak dan unit proteksi) untuk menjamin tripping yang andal dan cepat. Rele arus lebih sebagai cadangan tetap diperlukan sebagai alternatif terutama pada waktu pemeliharaan proteksi sistim utama. Sistim proteksi cadangan idealnya, harus terpisah sama sekali dengan sistim proteksi utama. Sebagai contoh, jaringan yang diproteksi dengan rele diferensial boleh juga dilengkapi dengan rele arus lebih dengan waktu bertingkat dan ditambah dengan rele gangguan tanah sebagai kelengkapan untuk membuka PMT dalam hal dimana terjadi kegagalan pada rele unit proteksi utama. Untuk membuat sistim yang aman dan untuk mempertahankan integritas sistim, trafo arus, trafo tegangan rele-rele, kumparan tripping PMT dan catu daya DC seharusnya perlu dibuat rangkap. Namun mengingat masalah ekonomi, ruangan dan sebagainya keadaan ideal ini jarang dilakukan dalam praktek real. Berikut ini merupakan kompromi alternatif yang bisa dilakukan. a.
20
Disediakan trafo arus dengan beberapa rangkaian sekunder sendiri-sendiri. Cara ini dirasa lebih praktis dibandingkan dengan menggunakan satu trafo arus dengan hanya satu kumparan sekunder yang digunakan secara bersama yang perlu dibuat dengan dimensi yang sangat besar karena membutuhkan
burden VA yang besar pula. Tetapi dengan rele-rele numeris metoda ini sudah jarang dilakukan, sebab rele-rele numeris yang sekarang memang mempunyai burden VA yang sangat kecil. b.
Trafo tegangan tidak perlu diduplikasi mengingat biaya dan juga untuk mengirit ruangan yang dibutuhkan. Masing-masing rele dipasok dengan proteksi sendiri-sendiri dengan menggunakan sekring atau dengan PMT dan dipantau secara terus menerus untuk memastikan tersedianya out put keluaran dari trafo tegangan. Sebuah alarm akan dimunculkan pada setiap kehilangan suply dan bila perlu dikembangkan untuk mencegah jangan sampai terjadi kegagalan operasi.
c.
Pasokan tegangan trip terhadap dua sistim proteksi harus dibuat terproteksi secara terpisah baik dengan sekring ataupun dengan menggunakan MCB. Penyediaan dua batere tripping dan duplikasi kumparan tripping boleh juga dilakukan. Sirkit tripping harus terus menerus di pantau dan disupervisi.
d.
Dalam prakteknya baik proteksi utama maupun cadangan dirancang bekerja dengan prinsip yang berbeda. Hal ini dimaksudkan agar kegagalan yang tidak umum yang dapat terjadi pada salah satu rele, diharapkan tidak terjadi pada rele lainnya.
Rele-rele dijital dan numeris boleh jadi sudah dilengkapi juga dengan fasilitas yang bisa berfungsi sebagai rele cadangan misalnya rele jarak numeris yang bisa juga difungsikan sebagai rele arus lebih dengan waktu bertingkat. Meskipun dengan pengurangan perangkat keras bisa dilakukan untuk dua fungsi sekaligus, namun harus diingat adanya resiko fatal dimana kedua fungsi gagal apabila misalnya modul sistim catu daya rele mengalami gangguan atau mendapat kerusakan. Dengan berbagai uraian diatas dapat dimengerti bahwa akseptabilitas dari berbagai pilihan tersebut haruslah mendapat pertimbangan secara seksama.
1.10
KELUARAN PERANGKAT RELE
Dalam rangka untuk mencapai fungsi-fungsi proteksi yang diharapkan, rele-rele harus dilengkapi dengan beberapa perangkat untuk menyediakan berbagai sinyal keluaran yang dibutuhkan. Berbagai jenis kontak-kontak biasanya terdapat pada rele proteksi sebagai berikut. 1.10.1 Sistim Kontak Rele-rele bisa dilengkapi dengan berbagai sistim kontak yang akan menghasilkan keluaran tripping dan untuk keperluan indikasi baik remote maupun untuk keperluan lokal. Terdapat berbagai jenis kontak yang paling umum yang dapat memenuhi kebutuhan tersebut sebagai berikut ini: a.
Reset otomatis (Self reset) Pada jenis ini kontak tetap dalam keadaan kerja selama terdapat besaran yang menggerakkannya dan kontak kembali pada posisi normal kalau besaran penggeraknya sudah hilang.
21
b.
Reset Manual atau secara elektrik Kontak jenis ini tetap bertahan pada posisi kerja meskipun besaran penggeraknya sudah hilang dan hanya bisa direset dengan manual atau dengan menggunakan rele elektromaknetik lainnya.
Kebanyakan elemen rele proteksi mempunyai kontak jenis self reset, yang sebenarnya dapat juga dimodifikasi menjadi kontak jenis manual reset dengan menggunakan rele bantu auxiliary. Kegunaan rele dengan kontak jenis reset manual adalah untuk tetap mempertahankan sinyal dalam kondisi terkunci sampai dapat di reset secara manual. Jenis kontak-kontak selalu diperlihatkan pada skematik diagram baik dalam keadaan normalnya ataupun dalam kondisi tidak bertegangan. Contoh, sebuah rele tegangan kurang, yang dalam keadaan normalnya selalu dalam keadaan energise, tetap akan digambarkan dalam kondisi tidak dalam keadaan energise. Sebuah kontak make adalah kontak yang akan tertutup pada waktu rele sedang dalam keadaan pick-up, sementara itu break contact adalah keadaan tertutup bila rele tersebut kehilangan catu daya (de energise) dan terbuka bila rele pick up. Contoh konvensi ini dapat diperlihatkan seperti pada Gambar 1.9. Reset sendiri Reset manual Kontak “make” (normally open)
Kontak “break” (normally closed)
Kerja (pick up) dengan waktu tunda
Reset (drop off) dengan waktu tunda
Gambar 1.9: Jenis-jenis kontak Rele proteksi biasanya digunakan untuk membuka PMT, dengan mekanisme tripping bisa terdiri dari kumparan salenoid yang dilengkapi dengan pembingkas yang bisa langsung mendorong kunci mekanis untuk mentrip PMT. Daya yang dibutuhkan untuk membuka PMT (Pemutus Tenaga) jaringan distribusi bisa berkisar dari 50 watt, sedangkan untuk PMT-PMT tegangan ekstra tinggi bisa sampai 3000 watt. Dalam prakteknya kumparan tripping dapat langsung di trip melalui satu rele kontak tunggal tergantung dari rating arus kontak rele tersebut. Tetapi karena satu dan hal lain kumparan tripping dapat juga dilakukan dengan beberapa rele yang dirangkai secara tandem sehingga hanya kontak rele terakhir yang perlu disesuaikan dengan daya kumparan tripping. Rangkaian dasar trip sebenarnya sederhana, terbuat dari rangkaian trip yang dikontrol secara manual (hand-trip control switch) dan atau kontak rele proteksi yang dihubungkan secara paralel untuk menghidupkan kumparan trip dari sumber daya batere, melalui kontak bantu PMT yang normalnya dalam keadaan terbuka. Kontak bantu tersebut dibutuhkan untuk membuka kumparan trip setelah PMT terbuka,
22
karena umumnya kumparan kontak rele proteksi biasanya tidak mampu untuk melakukan pekerjaan pemutusan arus rangkaian tripping yang cukup besar. Kontak bantu di buat sedemikian rupa tertutup sedini mungkin sehingga siap secara efektif terhadap gangguan yang mungkin terjadi pada waktu PMT tertutup.Bila dibutuhkan banyak kontak atau kontak dengan kemampuan mengalirkan arus cukup lumayan besar, maka pada umumnya dibutuhkan komponen-komponen interposing atau elemen kontaktor lainnya. Secara umum, rele-rele statis dan rele-rele berbasis mikroprosessor mempunyai sirkitsirkit pengukuran dan tripping yang diskrit, dimana fungsi modul pengukuran tidak terkait dengan modul tripping. Rele demikian setara terhadap rele elektromekanis yang dilengkapi dengan kontaktor tripping, sedemikian sehingga jumlah atau rating out-put tidak lagi berarti secara signifikan dibanding dengan yang sudah tersedia. Untuk gardu-gardu besar, daya (batere) tripping yang dibutuhkan oleh masing-masing PMT cukup lumayan besar juga. Lagi pula ada juga keadaan dimana satu rele proteksi harus melakukan tripping pada beberapa PMT secara bersamaan sehingga daya yang dibutuhkan pada saat itu harus memadai juga. Kadang terdapat pula kebutuhan untuk remote sinyalling, kebutuhan interlocking dengan fungsi-fungsi lainnya, misal kebutuhan auto reclosing dan fungsi-fungsi kendali lainnya yang harus dilakukan. Banyaknya pekerjaan yang mau dilakukan membutuhkan penggunaan rele tripping dengan kontak banyak, yang akan di energise oleh rele proteksi dan sekaligus menyediakan sejumlah kontak keluaran yang diperlukan. 1.10.2 Indikator-Indikator Kerja Rele-rele proteksi biasanya dilengkapi dengan indikator-indikator yang berguna untuk menunjukkan status kerja rele tersebut. Indikator-indikator tersebut disebut flag. Namun tidak setiap rele perlu dilengkapi dengan flag dan biasanya flag muncul hanya pada waktu terjadinya tripping. Indikator-indikator dengan beberapa pengecualian, biasanya terdiri dari bistable rele dan bisa digerakkan secara mekanis ataupun secara elektrik. Indikator mekanik terdiri dari penutup kecil yang direlease oleh rele proteksi untuk memunculkan flag indikator. Sementara indikator elektrik biasanya terdiri dari sebuah elemen jangkar penarik sederhana, dimana jangkar bekerja untuk merelease shutter bagian penutup untuk memperlihatkan indikator didalamnyaatau indikator lampu terutama dalam bentuk Light Emiting Diode. Untuk jenis terakhir ini, perbaikan diperoleh dengan menggunakan rangkaian memori yang digunakan untuk mengingat kejadian sehingga suatu lampu LED dapat tetap menyala meskipun gangguan sudah berlalu. Dengan berbagai kemajuan dalam relerele dijital dan rele numeris, indikator-indikator selalu dibuat bekerja secara redundan. Rele-rele selalu dilengkapi dengan indikator yang mengindikasikan kondisi pasokan daya rele dimana rele dalam keadaan menyala dan indikator lain untuk mengindikasikan bahwa rele dalam keadaan normal. Informasi peringatan atau indikator yang tersedia dapat di interogasi secara lokal melalui man machine interface seperti papan ketik dan tampilan liquid cristal display atau secara remote dengan menggunakan kanal komunikasi yang tersedia.
23
1.11
TRIPPING CIRCUIT
Rangkaian tripping adalah salah satu komponen yang sangat penting dalam sistim proteksi sebab walaupun sederhana namun kelalaian pada waktu perancangan dapat mengakibatkan kegagalan yang pada akhirnya bisa berakibat fatal terhadap sistim tenaga listrik. Dan meskipun rele-rele mutakhir sudah dilengkapi dengan kontakkontak rele proteksi yang bisa tahan hingga beberapa puluh amper, namun mengingat harga rele yang mahal pada umumnya jarang kontak-kontak rele proteksi dihubungkan langsung dengan kumparan tripping alat pemutus tenaga PMT. Pada prakteknya kontak-kontak rele proteksi sering harus dilindungi dari kerusakan akibat salah kerja. Dalam prakteknya terdapat tiga jenis rangkaian pelindung yang umum digunakan yaitu perlindungan seri, penguatan paralel dan penguatan paralel dengan perlindungan seri yang masing-masing dapat digambarkan seperti terlihat pada Gambar 1.10. PR
52a
TC
-
+ Rele Pelindung
a)
Trip coil dihubung seri PR
52a
TC
-
+ Rele Pelindung
b) Diperkuat secara paralel PR
52a
TC
+
-
Rele Pelindung
c)
Trip coil yang diperkuat secara paralel dengan perlindungan Dimana; 52a = Kontak bantu PMT TC = Kumparan tripping PR = Kontak rele proteksi Gambar 1.10: Rangkaian tripping tipikal
Pada rele elektromekanik, indikator yang bekerja secara elektrik dibuat bergerak hanya sesudah penutupan kontak utama terjadi secara sempurna, hal ini dimaksudkan untuk menghindari gesekan beban tambahan pada elemen pengukur, yang pada jenis rele tertentu sering terkendala. Bila mau menggunakan indikator yang terkait langsung dengan kontak utama maka rancangannya harus dibuat tanpa menimbulkan kesulitan untuk menggerakkan indikator. Dalam hal ini indikator harus bekerja pada waktu kontak utama bekerja, namun indikator tersebut harus tidak boleh mendahului kerjanya kontak utama. Hal ini dimaksudkan untuk menghindarkan terjadinya indikasi tripping sebelum kerja tripping terlaksana secara lengkap.
24
Pada rele dijital dan rele numeris, fungsi dan cara-cara tripping terdahulu sudah jauh ketinggalan dan tidak digunakan lagi. Kontak-kontak bantu miniature sudah tersedia bersama-sama dengan rele sebagai kontak keluaran yang dapat digunakan langsung untuk menggerakkan rangkaian tripping alat pemutus tenaga. Keterbatasan kontak untuk melalukan arus dan perlunya untuk menghindarkan kontak memutuskan arus trip coil secara langsung dengan kumparan tripping mengisyaratkan perlunya mendisain dan menata rangkaian tripping sedemikian sehingga sistim dapat bekerja dengan keandalan yang tinggi. Meskipun berlaku hanya pada rele-rele elektro mekanis namun sebagai bahan acuan historis dan untuk memberikan gambaran yang lebih jelas maka jenis-jenis dan cara-cara perlindungan rangkaian tripping diatas perlu diuraikan lebih lanjut sebagaimana pada uraian-uraian berikut ini. 1.11.1 Perlindungan Seri Pada sistim perlindungan seri seperti terlihat pada Gambar 1.10.c, kumparan pelindung dihubung seri dengan rangkaian tripping coil. Kerjanya digerakkan dengan arus trip yang dipicu oleh bekerjanya kontak rele proteksi. Kontak rele pelindung kemudian akan bekerja membypass kontak tripping PR secara paralel. Dengan demikian rele proteksi dapat terbebas dari tugas lebih jauh untuk mempertahankan arus dapat terus mengalir pada rangkaian tripping tanpa memerlukan kontak tripping. Meskipun rele pelindung terhubung seri namun waktu tripping total tidak boleh terpengaruh. Disini indikator tripping baru bekerja setelah kumparan tripping selesai melakukan tripping dengan sempurna. Kesulitan rancangan perlindungan seri ini adalah tingkat akurasi kerja yang perlu ditala sehingga impedansi rele pelindung dapat dipandang sebagai suatu elemen yang utuh dengan kumparan tripping yang tidak boleh mempengaruhi waktu kerja sistim proteksi. Disini impedansi kumparan pelindung harus rendah sedemikian rupa sehingga tegangan jatuh yang terjadi pada rele pelindung ini tidak boleh lebih dari 5% tegangan catu daya. Bila digunakan rele tripping kecepatan tinggi yang sekaligus memutuskan arus yang mengalir pada kumparan mereka sendiri maka elemen pelindung harus mampu mengasup indikator kerja secara cepat sebelum arus yang mengalir diputuskan. Persyaratan-persyaratan tersebut akan menjadi faktor pertimbangan yang membatasi sehingga dalam praktek sistim perlindungan seri ini jarang digunakan. 1.11.2 Penguatan Paralel Penguatan rele secara paralel dikembangkan untuk mengatasi kesulitan dan perlunya akurasi pada sistim perlindungan seri. Pada penguatan paralel diperlukan dua buah kontak rele proteksi yaitu satu dihubung langsung dengan kumparan tripping alat pemutus tenaga sedang kontak kedua digunakan untuk mengumpan rele pelindung. Pada waktu rele kerja arus akan terhubung langsung dengan kumparan tripping, namun dengan waktu yang sangat cepat kontak tersebut akan dibypass oleh salah satu kontak rele pelindung sedang kontak pelindung lainnya akan digunakan untuk mempertahankan pasokan daya pada kumparan pelindung sampai tripping selesai dengan sempurna. Dari skematik diagram seperti pada Gambar 1.10.b terlihat bahwa salah satu kontak pelindung akan melindungi kontak rele tripping sedang secara
25
bersamaan akan memperkuat pasokan daya yang diperlukan kumparan trip hingga proses tripping dapat berlangsung dengan sempurna. Masalah yang timbul pada penguatan paralel ini adalah apabila kontak rele proteksi tetap bertahan (lengket) sehingga meskipun PMT sudah trip sempurna namun rele indikator tidak bisa direset ke posisi normal. Hal ini bisa diatasi dengan menggunakan kombinasi rangkaian penguat paralell dan perlindungan seri sebabai berikut. 1.11.3 Penguatan Paralel Dengan Perlindungan Rangkaian ini merupakan perbaikan rangkaian penguatan paralel dimana kontak lain PR yang menggerakan rele dilindungi (bypass) dengan kontak bantu rele pelindung seperti pada gambar 1.10.c. Lagi pula untuk menghindarkan kemungkinan kemacetan reset, rele pelindung tidak dihubungkan langsung dengan polaritas negatip batere tetapi melalui salah satu kontak bantu PMT. Sementara itu untuk memantapkan kerja tripping maka rele pelindung ini dihubungkan dengan salah satu kontak bantunya sehingga rele pelindung tersebut akan tetap kerja meskipun terjadi getaran mekanis yang dapat mempengaruhi kerja kontak rele proteksi. Susunan rangkaian penguatan paralel dengan perlindungan seri ini dapat menghasikan sebuah rangkaian tripping yang dapat bekerja lebih baik dan terjamin meskipun misalnya ada kemungkinan kontak bergetar baik karena getaran mekanis ataupun karena ketidak sempurnaan yang melekat pada kontak rele proteksi tersebut. Disamping itu kontak rele pelindung ini juga berfungsi untuk mencegah kerusakan kontak rele proteksi dari arus yang berlangsung lama yang mungkin disebabkan karena gejala kontak melekat karena pengaruh histerisis. Namun seperti dijelaskan diatas, hal yang perlu diperhatikan pada sistim ini adalah perlunya menyediakan kontak bantu PMT tambahan yang perlu dihubung seri dengan kumparan rangkaian pelindung.
1.12
PEMANTAUAN RANGKAIAN TRIP
Rangkaian trip sistim-sistim tenaga listrik adalah rangkaian kendali yang sangat penting yang setiap saat kalau diperlukan harus siap untuk melakukan tripping terhadap gangguan yang setiap saat bisa terjadi. Berbeda dengan rangkaian kendali untuk menutup PMT, rangkaian trip pemutus tenaga sistim tenaga listrik adalah rangkaian yang dirancang tidak boleh gagal bila sewaktu-waktu diperlukan untuk melaksanakan perintah trip khususnya karena gangguan. Oleh karena itu untuk menjamin rangkaian tersebut tersedia setiap saat, maka kondisi dan integritas rangkaian tersebut perlu di pantau sehingga kalau ada gangguan pada rangkaian tersebut segera dapat diberitahukan kepada operator sehingga langsung dapat diadakan perbaikan seperlunya. Rangkaian pemantau rangkaian trip (trip circuit supervision) terdiri dari susunan kontak rele proteksi, kontak auxiliary circuit breaker, lampu-lamu, rangkaian tripping termasuk semua kabel-kabel wiring dan terminal-terminal blok yang digunakan sebagai inter-media. Komponen-komponen tersebut di interkoneksikan satu sama lain sedemikian sehingga dapat dibuat untuk melakukan pemantauan integritas rangkaian tripping. Susunan rangkaian tersebut disebut sebagai trip circuit supervision. Salah satu rangkaian trip
26
circuit supervision sederhana terdiri dari lampu tanda rangkaian dalam kseadaan sehat, sebagaimana terlihat pada Gambar 1.11.a. Tahanan yang dihubung seri dengan lampu adalah pembatas yang dipilih sedemikan sehingga tripping coil tidak bisa mentrip PMT yang mungkin bisa terjadi karena ada hubung singkat pada internal rangkaian tripping seperti misalnya terhubung singkatnya lampu tersebut. Susunan rangkaian tersebut dapat digunakan untuk men-supervisi kontinuitas rangkaian tripping pada waktu PMT dalam keadaan tertutup. Gambar 1.11.b memperlihatkan cara lain dengan menggunakan kontak bantu tambahan yang dalam keadaan normal tertutup dan sebuah unit tahanan yang dapat melaksanakan tugas supervisi baik pada waktu PMT tertutup ataupun dalam keadaan terbuka. Cara lain adalah dengan menambahkan tombol tekan tambahan yang dalam keadaan normal terbuka yang dihubungkan secara seri dengan lampu sehingga indikasi supervisi dapat dilihat hanya bila kita perlukan yaitu dengan menekan tombol tekan tersebut. Skema rangkaian dengan menggunakan lampu untuk mengindikasikan kontinuitas sirkit sebenarnya sudah cukup baik dan memadai bagi suatu instalasi yang dikontrol secara lokal, tetapi bila membutuhkan indikasi yang perlu dikirimkan ke tempat yang jauh maka rangkaian tersebut perlu dikembangkan dengan menggunakan sistem rele seperti terlihat pada Gambar 1.11.c. Bila sirkit dalam kedaan sehat, maka satu dari rele A atau B atau keduanya bekerja untuk mengenergise rele C. Agar dimungkinkan untuk men drop off rele C maka kedua rele A dan rele B harus reset. Rele A, B dan C dibuat terdiri rele jenis pewaktu (time delay) yaitu untuk dapat disusun sedemikian dapat mencegah spurious alarm selama operasi tripping ataupun selama proses penutupan PMT. Tahanan di dipasang terpisah dari rele dan harganya dipilih sedemikian rupa sehingga bila salah satu komponen tahanan tersebut terhubung singkat tetap tidak dapat menyebabkan kerusakan. Tegangan catu dc untuk keperluan alarm harus dibuat terpisah dan tidak tergantung dari tegangan catu rangkaian tripping sedemikian sehingga indikasi selalu tersedia meskipun terjadi gangguan suply pada rangkaian tripping. Gambar 1.11.d menunjukkan implementasi supervisi skema tirp circuit dengan menggunakan fasilitas rele numeris modern. Indikasi remote maupun kontak-kontak auxiliary tambahan dapat diprogram melalui programable logik control yang tersedia pada rele proteksi tersebut. PR
52a
TC
-
+
a). Supervisi (Jaga) pada waktu PMT dalam keadaan tertutup PR
+
52a 52b
TC
-
b). Supervisi pada waktu PMT tertutup atau dalam keadaan terbuka
27
PR
52a
TC
-
+ A
+
B
-
C
Alarm
c). Supervisi (jaga) pada waktu PMT dalam keadaan tertutup atau terbuka dengan fasilitas alarm remote Trip
+ Trip
Rangkaian TCS 1 Tahanan drop
-
PMT
Rangkaian TCS 2
52a
TC
52b
Rele Numeris
d). Rangkaian Trip Circuit Pada Rele Numeris Yang Sudah Dilengkapi Dengan Rangkaian Penjaga (TCS) Gambar 1.11: Supervisi Rangkaian Tripping
1.13
HARGA-HARGA PER UNIT DAN PERSEN
1.13.1 Pendahuluan Pada umumya suatu sistim tenaga listrik terdiri atas interkoneksi beberapa subsistim jaringan dengan level tegangan yang satu sama lain berbeda-beda. Jarang ditemukan suatu sistim tenaga listrik yang hanya terdiri dari satu level tegangan kecuali sistimsistim kecil yang berdiri sendiri untuk daerah pelayanan yang terbatas. Di Indonesia khususnya di Jawa, Madura dan Bali sistim kelistrikan sudah saling ter-interkoneksi satu sama lain dan beroperasi pada dua jenis tegangan transmisi yaitu 150 kV dan 500 kV dan pada beberapa daerah tertentu masih ada subtransmisi bertegangan 70 kV. Sementara tegangan Generator juga bervariasi sesuai dengan jenis dan kapasitasnya. Meskipun tidak ada standar khusus yang mengatur tegangan keluaran generator namun pada umumya tegangan generator di Jawa-Madura dan Bali antara lain mulai dari 6.6, 11 sampai 24 kV. Tegangan distribusi biasanya 20 kV, sedang tegangan distribusi 6.6 atau 30 kV yang dulu sempat digunakan pada berbagai daerah sudah ditinggalkan. Untuk mempermudah perhitungan-perhitungan dalam sistim tenaga listrik, sering besar tegangan, arus, daya dalam kilovolt-amper, nilai impedansi dalam
28
ohm, fluks dan besaran listrik lainnya dinyatakan dalam satuan per unit atau dalam persen. Penggunaan harga per unit atau harga dalam persen telah dilakukan secara luas mengingat besaran-besaran per unit atau dalam persen ini sangat memudahkan dan menyederhanakan perhitungan-perhitungan terutama pada sistim yang berbedabeda level tegangannya maupun kesulitan-kesulitan karena berbagai ukuran sistimsistim mulai dari pembangkit hingga tansmisi daya. Uraian satuan per-unit atau dalam persen yang akan kita tinjau adalah yang berlaku pada sistim tenaga listrik tiga fasa yang seimbang. Ini berarti bahwa magnitude sumber-sumber tegangan fasa adalah identik dan tergeser satu dengan lainnya 0 sebesar masing-masing 120 dan impedansi sistim tiga fasa adalah identik satu sama lain baik dalam besaran atau magnitude dan sudut fasanya. 1.13.2 Definisi Satuan Per Unit Dan Persen Sebagaimana telah disebut diatas bahwa dalam sistim tenaga listrik, besaran-besaran tegangan, arus, daya KVA, impedansi dan sebagainya sering dinyatakan dalam harga persen atau per unit. Sebagai contoh bila misalnya tegangan 150 kV dipilih sebagai tegangan dasar maka tegangan 135 kV, 115 kV, 70 kV, 275 kV dan 500 kV berturutturut akan menjadi 0.9, 0.77, 0.467, 1.83 dan 3.33 per unit atau dalam persen berturut-turut menjadi 90, 77, 46.7, 183 dan 333 persen. Harga per unit setiap besaran didefenisikan sebagai perbandingan antara harga sebenarnya dengan harga atau nilai dasar. Rasio dalam persen adalah 100 kali harga per unitnya. Kedua satuan ini akan lebih mempermudah perhitungan-perhitungan sistim tenaga listrik dibandingkan dengan menggunakan satua-satuan konvensional seperti amper, ohm atau volt. Satuan per unit khususnya akan lebih menguntungkan dibanding dengan satuan dalam persen khususnya dalam perkalian dua besaran dimana perkalian dua besaran dalam per unit akan tetap mempunyai satuan per unit, sedang perkalian dua besaran dalam persen harus selalu dibagi dengan 100 untuk mempertahankan satuannya tetap dalam persen. Untuk jelasnya satuan per unit dapat dinyatakan 5 sebagai berikut : ...... 1.1 ..… 1.2 Dengan demikian kedua besaran per unit dan persen tidak mempunyai dimensi, sementara itu besaranya aktual, adalah besaran skalar atau besaran kompleks yang dinyatakan sesuai dengan dimensi dan satuan masing seperti volt, amper, watt, ohm dan lain-lain. Nilai dasar dapat dipilih secara bebas tergantung pada besaran yang paling disukai. Besaran volt, amper, volt amper dan impedansi adalah besaran-besaran yang saling berhubungan pada harga dasar sedemikian untuk setiap pemilihan dua harga dasar akan menentukan harga dua besaran lainnya. Bila ditentukan harga dasar tegangan dan arus, maka harga dasar impedansi dan volt-amper dapat ditentukan. Harga dasar impedansi adalah besarnya tegangan jatuh yang sama besarnya dengan tegangan dasar bila arus yang mengalir pada impedansi tersebut sama dengan harga dasar arus. Harga dasar volt-amper pada sistim fasa tunggal adalah hasil perkalian
29
antara tegangan dasar dengan arus dasar. Biasanya volt-amper dasar dan tegangan dasar dalam kilo-volt adalah besaran-besaran adalah besaran yang dipilih untuk menentukan besaran dasar. Untuk sistim satu fasa atau tiga fasa dimana istilah arus yang dimaksud adalah arus yang mengalir pada saluran, sedangkan tegangan yang dimaksud adalah harga tegangan fasa ke netral dan daya volt-amper adalah daya per fasa. Rumus-rumus berikut memberikan relasi antara berbagai harga-harga tersebut, sebagai berikut: ......................... 1.3 ............................... 1.4 ................... 1.5 ............................. 1.6 ........................................ 1.7 ...................................... 1.8 .....1.9 Tanda-tanda 1ф dan L-N masing-masing menandakan nilai per fasa dan tegangan line ke netral. Penggunaan dan aplikasi rumus-rumus diatas termasuk penggunaan satuan per unit dan persen sistim dalam sistim tiga fasa akan dibahas lagi secara lebih mendalam pada bagian 1.13.4 lebih lanjut. 1.13.3 Keuntungan-Keuntungan Besaran Per Unit Dan Persen Beberapa keuntungan penggunaan satuan Per Unit dan Persen dapat diuraikan sebagai berikut :
30
1.
Impedansi ekivalen per unit setiap transformer adalah sama dilihat dari sisi 5,8 primer maupun sisi sekunder .
2.
Impedansi trafo pada sistim tiga fasa adalah sama, tanpa perlu memperhatikan jenis hubungan trafo misalnya pada hubungan Y-Y, delta-wai, wai-delta atau delta-delta.
3.
Satuan per unit tidak tergantung pada perubahan tegangan dan pergeesaran sudut fasa karena melalui transformator dan tegangan dasar dalam kumparan adalah sesuai dengan jumlah belitan dalam kumparan.
4.
Fabrikan biasanya menentukan impedansi equipment dalam per unit atau persen pada daya dasar (kVA atau MVA) atau tegangan dasar (V atau kV). Sehingga rating impedansi dapat digunakan laungsung bila harga dasar yang digunakan sama dengan harga dasar yang tertera di plat nama perangkat tersebut.
5.
Impedansi per unit dari berbagai rating peralatan yang berbeda-beda berada dalam skala yang sempit, sementara pada nilai impedansi aktuannya mereka dapat saling berbeda jauh. Dengan demikian, bila nilai aktualnya tidak diketahui, maka harga pendekatan yang sesuai dapat ditentukan. Harga-harga tipikal untuk berbagai jenis equipment selalu tersedia yang bisa diperoleh dari berbagai sumber dan buku-buku referensi. Demikian pula kebenaran satuan yang ditentukan dapat diperiksa jika harga-harga tipikalnya diketahui.
6.
Dengan menggunakan satuan per unit atau persen maka kebingungan antara daya sistim satu fasa dengan daya sistim tiga fasa akan berkurang. Demikian kesulitan dalam hal konversi antara tegangan kawat-kawat dan tegangan kawat ke netral akan menjadi lebih sederhana.
7.
Satuan per unit sangat berguna dalam simulasi analisa sistim steady state dan dalam analisa keadaan transien sistim tenaga.
8.
Dalam perhitungan-perhitungan gangguan maupun perhitungan-perhitungan tegangan sumber atau tegangan driving (sumber) biasanya diasumsikan sama dengan 1.0 p.u.
9.
Hasil perkalian antara dua besaran dalam per unit tetap mempunyai dimensi yang sama, sementara agar satuan dari perkalian dua besaran dalam persen tetap dalam persen maka hasil perkalian tersebut harus dibagi dengan 100. Itulah sebabnya dalam berbagai perhitungan lebih disukai menggunakan satuan dalam per unit ketimbang dalam persen.
10. Representasi data-data suatu sistim tenaga listrik dalam satuan per unit lebih mudah diartikan dibandingkan representasi data-data konvensional karena pada sistim tenaga yang sama dapat dibandingkan langsung. 1.13.4 Relasi Umum Besaran-Besaran Sistim Tenaga Listrik Sebelum melanjutkan diskusi tentang penggunaan satuan per unit, marilah meninjau relasi antara berbagai besaran yang berlaku umum dalam sistim tenaga listrik tiga fasa. Pembicaraan difokuskan pada jenis hubungan wai-delta sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 1.12 seperti berikut. Untuk kedua jenis hubungan ini persamaan berikut dapat diberlakukan. ................ 1.10 ...................... 1.11 ........................... 1.12 Dimana adalah daya semu dalam satuan volt-amper (VA, kVA, MVA), P adalah daya aktif dalam watt (W, kW, MW) dan Q adalah daya reaktif dalam var (VAR, kVAR, MVAR).
31
IL
a
Zy
VLN VLL
IL ID N
Zy
a
ZD
Zy
ZD
ZD
b c
b c
(a) Hubungan Way - Y
(b) Hubungan Delta -
Gambar 1.12 : Hubungan Impedansi-impedansi pada sistim tiga fasa Dari ketiga persamaan diatas dapat ditentukan besarnya impedansi dan arus dalam kumparan delta sebagai berikut. 1.
Impedansi terhubung Y (Gambar 1.12.1a)
................................ 1.13 2.
Impedansi terhubung delta (Gambar 1.12.1b) .....................................1.14
........................................1.15 .....................................1.16 Persamaan-persamaan diatas memperlihatkan bahwa besaran-besaran S, V, I dan Z saling berkorelasi sehingga pemilihan setiap dua besaran tersebut dapat digunakan untuk menentukan dua besaran lainnya. Biasanya, jenis hubungan diasumsikan adalah hubungan Y (wai), sehingga persamaan 1.10 sampai dengan persamaan 1.13 adalah persamaan yang paling umum digunakan pada perhitungan-perhitungan sistim tenaga listrik. Perlu di ingat bahwa asumsi hubungan Y digunakan dan bukan hubungan delta yaitu adalah untuk menghindari kerancuan. Bila digunakan hubungan delta maka untuk keperluan perhitungan dia harus dikonversikan ke besaran-besaran Y. Pada persamaan 1.13 sampai persamaan 1.15 impedansi-impedansi kumparan dalam hubungan Y dianggap sama. Dari persamaan-persamaan ini atau .
32
Persamaan ini sangat berguna dalam perhitungan-perhitungan yaitu untuk mengkonversikan impedansi hubungan delta menjadi hubungan Y ekivalen. Sebaliknya bila diperlukan maka persamaan-persamaan 1.15 dan 1.16 dapat digunakan langsung untuk menyatakan impedansi dan arus dalam besaran atau kuantitas hubungan delta. 1.13.5 Besaran-Besaran Dasar Untuk lebih mengurangi banyak simbol maka dalam uraian lebih lanjut simbol daya semu S diganti dengan kVA dan MVA, sedang volt diganti dengan kV. Besaran dasar adalah besaran skalar, sehingga bilangan fasor tidak diperlukan dalam persamaanpersamaan dasar. Dengan demikian persamaan-persamaan untuk harga-harga dasar dapat dinyatakan dari persamaan 1.13, 1.15 dan persamaan 1.16 dengan subkrip B untuk menandakan basis atau dasar sebagai berikut: Untuk daya dasar : Untuk arus : Untuk impedansi :
....................1.17 .................. ..........................1.18 ..........................1.19
Dan mengingat 1000 X harga MVA kVA, maka impedansi dasar dapat juga dinyatakan sebagai berikut: ....................................1.20 Dalam studi-studi sistim tenaga praktek-praktek yang umum digunakan sebagai tegangan dasar adalah tegangan nominal dan kVA atau MVA dapat digunakan sebagai daya dasar. Daya dasar 100 MVA banyak digunakan dalam perhitungan-perhitungan. Tegangan sistim yang biasanya ditentukan adalah tegangan fasa ke fasa. Inilah tegangan yang digunakan sebagai tegangan dasar pada persamaan 1.17 hingga persamaan 1.20. Dengan menganggap tegangan selalu tegangan fasa ke fasa maka untuk lebih lanjut kita gak pakai lagi tanda LL untuk menyatakan kawat ke kawat. Namun ada pengecualian yaitu pada analisa komponen simetris dimana tegangan yang digunakan adalah tegangan fasa ke netral. Hal ini perlu diperhatikan agar dalam praktek jangan sampai salah perhitungan. Lebih lanjut jika tidak ada catatan maka yang dimaksud dengan daya selalu diartikan sebagai daya sistim tiga fasa. Daya semu dinyatakan dengan kVA atau MVA, sedang daya aktif dinyatakan dengan kW atau MW dan daya reaktif dinyatakan dengan kVAR atau MVAR. 1.13.6 Hubungan Per Unit Impedansi Dengan Persen Impedansi Impedansi dalam per unit ditentukan dalam ohm dari persamaan 1.9 dengan mensubsitusikannya ke dalam persamaan 1.20 sebagai berikut: ............. ............... 1.21
33
Atau dalam notasi persen, .............................1.22 Jika kita menginkan nilai impedansi dalam ohm diambil dari harga per unit atau dari harga persen, maka persamaan impedansi akan menjadi sebagai berikut; ............ 1.23 ...........1.24 Harga impedansi bisa dalam bentuk skalar atau dalam bentuk phasor. Persamaanpersamaan diatas berlaku juga dalam perhitungan-perhitungan tahanan maupun reaktansi. Satuan per unit dianjurkan digunakan pada waktu pembagian karena dapat terhindar dari kesalahan pembulatan bilangan dibelakang koma (desimal). Tetapi apakah menggunakan satuan per unit atau dalam persen sesungguhnya tergantung kesukaan orang yang menggunakannya, yang penting harus dilakukan hati-hati sehingga tidak terjadi kesalahan yang mestinya tidak perlu terjadi. Beberapa ahli menganjurkan bahwa ke hati-hatian dan perhitungan-perhitungan redundansi penandaan (label) perlu dilakukan pada waktu praktek dilapangan sehingga hasil perhitungan dapat dipertanggung jawabkan sebagaimana mestinya. Sering ditemukan dalam laporan dengan akan tanpa label misal 96.3 tanpa label, lalu orang mencoba mengartikannya ini besaran apa, apakah tegangan, arus atau satuan per unit atau apa, jadi bisa membingungkan. Oleh karena itu diharapkan agar para insinyur yang berkecimpung dalam perhitunganperhitungan sistim tenaga mempunyai komitmen kerja dan disiplin yang baik sehingga kebingungan-kebingungan seperti diatas dapat dihindarkan. Arus dalam amper atau impedansi dalam ohm harus mengacu ke tegangan dasar spesifik atau terhadap sisi primer atau sisi sekunder trafo. Tegangan dalam volt harus jelas terhadap kumparan yang mana, apakah terhadap kumparan primer atau sekunder, sisi tegangan tinggi atau sisi tegangan rendah demikian seterusnya. Pada waktu kita menentukan impedansi, tahanan atau reaktansi dalam per unit, dua satuan dasar harus di jelaskan. Dasar MVA atau kVA dan kV ditentukan dengan persamaan-persamaan 1.21 sampai 1.24. Tanpa kedua besaran dasar ini maka satuan per unit atau persen menjadi tidak berarti apa-apa. Pada umumnya untuk perangkat-perangkat sistim tenaga kedua satuan dasar tersebut dinyatakan pada papan nama (name plate) equipment tersebut atau pada gambargambar yang diberikan pabrik atau dari dokumen data-data lainnya yang diberikan.Kalau terdapat beberapa rating (penanda), maka pada umumnya asumsi penggunaan rating normal untuk menghitung harga per unit atau persen dianggap benar. Pada dasarnya, bila terdapat beberapa harga rating maka pabrik pembuat selalu menambahkan catatan secara sepesifik tentang nilai-niali dasar yang digunakan untuk menyatakan satuan per unit atau persen.
34
Gambar-gambar harus selalu mengindikasikan secara jelas dasar MVA atau kVA yang digunakan, khususnya pada sistim satuan impedansi yang telah direduksi terhadap harga umum yang dinormalisir dimana terdapat berbagai jenis tegangan sistim. Bila tidak demikian maka impedansi per unit dan persen setiap equipment pada setiap gambar dan dokumen lainya harus di ikuti dengan tegangan dan daya dasar yang digunakan. Untuk tegangan dalam per unit atau dalam persen, maka yang diperlukan hanya tegangan dasar yang diperlukan. Misalnya tegangan 90% dari sistim 150 kV berarti adalah 135 kV. Sementara itu untuk menyatakan arus dalam per unit atau dalam persen maka diperlukan satu atau dua harga dasar. Kalau ditentukan harga dasar arus maka harga dasar arus tersebut sudah cukup untuk menentukan harga per unit atau persennya. Misal bila dinyatakan arus 0.90 per unit pada harga dasar 1000 A, maka nilai arus tersebut adalah 900 A. Pada kasus-kasus tertentu dimana lebih umum menggunakan dasar MVA (atau kVA) dan kV maka persamaan 1.18 dengan persamaan 1.20 digunakan untuk menghitung harga dasar. Pada harga dasar 100 MVA, maka arus dasar adalah sebagai berikut: 385,35 A pada tegangan dasar 150 kV.........1.25 Dengan demikian maka harga arus 385.35 A adalah 1 per unit atau 100% pada sistim tegangan 150 kV. 1.13.7 Impedansi Transformator Dalam Per Unit Dan Persen Sebagaimana telah diindikasikan pada bagian 1.13.3, salah keuntungan dengan menggunakan satuan per unit atau per sen adalah bahwa perhitungan-perhitungan sistim tidak lagi tergantung dengan jenis tegangan dan sudut pergeseran fasa-fasa karena melaui trafo-trafo yang terdapat pada sistim, sebab tegangan dasar pada berbagai terminal yang berbeda adalah proporsional terhadap jumlah belitan-belitan pada kumparan-kumparan terkait. Untuk lebih jelasnya hal tersebut dapat dilihat pada analisa berikut. Pada dasarnya impedansi pada satu sisi sebuah trafo di nyatakan oleh pangkat dua perbandingan rasio trafoatau sama dengan pangkat dua perbandingan tegangan primer dan sekunder bila tegangan-tegangan adalah identik dan proporsional terhadap jumlah belitan pada masing-masing kumparan primer dan sekunder. Dengan demikian pada trafo satu fasa seperti pada Gambar 1.13 dibawah, impedansi ZY pada jumlah belitan kumparan NY bisa hadir sebagai ZX dan NX pada sisi kumparan lain sebagai berikut; (Ω) .............1.26 Impedansi dasar pada kedua sisi trafo diperoleh dari persamaan 1.20 sebagai berikut, .............................1.27
35
Trafo NX
ZX
NY
VX
VY
ZY
Gambar 1.13 : Impedansi satu fasa dari sistim tiga fasa Dimana
adalah pada dasar sisi X, sedang ...........................1.28
Dimana adalah pada dasar sisi Y. Dengan mengambil perbandingan rasio ZXB dengan ZYB maka hasilnya dapat dinyatakan sebagai berikut. ....................1.29 Dimana jumlah beilitan-belitan adalah identik dan proporsional terhadap tegangan. Impedansi per unit yang dapat diperoleh dari persamaan 1.9 dan persamaaan 1.26 adalah sebagai berikut.
..................................1.30 Dengan demikian seperti telah disebut diatas impedansi dalam per unit adalah sama untuk kedua sisi trafo. Contoh; Pandanglah sebuah trafo Tr 150/20 kV, 50 MVA, X 10%. Artinya harga , X = 10% dihitung pada Daya dasar 50 MVA , Tegangan dasar 20 kV dilihat dari sisi kumparan 20 kV adalah sama dengan perhitungan nilai X bila dilihat dari sisi kumparan 150 kVnya. Dengan demikian nilai impedansi dalam per unit atau dalam persen tidak tergantung pada level tegangan dan jenis hubungan kumparan-kumparan apakah Wai-Delta; Delta-Wai; Y-Y atau Delta-Delta. Hal tersebut menandakan bahwa impedansi dalam per unit maupun dalam persen sepanjang sistim tenaga listrik tidak tergantung dari level tegangan asalkan menggunakan daya dasar MVA yang sama dan perbandingan lilitan kedua kumparan adalah identik dengan perbandingan antara tegangan-tegangan. Impedansi aktual trafo dalam ohm antara sisi 20 kV dengan 150 kV adalah berbeda sebagaimana dapat ditunjukkan dengan persamaan berikut.
36
Dengan menggunakan persamaan 1.24, dilihat dari sisi 20 kV dan sisi 150 kV diperoleh; .........................................1.31 ........................................1.32 Dengan menggunakan persamaan 2.26 kebenaran ini dapat diperiksa ulang sebagai berikut; ............................1.33 1.13.8 Impedansi-Impedansi Generator Dalam Per Unit Dan Persen Harga impedansi generator bisanya dicantumkan oleh pabrik-pabrik pembuat dan biasanya dinyatakan dalam per unit pada MVA dasar yang biasanya sama dengan nilai rating dari generator tersebut. Jika pabrik tidak mencantumkan harga-harga tersebut harga-harga satuan per unit biasanya berada pada kisaran yang cukup masuk akal untuk dapat memperkirakan besaran-besaran tersebut untuk dapat digunakan pada studi-studi sistim tenaga listrik. Dalam prinsipnya impedansi generator adalah sangat dominan induktif. Sementara tahanan generator adalah relatif kecil pada batas tertentu dalam studi gangguangangguan dapat diabaikan. Lembaran data generator umumnya memperlihatkan beberapa klassifikasi harga reaktansi yang berbeda. Kita perlu memahami arti dari berbagai jenis reaktansi yang tersedia untuk ditentukan mana yang paling sesuai dengan studi yang mau dilakukan. Harga reaktansi normalnya disediakan untuk direct-axis dan untuk quadrature-axis dari mesin. Xd adalah simbol yang digunakan untuk harga reaktansi direct-axis dan Xq adalah simbol yang diberikan untuk menandakan reaktansi quadratute-axis. Xd biasanya digunakan untuk keperluan studi gangguan-gangguan karena fluks direct-axis ini yang lebih berpengaruh ketimbang fluks-fluks lain yang mengalir dalam generator pada waktu gangguan-gangguan, sebagaimana sudut fasa arus gangguan yang sangat tertinggal. Reaktansi generator juga bervariasi terhadap waktu mengikuti waktu terjadinya gangguan. Gejalah ini disebabkan karena pada saat hubung singkat terjadi, medan fluks bocor dalam generator tidak bisa berubah seketika. Fluks diperlukan untuk mengurangi fluks celah udara sesuai dengan turunnya tegangan terminal generator yang disebabkan oleh gangguan, dengan demikian pada satu saat fluks tersebut akan mengalir melalui media yang non-metalik dengan reluktansi yang tinggi sehingga secara otomatis reaktansi generator menjadi rendah. Terdapat tiga macam reaktansi generator yang bisa diberikan untuk memperlihatkan perubahan kondisi-kondisi tadi. Yaitu reaktansi subtransient (X”d), yaitu reaktansi yang nilai paling kecil yang memperlihatkan reaktansi generator pada waktu awal terjadinya gangguan dan berlangsung beberapa siklus (cycles) sampai efek dan pengaruh kumparan damper terhadap perubahan fluks bisa dihilangkan. Dalam praktekya reaktansi subtransien ini dianngap berlangsung enam siklus pertama sesudah gangguan terjadi. Kemudian reaktansi transien (X’ d) yang dalam prakteknya mempunyai harga lebih tinggi dari harga reaktansi subtransien dan berlangsung mulai
37
dari siklus ke enam hingga sampai siklus 30 hingga 40 yaitu sejak terjadinya gangguan. Kemudian reaktansi sinkron Xd adalah reaktansi yang nilainya paling besar daintar reaktansi-reaktansi generator dan reaktansi ini senantiasa ada dalam keadaan steady state. Harga reaktansi sinkron sebuah generator pada umumnya bernilai lebih dari 1(satu) per unit. Harga-harga reaktansi generator dalam kondisi saturasi dan nonsaturasi biasanya juga tersedia dalam suatu mesin. Harga reaktansi dalam kondisi saturasi ditandai dengan subskrip “v” dan dalam kondisi tidak saturasi dengan subkrip “i”. Dalam studi-studi sistim proteksi, sering harga gangguan terbesar yang paling signifikan dalam menetukan setelan rele. Demikian juga harus dicatat bahwa pada waktu gangguan, harga tegangan selama terjadinya gangguan biasanya turun lebih kecil dari tegangan normalnya. Akibatnya pada kondisi ini generator tidak akan berada dalam tahap atau kondisi saturasi. Oleh karena itu dalam studi gangguan-gangguan pada prakteknya lebih baik menggunakan reaktansi subtransien X”d(i) yang tidak dalam tahap saturasi. Perlu di ingatkan agar insinyur-insinyur sistim proteksi sistim tenaga listrik memahami perbedaan-perbedaan impedansi-impedansi yang berbeda-beda tersebut mengikuti perubahan-perubahan sesuai waktu, sehingga dapat digunakan secara tepat sesuai dengan studi yang mau dilakukan. Studi-studi lebih detil tentang penentuan reaktansi generator untuk keperluan studi tertentu dapat dilihat pada buku-buku lain terkait studi sistim gangguan sistimtenaga listrik. Setelah kita memperoleh data-data reaktansi generator, maka harga-harga tersebut masih perlu dikonversikan pada MVA dasar sesuai dengan studi yang akan dilakukan. 1.13.9 Impedansi-Impedansi Saluran Udara Dalam Per Unit Dan Persen Impedansi saluran penghantar udara terdiri dari tahanan, reaktansi induktif dan reaktansi kapaistif yang masing-masing nilainya lumayan besar yang tidak dapat diabaikan begitu saja. Namun dalam studi gangguan-gangguan reaktansi kapasitif biasanya dapat diabaikan karena pengaruhnya terhadap kontribusi arus gangguan tidak begitu mempengaruhi besar arus gangguan. Tahanan penghantar adalah fungsi luas penampang kawat dan jenis material yang digunakan. Nilai tahanan setiap kawat penghantar biasanya disajikan pada tabel-tabel karakteristik penghantar yang dikeluarkan oleh pabrik pembuat. Nilai tahanan efektif kawat penghantar yaitu termasuk pengaruh permukaan atau skin effect biasanya diperhitungkan dalam studi gangguan-gangguan. Reaktansi induktif suatu kawat penghantar dalam kebanyakan hal tergantung pada karakteristik kawat penghantar dan jarak-jarak fisis antara kawat-kawat penghantar. Semakin besar jarak antar kawat fasa dengan fasa, maka reaktansi induktif saluran penghantar yang membentuk sistim tiga fasa akan semakin besar. Ini berarti semakin tinggi tingkat tegangan sistim maka dengan sendirinya jarang antar kawat juga semakin tinggi sehingga reaktansi induktif penghantar juga akan semakin besar dibandingkan dengan sistim pada level tegangan yang lebih rendah. Dengan sendirinya perbandingan X/R saluran transmisi dengan level tegangan tinggi juga akan semakin besar sehingga lebih bersifat induktif. Impedansi saluran transmisi per unit dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.21. Sedang tegangan dasar dipilih sesuai
38
dengan tegangan kerja nominal saluran yang distudi. Dapat dicatat bahwa nilai per unit impedansi saluran transmisi berbanding terbalik terhadap pangkat dua tegangan kerja nominal saluran. Sebagaimana telah disinggung diatas untuk keperluan studi gangguan-gangguan nilai reaktansi kapasitor shunt umumnya sering diabaikan karena kontribusinya terhadap jumlah arus gangguan tidak begitu signifikan, namun pada studi-studi aliran daya khususnya dalam keadaan steady state nilai reaktansi kapasitif tidak boleh diabaikan karena reaktansi ini mempunyai pengaruh yang signifikan dalam pengaturan aliran daya reaktif (VAR) dan besar level tegangan, terutama pada saluran bertegangan sangat tinggi. 1.13.10 Merubah Besaran Per Unit Atau Persen Ke Berbagai Harga Dasar Yang Berbeda Pada umumnya harga per unit atau persen ditentukan pada harga dasar equipment yang ditinjau, sehingga dengan demikian harga per unit atau persen ini tidak sama dengan per unit atau persen sistim tenaga dimana terdapat berbagai peralatan yang dibuat oleh pabrik berbeda-beda. Mengingat pada studi analisa sistim tenaga termasuk analisa gangguan-gangguan semua satuan harus dikonversikan ke harga dasar yang sama, maka semua harga-harga per unit dan persen yang berbeda-beda perlu dirubah ke harga dasar yang sama baru yang dipilih. Perubahan ini dapat dilakukan dengan memperlihatkan nilai impedansi dalam ohm dengan dua harga per unit dengan dasar yang berbeda. Dari persamaan 1.21 kita buat dua harga untuk satu impedansi berbeda sebagai berikut: ...........................................1.34 ...........................................1.35 Dengan mendaingkan kedua persamaan diatas, kita peroleh dasar-dasar sebagai cara untuk merubah besaran per unit atau persen ke harga dasar yang berbeda-beda sebagai berikut: ....................................1.36 ................................1.37 Persamaan 1.37 diatas adalah persamaan umum yang digunakan untuk merubah harga dari satu harga pada dasar tertentu ke harga lain pada dasar yang berbeda. Dalam kebanyakan kasus rasio jumlah belitan trafo adalah identik dan ekivalen terhadap sistim perbedaan sistim tegangan dan rating tegangan peralatan/equipment adalah sama sebagaimana sistim tegangannya, perbandingan pangakat dua tegangantegangan pada persamaan diatas sering bernilai satu, sehingga persamaan diatas dapat lebih disederhanakan menjadi: .......................................1.38
39
Tetapi perlu dingatkan kembali bahwa perbandingan kwadrat tegangan-tegangan diatas bernilai satu hanya pada sistim tegangan yang sama atau berada pada tegangan dasar yang hanya berbeda sedikit. Persamaan 2.38 tersebut jangan sampai digunakan pada trafo dimana tegangantegangan dasarnya berbanding secara proporsional dengan jumlah belitan-belitan trafo tersebut, sebagaimana halnya dari sisi tegangan tinggi berubah ke sisi tegangan rendah. Dengan perkataan lain tidak ada relevansinya persamaan diatas merubah impedansi dari satu sisi trafo ke impedansi sisi kumparan lain dari trafo tersebut. Untuk lebih jelasnya beberapa contoh akan diuraikan sebagaimana pada uraian-uraian berikut. Contoh 1: Perubahan satuan dari harga dasar lama ke harga dasar baru dengan menggunakan persamaan 1.38. Suatu trafo 20/150 kV, 50 MVA mempunyai reaktansi sebesar 10%, terhubung ke suatu sistim tenaga listrik dimana semua harga impedansi ditentukan pada harga dasar 100 MVA, 20 kV dan 150 kV. Untuk merubah harga dasar trafo tersebut digunakan persamaan 1.38 karena tegangan dasarnya adalah sama. Hasilnya sebagai berikut: Mengingat perbandingan tegangan-tegangan pangkat dua adalah, , maka harga baru akibat perubahan harga dasar dari 50 MVA menjadi 100 MVA menjadi. ..........1.39 Contoh 2: Konversi ke tegangan dan MVA dasar yang berbeda. Sebuah generator dan trafo seperti pada Gambar 1.14 berikut digabungkan menjadi satu sumber ekivalen pada daya dasar 100 MVA, tegangan dasar 150 kV. Dengan trafo bekerja pada tegangan 6.3 kV, maka tegangan dasar pada sisi tegangan rendah sesuai dengan sisi tegangan dasar di sisi tegangan tinggi 150 kV adalah: .....................1.40 Karena tegangan 6.3 kV berbeda dengan tegangan dasar equipment yang digunakan sebelumnya 7.14 kV, maka reaktansi subtransien generator dihitung sesuai dengan 1.38 sebagai berikut: ....... 1.41 Pada daya dasar 100 MVA dan tegangan 6.3 kV atau pada sisi tegangan tinggi pada daya dasar 100 MVA dan tegangan dasar 150 kV. .........1.42
40
Karena reaktansi generator dan trafo sudah dihitung sesuai dengan daya dan tegangan dasar yang baru yang sama maka harga reaktansi ekivalen sumber dapat diperoleh dengan melakukan penjumlahan sebagai berikut: 106.4% + 42.81% = 149.21% atau 1.06 p.u + 0.428 p.u = 1.492 p.u , pada daya dan tegangan dasar 100 MVA, 150 kV. Bus bar
~
PMT
Bus bar
PMT
PMT
PMT Ke Sistim
Trafo 30 MVA 7.14/170 kV Kerja pada tegangan 6.3 kV Pada tap XT = 10%
25 MVA 6.5 kV X”d = 25%
Sumber ekivalen
Ke Sistim
Xeq = 149.21% atau 1.49 p.u Pada daya dasar 100 MVA Tegangan dasar 150 kV
Gambar 1.14: Rangkaian Ekivalen Kombinasi Penggabungan Generator dan Trafo 1.13.11 Impedansi Ekivalen Dan Level MVA Hubung Singkat Dalam studi sistim gangguan-gangguan sering data-data daya hubung singkat MVA disediakan untuk gangguan sistim 3 phasa dan gangguan satu phasa ke tanah pada setiap bus atau titik interkoneksi pada sistim yang sedang distudi. Rumus-rumus yang dipergunakan untuk menentukan level daya hubung singkat dilakukan sebagai berikut: Gangguan tiga phasa dapat dihitung dengan persamaan atau rumus berikut; MVASC = MVA (gangguan hubung singkat 3 phasa)
...........1.43
Dimana adalah jumlah arus gangguan tiga phasa dalam amper dan kV adalah tegangan phasa-phasa dalam kilovolt. Kemudian, ......................................................1.44 .................................1.45 Dengan mensubsitusikan rumus pada persamaan 2.21 yaitu Zp.u , maka akan diperoleh besar impedansi urutan positip pada lokasi gangguan sebagai berikut; .......................................................1.46
41
Dalam prakteknya besar Z1 = Z2 dan apaila X/R tersedia khsusnya dalam menetukan besar sudut maka nilai Z1 bisa diasumsikan sama dengan X1. Level gangguan satu phasa ke tanah MVAфGSC = Gangguan satu phasa ke tanah MVA
...................1.47
Dimana IфG adalah jumlah arus gangguan tanah dalam amper dan kV adalah tegangan kawat ke kawat dalam kilovolt. ..............................................1.48 Namun karena: .................1.49 Dimana Zg = Z1 + Z2 + Z3. Dari persamaan 1.45 dan persamaan 1.49 diperoleh rumusrumus berikut: .......................................................1.50 ..................................................1.51 .............................................1.52 Dengan demikian besarnya Z 0 = Zg – Z 1 – Z2; atau dalam banyak hal karena tahanan umumnya adalah kecil dibanding reaktansi maka, Xo = Xg – X1-X2. Contoh Hasil studi hubung singkat memperlihatkan bahwa level gangguan pada Bus X pada tegangan sistim 69 kV, diperoleh: . . Pada daya dasar 100 MVA. Dengan demikian reaktansi total terhadap gangguan adalah sebagai berikut: X1 = X2 = Xg = Xo = 0.4754 – 0.1684 – 0.1684 = 0. 1386 pu, semua pada daya dasar 100 MVA dan tegangan dasar 69 kV.
1.14
SISTIM PENTANAHAN
Sistim pentanahan sangat terkait dan berpengaruh besar pada sistim proteksi semua komponen sistim tenaga. Tujuan mendasar sistim pentanahan adalah untuk meminimalkan tegangan lebih transien sesuai dengan standar-standar yang berlaku
42
termasuk peraturan-peraturan nasional tentang keamanan orang yang bekerja dan untuk membantu pendeteksian secara cepat dan pengisolasian gangguan-gangguan secara tepat terhadap gangguan-gangguan yang bisa timbul pada sistim tenaga listrik. Meskipun sistim pentanahan dilakukan berdasarkan standar dan ketentuan (preference) tertentu, namun umumnya rekomendasi dan saran-saran sistim pentanahan biasanya dilaksanakan atas berbagai pengalaman dan cara-cara praktis yang berlaku umum pada sistim pentanahan. Untuk lebih memahami sistim pentanahan perlu merujuk buku-buku yang khusus tentang sistim pentanahan, namun secara ringkas pada dasarnya dapat dibedakan antara tiga jenis sistim sebagai berikut. 1. Sistim yang tidak ditanahkan; 2. Sistim yang ditanahkan dengan impedansi tinggi dan 3. Sistim yang ditanahkan dengan impedansi rendah. Jenis-jenis pentanahan tersebut banyak dilakukan dalam berbagai praktek sistim pentanahan jaringan tenaga listrik sesuai dengan keuntungan dan kerugian masing-masing. Sistim-sistim yang tidak ditanahkan adalah sistim-sistim tenaga listrik yang netralnya tidak ditanahkan dan secara sengaja dibiarkan mengambang. Pada sistim yang tidak ditanahkan arus gangguan satu fasa ketanah adalah sangat kecil dan karena dalam prakteknya tidak merusak peralatan sistim tenaga, sehingga gangguan-gangguan pada sistim yang tidak ditanahkan tidak perlu di isolir secara cepat. Inilah salah satu keuntungan sistim yang tidak ditanahkan yang sering digunakan pada sistim-sistim pelayanan daya yang memerlukan tingkat kontinuitas pelayanan yang tinggi seperti pada daerah pelayanan industri dimana setiap pemadaman akan berdampak besar terhadap proses produksi mereka. Tetapi sebaliknya pada sistim-sistim yang tidak ditanahkan terdapat bahaya tegangan lebih transient yang bisa jadi berbahaya baik terhadap peralatan maupun terhadap manusia. Gangguan fasa ke tanah pada sistim yang tidak ditanahkan akan menggeser keseimbangan sistim. Pada prakteknya pada sistim yang tidak ditanahkan sulit menerapkan rele proteksi secara selektif berdasarkan lokasi gangguan sebagaimana pada sistim yang ditanahkan. Bilamana salah satu fasa terganggu secara langsung maka tegangan fasa-fasa lain yang sehat akan naik sebesar kali tegangan fasa ke netral. Dengan demikian maka semua konduktor fasa-fasa sistim yang tidak ditanahkan paling sedikit harus diberi isolasi yang tahan terhadap tegangan kawat-ke kawat sistim tersebut. Terdapat dua macam sistim pentanahan impedansi tinggi yaitu pentanahan dengan resonansi dan pentanahan dengan tahanan tinggi. Pentanahan resonansi atau pentanahan dengan Peterson Coil dikenal luas sebagai penetralan arus gangguan tanah. Dahulu pentanahan dengan Peterson Coil ini banyak terdapat di jaringan PLN khususnya pada jaringan bertegangan 70 kV. Alasan utama penggunaan sistim pentanahan ini adalah karena lebih mementingkan kontinuitas pelayanan daya sebab pada sistim pentanahan resonansi ini sistim tetap bisa beroperasi meskipun salah satu fasa mengalami gangguan. Namun saat ini dengan semakin berkembangnya jaringan 150 kV dan bahkan 500 kV pentanahan dengan Peterson Coil sudah ditinggalkan. Sistim pentanahan dengan reaktor ini cocok digunakan pada sistim-sistim pembangkit yang mempunyai jarak transmisi pendek dengan nilai kapasitansi yang tetap. Dengan sistim pentanahan ini, maka arus
43
gangguan yang terjadi sangat kecil sehingga generator dapat tetap bekerja membangkitkan listrik meskipun sedang mengalami gangguan satu fasa ketanah. Tentunya dibatasi hingga waktu yang terbatas. Sedang pada sistim pentanahan dengan tahanan tinggi, titik netral sistim ditanahkan melalui tahanan yang secara praktis nilainya adalah sama atau sedikit lebih kecil dari jumlah total kapasitansi sistim terhadap tanah. Tujuannya adalah untuk mendapatkan arus gangguan yang kecil sehingga kerusakan karena gangguan dapat dibatasi. Disamping itu tegangan lebih transien yang timbul juga dibatasi kurang dari 2.5 kali amplitudo tegangan dalam keadaan normal. Biasanya arus gangguan tanah pada sistim-sistim yang dtanahkan dengan tahanan tinggi berkisar dari 1 sampai 25 amper dan pada umumnya dalam praktek berada dari 1 hingga 10 amper. Cara pentanahan dengan tahanan tinggi dapat dilakukan langsung pada titik netral generator atau pada titik netral trafo atau melalui trafo tegangan. Untuk sistim-sistim generator atau sumber daya banyak yang terhubung pada satu bus dapat ditanahkan dengan metoda pentanahan dengan trafo tegangan yang terhubung bintang dengan hubungan sekunder open delta. Disamping pentanahan dengan impedansi tinggi terdapat juga sistim pentanahan dengan impedansi rendah yaitu yang dimaksudkan untuk membatasi arus gangguan fasa ketanah pada sisi primer pada harga mendekati 50 hingga 600 Amper. Disamping membatasi besar arus gangguan, pentanahan ini dimaksudkan juga untuk memungkinkan penerapan sistim proteksi secara selektif sesuai besar arus gangguan yang terjadi. Pada sistim ini kenaikan tegangan fasa-fasa yang sehat pada waktu gangguan satu fasa naik tidak cukup signifikan, sehingga isolasi sistim dapat dibuat sesuai dengan tegangan fasa ke netral. Dalam prakteknya, yang paling banyak dilakukan adalah pentanahan dengan menggunakan reaktor atau tahanan yang terhubung dengan titik netral. Pentanahan langsung disebut juga sebagai pentanahan efektif yang menurut defenisi yang diberikan IEEE dan ANSI adalah bila konstanta sistim tenaga memenuhi kriteria X0/X1=3 dan R0/R1 = 1. Dimana Xo dan Ro berturut-turut adalah reaktansi dan tahanan urutan nol, sedang X1 adalah reaktansi urutan positip sistim tenaga tersebut. Disini titik netral langsung terhubung dengan tanah tanpa melalui impedansi. Besar arus gangguan tergantung letak gangguan, konfigurasi jaringan dan konstanta sistim tenaga dan tahanan gangguan. Karena besar arus gangguan tergantung dari letak gangguan maka dengan menggunakan rele tertentu dimungkinkan untuk mengisolir gangguan secara selektif. Tabel dibawah memperlihatkan ringkasan sistim pentanahaan yang dianjurkan dalam mempertimbangkan sistim pentanahan pada sistim tenaga listrik. Mengingat banyak faktor yang harus dipertimbangkan dalam melakukan sistim pentanahan, maka sebenarnya rekomendasi pada tabel diatas dapat juga berubah tergantung kondisi real sistim tenaga. Namun secara umum saran-saran pada tabel tersebut dapat digunakan sebagai pegangan dalam merancang sistimsistim pentanahan berbagai sistim tenaga yang mau dibangun. Di Indonesia, kebanyakan sistim pentanahan tegangan tinggi seperti pada jaringan 150 kV dan 500 kV dilakukan dengan pentanahan langsung, sedang pada sistim tegangan
44
menengah sistim pentanahan dilakukan dengan tahanan dengan tujuan utama adalah untuk membatasi besarnya arus hubung singkat ketanah. Sedang pada sistim pembangkit banyak digunakan dengan impedansi atau dengan tahanan yang nilainya ditentukan sesuai dengan besar arus gangguan tanah yang dikehendaki. Jenis Pentanahan
Sistim tidak ditanahkan
Sistim Pentanahan Dengan Tahanan Tinggi
Sistim Pentanahan Impedansi Rendah Sistim Pentanahan Langsung
Besar Arus Gangguan
Sangat kecil
1-10 A
Industri Dan Instalasi publik
Tidak disarankan tetapi bila diprioritaskan tingkat kontinuitas pelayanan yang tinggi sistim pentanahan ini dapat diterapkan
Dianjurkan untuk sistim yang memerlukan kontuinitas pelayanan
50-600 A
Dianjurkan
Dari kecil hingga ke besar sekali
Disarankan
Sistim Transmisi, Distribusi 1.
2. Sistim pentanahan ini tidak 3. disarankan 4. sama sekali
Catatan Gangguan dapat dideteksi dengan mudah tetapi sulit dilokalisir Karena arus gangguan yang kecil maka jarang ada kerusakan material Tegangan transien tinggi Feroresonan dengan polaritas invers bisa terjadi
5.
Pemulihan gangguan sangat perlu
1.
Sama seperti diatas
2. Disarankan
Arus gangguan kecil, jarang ada kerusakan
3.
Tegangan transien yang terjadi terbatas ke 2.5 tegangan fasa ke netral
Terbatas 1. pada jaringan distribusi
Mudah mendeteksi dan melokalisir gangguan secara selektif
1. Disarankan
Gangguan dapat dideteksi dengan mudah dan dapat dilokalisir secara selektif
Jenis-jenis Sistim Pentanahan Dan Saran-saran
1.15
KOMPONEN-KOMPONEN SIMETRIS
Metoda perhitungan dengan komponen sismetris adalah suatu perangkat praktis yang dapat digunakan untuk mengerti dan untuk menganalisa operasi sistim tenaga listrik dalam keadaan tidak seimbang, seperti misalnya pada waktu gangguan fasa-fasa ketanah, kawat fasa-fasa dalam keadaan putus, beban tidak seimbang dan lain sebagainya. Secara khusus teori komponen simetris ini menjadi sangat perlu mengingat prinsip kerja rele-rele proteksi sering didasarkan pada besaran-besaran komponen simetris. Dalam prakteknya terdapat berbagai cara dan model-model perangkat lunak yang tersedia yang dapat digunakan untuk studi gangguan-gangguan yang dapat digunakan
45
untuk menghitung arus dan tegangan pada berbagai jenis gangguan-gangguan. Modelmodel perangkat lunak komputer yang tersedia saat ini sudah sangat modular yang memungkinkan perhitungan dengan data-data mulai dari ukuran sedang, besar hingga sangat besar yang dapat diselesaikan dengan cepat dan mudah. Pada komponen simetris ini, terdapat tiga set komponen-komponen simetris yaitu komponen urutan positif, negatif dan komponen urutan nol yang berlaku baik untuk arus maupun tegangan. Komponen urutan positif terdiri dari tiga arus-arus dan tegangan-tegangan fasa ke netral yang seimbang yang dibangkitkan oleh sistim-sistim pembangkit tenaga listrik. Komponen-komponen tersebut mempunyai besaran yang 0 sama dan fasa-fasa mereka saling tergeser satu sama lain sebesar 120 . Sama seperti urutan positif, urutan negatif juga terdiri dari tiga fasor yang sama besar 0 dan masing-masing saling tergeser sebesar 120 , yang berbeda terletak hanya pada arah putaran dimana urutan negatif berputar pada arah yang berlawanan dengan arah urutan positif. Jadi bila misalnya urutan positif berputar dengan urutan a, b , c maka urutan negatif menjadi a, c, b. Dan bila urutan positif berputar sesuai dengan a, c, b maka urutan negatif menjadi a, b, c. Anggota pasangan fasor-fasor urutan nol juga berputar berlawanan arah putaran jarum jam namun masing-masing sama besar dan selalu berendeng pada fasa yang sama. Ketiga fasor baik arus maupun tegangan dapat dinyatakan sebagai Iao = Ibo = Ico atau Vao = Vbo = Vco. Meskipun analisa komponen simetris sangat erat kaitannya dalam studi gangguan-gangguan, namun pada kesempatan ini, pembahasan analisa komponen simetris ini tidak akan dibahas secara khusus. Namun untuk kebutuhankebutuhan praktis pada berbagai pembahasan-pembahasan dan contoh-contoh sistim proteksi yang terdapat pada buku ini sering dilengkapi dengan perhitungan dan representasi analisa komponen simetris tanpa membahasnya secara lebih rinci. Untuk lebih mendalami analisa komponen simetris tersebut maka para pembaca dianjurkan dapat merujuk buku-buku lain tentang analisa gangguan-gangguan sebagaimana beberapa diantaranya dapat dilihat pada buku-buku referensi.
46
2. SINYALING DAN INTERTRIPPING 2.1
PENDAHULUAN
Skema unit proteksi dibentuk dari sejumlah rele-rele yang saling berjauhan satu sama lain melalui saluran komunikasi. Rele-rele jarak tertentu seyogianya membutuhkan link komunikasi yang dapat menghubungkan mereka satu sama lain sehingga rele-rele tersebut bisa membentuk satuan proteksi atau sering disebut unit proteksi. Link komunikasi untuk sistim proteksi ini disebut pensinyalan sistim proteksi. Fasilitas link komunikasi lain yang juga diperlukan untuk dapat melakukan operasi jarak jauh misalnya pada perangkat PMT. Jenis komunikasi ini disebut link komunikasi intertripping. Jenis komunikasi yang dibutuhkan bisa terdiri dari link komunikasi sederhana misalnya dengan mengirimkan informasi tertentu sehingga perangkat penerima dapat melakukan sesuatu pekerjaan secara definitif seperti untuk tripping, bloking dan lain sebagainyaatau bisa juga untuk meneruskan data-data pengukuran dalam bentuk analog atau dijital dari satu perangkat ke perangkat lainnya. Berbagai fasilitas telekomunikasi yang umum digunakan untuk keperluan proteksi dengan sinyaling antara lain sebagai berikut: a.
Dengan menggunakan kabel pilot khusus yang sengaja dibangun perusahaan untuk keperluan sistim proteksi.
b.
Dengan menyewa kabel pilot atau kanal komunikasi lainnya yang bisa disewa untuk keperluan telekomunikasi. Cara ini masih jarang diterapkan di Indonesia.
c.
Dengan menggunakan kanal frekuensi pembawa Power Line Carrier yang ditumpangkan pada kawat transmisi yang sekaligus mau diproteksi.
d.
Kanal radio frekuensi tinggi atau frekuensi ultra tinggi.
e.
Dengan menggunakan saluran serat optik (fiber optik).
Pemilihan fasilitas telekomunikasi yang diperlukan tergantung dari beberapa faktor misalnya jarak antara rele-rele yang akan membentuk unit proteksi, bentuk permukaan tanah atau terrain dari medan yang dilalui transmisi dan tentunya juga sangat tergantung biaya-biaya yang diperlukan. Sistim proteksi sinyaling digunakan untuk mengimplementasikan skema unit proteksi yang dapat melakukan perintah-perintah pengamanan jauh atau untuk melakukan intertripping diantara alat-alat pemutus tenaga yang saling terkait dalam membentuk unit proteksi yang diperlukan.
2.2
SKEMA UNIT PROTEKSI
Skema pembanding fasa dan arus diferensial yang menggunakan sinyaling untuk membawa informasi besaran-besaran yang diukur rele, misal beda sudut fasa arus dan beda arus antara saluran setempat dengan besaran rele lain pada ujung jauh biasanya
47
digunakan sebagai dasar untuk mendeteksi ada tidaknya gangguan termasuk untuk membeda-bedakan jenis gangguan apakah gangguan fasa ke tanah atau fasa-fasa dan sebagainya.
2.3
PERINTAH TELEPROTEKSI
Skema proteksi jarak yang akan dijelaskan pada skema teleproteksi pada Bab 07 adalah dengan menggunakan sistim sinyaling yaitu sistim komunikasi antara rele setempat dengan rele pada ujung jauh (remote end). Fungsi perintah yang diterima rele pada ujung jauh adalah untuk mempercepat pengisoliran gangguan dalam daerah proteksi gangguan atau bahkan untuk mencegah dan memblokir perintah kerja tripping pada alat-alat pemutus tenaga yang berada diluar daerah proteksi. Teleproteksi biasanya tergantung dari jenis aplikasinya sebagai berikut.
2.4
INTERTRIPPING
Intertripping adalah tripping alat pemutus (PMT) jauh pada ujung transmisi atas permintaan rele ujung dekat pada saluran yang sama. Tujuan utama perlunya intertripping adalah untuk mengisolir gangguan secara sempurna sehingga saluran yang diapit kedua PMT benar-benar terbebas dari gangguan pada saat hampir bersamaan. Tujuan pokok skema proteksi intertripping ini adalah untuk memastikan proteksi pada kedua ujung saluran bekerja untuk mengisolir saluran dari gangguan. Terdapat beberapa kemungkinan kejadian gangguan sebagai berikut: a.
Saluran dengan pasokan lemah (weak infeed) yang terdapat pada salah satu ujung saluran dimana tidak semua gangguan yang mungkin terjadi dapat menyebabkan rele bekerja dengan baik.
b.
Proteksi saluran yang diterapkan pada sirkit trafo penyulang. Gangguangangguan pada kumparan trafo akan menyebabkan pengaman trafo bekerja tetapi tidak dapat mengerjakan rele proteksi saluran. Demikian juga halnya beberapa gangguan tanah yang boleh jadi juga tidak terdeteksi karena tergantung dari hubungan-hubungan antara kumparan trafo.
c.
Gangguan-gangguan antara PMT dan trafo-trafo arus (CT) alat proteksi saluran yang ditempatkan pada sisi kawat penghantar saluran. Proteksi buszone tidak menghasilkan pengamanan gangguan, sebab gangguan masih tetap mendapat pasokan dari ujung lain penghantar saluran. Hal tersebut misalnya karena pada saat itu unit proteksi saluran memang tidak bekerja karena mungkin gangguan tersebut berada diluar daerah kerja pengamanannya.
d.
Beberapa skema proteksi jarak juga sering digunakan untuk memperbaiki waktu pengamanan (clearance time) terhadap berbagai jenis gangguan seperti dibahas pada Bab 6.
Untuk skema proteksi saluran Tegangan Ekstra Tinggi (TET) yang memerlukan keandalan tinggi, dapat diterapkan dengan menggunakan skema intertripping sebagai back-up untuk proteksi utama atau dalam hal terjadinya kegagalan PMT sebagai back-
48
tripping. Terdapat tiga macam inter-tripping yang paling umum ditemukan dalam praktek sistim tenaga listrik sebagai berikut: 2.4.1 Direct Tripping Dalam penerapan direct tripping maka sinyal intertripping langsung dikirimkan ke kumparan master rele. Sinyal Perintah ini langsung menyebabkan PMT bekerja untuk melakukan tripping. Disini, sistim komunikasi yang digunakan harus andal dan aman sebab setiap sinyal yang sampai ke sisi rele penerima harus langsung menyebabkan tripping PMT pada ujung lainnya. Dengan demikian sistim komunikasi yang dipilih harus mempunyai kualitas yang baik dan bebas dari sinyal-sinyal yang tidak diinginkan yang mungkin timbul akibat adanya interferensi atau disebabkan gangguan lainnya. Bila ada gangguan interferensi semacam ini maka pelayanan sistim tenaga listrik terkait kadang-kadang bisa menyebabkan PMT tertentu mendapat perintah tripping palsu yang tidak diharapkan. 2.4.2 Permissive Tripping Dalam hal permissive tripping maka sinyal perintah permissive trip tidak langsung disambungkan dengan rele tripping. Sebelum melakukan tripping biasanya sinyal tripping yang diterima ditahan dulu oleh rele penerima dan di bandingkan apakah rele penerima bersangkutan merasakan juga gangguan tersebut. Bila rele penerima tersebut juga merasakan gangguan, maka sinyal intertripping tadi akan diteruskan ke rele tripping untuk membuka alat pemutus tenaga. Teknik yang biasa digunakan antara lain adalah dengan cara menghubung seri kontak intertripping dengan kontak bantu normally open rele lokal yang akan menutup bila rele lokal tersebut juga melihat gangguan yang sama seperti dilihat rele pengirim. Dalam hal ini kebutuhan sistim komunikasi tidak terlalu membutuhkan persyaratan ketat sebab sinyal-sinyal yang diterima selalu disaring dulu oleh rele penerima sebelum perintah trip diteruskan ke rele master trip. Tujuan skema pengaman ini dimaksudkan untuk mempercepat tripping pada gangguan-gangguan yang terjadi dalam daerah pengamanan. 2.4.3 Skema Bloking Dalam skema bloking, perintah bloking diawali oleh elemen proteksi yang mendeteksi gangguan-gangguan eksternal diluar daerah proteksi. Deteksi gangguan eksternal pada ujung sirkit lokal yang diproteksi akan membangkitkan sinyal yang akan dikirimkan pada ujung remote saluran. Pada ujung remote ini, sinyal bloking ini akan digunakan untuk meminta agar rele proteksi tidak meresponse gangguan eksternal yang mungkin terjadi. Kehilangan kanal komunikasi dalam sistim bloking ini agak kurang serius ketimbang pada skema intertripping lainnya sebab hilangnya sistim komunikasi tidak akan menyebabkan kegagalan trip. Namun sinyal gangguan yang timbul karena interferensi bisa sangat berisiko pada sistim skema bloking ini sebab sinyal derau (noise) yang dirasakan bisa dilihat sebagai sinyal bloking pada hal pada saat yang sama terjadi gangguan yang terjadi harus ditrip. Gambar 2.1 dibawah memperlihatkan berbagai aplikasi umum sistim proteksi sinyaling dan relasinya dengan sistim sinyaling lainnya satu sama lain yang umum digunakan untuk mengamankan dan mengendalikan sistim tenaga listrik. Media komunikasi yang
49
bisa digunakan antara lain adalah Power Line Carrier, Kabel Pilot, Fiber Optik, Radio Link dan lain sebagainya. Masing-masing media komunikasi diatas mempunyai keunggulan dan kekurangan yang perlu distudi secara baik sehingga pada waktu mengambil keputusan terakhir sudah mempertimbangkan berbagai faktor teknis yang diperlukan tanpa tentunya melupakan faktor ekonomis. Untuk dapat lebih mengetahui media-media komunikasi yang banyak digunakan pada sistim tenaga listrik secara lebih mendalam termasuk berbagai faktor yang perlu diperhatikan dalam menentukan pilihan media komunikasi yang akan digunakan dapat dilihat pada buku Teknologi 6 Pengendalian Sistim Tenaga Listrik Berbasis Scada . PMT
PMT
Saluran Tenaga Listrik
Trip
Trip I
V
V Intertrip
Intertrip
Permissive trip
Permissive trip
Bloking Skema Rele Proteksi
Perintah Teleproteksi kirim
I
Bloking Media Kanal Komunikasi (PLC, RADIO, OPTIK….etc)
Perintah Teleproteksi kirim
Telemetri
Telemetri
Kendali Jauh
Kendali Jauh
Telepon
Telepon
Data Sistem komunikasi
Skema Rele Proteksi
Data Sistem komunikasi
Gambar 2.1: Aplikasi Sinyaling Proteksi Dan Berbagai Layanan Lain Sistim Komunikasi Pada Sistim Tenaga Listrik
2.5
KINERJA SITIM TELEPROTEKSI
Salah satu faktor yang yang menentukan kinerja sistim proteksi adalah waktu total kerja sistim proteksi dalam mengisolir gangguan. Waktu total kerja sistim pengamanan gangguan adalah penjumlahan waktu-waktu berikut ini. a.
Waktu sinyaling.
b.
Waktu kerja rele proteksi.
c.
Waktu kerja rele tripping.
d.
Waktu operasi trip PMT.
Waktu total tripping yang diijinkan harus kurang dari waktu maksimum dimana gangguan masih bisa ditahan dengan tingkat kerusakan minimum tanpa mengakibatkan kehilangan stabilitas sistim. Maka syarat yang paling diperlukan dari suatu alat proteksi sinyaling adalah kemampuan rele tersebut dapat bekerja dengan
50
cepat. Umumnya waktu yang dibolehkan untuk mentransfer satu perintah komando adalah sama dengan waktu kerja dari rele bersangkutan. Waktu kerja nominal berkisar pada 5 sampai 40 milidetik tergantung dari moda operasi sistim teleproteksi. Proteksi sinyaling rentan terhadap gangguan dan derau yang bisa timbul karena interferensi pada media komunikasi. Bila derau dapat menyebabkan sinyal perintah maka perintah yang tidak dinginkan dapat sampai pada rele sisi penerima. Sementara pada waktu sinyal perintah benar-benar ada bersamaan dengan derau maka sinyal tersebut bahkan dapat mengalami perlambatan pengiriman atau bahkan tidak sampai sama sekali. Kinerja yang diperlukan dalam sistim proteksi sinyaling dinyatakan dalam sekuriti dan ketergantungan atau dependability. Sekuriti diukur dengan tingkat kemungkinan terjadinya trip yang tidak diinginkan, sedang dependability diukur dengan tingkat kemungkinan hilangnya perintah komando trip karena gangguangangguan komunikasi. Tingkat sekuriti dan dependability yang dibutuhkan tergantung pada moda operasi, karakteristik media sistim komunikasi dan standar operasi dari perusahaan listrik. Tingkat sekuriti dan dependability yang tinggi diperlukan mengingat suatu rele proteksi secara terus menerus harus mampu mengawasi sistim jaringan yang dalam keadaan normal tidak boleh bekerja tetapi harus senantiasa siap untuk melakukan tugasnya bila diperlukan. Oleh karena itu persyaratan yang harus dipenuhi sistim teleproteksi yang tidak boleh gagal trip harus sangat ketat, misalnya hanya boleh gagal satu kali untuk setiap 1000 kali tripping. Disamping itu waktu kerja suatu perangkat intertripping harus selalu konsisten sesuai dengan setelan waktu yang ditetapkan. Kelambatan waktu kerja 50 milidetik dari waktu yang seharusnya tidak boleh terjadi lebih dari satu kali untuk setiap 10 tahun. Untuk dapat melakukan ini, para perancang sistim proteksi bebas menempuh cara-cara dan sesuai dengan kreativitas mereka untuk memperoleh sistim teleproteksi yang memenuhi criteria security dan dependability diatas dengan baik. Sebagaimana pada sistim komunikasi lain, derau transmisi pada sistim komunikasi PLC bisa mempengaruhi sinyal intertrip yang dapat mendahului kesalahan perintah intertripping. Oleh karena itu tingkat sekuriti terhadap perintah intertrip harus dirancang dengan baik sedemikian rupa sehingga dalam kondisi apapun pengaruh derau pada kanal sistim komunikasi yang digunakan untuk teleproteksi haruslah seminimum mungkin. Dalam hal tertentu tingkat sekuriti sistim teleproteksi adalah pertimbangan utama dalam pemilihan sistim proteksi untuk keperluan intertrip. Sebagai mana sudah disebut sebelumnya bahwa kriteria sekuriti pada skema proteksi permissive intertripping tidak terlalu ketat sebab sebenarnya kesalahan trip hampir tidak mungkin terjadi karena sinyal intertripping selalu dikordinasikan atau difilter oleh rele penerima dengan apakah rele penerima juga merasakan adanya gangguan (misal dirasakan oleh rele jarak penerima sebagai gangguan Zone 2) yang perlu ditanggulangi. Kegagalan hanya bisa terjadi pada waktu terjadinya sinyal derau yang mungkin terjadi bersama-sama dengan kerjanya rele pada daerah proteksinya. Untuk skema proteksi permissive capaian lebih, maka pekerjaan yang harus dilakukan setelah perintah intertrip dilaksanakan adalah penyetelan ulang rele dengan segera untuk menghindari kemungkinan kesalahan operasi khususnya selama terjadinya transisi pembalikan arah arus.
51
Sementara itu tingkat sekuriti yang rendah pada skema bloking tidak begitu dipermasalahkan dan umumnya dapat diterima sebagai hal yang tidak terlalu kritis mengingat perintah bloking yang tak dikehendaki tidak mungkin menyebabkan terjadinya salah tripping. Tetapi sistim bloking sangat tergantung pada tingkat dependability yang tinggi sebab hilangnya sinyal perintah bloking dapat menyebabkan trip yang tidak diinginkan pada jaringan-jaringan diluar daerah proteksi. Dari berbagai pengalaman praktek lapangan dapat dikatakan bahwa kinerja sistim teleproteksi pada umumnya cukup memuaskan terutama bila sistim tersebut menggunakan sistim komunikasi dengan power line carrier yang probabilitas kehilangan perintah yang dibawanya adalah amat kecil. Disamping itu waktu kerja teleproteksi juga pada umumnya sesuai dengan persyaratan standar. Namun yang sering dijumpai adalah kurangnya perhatian para operator untuk senantiasa memperhatikan kinerja sistim teleproteksi sehingga kadang-kadang dijumpai dimana sistim tele proteksi yang tersedia tidak dapat bekerja secara optimum karena tidak beroperasi atau dilepaskan dari sistim baik secara sengaja maupun tidak sengaja. Pengaruh derau yang mungkin timbul pada saluran komunikasi pada umumnya bisa dikurangi apabila pengetesan-pengetesan dan penalaan-penalaan sistim komunikasi dilakukan secara berkala dan teratur.
2.6
MEDIA TRANSMISI
Seperti sudah disebut sebelumnya, media transmisi yang banyak digunakan sebagai kanal komunikasi dalam proteksi sinyaling antara lain adalah: a.
Kabel pilot.
b.
Kabel atau kanal sewa.
c.
Power Line Carrier.
d.
Radio.
e.
Optikal Fiber.
Secara historis, pada awalnya kabel pilot yang dilengkapi dengan trafo-trafo isolasi atau repeater-repeater adalah media komunikasi yang paling banyak digunakan untuk proteksi sinyaling. Seiring dengan perjalanan waktu kemudian disusul dengan penggunaan Power Line Carrier (PLC) dan kanal radio. Akhir-akhir ini, media komunikasi dengan menggunakan kabel fiber optik sudah semakin berkembang dan populer termasuk media komunikasi untuk keperluan sistim tenaga listrik. Keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan fiber optik terutama mengingat bahwa kabel ini tidak terpengaruh oleh gangguan-gangguan interfrensi gelombang elektro maknetik. Disamping itu meluasnya penggunaan serat optik ini sebagai media komunikasi adalah juga karena kapasitas kanal komunikasi nya yang sangat besar yang bahkan telah memungkinkan pemantauan remote sistim secara lebih luas yang memungkinkan photo-photo gardu dapat dilihat di pusat-pusat pengendalian secara real time. Disamping untuk keperluan pengendalian dan pemantauan jauh sistim tenaga lsitrik, sebagian dari kanal-kanal yang belum dipakai bahkan dapat ditawarkan untuk
52
kebutuhan telekomunikasi lainnya yang dapat meningkatkan pendapatan perusahaan diluar bisnis inti mereka. 2.6.1 Kabel Pilot Khusus Sistim Proteksi Kabel pilot terdiri dari penghantar kawat tembaga berisolasi yang menghubungkan dua gardu secara terus menerus. Bila karena alasan praktis tidak dimungkinkan untuk menggelar satu kabel sepanjang saluran tanpa sambungan, maka digunakan dua haspel kabel atau lebih yang disambung satu sama lain membentuk jaringan. Jaringan kabel-kabel tersebut kemudian disambung dengan trafo-trafo isolasi atau repeater sepanjang saluran sinyaling. Trafo-trafo isolasi biasanya digunakan sebagai media kopling untuk menghindari perangkat komunikasi terhubung langsung dengan jaringan transmisi. Disamping itu trafo-trafo isolasi beserta arester-arester antara kabel pilot dengan peralatan dipasang untuk menghindari gangguan induksi langsung yang dapat timbul karena naiknya tegangan tanah sekitar gardu akibat gangguan-gangguan hubung singkat pada sisi kabel tegangan tinggi yang berdekatan dengan kabel pilot. Dalam prakteknya kabel pilot digelar sepanjang tanah secara paralel bersama-sama dengan kabel transmisi tegangan tinggi (under ground cable UGC) yang digelar secara terpisah pada jarak tertentu untuk menghindari induksi tegangan tinggi, terutama bila terjadi hubung singkat. Jarak komunikasi proteksi sinyaling bervariasi tergantung dari jarak antara ke dua gardu induk yang mau dilengkapi dengan proteksi intertripping. Kadang-kadang jaraknya hanya beberapa puluh meter misal antara Gardu Tegangan Tinggi dengan Gardu Tegangan Ekstra Tinggi yang berada dalam satu lokasi yang berdekatan. Untuk aplikasi EHV panjang kabel pilot bisa mulai dari 10 kM sampai 100 kM atau bahkan lebih. Untuk jarak dekat, biasanya tidak ada pertimbangan khusus yang diperlukan terutama pada pertimbangan kemungkinan interferensi. Namun untuk jarak-jarak yang jauh rele-rele penerima perlu dipilih yang mempunyai daya pancar yang besar sedangkan bagian penerimanya perlu dibuat dengan kepekaan yang tinggi sehingga sinyal-sinyal dengan level rendah sekalipun tetap masih bisa dikenali dengan baik termasuk pada waktu saluran yang sedang mengalami interferensi. Dengan menggunakan teknik frekuensi multiplexing, kapasitas kabel pilot bisa ditingkatkan sehingga dapat juga digunakan sinyaling-sinyaling lain secara parallel dalam saluran yang sama. Tapi umumnya mengingat pentingnya instalasi sistim tenaga, perusahaan listrik lebih menyukai kanal yang khusus hanya untuk proteksi tanpa mencampur dengan kebutuhan lain. 2.6.2 Kabel Pilot Sewa Dibeberapa negara lain diluar negeri penggunaan kabel pilot dengan menyewa dari perusahaan telekom setempat secara khusus untuk keperluan sistim proteksi sering juga dilakukan. Hal ini terutama disebabkan berbagai alasan praktis seperti kesulitan medan ataupun karena masalah ekonomis dimana perusahaan tidak ingin mengeluarkan modal untuk keperluan kabel pilot sendiri. Kemungkinan pemakaian kabel pihak lain untuk kebutuhan proteksi sinyaling antara lain adalah mengingat
53
bahwa sebagian dari kabel pilot perusahaan telekomunikasi tersebut tidak atau belum digunakan sehingga bisa disewakan ke pihak lain yang kebetulan mau menggunakannya. Bedanya antara kabel milik sendiri dan kabel sewa adalah proteksi sinyaling bagi perusahaan listrik adalah mutlak diperlukan sehingga sarana komunikasi yang digunakan harus andal dan senantiasa siap sepanjang pengoperasian saluran yang diamankan. Sedang buat perusahaan telekomunikasi, proteksi sinyaling tidak berarti apa-apa dan tidak ada kaitan dengan bisnis utama mereka. Bisnis utama mereka adalah jasa telekomunikasi sehingga bila suatu saat mereka membutuhkan kabel yang disewa tadi, maka setiap saat mereka dapat memintanya kembali tanpa perlu memperpanjang kontrak sewa menyewa kabel tersebut. Namun belakangan ini penggunaan kabel pilot untuk keperluan telekomunikasi sudah semakin jarang sehingga kedepan perusahaan listrik mau tak mau harus bisa mengusahakan sendiri untuk keperluan sistim proteksi mereka. Namun sebelum memutuskan apakah menyewa atau menggunakan fasilitas sendiri, pada waktu perencanaan terlebih dahulu harus melakukan studi secara matang dan hati-hati termasuk masalah untung rugi secara ekonomis. Misal bila perusahaan memutuskan untuk memakai kabel sendiri, maka biaya yang dibutuhkan bukan semata-mata hanya untuk investasi kabel pilot dan perangkat komunikasinya tetapi juga harus dipikirkan mengenai biaya-biaya operasi maupun biaya-biaya pemeliharaannya sepanjang waktu. Keuntungan dengan memiliki sendiri adalah bahwa memang sistim proteksi sinyaling yang akan diperoleh akan lebih andal, aman dan tidak tergantung pada perusahaan lain. Sebaliknya meskipun dengan menyewa, biaya-biaya investasi dan biaya operasi sangat berkurang, namun bila perusahaan telekomunikasi penyewa tadi berubah perencanaan dan memutuskan agar sewa menyewa tidak diperpanjang maka proteksi sinyaling yang sangat vital dalam pengamanan sistim tenaga listrik terpaksa harus dikorbankan sampai mereka bisa ganti dengan kabel mereka sendiri. Pada kabel sewa, resiko induksi tegangan tinggi akan sangat berkurang sebab routing kabel telekom biasanya jauh dari instalasi tegangan tinggi. Sementara itu pada pilot kabel milik sendiri tegangan induksi yang timbul dari kabel tenaga yang digelar menjalar parallel harus diperhatikan dengan seksama. Interferensi elektris dari sistim sinyaling lainnya, umumnya dengan ringing tone dengan frekuensi rendah pada level tegangan puluhan sampai ratusan volt dan juga derau yang dibangkitkan dari perangkat komunikasi lain yang berdekatan adalah hal yang perlu diperhatikan. Faktor lainnya adalah bahwa kabel pilot harus tahan terhadap hubung singkat berulang-ulang sehingga perlu konstruksi khusus. Gangguan-gangguan lainnya seperti salah sambung pada waktu pemeliharaan pada sisi tegangan kontrol DC yang terdapat pada gardu induk misalnya juga harus diperhatikan dengan seksama. Bila tegangan permukaan tanah bisa naik pada tingkat yang lumayan (misal waktu hubung singkat satu fasa ketanah) maka penggunaan trafo-trafo isolasi, arrester dan fuse adalah perlu dan harus dilakukan untuk menghindari bahaya yang dapat mengejutkan teknisi telekomunikasi yang mungkin sedang melakukan pemeliharaan perangkat telekomunikasi mereka.
54
Bahaya yang paling fatal yang bisa terjadi pada sistim proteksi sinyaling dengan media pilot kabel ini adalah pada waktu teknisi sedang melakukan pengetesan-pengetesan misalnya untuk memeriksa saluran transmisi. Dengan menggunakan sinyal generator frekuensi (osilator) dengan impedansi rendah yang dapat membangkitkan tone-tone ataupun frekuensi sinyaling. Memancarkan tone-tone atau frekuensi semacam ini dapat menirukan tone-tone proteksi sinyaling secara random sehingga bisa menjadi penyebab intertripping yang tidak dikehendaki. Komunikasi antar rele bisa dilakukan melalui sistim 2 (dua) kawat atau sistim 4 (empat) kawat. Untuk menghindari kemungkinan interferensi dari sistim komunikasi lain maka level sinyal yang dipancarkan harus dibatasi baik pada amplitudanya maupun lebar bidang yang digunakan. Pemilik kabel pilot harus menerapkan standar tertentu sehingga kriteria pengaturan level dan lebar-bidang bandwidth serta kapasitas saluran bisa diatur sehingga secara teknis bisa memenuhi kebutuhan sistim proteksi sinyaling. Pada tegangan operasi sistim tenaga misalnya 150 kV, dimana masih dimungkinkan penerapan waktu proteksi sinyaling yang relative lama, maka sinyaling bisa dilakukan dengan kanal campuran mixed. Frekuensi sinyaling dibuat diatas frekuensi pembicaraan bersama-sama dengan kanal metering dan suvervisi lain yang diperlukan. Dengan demikian biaya proteksi sinyaling bisa ditekan menjadi lebih murah. Tetapi pada sistim proteksi sinyaling pada tegangan operasi ekstra tinggi dimana kecepatan sinyaling proteksi merupakan hal yang sangat dibutuhkan maka dalam prakteknya diperlukan kanal khusus yang gak bisa dicampur aduk dengan kebutuhan lain. 2.6.3 Power Line Carrier Dalam hal transmisi hantaran udara yang panjang dan mempunyai terrain medan yang sulit (misal banyak jurang dan berbukit-bukit) dimana penggunaan kabel pilot menjadi tidak praktis lagi, sinyaling proteksi biasanya dilakukan dengan menggunakan Power Line Carrier. Prinsip kerja PLC ini adalah dengan memanfaatkan saluran sistim tenaga sebagai media perambatan gelombang pembawa dari satu gardu menuju gardu berikutnya. Sistim komunikasi dengan PLC mempunyai rugi-rugi transmisisi yang relatif rendah dan umumnya sangat kuat dan handal. Komponen sistim komunikasi PLC terdiri dari antara lain adalah High Voltage Capacitor, Wave Trap, LMU, Coax Cabel dan perangkat PLC. High Voltage Capacitor, Wave Trap dan LMU digunakan sebagai kopling antara peralatan transmitter PLC dengan kawat saluran tegangan tinggi sehingga sinyal-sinyal pembawa frekuensi tinggi dapat ditumpangkan ke jaringan tenaga listrik. Lihat Gambar 2.3. Kopling kapasitor di tala melalui kumparan penala (tuner) sedemikian sehingga pada sisi HF diperoleh impedansi rendah (dalam prakteknya 75 Ohm). Impedansi kumparan draining coil yang tersambung paralel dibuat dengan impedansi tinggi terhadap sinyal frekuensi tinggi sekaligus merupakan impedansi rendah pada sinyal frekuensi rendah untuk mengalirkan frekuensi 50 Hz ketanah melalui kapasitor.
55
GI A
GI B LT
LT
LT
LT CC
1 P 2 1
LMU
CC LMU
Trafo Diferensial
CC 1 P 2 1
1 P 2 2
LMU
CC LMU
1 P 2 2
Trafo Diferensial P1
P2 PLC
PLC
Gambar 2.3: PLC dengan Konfigurasi Kopling Antar Fasa Perancangan instalasi dan konfigurasi kopling bisa dilakukan dengan balance atau unbalance sesuai dengan jenis kopling yang mau diterapkan apakah kopling fasa ke fasa atau fasa ke tanah. Impedansi filter disesuaikan dengan karakteristik impedansi saluran sistim tenaga yang nilainya berkisar dari 400 hingga 600 Ohm. Dengan menggunakan rangkaian jebakan (wave trap) diusahakan agar rugi-rugi transmisi yang hilang ke bagian lain saluran seminimum mungkin sehingga saluran berdekatan dapat digunakan untuk frekuensi lain. Gambar 2.4 menunjukkan photo perangkat kopling kapasitor, wave trap dan LMU yang terpasang pada sistim tegangan ekstra tinggi 500 kV.
Gambar 2.4: Perangkat kopling frekuensi tinggi Rangkaian jebakan yang ditala dengan frekuensi tunggal dapat merupakan bagian integral dari perangkat kopling yang bisa digunakan untuk dua atau lebih frekuensi pembawa. Namun pada sistim frekuensi tunggal ini kadang-kadang dijumpai juga kesulitan pada waktu perancangan khususnya pada frekuensi tinggi dimana reaktansi
56
gardu yang umumnya kapasitif ditala dengan rangkaian jebakan yang induktif dibawah frekuensi resonansinya. Dengan demikian karakteristik bloking wave trap malah dapat menghasilkan impedansi rendah terhadap frekuensi tinggi tertentu sehingga tidak dapat digunakan untuk frekuensi tersebut. Untuk mengatasi kesulitan ini maka pada umumnya digunakan rangkaian jebakan jenis broad-band. Pada sistim broad-band ini kita dapat lebih leluasa dalam pemilihan frekuensi pembawa yang kita butuhkan. Kopling filter dan perangkat transmitter PLC dihubungkan melalui kabel frequensi tinggi dengan karakteristik impedansi 75 Ohm. Pada LMU terdapat trafo penyesuai yang digunakan untuk menyesuaikan impedansi saluran dengan impedansi kabel. Untuk mengamankan perangkat dari tegangan surja transient yang tinggi maka LMU dilengkapi juga dengan suatu arrester yang terpasang paralel disisi ujung kabel koaksial. Rugi-rugi redaman transmisi merupakan hal penting yang harus diperhatikan dalam aplikasi sinyaling frekuensi tinggi. Hal ini mengingat daya pancar transmisi disesuaikan dengan besarnya redaman transmisi sedemikian rupa sehingga sinyal yang dipancarkan dapat diterima disisi perangkat penerima. Rugi-rugi pada sisi kopling berkisar diantara 1 sampai 2 dB atau maksimum sebesar 3 dB. Rugi-rugi pada kabel koaksial tidak boleh lebih dari 0.5 dB per 100 meter. Karakteristik redaman saluran sistim tenaga terhadap sinyal-sinyal pembawa frekuensi tinggi sebaiknya berada diantara 0.02 sampai 0.2 dB per kilometer tergantung dari sistim tegangan dan frekuensi (50 hingga 500 kHz) yang digunakan. Pengaruh hujan tidak terlalu signifikan menaikkan rugi-rugi saluran, namun redaman akan naik cukup besar pada waktu salju menempel pada kawat fasa penghantar. Menurut beberapa pengalaman pada musim salju nilai redaman dapat naik sampai tiga kali lebih besar dari rug-rugi dalam keadaan cuaca normal. Oleh karena redaman saluran ini bisa berubah tergantung keadaan cuaca maka dalam perangkat penerima sering dilengkapi dengan Automatic Gain Control yang berfungsi untuk mengkompensasi rugi-rugi saluran secara otomatis. Berisik atau derau (noise) dengan level yang tinggi dapat timbul akibat sambaran petir pada kawat saluran atau pada waktu hubung singkat. Meskipun berlangsung sangat singkat hanya beberapa milidetik, tetapi kejadian ini dapat menimbulkan beban lebih pada sisi penerima. Sistim sinyaling yang digunakan untuk intertripping harus memperhatikan keamanan komunikasi agar jangan sampai terjadi kesalahan dalam menangani gangguan. Derau-derau yang paling mengganggu bisa terjadi pada isolatorisolator dapat berlangsung beberapa detik. Berbagai gangguan ini harus menjadi pertimbangan pada waktu perancangan sistim proteksi sinyaling. Sinyaling pada aplikasi permissive intertripping memerlukan pertimbangan khusus mengingat sinyaling tersebut menyangkut gangguan yang terjadi pada saluran. Kenaikan redaman saluran akibat gangguan-gangguan bervariasi tergantung pada jenis gangguan. Tapi untuk pegangan praktis, umumnya pada waktu gangguan nilai redaman mulai dari 20 sampai 30 dB masih bisa diterima. Perangkat transmitter umumnya dilengkapi dengan fasilitas boster yang memungkinkan sinyal dikirim dengan daya lebih untuk memastikan bahwa sinyal dengan sinyal to noise ratio yang rendah masih bisa diterima di ujung lain saluran.
57
Dalam penerapan sinyal direct intertrip biasanya sinyal terkait dikirimkan melalui saluran yang sehat, sehingga fasilitas boster sebenarnya tidak begitu diperlukan. Dalam prakteknya, bila sinyaling frekuensi suara dioperasikan melalui kanal frekuensi pembawa, maka receiver harus mempunyai kemampuan kerja dinamis sehingga bisa menerima sinyal yang sudah di perkuat (bost). 2.6.4 Radio Pertimbangan pertama dalam meggunakan radio link adalah karena lebar-bidang (bandwidth) frekuensi radio transmisi memungkinkan penggunaan modem dengan kecepatan yang tinggi. Perintah sinyaling proteksi dapat dikirimkan dengan panjang data transmisi seri yang sesuai, tingkat keamanan yang tinggi dan dengan laju kecepatan transmisi data yang tinggi. Kendala dalam praktek adalah bahwa disamping kesulitan untuk mendapatkan frekuensi khusus, sering penggunaan radio secara eksklusif untuk proteksi sinyaling masih dipandang mahal dan jarang digunakan. Biasanya radio serba guna standar sudah cukup dan bisa digunakan untuk sistim proteksi sinyaling. Frekuensi radio yang umum digunakan adalah pada frekuensi gelombang mikro yaitu dari mulai 0.2 sampai 10 GHz. Perangkat transmitter gelombang frekuensi mikro ini pada dasarnya mempunyai jarak jelajah yang relative pendek namun dapat mempunyai lebar bidang frekuensi yang besar tanpa mengalami banyak gangguan interferensi. Dengan teknik multifleksing suatu radio link dimungkinkan mempunyai kanal yang besar yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan komunikasi. Sebagai tambahan pada kanal frekuensi suara, kanal-kanal lebar untuk pengiriman data banyak tersedia dipasaran. Sebagai contoh, pada sistim analog dengan menggunakan frekuensi division multifleksing dapat digunakan sampai 12 kanal frekuensi suara yang dikelompokkan pada base-band frekuensi 12-60 kHz atau 60-103 kHz. Pada radio sistim digital yang menerapkan pulse code modulation dan time division multiplexing biasanya kanal frekuensi suara disampling dengan frekuensi sampling 8 kHz dengan kuantifikasi pada level 8 bit. Alternatif lain adalah dengan menggunakan kanal data pada 64 kbits/detik. Radio komunikasi pada umumnya cocok digunakan untuk mengirimkan data-data dengan ukuran besar yang diperlukan antara pusat-pusat pengendalian sistim tenaga listrik. Bilamana jalur transmisi radio sejajar dengan saluran transmisi daya maka kanal-kanal radio dapat juga digunakan untuk proteksi sinyaling. Yang lebih umum, radio komunikasi digunakan antara gardu-gardu utama. Pertimbangan lain pemakaian radio link adalah bahwa radio link tidak terpengaruh pada gangguan-gangguan yang timbul pada saluran sistim tenaga. Tapi pengaruh fading karena perubahan cuaca harus dipertimbangkan sebelum memutuskan pilihan jalur komunikasi sinyaling. Dalam aplikasi proteksi sinyaling umumnya derau atau noise dapat timbul karena perangkat radio itu sendiri. Disamping itu, atmosfer yang terkontaminasi dapat merupakan tabir pemantul sinyal-sinyal radio yang pada akhirnya juga bisa mempengaruhi sinyaling proteksi. Tinggi tiang penyangga antena (tower) juga
58
sebenarnya harus dibatasi sebab pengaruh kecepatan angin dan pengaruh perubahan temperature juga sangat terasa bila menggunakan tiang yang sangat tinggi. 2.6.5 Kanal Serat Optik Kemampuan serat fiber optik dengan ukuran hanya seperberapa millimeter untuk memancarkan cahaya pada jarak yang relative jauh dapat dimanfaatkan sebagai media komunikasi optik yang dapat mempunyai kanal komunikasi sangat besar dengan resiko interferensi elektro maknetik yang hampir tidak ada. Dalam prakteknya, kabel optik terdiri dari inti serat, cladding dan lapisan pembungkus plastik luar oversheat yang kadang-kadang dibungkus dengan plat baja sebagai pelindung terhadap kerusakan mekanis. Informasi-informasi yang mau dipancarkan dimodulasikan pada berkas cahaya yang dirambatkan sepanjang serat optik. Berkas cahaya yang sudah termodulasi ini kemudian merambat sepanjang serat optik dan pada ujung penerima sinyal-sinyal informasi akan dikembalikan kedalam bentuk aslinya dengan menggunakan decoderdecoder. Teknik modulasi on-off sumber cahaya paling umum digunakan karena gangguan-gangguan dan distorsi yang disebabkan sifat ketidak linieran sumbersumber cahaya maupun detector-detector penerima dan juga akibat bervariasinya level cahaya yang diterima disisi penerima. Pemancar cahaya biasanya terdiri dari laser atau perangkat LED yang mampu memancarkan dan mendeteksi berkas cahaya pada frekuensi tertentu dengan redaman rendah pada gelombang 850, 1300 dan 1550 nanometer. Jarak transmisi yang bisa ditempuh secara efektif tergantung pada besarnya redaman dan dispersi dari media serat optik dan juga tergantung dari kualitas serat dan panjang gelombang sumber cahaya yang digunakan. Terdapat beberapa moda propagasi cahaya dengan jalur dan link optikal yang berbeda-beda yang dapat menyebabkan hamburan atau dispersion dan melebarnya sinyal pulsa yang sampai pada sisi penerima. Melorotnya kualitas sinyal karena berbagai moda perambatan cahaya yang berbeda-beda di atas dapat dikurangi dengan menggunakan serat yang mempunyai indeks bias bertingkat sehingga perambatan gelombang dapat menyatu secara sempurna sepanjang serat optik. Oleh karena itu untuk meningkatkan jarak transmisi biasanya digunakan serat optik monomode. Dengan kanal serat optik, kecepatan transmisi data dapat ditingkatkan hingga ratusan megahertz dan mampu pada jarak beberapa puluh kilometer. Sementara itu untuk jarak-jarak yang lebih jauh dibutuhkan station-station pengulang. Serat optik dapat juga digunakan secara khusus antara dua terminalatau juga sebagai saluran yang membawa banyak informasi data-data maupun pembicaraan yang berbeda-beda termasuk sinyaling untuk proteksi sistim tenaga. Saluran serat optik sebagai saluran digunakan dengan menggunakan teknik time division multiplexing-TDM dimana masing-masing kanal 64 kpb/s yang ekivalen dengan satu kanal frekuensi suara yang disampling pada data 8 bit pada laju sampling 8 kHz. Berbeda dengan era terdahulu dimana perusahaan listrik menyewa kelebihan kawat saluran dari perusahaan telekomunikasi maka akhir-akhir ini banyak perusahaan listrik yang menyewakan sebagian dari kelebihan serat mereka baik pada perusahaan swasta maupun
59
pemerintah yang membutuhkan saluran khusus ataupun pada operator-operator telekomunikasi setempat. Sejauh ini komunikasi dengan pemakaian serat optik pada sistim perlistrikan sudah sangat luas dan cukup berhasil dengan memuaskan. Sekarang pemakaian serat optik sudah merupakan kebutuhan komunikasi sistim perlistrikan yang dibuat antar gardugardu induk. Kabel-kabel optik biasanya digelar antara tower dengan tower dengan menggunakan kabel All Dielectric Self Supporting Cable - ADSS atau dengan menggunakan Optikal Fiber Ground Wire-OPGW yang digunakan sekaligus sebagai kawat pentanahan.
2.7
METODA-METODA PENSINYALAN
Tergantung dari media komunikasi yang tersedia terdapat beberapa metoda pensinyalan (sinyaling) yang banyak digunakan dalam skema-skema proteksi sistim tenaga listrik yaitu antara lain adalah: a.
Sinyaling dengan tegangan DC.
b.
Sinyaling Plain Tone.
c.
Frekuensi Shift Keying.
Komunikasi untuk kebutuhan umum dengan menggunakan PLC, Radio atau dengan media Serat Optik biasanya menggunakan teknik translasi frekuensi atau dengan teknik multipleksing sesuai dengan standar pemakai. Biasanya terdapat kanal-kanal suara dengan masing-masing 4 kHz yang sering disebut kanal frekuensi (VF) suara. Perangkat sinyaling proteksi yang beroperasi pada frekuensi suara membutuhkan standar interface komunikasi. Jika kanal frekuensi suara tidak sesuai atau tidak tersedia, maka proteksi sinyaling dapat dilakukan dengan menggunakan media yang dirancang secara khusus sebagai perangkat proteksi sinyaling. Gambar 2.5 memperlihatkan berbagai media komunikasi yang paling umum dijumpai dalam sistim ketenaga listrikan. 2.7.1 Sinyaling Tegangan Arus Searah Walaupun sebenarnya bekerja cukup baik, namun mengingat pertimbangan praktis sistim perelean kabel pilot tegangan arus searah (DC) sudah lama ditinggalkan dan tidak digunakan lagi. Hal ini mengingat sistim kabel pilot dengan tegangan arus searah ini relatif membutuhkan lebih banyak kawat dan lagi pula kordinasi antara rele pada tempat yang saling berjauhan bisa mengalami kesulitan pada waktu penyetelanpenyetelan waktu kerja mereka masing-masing. Sistim perelean dengan kabel pilot tegangan arus searah ini dapat dilakukan atas dua skema dasar yaitu skema pilot dengan hubungan seri dan skema paralel. Pada hubungan seri, batere yang digunakan terpusat pada salah satu gardu dan semua kontak rele direksional dan kumparan tripping masing-masing gardu dihubung seri satu sama lain. Disini kalau terjadi gangguan antara gardu dan dapat dirasakan oleh masing-masing gardu maka semua PMT akan tripping secara bersamaan. Sedangkan pada hubungan shunt, masingmasing gardu punya batere sendiri-sendiri. Pada skema shunt, tripping biasanya
60
dikombinasikan dengan skema bloking sehingga tripping dapat berlangsung hanya bila elemen arah rele-rele tersebut bekerja sesuai dengan settingannya. Kabel pilot hantaran udara
Kanal pilot bawah tanah Frekuensi suara Skema rele proteksi
Kanal frekuensi power line carrier
Kanal Pembawa Frekuensi Tinggi Yang Ditumpangkan Melalui Saluran Sistim Tenaga (Power line carrier)
Frekuensi shift carrier
ON / OFF keying
Stasion Pengulang (Repeater) Frekuensi division multipleks Pemancar radio
Digital
Kanal Radio
Multipleks utama-PCM Fiber optik untuk umum Pemancar optik Fiber optik khusus
Optikal Perangkat Proteksi Signaling
Perangkat Telekomunikasi
Media Transmisi
Gambar 2.5: Berbagai Media Komunikasi Yang Bisa Digunakan Untuk Proteksi Sinyaling 2.7.2 Sinyal Plain-Tone Dahulu penggunaan sinyal plain tone frekuensi tinggi banyak digunakan untuk keperluan pensinyalan terutama untuk berbagai keperluan skema bloking. Media yang biasa digunakan adalah perangkat power line carrier yang dirancang secara khusus untuk mentransfer perintah bloking pada sistim pengaman jauh. Dalam sistim pensinyalan ini, frekuensi pembawa dikendalikan sedemikian rupa sehingga dapat digunakan sekaligus sebagai pensinyalan diluar keperluan telekomunikasi lainnya. Sinyal plain tone dapat digunakan pada skema pembanding fasa dengan kecepatan transmisi dan keandalan yang cukup tinggi. Perangkat-perangkat penerima sinyal plain tone juga tidak membutuhkan perangkat khusus dan dapat digunakan untuk keperluan skema permissive intertripping. Disamping untuk keperluan intertripping sinyaling plain tone power line carrier dapat juga digunakan untuk keperluan perintah-perintah bloking pada saluran-saluran berujung banyak. Perintah bloking yang dikirim dari satu station dapat diterima secara serentak pada semua ujung-ujung saluran dengan menggunakan satu frekuensi tunggal power line carrier. Sistim sinyaling lain biasanya membutuhkan kanal komunikasi diskrit untuk setiap pasang stasion yang saling terhubung. Sebenarnya sinyal plain frekuensi suara (rendah) dengan berbagai jenis media komunikasi dapat
61
juga digunakan untuk keperluan skema bloking, permissive intertripping maupun untuk skema proteksi intertripping langsung (direct) namun keamanan sistim ini masih tergolong kurang aman sebab sering terjadi salah operasi. Namun dengan majunya sistim komunikasi dan teknik pensinyalan yang suah semakin canggih, sinyal plain tone ini sudah jarang digunakan. 2.7.3 Frekuensi Shift Keying Teknik pensinyalan dengan frekuensi shift keying (FSK) dapat dipancarkan melalui saluran komunikasi PLC pada kecepatan transmisi yang relatif pendek sehingga cocok digunakan untuk skema bloking maupun untuk permissive intertripping dan direct tripping. Untuk meningkatkan tingkat keamanan bisa dilakukan dengan menggunakan broad band-noise detector untuk memonitor perangkat sistim proteksi sinyaling secara real time. Untuk lebih memperbaiki kinerja sistim dapat dilakukan dengan modulasi frekuensi sebab pada modulasi amplitudo terdapat pembatas amplitudo yang dapat menghambat komponen noise amplitude modulasi sehingga noise sebenarnya susah dideteksi. Operasi sistim proteksi sinyaling dapat terdiri dari tone-tone yang terdiri dari kode-kode tiga tone atau kombinasi multi bit dengan tone-tone diskrit atau frekuensi shift tunggal. Sistim komunikasi dengan kecepatan tinggi yang sudah lebih maju umumnya dilakukan dengan menggunakan kode multi-bit atau dengan teknik frekuensi shift keying. Untuk meningkatkan tingkat sekuriti yang semakin tinggi, maka dalam skema direct intertripping sering digunakan kode-kode yang lebih kompleks. Sedang untuk meningkatkan waktu operasi yang lebih cepat pada maka kode-kode atau sinyal-sinyal yang mau dikirimkan melalui PLC sering dilakukan dengan memakai semua kanal frekuensi suara (full band). Namun perlu juga diperhatikan apakah kanal PLC yang digunakan sudah dilengkapi dengan fasilitas proteksi sinyaling. Disamping itu, mengingat daya noise atau derau adalah berbanding lurus terhadap lebar bidang, maka pada pemakaian spektrum yang lebih lebar bisa berakibat menaikkan noise yang dapat memperburuk sistim sinyaling. Pada prakteknya adalah sulit untuk mendapatkan sistim dengan tingkat keamanan yang tinggi sekaligus dengan tingkat keandalan yang tinggi. Hal yang biasa dilakukan adalah kompromi antara pertimbangan keandalan dan keamanan yang bisa diterima.
62
3. RELE ARUS LEBIH 3.1
PENDAHULUAN
Pada tahap awal perkembangan industri tenaga listrik, suatu sistim tenaga listrik terdiri dari sebuah generator kecil yang digunakan untuk memasok kebutuhan setempat. Sistim demikian belum dilengkapi dengan sistim proteksi dan biasanya diawasi langsung oleh operator. Pada waktu itu operatorlah yang bertindak untuk membuka pemutus daya bila melihat ada kelainan atau gangguan sehingga generator tersebut terhindar dari kerusakan. Namun seiring dengan perkembangan jaringan sistim tenaga yang dari waktu ke waktu semakin besar maka cara-cara demikian tidak bisa lagi dipertahankan dan harus ada cara-cara yang lebih efektif yang bisa digunakan untuk memproteksi sistim dari gangguan-gangguan. Sistim proteksi pertama yang dilakukan untuk mengamankan sistim adalah dengan menggunakan sekering. Kemudian disusul dengan menggunakan rele beban lebih ataupun rele tegangan kurang yang kemudian diikuti oleh berkembangnya sistim proteksi dengan rele arus lebih. Sebelum teknologi jenis rele-rele lain berkembang, rele arus lebih inilah rele proteksi yang pertama dan paling sederhana yang banyak digunakan untuk memproteksi jaringan sistim tenaga listrik. Dalam perjalanan waktu rele proteksi ini kemudian berkembang mulai dari penerapan sederhana dengan menggunakan hanya satu rele hingga beberapa rele yang diatur secara bertingkat berdasarkan besarnya arus gangguan yang berbeda-beda sesuai letak gangguan. Proteksi arus bertingkat ini dimaksudkan agar rele-rele tersebut bisa mengatasi gangguan secara diskriminatif sesuai dengan letak gangguan. Disamping itu faktor lain yang perlu diperhatikan agar sebuah rele arus lebih dapat bekerja secara tepat dan stabil maka perbedaan antara arus hubung singkat minimum dengan arus beban maksimum harus cukup besar. Hal tersebut diperlukan agar rele arus lebih tersebut tidak boleh bekerja terhadap arus beban lebih maksimum. Pada dasarnya rele arus lebih dapat diklasifikasikan atas dua katagori yaitu rele arus lebih biasa atau non-direksional dan rele arus lebih yang dilengkapi dengan elemen arah. Berikut ini akan membahas secara umum fungsi-fungsi sistim proteksi dengan menggunakan rele arus lebih termasuk sekering yang masih banyak digunakan pada sistim distribusi maupun jaringan lainnya yang banyak dijumpai dalam sistim tenaga listrik.
3.2
PRINSIP-PRINSIP KOORDINASI
Hal yang penting diperhatikan agar penerapan rele arus lebih dapat dilakukan secara efektif, adalah perlunya mengenali jenis-jenis gangguan-gangguan yang bisa terjadi pada setiap titik pada jaringan sistim tenaga listrik. Dalam praktek terdapat dua cara untuk mengetahui besarnya arus gangguan-gangguan, yaitu pertama dengan melakukan pengujian maupun pengukuran-pengukuran arus pada setiap titik gangguan yang diperkirakan dapat terjadi. Kedua adalah cara yang paling umum
63
digunakan yaitu dengan melakukan perhitungan-perhitungan arus gangguan seperti pada berbagai studi analisa gangguan-gangguan sistim tenaga listrik. Secara umum, data-data yang diperlukan untuk melakukan penyetelan rele-rele arus lebih antara lain adalah: a.
Diagram satu garis sistim tenaga listrik yang mau diproteksi. Data-data yang diperlihatkan pada diagram satu garis antara lain adalah jenis dan rating peralatan proteksi, serta trafo-trafo arus terkait dengan sistim proteksi tersebut.
b.
Impedansi semua elemen (trafo, mesin, saluran transmisi dan sebagainya) dalam ohms, persen atau dalam per-unit.
c.
Besar arus hubung singkat maksimum dan minimum yang dapat mengalir pada masing-masing perangkat proteksi.
d.
Besar arus beban maksimum yang dapat mengalir melalui perangkat proteksi.
e.
Besar arus starting dari motor-motor dan waktu-waktu starting motor-motor induksi.
f.
Besar arus serbu (inrush) transformator, ketahanan panas dan karakteristik kerusakan atau damages characteristic.
g.
Kurva arus gangguan yang memperlihatkan derajat penurunan dari arus gangguan yang dapat dialirkan dari generator.
h.
Kurva kinerja trafo-trafo arus.
Dalam kordinasi proteksi, perhitungan setelan rele adalah pekerjaan pertama yang perlu dilakukan. Pekerjaan ini dilakukan berdasarkan besarnya arus gangguan maksimum yang diperlukan untuk menentukan lama waktu tripping tercepat yang bisa dicapai dan sekaligus juga untuk memastikan apakah rele tersebut tetap dapat bekerja pada arus gangguan minimum yang mungkin terjadi pada tempat yang lebih jauh dari posisi rele. Cara yang biasa dilakukan dalam kordinasi rele adalah dengan menggambarkan kurva rele peralatan proteksi termasuk proteksi lainnya seperti misalnya sebuah sekering yang dirancang bekerja secara seri dengan perlatan yang diproteksi. Biasanya parameter-paramater proteksi dinyatakan pada level tegangan terendah atau pada daya dasar (MVA base) atau dinyatakan secara terpisah satu sama lain berdasarkan sistim tegangannya. Prinsip-prinsip dasar yang diperhatikan dalam kordinasi rele supaya sistim proteksi berfungsi dengan baik antara lain adalah:
64
a.
Sejauh mungkin menggunakan rele dengan kurva karaktersitik yang sama yang akan tersambung secara seri satu sama lain.
b.
Pastikan bahwa rele dengan lokasi yang terjauh dari sumber mempunyai setelan arus sama atau kurang dari rele dibelakangnya, yaitu, bahwa arus primer yang dibutuhkan untuk mengoperasikan rele didepan selalu sama atau kurang dari arus primer yang diperlukan untuk mengerjakan rele dibelakangnya.
3.3
PRINSIP WAKTU DAN ARUS BERTINGKAT
Tekni-teknik yang umum dipraktekkan pada ko-ordinasi rele-rele arus lebih yang terpasang pada satu jaringan distribusi adalah kordinasi berdasarkan waktu-waktu kerja rele, besarnya arus gangguan atau berdasarkan kombinasi antara waktu kerja dan besar arus gangguan tersebut. Masing-masing cara-cara tersebut mempunyai kekurangan dan kelebihan namun bila digunakan secara tepat dan benar metoda kordinasi rele ini bisa menghasilakn sistim proteksi yang cukup baik dan memadai sesuai kebutuhan. Persyaratan lain yang harus diperhatikan adalah bahwa setiap rele hanya boleh bekerja untuk mengisolir jaringan yang terganggu dan tidak boleh mentrip jaringan yang sehat. Uraian-uraian berikut diberikan sebagai ilustrasi tentang penerapan diskriminasi baik berdasarkan waktu, berdasarkan arus dan berdasarkan 1,5 gabungan antara keduanya . 3.3.1 Diskriminasi Waktu Dalam metoda ini, setelan waktu kerja yang diberikan pada masing-masing rele E, D, C, B yang terpasang pada saluran distribusi radial dibuat berbeda-beda seperti dapat dilihat pada Gambar 3.1. Waktu-waktu kerja tersebut dibuat bertingkat sedemikian rupa sehingga kalau ada gangguan misalnya di F maka rele yang pertama trip adalah rele yang paling dekat yaitu rele B . Rele C baru kerja kalau rele B gagal yaitu dengan waktu t3 yang lebih lama dari waktu kerja rele B. E
PMT E
D
Trafo 1 PMT D
C
PMT C
B
PMT B
Trafo 2
A
~ Sumber
t1
t2
t3 F
Sekering
G
Gambar 3.1: Sistim Radial Dengan Diskriminasi Gangguan Berdasarkan Waktu Rele arus lebih ditempatkan pada titik-titik B, C, D dan E, yaitu pada setiap bus penghubung sistim tenaga tersebut. Masing-masing rele terdiri dari rele arus lebih dengan karakteristik definite time delay yang prinsip kerjanya berdasarkan atas besarnya arus yang mengalir melalui elemen pendeteksi arus lebih sensitif yang pada harga tertentu akan menginisialisai elemen pewaktu (time delay) sebelum bekerja. Dengan menyetel elemen arus lebih rendah dari besar arus gangguan maka elemen arus ini tidak memegang peranan dalam diskriminasi. Inilah sebabnya rele demikian sering juga disebut sebagai independent definite-time delay rele, sebab waktu operasinya tidak tergantung dari besarnya arus gangguan. Dalam hal diatas, maka hanya perangkat elemen waktu yang akan melakukan diskriminasi pengisoliran gangguan. Rele B di set pada kelambatan waktu yang paling singkat baru kemudian rele-rele dibelakangnya dengan waktu yang lebih lambat. Kalau gangguan terjadi di titk G didepan bus A maka waktu lebur sekering dibuat lebih cepat dari waktu trip rele B. Setelah kelambatan waktu habis namun sekering belum sempat lebur, maka output kontak rele akan mentrip PMT B. Selang waktu antara setelan waktu masing-masing
65
rele harus cukup panjang untuk memastikan agar rele-rele hulu (upstream) tidak akan kerja sebelum rele dibawahnya yang lebih dekat dengan titik gangguan bekerja lebih dahulu. Namun cara ini yang menyebabkan adanya kekurangan sistim diskriminasi waktu, yaitu ketidak mampuannya membedakan level arus gangguan yang bisa mengakibatkan kerusakan karena pembiaran gangguan yang terlalu lama. Misal gangguan terjadi didepan bus E dekat sumber dimana arus gangguan (MVA level) yang jauh lebih besar dari arus pada arus gangguan (MVA level) pada bus F, baru dapat diputus dengan waktu t1 detik yang mungkin sudah terlalu lambat. 3.3.2 Diskriminasi Arus Prinsip diskriminasi arus didasarkan atas besar arus gangguan yang berbeda-beda sesuai letak titik gangguan sepanjang saluran. Perbedaan arus-arus gangguan tersebut terjadi karena setiap titik gangguan mempunyai impedansi yang berbeda-beda. Pada umumnya, masing-masing rele yang akan mengendalikan berbagai PMT disetel untuk bekerja berdasarkan besar arus gangguan sedemikian rupa sehingga hanya PMT yang paling dekat dengan sumber gangguan yang akan trip sebelum mentrip PMT-PMT lainnya. Gambar 3.2 dapat memperlihat skema tripping demikian. Besar arus hubung singkat pada gangguan yang terjadi pada F1 dapat dihitung dengan rumus dibawah.
Dimana Zs = impedansi sumber
ZL1 = impedansi kabel dari mulai titik C sampai titik B. ZL1 Maka Dengan demikian maka rele yang mengendalikan PMT pada titik C yang di set pada arus gangguan 9008 Amper secara praktis seharusnya akan memproteksi seluruh elemen saluran antara C dan B. Dalam kenyataannya terdapat dua masalah yang menyulitkan kordinasi rele berdasarkan arus gangguan sebagai berikut: a.
Kabel antara C dan B hanya sekitar beberapa meter saja sehingga sulit membedakan antara gangguan F1 dan F2. Beda arus gangguan tersebut hanya berbeda sekitar 0.1 %.
b.
Dalam praktek sumber bisa beroperasi hanya satu unit dengan daya hanya 130 MVA. Pada daya 130 MVA level impedansi sumber naik dua kali sehingga arus gangguan pada titik F1 yang sama akan turun menjadi 5428 A. Dengan demikian rele yang sudah diset pada 9008 A jelas tidak akan memproteksi jaringan tersebut.
Dengan demikian diskriminasi gangguan bertingkat antara titik C dan B yang hanya berdasarkan besar arus pada prakteknya tidak bisa dipraktekkan. Perhatikan tingkatan
66
grading yang dibutuhkan antara PMT A dan PMT C. Besar arus hubung singkat pada titik F4, dapat dihitung sebagai berikut:
Dimana Zs = adalah impedansi sumber = 0.465 Ohm. ZL1 = Impedansi kabel antara C dan B = 0.24 Ohm. ZL2 = Impedansi kabel antar B dan Trafo 4 MVA = 0.4 Ohm. ZT = Impedansi Trafo = 0.07 X Jadi
= 2.12 Ohm. .
Kabel tanah 240 Sqm 200 meter
Pembangkit 11 kV 2 X130 MVA
~ C
Kabel tanah 240 Sqm 200 meter
Trafo 11/3.3 kV 7%
PMT A
PMT B
PMT C
B F1
A F2
F3
F4
Gambar 3.2 : Sistim Radial Dengan Diskriminasi Arus Dari hasil perhitungan diatas, rele yang mengendalikan PMT B di set bekerja pada arus 1970 Amper ditambah faktor keamanan supaya tidak bekerja pada gangguan F4. Dengan demikian Rele B tersebut jelas ter-diskriminasi dengan rele A sebagaimana dapat dihitung berikut. Anggaplah margin faktor keamanan sebesar 20% dan kompensasi terhadap variasi impedansi diambil sebesar 10%, maka pemilihan setelan rele B dilakukan pada 1.3 X 1970 A yaitu sebesar 2560 A. Sekarang anggap gangguan pada titik F3 pada ujung akhir kabel memasuki trafo 4 MVA; arus hubung singkat dapat dihitung sebagai berikut;
Dan dengan menganggap level gangguan sumber 250 MVA, maka:
Pada sisi lain pada gangguan yang sama namun dengan setelan sumber disetel sebesar 130 MVA, besar arus hubung singkat adalah:
67
Karena rele B disetel bekerja pada arus 2560 A, maka dengan demikian pada kedua level sumber tersebut yaitu pada 130 MVA maupun 250 MVA, rele B ternyata dapat befungsi dengan benar dimanapun letak gangguan pada saluran kabel pemasok 11 kV trafo terjadi. 3.3.3 Diskriminasi Gangguan Berdasarkan Waktu Dan Arus Kedua cara diskriminasi arus dan waktu masing-masing mempunyai kerugian yang mendasar. Kerugian pada diskriminasi berdasarkan waktu semata, adalah terdapatnya celah dimana arus gangguan yang terjadi dekat sumber di-isolir dengan waktu yang cukup lama. Sementara itu kerugian diskriminasi dengan menggunakan arus hanya dapat diterapkan pada bagian-bagian saluran antara dua PMT yang mempunyai impedansi cukup besar atau terpisah cukup jauh. Untuk mengatasi keterbatasan-keterbatasan kordinasi rele-rele dengan menggunakan hanya berdasarkan waktu atau arus digunakan rele-rele dengan karakteristik rele inverse time overcurrent. 1000.00
100.00
Waktu (detik)
10.00 Waktu kerja rele B
Waktu kerja rele A 1.00
0.10 100
1000 10.000 Arus (A) Rele A : Setting arus = 100A.TMS = 10 Rele B : Setting arus = 125A.TMS = 1.3
Gambar 3.3 Karakteristik Rele Pada Berbagai Setelan Yang Berbeda
68
Sesuai karakteristiknya, waktu kerja rele ini mengikuti fungsi inverse waktu secara proporsional sesuai level arus gangguan. Gambar 3.3 memperlihatkan karakteristik dua rele yang memberikan setelan waktu-arus yang berbeda. Dengan menggunakan karakteristik invers maka variasi jenis gangguan yang berbeda jauh yaitu antara dua titik ujung saluran yang saling berjauhan, dapat ditanggulangi sesuai dengan waktu kerja yang semakin cepat pada gangguan-gangguan yang semakin dekat dengan sumber pembangkit yang arus gangguannya lebih besar. Dengan demikian kekurangan sistim diskriminasi berbasis waktu maupun arus saja dapat diatasi dengan menggunakan sistim diskriminasi kombinasi waktu dan arus. Seleksi karakteristik rele arus lebih dimulai dengan memilih karakteristik rele yang sesuai, kemudian diikuti oleh pemilihan setelan arus rele. Dari penentuan kedua proses diatas akhirnya margin grading dan setelan waktu rele dapat ditetapkan. Prosedur ulang-ulang sering dilakukan untuk mengatasi kendalakendala yang dapat menyebabkan sistim proteksi tidak dapat bekerja efektif pada setelan berdasarkan level arus ataupun setelan waktu secara optimal.
3.4
KARAKTERISTIK STANDAR I.D.M.T
Karakteristik standar Invers Defenite Minimum Time adalah karakteristik arus dan waktu yang sampai arus tertentu mengikuti kurva invers dan setelah jenuh waktu tripping kemudian menjadi definit. Pada arus rendah kurva kerja rele ditentukan oleh gaya penyeimbang (restraining) yang dihasilkan per kendali, sedang pada arus yang tinggi karakteristik waktu kerja sudah menjadi definit. Berdasarkan IEC 60255 terdapat beberapa karakteristik rele arus lebih IDMT yaitu; Standard Inverse (SI), Very Inverse (VI) dan Extremely Inverse (EI). Deskripsi matematis yang diberikan oleh kurva-kurva diatas diberikan pada Table 4.1(a). Kurva karakteristik pada Gambar 3.a dibuat pada dasar setelan general (common setting current) dan setelan multiflier waktu 1 detik. Sedangkan karakteristik tripping standar invers (SI) dengan setelan TMS yang berbeda-beda diperlihatkan seperti Gambar 3.5. Walaupun kurva-kurva tersebut diperlihatkan hanya pada harga-harga TMS secara diskrit, namun pada rele-rele elektro mekanis pengaturan multiflier sebenarnya dapat juga dilakukan secara kontinu (misal dengan potensio meter). Untuk jenis rele lain, langkah (dial) setelan dengan piring berskala dapat dilakukan dengan skala yang sangat kecil sama seperti setelan yang dihasilkan dengan menggunakan potensio meter. Tambahan lagi, hampir semua rele arus lebih (over current) juga dilengkapi dengan elemen setelan tinggi high set elemen seperti yang akan dijelaskan lebih lanjut. Dalam banyak hal, penggunaan kurva standar SI untuk proteksi jaringan distribusi sebenarnya sudah cukup baik, tetapi untuk mendapatkan grading proteksi yang lebih baik bisa dilakukan dengan kurva very invers (VI) atau ekstrim invers(EI). Pada praktek aplikasi rele proteksi sistim tenaga listrik di Amerika Utara dirancang dengan menggunakan ANSI/IEEE. Tabel 3.1 memperlihatkan deskripsi matematik karakteristikkarakteristik kurva dan Gambar 3.4(b) memperlihatkan kurva yang dinormalisir (standardized) pada dial waktu setelan 1,0.
69
Karakteristik Rele
Persamaan IEC 602555
IEEE Moderately Inverse
IEEE Very Invers
Extrenely Invers
US CO8 Invers
US CO2 Short Time Invers
dimana
= Setting Arus Rele
TMS = Time Multiflier Setting TD = Time Dial Setting Tabel 3.1: Defenisi Karakteristik Standar Rele 1000.00
100.00
Waktu kerja rele (detik)
10.00
Standart inverse (SI)
Waktu definite (DT) 1.00 Very inverse (VI) Extremely inverse (EI)
0.10 1
10 Arus I perkalian arus Is
100
Gambar 3.4 (a): Karakteristik Rele IDMT (IEC 60255)
70
1000.00
100.00
Waktu kerja rele (detik)
10.00
Moderately inverse 1.00 Very inverse CO 2 Short time inverse CO 3 Inverse Extremely inverse 0.10 1
10 Perkalian arus Is
100
Gambar 3.4 (b): Karakteristik Rele IDMT (Amerika Utara) 10 8 6 4
Waktu (detik)
3 TMS 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4
2
1 0.8
0.3
0.6
0.2
0.4 0.3
0.1
0.2
0.1 1
2
3 4 6 8 10 Perkalian Plug Setting Arus
20
30
Gambar 3.5: Karakteristik Umum Waktu - Arus Dari Rele Standard IDMT
3.5
KOMBINASI IDMT DENGAN KARAKTERISTIK SESAAT SETELAN TINGGI
Disamping elemen IDMT, sebuah rele arus lebih dapat juga dilengkapi dengan elemen setelan tinggi sesaat (high set instantaneous). Elemen setelan tinggi sesaat dapat
71
disetel bekerja dengan sangat cepat untuk setiap nilai arus yang dianggap cukup tinggi. Elemen setelan tinggi sesaat dapat digunakan pada sistim dimana impedansi sumber lebih kecil dari impedansi saluran yang diproteksi yang dapat menghasikan arus gangguan yang tinggi. Penggunaan rele ini pada jaringan distribusi dapat mengurangi waktu tripping terhadap arus gangguan yang sangat tinggi yang mungkin terjadi. Aplikasi rele ini sebenarnya adalah sebagai perbaikan sistim proteksi bertingkat secara keseluruhan yaitu dengan membiarkan kurva diskriminasi berada dibelakang elemen setelan tinggi sesaat yang lebih cepat. Seperti terlihat pada Gambar 3.6, keuntungan dari elemen setelan tinggi sesaat antara lain adalah untuk mengurangi lamanya waktu kerja rele pada daerah yang diarsir. Bila impedansi sumber konstan, setelan tinggi dapat digunakan untuk mendapatkan rele kecepatan tinggi untuk semua bagian jaringan yang akan diproteksi. Hal ini perlu karena waktu penanggulangan gangguan yang cepat dapat membantu untuk mengurangi resiko kerusakan peralatan. Gambar 3.6 juga memperlihatkan keuntungan penting lainnya yang dapat dihasilkan oleh elemen high set instantaneous. Grading dengan rele langsung dibelakang rele yang mempunyai elemen high set instantaneous dapat dilakukan pada setelan arus elemen instantaneous dan tidak perlu pada level gangguan maksimum. Sebagai contoh, pada Gambar 3.6, setelan tinggi rele R1 disetel pada arus 3000 A, R2 pada setelan 1400 dan R3 pada setelan 500 A. Sedang masing-masing setelan karakteristik I.D.M.T dilakukan sebagai berikut; R 1 disetel pada arus 500 A dengan TMS 0.125, R2 pada arus 125 A pada TMS 0.15 dan R3 pada arus 62.5 A pada TMS 0.1. 3 2
Waktu (detik)
1
0.1 100 R1 Pembangkit 250 MVA 11kV Level gangguan 13.000 A
~
1000 Arus gangguan (Amps) R2 400/1A 100/1A Level gangguan 2300 A
I.D.M.T Relay setting R1 diset pada 500 A 0.125 TMS R2 diset pada 125 A 0.15 TMS R3 diset pada 62.5 A 0.10 TMS
10000 R3 50/1A Level gangguan 1100 A
High set instantaneous relay settings R1 diset pada 3000 A R2 diset pada 1400 A R3 diset pada 500 A
Gambar 3.6: Karakteristik Kombinasi Rele IDMT Dengan Rele Arus Lebih Sesaat (High-Set Rele Over Current Instantaneous)
72
3.5.1 Capaian Lebih Transien Capaian rele adalah seksi atau daerah saluran yang dapat diamankan oleh rele bila gangguan terjadi. Rele yang bekerja pada gangguan yang berada diluar daerah capaian yang ditentukan disebut capaian lebih (overreach). Hal yang penting dilakukan pada waktu mengaplikasikan elemen pewaktu sesaat suatu rele arus lebih adalah analisa gangguan sistim dan dan penyetelan rele sehingga rele tersebut tidak akan kerja diluar daerah proteksi mereka. Perlu dicatat bahwa arus awal yang relatif tinggi yang disebabkan arus offset DC yang terkandung pada gelombang arus dapat menyebabkan rele bekerja pada saat tersebut. Kejadian ini bisa terjadi meskipun pada harga arus gangguan steady state yang terjadi diluar capaian rele lebih kecil dari setelan arus rele. Gejalah ini disebut capaian lebih transien atau transient overreach. Didefinisikan sebagai berikut: ....................3.1 Dimana: = Harga rms steady state arus pick-up rele. = Arus rms steady state yang bila fully offset baru bisa menyebab rele pick- up. Bila diterapkan pada sebuah trafo daya, maka elemen setelan tinggi arus lebih sesaat harus di set diatas harga maksimum arus gangguan gangguan eksternal (through fault current) yang dapat dipasok oleh trafo bila gangguan terjadi pada terminal tegangan rendah (LV terminal). Dengan demikian diskriminasi dengan rele yang dipasang pada sisi tegangan rendah Trafo tetap dapat dipertahankan sebagaimana mestinya.
3.6
KARAKTERISTIK SANGAT INVERSE
Penggunaan rele arus lebih karakteristik very inverse secara khusus cocok pada jaringan distribusi radial dimana arus gangguan akan berkurang (karena kenaikan impedansi gangguan yang naik secara signifikan) seturut dengan semakin bertambah jauhnya titik gangguan dari sumber pembangkit. Karakteristik operasi VI dibuat sedemikian rupa sehingga waktu kerja rele adalah kirakira dua kali lebih lambat untuk pengurangan arus mulai dari 7 kali sampai 4 kali. Karakterisktik demikian memungkinkan penggunaan beberapa rele-rele dengan setelan multiplier yang sama yang dipasang secara seri sepanjang saluran. Gambar 3.7 memberikan perbandingan antara kurva SI dan VI dari rele. Kurva VI adalah lebih tajam dan karena itu maka kenaikan waktu kerja yang lebih cepat untuk pengurangan arus yang sama dibandingkan dengan kurva SI. Ini memungkinkan perolehan margin grading TMS yang lebih rendah untuk setelan arus yang sama, sehingga dalam hal ini waktu tripping pada sisi sumber dapat diminimalkan.
73
100.00
Waktu Kerja Rele (detik)
10.00
Standart inverse (SI)
1.00 Very inverse (VI)
0.10 1
10 Perkalian Arus Is
100
Gambar 3.7: Perbandingan Karakteristik Rele SI dengn VI
3.7
KARAKTERISTIK INVERSE EKSTRIM
Pada karakteristik EI, waktu kerja adalah inverse harga kuadrat arus yang diterapkan. Sistim ini cocok untuk proteksi jaringan distribusi (terhubung dengan banyak beban seperti kulkas, pompa-pompa, pemanas air dan lain sebagainya) yang setiap saat bisa dialiri arus luber maksimum khususnya pada saat padam lalu hidup kembali (switching) tanpa melepaskan beban. Pada kondisi jaringan demikian perlu dilakukan kordinasi antara perangkat pengaman sedemikian rupa sehingga sistim proteksi tidak salah kerja dan tetap saling terkordinasi dengan baik. Perbandingan karakteristik standar invers, very invers, ekstrem invers dengan karakteristik lebur sekering bisa diperlihatkan seperti pada Gambar 3.8. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa kordinasi margin waktu antara pengaman lebur sekring dengan karakteristik ekstrim invers EI adalah lebih baik dibandingkan dengan kordinasi bersama rele standar invers SI maupun karakteristik very invers VI. Pemakaian lain rele dengan karakteristik EI ini adalah pada saluran-saluran yang mengoperasikan skema penutup kembali (recloser) khususnya pada jaringan tegangan menengah. Sebagaimana diketahui umumnya gangguan-gangguan saluran hantaran udara adalah gangguan transien yang bersifat sementara. Dengan demikian penggunaan sistim pengaman lebur pada saluran hantaran udara sebenarnya tidak begitu tepat sebab setiap kali kerja maka sekering terkait harus segera diganti. Hal ini hanya bisa diatasi dengan menggunakan sitim recloser dengan waktu penutupan
74
kembali yang lebih rendah dari waktu kerja pengaman lebur. Dalam hal gangguan permanen, alat penutup kembali PMT akan secara otomatis terkunci pada posisi terbuka, sementara itu setelah satu kali buka dan tutup kembali biasanya sekring sudah lebur untuk mengisolir gangguan. 200.0
100.0
10.0
Waktu (detik)
Standart inverse (SI)
Very inverse (VI)
1.0 Extrem inverse (EI)
Sekring 200A 0.1 1
10 Arus (Amps)
100
Gambar 3.8: Perbandingan Karakteristik Rele Dengan Fuse
3.8
KARAKTERISTIK-KARAKTERISTIK LAIN
Fasilitas setelan (user definable curve) yang tersedia pada beberapa rele khususnya rele numeris dapat digunakan untuk melakukan setelan sesuai dengan kondisi real jaringan. Prinsip umum yang diterapkan adalah dengan menyerahkan pemakai memasukkan data-data kordinasi arus-arus maupun waktu-waktu yang akan disimpan dalam memory rele. Interpolasi antar titik-titik kordinat dilakukan agar diperoleh kurva tripping yang cocok dengan kebutuhan. Cara-cara demikian dapat diterapkan bila standar karakeristik yang tersedia tidak sesuai dengan karakteristik jaringan yang mau diproteksi. Namun bila ternyata proses perhitungan grading mengalami kesulitan pada bagian hulu jaringan misal sudah berada diluar kurva karaktersitik rele, maka kurva data-data yang tersimpan dalam rele tersebut perlu dilihat kembali untuk memeriksa apakah sudah benar dan akurat. Hal-hal tersebut perlu didokumentasikan dan diberi catatan-catatan bersama-sama dengan alasan-alasan lainnya yang menjelaskan mengapa digunakan kurva
75
karakteristik yang didefenisikan sendiri secara khusus. Namun dalam prakteknya, kurva-kurva standar sebenarnya sudah mencakup semua kebutuhan proteksi sesuai dengan waktu tripping yang dibutuhkan. Dan karena kebanyakan rele sudah dibuat berdasarkan kurva standar-standar maka pemakaian karakteristik rele buatan sendiri (user definable characteristic) dalam prakteknya jarang dilakukan. Rele-rele digital atau numeris sering juga dilengkapi dengan skema lojik yang sudah didefinisikan sebelumnya yaitu dengan menggunakan kontak input-out put (I/O) rele digital yang sudah tersedia pada rele untuk dapat digunakan pada skema proteksi standar seperti kegagalan PMT maupun suvervisi rangkaian trip. Tujuan penyediaan kontak input-output tersebut dimaksudkan untuk menghemat rele-rele dan perangkat-perangkat keras seperti modul-modul rangkaian PLC (Programable logic circuit) yang diperlukan untuk keperluan tersebut.
3.9
KARATERISTIK INDEPENDEN
Rele arus lebih pada umumnya dilengkapi dengan elemen yang mempunyai karakteristik independen atau waktu definit. Karena waktu tripping yang sudah definit yang tidak tergantung besarnya arus gangguan maka rele-rele yang terpasang secara seri mulai dari hulu hingga ke ujung hilir saluran bisa dikordinasikan berdasarkan waktu setting waktu secara bertangga. 10
R4
R2
R3
R1 R2A
R3A
R1A
Grading rele antara rele: 0.4 detik
Waktu (detik)
R4A
T3
1
T4
T2 T1
0.1 10
100 1000 Arus gangguan (Ampere) R1 R1A
10000
R2 R2A
R3 R3A
R4 R4A
3500 A
2000 A
1200 A
~ Level gangguan (Amp) 6000 A
Setting rele independent / definite time R1A diset pada 300 A 1.8 detik R2A diset pada 175 A 1.4 detik R3A diset pada 100 A 1.0 detik R4A diset pada 57.5 A 0.6 detik
Setting rele I.D.M.T dengan karakteristik invers standar R1A diset pada 300 A 0.2 TMS R1A diset pada 175 A 0.3 TMS R1A diset pada 100 A 0.37 TMS R1A diset pada 57.5 A 0.42 TMS
Gambar 3.9: Perbandingan Rele Definte Time dengan Rele IDMT Standar
76
Sebagaimana telah dibahas pada Bab 3.3 salah satu kelemahan proteksi ini adalah waktu trippingnya yang lama terhadap arus gangguan yang paling besar. Untuk mengatasi kelemahan tersebut maka rele-rele definit time ini biasanya dilengkapi dengan rele dengan karakteristik waktu-arus sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 3.9. Kombinasi antara elemen rele definit time bersama-sama dengan karakteristik standar IDMT antara lain adalah bahwa arus gangguan yang rendah bisa ditrip dalam waktu singkat oleh rele definit time tersebut, sementara arus gangguan yang besar tetap bisa ditripping pada waktu yang lebih cepat. Perbaikan waktu tripping sesuai dengan besar arus gangguan dapat dilihat dari panjangnya garis-garis vertical T1, T2, T3 dan T4 yang mengindikasikan pengurangan waktu operasi dapat dicapai dengan menggunakan rele inverse pada level arus gangguan yang tinggi.
3.10
SETELAN ARUS
Rele arus lebih mempunyai arus kerja minimum, yang disebut setelan arus rele tersebut. Setelan arus harus dipilih sedemikian sehingga rele tidak akan kerja pada arus beban maksimum yang mungkin timbul pada jaringan yang akan diproteksi. Tetapi harus bekerja pada arus yang sama atau lebih dengan arus gangguan minimum yang bisa terjadi. Meskipun dengan menggunakan setelan arus yang persis hanya diatas arus beban maksimum dalam jaringan, namun pada tingkat tertentu sistim dilengkapi juga proteksi lain yang dapat bekerja terhadap arus beban lebih. Tetapi perlu diingat bahwa fungsi utama rele arus lebih adalah untuk mengisolir gangguan utama (hubung singkat) dan bukan sebagai rele proteksi beban lebih. Pada umumnya, setelan arus dipilih diatas arus beban maksimum yang dapat ditahan oleh jaringan dalam waktu singkat. Mengingat rele-rele mempunyai sifat-sifat histerisis pada nilai setelan-setelan arus mereka, maka setelan arus harus dibuat cukup tinggi untuk memungkinkan rele reset pada kondisi arus nominalnya. Besarnya histerisis dalam setelan arus ditandai dengan rasio perbandingan pick-up dan drop-off rele tersebut yang besarnya adalah sekitar 0.95. Inilah alasannya mengapa setelan arus minimum suatu rele tersebut dibuat paling sedikit 1.05 kali dari arus hubung singkat nominal.
3.11
MARGIN GRADING
Margin grading adalah rentang waktu trip antara dua rele yang dirancang agar dapat dilakukan untuk mendapatkan kordinasi rele terhadap suatu gangguan tertentu yang harus ditanggapi secara diskriminatif. Seandainya dua rele yang saling berdekatan tidak mempunyai margin grading maka untuk setiap gangguan akan mengakibatkan kedua rele trip secara serentak. Hal ini bisa membingungkan khususnya dalam dalam menentukan lokasi gangguan. Dengan demikian waktu yang dibutuhkan oleh para pekerja lapangan untuk mengisolir gangguan akan menjadi lebih lama dari yang seharusnya dibutuhkan bila letak gangguan sudah bisa diperkirakan sebelumnya.
77
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi grading margin antara lain adalah sebagai berikut: i.
Waktu pemutusan arus gangguan oleh Pemutus Tenaga (PMT).
ii.
Kesalahan timing rele.
iii. Overshoot time rele. iv. Kesalahan trafo arus CT. v.
Margin final.
Faktor-faktor (ii) dan (iii) diatas tergantung pada jenis dan parameter-parameter tertentu dan teknologi rele yang digunakan. Misal pada rele elektromekanikal, akan ada overshoot waktu yang lebih besar dibandingkan dengan waktu rele-rele numeris. Jadi faktor kompensasi pada penerapan margin grading pada rele elektromekanik dan rele numeris bisa dilakukan berbeda. Penentuan grading pada prinsipnya dilakukan terhadap level maksimum arus gangguan yang bisa terjadi pada titik rele dimulai dari ujung saluran, baru kemudian dilakukan ke rele-rele hulu disesuaikan dengan tersedianya grading margin yang dibutuhkan untuk semua level arus antara arus pick-up dan level arus gangguan maksimum. 3.11.1 Lama Waktu Pemutusan PMT Alat pemutus tenaga PMT yang digunakan untuk memutuskan arus gangguan harus mampu memutuskan arus gangguan secara sempurna sebelum rele diskriminasi berikutnya terangsang beroperasi. Waktu yang diberikan tergantung pada jenis pemutus tenaga PMT yang digunakan dan arus gangguan yang harus diputuskan. Beberapa pabrikan umumnya memberikan data lama waktu pemutusan pada arus nominal dan biasanya dalam perhitungan margin grading harga ini tidak bervariasi. 3.11.2 Kesalahan Pewaktu Semua jenis rele yang digunakan sebagai alat proteksi sistim tenaga mempunyai elemen pewaktu yang relatif selalu mengandung kesalahan terhadap pewaktu ideal sebagaimana didefenisikan pada standar IEC 60255. Untuk rele-rele khusus seperti dispesifikasikan pada standar IEC 60255, indeks kesalahan rele dinyatakan sebagai faktor yang menentukan kesalahan pewaktu maksimum rele tersebut. Kesalahan pewaktu harus ikut dipertimbangkan pada waktu menentukan margin grading. 3.11.3 Overshoot Pada saat rele kehilangan sumber tegangan atau arus, maka rele masih terus bekerja sampai semua energi yang disimpan dalam rangkaian habis terdissipasi. Sebagai contoh, sebuah rele jenis piring induksi mempunyai energi kinetis tersimpan dalam piring maknetis yang bergerak. Sementara rele statik bisa mempunyai energi yang tersimpan dalam kapasitor yang muatannya perlu dibuang sebelum diaktifkan kembali. Rancangan rele-rele proteksi diarahkan untuk bisa meminimumkan dan menghilangkan energi-energi tersebut sesegera mungkin. Tetapi dalam hal-hal tertentu sebenarnya faktor-faktor kesalahan yang bisa menyebabkan ketidak
78
cermatan masih bisa ditolerir sesuai dengan urgensi dan pentingnya saluran yang mau diproteksi. Overshoot waktu didefenisikan sebagai beda antara waktu operasi rele pada nilai arus masukan tertentu dengan durasi waktu maksimum arus masukan, yang bila diturunkan secara tiba-tiba dibawah level arus operasi rele hingga rele tidak mampu lagi bekerja. 50 40
Waktu kerja (1.05 – 1.3 kali setelan waktu)
30
Waktu (detik)
20
10 8 6 5 4 3 2
1 1
2 3 4 6 8 10 Arus (perkalian dari setting plug)
20
30
Batas karakteristik waktu / arus yang diijinkan Pada 2 kali setting 2.5 X kesalahan tertera Pada 5 kali setting 1.5 X kesalahan tertera Pada 10 kali setting 1.0 X kesalahan tertera Pada 20 kali setting 1.0 X kesalahan tertera Catatan: Kesalahan tertera = Declared error
Gambar 3.10: Batas Akurasi Rele Arus Lebih IDMT Sesuai Standar IEC 60255-4. 3.11.4 Kesalahan Trafo Arus Sebagaimana dapat dilihat pada Apendiks 2, trafo-trafo arus mempunyai kesalahan sudut fasa dan kesalahan rasio yang timbul mengikuti lengkung karakteristik arus penguat yang dibutuhkan untuk memagnitkan inti besi mereka. Sebagai akibat kesalahan trafo arus ini, maka arus sekunder trafo arus tidak identik lagi sebagai replika arus real yang mengalir pada rangkaian arus primer. Gejalah ini bisa mengakibatkan kesalahan kerja rele, khususnya pada waktu operasi rele tersebut. Namun kesalahan-kesalahan trafo arus CT tidak begitu perlu diperhatikan khususnya pada aplikasi rele proteksi arus lebih berbasis independent definite time delay. 3.11.5 Margin Final Margin final diperoleh sesudah semua faktor-faktor yang mempengaruhi waktu operasi diatas ikut diperhitungkan dan rele diskriminasi sudah berada pada taraf
79
keadaan hampir gagal beroperasi atau sangat dekat dengan keadaan pick up. Namun untuk memastikan rele-rele tersebut tidak bekerja maka ekstra kompensasi masih perlu ditambahkan. Sedangkan batas akurasi keseluruhan menurut IEC 60255-4 untuk rele Invers Definit Minimum Time (IDMT) dengan karakteristik standar inverse ‘SI’ diperlihatkan pada Gambar 3.10 diatas.
3.12
INTERVAL GRADING
Bab-bab berikut ini memberikan rekomendasi grading margin keseluruhan diantara berbagai perangkat yang berbeda. 3.12.1 Grading Rele Dengan Rele Jumlah interval waktu grading yang dibutuhkan diatas tergantung pada kecepatan operasi dari alat pemutus tenaga PMT dan kinerja rele. Grading waktu standar PMTPMT biasa adalah 0.5 detik. Dengan menggunakan PMT-PMT lain yang lebih cepat dan dengan overshoot waktu rendah yang lebih rendah, grading margin waktu antar PMTPMT masih bisa diperbaiki menjadi 0.4 detik. Pada prinsipnya interval waktu grading margin tersebut masih bisa lebih dipersingkat asalkan semua komponen proteksi yang dipilih terdiri dari barang-barang yang kualitasnya terjamin. Tetapi pada umumnya penentuan margin waktu dapat dilakukan dengan menggunakan harga-harga standar yang sudah baku dan banyak digunakan. Namun karena dalam prakteknya tidak ada sistim-sistim yang persis mirip, maka sebenarnya tidak ada cara atau metoda yang dapat digunakan secara umum berlaku untuk semua jenis jaringan. Setiap jaringan mempunyai karakteristik-karakteristik tersendiri sehingga untuk mendapatkan garding margin yang paling pas disarankan agar menghitung sendiri sesuai dengan kondisi masing-masing jaringan. Berdasarkan pengalaman setelan margin hasil perhitungan sendiri selalu lebih pas ketimbang dengan menggunakan waktu-waktu baku yang sudah tersedia, termasuk kecepatan kerja PMT, waktu overshoot rele, faktor keamanan margin, kesalahan rele dan kesalahan trafo-trafo arus. Tabel 3.2 memperlihatkan kesalahan pewaktu berbagai jenis rele-rele IDMT standar. Perlu dicatat bahwa penggunaan grading margin yang tetap hanya sesuai pada level gangguan tinggi yang membutuhkan waktu operasi rele yang pendek. Pada level arus yang lebih rendah, bisa digunakan rele-rele dengan waktu operasi bisa lebih panjang. Menurut standar IEC 60255-4 kesalahan margin yang diijinkan adalah sebesar 7.5% dari waktu operasi rele yang praktis bisa lebih dari grading margin yang yang sudah tetap. Hal ini mengisyaratkan bahwa meskipun masih dalam batas-batas toleransi namun grading sistim proteksi tidak mungkin dapat dibuat secara ideal seuai dengan perhitungan. Kenyataan ini perlu dipertimbangkan pada waktu mempertimbangkan grading margin khususnya pada level arus gangguan yang lebih rendah. Solusi praktis untuk menentukan grading margin optimum adalah dengan menganggap bahwa rele yang terdekat dengan gangguan mempunyai kesalahan waktu (timing) maksimum +2E dimana E adalah kesalahan waktu dasar. Total kesalahan efektif rele, kesalahan tersebut perlu ditambah 10% yang diperlukan untuk sebagai kompensasi terhadap kesalahan total trafo arus.
80
Teknologi rele Elektro-mech
Statik
Digital
Numerik
Kesalahan waktu tipikal (%)
7.5
5
5
5
Waktu overshooting (detik)
0.05
0.03
0.02
0.02
Safety margin (detik)
0.1
0.05
0.03
0.03
Grading margin keseluruhan tipikal – rele ke rele (detik)
0.4
0.35
0.3
0.3
Tabel 3.2: Kesalahan Pewaktu Rele Standar IDMT Sesuai dengan uraian-uraian dan pertimbangan-pertimbangan diatas maka grading margin minimum yang sesuai dapat dihitung sebagai berikut: detik ..... 3.2 Dimana: Er = kesalahan timing rele (IEC 60255-4). ECT = Tambahan kesalahan rasio trafo arus CT (%). t = waktu operasi rele yang terdekat dengan gangguan (detik). tPMT = waktu pemutusan (interrupting) PMT (detik). to = waktu overshoot rele (detik). ts = margin faktor keamanan (detik). Ambil sebagai misal t = 0.5 detik, maka interval waktu untuk tripping konvensional PMT dengan menggunakan rele elektromekanik akan menjadi 0.375 detik. Nilai ini adalah nilai ekstrem terendah dengan menggunakan rele elektromekanik. Dengan menggunakan rele statis dan pemutus tenaga PMT jenis vakum (vacum circuit breaker) interval waktu dapat dibuat lebih pendek menjadi sekitar 0.24 detik. Bila rele arus lebih yang digunakan mempunyai waktu kelambatan independent definit, dimana kesalahan trafo arus tidak lagi berpengaruh maka kompensasi terhadap kesalahan trafo arus tidak perlu diperhitungkan lagi. Dengan demikian margin waktu menjadi; ................3.3 Perhitungan-perhitungan waktu grading masing-masing rele pada sistim proteksi bertingkat bisa terasa sangat membosankan karena harus dilakukan ber ulang-ulang. Tabel 3.2 juga memberikan penentuan waktu grading pada level arus gangguan tinggi pada berbagai rele arus lebih sesuai dengan jenis teknologi yang digunakan. Bila rele dengan technologi yang berbeda digunakan dibagian hulu maka waktu tripping yang digunakan harus sesuai dengan technology rele bagian hilir. 3.12.2 Grading Sekring Dengan Sekring Sekring adalah salah perangkat proteksi yang dapat memutuskan jaringan yang terganggu dengan meleburkan diri berdasarkan panas yang timbul selama gangguan.
81
Sekring ini tersedia pada berbagai level tegangan mulai dari tegangan sangat rendah hingga tegangan menengah. Waktu kerja sebuah fuse adalah fungsi dari pre-arcing 2 dan waktu busur api (arcing) elemen fuse, yang mengikuti hukum I t. Dengan demikian untuk dapat melaksanakan kordinasi antar dua sekering, adalah dengan memastikan 2 bahwa total panas keseluruhan I t yang dilakukan oleh sekering terkecil tidak boleh 2 lebih besar dari panas (pre-arcing) I t sekering yang lebih besar. Sesuai dengan pengetesan-pengetesan yang sudah pernah dilakukan oleh para akhli maka grading diantara dua sekering yang ideal adalah bila rasio arus antar kedua sekering tersebut lebih besar dari dua. 3.12.3 Grading Sekring Dengan Rele Prinsip umum yang digunakan dalam kordinasi waktu dan arus antara sekering dengan rele waktu invers adalah dengan menempatkan sekring sebagai utama dimana rele selalu dibuat sebagai proteksi cadangan. Oleh karena itu untuk mendapatkan kordinasi yang pas para staff sistim proteksi harus dapat menentukan lokasi rele dan sekring dengan tepat sesuai dengan kondisi jaringan mereka. Misalnya, sebuah sekering yang ditempatkan di bagian hulu tidak akan mampu bekerja secara diskriminatif karena sering bekerja lebih cepat dibandingkan dengan rele-rele dibawahnya khususnya pada arus gangguan yang tinggi. Oleh karena itu biasanya penempatan sekering sebaiknya dilakukan pada bagian hilir rele yang akan bertindak sebagai cadangan terhadap sekering. 2
Karena sama-sama mengikuti kurva karakteristik yang sama sesuai dengan panas I t maka kordinasi ideal dapat diperoleh bila rele yang digunakan terdiri dari rele yang mempunyai karakteristik ekstrem inverse (EI). Berdasarkan pengalaman-pengalaman lapangan, kordinasi optimum diperoleh bila setelan arus primer (Rele) dibuat mendekati harga tiga kali rating arus sekering. Grading margin harus tidak boleh kurang dari 0.4 detik. Atau bila dinyatakan dalam angka yang variable maka grading margin minimum dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: detik ........3.4 Dimana t adalah waktu kerja (lebur) normal dari sekering. Untuk memahami kordinasi proteksi secara lebih jelas dapat dilihat pada contoh kordinasi rele yang terdapat pada bagian akhir soal-soal tentang Bab 3 pada akhir buku ini.
3.13
SETELAN RELE GANGGUAN FASA
Langkah pertama yang dilakukan untuk melakukan kordinasi antara rele-rele yang terpasang pada sistim tenaga listrik adalah perhitungan dan estimasi setelan arus dan setelan waktu masing-masing rele yang saling terkait. Resultan waktu dan setelan-setelan arus-arus tersebut kemudian di plot secara tradisional pada kertas dengan format log-log untuk memperlihatkan gambaran tersedianya grading margin antara rele-rele pada titik-titik gardu yang saling terhubung seri. Dahulu pekerjaan ini dirasakan agak membosankan karena dilakukan secara manual, namun akhir-akhir ini pekerjaan ini sudah mudah dilakukan dengan menggunakan komputer.
82
Informasi yang dibutuhkan pada masing-masing letak rele untuk memungkinkan dilakukannya perhitungan setelan rele diberikan pada Bab 3.2. Untuk memudahkan pencatatan pada waktu komisioning maka data-data utama rele dapat ditabulasikan seperti terlihat pada Tabel 3.3.
Lokasi Rele
Setting Arus Rele
Arus Gangguan (A) maksimum
Batas Arus Minimum (A)
Minimum
Rasio CT
Persen (%)
Arus Primer (A)
Setting Waktu Multiflier Rele
Tabel 3.3: Tabel Data-Data Rele Pertama-tama semua karakteristik masing-masing rele (waktu-arus) yang dinyatakan pada dasar tegangan atau daya (MVA) yang sama digambarkan pada satu kertas logaritma. Gambar dimulai berturut-turut dari rele terdekat dengan beban pada ujung saluran paling jauh sampai akhirnya rele yang terdekat dengan sumber. Demikian juga semua gambar untuk jaringan-jaringan lain yang bertetangga namun proteksinya tidak saling terkait dapat dibuat tersendiri. Setelan masing-masing rele yang semuanya berada dalam satu grup jaringan harus dievaluasi dengan hati-hati sehingga setelan akhir masing-masing rele bisa terkordinasi dengan baik terhadap semua kondisi dan konfigurasi jaringan yang mungkin terjadi. Mengingat gangguan tanah berbeda dengan gangguan fasa maka secara khusus karakteristik rele terhadap gangguan tanah harus dibuat juga sebagaimana mestinya. Data-data nilai setelan rele yang sudah ditentukan kemudian dimasukkan dalam sebuah table, misal seperti Table 3.3 yang akan sangat menolong terutama pada waktu melakukan komisioning dilapangan. 3.13.1 Waktu Definit Kesulitan yang timbul dengan menggunakan karakteristik waktu definit adalah karena elemen arus lebih harus disetel pada nilai setelan yang lebih rendah dari arus gangguan yang terjadi pada ujung remote jaringan. Pada hal dalam prakteknya setelan-setelan rele harus dibuat cukup tinggi agar terhindar dari kesalahan kerja terhadap beban maksimum yang mungkin bisa terjadi. Disamping itu setelan-setelan yang terlalu rendah bisa mengakibatkan rele-rele berespons terhadap arus-arus pengasut motor-motor listrik dan arus-arus serbu lainnya ketika menyalakan trafotrafo distribusi yang mungkin tersambung dengan jaringan. Oleh karena itu timbul kontroversi antara kebutuhan setelan-setelan pada arus terendah dengan kebutuhan margin waktu yang cukup besar yang membuat kordinasi menjadi sulit yang memerlukan perhitungan-perhitungan dan tingkat kehati-hatian yang tinggi. Praktek-praktek yang biasa dilakukan adalah ketekunan untuk mengevaluasi setiap setelan-setelan yang sudah dirancang dan hasil-hasilnya diseleksi secara berulang sampai akhirnya diperoleh sistim proteksi bertingkat yang diharapkan sebagaimana telah didiskusikan pada Bab 3.12.
83
3.13.2 Waktu Invers Bila saluran sistim tenaga terdiri dari sejumlah bagian-bagian yang pendek sehingga impedansi total menjadi kecil, maka arus gangguan boleh dibilang hanya tergantung pada impedansi trafo dan pembangkit-pembangkit lain yang terhubung dengan sistim. Pada kondisi jaringan demikian, arus gangguan tidak lagi tergantung dari letak titik gangguan. Namun meskipun demikian, masih dimungkinkan untuk menggrading rele dengan waktu invers (rele invers time) seperti dengan cara yang sama yang dilakukan pada rele-rele definite time. Yang perlu diperhatikan adalah bila dikemudian hari ada perubahan jaringan yang mungkin mempengaruhi level arus gangguan secara signifikan misalnya menjadi tergantung letak gangguan, maka setelan rele harus ditala ulang menurut grading waktu ataupun dengan grading arus yang baru sehingga tetap diperoleh sistim proteksi dengan kinerja keseluruhan sistim yang lebih baik. Prosedur grading dimulai dengan memilih karakteristik rele yang sesuai. Kemudian dipilih setelan arus sesuai dengan besar arus gangguan. Lebih lanjut akhirnya setelan pengali waktu atau time multiflier ditentukan sesuai dengan grading margin yang diinginkan antara rele-rele tersebut. Sebenarnya dapat dikatakan, bahwa prosedur pelaksanaan setelan-setelan ini sama saja dengan prosedur pemilihan (seleksi) nilai setelan pada rele-rele definite time delay. Agar lebih jelas lagi, pembahasan lebih lanjut dapat dilihat contoh studi setelan rele seperti terdapat pada soal-soal Bab 3 yang terdapat pada akhir buku.
3.14
RELE ARUS LEBIH FASA DIREKSIONAL
Sistim proteksi arus lebih biasa tidak dilengkapi dengan elemen arah sehingga tidak bisa membedakan arah arus gangguan. Padahal dalam prakteknya konfigurasi jaringan bisa berubah-ubah, saat ini mungkin mendapat pasokan daya dari arah kiri sedangkan pada waktu lain mendapat pasokan dari sisi lawannya. Mengingat sifat jaringan yang bisa berubah maka sebuah rele arus lebih biasa akan mengalami kesulitan dan mungkin tidak dapat difungsikan sebagaimana mestinya. Untuk mengatasi keterbatasan tersebut maka sebuah rele arus lebih perlu dilengkapi dengan elemen arah sehingga dia bisa melihat arah gangguan. Kebutuhan ini pada prinsipnya dapat dilakukan dengan menambahkan komponen tegangan pada rele arus lebih konvensional. Dengan menambahkan elemen tegangan sebagai parameter kerja rele maka cara kerja rele sebenarnya adalah berdasarkan besar dan arah aliran daya. Namun demikian rele direksional tidak dirancang untuk bekerja berdasarkan aliran daya aktif sebab pada waktu gangguan daya hubung singkat pada umumnya bersifat reaktif sehingga tidak akan mampu untuk membangkitkan torsi maksimum untuk menggerakkan rele. Lagi pula mengingat pada waktu gangguan tegangan kawat fasa ketanah yang terganggu akan turun menjadi sangat kecil sehingga praktis tidak bisa digunakan sebagai besaran untuk menggerakkan rele. Untuk mengatasi kesulitan ini maka tegangan yang diberikan pada rele biasanya diambil dari tegangan kawat-kawat fasa lainnya secara silang sehingga nilai tegangan yang terhubung dengan rele tidak akan terlalu dipengaruhi oleh gangguan. Berikut adalah beberapa faktor pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam penerapan rele direksional.
84
3.14.1 Diagram Hubungan Rele Terdapat berbagai jenis konfigurasi diagram yang dapat digunakan untuk menghubungkan rele arus lebih dengan tegangan dan arus masukan. Hubunganhubungan tersebut tergantung pada sudut fasa, faktor kerja sistim dan fasa arus dan tegangan yang hendak diterapkan pada rele. Misal untuk arus fasa a sedang tegangan diambil dari fasa b dan c, atau tegangan salah satu fasa lain ke netral atau tegangan fasa lain terhadap kawat fasa yang terganggu. Bahkan untuk mnedapatkan sudut fasa antara arus dan tegangan tertentu sering juga digunakan trafo-trafo interposing sebelum dihubungkan dengan rele. Meskipun banyak konfigurasi yang dibisa dipilih, tetapi dalam prakteknya yang digunakan hanya beberapa jenis diagram. Tidak seperti pada rele elektro mekanik dimana pengaturann fasa hanya bisa dilakukan dengan melakukan penyesuaian hubungan-hubungan (delta, wai dan lain sebagainya) pada rele-rele digital dan numeris masalah jenis konfigurasi hubungan sudah tidak begitu dipentingkan, karena sudut-susdut fasa yang diperlukan dapat diatur dengan dengan mudah melalui perangkat lunak. 3.14.2 Sudut Sensitifitas Maksimum Sudut sensitifitas maksimum rele-rele elektromekanis sering didefenisikan sebagai torsi maksimum dimana sudut fasa arus dan tegangan yang diterapkan pada rele dapat menghasilkan torsi rele maksimum. Sebagaimana sudah disebut sebelumnya meskipun sebenarnya rele direksional adalah jenis rele wattmetrik namum cara kerja rele tidak semata-mata berdasarkan daya real. Cara kerja rele ini bisa bervariasi tergantung elemen penggeser fasa tambahan yang diberikan untuk menghasilkan torsi maksimum. Sementara itu pada rele-rele numeris besaran torsi maksimum sebenarnya tidak terkait langsung dengan prinsip kerja rele tetapi lebih tepat disebut sebagai sudut sensistifitas maksimum. Cara kerja rele direksional dapat digambarkan menurut diagram tegangan dan arus sebagaimana pada Gambar 3.11. Terdapat tiga jenis hubungan VT dan CT yang paling 0 0 0 0 banyak digunakan yaitu 90 (kuadran), 45 dan 30 . Hubungan sudut fasa 90 (kuadran) disebut hubungan standar dan umumnya paling disukai. Dalam hal gangguan satu fasa ketanah misalnya fasa A ketanah, maka arus yang digunakan adalah arus gangguan fasa Ia sedangkan tegangan yang digunakan untuk menggerakkan rele adalah tegangan Vbc yaitu selisih vektor tegangan fasa B dan fasa C. Pada keadaan normal dan beban resistif arus fasa Ia dan tegangan fasa Va berada pada posisi hampir satu fasa. Namun pada waktu fasa A terganggu maka tegangan fasa Va akan turun keharga yang sangat kecil sedang arus Ia akan naik menjadi sangat tinggi. Sudut fasa tegangan (Vbc) dan arus pada kondisi ini disebut karakteristik sudut rele atau secara umum dikenal sebagai Rele Characteristic Angle atau lebih populer 0 disingkat dengan RCA. Selain karaktersitik sudut rele 90 , terdapat dua karaktersitik RCA yang akan dibahas pada uraian-uraian berikut yaitu karakteristik RCA 60° dan karakteristik RCA 45°. Pada karakteristik RCA 60° ini elemen rele fasa A dipasok dengan arus Ia dan tegangan Vbc yang digeserkan kearah berlawanan dengan arah jarum jam sehingga satu sama
85
0
lain berbeda fasa sebesar 60 . Dalam hal ini torsi atau sensitifitas maksimum rele diperoleh pada waktu arus tertinggal terhadap tegangan fasa (Va) ke netral sebesar 0 60 . Daerah operasi kerja tripping rele sehubungan dengan sudut karakteristik rele (RCA) ini hanya terjadi pada satu arah yaitu pada semua arus yang berada pada daerah 0 0 30 leading hingga 150 lagging seperti terlihat pada Gambar 3.11. Ia
Garis torsi nol
Va
30°
RC
A
g an c y n) b V a c ( e rk V”b iges d
150° 30°
Vbc
Vc
Vb
Elemen Fasa A Terhubung Ia Vbc Elemen Fasa B Terhubung Ib Vcb Elemen Fasa C Terhubung Ic Vab 0
Gambar 3.11: Diagram Vektor Untuk Hubungan RCA 30 (Elemen Fasa A) Perlu dicatat bahwa sensitifitas rele pada faktor daya satu adalah 50% dari sensititiftas maksimum dan naik menjadi 86.6% pada faktor kerja nol dimana tegangan 0 0 dan arus beda fasa sebesar 90 (standar). Hubungan dengan karakteristik rele RCA 30 dapat dilakukan (rekomendasi) untuk mem-proteksi saluran lurus tanpa pencabangan (plain feeder) yang mempunyai sumber urutan nol (titik pentanahan) dibelakang rele. 0
Sementara pada karakteristik RCA 45 , elemen rele fasa A dipasok dengan arus Ia dan 0 tegangan Vbc yang tergeser sebesar 45 kearah berlawanan dengan arah jarum jam. Sensitifitas rele maksimum diperoleh pada waktu arus lagging terhadap tegangan fasa 0 ke netral sebesar 45 . Daerah arah tripping terjadi dengan tepat hanya terhadap arus-arus yang berada pada 0 0 kisaran mulai dari 45 leading sampai 135 lagging. Sensitifitas rele pada faktor kerja 1 berada pada kondisi 70.7% dari torsi maksimum dan sama untuk faktor kerja nol lagging. Lihat Gambar 3.12 dibawah. 0
Jenis hubungan RCA 45 ini dapat digunakan (rekomendasi) untuk memproteksi trafopemasok atau saluran-saluran yang mempunyai sumber urutan nol berada didepan rele. Hal ini patut dicatat karena penting pada trafo-trafo atau trafo-trafo penyulang yang terhubung paralel, dengan tujuan utama adalah untuk mendapatkan stabilitas yang tinggi yaitu untuk menjamin bahwa kerja rele hanya bisa terjadi pada gangguangangguan diluar trafo yang terhubung star-delta. Trafo penyulang adalah trafo yang langsung dihubungkan dengan saluran transmisi hingga beberapa kilometer, jarang ada di Indonesia.
86
Ia RC
Garis torsi nol
A
Va 45° 45° 135° Vbc
Vc
Vb
Elemen Fasa A Terhubung Ia Vbc Elemen Fasa B Terhubung Ib Vca Elemen Fasa C Terhubung Ic Vab 0
Gambar 3.12: Diagram Vektor Hubungan RCA 45 (Elemen fasa A) Pada umumnya rele digital dan numerik sudah dilengkapi dengan fasilitas untuk memungkinkan pengguna melakukan pemilihan setelan sesuai dengan kebutuhan mereka. Fasilitas ini bisa dilihat pada layar menu user-selection yang telah dirancang secara fleksibel dengan kisaran pengaturan sudut RCA yang cukup lebar. Secara teoritis, kondisi gangguan tiga fasa dapat menyebabkan kesalahan operasi elemen direksional terutama pada jenis gangguan-gangguan sebagai berikut: a.
Gangguan fasa-fasa-tanah pada saluran lurus.
b.
Gangguan fasa-tanah pada trafo-saluran dengan sumber urutan nol didepan rele.
c.
Gangguan fasa-fasa pada trafo daya dengan rele melihat kearah kumparan delta trafo.
Perlu dicatat bahwa pada asumsi-asumsi yang digunakan dalam menetapkan pergeseran sudut arus dan tegangan maksimum pada rele terdapat kondisi yang tidak menguntungkan dimana magnitude arus input gangguan pada rele sering tidak cukup besar untuk menggerakkan rele dengan baik. Kemungkinan kesalahan operasi 0 0 tersebut dapat dilihat secara analitik dan hanya bisa terjadi pada daerah 90 -45 . Tetapi untungnya daerah kerja tersebut dalam prakteknya jarang ditemukan. 3.14.3 Terapan Rele Direksional Jika rele non-unit atau non-direksional diterapkan pada saluran-saluran paralel yang mempunyai satu sumber pembangkit, maka setiap gangguan yang mungkin terjadi pada salah satu saluran manapun, tak perduli pada nilai setelan rele yang digunakan, selalu akan mengisolir gangguan dan memutuskan sumber pembangkit. Dengan demikian pada kedua ujung remote saluran paralel ini perlu dilengkapi dengan proteksi rele arah yang digrading dengan rele rele non-arah pada masing-masing pangkal saluran. Bila pada kondisi tersebut terjadi gangguan pada salah satu saluran
87
maka hanya rele bagian hulu dan hilir pada saluran tersebut yang bekerja sehingga tidak akan mengganggu saluran lain. Hal ini dilakukan dengan melakukan setelan rele arah R1’ dan R2’ seperti pada Gambar 3.13 dimana elemen arah mereka melihat kearah saluran yang di proteksi, pada waktu dan setelan arus yang lebih rendah dibandingkan dengan R1 dan R2. Praktek yang umum adalah untuk menset rele R1’ dan R2’ pada 50% beban penuh dari saluran yang diproteksi dengan setelan waktu pada nilai 0.1 TMS. Tapi perlu diperhatikan bahwa rating rele tersebut terhadap panas (thermal) pada arus dua kali lebih tinggi dari arus rating beban tidak boleh dilampaui. R‟1
R1
Pembangkit
I
~
I
Beban
Gangguan R‟2
R2
I
I Gangguan
Gambar 3.13: Rele Arah Diterapkan Pada Saluran Paralel
3.15
PROTEKSI GANGGUAN TANAH
Analisa dan perhitungan setelan-setelan (setting) rele pada diskusi-diskusi rele direksional diatas lebih ditekankan pada arus hubung singkat gangguan fasa. Namun dalam prakteknya rele-rele direksional tersebut selalu dilengkapi dengan elemenelemen lain yang juga peka terhadap arus gangguan tanah dan arus residu yang terjadi pada gangguan-gangguan yang tidak seimbang. Pada sistim gangguan, komponen arus residu yang terjadi selalu mengalir ke tanah. Dengan demikian rele gangguan tanah sebenarnya tidak akan terganggu terhadap perubahan arus-arus beban baik dalam keadaan seimbang maupun dalam gangguan tidak simetris lain yang tidak mengalir ketanah. Lagi pula rele gangguan tanah dapat pula disetel sesuai besarnya arus bocor atau arus pemuat kapasitansi ke tanah. Faktor arus bocor perlu diperhatikan pada waktu menetapkan setelan-setelan yang berada pada harga hanya beberapa persen dari angka pengenal (rating). Hal ini mengingat pada kondisi tersebut arus bocor yang terjadi dapat menghasilkan arus residu yang cukup besar yang dapat mempengaruhi level setelan yang terlalu rendah hingga menjadi tidak stabil. Namun dalam prakteknya, setelan rele gangguan tanah yang rendah perlu dan harus dilakukan, karena gangguan tanah tidak hanya merupakan gangguan yang jauh lebih sering terjadi tetapi juga besar arus gangguannya dibatasi oleh impedansi netral pentanahan sistim dan oleh tahanan kontak gangguan. Cara yang dapat digunakan untuk mengukur komponen arus residu adalah dengan menghubungkan trafo arus secara paralel seperti terlihat pada Gambar 3.15. Hubungan sederhana terlihat pada Gambar 3.15 (a) dapat diperluas dengan menghubungkan elemen arus lebih pada masing-masing kawat fasa seperti pada Gambar 3.15 (b) dan menyisipkan rele gangguan tanah diantara titik bintang kelompok rele dan trafo-trafo arus.
88
A B C
I (a) A B C
I
I
I
I
I
I (b) A B C
I
(c)
Gambar 3.15: Hubungan Trafo Arus Pada Rele Gangguan Tanah Penerapan rele arus lebih gangguan fasa dapat dibuat hanya pada gangguan dua fasa yang dapat juga mendeteksi setiap gangguan antar fasa lainnya termasuk gangguan tiga fasa lainnya. Pada konfigurasi rele demikian penerapan rele gangguan tanah tetap dapat dilakukan dengan menghubungkan rele langsung ke titik netral ketiga trafo arus seperti terlihat pada Gambar 3.15 (c). Setelan-setelan tipikal rele gangguan tanah biasanya berkisar pada harga-harga 30%-40% dari arus beban penuh atau arus gangguan tanah minimum yang bisa terjadi pada bagian sistim yang diproteksi. Namun praktek-praktek untuk mendapatkan rele gangguan tanah yang peka, perlu ada pertimbangan-pertimbangan yang harus dilakukan terhadap variasi setelan sesuai dengan burden rele sebagaimana diuraikan pada Bab 3.15.3 lebih lanjut. 3.15.1 Setelan Efektif Rele Gangguan Tanah Pada dasarnya nilai setelan arus primer sebuah rele arus dapat ditentukan berdasarkan nilai setelan rele arus lebih sekunder dikalikan dengan rasio
89
perbandingan kumparan CT. Besarnya arus primer pada trafo-trafo arus dengan akurasi rasio yang tinggi bisa dinyatakan sebagai persentasi dari arus nominal sekunder. Dengan demikian nilai setelan arus primer dapat langsung ditentukan dengan mengalikan nilai setelan rele tersebut dengan rasio trafo arus. Namun, penyederhanaan ini tidak selalu bisa diterapkan khususnya pada waktu penerapan rele gangguan tanah. Idealnya perhitungan-perhitungan setelan rele gangguan tanah lebih baik dilakukan sesuai kondisi real dengan mana setiap kondisi perlu di uji satu demi satu secara teliti dan disesuaikan dengan buku manual dan teknologi rele-rele gangguan tanah yang akan diterapkan. Rele Statik, Digital Dan Rele Numerik Rele-rele statik, digital ataupun rele numeris umumnya mempunyai burden relatif kecil dan variasi burden tersebut biasanya juga dibatasi diatas kisaran setelan rele. Oleh karena itu penyederhanaan perhitungan yang sudah dibahas diatas dan trafo dianggap ideal dapat digunakan sebagai pegangan dalam melakukan perhitunganperhitungan. Tetapi variasi input burden rele tetap harus diperiksa untuk memastikan bahwa variasi tersebut cukup kecil sehingga tidak akan mempengaruhi kinerja rele. Sebab pada variasi burden rele yang besar, kesalahan rasio bisa terjadi secara signifikan, sehingga prosedur-prosedur setelan rele tersebut perlu dibuat sebagaimana pada prosedur dan cara-cara setelan rele-rele elektomekanik biasa. Rele Elektromekanik Elemen gangguan tanah yang digunakan pada rele elektromekanik umumnya sama dengan elemen gangguan fasa. Biasanya mereka mempunyai burden (VA) yang sama pada level setelan arusnya. Tetapi pada setelan yang rendah rele elemen gangguan tanah bisa mempunyai burden yang lebih tinggi pada arus nominalnya. Sebagai contoh, sebuah rele dengan setelan 20% bisa mempunyai impedansi 25 kali impedansi elemen yang sama pada setelan 100%. Sering burden ini dapat melebihi rating trafo arus sehingga kadang dirasa perlu untuk mengganti trafo arus dengan burden yang lebih besar. Trafo arus yang terhubung dengan fasa dapat juga digunakan untuk mengerjakan rele gangguan tanah sehingga kesalahan yang meningkat pada waktu gangguan menjadi tidak begitu terasa karena mempunyai burden (VA) yang cukup tinggi. Dalam prakteknya ternyata tegangan rele tanah tidak semata-mata hanya ditentukan oleh arus penguat trafo arus saja, tetapi juga dapat dipengaruhi oleh arus-arus lain yang mengalir pada trafo-trafo arus yang terhubung paralel. Dengan demikian jumlah arus penguat total sebenarnya adalah perkalian rugi-rugi magnetis dalam satu trafo arus dengan banyaknya trafo arus yang terhubung paralel. Jumlah rugi-rugi maknetis tersebut bisa berharga cukup signifikan jika dibandingkan dengan besar arus kerja rele dan dalam kondisi khusus tertentu pada setelan arus yang rendah atau pada trafo arus yang kinerjanya rendah, mereka bisa melebihi arus keluaran rele. Setelan arus efektif sekunder adalah jumlah setelan arus rele ditambah dengan arus rugi-rugi eksitasi total. Singkatnya, setelan efektif adalah jumlah vektor setelan arus rele dengan arus penguat total. Tetapi dalam prateknya penjumlahan arus-arus
90
tersebut sering dilakukan dengan penjumlahan aljabar biasa dengan hasil cukup memadai khususnya bila terdapat kesamaan pada faktor kerja mereka. Untuk jelasnya diberi contoh untuk menghitung setelan efektif harga-harga setelan rele yang mana prosesnya dapat dilihat seperti pada Tabel 3.4 yang hasilnya dapat digambarkan seperti pada Gambar 3.16. Terlihat bahwa setelan efektif selalu lebih tinggi dari 1 setelan rele yang dibuat pada plug rele-rele tersebut . Disamping itu hal-hal lain yang perlu diperhatikan dalam perhitungan setelan rele tidak hanya pengaruh impedansi rele yang tinggi dan rugi-rugi eksitasi yang mengalir pada rangkaian netral (residual) tetapi juga perlu juga dipertimbangkan pengaruh faktor kerapatan flux trafo arus terutama pada titik lengkung bawah kurva eksitasi. Impedansi kumparan eksitasi penguat dalam kondisi ini relatif rendah, sehingga dapat menyebabkan kesalahan rasio menjadi tinggi. Setting Plug Rele (%)
Arus (A)
5 10 15 20 40 60 80 100
0.25 0.5 0.75 1 2 3 4 5
Tegangan Coil pada Setting (V)
Arus Penguat (Ie)
12 6 4 3 1.5 1 0.75 0.6
0.583 0.405 0.3 0.27 0.12 0.12 0.1 0.08
Setting Efektif Arus (A)
(%)
2 1.715 1.65 1.81 2.51 3.36 4.3 5.24
40 34.3 33 36 50 67 86 105
Tabel 3.4: Perhitungan Setelan Efektif Kinerja trafo arus sebenarnya akan terkoreksi seturut dengan naiknya arus primer (selama belum mencapai lengkung saturasi) yang diikuti dengan turunnya impedansi hingga arus input yang mengalir pada kumparan rele bisa mencapai harga beberapa kali lebih besar dari nilai setelan primer. Keadaan ini dapat menyebabkan terjadinya perbaikan kinerja rele karena waktu operasi rele pada arus yang lebih tinggi akan lebih singkat dari pada waktu yang diharapkan. Sebaliknya pada arus primer yang lebih tinggi, kinerja trafo arus akan melorot jauh karena pengaruh saturasi. Dengan demikian kinerja operasi rele akan menjadi lebih gak karuan karena pengaruh distorsi gelombang arus sekunder sudah menjadi signifikan.
Tegangan sekunder
30
20
10 Karakteristik arus penguat trafo 0
0.5 1.0 Arus penguat (amper)
1.5
91
100
Setting efektif (%)
80 60 40 20
0
20
40 60 Setting rele (%)
80
100
Gambar 3.16: Setelan Efektif Rele Gangguan Tanah 3.15.2 Grading Waktu Rele Gangguan Tanah Grading waktu rele gangguan tanah dapat disusun dengan cara yang sama seperti pada penyusunan grading waktu pada rele gangguan fasa. Namun karakteristik waktuarus primer (khususnya rele elektromekanik) tidak dapat di pertahankan mempunyai akurasi yang sama sebagaimana dapat diperoleh pada rele gangguan fasa. Sebagaimana sudah dipahami, kesalahan rasio kumparan trafo arus pada setelan arus rele bisa jadi sangat tinggi sehingga proses grading waktu rele gangguan tanah khususnya rele elektromekanik tidaklah se-sederhana seperti prosedur yang digunakan untuk rele gangguan fasa dalam Tabel 3.3. Sesungguhnya proses penyusunan grading rele gangguan tanah ini sering memerlukan waktu-waktu yang lama dan terasa sebagai suatu pekerjaan yang membosankan khususnya mengingat begitu banyaknya faktor-faktor yang perlu diperhitungkan pada setiap perhitungan level setelan. Untuk menghasilkan setelan-setelan yang tepat perlu ada pengalaman dan kemahiran, misal dengan membiarkan grading margin yang lebih panjang tetapi tetap aman. 3.15.3 Rele Gangguan Tanah Sensitif Jaringan tegangan rendah yang ditanahkan dengan impedansi dapat menghasilkan tegangan tanah yang tinggi yang dapat menimbulkan resiko terhadap keselamatan manusia. Oleh karena itulah maka sistim tegangan rendah tidak pernah ditanahkan melalui impedansi. Sebaliknya pada jaringan tegangan tinggi praktek-praktek sistim pentanahan melalui impedansi banyak dilakukan dengan tujuan untuk membatasi besar arus hubung singkat gangguan tanah yang mungkin terjadi. Lebih jauh, dibeberapa negara, tahanan jenis tanah (soil resistivity) sepanjang jalur transmisi bisa mempunyai nilai yang sangat tinggi sesuai keadaan tanahnya seperti tanah pada gurun pasir atau tanah pegunungan berbatu-batuan. Gangguan ketanah yang tidak melibatkan kawat tanah mungkin hanya dapat menyebabkan arus gangguan tanah yang kecil, yang sering tidak cukup untuk menggerakkan rele proteksi biasa. Hal ini misalnya bisa timbul pada keadaan dimana ada kawat fasa yang meskipun sudah putus dan sudah menyentuh tanah, namun arus yang mengalir ketanah sangat kecil dan tidak cukup untuk menggerakkan rele proteksi. Akibatnya kawat tersebut dapat terhubung terus dengan tanah tanpa bisa di isolir sehingga bisa
92
sangat berbahaya bagi orang yang kebetulan lewat tanpa menyadari bahwa kawat tersebut sebenarnya masih bertegangan tinggi. Untuk mengatasi kesulitan ini digunakan rele proteksi gangguan tanah yang dapat disetel lebih rendah dari setelan proteksi normal. Dengan rele-rele numeris modern hal ini tidak menjadi masalah karena sudah mempunyai kemampuan untuk dapat disesuaikan pada berbagai keadaan tanah dengan mudah. Tetapi untuk rele-rele elektromekanik atau rele statik lainnya proses penyetelan rele bisa mengalami kesulitan khususnya bila trafo-trafo arus yang digunakan berkapasitas kecil sehingga mungkin harus diganti dengan trafo arus dengan burden yang lebih sesuai. Umumnya pada kondisi tanah seperti ini, sensitifitas rele yang diperlukan tidak dapat ditunjang oleh trafo arus konvensional. Oleh karena itu trafo arus yang sering digunakan adalah core balance current tranformer (CBCT). CBCT adalah trafo arus yang dipasang mengelilingi kawat-kawat ke tiga fasa termasuk netral (bila ada) sehingga arus sekunder trafo arus adalah sebanding dengan jumlah arus residual (arus tanah) yaitu jumlah arus-arus fasa yang tidak seimbang karena gangguan. Trafo arus seperti ini dapat dibuat mempunyai rasio yang bagus dan cocok digunakan untuk mengoperasikan elemen rele-rele gangguan tanah sensitif. Dengan menggunakan teknik tersebut, setelan arus gangguan tanah dapat diturunkan hingga dibawah 10% dari arus nominal jaringan yang mau diproteksi. Untuk menghasilkan pengukuran arus residu yang akurat, maka penempatan trafo arus CBCT pada jaringan yang mau di proteksi, perlu dilakukan dengan benar dan hatihati. Kalau pembungkus (sheat) kabel ditanahkan, hubungan ketanah melalui kabel gland harus dilakukan melalui CBCT yang utamanya untuk memastikan bahwa gangguan fasa ke metal pembungkus dapat terdeteksi. Gambar 3.17 memperlihatkan hubungan yang benar dan yang salah. Dengan metoda hubung yang salah, arus gangguan yang mengalir pada metal pembungkus tidak dilihat sebagai arus residu sehingga rele tidak dapat bekerja. Disamping itu perlu juga diperhatikan bahwa arus residu normal yang mungkin mengalir dalam kondisi sehat sering juga menjadi kendala yang membatasi aplikasi proteksi gangguan tanah non arah sensitif. Kejadian atau pengaruh arus residu demikian ini dapat terjadi pada sistim-sistim dengan kapasitansi bocor yang tidak seimbang misal pada kawat-kawat saluran yang panjang yang tidak disuper posisi sepanjang jalur transmisi. Cincin kabel (cable gland) Kabel boks
Gland & pembungkus kabel terhubung ke tanah
a)
I
Penyambungan CT
93
Tidak kerja I
b) Penempatan CT Yang Salah
Bekerja dengan benar I
c)
Penempatan CT Yang Benar
Gambar 3.17: Penempatan CBCT
3.16
RELE ARUS LEBIH GANGGUAN TANAH DIREKSIONAL
Aplikasi rele arus lebih gangguan tanah direksional dapat dilakukan sesuai dengan kondisi-kondisi sistim sebagai berikut: i.
Untuk gangguan tanah dimana proteksi arus lebih dilakukan oleh rele direksional.
ii.
Pada jaringan tanah ter-isolasi yang tidak ditanahkan.
iii. Pada jaringan pentanahan dengan Peterson Coil. iv. Pada proteksi gangguan tanah sensitif yang tidak mencukupi yang masih memerlukan rele gangguan tanah yang lebih sensitif lagi. Elemen rele pada uraian terdahulu sebagai elemen gangguan fasa yang tanggap terhadap arus gangguan tanah yang mengalir dan yang penting bahwa tanggapan arahnya sudah benar pada kondisi tersebut. Bila diperlukan elemen khusus gangguan tanah seperti diuraikan pada Bab 3.16, maka diperlukan elemen arah yang sesuai.
94
3.16.1 Besaran Penggerak Rele Arah Konfigurasi sambungan dan pengawatan-pengawatan untuk mendapatkan arus gangguan residu dapat dilakukan seperti terlihat pada Gambar 3.15. Karena arus ini dapat dibangkitkan dari setiap fasa, maka dalam rangka untuk mendapatkan tanggapan arah maka rele perlu dilengkapi dengan elemen tegangan yang bersama dengan arus dapat menunjukkan arah gangguan. Terdapat dua cara yang sering dilakukan untuk mendapatkan rele gangguan tanah berarah khususnya dalam aplikasi rele dijital dan rele numeris sebagai berikut. Tegangan Residual Sebagaimana diketahui, jumlah ketiga tegangan fasa dalam keadaan normal dan seimbang adalah nol. Sebaliknya bila salah satu fasa terhubung singkat ke tanah maka jumlah ketiga tegangan akan berada pada level tegangan tertentu yang disebut tegangan residual. Tegangan residual ini dapat dapat digunakan sebagai salah satu parameter gangguan dalam penerapan sistim proteksi khususnya pada rele arus gangguan tanah direksional. Tegangan residual dapat diukur sebagaimana dijelaskan pada Apendiks A3. Yang pada prinsipnya dapat diperoleh dari hasil penjumlahan vektor ketiga tegangan fasa-fasa yang tidak seimbang tersebut. Untuk keperluan pengukuran ini biasanya inti trafo tiga fasa dibuat atas 5 kaki dimana dua kaki bagian terluar dibiarkan tidak dibelit dengan kumparan dengan maksud untuk memberikan jalan terhadap fluksi tegangan urutan nol. Pada trafo tiga fasa yang inti besinya hanya tiga kaki tidak tidak tersedia jalur garisgaris magnetis urutan nol sehingga tegangan residual yaitu jumlah ketiga tegangan fasa tidak akan terukur oleh proteksi gangguan tanah. Namun trafo tegangan demikian tidak banyak dijumpai dalam praktek. Yang biasa dijumpai adalah trafo-trafo tegangan satu fasa yang sisi sekundernya saling dihubungkan satu sama lain membentuk hubungan broken delta sebagaimana diuraikan pada Apendiks 3. Tegangan yang timbul pada terminal broken delta ketika salah satu kawat fasa primer terhubung singkat adalah tegangan hasil penjumlahan ketiga tegangan sekunder seperti dapat digambarkan seperti pada Gambar 3.18.Untuk mendapatkan tegangan operasi yang cukup adalah penting untuk memastikan bahwa trafo utama harus terdiri dari trafo yang dapat menghasilkan tegangan residual dan titik bintang trafo utama harus ditanahkan langsung. Kalau digunakan trafo-trafo interposing maka, titik bintang kumparan primer trafo tegangan interposing harus di sambung dengan titik bintang kumparan sekunder trafo tegangan tersebut. Dalam prakteknya besarnya tegangan residual adalah tiga kali besarnya tegangan jatuh urutan nol impedansi sumber sehingga dengan sendirinya akan tergeser dari arus residual sesuai dengan sudut impedansi sumber. Besaran-besaran atau tegangan residu inilah yang sering diterapkan pada elemen arah rele gangguan tanah. Karena sudut fasa arus residu terhadap tegangan residu tidak dapat diketahui dengan persis maka dalam prakteknya penyetelan sudut fasa perlu disesuaikan dengan karakteristik sudut fasa rele (RCA). Karena rangkaian yang bersifat induktif maka dalam prakteknya arus residu akan tertinggal fasa terhadap tegangan residual yang dirasakan oleh rele gangguan tanah direksional.
95
A B C
I (a) Hubungan Rele Va
3I0
Va Va2
3V0 Va2 Vc
Vb
(b) Sistem Balance (Tegangan residual = Nol)
Vc
Vb
(c) Sistem Unbalance ganguan fasa A ke tanah (3Vo - Tegangan residual)
Gambar 3.18: Tegangan Polarisasi Yang Membuat Rele Gangguan Tanah Direksional Dalam pengaturan sudut fasa arus dan tegangan khususnya pada waktu gangguan tanah harus memperhitungkan dan mempertimbangkan sistim pentanahan sebab bisa berpengaruh terhadap Rele Characteristic Angle (RCA). Setelan-setelan RCA yang biasa dilakukan dalam praktek-praktek sistim proteksi antara lain adalah: 0
a.
Sistim pentanahan dengan tahanan: 0 .
b.
Sistim distribusi, ditanahkan langsung: 45 .
c.
Sistim transmisi, dengan pentanahan langsung: 60 .
0
0
Setelan-setelan karakteristik sudut rele pada sistim transmisi maupun sistim distribusi bisa berbeda-beda tergantung pada perbedaan rasio perbandingan X/R yang ditemukan pada sistim-sistim tersebut. Arus Urutan Negatif Dalam kondisi tertentu seperti pada kondisi dimana trafo tegangan yang dipasang tidak cocok untuk membangkitkan tegangan sisa (residual) yang diperlukan, maka
96
tegangan sisa yang timbul pada titik-titik sepanjang jaringan bisa sedemikian kecil sehingga tidak cukup besar untuk mampu menggerakkan rele arah. Pada kondisi demikian maka, arus urutan negatip dapat digunakan sebagai besaran untuk mempolarisasi rele. Arah gangguan ditentukan dengan membandingkan tegangan urutan negatip dengan arus urutan negatip. Dalam hal ini tentunya karakteristik RCA yang akan digunakan harus di set berdasarkan pada sudut sumber tegangan fasa urutan negatip.
3.17
RELE GANGGUAN TANAH PADA JARINGAN TERISOLASI
Meskipun terbatas dan tidak dianjurkan terdapat juga sub-sub jaringan tertentu yang tidak ditanahkan dimana titik netralnya dibiarkan mengambang dan terisolasi dengan tanah. Tujuan utamanya adalah agar pada waktu sistim mengalami gangguan satu fasa ketanah tidak menimbulkan arus gangguan ke tanah yang besar sehingga tidak membahayakan peralatan. Disamping itu sistim terisolasi dimaksudkan pula untuk tetap dapat beroperasi selama waktu mengalami gangguan fasa ketanah tanpa perlu mengisolir gangguan dengan cepat. Namun pada sistim demikian perlu diperhatikan bahwa isolasi sistim harus dirancang tahan terhadap tegangan transien dan tegangan steady state yang cukup besar yaitu sebesar kali tegangan fasa ke netral. Faktor pertimbangan kekuatan isolasi inilah yang antara lain menyebabkan keterbatasan mengapa jaringan terisolasi hanya dilakukan pada sub-sub jaringan transmisi tertentu. Mengingat arus gangguan satu fasa ketanah relatif kecil maka akan timbul kesulitan dalam penerapan rele proteksi yang sesuai yang dapat mengamankan sistim sebelum gangguan berkembang misalnya menjadi gangguan hubung singkat dua fasa yang lebih berbahaya. Terdapat dua cara yang dapat digunakan untuk mengatasi kesulitan dalam mengatasi gangguan fasa ke tanah yaitu dengan menggunakan rele tegangan sisa (residual) dan dengan menggunakan rele gangguan tanah sensitif sebagaimana akan diuaraikan berikut ini. 3.17.1 Rele Tegangan Residual Sebagaimana telah telah disinggung sebelumnya, bila gangguan satu fasa ketanah terjadi maka tegangan fasa-fasa lain yang sehat akan naik sebesar kali dari tegangan fasa ke netral dan jumlah vektor ketiga fasa tidak lagi sama dengan nol. Dengan prinsip ini sebenarnya gangguan fasa ketanah dapat dideteksi dengan menggunakan sebuah rele tegangan yang dapat mengukur tegangan sisa yang terjadi. Namun meskipun dapat mendeteksi terjadinya gangguan fasa ketanah sistim proteksi dengan rele tegangan sisa ini tidak bisa digunakan untuk menentukan letak atau lokasi gangguan. Dengan demikian sistim proteksi dengan skema bertangga (grading) pada sistim jaringan terisolasi tidak bisa diterapkan dengan menggunakan rele tegangan residual. Hal ini terutama disebabkan karena semua rele yang terpasang sepanjang jaringan sama-sama mengalami tegangan sisa tak perduli dimanapun letak gangguan yang terjadi. Meskipun keterbatasan sistim proteksi masih bisa diperbaiki dengan
97
menggunakan rele-rele dengan karakteristik definite time, namun hasilnya tidak akan efektif sebagaimana pada sistim proteksi diskriminatif lainnya terutama dalam menentukan letak gangguan tanah yang terjadi. 3.17.2 Rele Gangguan Tanah Sensitif Untuk mengatasi keterbatasan rele tegangan sisa pada sistim terisolasi digunakan rele proteksi gangguan tanah sensitif yang sering dipasang pada jaringan tegangan menengah dengan konfigurasi single bus-bar yang terhubung dengan banyak penyulang. Prinsip rele sensitif ini didasarkan pada ketidakseimbangan arus kapasitansi per-fasa pada waktu terjadinya gangguan fasa ketanah. Trafo Incoming
IR3=IH1+IH2+IH3-IH3 =IH1+IH2
IR3
IR2
vr
IR1
vr
vr
Ia1
Ib1
Ia2
Ib2
Ia3
Ib3
IH1+IH2+IH3
IH3
-jxc2
IH1
IH2
IH1+IH2
-jxc3
-jxc1 Ke penyulang lain....n
Gambar 3.19: Distribusi Arus Sistim Ter-isolasi Pada Gangguan Tanah Fasa C Gambar 3.19 memperlihatkan sebuah sub sistim satu busbar yang terdiri dari satu trafo dengan banyak penyulang. Trafo tersebut mempunyai hubungan Y-Y dimana netral sisi primer terhubung langsung dengan tanah sedang sisi sekunder dibiarkan mengambang seperti terlihat pada gambar. Gambar 3.19 diatas dapat digunakan untuk memperlihatkan keadaan sistim pada waktu terjadi gangguan satu fasa ketanah yang terjadi pada salah satu penyulang. Sistim tersebut terdiri dari 3 penyulang (dalam prakteknya bisa terdiri dari n penyulang). Pada masing-masing penyulang dipasang rele proteksi direksional sangat peka atau super sensitif. Pada saat gangguan ketanah terjadi pada fasa c penyulang nomor 3 maka arus kapasitif pada fasa yang sama pada penyulang-penyulang yang sehat akan menjadi nol. Rele pada penyulang-penyulang yang sehat yaitu pada penyulang 1 dan 2 melihat ada ketidak seimbangan arus kapasitansi pada bagian saluran tersebut. Gambar 3.20 memperlihatkan diagram fasor sistim terisolasi yang sedang mengalami gangguan.
98
Vaf Vapf
Restrain
IR1 I b1 Kerja I a1
Vbf
Vbpf
Vcpf
Vres (= -3Vo) Setting RCA menggeser
IR3=
- (IH1 + IH2)
“Pusat Karakteristik” sebesar +90°ke Garis ini
Gambar 3.20: Diagram Fasor Sistim Terisolasi Yang Mengalami Gangguan Satu Fasa Ketanah Akan terlihat bahwa meskipun semua rele terdiri dari jenis yang sama, namun hanya rele yang terpasang pada penyulang yang terganggu yang akan kerja sedang rele pada penyulang lain yang sehat akan berada pada posisi restrain kalau semua penyulang dianggap identik maka arus-aras kapasitansi masing-masing penyulang secara praktis adalah sama (Ia1=Ia2=Ia3 dan Ib1=Ib2=Ib3) dan untuk memperkecil kesalahan operasi maka semua proteksi harus menggunakan trafo-trafo arus yang identik. Merujuk ke Gambar 0 3.20, arus ketidak seimbangan pada kawat-kawat yang sehat tertinggal sebesar 90 terhadap tegangan residual. Mengingat tegangan kawat-kawat yang sehat naik sebesar √3 maka arus pemuat pada saluran yang terganggu ini seharusnya akan naik juga sebesar √3 kali dari arus normal. Dengan demikian besarnya arus adalah 3 kali arus steady state per-fasa. Karena arus kawat-kawat yang sehat (IR1 dan IR2) berlawanan fasa dengan arus pada saluran yang terganggu (IR3) maka diskriminasi dapat dilakukan dengan menggunakan rele gangguan tanah arah direksional. Besaran polarisasi yang digunakan untuk menggerakkan rele adalah besarnya 0 tegangan residu. Dengan menggeserkan tegangan residu ini sebesar 90 , maka arus residu yang dilihat oleh rele pada saluran yang terganggu berada pada daerah operasi karakteristik direksional, sedangkan arus residu pada saluran-saluran yang sehat berada pada daerah restrain sehingga tidak bekerja. Dengan demikian karakteristik 0 RCA yang dibutuhkan masing-masing penyulang adalah 90 . Setelan rele harus dilakukan pada nilai satu sampai tiga kali arus per-fasa. Meskipun cara ini dapat dirancang pada waktu pabrikasi rele, tetapi untuk mendapatkan hasil optimum sebaiknya perlu dilakukan pengetesan-pengetesan dilapangan. Gangguan satu fasa ketanah dengan cermat diamati dengan mencatat besar arus yang dihasilkan. Pada rele-rele numeris sudah tersedia elemen-elemen pengukuran yang dibutuhkan sehingga penerapan rele proteksi dapat dilakukan dengan mudah.
99
Sebagaimana sudah dibicarakan diatas, meskipun gangguan satu fasa ketanah yang terjadi pada sistim-sistim terisolasi bisa dibiarkan tanpa perlu melakukan tripping pada jaringan yang terganggu, tetapi gangguan tersebut tidak bisa dibiarkan berlama-lama dan dalam prakteknya hanya bisa dibiarkan dalam waktu sesingkat mungkin (dalam ukuran detik) sebelum gangguan tersebut berkembang menjadi gangguan fasa-fasa ketanah akibat gangguan fasa lain yang bisa terjadi sebagai akibat kenaikan tegangan fasa-fasa yang sehat.
3.18
JARINGAN YANG DITANAHKAN DENGAN PETERSON COIL
Pentanahan dengan Peterson Coil adalah keadaan khusus pentanahan sistim dengan impedansi tinggi. Dahulu banyak dipakai sebagai sistim pentanahan netral-netral sistim jaringan 70 kV khususnya di Jawa Barat dan DKI. Meskipun saat ini di Indonesia sistim pentanahan ini sudah mulai ditinggalkan namun bukan berarti tidak dipakai lagi, sebab dimasa mendatang dimana pusat-pusat industri maupun pemukiman bisa bergeser kedaerah-daerah yang relatif lumayan jauh dari gardu-gardu induk sehingga mungkin suatu saat perlu dilayani dengan menggunakan jaringan subtransmisi sebagaimana dilakukan oleh PLTA Jatiluhur terhadap pelanggan-pelanggan industri mereka. Pada sistim pentanahan dengan Kumparan Peterson, jaringan ditanahkan dengan reaktor yang ditala sesuai dengan arus kapasitansi sistim ketanah. Pada sistim ini, gangguan satu fasa ketanah tidak akan menghasilkan arus gangguan tanah steady state. Jadi sistim ini sebenarnya sama dengan sistim yang netralnya terisolasi. Efektivitas sistim ini sangat tergantung dari akurasi penalaan Kumparan Peterson, sehingga bila ada perubahan besar arus, misalnya karena saluran tambah pendek atau tambah panjang yang menyebabkan perubahan arus kapasitip maka penalaan kembali perlu dilakukan ulang. Dalam prakteknya agak sulit membuat penalaan secara sempurna dimana arus kapasitip (IC) sama persis dengan arus kumparan(IL), biasanya selalu ada selisih antara keduanya yang mengalir pada sistim yang ditanahkan dengan Kumparan Peterson. Sistim pentanahan dengan menggunakan Kumparan Peterson banyak dijumpai pada saluran-saluran di daerah-daerah industri remote maupun daerah pertanian yang sering mendapat gangguan-gangguan tanah sementara misal karena sambaran petir. Untuk lebih jelasnya tentang pentanahan netral dengan Kumparan Peterson dan bagaimana dia digunakan untuk menanggulangi gangguan-gangguan tanah sementara dengan tepat maka perlu mengerti gejala-gejala atau perlilaku gangguan tanah sementara seperti dapat dilhat pada buku-buku tentang sistim pentanahan. Gambar 3.21 menggambarkan jaringan sederhana yang ditanahkan dengan Peterson Coil. Dari persamaan-persamaan pada gambar tersebut terlihat bahwa kalau Kumparan Peterson ditala secara ideal sama dengan arus pemuat saluran maka pada saat terjadi hubung singkat satu fasa ketanah, arus gangguan yang mengalir ke tanah praktis akan sama dengan nol. Gambar 3.22 memperlihatkan banyak jaringan distribusi radial yang ditanahkan dengan Peterson Coil. Satu fasa pada saluran mengalami gangguan ketanah melalui fasa C. Gambar 3.23 memperlihatkan diagram fasor, dengan menganggap reaktansi Peterson Coil tidak mengandung tahanan.
100
Sumber
- IB - IC Van If = - IB - IC + jXL Van 0 bila = = IB + IC jXL
Van jXL (= IL ) If
Kumparan Peterson
jXL
Vab Vac jXC jXC I (= - b) (= - Ic ) -jXc
- IC
-jXc
-jXc
IL
A
- IB Vac
Vab N
C
B
Vektor Arus Pada Gangguan Fasa A
Gambar 3.21: Gangguan Tanah Pada Sistim Yang Ditanahkan Dengan Peterson Coil Trafo Incoming
JXL IL=IF+IH1+IH2+IH3
IR3
IR2
IR1
IL vr
vr
Ia1
Ib1
Ia2
Ib2
Ia3
Ib3
IC3=IF
IF
vr
IH3 IH1
IH2
-jxc3 IH1+IH2
-jxc2 IH1
-jxc1 Ke penyulang lain....n
Gambar 3.22: Arus-arus Pada Saluran Radial Dengan Netral Ditanahkan Dengan Peterson Coil Yang Mengalami Gangguan Fasa C Tanah
101
IH3 IL
A
3V0
IH2 IH1
Ia1
Ib1
N
C
B
(a) Arus Kapasitip dan Induktip IL Ib1
IR1 = IH1
- IH1 - IH2
Ia1
Vres = -3Vo (b) Saluran yang Sehat
IR3 = - IF + IH3 = - IL - IH1 - IH2
IR3
Vres = -3Vo (c) Saluran yang Terganggu
Gambar 3.23: Gangguan Fasa C Pada Sistim Yang Ditanahkan Dengan Peterson Coil
1
Pada Gambar 3.23 (a), dapat dilihat bahwa tegangan kawat-kawat yang sehat naik dengan faktor kenaikan sebesar kali dan arus kelihatan mendahului tegangan 0 sebesar 90 . Arus ketidak seimbangan pada saluran-saluran yang sehat dapat dipandang sebagai 0 penjumlahan vektor Ia1 dan Ib1 dan ini berada persis lagging sebesar 90 terhadap tegangan (Gambar 3.23 b). Besar magnitude arus residual IR1 adalah sama dengan 3 kali arus steady state per fasa. Pada saluran yang terganggu, arus residual adalah sama dengan IL-IH1-IH2 seperti terlihat pada Gambar 3.23(c) dan arus residual terlihat lebih jelas pada jaringan urutan fasa nol seperti pada Gambar 3.24. Meskipun secara teoritis tahanan Kumparan Peterson pada Gambar 3.22 diatas dianggap sama dengan nol, namun dalam prakteknya tahanan kumparan tersebut tetap harus diperhatikan sebagaimana terlihat pada diagram fasor dalam Gambar 3.25 diatas. Kalau tegangan residual Vres digunakan sebagai tegangan yang mempolarisasi rele, maka arus residual 0 pada jaringan yang sehat akan tergeser lebih besar sedikit dari 90 . Rele-rele yang digunakan pada jaringan distribusi yang ditanahkan dengan Kumparan 0 Peterson adalah rele arah dengan karakteristik RCA 0 . Hal ini dimaksudkan agar arus residual pada saluran yang sehat bergeser ke daerah restrain dan pada saat yang sama arus residual yang mengalir pada saluran yang terganggu bergeser ke daerah operasi rele sehingga bisa mengisolir gangguan. Untuk mengatasi sulitnya mendeteksi arus gangguan tanah pada sistim yang ditanahkan dengan Kumparan Peterson, maka beberapa saat setelah gangguan berlangsung kadang-kadang suatu tahanan dengan nilai tertentu dapat juga disisipkan secara paralel dengan Kumparan Peterson.
102
I0F
IROF
Feeder yang terganggu
IROH
IL
3XL
Feeder yang sehat
IROH
-V0
IH3
IH2
IH1
XC0
= Arus residual pada feeder yang terganggu = Arus residual pada feeder yang sehat Sehingga dapat dilihat :
Jadi;
Gambar 3.24: Jaringan Urutan Nol Memperlihatkan Arus Residual Tahanan kumparan saluran
Tahanan kumparan grounding
I’L
(I’1=IH2+IH3) A
3V0
N C
B
(a) Arus Kapasitip dan Induktip Dengan Komponen Resistan Restrain Kerja
IL
Garis torsi nol untuk RCA 0°
IR1 = IH1 -IH1-IH2 IR3 = IF+IH3 = IL-IH1-IH2
IR3
Restrain
Vres = -3Vo Garis torsi nol untuk RCA 0°
(b) Saluran yang Sehat
Vres = -3Vo Kerja
(c) Saluran yang Terganggu
Gambar 3.25: Gangguan Satu Fasa Ketanah Fasa C Pada Sistim Yang Ditanahkan 1 Dengan Peterson Coil Dengan Tahanan XL atau XC (Kasus Praktis) Tahanan ini disebut tahanan bypass yang berguna untuk memperbesar arus gangguan sehingga pengukuran arus gangguan dapat dilakukan dengan baik. Nilai tahanan bypass tersebut bisa ditentukan sesuai dengan hasil studi-studi khususnya hubung singkat satu fasa ketanah. Disamping itu tahanan bypass tersebut dimaksudkan juga
103
untuk menaikkan beda sudut antara arus dan tegangan residu sehingga bisa digunakan untuk membantu dalam penerapan rele gangguan tanah direksional dengan baik. Pada aplikasi rele gangguan tanah ini terdapat dua kemungkinan jenis elemen proteksi yang dapat diterapkan yaitu elemen rele gangguan tanah sensitif dan rele jenis watt metric arus urutan nol sebagaimana akan diuraikan berikut ini. 3.18.1 Rele Gangguan Tanah Sensitif Suatu rele jenis gangguan tanah disebut sensitif bila karakteristik rele tersebut dapat bekerja pada arus-arus yang kecil dan paling tidak dapat memenuhi dua persyaratan sebagai berikut; a.
Setelan pengukuran arus harus mampu disetel pada nilai yang sangat kecil.
b.
Mempunyai karakteristik RCA sama dengan 0 dan mampu di atur secara halus di sekitar harga tersebut.
0
Perlunya elemen arus sensitif seperti dipersyaratkan diatas, adalah karena besar arus yang diukur memang sangat kecil pada mana mungkin akan terdapat suatu kondisi dimana diperlukan penyetelan arus 0.5% dari arus nominal. Namun, mengingat penalaan Peterson Coil tidak bisa dilakukan secara sempurna, arus gangguan tanah steady state pada orde kecil yang mengalir pada prakteknya akan menaikkan arus residual yang dilihat oleh rele gangguan tanah. Pada kondisi tertentu sering juga digunakan setelan arus sama dengan arus per-fasa dari saluran yang diproteksi. Perlunya rele sensitif mempunyai karakteristik RCA yang dapat ditala dengan halus 0 pada setelan sudut sekitar 0 , dimaksudkan untuk dapat mengkompensir tahanan Kumparan Peterson dan tahanan saluran serta tahanan trafo arus CT yang digunakan. Dalam praktek, untuk mendapatkan hasil yang baik maka penalaan rele arus gangguan tanah sensitif ini lebih baik dilakukan dilapangan dengan melakukan pencatatan dan praktek-praktek pengukuran arus-arus tersebut. 3.18.2 Rele Jenis Wattmetrik Pada Gambar 3.25 terlihat perbedaan sudut yang kecil antara arus luber pada bagian yang terganggu dan pada bagian yang tidak mengalami gangguan. Gambar 3.26 memperlihatkan bagaimana beda sudut ini dapat menaikkan komponen aktif arus yang berlawanan fasa satu dengan lainnya. Akibatnya, komponen aktif daya urutan nol akan juga berada dalam bidang yang sama. Sebuah rele dengan kemampuan untuk mendeteksi komponen aktif tersebut dapat dimanfaatkan sebagai besaran daya aktif yang dapat dideteksi untuk digunakan mendiskriminasi arah gangguan tanah pada sistim-sistim yang ditanahkan dengan Peterson Coil. Bila komponen wattmetric daya urutan nol terdeteksi dalam arah maju, berarti lokasi gangguan ada pada sisi saluran, sebaliknya bila terdeteksi dalam arah mundur maka gangguan terjadi pada bagian lain manapun dalam jaringan tersebut. Dalam banyak praktek, metoda cara proteksi ini lebih banyak digunakan ketimbang dengan rmenggunakan ele gangguan tanah sensitif.
104
Vres = -3VO Komponen aktif arus residual : saluran terganggu
IR3
Kerja
-IH1-IH2 IL
Komponen aktif arus residual : saluran sehat
IR1
Garis torsi nol untuk RCA 0°
Restrain
Gambar 3.26: Komponen Resistif Arus Luber Rele jenis watt metrik ini pada dasarnya dapat meningkatkan tingkat keamanan yang lebih tinggi terhadap kesalahan operasi akibat kesalahan (spurious) yang terdapat pada keluaran trafo arus baik dalam keadaan normal maupun pada waktu ada gangguan tanah. Dalam praktek daya wattmetric dapat dihitung dengan menggunakan besaran residual arus urutan nol. Dengan demikian mengingat besaran-besaran arus dan tegangan residual masing-masing adalah tiga kali harga-harga urutan nol maka daya yang terukur adalah sembilan kali lipat dari besaran daya arus urutan nol,. Yang bisa dihitung dari persamaan daya wattmetrik sebagai berikut:
.........3.5 Dimana: Vres = tegangan residual Ires = Arus residual V0 = Tegangan urutan nol I0 = Arus urutan nol = Sudut fasa antara Vres dan Ires = Setelan sudut karakteristik rele Setelan arus maupun karakteristik RCA yang digunakan pada sistim proteksi dengan menggunakan rele jenis wattmetrik sama seperti dilakukan pada rele gangguan tanah sensitif.
105
4. RELE DIFERENSIAL PADA SALURAN TRANSMISI 4.1
PENDAHULUAN
Sebagaimana telah dibahas pada Bab 3, rele-rele arus lebih sebenarnya dapat digunakan untuk berbagai proteksi sistim tenaga listrik khususnya jaringan distribusi radial. Dengan kordinasi arus dan waktu sistim bertingkat rele-rele arus lebih dapat disusun membentuk sitim proteksi yang dapat digunakan untuk memproteksi jaringan secara selektif dan cukup handal. Tetapi meskipun rele arus lebih diakui merupakan rele yang paling banyak digunakan pada berbagai jaringan distribusi tenaga listrik, namun sayang sistim proteksi yang dapat ditawarkan oleh rele arus lebih belum sepenuhnya mampu memenuhi semua kebutuhan proteksi. Kekurangan rele arus lebih akan semakin terasa khususnya bila digunakan pada sistim-sistim yang kompleks dengan banyak sumber seperti pada jaringan subtransmisi, transmisi maupun pada berbagai sistim interkoneksi pembangkit-pembangkit. Kekurangan sistim proteksi arus lebih bertingkat diatas, telah mendorong timbulnya konsep unit proteksi, yang dirancang untuk memproteksi saluran yang menghubungkan dua gardu induk secara serentak pada kedua ujung saluran tanpa memperhatikan kordinasinya dengan sistim pengaman saluran berdekatan. Salah satu unit proteksi yang umum dikenal antara lain adalah proteksi arus diferensial. Pengertian diferensial didasarkan atas prinsip pengukuran yang digunakan yaitu dengan mengukur perbedaan beda arus yang mengalir pada kedua ujung-ujung saluran yang mau diproteksi. Contoh-contoh unit proteksi lainnya adalah sistim proteksi dengan prinsip perbandingan arah arus atau perbedaan sudut fasa dan skema rele jarak yang dilengkapi dengan carrier. Suatu rele diferensial dapat melakukan tugas proteksi secara sempurna seperti untuk memproteksi trafo, generator maupun kabel-kabel bawah tanah. Dahulu praktekpraktek penggunaan rele diferensial untuk memproteksi saluran transmisi masih sangat terbatas terutama disebabkan karena adanya kesulitan dalam menghubungkan trafo-trafo arus antara dua gardu yang saling berjauhan. Namun akhir-akhir ini proteksi saluran transmisi dengan menggunakan rele diferensial sudah mulai diterapkan terutama dengan sudah tersedianya kanal-kanal sistim komunikasi yang dapat digunakan untuk saling membandingkan arus-arus pada kedua ujung saluran yang berjauhan tersebut. Pada dasarnya, yang diperlukan untuk membangun suatu sistim proteksi diferensial yang dapat digunakan untuk memproteksi saluran transmisi adalah tersedianya kanal telekomunikasi yang dapat digunakan untuk mengirimkan maupun untuk menerima besaran listrik dari satu ujung ke ujung lainnya sehingga besaran-besaran tersebut dapat saling diperbandingkan satu sama lain. Tanpa sarana komunikasi suatu rele jarak yang berdiri sendiri yang tidak dilengkapi dengan fasilitas intertripping misalnya tidak bisa dipandang sebagai unit proteksi. Hal ini karena, 1). Setelan daerah cakupan
106
proteksi rele jarak tidak dapat dibuat untuk mengamankan panjang saluran seratus persen dan 2). Meskipun cakupan setelan rele jarak dapat diperluas hingga mencapai seluruh jaringan namun rele tersebut tidak dapat mentrip kedua PMT pada kedua ujung saluran. Proteksi diferensial dengan menggunakan prinsip arus diferensial antara lain adalah unit proteksi yang dilengkapi dengan kabel pilot yang menghubungkan trafo-trafo arus yang terpasang pada kedua ujung saluran seperti terlihat pada Gambar 4.1. Dalam keadaan normal arus sekunder kedua trafo arus akan mengililingi rangkaian sepanjang kawat kabel pilot tanpa ada arus yang mengalir melalui rele. Bila terjadi gangguan diantara kedua CT maka kedua arus sekunder menjadi tidak simetris sehingga terdapat beda kedua arus yang akan mengalir melalui rele yang selanjutnya bisa digunakan untuk melaksanakan perintah trip pada kedua PMT untuk mengisolir saluran yang terganggu. Cara lain sistim proteksi diferensial dapat ditunjukkan seperti ditunjukkan pada Gambar 4.2. Disini kumparan sekunder kedua trafo arus dihubungkan saling berlawanan sedemikian rupa dimana kedua arus saling menghilangkan sehingga dalam kedaan normal tidak ada perbedaan arus yang mengalir pada ke dua rele G maupun rele H yang terhubung seri. Cara yang pertama diatas disebut sistim arus sirkulasi (Circulating Current), sedang yang terakhir disebut dengan metoda sistim tegangan seimbang (Balanced Voltage System). G
H
Id
Rele
Gambar 4.1: Sistim Arus Sirkulasi G
Id Rele G
H
Id Rele H
Gamar 4.2: Sistim Tegangan Seimbang Pada umumnya prinsip kerja rele diferensial yang banyak digunakan dalam mengamankan saluran yang panjang didasarkan pada perbedaan arah dan besar kedua arus yang mengalir pada kedua ujung saluran. Oleh karena itu agar sistim proteksi diferensial dapat bekerja dengan baik perlu dicari cara-cara yang dapat digunakan sehingga kedua besaran pada ujung-ujung saluran
107
yang mau diproteksi dapat saling diperbandingkan sebagaimana akan diuraikan pada bab-bab lebih lanjut.
4.2
KONVENSI ARAH
Untuk menghindari kerancuan pada waktu menentukan arah arus terutama dalam menganalisa gangguan perlu dilakukan konvensi arah arus yang mengalir pada jaringan. Sesuai konvensi, arus yang mengalir dari bus-bar kearah saluran ditandai dengan tanda positip, sedang arah arus yang mengalir menuju bus-bar ditandai dengan tanda negative seperti terlihat pada Gambar 4.3; dimana pada bagian seksi GH tanda arah arus pada titik G adalah positip dan pada titik H negatip, sementara pada bagian seksi HJ arus yang mengalir pada titik gangguan pada H dan J sama-sama positip. Kelalaian akan tanda-tanda ini pada waktu setelan rele bisa mengakibatkan terjadinya kesalahan operasi sistim proteksi terutama pada sistim yang lebih kompleks. Itulah sebabnya, agar dalam prakteknya diusahakan supaya komponenkomponen unit proteksi dibuat dari type dan jenis yang identik khususnya pada daerah proteksi yang sama. Disamping itu hal lain yang perlu diperhatikan dalam penerapan sistim proteksi diferensial adalah konfigurasi dan perkembangan jaringan dan kemungkinan perubahan fungsi jaringan dikemudian hari. Misal suatu saluran yang dalam beberapa tahun kedepan perlu dirubah menjadi saluran phi yang diperlukan untuk memasok gardu induk baru diantara kedua gardu lama. Dalam hal ini maka pemilihan awal rele diferensial bisa disesuaikan dengan konfigurasi jaringan yang akan datang sehingga pada waktu perubahan jaringan rele-rele tersebut masih bisa dipertahankan. Sumber
Sumber +
~ G
-
+
+
H
~ J
Gangguan Hubung Singkat
Gambar 4.3: Konvensi Arah Arus
4.3
SISTIM ARUS SIRKULASI
Prinsip arus sirkulasi sudah diperlihatkan secara garis besar pada Bab 4.1. Dalam keadaan ideal perbandingan arus disisi primer dengan arus sisi sekunder akan sama persis sesuai dengan perbandingan jumlah kumparan primer dengan sekunder. Namun dalam prakteknya, tidak ada trafo-trafo arus yang sempurna, mereka tidak terlepas dari kesalahan yang ditimbulkan oleh rugi-rugi tembaga dan rugi-rugi bocor magnetis yang menyebabkan adanya deviasi dari keadaan ideal. Meskipun dalam keadaan normal tanpa adanya gangguan, ketidak sempurnaan trafo-trafo ini akan menyebabkan adanya arus luber yang mengalir melalui rele. Hal inilah yang akan membatasi tingkat kepekaan rele tersebut. Namun untungnya arus-arus luber tersebut dapat dikompensasi dengan menggunakan kumparan restraining yang dapat digunakan untuk mengkompensir pengaruh arus luber sehingga sehingga rele tidak
108
akan kerja pada arus luber tersebut. Gambar 4.4a mengilustrasikan rangkaian ekivalen dari skema arus sirkulasi. Sedang Gambar 4.4b memperlihatkan diagram distribusi tegangan sepanjang rangkaian pilot pada arus yang mengalir pada daerah saluran yang diproteksi. Disini trafo arus dianggap ideal dimana keduanya mempunyai burden yang sama sehingga tidak ada arus luber yang mengalir melalui rele. Dengan demikian diagram tersebut memperlihatkan keadaan dimana rele terlihat seperti dalam keadaan terputus dari rangkaian atau mempunyai impedansi yang sangat tinggi. Dalam keadaan ini tegangan nol terjadi pada titik J yaitu titik tengah elektris (diukur dari besarnya tahanan) saluran G dan H. Dalam hal rele tersebut tidak ditempatkan pada titik tengah saluran J, tetapi mendekati titik G misal ke titik F, maka tegangan pada terminal rele tersebut akan timbul sebesar FF’ sehingga akan ada arus luber yang mengalir melalui rele meskipun dengan arus IPg dan IPh adalah identik. Sebaliknya bila rele yang digunakan mempunyai impedansi rendah maka tegangan FF’ akan turun menjadi sangat kecil dan karena letak titik F yang tidak simetris maka arus eksitasi (burden) kedua trafo arus akan menjadi tidak sama sehingga dalam keadaan ini akan ada arus yang mengalir pada Rele sebesar IR. Untuk lebih jelas perhatikan persamaan berikut: atau karena
maka,
..........4.1 Dengan demikian jelas bahwa arus luber akan tetap ada dan akan mengalir melalui kumparan rele baik pada rele impedansi tinggi maupun impedansi rendah. I Pg
G
H
RSa
RLg
RLh
i Sg
i eg
Rele
ig
Zeg
RSa i Sh
Id
I Ph
i eh Zeh
Rg
(a)
G‟ G” G
F‟
P = Primer CT S = Sekunder CT E = Exiting / Penguat L = Lead / Kabel Penghubung G = Titik G H = Titik H
J
H
(b)
H‟
F
H”
Gambar 4.4: Rangkaian Ekivalen Skema Arus Sirkulasi
1
109
Perlu diperhatikan bahwa meskipun mempunyai rasio yang sama namun bila kedua trafo arus tidak mempunyai impedansi shunt yang sama, maka diagram tersebut akan berubah, misalnya tegangan GG’ akan lebih besar dari tegangan HH’ atau sebaliknya seperti garis terputus-putus. Dari uraian-uraian diatas jelas terlihat bahwa keadaan ideal dimana tidak ada arus yang mengalir pada kumparan rele adalah hal yang tidak mungkin terjadi. Oleh karena itu dalam prakteknya sering kumparan rele dihubung seri dengan sebuah tahanan yang dapat digunakan sebagai tahanan penyeimbang tegangan, sehingga dapat diperoleh suatu kompensasi tertentu meskipun rele tidak ditempatkan persis ditengah-tengah jaringan ataupun pada saluran dimana kedua trafo arus tidak mempunyai karakteristik impedansi yang sama. Pada jarak saluran transmisi yang panjang penggunaan rele pilot dengan menggunakan arus sirkulasi ini sudah tidak praktis sehingga jarang digunakan. 4.3.1 Ketidakstabilan Transien Sebagaimana diperlihatkan pada Apendiks 3.4.10, bila arus transien dikenakan terhadap trafo arus maka flux yang timbul akibat induksi arus tersebut akan lebih besar dari flux yang dihasilkan arus dalam keadaan normal. Arus transien ini dapat menyebabkan trafo arus bekerja pada keadaan jenuh sehingga impedansi rangkaian penguat akan menurun seolah-olah terhubung singkat yang mengakibatkan arus penguat akan naik menjadi sangat besar. Bila penyeimbang trafo arus unit proteksi mempunyai karakteristik eksitasi yang berbeda atau mempunyai burden yang berbeda, maka fluks transien yang terbentuk akan menjadi berbeda sehingga dapat menaikan arus luber. Seperti keadaan dimana rele tidak ditempatkan pada titik tengah saluran, maka dalam keadaan transien ini, sistim proteksi dapat mengalami resiko dimana rele proteksi bisa salah kerja pada kondisi jaringan normal yang sebenarnya tidak mengalami gangguan. Untuk mengatasi ketidak stabilan ini dapat ditempuh dengan cara yang sama seperti diatas yaitu dengan memasangkan tahanan stabilisasi secara seri dengan rele. Besarnya tahanan stabilisasi biasanya dapat dihitung dengan rumus-rumus yang pada umumnya selalu terdapat pada buku manual rele yang mau diterapkan. Pada dasarnya dapat dihitung sesuai dengan besar tegangan pada terminal trafo arus yaitu VK dikurangi dengan tegangan kerja rele VR (burden rele dibagi setelan arus) dibagi setelan arus rele tersebut. Dengan menggunakan tahanan stabilisasi, setelan arus rele dapat dikurangi pada setiap nilai-nilai praktis, sehingga rele dapat dilihat sebagai perangkat pengukur tegangan. Yang perlu diingat adalah bahwa ada batas arus minimum yang diperlukan, dimana dibawah nilai tersebut elemen rele tidak lagi mempunyai tingkat kepekaan untuk bisa pick-up secara benar. Dalam prakteknya rele-rele demikian biasanya dikalibrasi dengan melakukan injeksi tegangan. 4.3.2 Bias Arus luber yang dirasakan rele sebagai akibat adanya berbagai sumber kesalahan diatas tergantung pada besarnya arus yang mengalir. Dalam keadaan normal besarnya kadang-kadang sangat kecil sehingga bisa diabaikan, namun pada waktu terjadi
110
gangguan diluar daerah proteksi maka arus yang mengalir bisa mempunyai nilai beberapa kali lebih besar dari arus normal, sehingga arus banjir pada rele bisa mencapai nilai yang besar pula. Disini yang perlu dicatat adalah bahwa setelan threshold arus operasi rele yang dibuat berada diatas level arus luber maksimum akan mengakibatkan sensisitifitas rele tersebut semakin jelek. Namun perbaikan sensitifitas rele yang rendah dapat diperbaiki dengan melakukan setelan arus diferensial (Idiff) mendekati arus gangguan secara proporsional. Gambar 4.5 memperlihatkan secara umum karakteristik bias suatu rele modern yang dibuat untuk mengatasi masalahmasalah diatas. Pada arus yang kecil, besar arus bias adalah kecil sehingga memungkinkan rele bekerja dengan sensitif.
I diff = I 1 + I 2 + I 3
Pada arus yang tinggi, seperti halnya arus inrush yang terjadi pada saat penyalaan trafo daya atau arus gangguan eksternal yang terjadi diluar daerah proteksi, maka arus bias juga tinggi dan pada saat yang sama arus yang dibutuhkan untuk mengoperasikan rele juga tinggi. Dengan demikian suatu rele akan menjadi lebih toleran terhadap arus luber yang terjadi pada arus gangguan yang besar seperti terlihat pada Gambar 4.5. Dan oleh karena itu kesalahan operasi rele diferensial arus sirkulasi akan minimal tanpa kehilangan sensitifitasnya pada level arus gangguan yang kecil.
~
I1
I3
I2
~
Kerja
Persentasi Bias K2
Persentasi Bias K1
Restrain
I S1
~
I S2 I bias =
Gambar 4.5: Karakteristik Bias Umum Suatu Rele
4.4
I1 + I2 + I3 2
11
SISTIM TEGANGAN SEIMBANG
Sistim tegangan seimbang diperoleh dengan menggunakan prinsip dua tegangan yang saling berlawanan yang saling terhubung sedemikian rupa sehingga tidak ada arus yang mengalir pada kawat pilot. Secara teoritis arus yang mengalir melalui pilot kabel hanya terjadi pada waktu terjadinya gangguan internal. Sistim tegangan seimbang sebenarnya terdiri dari dua sistim sirkulasi arus seperti pada Gambar 4.2. Pada komposisi sambungan rele proteksi tersebut, akan terlihat bahwa arus yang mengalir pada saluran kabel pilot cenderung akan mengoperasikan rele, sedang tegangan induksi e.m.f yang timbul pada kedua kumparan sekunder trafo arus yang tersambung pada ujung-ujung kabel pilot berada pada posisi saling berlawanan
111
sehingga cenderung melawan pengaruh arus dengan hasil bahwa tidak akan ada arus 5 yang mengalir pada rangkaian kedua rele yang tersambung secara seri tersebut . Bila terjadi gangguan pada daerah yang diapit oleh kedua trafo arus, maka kedua tegangan menjadi tidak seimbang sehingga akan ada arus-arus sirkulasi yang mengalir sepanjang kabel pilot yang bisa menyebabkan rele bekerja. Untuk lebih jelasnya, dalam keadaan normal termasuk pada kondisi arus gangguan eksternal, kedua kumparan sisi sekunder seolah-olah berada dalam keadaan terbuka (open circuit), sebab meskipun arus primer mengalir, tetapi karena tegangan kedua rangkaian sekunder trafo arus saling berlawanan maka tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian sekunder. Hal tersebut akan terus berlangsung sepanjang kedua trafo arus sama-sama identik dan tidak mengalami kejenuhan. Untuk menghindarkan kejenuhan inti secara berlebihan dan juga untuk menghindari distorsi gelombang dimana bisa mengakibatkan arus mengalir sepanjang kabel pilot, maka inti besi dilengkapi dengan sela non magnetik yang cukup untuk menyerap semua m.m.f rangkaian primer pada level arus maksimum sehingga kerapatan flux masih tetap dapat dibuat berada pada karakteristik linier. Dengan demikian maka rangkaian sekunder dapat membangun e.m.f sedemikian sehingga rangkaian sekunder trafo arus dapat dipandang sebagai sumber tegangan. Reaktansi shunt trafo arus secara relatif mempunyai harga yang kecil, sehingga trafo arus dapat dipandang sebagai trafo yang dibebani reaktansi shunt. Trafo arus yang 5 dibebani reaktansi shunt pada kondisi tersebut sering disebut sebagai transactor , yang disingkat dari kombinasi antara dua komponen yaitu trafo dan reaktor. Rangkaian ekivalen sistim ini dapat dilihat pada Gambar 4.6 dibawah. Mengingat rele-rele yang digunakan pada sistim tegangan seimbang ini terdiri dari rele impedansi relatif tinggi maka dalam prakteknya pengaruh tahanan kumparan sekunder trafo arus dan tahanan kabel-kabel pilot (ukuran kabel pilot tidak perlu besar) tidak begitu memegang peranan penting terhadap kinerja rele. Dahulu rele tegangan seimbang ini sering juga diterapkan untuk mengamankan saluran penyulang yang relatif pendek. G
H
RSk
RLg
RLk
RSk
Parameter Kabel Pilot
Zeg
Id Rele G
Z ch
Id Rele H
Gambar 4.6: Rangkaian Ekivalen Sistim Tegangan Seimbang Stabilitas sistim proteksi tegangan seimbang ini dapat dianalisa dengan melihat bahwa transaktor bukan sebagai trafo arus biasa. Kesalahan suatu transaktor tidak akan
112
tergantung dari perubahan besarnya arus eksitasi sebab dalam transaktor semua arus primer diperlakukan sebagai arus penguat. Dengan demikian pengukuran tegangan e.m.f rangkaian sekunder dapat dipandang juga sebagai cara pengukuran besarnya arus primer pada skala linier. Dengan demikian maka transaktor dapat dipandang sebagai trafo arus dengan kurva maknetik yang linier hingga batas arus gangguan maksimum. Sifatnya hanya dibatasi oleh akurasi yang secara inheren melekat pada trafo arus dan besarnya nilai kapasitansi antar inti-inti kabel pilot. Namun tegangan yang timbul pada terminal kabel akibat arus gangguan eksternal yang mungkin sangat besar dapat mendorong mengalirnya arus pemuat kapasitansi kabel pilot yang akan mengalir melalui kumparan rele sehingga bisa menyebabkan kesalahan operasi. Arus banjir pilot kabel yang mengalir akibat gangguan eksternal yang mengalir melalui kumparan rele akan muncul sebagai sumber kesalahan atau eror yang harus dapat diatasi. Pada arus gangguan eksternal yang rendah pengaruhnya dapat diabaikan. Tetapi pada level arus gangguan yang sangat besar pengaruhnya bisa menyebabkan kesalahan kerja rele terhadap arus yang seharusnya dia tidak bekerja. Salah satu cara yang sederhana untuk mengatasi kondisi tersebut adalah dengan setelan arus tertentu yang dirancang melebihi arus banjir maksimum yang mungkin terjadi, namun hal ini akan berakibat bahwa sensitifitas rele akan turun pada nilai yang jelek. Cara yang terbaik adalah dengan menyetel arus diferensial mendekati harga sesuai dengan besarnya arus gangguan. Hal ini bisa dilaksanakan dengan menyediakan provisi gaya restraining (bias) yang dihasilkan oleh tegangan pada kedua terminal kabel pilot yaitu tegangan yang timbul baik karena arus gangguan total (lihat trafo penjumlah pada Bab 4.5) atau arus gangguan yang mengalir pada masing-masing terminal tergantung dari skema rele yang digunakan. Dengan adanya gaya restraining yang bisa disetel maka sistim proteksi diferensial dengan sensitifitas yang baik dapat diperoleh yaitu; yang dapat bekerja pada level operasi minimum yang kecil, sementara pada arus gangguan yang tinggi nilai setelan diferensial akan naik sehingga arus banjir yang mungkin mengalir melalui kumparan rele tidak akan menyebabkan tripping yang tidak dikehendaki.
4.5
SKEMA PENJUMLAHAN
Sejauh ini skema-skema proteksi yang sudah dibahas berlaku pada sistim satu fasa. Sistim banyak fasa dapat dilakukan dengan melengkapi sistim proteksi yang sama pada masing-masing fasa secara independen. Aplikasi sistim dengan menggunakan pilot kabel masih bisa dilakukan pada jarak-jarak saluran yang pendek seperti banyak ditemukan pada daerah industri yang mempunyai jaringan distribusi. Namun bila sistim satu fasa diterapkan pada sistim tiga fasa maka masing-masing proteksi harus mempunyai pilot kabel sendiri-sendiri yang berakibat biaya-biaya yang dibutuhkan akan meningkat sehingga sistim proteksi menjadi tidak lagi ekonomis. Untuk mengatasi hal ini, digunakanlah teknik penjumlahan (summation) yang dapat
113
menggabungkan sistim-sistim yang berdiri sendiri kedalam satu rele dan berkomunikasi hanya dengan menggunakan satu pasang kawat. Pada rele-rele digital modern atau rele numeris khususnya dengan menggunakan komunikasi fiber optik persoalan keterbatasan pilot kabel dapat diatasi mengingat bahwa saat ini kanal-kanal yang tersedia sudah cukup lebar sehingga teknologi pengiriman data informasi sudah bisa dilakukan pada ukuran data-data yang besar.
4.6
PILOT PROTEKSI ELEKTROMEKANIS DAN STATIS
Seperti penjelasan diatas sistim-pilot proteksi elektromekanis dan statis dengan prinsip tegangan seimbang dirancang berdasarkan teknik bias. Terdapat berbagai perbedaan pada cara-cara perancangan rele-rele ini tergantung dari pabrik pembuatnya. Namun perbedaan-perbedaan tersebut sesungguhnya tidak begitu penting sebab tidak menyangkut prinsip kerjanya. Beberapa dari sistim-sistim yang hingga saat ini masih banyak digunakan akan diuraikan pada uraian-uraian berikut. 4.6.1 Sistim Tegangan Seimbang Elektromagnetik Sistim tegangan seimbang pada awalnya telah dikembangkan dan sudah digunakan sejak tahun 1945 di Inggris oleh Fenwick, W dan Maris, C.P. Sistim tegangan seimbang ini secara komersial sering disebut sebagai translay yang diberikan untuk menandakan tanda bias yang digunakan pada rele elektromekanis tegangan seimbang. Nama tersebut sudah populer sejak berpuluh-puluh tahun sehingga sampai sekarang masih sering digunakan pada rele-rele yang prinsip kerjanya masih sama yaitu dengan sistim diferensial yang dibias termasuk rele-rele statis. Suatu sistim tegangan seimbang elektromagnetik jenis bias sejauh ini masih digunakan misalnya dalam proteksi kabel-kabel interkoneksi jaringan distribusi pada berbagai daerah industri. Pada prinsipnya sistim proteksi diferensial ini dapat diperlihatkan seperti terlihat pada Gambar 4.7. H
G A B C
Kumparan Penjumlah Kumparan Sekunder
Disck
Kabel Pilot
Disck
Lingkar Bias (Shadding coil)
Gambar 4.7. Sistim Proteksi Diferensial Dengan Menggunakan Tipe Umum Rele 1,5 Elektromechanical Yang Dibias Besaran yang diperbandingkan dalam sistim proteksi ini adalah tegangan-tegangan yang diperoleh dari kedua trafo arus yang terdapat pada kedua ujung saluran.
114
Perbedaan kedua besaran yang dihasilkan dapat digunakan untuk menggerakkan piring jenis induksi wattmetrik seperti terlihat pada gambar. Susunan rangkaian elektromaknetik demikian disebut transaktor. Rangkaian terdiri dari sebuah trafo penjumlah yang terhubung dengan kumparankumparan trafo arus. Jumlah belitan antar kumparan pertama dan kedua yaitu antara A dan B dan antara belitan kedua dengan ketiga yaitu antara B dan C biasanya dibuat sama, sedang antara tap ke tiga dengan netral yaitu antara C dan N jumlah belitannya biasanya dibuat lebih banyak. Pada inti yang sama terdapat kumparan yang terhubung seri dengan kumparan bagian bawah yang selanjutnya terhubung ke trafo diujung jauh melalui kabel pilot. Celah antara kumparan atas dengan kumparan bawah diberi piring (disck). Magnit bagian atas, merupakan kumparan penjumlah yaitu untuk menerima keluaran trafo arus dan kumparan sekunder dari rele lawan yang saling terhubung melalui kabel pilot sedemikian sehingga dalam keadaan normal kedua tegangannya saling berlawanan dan sama besar dan seimbang seperti terlihat pada Gambar 4.7 diatas. Bagian bawah adalah kumparan yang secara bersama-sama dengan kumparan atas akan membentuk rangkaian elektromagnit jenis meter induksi yang akan menggerakan piring metal (disck) yang dapat digunakan untuk menghasilkan kontak tripping. Trafo-trafo diatas disebut transaktor karena kedua perangkat diatas terdiri dari kombinasi antara trafo 5 dan reaktor ; trans berasal dari transformer dan actor berasal dari reaktor. Arus normal yang mengalir pada rangkaian primer sistim distribusi menghasilkan keadaan yang seimbang dalam kabel pilot sehingga tidak ada arus yang mengalir pada bagian bawah kumparan elektromagnetik. Dengan demikian tidak ada torsi kerja yang dihasilkan untuk menggerakkan jangkar piring penggerak rele. Kalau terjadi gangguan saluran transmisi pada titik antara kedua rele maka akan timbul arus masuk dari masing-masing ujung saluran, yang akhirnya akan menghasilkan arus sirkulasi dalam rangkaian pilot yang seterusnya akan menggerakkan kumparan elektromagnit bagian bawah. Arus yang mengalir pada kumparan ini bersama-sama dengan kumparan elektromagnit bagian atas akan menghasilkan torsi yang dapat menggerakkan piringpiring kedua rele diatas. Sebaliknya gangguan arus yang terasa hanya pada salah satu ujung jaringan distribusi misal pada sistim dengan hanya satu sumber maka rele yang bekerja hanya pada ujung tersebut, sedang rele diujung lain tidak akan kerja karena flux maknit pada kumparan atas tidak muncul. Untuk menghindarkan salah operasi karena ketidak sesuaian trafo-trafo arus maupun ketidak stabilan karena gangguan-gangguaan eksternal biasanya dipasang cincin tembaga (shading coil) yang terpasang pada bagian bawah maknit seperti terlihat pada gambar. Bias yang dihasilkan oleh kawat cincin tembaga ini dibuat untuk menghasilkan gaya motor Ferraris yang dapat menghasilkan torsi terbalik atau torsi restraining yang sebanding dengan nilai kuadrat fluks magnit yang mengandung kesalahan. Bagi pembaca yang ingin untuk mengetahui prinsip-prinsip kerja rele ini secara lebih jauh khususnya tentang pengaruh pola jenis arus gangguan dan pengaruh arus urutan nol pada sistim-sistim yang mempunyai banyak titik pentanahan termasuk
115
pengaruh kabel pilot yang terlalu panjang dan juga tentang fasilitas setelan-setelan yang tersedia dapat melihat pada buku-buku manual rele tersebut. Namun perlu diingatkan kembali bahwa penggunaan rele-rele demikian sudah kadaluarsa dan saat ini sudah ditinggalkan dan sudah digantikan dengan rele-rele numeris yang lebih praktis dan pemasangannya yang jauh lebih sederhana. 4.6.2 Arus Sirkulasi Sistim Unit Proteksi Statik Jenis modul statik kawat pilot suatu sistim unit proteksi yang bekerja berdasarkan prinsip arus sirkulasi dapat ditunjukkan seperti pada Gambar 4.8. Sistim ini menggunakan trafo penjumlah dengan bagian netral yang diberi fasilitas tap untuk dapat digunakan mengatur sensitivitas kerja rele. Pembanding fasa yang ditala pada frekuensi sistim tenaga digunakan untuk pengukuran dan sirkit restrain digunakan untuk mempertahankan stabilitas terhadap gangguan eksternal maupun terhadap gejalah arus pemuat transien. Kecepatan kerja rele ini tergantung dari ukuran dan dimensi trafo. Untuk mendapatkan kecepatan kerja rele yang baik biasanya cukup dengan menggunakan trafo-trafo ukuran sedang. Namun kalau ruangan yang tersedia untuk penempatan trafo arus sangat terbatas seperti pada panel-panel yang ramping dan kecepatan rele tidak merupakan masalah penting, maka trafo-trafo dengan ukuran yang lebih kecil dapat juga digunakan. Pada rele tertentu terdapat fasilitas yang dapat mengatur besarnya Kt yaitu untuk melakukan koreksi-koreksi dan perbaikan kinerja rele sehingga dapat bekerja lebih cepat. Dengan fasilitas khusus ini sistim proteksi dimungkinkan dapat dilakukan dengan menggunakan trafo arus yang mempunyai karakteristik dengan tegangan lutut yang lebih rendah dan pada saat yang sama stabilitas arus gangguan tetap dapat dipertahankan pada harga arus gangguan eksternal hingga 50 kali lebih besar dari arus nominal. Dengan tingkat stabilitas yang demikian tinggi rele diferensial ini dapat menghasilkan tripping simultan terhadap arus gangguan internal dengan waktu kerja yang cepat tanpa peduli apakah arus gangguan dipasok dari satu sisi atau dipasok dari kedua ujung saluran. Sama dengan rele diferensial tegangan seimbang elektromaknetik, pembahasan rele jenis ini dilakukan semata-mata hanya sebagai panduan bagi mereka-mereka yang mungkin masih berhadapan dengan rele-rele sejenis pada berbagai instalasi eksisting. Penjelasan lebih detail dapat dilihat pada buku-buku lain mengenai proteksi dengan skema arus sirkulasi sebagaimana misalnya pada buku Protective Relays karangan A.R. 5 VAN C. Warrington . Namun untuk pengembangan-pengembangan sistim proteksi kedepan dimana penggunaan kabel pilot sudah semakin ditinggalkan, sistim proteksi ini sudah tidak dianjurkan lagi. Yang masih perlu adalah pemahaman prinsip-prinsip yang digunakan sebab masih tetap diperlukan sebagai pertimbangan dalam perancangan-perancangan rele-rele numeris modern dimana kabel pilot bisa digantikan dengan media komunikasi modern lainnya.
116
G
H
A B C
Trip
Pr
T2
T1
Pr
Tr
Trip
T2
T1
Tr
Øc
Rs
Øc To
RVO
Ro
Ro
V
T1 = Trafo Penjumlah T2 = Trafo Auxiliary
Rs
To
Kabel Pilot
RVO V
RVO = Tahanan Tak Linier Tr = Kumparan Restrain To = Kumparan Kerja Ro = Tahanan Linier
Pr = Tahanan Tambahan Kabel Pilot Øc = Pembanding Fasa
Gambar 4.8: Diagram Umum Rangkaian Unit Proteksi Saluran Dengan Menggunakan 1,11,5 Arus Sirkukasi
4.7
PROTEKSI ARUS DIFERENSIAL NUMERIS
Tidak seperti pada rele proteksi diferensial konvensional dimana parameter yang diukur semata-mata hanya perbedaan arus ataupun dengan keseimbangan tegangan, rele-rele numeris sudah mampu melakukan pengukuran terhadap perbedaan fasa antara arus-arus. Proteksi diferensial dengan perbandingan fasa dikenal sebagai phase-segregated current differential protection. Dalam metoda ini perbandingan sudut-sudut fasa arus pada masing-masing rele dilakukan fasa demi fasa. Ide dimungkinkannya pengukuran beda fasa antara arus-arus yang saling berjauhan ditunjang dengan semakin canggihnya sistim komunikasi yang digunakan pada sistim tenaga listrik. Seperti tersedianya komunikasi dijital yang dapat digunakan untuk mengkomunikasikan perangkat-perangkat pengaman melalui saluran optik atau media lain yang tersedia. Laju kecepatan data yang banyak digunakan tersedia mulai dari kecepatan 64 kbit/s hingga orde jutaan bit per detik. Untuk mempertahankan stabilitas terhadap berbagai arus gangguan maupun terhadap arus-arus luber lain yang bisa timbul karena ketidak simetrian trafo-trafo arus, hingga saat ini protekssi diferensial masih tetap dengan menggunakan teknik bias. Seperti pada sistim kompensional, untuk mempertahankan stabilitas pada arus yang kecil dan arus gangguan eksternal yang besar dilakukan dengan menggunakan teknik bias dengan dual slope seperti terlihat pada Gambar 4.5. Dengan kriteria umum trip akan 1,5 terjadi sebagai berikut ; Pada daerah Sedangan pada daerah
berlaku, berlaku,
117
Bila rele pada salah satu ujung saluran sudah sampai pada kondisi trip, maka sinyal intertrip dikirimkan ke rele lain pada ujung saluran. Rele-rele yang sudah dilengkapi dengan fasilitas pengukuran arus pada semua ujung saluran mungkin tidak memerlukan fasilitas intertripping lagi. Sebaliknya, setiap rele-rele numeris modern sudah dilengkapi dengan fasilitas intertrip yang bisa digunakan untuk melakukan intertripping pada setiap gangguan yang terdeteksi dan harus segera ditanggulangi oleh sistim rele proteksi khususnya bila ada kelainan dalam sistim pengukuran diferensial. Disamping itu rele-rele numerik sudah dilengkapi dengan fasilitas kompensasi rasio terhadap arus yang diukur sehingga pemilihan trafo arus yang diperlukan dapat dilakukan secara lebih leluasa. Trafo-trafo interposing yang biasa digunakan untuk menysesuaikan berbagai perbedaan koneksi jaringan tidak diperlukan lagi pada sistimsistim numeris sebab trafo-trafo arus sudah menjadi satu kesatuan dengan unit proteksi tanpa memerlukan CT interposing tambahan. Tetapi mengingat tingkat fleksibilitas rele-rele numeris yang sudah demikian tinggi, trafo-trafo arus tersebut dapat juga dipandang sebagai bagian yang terpisah tanpa ada masalah yang berarti dan mudah disesuaikan. Interposing rele dapat dirupakan dengan menggunakan perangkat lunak yang secara fisik tidak ada. Kesalahan operasi karena fenomena inrush dapat dihindarkan dengan mengaktifkan fasilitas detektor harmonis tertentu yang dapat digunakan untuk memblok rele sehingga tidak akan salah kerja. Yang perlu diperhatikan adalah pada kasus dimana trafo daya menjadi satu kesatuan dengan jaringan. Dalam hal ini kompensasi terhadap pengaruh kisaran tap changer perlu diperhitungkan sebab pada saat itu rasio arus tidak lagi sama dengan rasio trafo daya pada posisi tap nominal. Tergantung dari kepekaan rele, kesalahan rasio pada posisi tap changer tertentu bisa mengakibatkan rele salah operasi. Untuk mengatasi pengaruh perubahan posisi tap adalah dengan mengatur setelan kemiringan (slope) karakteristik bias (awal) sesuai dengan kondisi dan lebar kisaran tap changer trafo. Untuk meningkatkan stabilitas khususnya terhadap arus serbu kapasitif (inrush capacitive) terutama pada saat pemberian tegangan maka rele numeris sengaja ditala pada arus frekuensi sistim tenaga sehingga tidak perlu beraksi terhadap arus transien. Sementara itu arus pemuat steady state normal dapat dikompensir dengan menghitung besarnya arus pemuat kapasitip yaitu dengan membandingkan tegangan yang dihubungkan ke rele dengan parameter suseptansi (kapasitansi) saluran yang mau diproteksi tersebut. Kesalahan yang bisa timbul pada suatu trafo tenaga yang ditanahkan yang menjadi bagian dari saluran proteksi perlu juga diperhatikan seperti misalnya dengan memperhatikan pengaruh komponen arus gangguan tanah eksternal urutan nol. Tingkat stabiltas terhadap arus eksternal urutan nol ini dapat dilakukan dengan menggunakan filter arus urutan nol sehingga tidak akan dirasakan rele diferensial. Dahulu problem ini diatasi dengan menghubungkan rangkaian sekunder trafo arus dengan hubungan delta sehingga arus urutan nol tersebut tidak bisa keluar dan hanya berkutat pada kumparan delta tersebut sehingga tidak terasa dan samapi ke rangkaian pengukur rele diferensial. Pada rele-rele numeris pengaruh komponen arus urutan nol
118
karena gangguan eksternal dapat juga diatasi dengan fasilitas perangkat lunak yang bisa bisa disetel untuk menapis (filter) arus urutan nol berdasarkan program tertentu sehingga pengaruhnya dapat dikendalikan. Persoalan yang masih perlu diperhatikan pada rele-rele diferensial numeris adalah perlu adanya sinkronisasi pengukuran arus pada ujung-ujung saluran. Disamping itu pengaruh peletakan trafo-trafo arus pada jaringan juga dapat mempengaruhi kinerja rele proteksi. Pengaruh perbedaan waktu pengukuran dan konfigurasi peletakan trafo arus pada jaringan terhadap kinerja rele numeris akan dibahas secara spesifik seperti yang pada bagian-bagian berikut. 4.7.1 Sinkronisasi Waktu Pengukuran Media komunikasi dengan fiber optik memungkinkan komunikasi antar rele yang terpisah sampai puluhan dan bahkan ratusan kilometer tanpa memerlukan repeater. Untuk jarak yang lebih jauh dimana daya pancar transmisi sudah sangat lemah bisa dilakukan dengan rangkaian-rangkaian pengulang. Tergantung dari fasilitas komunikasi yang tersedia, kita dapat menggunakan sistim atau kanal fiber optik yang secara khusus digunakan untuk sistim proteksi. Mengingat teknik perbandingan fasa yang diterapkan dibuat pada basis fasa demi fasa, maka sinkronisasi waktu pengukuran pada sistim proteksi diferensial adalah hal yang sangat penting dan perlu dilakukan. Oleh karena itu kita perlu pengetahuan tentang adanya kelambatan transmisi antara rele-rele yang mungkin terjadi tergantung dari sistim komunikasi yang digunakan sehingga kesalahan pengukuran yang tidak persis bersamaan dapat dikompensir sebagaimana mestinya. Dalam praktek terdapat empat cara yang mungkin dapat digunakan untuk mengatasi adanya perbedaan waktu pengukuran yang dilakukan sebagai berikut: a.
Menggunakan nilai-nilai asumsi.
b.
Pengukuran waktu transmisi sewaktu melakukan komisioning.
c.
Pengukuran on-line secara terus menerus.
d.
Dengan menggunakan jasa sinyal GPS.
Secara teknis metoda a) tidak dapat dipertanggung jawabkan dan tidak dianjurkan karena nilai asumsi bisa beda jauh dengan nilai sebenarnya. Metoda b) dapat digunakan bila antar rele digunakan hubungan komunikasi langsung. Namun mengingat adanya perubahan karakteristik transmisi dari waktu ke waktu misal karena lingkungan sekeliling transmisi yang berubah (isolator-isolator yang kotor, pohon-pohon yang tumbuh, layang-layang yang menyangkut ditransmisi dan sebagainya), maka dianjurkan agar secara periodik dilakukan pengukuran-pengukuran waktu transmisi. Dengan demikian rele dapat diprogram ulang sesuai dengan hasil pengukuran terakhir. Meskipun demikian, cara pengukuran ini masih memungkinkan adanya kesalahan. Lebih lanjut meskipun pemakaian kanal-kanal sewa sperti banyak digunakan diluar negeri dimungkinkan namun dalam prakteknya tidak dianjurkan untuk digunakan sebagai bagian dari satuan proteksi.
119
Hal ini karena rute kanal-kanal komunikasi sewa tersebut bisa berubah sewaktu-waktu tergantung kebutuhan perusahaan yang menyewakan. Untuk itu perusahaan listrik harus terus menerus melakukan pemantauan dan kordinasi dengan pihak penyedia telekomunikasi sehingga akan menjadi kerja tambahan yang sering merepotkan. Metoda c), yaitu dengan pengukuran delay propagasi signal secara terus menerus merupakan cara terbaik yang dapat dikatagorikan sebagai teknik yang dapat dipandang cukup baik dan bisa diandalkan. Salah satu metoda dengan cara pengukuran on line secara terus menerus dapat dijelaskan sebagai terlihat pada Gambar 4.9. Rele A dan B mencuplik sinyal pada waktu TA1, TA2..dan TB1, TB2 dan sebagainya. Waktuwaktu cuplik (sampling) tersebut tidak akan terjadi secara bersamaan terutama mengingat adanya beda waktu kecil pada frekuensi sampling pada masing-masing rele. Pada waktu TA1, rele A mengirim data ke Rele B. Data tersebut berisi informasi waktu dan data lain disamping data-data hasil sampling. Sumber
Sumber
~
~ Kanal Komunikasi Digital
Ujung A
Ujung A
Sampling Waktu Pengukuran TB3* = (TA* - Tp2)
Kelambatan Waktu Propagasi Tp1 = Tp2 = ½ (TA* - TA1 - Td) Vektor Arus
TA1
TB1 TA2
TA1
Tp1
TB2 TA3
TB3
TB3* TA4
TA*
TB*
Td
TA5
Tp2
Arus Vektor TB3
TA1
TB4
Td
TB5
Tp1 = Kelambatan Waktu Propagasi dari A ke B TA1, TA2 = Waktu Sampling Rele A
Tp2 = Kelambatan Waktu Propagasi dari B ke A
TB1, TB2 = Waktu Sampling Rele B
TA* = Waktu Tiba Data TB3 di A
Td = Waktu Antara TA1 Sampai di B dan Waktu Kirim TB3 ke A
TB* = Waktu Tiba Data TA1 di B TB3* = Pengukuran Waktu Sampling TB3 Oleh Rele A 11
5.9: Gambar 4.9: Pengukuran Kelambatan Propagasi Sinyal
Data tersebut diterima relay B pada waktu TA1+Tp1 dimana Tp1 adalah waktu propagasi sinyal dari rele A sampai ke rele B. Rele B mencatat waktu terima ini sebagai T B*. Kemudian rele B memberi pesan informasi yang identik ke realy A. Pesan ini dia kirim
120
pada waktu TB3 dan diterima rele A pada waktu TB3+Tp2 atau katakanlah waktu TA*, dimana Tp2 adalah waktu propagasi sinyal dari rele B ke rele A. Data informasi yang dikirim dari B ke A termasuk informasi waktu TB3, time tag terakhir yang diterima dari rele A (TA1) dan waktu tunda antara waktu sampai data yang diterima dari A (TB*) dan TB3 yang disebut waktu kelambatan Td. Maka total waktu kirim adalah: (TA*-TA1) = (Td+Tp1+Tp2) Karena menggunakan media komunikasi yang sama maka bisa dianggap bahwa Tp1 = Tp2. Nilai waktu propagasi Tp1, Tp2 dan TB3 secara teoritis dapat dihitung. Dengan demikian data-data yang diukur rele B dan data-data yang diterima di A dapat dibandingkan dan hasilnya dapat digunakan untuk membandingkan fasa-fasa antara kedua ujung saluran. Rele B melakukan perhitungan yang sama terhadap data termasuk informasi waktu pengiriman sinyal yang diterima dari rele A. Dengan demikian pengukuran propagasi waktu secara terus menerus dapat dilakukan. Dengan perhitungan-perhitungan tersebut, kompensasi dapat diberikan dengan sinkronisasi waktu pengukuran sehingga pengukuran dapat dilakukan pada waktu yang bersamaan. Mengingat pengukuran dan perbandingan fasa dilakukan terhadap fasa demi fasa, maka perhitungan-perhitungan dan pengiriman-pengiriman sinyal antara rele A dan rele B harus dilakukan pada masing-masing fasa. Kombinasi dan cara sinkronisasi ini dapat digunakan untuk mengatasi waktu propagasi sehingga pengukuran fasa dapat dilakukan pada waktu yang bersamaan. Metoda diatas dapat juga diterapkan pada kanal komunikasi dengan menggunakan kabel pilot tergantung pada perangkat-perangkat antar-muka yang tersedia dan cocok yang diperlukan dalam mekanisme perhitungan-perhitungan waktu propagasi tersebut. Metoda dengan memanfaatkan sinyal-sinyal GPS seperti cara d) juga merupakan metoda yang juga tergolong handal. Yang perlu diperhatikan disini adalah bahwa kedua rele harus sama-sama difasilitasi dengan modul-modul penerima sinyal-sinyal satelit GPS. Pada sistim diferensial yang menggunakan sinyal-sinyal clock GPS ini, perhitungan dan pengetahuan terhadap waktu delay propagasi pada masing-masing kanal komunikasi sudah tidak diperlukan lagi, sebab sistim clock kedua rele sudah disinkronkan melalui satellite GPS. Namun khusus pada sistim proteksi dimana kesalahan sekecil apapun tidak bisa ditolerir, maka tingkat sensitifitas rele-rele yang digunakan harus cukup tinggi. Diharapkan bahwa dalam keadaan cuaca yang bagaimanapun rele harus tetap bisa menerima sinyal-sinyal GPS secara terus menerus dan baik. Oleh karena itu pemilihan perangkat penerima GPS harus dilakukan secara hati-hati dan selektif serta harus mempunyai kualitas baik. Meskipun harus mengeluarkan biaya investasi tambahan, dalam kondisi dimana keberadaan sistim proteksi ini sangat vital maka kalau perlu perangkat penerima signal GPS dapat ditambah dengan GPS ekstra cadangan yang bisa digunakan untuk menjamin keberadaan sinyal-sinyal GPS secara terus menerus walaupun sewaktuwaktu salah satu penerima GPS tidak berfungsi. Dengan menggunakan sinkronisasi
121
waktu seperti diuraikan diatas maka setelan minimum yang dapat dilakukan tanpa menurunkan sistim stabilitas kerja rele bisa dilakukan hingga pada setelan arus 20% dari arus primer trafo arus. 4.7.2 Pengaruh Konfigurasi Jaringan Cara menghubungkan trafo-trafo arus pada sistim gardu induk dengan konfigurasi diameter atau dengan sistim 1 ½ breaker perlu diperhatikan agar penerapan rele diferensial dapat berfungsi secara optimal. Dua saluran yang menghubungkan dua gardu dengan sistim diameter dapat dilihat seperti pada Gambar 4.10. Mengingat daya yang mengalir pada saluran dapat bersumber dari bus 1 maupun bus 2 atau sekaligus dari kedua busbar maka cara menghubungkan trafo arus ke alat proteksi perlu diperhatikan sehingga dalam kondisi bagaimanapun sistim proteksi dapat berfungsi dengan benar dan tetap stabil. Ada dua cara yang bisa ditempuh untuk mengubungkan trafo-trafo arus dengan rele yaitu seperti pada saluran A dan B yang dapat digambarkan pada Gambar 4.10 tersebut. Pada cara A dimana kedua kumparan sekunder trafo arus pengapit saluran dihubungkan secara bersama sebelum dihubungkan ke rele sedang pada saluran B masing-masing rangkaian keluaran sekunder trafo arus dihubungkan ke rele secara sendiri-sendiri. Cara A dirasa kurang fleksibel khususnya pada waktu dimana pemisah saluran A terbuka terjadi gangguan eksternal seperti pada titik F. Pada kondisi ini tidak ada arus bias yang terlihat pada rele sehingga arus ekstenal dapat menyebabkan kedua PMT pengapit mendapat perintah trip tanpa dinginkan. Meskipun dalam keadaan operasi normal dimana alat pemisah kedua saluran dalam keadaan tertutup kedua jenis proteksi baik cara A maupun B sama-sama dapat menawarkan sistim stabilitas yang baik. Bus 1
Bus 1
F
Hubungan Trafo Arus Pengapit Cara A Feeder A Tx Rx
Id
Rx Tx
Id
Feeder B
+
+
Stub Bus Input
Id
Bus 2
Stub Bus Input Tx Rx
Rx Tx
Id
Hubungan Trafo Arus Pengapit Cara B
Bus 2
5.10: Konfiguarsi gardu dengan sistim diameter Namun pada kondisi dimana pemisah saluran terbuka maka hanya cara B yang dapat bertahan dengan stabil karena dalam kondisi tersebut sistim masih dapat melihat arus bias yang besar yang dapat digunakan untuk mencegah kesalahan kerja. Oleh karena
122
itu cara hubungan trafo-trafo arus ke rele proteksi dengan cara A jarang digunakan dan sebaliknya cara yang sering dilakukan adalah hubungan trafo arus seperti pada saluran B. Untuk mendapatkan sistim kendali proteksi yang lebih luwes suatu rele numeris biasanya diberi fasilitas dengan kemampuan untuk dapat memantau kondisi alat pemisah saluran setiap bagian jaringan yang terkait yaitu melalui kontak-kontak bantu mereka yang tersedia sehingga dengan demikian dimungkinkan agar besaran arus yang ditransmisikan ke dan diterima dari rele ujung remote dapat di set ke nol pada waktu posisi alat pemisah saluran dalam keadaan terbuka. Untuk dapat menerapkan rele diferensial pada konfigurasi diameter secara tepat dan efektif disarankan agar merujuk pada buku-buku petunjuk dari rele yang akan digunakan.
4.8
CARRIER DALAM SKEMA PROTEKSI
Dalam bab-bab sebelumnya, kabel pilot yang terhubung antar rele telah diterapkan sebagai kawat tambahan yang menghubungkan rele-rele pada batas-batas daerah proteksi. Namun pada sistim yang mempunyai saluran yang panjang penggunaan kabel pilot tidak lagi praktis dan ekonomis karena disamping biaya yang tinggi maka pengaruh besar kapasitansi kabel pilot sudah sulit dikompensasi. Lagi pula pada saluran yang sangat panjang sistim ini menjadi sangat rentan terhadap pengaruh sinyal-sinyal interfrensi gelombang-gelombang yang banyak ditemukan dilingkungan 5 jaringan tegangan tinggi . Dalam prakteknya sistim proteksi diferensial pada saluransaluran yang panjang adalah dengan menggunakan PLC dimana sinyal atau besaran yang mau dikirim dapat dimodulasikan pada suatu frequensi pembawa yang bisa ditumpangkan pada jaringan sistim tenaga seperti sudah dijelaskan pada Bab 3. Cara yang banyak digunakan adalah dengan cara memodulasi sinyal frekuensi rendah tersebut, misalnya dengan amplitudo modulasi terhadap frekuensi gelombang pembawa. Pada ujung lain disisi penerima sinyal-sinyal yang ditumpangkan pada frekuensi pembawa tadi dapat didemodulasi sehingga besaran frekuensi rendah tadi dapat direkonstruksi kembali sesuai dengan sinyal aslinya sehingga bisa digunakan untuk keperluan sistim proteksi saluran. Pada umumnya frekuensi pembawa yang digunakan adalah frekuensi tinggi diatas frekuensi 50 kHz. Hal ini mengingat bahwa gelombang pembawa frekuensi diatas 50 kHZ biasanya sudah jauh dan tidak lagi sensitif terhadap induksi arus frekuensi sistim tenaga. Tidak seperti pada frequensi pembawa yang relatif rendah misal 20 kHz yang sering rentan terhadap gangguan berisik (noise) yang dapat mengakibatkan kesalahan operasi sistim proteksi. Faktor-faktor lebih lanjut yang menentukan dalam pemilihan media komunikasi sistim proteksi antara lain adalah; variasi level sinyal, keterbatasan lebar bidang frekuensi atau alokasi frekuensi yang tersedia untuk keperluan sistim proteksi dan karakteristik sistim komunikasi lainnya yang unik dalam sistim tenaga listrik yang perlu dipertimbangkan.
4.9
SKEMA PROTEKSI ARUS DIFERENSIAL ANALOG
Dalam skema arus diferensial dengan teknik analog sering digunakan kanal pembawa (carrier) yang diperlukan untuk membawa besaran-besaran sudut fasa maupun
123
besaran-besaran arus dari satu ujung ke rele pada ujung lain untuk diperbandingkan satu dengan lainnya. Teknik transmisi dapat dilakukan baik dengan menggunakan frekuensi suara dengan modulasi frekuensi FM atau pada sistim komunikasi data dijital dengan converter A/D. Untuk dapat membandingkan kedua besaran secara tepat maka lama waktu propagasi signal perlu diperhatikan dan dicatat sehingga pelaksanaan perbandingan sinyal lokal dengan sinyal yang diterima dari ujung remote dapat dilakukan secara sinkron sehingga hasil pengukuran dapat terhindar dari kesalahan karena adanya kelambatan waktu propagasi. Disamping itu masalah lebih lanjut yang perlu diperhatikan adalah perlunya skala pengukuran dinamis dimana besarnya arus yang diukur bisa berubah-ubah mulai dari yang kecil hingga puluhan kali atau lebih arus nominalnya. Hal ini dimaksudkan bahwa kanal sistim transmisi yang diperlukan harus mampu mengirimkan informasi secara linier sesuai dengan skala laju transmisi dinamis tanpa mengalami distorsi. Ini artinya bahwa untuk skema proteksi diferensial perlu tersedia lebar bidang transmisi yang luas. Dalam hal penggunaan power line carrier dimana lebar bidang yang tersedia terbatas kita memerlukan kanal frekuensi suara secara penuh. Mengingat hal-hal tersebut dan pentingnya sarana komunikasi yang menjadi bagian integral dari sistim proteksi diferensial maka pada waktu perencanaan perlu adanya studi dan pertimbangan yang teliti dan hati-hati sehingga pemilihan sistim komunikasi dapat dilakukan secara optimal sesuai dengan biaya yang tersedia tanpa mengorbankan kebutuhan sistim proteksi secara seimbang. Dengan semakin majunya rele-rele numeris dan mengingat penggunaan fiber optik pada sistim komunikasi pada sistim tenaga listrik sudah semakin banyak maka rele diferensial dengan teknik analog sudah semakin jarang dan umumnya sudah ditinggalkan. 4.9.1 Rele Pembanding Fasa Rele pembanding fasa dilakukan dengan membandingkan arah arus yang mengalir pada saluran transmisi yang menghubungkan dua gardu, yaitu yang dalam keadaan normal satu memasuki gardu sedang pada ujung yang lain meninggalkan gardu. Pada sistim ini besar arus tidak ikut diperbandingkan. Untuk dapat memperbandingkan sudut fasa antara dua besaran arus yang mengalir pada saluran yang sama namun saling berjauhan diperlukan suatu kanal frekuensi pembawa yang dapat digunakan untuk membawa informasi besar sudut fasa dari satu ujung rele ke rele pada ujung lain sehingga dapat dibandingkan satu sama lain. Prinsip perbandingan fasa dapat di ilustrasikan dalam Gambar 4.11. Kanal pembawa PLC mentransfer informasi lojik sinyal on-off yang disuntikkan pada setiap titik perpotongan frekuensi sistim tenaga. Rekaman-rekaman atau jejak-jejak titik potong ini kemudian dibandingkan dengan setiap titik potong frekuensi sistim tenaga pada ujung remote sehingga pengukuran perbedaan titik-titik potong tersebut dapat digunakan sebagai dasar untuk mengukur beda sudut fasa antar arus pada ke dua ujung saluran yang sekaligus dapat digunakan sebagai parameter diskriminasi untuk membedakan apakah gangguan yang terjadi adalah gangguan internal atau gangguan eksternal (through fault). Arus yang mengalir diatas setelan threshold bisa
124
dibuat untuk memadamkan frekuensi pembawa (carrier). Dengan menggunakan prinsip ini sistim proteksi bisa dirancang bekerja misal dengan mengukur sela antara sinyal pembawa yang lebih panjang dari lama waktu threshold sesuai dengan setelan sudut fasa sistim proteksi.Arus beban lewat atau through current pada kedua ujung saluran yang diproteksi selalu berada pada posisi berlawanan (lihat kovensi arah), sementara itu arus gangguan internal akan mempunyai fasa yang sama yaitu samasama meninggalkan busbar. Dengan demikian, bila hubungan fasa arus gangguan lewat diambil sebagai referensi, maka gangguan internal akan menyebabkan 0 perbedaan sudut fasa sebesar 180 terhadap arus lewat referensi.Rele skema perbandingan fasa selalu tanggap terhadap setiap perubahan besarnya perbedaan sudut fasa antara arus gangguan internal terhadap arus gangguan eksternal sebagai referensi. Namun pada umumnya perintah tripping biasanya dirancang baru terjadi 0 0 pada batas-batas pergeseran sudut fasa mulai dari 30 hingga sampai 90 . Hal ini dapat diperoleh dengan menentukan setelan waktu tunda saat mulai aktifnya rangkaian pengukuran sesuai dengan kondisi tertentu yang bisa diset. Sudut ini biasanya disebut Sudut Stabilitas. Gambar 4.12 adalah contoh diagram polar yang menggambarkan karakteristik diskriminasi yang dihasilkan dari teknik pengukuran yang digunakan dalam teknik perbandingan fasa. Karena kanal frekuensi pembawa yang diperlukan hanya untuk mentransfer informasi biner, maka teknik ini sebenarnya mirip dengan pengiriman sinyal perintah teleproteksi. Adapun skema operasi dapat dilakukan baik untuk moda bloking ataupun untuk moda operasi permissive tripping. Moda operasi sistim pada Gambar 4.11 adalah moda bloking karena keluaran komparator hanya ada bila kedua keluaran squarer sama-sama dengan nol. Dalam hal ini cara kerja komparator dibuat sedemikian rupa sehingga out put keluarannya akan menjadi lojik 1 bila kedua keluaran squarer sama-sama berada pada lojik nol. Skema permissive tripping dapat dibuat dengan cara yang mirip dimana keluaran komparator dirancang untuk mengeluarkan keluaran lojik 1 pada kondisi dimana keluaran squarer sama-sama berada pada lojik 1. Kinerja skema proteksi termasuk kemampuannya untuk mengatasi gangguan pada sistim dengan pembangkit (generator) tunggal selama gangguan atau pada waktu ada gangguan carrier tergantung dari moda operasi sistim, jenis dan fungsi detektor gangguan atau elemen unit starting dan penggunaan sinyal tambahan lain atau kode-kode untuk pemantauan dan transfer tripping. G
H
A Rangkaian Penjumlah
Perangkat signalling dan kanal komunikasi
B Squarer D‟
E
C
D
Pengirim
Pengirim
Squarer
Penerima
Penerima
Pembanding Fasa
Pembanding Fasa
Diskriminasi Lebar Pulsa
Diskriminasi Lebar Pulsa
Rangkaian Penjumlah
F
125
G
~
IG
IH
H
G
~
~
IG
IH
H
~
A. Penjumlahan Tegangan di G
B. Keluaran Rangkaian Squarer di G
C. Penjumlahan Tegangan di H
D. Keluaran Rangkaian Squarer di H
E. Keluaran Pembanding di G E=B+D
F. Keluaran Diskriminator di G Setting Stabilitas
Gambar 4.11: Prinsip Proteksi Dengan Perbandingan Fasa1,11 θ=90°
θ=180° - Sudut Tripping
0
Øs Stabilitas Øs θ=0°
R
θ=270° θ Pergeseran Sudut Fasa Differensial Terhadap Referensi (Arus Gangguan Eksternal) OR Adalah Gangguan Eksternal (Referensi) IG, IH Arus Pada Kedua Ujung Saluran (Pada Gangguan Eksternal IG+, IH- dan Pada Gangguan Internal IG+, IH+…...Lihat konvensi Arus) Øs Setting Sudut Stabilitas
Gambar 4.12: Diagram Polar Skema Perbandingan Fasa
1,5
Transmisi sinyal biasanya dilakukan pada kanal frekuensi suara dengan menggunakan teknik frekuensi shift keying FSK atau dengan teknik transmisi seperti pada PLC. Kanal frekuensi suara dengan menggunakan FSK bekerja berdasarkan pergeseran dua frekuensi diskrit misal dengan berayunnya frekuensi sinyal sebesar plus minus 120 Hz disekitar frekuensi tengah yang bisa dipilih dalam bidang frekuensi suara. Pengaturan pergeseran frekuensi demikian tidak terlalu berpengaruh terhadap bervariasinya kelambatan waktu meskipun dengan menggunakan semua bidang frekuensi suara secara khusus untuk keperluan sistim proteksi.
126
Dengan demikian kanal frekuensi suara bisa dimanfaatkan baik untuk keperluan komunikasi suara, data dan untuk sistim proteksi sekaligus. Hal ini berbeda dengan sistim pengukuran fasa pada rele diferensial analog yang membutuhkan semua kanal khusus untuk keperluan sistim proteksi. Untuk skema perbandingan fasa yang peka, kompensasi terhadap kelambatan kanal tetap perlu dibuat secara akurat. Namun rangkaian kelambatan pada sistim transmisi dijital biasanya dapat dibuat lebih sederhana berdasarkan prinsip kerja rangkaianrangkaian pencacah dijital dengan ketelitian yang tinggi. Berbeda dari rangkaian kelambatan analog yang banyak dibuat berdasarkan karakteristik pengisian dan pembuangan kapasitor yang dirangkai dengan rangkaian tahanan yang perlu ditala secara cermat dan tepat. Prinsip kanal Power line Carrier diperlihatkan pada Gambar 4.14. Pada teknik kanal PLC ini, keluaran lojik squarer digunakan secara langsung untuk menyalakan transmitter pada posisi on atau posisi off dimana blok-blok sinyal frekuensi pembawa dihubungkan langsung ke jaringan transmisi dan dipancarkan hingga sampai di ujung penerima pada ujung lain. Threshold sinyal pembawa diatas dideteksi oleh penerima dan membuat sinyal lojik sesuai dengan sinyal frekuensi pembawa. Berbeda dengan Gambar 4.11, sistim signaling pada Gambar 4.14 dilakukan dengan 2-kawat bukan dengan 4-kawat. Dalam hal ini transmisi lokal dikopel langsung dengan perangkat penerima lokal bersama-sama dengan sinyal yang diterima. Frekuensi pemancar pada kedua ujung saluran adalah sama, sehingga penerima bisa tanggap terhadap blok-blok frekuensi dari kedua ujung saluran. Arus gangguan lewat eksternal yang dirupakan dalam blok-blok frekuensi pembawa dari ke dua ujung, masing-masing berlangsung setiap setengah siklus, tetapi dengan beda fasa yang saling berlawanan fasa, sehingga sinyal campuran selalu berada diatas level threshold dan keluaran lojik detektor akan selalu 1. Setiap pergeseran fasa relatif terhadap sudut referensi arus gangguan eksternal akan menghasilkan celah antara blok-blok frekuensi campuran yang dalam hal ini akan merupakan keluaran detektor yaitu lojik 0. Durasi atau panjangnya lojik 0 ini dapat digunakan sebagai dasar untuk membedakan gangguan yang terjadi apakah gangguan internal atau gangguan eksternal. Namun demikian, perintah tripping terhadap gangguan internal baru dilaksanakan hanya setelah setelan kelambatan waktu sudah dilewati. Kelambatan ini biasanya dinyatakan dalam besaran pergeseran fasa yaitu dalam derajat yaitu dengan tanda фs seperti terlihat pada Gambar 4.12. Keuntungan-keuntungan penggunaan saluran sistim tenaga sebagai media komunikasi antara lain adalah diperolehnya sistim komunikasi yang handal dengan rugi-rugi redaman transmisi yang rendah dan tahan terhadap derau transmis. Disamping itu sistim komunikasi ini sudah teruji bagus selama berpuluh-puluh tahun. Kelambatan propagasi sinyal pada sistim PLC secara praktis dapat diperhitungkan pada setelan stabilitas sudut, sehingga skema proteksi ini mempunyai tingkat sensitifitas yang baik. Disamping itu, signaling khusus on/off frekuensi sangat cocok digunakan untuk perbandingan skema bloking karena meskipun misalnya pengaruh derau bisa
127
menyebabkan kesalahan namun kegagalan skema bloking biasanya tidak akan berakibat fatal total terhadap sistim. Ini agak berbeda dengan skema trip langsung yang tidak boleh tidak harus terkirim secara tepat dan pasti tanpa ada kegagalan. Pada sistim-sistim komunikasi yang sudah menerapkan saluran komunikasi dijital seperti kanal-kanal cara-cara pengiriman sinyal-sinyal yang mau saling dibandingkan sudah dapat dilakukan dengan lebih mudah dan tepat sesuai dengan teknik-teknik dijital sehingga pengukuran perbedaan fasa dapat dilakukan dengan teliti. Disamping pengaruh faktor kelambatan komunikasi, faktor lain yang mempengaruhi pengukuran pada unit proteksi diferensial saluran transmisi khususnya dengan menggunakan rele perbandingan fasa pada sistim-sistim yang menggunakan media komunikasi antara lain adalah pengaruh arus kapasitif saluran kabel bawah tanah, pengaruh sudut tripping dan pengaruh arus beban. Namun karena media komunikasi Power Line Communication jarang dilakukan pada proteksi diferensial kabel bawah tanah, maka faktor-faktor tersebut tidak dibahas secara detail. Bagi pembaca yang ingin memahami teknik-teknik dan kompensasi yang diperlukan untuk meningkatkan stabilitas sistim proteksi diferensial kabel-kabel bawah tanah terhadap faktor-faktor tersebut dapat merujuk buku-buku manual rele proteksi diferensial tersebut. 4.9.2 Metoda Pengaktipan Frekuensi Pembawa Hal pertama yang dilakukan untuk menjamin stabilitas suatu unit proteksi diferensial yang menggunakan Power Line Carrier sebagai media komunikasi terhadap gangguan eksternal adalah mengaktifkan sinyal frekuensi pembawa sebelum pengukuran dimulai. Untuk memberikan toleransi terhadap perbedaan harga arus pada kedua ujung saluran akibat hadirnya arus kapasitip saluran, maka dalam prakteknya elemen pengasut (starting) dibuat terdiri atas dua elemen. Elemen yang pertama disebut sebagai Low set dan elemen yang lainnya disebut sebagai High set. Elemen Low set digunakan untuk mengendalikan rangkaian pengasut (start up) pemancar (carrier up) sedang elemen High set berfungsi sebagai syarat atau kondisi yang diperlukan sebelum proses pengukuran sudut fasa bisa dilakukan. Blok diagram perbandingan fasa dengan menggunakan power line carrier dapat dilihat seperti pada Gambar 4.13 dibawah. Elemen high set umumnya di set 20% sampai 5 dengan 50% lebih tinggi dari setelan elemen Low Set . Pada sistim tegangan sampai 70 kV jenis rangkaian pengasut bisa terdiri dari rele arus lebih sedang pada tegangan lebih tinggi elemen pengasut bisa digunakan rele impedansi. Pada sistim-sistim yang sudah lebih maju modulasi besaran arus dilakukan pada kombinasi antara arus uratan negatif dan arus urutan positip misalnya kombinasi pengukuran selisih antara arus urutan positip dengan lima kali arus urutan negatip (I 1 5 5I2) yang dipancarkan secara bersamaan dari dan ke ujung masing-masing saluran . Kombinasi tersebut dapat menghasilkan keluaran yang konsisten untuk berbagai jenis gangguan. Agar sistim ini tidak peka terhadap perubahan beban maka komponen urutan positip tersebut diatas dibuat berdasarkan tingkat kenaikan arus (rate of rise) tertentu yang nilainya tinggi. Dengan kata lain bila tingkat kenaikan arus tersebut tidak tinggi maka proses pengukuran gangguan tidak perlu dilakukan.
128
Oscillator
Modulator
Pemancar
Rangkaian Squaring
Reset
Detector Gangguan
TX RX
Arus Gangguan
Pewaktu
Low Set Stabilitas
Rangkaian Pengasut
Hight Set
Rangkaian Pembanding
Demodulator
Penerima
Rangkain Trip
Gambar 4.13: Blok Diagram Perbandingan Fasa Dengan Menggunakan Power Line 5 Carrier Penggunaan rangkaian pengasut impuls yang tanggap terhadap perubahan nilai arus yang mengalir dibuat untuk memperoleh sistim proteksi yang peka pada nilai arus yang kurang dari arus nominal. Penyetelan ulang rangkaian pengasut (starter) tersebut biasanya akan terjadi secara otomatis setelah beberapa waktu tertentu (swell times). Lamanya waktu tunggu dan karakteristik rangkaian penyetelan ulang harus diatur sedemikian sehingga selama terjadinya arus gangguan eksternal, elemen high set tidak akan aktif sebelum rangkaian low set direset lebih dulu. Hal ini dimaksudkan untuk menghindarkan kesalahan operasi karena tidak adanya kordinasi antara rangkaian pengasut dengan rangkaian reset yang memungkinkan pengukuran dilakukan terhadap gangguan yang seharusnya gak perlu ditanggulangi. Pada waktu terjadi gangguan eksternal maka pemancar akan memancarkan sinyal pembawa tanpa memodulasi sinyal (unmodulated carrier) selama waktu yang singkat mengikuti bekerjanya rangkaian reset elemen low set. Fitur ini biasa disebut dengan Marginal Guard. Rangkaian pembanding (komparator) merupakan perangkat pembangkit sinyal trip 0 apabila interval antara blok-blok frekuensi lebih dari 30 dan memblok perintah tripping bila interval tersebut kurang dari sudut tersebut. Secara teoritis interval 0 antara blok-blok frekuensi pada gangguan internal adalah sebesar 180 sedang pada 0 gangguan eksternal adalah sebesar 0 . Namun dalam prakteknya jarak interval blok 0 frekuensi tersebut biasanya lebih kecil dari 180 khususnya sebagai akibat adanya pergeseran sudut antara kedua ujung sesuai dengan parameter saluran transmisi dan akibat adanya arus beban yang pada satu sisi harus ditambahkan ke arus gangguan dan pada sisi lain harus dikurangkan. Untuk lebih jelasnya pembaca diharapkan merujuk ke buku-buku manual Rele dan perangkat Power Line Carrier yang digunakan. Untuk menjamin stabilitas pada sistim-sistim unit proteksi dengan mengunakan media komunikasi lain seperti media komunikasi fiber optik dapat dilakukan dengan prinsip yang sama.
129
5. RELE JARAK 5.1
PENDAHULUAN
Dengan semakin kompleks dan berkembangnya jaringan sistim tenaga listrik baik ukuran maupun luasnya jaringan maka kordinasi sistim proteksi antar perangkatperangkat sistim adalah hal yang penting mendapat perhatian. Seiring dengan perkembangan tersebut, kecepatan proteksi dalam kordinasi rele menjadi hal yang sangat penting. Karena kecepatan yang relatif lambat, suatu rele arus lebih dalam prakteknya jarang digunakan sebagai rele proteksi utama saluran penghantar tegangan tinggi. Pada umumnya proteksi utama yang banyak dilakukan pada saluran transmisi adalah rele jarak sedang rele arus lebih biasanya hanya sebagai pengaman cadangan. Dibanding dengan rele arus lebih, penggunaan rele jarak sebagai perangkat pengaman saluran transmisi praktis lebih baik karena rele ini tidak begitu terpengaruh dengan besarnya arus gangguan dan lagi pula tidak begitu terpengaruh dengan perubahan sumber daya dan konfigurasi jaringan. Sistim Proteksi Jarak, dalam bentuk sederhana adalah sistem proteksi non-unit yang menawarkan sistim proteksi yang bisa dipandang murah secara ekonomis dan secara teknis dapat diandalkan. Sebagaimana sudah disinggung diatas, keuntungan proteksi jarak dibanding dengan proteksi arus lebih terletak pada cakupan daerah gangguan jaringan yang di proteksi yang sesungguhnya tidak tergantung pada besar kecilnya impedansi sumber. Kekurangan dan keterbatasan rele arus lebih dapat dilihat dari contoh jaringan seperti pada Gambar 5.1.a. Yaitu suatu jaringan yang terdiri dari dua unit generator yang masing-masing mempunyai impedansi 10 Ohm tersambung ke 1 beban melalui saluran dengan impedansi 4 Ohm . Pada saluran tersebut dipasang rele arus lebih dengan setelan arus gangguan di F1 adalah IF1 = 7380A. Kalau pada konfigurasi jaringan yang sudah berubah menjadi seperti pada Gambar 4.1.b terjadi gangguan di F2 yaitu pada titik dekat gardu maka arus gangguan yang mengalir akan menjadi IF2 = 6640A yang jauh lebih kecil dari IF1. Kejadian ini mengisaratkan perlunya setelan rele arus lebih bisa disetel pada dua harga, yang satu lebih kecil dari 6640A dan setelan lain lebih besar dari 7380A. Padahal sejauh ini belum ada rele yang mampu berespons terhadap dua arus sekaligus. Inilah salah satu kekurangan dan keterbatasan pengaman arus lebih yang tidak bisa diandalkan sebagai perangkat proteksi utama. ZS = 10 Ohm
~
Z1 = 4 Ohm ZS = 10 Ohm
~ 115 kV IF1 =
130
115 x 10³ √ 3 x (5+4)
I R1
= 7380 A Rele R1 disetting >7380 A (a)
F1
ZS = 10 Ohm
~
Z1 = 4 Ohm
115 kV IF2 =
115 x 10³ √ 3 x 10
I R1
F2
= 6640 A (b) Setelan rele arus lebih pada ganguan pada saluran diatas tidak praktis sebab harus disetting pada dua harga yaitu pada harga <6640A dan harga >7380A yang tidak mungkin dilakukan.
Gambar 5.1: Setelan Rele Arus Lebih Yang Tidak Praktis Pada sisi lain rele jarak mudah diterapkan untuk mengatasi keterbatasan rele arus lebih tersebut dan lebih lagi rele jarak dapat bereaksi lebih cepat dalam mendeteksi lokasi gangguan dimanapun sepanjang saluran yang diproteksi. Rele jarak dapat dibuat sebagai pengaman utama ataupun sebagai pengaman cadangan pada ujung remote tergantung rancangan aplikasi yang dikehendaki. Lagi pula sekema proteksi jarak dapat dengan mudah beradaptasi menjadi bagian dari unit proteksi yaitu dengan hanya melengkapinya dengan sebuah kanal signalling sehingga bisa dibentuk menjadi satuan unit proteksi secara lengkap. Dalam bentuk unit proteksi, rele jarak sangat cocok digunakan dalam aplikasi penutupan kembali alat pemutus tenaga seperti dengan menggunakan high-speedautoreclosing pada sistim tegangan ekstra tinggi. Hal ini misalnya diperlukan untuk memproteksi saluran transmisi yang sangat kritis yang memerlukan keandalan tinggi.
5.2
PRINSIP-PRINSIP DAN KINERJA RELE JARAK
Mengingat impedansi saluran transmisi adalah berbanding lurus dengan panjangnya, maka dengan mengukur impedansi saluran kita dapat mengukur jarak antara titik pengukuran (pangkal saluran) dengan titik-titik pada saluran tersebut. Dengan menggunakan prinsip pengukuran ini, maka rele impedansi dapat dikatakan sebagai rele jarak. Prinsip dasar pengukuran proteksi jarak adalah dengan membandingkan hasil pengukuran besar tegangan dengan arus yang mengalir pada saluran tersebut. Dengan membandingkan kedua besaran tersebut kita dapat menentukan apakah besarnya impedansi titik gangguan lebih besar atau lebih kecil dari nilai capaian impedansi yang ditetapkan sebelumnya. Secara sederhana bagaimana melakukan perbandingan kedua besaran tegangan dan arus ini dapat digunakan dengan rele seimbang sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 5.21. Bila rele ini dirancang sedemikian sehingga torsi kerja sebanding dengan besarnya arus dan torsi restraining sebanding dengan tegangan maka pada keadaan normal dan dengan mengatur jumlah relatif belitan arus dan tegangan pada nilai tertentu bisa diperoleh dimana kedua torsi sama besar sehingga rele akan berada dalam keadaan seimbang dan tidak bekerja. Dengan komposisi tersebut, maka untuk setiap kenaikan perkalian arus dan belitan (ampere turn) rasio V/I akan turun hingga lebih rendah dari nilai tertentu akan
131
menyebabkan rele kehilangan keseimbangan sedemikian rupa dimana torsi arus akan lebih besar dari torsi restrain sehingga rele akan kerja. Sebaliknya diatas perbandingan V/I tertentu torsi restrain akan lebih besar dari torsi arus sehingga rele akan diam dan kontaknya akan terbuka. Untuk mengetahui letak gangguan maka hasil pengukuran impedansi tersebut dibandingkan dengan impedansi saluran. Jika impedasi yang diukur lebih kecil dari impedansi saluran maka letak titik gangguan yang terjadi boleh dipastikan akan berada antara lokasi rele dan batas zone capaian rele. Titik-titik capaian rele adalah titik-titik sepanjang saluran yang merupakan tempat kedudukan impedansi yang ditentukan oleh karakeristik pengukuran rele tersebut. Karena titik-titik capaian ini tergantung pada rasio tegangan dengan arus serta sudut fasa mereka, maka hasil pengukuran tersebut dapat digambarkan diatas kordinat R-X. Tempat kedudukan impedansi sistim tenaga pada waktu gangguan, ayunan daya dan pada waktu beban bervariasi dapat dilukiskan pada diagram yang sama sehingga kinerja rele terhadap gangguan-gangguan dapat diamati dan distudi lebih lanjut. Kinerja rele jarak dapat diukur dari tingkat akurasi capaian dan waktu kerja rele. Sedangkan akurasi capaian adalah perbandingan nilai aktual capaian dalam ohm dengan nilai setelan impedansi rele yang dinyatakan dalam ohm. Dengan demikian akurasi capaian sebenarnya tergantung dari tegangan yang dirasakan rele pada waktu gangguan. Disamping itu kinerja rele tergantung juga pada teknik dan cara-cara yang digunakan pada waktu pengukuran tegangan transien keluaran trafo tegangan pembagi kapasitor dan pengukuran arus terutama pada kondisi trafo-trafo arus dalam keadaan jenuh. Dari berbagai pengalaman para pabrikan, nilai arus dan tegangan masukan rele ikut juga mempengaruhi akurasi capaian dan lama waktu kerja rele jarak khususnya relerele elektromekanis maupun rele statis. Biasanya pabrik-pabrik pembuat rele melengkapi data-data kinerja rele mereka dalam bentuk kurva-kurva capaian impedansi sebagai fungsi tegangan untuk berbagai jenis gangguan. Sedang waktu kerja dan posisi letak gangguan biasanya dinyatakan dalam berbagai rasio impedansi yang dikenal dengan system impedance ratio’s (SIR). Sistim impedance ratio adalah perbandingan antara impedansi sumber dibelakang titik rele dengan impedansi saluran yang diproteksi sebagaimana dapat dinyatakan:
................ 5.1 Dimana adalah impedansi sumber dibelakang rele dan adalah impedansi saluran ekivalen sesuai dengan nilai setelan capaian rele proteksi. Ada juga pabrik-pabrik rele yang memperlihatkan karaktersitik rele-rele mereka dalam bentuk tampilan lain yang tujuannya adalah untuk melihat kinerja rele mereka terhadap berbagai parameter yang berguna pada waktu implementasi penyetelan rele dilapangan.
5.3
PENGARUH RASIO IMPEDANSI SUMBER DAN SALURAN
Untuk melihat pengaruh rasio impedansi sumber dan impedansi saluran terhadap tegangan rele pada berbagai arus gangguan dapat dilihat pada suatu sistim tenaga listrik, seperti digambarkan pada single line diagram pada Gambar 5.2(a).
132
Tegangan V yang diterapkan pada rangkaian impedansi tertutup adalah tegangan open circuit dari sistem tenaga tersebut. Titik R merupakan lokasi rele sedang I R dan VR adalah arus dan tegangan yang diukur dan dirasakan oleh rele. Impedansi ZS dan ZL digambarkan sebagai impedansi sumber dan impedansi saluran sesuai dengan posisi mereka terhadap lokasi rele. Impedansi sumber Z S adalah adalah sebuah acuan level gangguan pada titik rele. Pada gangguan tanah, impedansi sumber bergantung pada metoda sistem pentanahan jaringan di belakang rele tersebut. Mengingat impedansi saluran Z L adalah impedansi bagian saluran yang dilindungi maka tegangan VR yang diterapkan dan dapat dirasakan oleh rele adalah IRZL. Tegangan pada titik capaian tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk lain yaitu dalam rasio impedansi sumber dengan impedansi saluran yaitu Z S/ZL 1 sebagaimana dapat dinyatakan dengan persamaannya berikut :
................5.2 Dimana:
Sehingga:
Atau:
................ 5.3 Dari persamaan diatas dapat diperlihatkaan pengaruh perbandingan impedansi sumber dengan impedansi saluran ZS/ZL terhadap besarnya tegangan VR seperti pada Gambar 5.2.b. Terdapat tiga jenis gangguan yaitu pada gangguan diluar daerah proteksi, pada lokasi setting rele dan pada gangguan didalam daerah proteksi. Dengan memperhatikan bahwa VR adalah tegangan pada terminal rele pada berbagai lokasi rele maka pada kondisi restrain VR tersebut harus lebih besar dari harga preset VR = IRZL dan pada kondisi kerja maka VR harus lebih rendah dari harga preset tersebut. Gambar tersebut pada dasarnya berlaku untuk semua jenis gangguan hubung singkat asalkan memenuhi ketentuan-ketentuan sebagai berikut: i.
Untuk gangguan fasa, V adalah tegangan fasa-fasa sumber dan ZS/ZL adalah rasio impedansi urutan positif sumber terhadap impedansi saluran. V R adalah tegangan fasa-fasa rele dan IR adalah arus fasa-fasa rele saluran yang mengalami gangguan.
................5.4 ii.
Untuk gangguan tanah, V adalah sumber tegangan fasa-netral dan ZS/ZL adalah rasio gabungan impedansi urutan positif dan nol. V R adalah tegangan
133
rele fasa-netral dan IR adalah arus rele untuk fasa-fasa yang mengalami gangguan.
................ 5.5 Dimana:
Dan
R Sumber
Saluran
~ VS
VL = VR
IR
ZS
ZL
VR
a) Konfigurasi Sistim Tenaga ZS
ZL
Restrain Kerja
V IZL
VR R Gangguan Internal
Gangguan Sesuai Setting rele
Gangguan Eksternal
b) Variasi Tegangan Rele Terhadap Ratio Impedansi Sumber Dengan Impedansi Saluran, Gambar 5.2: Relasi Tegangan Rele Dengan Rasio Impedansi Sumber Dan Saluran
5.4
5
ZONE PROTEKSI
Prinsip dasar proteksi jarak didasarkan atas karakteristik pengukuran jarak gangguan yang bisa disetel atas lebih dari satu zone proteksi. Yang pertama adalah Zone 1
134
dengan waktu trip sesaat, kemudian proteksi Zone 2, Zone 3 dst beturut-turut dengan waktu trip yang lebih lambat. Diagram umum capaian zone-zone proteksi dan setelan waktu sebuah rele jarak dengan tiga zone proteksi dapat dilihat seperti ditunjukkan pada Gambar 5.3. Dengan kemajuan teknologi rele numeris saat ini, jumlah zone proteksi sebuah rele jarak dapat dibuat hingga mempunyai 5 zone waktu. Orang yang pertama memperkenalkan proteksi jarak dengan sistim waktu bertangga 5 ini adalah Paul Ackerman yaitu pada tahun 1925 di Kanada . Pada prinsipnya skema proteksi waktu bertangga ini dibuat atas unit-unit detektor gangguan, unit pengukur jarak dan rangkaian-rangkaian lojik lainnya. Detektor gangguan digunakan untuk mendeteksi jenis gangguan sedang unit-unit pengukur adalah rangkaian-rangkaian yang digunakan untuk mengukur jarak setiap gangguan. Dengan melihat jenis-jenis gangguan maka untuk mendapatkan sistim proteksi 3 (tiga) tangga diperlukan 4 (empat) detektor gangguan dan 18 (delapan belas) unit pengukur jarak. Namun pada sistim proteksi modern, jumlah detektor maupun unit-unit pengukur bisa dikurangi menjadi lebih sederhana yaitu dengan menggunakan teknik sakelar pengalih (switched technics) dimana hanya satu unit detektor dan satu unit pengukur dapat digunakan untuk melakukan berbagai tugas sekaligus sebagai mana diuraikan pada Bab 5.7. Pada aplikasi khusus, sebuah rele jarak bahkan bisa di-setel untuk dapat mengukur gangguan pada arah kebalikan. Setelan umum suatu rele jarak standar untuk tiga daerah maju atau Zone forward-looking akan diuraikan dalam sub-sub bagian lebih lanjut. Untuk menentukan setelan desain skema rele proteksi jarak termasuk kombinasi skema rele jarak dengan kanal-kanal telekomunikasi yang tersedia untuk teleproteksi, perlu disesuaikan dengan instruksi pabrik pembuat rele jarak tersebut. 5.4.1 Zone 1 Zone 1 adalah daerah proteksi rele jarak yang paling penting dan kritis dibanding dengan zone-zone proteksi lainnya. Mengingat pentingnya maka akurasi pengukuran terhadap daerah proteksi Zone 1 sepanjang saluran harus dilakukan dengan tingkat ketelitian dan kecepatan kerja yang tinggi. Cakupan daerah proteksi rele elektromekanikal maupun rele statik biasanya dapat dilakukan hingga 80 % panjang saluran. Kecepatan proteksi pada cakupan proteksi ini harus bisa dilaksanakan pada level sesaat (instant). Sedangkan rele-rele jarak numerik, cakupan proteksi bisa disetel sampai 85 % dengan tingkat akurasi yang masih bisa dipertanggung jawabkan secara aman. Margin keamanan dibuat sebesar 15-20%. Margin ini diperlukan untuk memastikan agar proteksi Zone 1 tidak akan kerja pada zone capaian lebih saluran yang diproteksi. Misalnya karena kesalahan pengukuran akibat keterbatasan trafo arus, trafo tegangan, ketidak telitian tabel-tabel data impedansi saluran yang tersedia termasuk kesalahankesalahan setelan rele dan kesalahan pengukuran lain dengan hadirnya tahanantahanan gangguan yang bisa berbeda-beda. Fungsi proteksi ini hanya efektif sepanjang zone 1, sedang pada daerah saluran yang lebih jauh, fungsi sistim proteksi Zone 1 ini tidak lagi bekerja secara efektif. Oleh karena itu dalam prateknya sisa daerah proteksi jarak sebesar 15 – 20% panjang saluran harus disetel menjadi daerah proteksi Zone 2.
135
5.4.2 Zone 2 Secara teoritis daerah proteksi zone 2 adalah daerah proteksi rele mulai ujung proteksi zone 1 hingga daerah ke mencakup sebagian saluran berikutnya. Namun mengingat waktu tripping yang lebih lambat, terdapat beberapa kontroversi dan kesulitan dalam menentukan berapa lama waktu tripping yang tepat. Hal ini karena waktu tripping tersebut harus disesuaikan dengan lamanya busur api yang bisa dibiarkan tanpa mengganggu stabilitas sistim generator-generator yang saling terinterkoneksi. Pada sisi lain zone 2 ini tidak begitu mementingkan pengukuran jarak yang terlalu akurat sebab zone dua tersebut dapat diterminasi disembarang titik pada bus berikutnya tanpa kehilangan selektifitasnya kecuali pada saluran yang sangat pendek. Lagi pula elemen arah pada proteksi zone 2 ini tidak selalu harus diaktifkan sebab dalam prakteknya proteksi zone 2 ini sering juga dirancang untuk mengamankan gangguan-gangguan yang terjadi dibelakang rele, misalnya sebagai rele cadangan 5 untuk mengamankan busbar . Untuk memastikan perlindungan dapat mencakup seluruh saluran termasuk kompensasi terhadap sumber kesalahan seperti telah diuraikan diatas, maka setelan capaian rele proteksi Zone 2 harus dibuat dengan sekurang-kurangnya 120% dari impedansi saluran yang dilindungi. Bahkan terdapat praktek-praktek umum dimana capaian Zone 2 di set untuk mengamankan saluran yang dilindungi hingga 50% dari saluran yang berdekatan.
Waktu operasi
Hal ini dilakukan untuk memastikan bahwa hasil capaian maksimum efektifitas Zone 2 tidak meluas melebihi capaian minimum efektifitas proteksi Zone 1 rele jarak ujung lain saluran berdekatan. Kondisi ini untuk menghindari kebutuhan pentahapan nilai setelan waktu Zone-2 antara rele hulu dan rele hilir. Dalam rele elektromekanikal dan statik, proteksi Zone 2 dirancang dengan menggunakan element terpisah atau dengan perluasan pencapaian element Zone 1 setelah time delay yang di-inisialisasi oleh pendeteksi gangguan. Sedangkan pada kebanyakan rele digital dan numerik, element Zone 2 direalisasikan atau diset dengan menggunakan fasilitas yang tersedia pada sistim perangkat lunak rele tersebut.
Zone Z3
T3
Zone Z2
T2
T1
Zone Z1
Z1
Z2
Z3
Impedansi
Gambar 5.3: Waktu Operasi Zone Proteksi
136
Tripping Zone 2 harus dibuat mempunyai waktu tunda atau time-delayed yang berguna untuk memastikan terjadinya grading waktu dengan rele proteksi utama yang diterapkan pada saluran berdekatan yang jatuh antara pencapaian Zone 2. Jadi perlindungan semua saluran dengan tingkat proteksi gangguan yang cepat (sesaat) pada bagian 80-85% saluran dapat diperoleh dan sementara itu waktu proteksi yang agak lebih lambat terhadap gangguan yang terjadi pada sisa bagian saluran dapat dibuat sebagai proteksi cadangan. 5.4.3 Zone 3 Dengan waktu tripping yang lebih lambat dari waktu tripping Zone 2, elemen proteksi Zone 3 dapat disetel sebagai proteksi cadangan terhadap elemen-elemen proteksi Zone 1 maupun Zone 2 yang mungkin mengalami kegagalan. Disamping itu proteksi cadangan remote untuk semua gangguan pada saluran yang berdekatan dapat juga dihasilkan oleh proteksi Zone 3 yaitu dengan menambahkan waktu tunda tertentu untuk membedakannya dengan proteksi Zone 2 ditambah waktu trip circuit breaker untuk saluran yang berdekatan. Untuk gangguan yang terjadi pada ujung remote dari bagian saluran yang kedua maka capaian Zone 3 harus di-set setidaknya 1,2 kali impedansi yang diperlihatkan kepada rele tersebut. Hal yang perlu dicatat adalah bahwa pada sistem tenaga yang saling ter-interkoneksi, pengaruh arus gangguan yang memasok busbar remote bisa menyebabkan impedansi yang diukur terlihat lebih besar dari impedansi gangguan yang sebenarnya. Hal ini perlu diperhatikan sebagai bahan pertimbangan pada waktu melakukan setelan Zone 3. Pada beberapa sistem, variasi pasokan busbar remote dapat mengganggu aplikasi proteksi cadangan remote Zone 3. Pada sistim transmisi radial dengan sumber tunggal kendala pengukuran tersebut tidak akan terjadi, karena pengukuran impedansi gangguan dapat dilakukan tanpa adanya pengaruh sumber di ujung remote. Sama seperti elemen zone 2, dalam prakteknya elemen proteksi Zone 3 sering disetel tanpa elemen arah dengan maksud agar cakupan proteksi dapat diperluas untuk mengamankan gangguan-gangguan dibelakang rele (sebagai cadangan) yang mungkin 5 tidak terproteksi rele lainnya . Dalam hal ini karakteristik lingkaran mho Zone 3 tidak lagi hanya memotong titik pusat kordinat impedansi tetapi melebar sedikit melingkupi busbar dan sebagian jaringan dibelakang busbar tersebut. Disamping sebagai cadangan aplikasi proteksi zone 3 dapat juga digunakan untuk skema bloking sebagaimana dapat dilihat pada skema-skema teleproteksi pada Bab 6. 5.4.4 Zone-Zone Lainnya Rele digital modern atau numerik dapat mempunyai zone impedansi tambahan yang dapat digunakan untuk menyediakan fungsi proteksi tambahan. Sebagai contoh, bilamana tiga Zone proteksi telah diset seperti di atas, Zone 4 masih dibuat dibuat sebagai proteksi cadangan terhadap busbar lokal, yaitu dengan menerapkan setelan capaian terbalik pada level 25% dari capaian Zone 1. Alternatif lain misalnya dengan menyetel satu dari elemen-elemen penglihat kedepan (forward-looking zones) khusus Zone 3 pada capaian offset terbalik melebar sedikit (small reverse offset reach) dari pusat diagram R/X, yaitu sebagai tambahan untuk setelan capaian forward. Perlu dicatat bahwa karakteristik pengukuran offset impedansi terdiri dari elemen pengukur
137
non-directional. Satu keuntungan Zone pengukuran impedansi non-directional adalah karena dapat beroperasi pada gangguan yang sangat dekat dengan rele, misal dengan impedansi gangguan sama dengan nol (zero impedance fault), dimana tidak tersedia sinyal tegangan fasa dari sirkit yang sehat atau hasil rekaman tegangan (memory voltage) yang dapat digunakan untuk menggerakkan elemen directional dengan baik. Pada kondisi offset-zone time delay yang di-bypass (over-ride), terdapat fasilitas yang diperlukan untuk sistim proteksi switch-on-to-fault (SOTF). Pada gardu induk yang dilengkapi dengan trafo tegangan busbar, rele ini dapat juga dipolarisasi dengan menggunakan tegangan busbar tersebut. Namun meskipun tidak terdapat tegangan busbar atau tegangan lain yang dapat digunakan untuk mempolarisasi rele, rele ini mampu mendiskriminasikan keadaan yaitu dengan melihat tingkat kecepatan naiknya arus (elemen arus lebih) yang berlangsung sangat cepat sehingga rele dapat dialihkan pada kondisi SOTF. Kondisi SOTF demikian kadang diperlukan untuk mencegah kerusakan transmisi dari kemungkinan kecelakaan hubung singkat fatal yang terjadi secara tidak sengaja misal pada waktu kembali memasukkan tegangan pada jaringan yang baru selesai mendapat pemeliharaan namun karena satu dan lain hal perangkat-perangkat pentanahan yang dilakukan sebelumnya belum sempat dilepas.
5.5
JENIS-JENIS RELE JARAK
Beberapa rele numerik tertentu yang terdapat diberbagai industri dilengkapi dengan perangkat yang bisa digunakan untuk melakukan pengukuran nilai absolute impedansi gangguan dan kemudian menentukan apakah perlu beroperasi sesuai dengan daerah atau batas (boundary) impedansi yang ditentukan pada diagram R/X. Rele jarak tradisional dan rele numerik yang mengemulasikan elemen impedansi dari rele konvensional tidak mengukur nilai absolute impedansi. Mereka membandingkan tegangan gangguan yang diukur dengan suatu tegangan tiruan yang diperoleh dari arus gangguan dan impedansi zone yang menentukan apakah gangguan ada di dalam zone atau diluar zone (out-of-zone). Pembanding impedansi rele jarak atau algoritma yang mengemulasikan pembanding tradisional digolongkan menurut karakteristik polar mereka, jumlah masukan signal yang dipunyai dan metoda bagaimana perbandingan signal dilakukan. Jenis umum pembanding (comparator), baik pada perbandingan amplitudo atau fasa dari dua besaran masukan yang digunakan untuk memperoleh karakteristik operasi yang sesuai, apakah menurut garis lurus ataupun mengikuti lingkaran yang dilukiskan pada diagram R/X. Pada tahap-tahap perkembangan rancangan rele, pengembangan bentuk karakteristik impedansi dan kecanggihannya tergantung dari teknologi yang digunakan dan tentunya juga pada biaya yang tersedia. Dalam hal penerapan rele-rele baru pada sistim-sistim yang sudah eksisting dimana masih banyak rele-rele tradisional yang masih bagus, maka insinyur proteksi perlu melakukan pembahasan ulang karakteristik impedansi masing-masing rele sehingga diperoleh sistim campuran yang memenuhi kebutuhan sistim proteksi tanpa perlu mengganti semua jenis rele tradisional. Hal ini perlu dicatat karena disain rele numeris
138
pada dasarnya juga dibuat sesuai prinsip-prinsip dasar yang digunakan pada teknik pembuatan rele-rele tradisional sehingga campuran antara kedua rele pada prinsipnya tidak akan menjadi masalah. Kinerja rele jarak dapat diukur dari tingkat akurasi capaian dan waktu kerja nya. Akurasi capaian adalah perbandingan nilai aktual capaian dalam ohm dengan nilai setelan tegangan yang dirasakan rele pada waktu terjadi gangguan. Disamping itu teknik dan cara pengukuran impedansi juga dapat mempengaruhi kinerja sistim proteksi. Misalnya cara-cara pengukuran yang digunakan pada tegangan keluaran sekunder trafo pembagi kapasitor dalam keadaan transien dan pengukuran-pengukuran arus pada kondisi saturasi yaitu pada kondisi gangguangangguan. 5.5.1 Rele Pembanding Amplitudo Dan Pembanding Fasa Elemen pengukuran rele proteksi yang fungsinya didasarkan pada hasil perbandingan dua besaran yang saling tidak tergantung adalah perbandingan amplitudo maupun pembanding fasa. Pada elemen-elemen impedansi rele jarak, besaran yang dibandingkan adalah tegangan dan arus yang diukur oleh rele tersebut. Terdapat banyak cara dan teknik pembanding yang tersedia yang dapat disesuaikan tergantung pada teknologi yang mau digunakan. Mulai dari pembanding amplitude dan pembanding fasa sebuah rele elektromagnetis, pembanding penguat operasional dan dioda-dioda pada rele jarak jenis statik, hingga ke pembanding urutan-urutan fasa digital pada rele digital dan ataupun pembanding-pembanding lain yang bisa dibuat berdasarkan algoritma-algoritma perhitungan yang digunakan pada rele numeris. Pada dasarnya jenis karakteristik impedansi yang dihasilkan pembanding tertentu biasanya dapat juga dihasilkan dari pembanding lainnya. Penambahan dan pengurangan sinyal pada satu jenis pembanding dapat menghasilkan sinyal yang diperlukan untuk memperoleh suatu karakteristik serupa dengan menggunakan jenis komparator lainnya. Sebagai contoh, dengan membandingkan V dan I pada suatu pembanding amplitudo dapat menghasilkan satu diagram lingkaran impedansi yang berpusat pada sumbu diagram R/X. Jika jumlah dan beda V dan I diterapkan pada pembanding fasa maka hasilnya adalah suatu karakteristik diagram impedansi yang serupa. Cara-cara dan metoda pengukuran diatas dibiarkan menjadi masalah dan tantangan-tantangan bagi para insinyur-insinyur yang berminat untuk mengembangkan rele-rele proteksi sistim tenaga listrik. 5.5.2 Rele Impedansi Pada rele jarak jenis impedansi sudut fasa tegangan dan arus yang diterapkan pada rele tidak diperhatikan; oleh karena itu maka karakteristik impedansi yang kalau dilukiskan pada diagram R/X adalah suatu lingkaran dengan pusat nya di sumbu kordinat dengan jari-jari sama dengan tahanan setelan dalam ohm. Dalam rele impedansi, torsi yang ditimbulkan arus diseimbangkan dengan torsi yang ditimbulkan oleh elemen tegangan. Elemen arus membangkitkan torsi positip yang akan menggerakkan rele sedangkan elemen tegangan membangkitkan torsi negatip yang cenderung untuk menahan rele impedansi tidak bekerja. Dengan kata lain sebenarnya rele impedansi adalah rele rele
139
arus lebih dengan tegangan restrain. Dengan mengikutkan pengaruh gaya per 4 persamaan torsi sebuah rele impedansi dapat dinyatakan dengan persamaan berikut : ................ 5.6 dimana K3 adalah gaya lawan oleh per, I dan V adalah harga efektif rms arus dan tegangan. Pada keadaan seimbang torsi tersebut adalah nol sehingga persamaan diatas bisa dipersentasikan dengan: 2
Dengan membagi dengan K2I diperoleh:
Dan dengan menarik akar persamaan ini kita memperoleh impedansi sebagai berikut; ................5.7 Dalam prakteknya pengaruh per biasanya bisa diabaikan sebab pengaruhnya hanya ada pada arus tertentu dibawah harga arus normal, sehingga persamaan rele impedansi dapat dinyatakan dengan; ................5.8 Dengan kata lain rele impedansi bekerja pada batas harga konstan untuk setiap harga perbandingan . Karakteristik kerja rele dapat digambarkan dengan tegangan sebagai fungsi arus sebagaimana pada Gambar 5.4 dimana pengaruh efek per (pegas) diperlihatkan sebagai garis bengkok mendekati harga arus yang kecil. Seperti sudah disebut diatas dalam prakteknya pengaruh efek per bisa diabaikan sehingga karakteristik kerja rele dapat dipandang sebagai garis putus-putus pada gambar tersebut yang merupakan garis lurus. Karakteristik operasi I Daerah torsi positif
Daerah torsi negatif
V
Gambar 5.4: Karakteristik Kerja Sebuah Rele Impedansi Rele impedansi tersebut akan pickup untuk setiap kombinasi tegangan dan arus yang berada diatas garis yaitu pada daerah torsi positip atau dengan kata lain pada setiap harga impedansi yang kurang dari nilai konstan yang ditunjukkan oleh karakteristik diatas. Kemiringan sudut garis tersebut dapat diatur sedemikian rupa sehingga rele
140
dapat bekerja pada setiap harga impedansi yang kurang dari batas atas yang diinginkan. Cara lain yang sangat berguna dalam mempresentasikan karakteristik rele impedansi adalah dengan apa yang disebut diagram impedansi atau diagram R-X. Karakteristik rele impedansi dalam diagram R-X dapat dilihat seperti pada Gambar 5.6 dibawah. Perbandingan tegangan dan arus dinyatakan sebagai panjang radius vektor dengan sudut fasa antara tegangan dan arus adalah Ѳ. Kalau arus sefasa dengan tegangan maka impedansi akan berada pada sumbu +R. Kalau arus tertinggal dari tegangan, maka impedansi akan mengandung +X dan seterusnya bila arus mendahului tegangan maka impedansi akan mengandung komponen -X. Karena kerja rele impedansi tidak tergantung dari sudut antara arus dan tegangan maka karakteristik kerja rele adalah sebuah lingkaran dengan titik pusat adalah titik sumbu kordinat. Dalam kondisi ini, operasi rele terjadi untuk semua impedansi dengan nilai kurang dari setelan, yaitu pada semua titik-titik dalam lingkaran tersebut. Diluar lingkaran pengaruh tegangan lebih besar dari pengaruh torsi arus sehingga rele tidak akan kerja. Pada sistim proteksi saluran transmisi sebuah rele impedansi biasanya terdiri dari satu unit direksional (D), tiga unit rele kecepatan tinggi dan dua unit elemen pewaktu Z2T dan Z3T, bersama-sama dengan unit-unit lainnya seperti pada Gambar 5.5. Ketiga unit impedansi dengan dengan kerja masing-masing saling independen dengan masing-masing sebenarnya terdiri dari lingkaran-lingkaran dengan radius yang berbeda-beda namun tidak ditunjukkan dalam gambar.
-
+ Z1
Z2T
D Unit direksional
TR Kumparan Trip
Z3T
Z2
Z3
Z2T
Z3T Rele Pewaktu
Gambar 5.5: Skematik Diagram Sistim Proteksi Rele Impedansi Karena rele impedansi tersebut bekerja dalam semua kuadran maka karakteristik rele seperti ditunjukkan pada Gambar 5.6 sebenarnya bukanlah rele direksional, dimana dalam karakteristik ini rele akan beroperasi untuk semua gangguan sepanjang vektor AB dan juga untuk semua gangguan di belakang busbars sampai kepada suatu impedansi AC. Dapat dicatat bahwa A adalah titik atau lokasi rele dan RAB adalah sudut dengan mana arus gangguan terbelakang terhadap tegangan rele untuk gangguan pada saluran AB dan RAC adalah sudut leading ekivalen untuk gangguan pada saluran AC. Vektor AB menggambarkan impedansi di depan rele proteksi antara titik A dan ujung saluran AB. Vektor AC menggambarkan impedansi saluran AC di
141
belakang titik rele. AB menggambarkan capaian proteksi instantaneous Zone 1 dan seperti sudah sering disinggung pada bab sebelumnya biasanya di set mulai 80% hingga 85% dari saluran yang mau diproteksi. Saluran AC
Saluran AB
C
A
B
Z< X B
Salu ra n AB
R
Salu ra n AC
Dalam lingkaran Torsi Positif (Rele kerja) A
Diluar lingkaran Torsi Negatif (Restrain)
Rele Impedansi
C
Gambar 5.6: Karakteristik Impedansi Saluran Elemen Impedansi (RZ)
X
B
Kerja
P
A
Restr
R
Q
ain
Elemen Directional (RD)
(a) Rele Impedansi Yang Dilengkapi Elemen direksional. A
IF1
B
IF2
~
~
Z<
Pembang kit X
C
D
Gardu X
Pemban gkit Y Gardu Y
F
(b) Jaringan Yang Dilengkapi Rele Impedansi Direksional
142
+ D1
-
Kontak rele impedansi
21
Kontak-kontak elemen direksional
Rele Tripping
Rangkaian pengukur jarak
D2
21X Rele bantu pengendali rangkaian pengukur jarak
(c) Rangkaian Tripping Kombinasi Rele Impedansi Dengan Elemen Direksional Gambar 5.7: Kombinasi Rele Directional Dan Rele Impedansi Rele impedansi mempunyai kerugian penting: i.
Rele mempunyai tahanan gangguan yang tidak seragam. Peka terhadap tahanan gangguan.
ii.
Dapat bekerja pada gangguan-gangguan yang terjadi baik didepan maupun dibelakang rele sehingga kordinasi rele sulit dilakukan.
iii. Karena daerah atau area yang dicakup oleh lingkaran impedansi cukup luas maka jenis rele ini peka terhadap ayunan daya dan pembebanan saluran yang berat. Sebagai mana disebut diatas rele impedansi adalah rele non arah yang tidak dapat membedakan arah gangguan baik gangguan di depan maupun gangguan di belakang titik rele. Untuk dapat membedakan arah gangguan secara tepat maka rele ini perlu dilengkapi dengan suatu elemen arah seperti pada Gambar 5.5 diatas. Pengendalian arah adalah suatu kemampuan diskriminasi penting dari sebuah rele jarak. Elemen pengendali arah diperlukan untuk membuat rele tidak tanggap terhadap gangguan di luar daerah saluran yang dilindungi. Seperti sudah disebut diatas, kendali arah ini dapat diperoleh dengan menambahkan suatu elemen kendali direksional terpisah. Bila pengaruh per kendali diabaikan maka karakteristik impedansi suatu elemen kendali direksional adalah suatu garis lurus pada diagram R/X, sehingga karakteristik kombinasi dari rele direksional dan rele impedansi akan menjadi seperdua lingkaran APBQ ditunjukkan pada Gambar 5.7. Untuk lebih jelasnya bagaimana hal tersebut 4 terjadi dapat dilihat dari tinjauan persamaan torsi rele direksional sebagai berikut . ................5.9
143
Dalam keadaan seimbang dimana torsi negatip yang ditimbulkan oleh elemen tegangan sama dengan torsi yang ditimbulkan oleh elemen arus adalah nol, sehingga: ................ 5.10 Dan karena dipenuhi, maka:
belum tentu sama dengan nol maka agar persamaan diatas ........................ 5.11
Dan dengan demikian besar , yang akan menggambarkan karakteristik rele. Dengan kata lain setiap vektor radius lingkaran Z pada posisi sudut dari sudut torsi maksimum pada karaktersitik kerja rele, adalah garis lurus PQ seperti terlihat pada Gambar 5.7a diatas. Untuk menjelaskan fungsi kendali arah yang dibutuhkan pada suatu rele impedansi dapat dilihat pada contoh aplikasi sistim seperti terlihat pada gambar 5.7c. Bila misalnya gangguan terjadi pada titik F yang dekat dengan PMT C pada saluran CD, unit direksional D1 tidak akan kerja sesuai dengan arah arus IF1 yang mengalir terbalik ke arah Gardu X. Pada waktu yang sama, unit impedansi 21X diblok oleh D2 sehingga kontak bantunya tetap menghubung singkat kumparan impedansi sehingga elemen pengukur jarak tidak akan berfungsi. Perlunya elemen kendali ini adalah untuk menghindari kemungkinan kontak 21 Rele A bekerja sebelum PMT C terbuka. Lagi pula pembalikan arus akibat terbukanya PMT C yaitu dari IF1 ke IF2 bisa mengakibatkan tripping (PMT A) yang salah pada saluran yang sehat, terutama jika elemen direksional Rele A beroperasi sebelum unit impedansi Rele A yang sebelumnya sudah melihat gangguan belum sempat reset. Contoh kasus diatas dimaksudkan untuk mengisyaratkan perlunya melakukan kordinasi rele dengan tujuan untuk mendapatkan sistim pengamanan yang tepat seseuai dengan kebutuhan yang tidak boleh menyebabkan salah tripping khususnya terhadap saluran-saluran yang sehat. Pada rele-rele numeris, kesalahan tripping yang dapat terjadi akibat ketidak serempakan kerja kontak unit-unit starting dengan kontak-kontak elemen pengukur impedansi terutama pada saat-saat awal gangguan sudah dapat diatasi dengan baik. 5.5.3 Rele Jarak Reaktansi Rele jarak reaktansi pertama sekali dikembangkan oleh AR. Van C. Warrington pada 5 tahun 1928 yaitu sebuah rancangan rele jarak jenis induksi piring . Enam tahun kemudian pada tahun 1934 dirancang rele jarak jenis reaktansi kecepatan tinggi dengan menggunakan gelas induksi empat kutup. Dua kutub berlawanan mempunyai kumparan arus dan dua kutub lainnya mempunyai kumparan arus dan kumparan tegangan yang saling berlawanan. Pada awalnya rele jenis reaktansi dirancang atas permintaan perusahaan Amerika yang membutuhkan sistim proteksi saluran transmisi yang pendek yang pada waktu itu belum mempunyai sistim proteksi yang memadai. Pada rancangan ini, unit reaktansi suatu rele jarak dipengaruhi interaksi pengaruh rele elemen arus lebih yang bekerja membangkitkan torsi positip dengan torsi elemen rele arus-tegangan direksional baik yang saling berlawanan atau saling memperkuat
144
elemen rele arus lebih, tergantung dari sudut fasa arus dan tegangan. Dengan kata lain rele reaktansi dapat juga disebut sebagai rele arus lebih yang dilengkapi dengan elemen restrain rele direksional. Elemen direksional diatur untuk membangun torsi 0 negatip pada waktu arus tertinggal terhadap tegangan sebesar 90 . Bila pengaruh 4 kendali per dinyatakan sebagai K3, maka persamaan torsi adalah : .....................5.12 Dimana adalah positip bila arus I tertinggal dari tegangan V. Pada keadaan seimbang torsi total adalah nol, sehingga persamaan diatas menjadi; ..........................5.13 2
Dengan membagi kedua sisi dengan I diperoleh: ..........................5.14 Atau, ......5.15 Dan dengan mengabaikan pengaruh per pengendali maka, ...............................5.16 Dengan demikian maka rele yang mempunyai karakteristik operasi sedemikian dimana semua vektor radius berada dalam karakteristik ini mempunyai komponen reaktansi X yang konstan berupa garis lurus seperti terlihat pada Gambar 5.8 berikut. +X
Daerah torsi negatif
Karakteristik operasi
Daerah torsi positif
-R
+R
Karakteristik rele reaktansi yang sudah dimodifikasi
-X Gambar 5.8: Karakteristik Operasi Rele Reaktansi
Yang menarik dari karakeristik ini adalah bahwa komponen tahanan tidak mempengaruhi kinerja rele dan hanya ditentukan oleh komponen reaktansi saluran. Setiap titik dibawah karakteristik operasi rele baik dibawah maupun daerah dibawah sumbu tahanan akan berada pada daerah torsi positip. Pada arus yang sangat kecil dianggap pengaruh per kendali lebih rendah dari karakteristik operasi rele hingga dibawah sumbu R. Pengaruh per kendali dalam praktek aplikasi rele reaktansi pada umumnya dapat diabaikan.
145
4
Persamaan torsi terdahulu ditulis dalam bentuk umum sebagai berikut : ................5.17 0
Dan bila sama dengan 90 maka karaktersitik operasi rele masih tetap berupa garis lurus, tetapi tidak sejajar lagi dengan sumbu R seperti garis terputus-putus pada Gambar 5.8 diatas. Dalam keadaan ini rele dinamakan jenis impedansi sudut. Rele jarak reaktansi yang digunakan untuk memproteksi saluran tidak dapat menggunakan rele direksional sederhana, sebab rele reaktansi bisa trip pada keadaan beban normal dengan faktor kerja satu. Oleh karena itu rele reaktansi harus dilengkapi dengan rele direksional yang tidak boleh kerja pada kondisi beban normal. Jenis rele yang dapat digunakan untuk keperluan ini adalah jenis rele dengan elemen voltage-restraining yang bertentangan dengan elemen direksional. Rele ini disebut rele admitance atau rele jenis mho. Dengan perkataan lain sebenarnya rele ini adalah juga rele direksional dengan elemen voltage-restraining. Bila digunakan rele jarak reaktansi, maka unit ini disebut starting unit. Kalau pengaruh per kendali K3 diabaikan maka torsi yang dihasilkan unit rele ini adalah: ................5.18 Dimana dan adalah positip bila arus I tertinggal terhadap tegangan V. Pada keadaan seimbang, torsi adalah nol sehingga, ................5.19 Dan bila persamaan ini dibagi dengan K2VI maka kita peroleh persamaan berikut; . ................5.20 Dapat dilihat bahwa persamaan ini sebenarnya sama dengan rele direksional dengan pengaruh per kendali. Karakteristik operasi sesuai dengan persamaan diatas dapat dilukiskan sebagai satu diagram lingkaran seperti terlihat pada Gambar 5.9 berikut. +X
Daerah torsi positif
Daerah torsi negatif φ 90°
-R
+R
-X
Gambar 5.9: Karakteristik operasi rele direksional dengan tegangan restrain
146
Diameter lingkaran tersebut secara praktis adalah bebas dan tidak tergantung arus dan tegangan, kecuali pada harga arus atau tegangan yang sangat kecil dimana pengaruh per kendali tidak dapat diabaikan. Pada kondisi tegangan dan arus yang sangat kecil dan dengan memperahtikan efek kendali per maka diameter lingkaran tersebut dapat berkurang. Karakteristik lengkap rele jarak jenis reaktansi dapat diperlihatkan seperti pada 4 Gambar 5.10 berikut . +X S
T3
x2 T2 x1 φ
T1
90°
-R
+R
-X
Gambar 5.10: Karakteristik Operasi Rele Jarak Jenis Reaktansi
Waktu operasi
Karakteristik ini ditentukan dengan mengatur komponen-komponen diagram rele jarak impedansi seperti pada Gambar 5.8 terdahulu. Dapat dilihat bahwa unit starting atau unit direksional (S) memikul dua tugas, sebab disamping fungsi direksional dia juga melakukan tiga langkah pengukuran yang secara inheren melakukan fungsi diskriminasi direksional dan arah. Sama seperti karakteristik waktu-impedansi jenis rele jarak lainnya yang sudah digambarkan pada Bab 5.5.2 sebelumnya, karakteristik waktu-impedansi rele ini dapat juga ditunjukkan sebagaimana pada Gambar 5.11 berikut:
Zone Z3
T3
Zone Z2
T2
T1
Zone Z1
Z1
Z2
Z3
Impedansi
Gambar 5.11: Waktu kerja Versus Impedansi Saluran Rele Jarak
147
5.5.4 Rele Jarak Mho Sebagaimana sudah dibahas diatas rele jarak mho sebenarnya adalah rele admitansi yang dilengkapi dengan elemen direksional dan elemen voltage-restraining. Diagram lingkaran yang melalui titik pusat koordinat seperti terlihat pada Gambar 5.12 adalah karakteristik impedansi mho suatu rele jarak yang banyak digunakan dalam proteksi sistim tenaga listrik. Rele mho adalah rele direksional yang umumnya bekerja terhadap arus gangguan yang lagging kira-kira 60°sampai 85° dan dalam prakteknya diusahakan agar tidak peka terhadap beban lagging 0°-30°. Karakteristik operasinya telah diturunkan dalam hubungannya dengan penjelasan unit starting rele jarak jenis reaktansi. Rele-rele jarak numeris dibuat dari gabungan perangkat lunak dan perangkat keras dengan prinsip-prinsip kerja yang sebenarnya sama dengan prinsip pembuatan rele-rele konvensional. Rele jarak untuk memproteksi saluran terdiri dari tiga komponen unit Mho kecepatan tinggi (Z1, Z2 dan Z3) dan satu unit pewaktu yang terhubung sama seperti rele jarak impedansi terdahulu, kecuali yang berbeda adalah bahwa pada rele ini, unit-unit direksional terpisah sudah tidak diperlukan, sebab pada dasarnya unit Mho adalah rele yang secara inheren sudah merupakan rele direksional. Seperti sudah pernah disinggung pada Bab 5.6, pada rele-rele jarak numeris komponen Mho dapat dibuat lebih dari tiga bahkan bisa sampai 5, namun dalam praktek yang biasa digunakan adalah 3 komponen. Karakteristik rele Mho secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 5.12 berikut. +X
T1 T2 T3 Z3 Z2 φ
Z1
90°
-R
+R
-X Gambar 5.12: Karakteristik Rele Jarak Jenis Mho
4,5
Karakteristik waktu operasi versus impedansi rele jarak jenis Mho ini sama seperti diagram waktu kerja seperti pada Gambar 5.11 terdahulu. Dengan cara dan teknik bias arus seperti pada rele impedansi karakteristik rele Mho dapat di offset menjadi satu lingkaran yang melintasi titik pusat diagram R-X atau lingkaran yang diluar titik pusat sumbu kordinat.
148
5.5.5 Rele Mho Polarisasi Sendiri Untuk menghindari kesalahan pengukuran jarak maupun arah yang diakibatkan tegangan gangguan yang terlalu kecil maka rele-rele modern dalam prakteknya selalu dilengkapi dengan perangkat polarisasi tegangan fasa yang sehat (healthy phase voltage polarisation) dan atau dengan hasil rekaman tegangan beberapa saat (cycle) 1,5 sebelum terjadi gangguan yang sering dikenal dengan memory voltage polarisation . Polarisasi tegangan dapat juga dilakukan dengan polarisasi silang dengan menambahkan sebagian dari tegangan fasa lain yang sehat misalnya sebesar 5% sehingga kesalahan yang timbul karena kurangnya tegangan yang dirasakan rele (comparator) pada waktu mengukur gangguan-gangguan yang sangat dekat busbar 5 dapat diperkecil . Sebuah rele Mho Polarisasi Sendiri (self polarised) mampu melakukan diskriminasi baik terhadap akurasi capaian maupun akurasi arah dalam satu kesatuan rele yang dilengkapi dengan sinyal polarising tambahan. Rele ini tidak seperti rele direksional lainnya dimana elemen arah dan elemen kendali dibuat terpisah yang bisa menimbulkan kesalahan kordinasi. Meskipun rele Mho jenis elektromekanis sudah sudah terbukti sebagai rele yang handal dan ekonomis, namun sesuai dengan perkembangan teknologi yang semakin maju, berbagai kekurangan yang masih ada sudah semakin dapat disempurnakan. Karakteristik elemen impedansi mho pada diagram R/X, adalah suatu lingkaran yang melintasi pusat kordinat seperti dapat digambarkan pada Gambar 5.13(a). Dari gambar tersebut terlihat dengan jelas bahwa elemen impedansi adalah elemen arah yang secara inherent sudah melekat menjadi bagian yang tak terpisahkan dari elemen lainnya sehingga hanya akan ber-operasi pada gangguan dalam arah maju sepanjang saluran. Karakteristik impedansi disesuaikan sesuai setelan Zn capaian impedansi, sepanjang diameter dan sudut fasa yaitu sudut pergeseran diameter lingkaran terhadap sumbu R. Sudut dikenal sebagai “Karakteristik Sudut Rele” yang secara umum sering lebih dikenal dalam bahasa aslinya yaitu Rele Characteristic Angle (RCA). Pada umumnya rele-rele jarak beroperasi pada nilai-nilai impedansi gangguan ZF yang berada didalam daerah karakteristiknya. IX
B
Re str
φ
ain
Zn
kerja IR
A K
Restrain
( a) Karakteristik Impedansi Mho
149
IX B P
Pengaruh tahanan busur api
Q
θ φ IR
A
K
AP Setting Impedansi Rele φ Setting Sudut Karakteristik Rele AB Saluran Yang Diproteksi PQ Tahanan Busur Api θ Sudut Impedansi Saluran
( b) Cakupan naiknya tahanan busur api Gambar 5.13: Karakteristik Rele Mho Capaian impedansi bisa bervariasi sesuai dengan sudut gangguan. Mengingat saluran transmisi terdiri dari tahanan dan induktansi, maka sudut fasa gangguan tergantung pada nilai relatif R, X dan frekuensi kerja sistim. Dalam keadaan sistim mengalami gangguan busur api atau gangguan tanah yang menimbulkan tambahan tahanan, seperti tahanan kaki menara atau tahanan gangguan yang melalui pohon dan tumbuh-tumbuhan, maka kenaikan besarnya impedansi gangguan akan menyebabkan naiknya sudut fasa impedansi. Dengan demikian dalam kondisi gangguan yang bersifat tahanan, suatu rele dengan karakteristik sudut ekivalen dengan sudut saluran bisa kerja pada capaian kurang. Oleh karena itu dalam prakteknya setelan RCA sering dibuat kurang dari sudut saluran, sedemikian sehingga pada waktu gangguan mengandung tahanan rele dapat bekerja dengan capaian yang tepat sebagaimana mestinya tidak dalam capaian kurang. Perlu dicatat bahwa ketika melakukan setelan rele, beda antara sudut saluran Ѳ dengan karakteristik sudut rele harus diketahui sebelumnya. Karakteristik yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar 5.13(b) dimana AB sesuai dengan panjang saluran yang akan dilindungi. Dengan setelan lebih kecil dari Ѳ maka semua saluran yang terlindungi (AB) akan sama dengan nilai setelan rele AQ dikalikan dengan Cos (Ѳ - ). 1
Dengan demikian kebutuhan setelan AQ adalah sebagai berikut : ................5.21 Karena secara alami hubungan antara tegangan busur dengan arus busur pada gangguan busur api tidak linier, maka biasanya tahanan busur api juga tidak linier. Dengan menggunakan rumus empiris yang dibuat oleh A.R. van C. Warrington (telah terbukti dan banyak digunakan pada berbagai perhitungan yang dilakukan di Perancis,
150
Amerika maupun Rusia pada jenis tahanan tanah yang berbeda-beda), tahanan busur 5 dapat dihitung sebagai berikut : ................5.22 dimana: Ra = tahanan busur api (ohm) L = panjang busur api (meter) I = arus busur api (A) Pada saluran transmisi panjang yang dilengkapi dengan kawat tanah, biasanya pengaruh tahanan busur api dapat diabaikan. Pengaruh tahanan busur api akan lebih terasa pada saluran yang pendek dan pada arus gangguan yang berada pada nilai yang lebih rendah dari 2000 amper atau pada saluran yang digelar diatas tiang-tiang menara yang terbuat dari kayu dan tidak dilengkapi dengan kawat pelindung tanah. Pada kondisi ini, tahanan gangguan tanah menurunkan capaian efektif gangguan tanah elemen rele Mho Zone 1 sedemikian rupa sehingga kebanyakan gangguan terdeteksi pada daerah waktu Zone 2. Persoalan ini biasanya dapat ditanggulangi dengan menggunakan rele Mho yang dipolarisasi silang (cross-polarised) atau dengan karakteristik polygonal. Dalam hal sistim tenaga ditanahkan dengan tahanan, maka pengaruh tahanan pentanahan ini tidak begitu perlu diperhatikan pada waktu melaksanakan setelan tahanan rele. Hal tersebut mengingat pengaruhnya lebih pada mengurangi besar arus gangguan akibat tahanan yang mungkin terdapat pada tahanan busur. Pengaruh tahanan tanah dibelakang rele pada waktu gangguan tanah hanya merubah rasio perbandingan antara sudut sumber dan impedansi saluran. Oleh karena itu pengaruh tahanan tersebut hanya diperhitungkan ketika melakukan penilaian kinerja rele dalam dalam bentuk perbandingan impedansi sistem. 5.5.6 Rele Jarak Offset Mho Kelemahan rele karakteristik mho atau rele impedansi direksional yang dipolarisasi sendiri adalah ketidak akuratannya pada gangguan-gangguan yang sangat dekat dengan lokasi rele, yaitu pada titik-titik dimana tegangan gangguan jatuh menjadi nol atau mendekati nol. Terdapat beberapa cara untuk mengatasi kemungkinan kesalahan dan kegagalan yang dapat dilakukan seperti misalnya dengan menggunakan karakteristik impedansi yang non-directional, seperti offset mho, lentikular atau cross-polarised dan memori polarised pada rele dengan karakteristik impedansi direksional. Rele jarak offset mho diperoleh dengan membias rele Mho dengan impedansi tambahan sehingga karakteristik rele mho akan tergeser dan melebar hingga dapat mencakup titik pusat kordinat. Dengan menggunakan arus bias tertentu, karaktersitik Mho tergeser dan dibiarkan melebar hingga mencakup sumbu asal dimana elemen pengukur dapat bekerja pada gangguan yang sangat dekat baik dalam arah maju (0 +) maupun arah mundur(0-). Rele Offset Mho mempunyai dua aplikasi utama, yang akan diuraikan pada bab lebih lanjut.
151
X
Zone 3 Zone 2
Karakteristik Zone 3 yang diperluas mencakup gangguan dibelakang busbar
Zone 1
R
Gangguan dekat busbar
a.
Zone Cadangan Busbar Dengan Menggunakan Rele offset mho X
C B
Zone 3 Zone 2
Sinyal pembawa yg diterima dari A akan diblokir bila pd saat yang sama gangguan dirasakan pada Zone 1, 2 atau 3.
Zone 1
A
D
b.
R Sinyal pembawa menjadi aktif ( start) dapat digunakan sebagai sinyal bloking Rele B dan C
Pengaktipan Sinyal Pembawa Dalam Skema Bloking Gambar 5.14: Aplikasi Khas Untuk Rele Offset Mho
Skema Rele Jarak Zone Tiga Dan Zone Cadangan Busbar Pada aplikasi ini elemen rele Zone 3 disetel tanpa melihat arah seperti terlihat pada 1,26 Gambar 5.14.a diatas . Dengan setelan Zona 3 pada arah terbalik maka cakupan daerah proteksi rele tersebut dapat digunakan untuk memperlebar daerah capaian hingga kedaerah bus-bar dibelakang titik rele. Dengan demikian bila terjadi gangguan sedikit dibelakang atau dekat busbar maka rele tersebut bisa bertindak sebagai rele cadangan. Dalam prakteknya fasilitas proteksi cadangan seperti ini bisa juga diperoleh dengan menggunakan rele jarak dengan karakteristik quadrilateral. Keuntungan lebih jauh dari aplikasi Zone 3 adalah kemampuannya untuk melakukan proteksi switch on-to-fault (SOFT), dimana kelambatan waktu Zone 3 di by-pass dengan waktu yang singkat segera setelah energized sehingga gangguan dapat diatasi dengan sangat cepat dimanapun letak gangguan terjadi di sepanjang saluran. Switch on-to-fault (SOFT) adalah proteksi saluran yang pada waktu pemasukan tegangan masih terdapat jamper atau hubungan tanah yang mungkin lupa dilepas pada waktu pemeliharaan jaringan dan tidak dilaporkan ke operator gardu induk.
152
Rele Jarak Dengan Pengaktipan Sinyal Pembawa Pengaktipan dan penggunaan sinyal pembawa (carrier) pada skema proteksi ini dilakukan dengan menggunakan unit perangkat Offset Mho seperti dapat dilihat seperti pada Gambar 5.14(b). Dari gambar tersebut terlihat bahwa rele disetel bekerja pada tiga zone yaitu Z1, Z2 dan Z3 termasuk Zone untuk melihat gangguan dibelakang Gardu A hingga mencapai Gardu D. Untuk mencegah salah kerja maka elemen-elemen perangkat rele yang merasakan gangguan-gangguan dibelakang Gardu A akan bekerja untuk mengaktifkan sinyal pemancar yang akan dikirim ke gardu remote B atau C untuk mencegah rele-rele pada gardu-gardu tersebut tidak akan berespons terhadap gangguan-gangguan yang terjadi diluar daerah proteksi mereka. Namun sebaliknya bila gangguan-gangguan yang terjadi berada dalam batas-batas daerah proteksi mereka (lihat gambar 5.14.b) maka sinyal bloking yang dipancarkan pemancar akan segera diblokir oleh elemen-elemen rele lokal (B dan C) sehingga tidak akan diteruskan untuk memblok rele-rele remote yang seharusnya bekerja sesuai dengan zone proteksi mereka. Sistim kendali proteksi dengan demikian adalah pelengkap terhadap skema rele jarak yang digunakan sebagai proteksi cadangan sebagaimana telah diuraikan sebelumnya. Untuk jelasnya perhatikan gambar tersebut dimana sistim transmisi terdiri dari 4 (empat) gardu yaitu Gardu D, A, B dan gardu C. Kalau gangguan berada diluar daerah proteksi saluran namun masih dalam daerah capaian rele maka elemen mho akan memicu sinyal pembawa (carrier) dan dikirim ke gardu-gardu berhadapan yang mungkin juga melihat gangguan tersebut tapi berada diluar daerah Zone 2 atau Zone 3 rele mereka masing-masing. Sinyal carrier yang diterima akan digunakan sebagai sinyal bloking sehingga PMT-PMT remote yang berada didepan tidak akan melakukan tripping meskipun merasakan gangguan. Namun sebagaimana sudah dikatakan diatas untuk menghindarkan kesalahan kerja terhadap gangguan yang harus ditrip (gangguan internal) maka sinyal carrier bloking yang terkirim harus bisa diblokir secara cepat oleh kontak-kontak mho (Zone 2 dan 3) rele bersangkutan sehingga kerja rele jarak dapat berlangsung dengan baik untuk mentrip gangguan sebagaimana mestinya. Aplikasi Karakteristik Lensa Ada suatu kelemahan yang bisa terjadi pada rele offset mho seperti ditunjukkan pada Gambar 5.14(a), dimana rele bisa beroperasi pada waktu-waktu beban naik secara dinamis hingga mencapai maksimum dimana impedansi saluran yang terasa pada rele semakin mengecil dan bergerak masuk mendekati daerah proteksi Zone 3 yang setelan capaian impedansinya cukup luas. Padahal capaian Zone 3 yang luas ini sengaja dibuat karena diperlukan untuk menyediakan remote cadangan (backup) perlindungan untuk gangguan pada saluransaluran berdekatan atau bertetangga. Untuk menghindari terjadinya tripping pada kondisi beban maksimum tersebut, karakteristik rele dibentuk atau dimodel dengan cara membatasi cakupan resistifnya. Misalnya dengan karaktersitik lensa atau lentikular yang dibuat dari dua karakteristik mho dengan sumbu yang berbeda.
153
X
Karakteristik Offset Lenticular Karakteristik Offset Mho
b
a
Lokus ayunan daya
0
R
Daerah Gangguan
Gambar 5.15: Karakteristik Rele Lenticular, Offset Mho Pada diagram lensa ini perbandingan a/b dapat diatur sedemikian rupa sehingga dimungkinkan di set untuk tetap mendapatkan cakupan tahanan gangguan maksimum, tetapi tetap pula tidak akan bekerja pada kondisi beban maksimum. Gambar 5.15 menunjukkan bagaimana karakteristik lensa dapat lebih toleran terhadap tingkat pembebanan saluran maksimum dibandingkan dengan rele offset mho pada 1,26 saluran-saluran lurus tanpa ada pencabangan . Proses terjadinya pengurangan impedansi beban misal dari ZD3 ke ZD1 berjalan sesuai dan selaras dengan naiknya arus beban. Makin besar arus yang mengalir maka impedansi akan semakin kecil dan kalau arus mengecil berarti impedansi beban semakin besar. 5.5.7 Rele Mho Polarisasi Silang Penuh Salah satu kerugian rele jarak dengan karakteristik Mho dengan polarisasi sendiri adalah keterbatasan cakupannya terhadap hadirnya tahanan busur gangguan terutama pada saluran transmisi dengan sudut yang besar. Kesulitan pengukuran jarak akan bertambah pada saluran transmisi yang pendek, karena nilai setelan tahanan pada Zone 1 adalah kecil dan panjang sumbu tahanan dalam cakupan lingkaran rele Mho adalah lebih kecil dibandingkan dengan nilai tahanan busur gangguan. Salah satu solusi praktis untuk mengatasi masalah tahanan busur api dan tahanan gangguan yang tinggi adalah dengan menggunakan rele Mho yang dipolarisasi silang secara penuh (Fully Cross-Polarisation) yaitu dengan menggunakan tegangan fasa yang sehat sehingga lingkaran Mho membesar untuk memperlebar cakupan tahanannya sebagaimana pada Gambar 5.16. Gambar ini berlaku untuk semua jenis gangguan yang 1 tidak seimbang . Karakteristik rele mho yang dipolarisasi silang penuh dapat diperoleh dengan menggunakan rangkaian pembanding tegangan fasa yaitu dengan cara membandingkan sinyal masukan S2 dan S1. Rele akan bekerja bila beda fasa antara S 2 0 0 dan S1 bergerak antara 90 sampai 270 . Dimana S2 = V – IZn dan S1 = Vpol. V adalah tegangan gangguan yang terdapat pada terminal sekunder keluaran sekunder trafo tegangan, I adalah arus gangguan yang diukur pada rangkaian sekunder trafo arus, Vpoll adalah tegangan polarisasi yang diperoleh dari rangkaian sekunder trafo tegangan fasa
154
yang sehat. Arah tegangan polarisasi Vpol dipilih sedemikian rupa sehingga pada keadaan normal dimana tidak ada gangguan dibuat sefasa dengan tegangan V. Masalah tersebut sebenarnya juga timbul pada gangguan-gangguan yang terjadi sangat dekat dengan busbar dimana tegangan pada titik gangguan tersebut sudah sangat kecil sehingga sulit mengukur jarak gangguan. Pada tegangan gangguan yang hampir mendekati nol dan tidak ada lagi tegangan polarisasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan elemen directional rele mho murni akan menyebabkan rele bisa salah kerja. Satu cara untuk memastikan elemen mho memberi tanggapan untuk tegangan gangguan nol adalah dengan menambahkan beberapa persen dari tegangan fasa yang sehat pada tegangan polarisasi utama yang akan digunakan menggantikan 5 fasa referensi . Teknik ini disebut polarisasi silang yang dikenal dengan istilah crosspolarising. Cara dan metoda ini pada kenyataanya mempunyai keuntungan tambahan sebab ternyata dapat memperbaiki sifat-sifat rele jarak mho direksional tersebut khususnya pada saluran-saluran yang sangat pendek. Dengan menggunakan sistim rekaman untuk mengingat besarnya tegangan fasa beberapa saat sebelum gangguan, kita dapat memperoleh tegangan acuan yang diperlukan untuk dapat menggerakkan rele. Teknik polarisasi silang ini dapat juga digunakan untuk gangguan tiga fasa meskipun tidak ada tegangan fasa yang masih sehat yang dapat digunakan sebagai tegangan acuan pada waktu pengukuran jarak gangguan. Sebagai catatan perlu diingatkan bahwa pada gangguan tiga fasa, semua tegangan fasa mengalami penurunan secara tajam sehingga tanpa polarisasi silang tentunya rele jarak akan sulit mengenali jarak gangguan tiga fasa khususnya yang sangat dekat dengan letak rele. Pada awalnya, sistem rekaman tegangan fasa didasarkan pada rangkaian tala (tuner) pada frekuensi sistim, yaitu sebuah rangkaian resonansi analog. Namun karena jaringan di mana frekuensi sistem tenaga bisa juga berubah-rubah tergantung kondisi pembebanan dan pembangkitan sistim maka masalah rekaman tegangan fasa berdasarkan penalaan frekuensi tersebut agaknya juga akan sulit dilakukan dengan sempurna. Untuk mengatasi masalah ini maka kebanyakan rele-rele digital atau relerele numerik dengan teknologi mutakhir umumnya dilengkapi dengan suatu synchronous fasa acuan (tidak menggunakan frekuensi jala-jala) yang dapat digunakan untuk mengikuti berbagai perubahan sistim frekuensi baik sebelum maupun selama gangguan. Manfaat tambahan lain dengan sistim polarisasi silang pada elemen mho impedansi adalah cakupan tahanan yang lebih baik seperti dapat dilihat pada Gambar 5.16 di 1 mana elemen mho mendapat polarisasi silang 100% penuh . Dengan mengambil polarisasi silang fasa yang sehat atau dengan sistim memori, perluasan tahanan mho dapat dilakukan pada waktu gangguan tiga fasa yang seimbang sebagaimana halnya pada gangguan yang tidak seimbang. Dengan fasilitasfasilitas yang terdapat pada rele numeris maka pelebaran cakupan tahanan ini tidak akan terjadi secara sistematis khususnya pada kondisi-kondisi berbeban dimana tidak terjadi perbedaan sudut fasa antara tegangan yang diukur dan tegangan polarisasi. Derajat tingkat perbaikan cakupan tahanan tergantung pada perbandingan impedansi sumber dan impedansi setelan capaian rele seperti terlihat pada Gambar 5.16.
155
X Karakteristik rele dilebarkan ZS ZL
ZS ZL
=
2. 5
=0
R
Gambar 5.16: Rele Karakteristik Mho Yang Dipolarisasi Silang-Penuh Dengan Berbagai Perbandingan ZS/ZL Sebagai ilustrasi, dianggap gangguan fasa B dan fasa C mengalami hubung singkat dan pada saat itu tegangan polarisasi yang digunakan adalah tegangan fasa antara A dan B. Dengan menggunakan analisa komponen simetris pada rangkaian seperti pada Gambar 5.17 seperti dapat dilihat pada buku “Protective Relay Application Guide” yang diterbitkan Alstom, besaran-besaran masukan-masukan perangkat pembanding 1 fasa dapat dinyatakan sebagai berikut .
Sumber
Rele Melihat Arah Arus Positif ZL
ZS
~
Lokasi Rele
IF
Va1 N1
Z S1
E1
Z L1
F1
I a1 Z S2
N2
Z L2
I a2
F2
Va2
Karakteristik Unit Mho (Tanpa Polarisasi-Silang)
S’2 = Z L1 + Z n1 Z n1 Z L1
R Z n2 Z S1 30°
S’1 = Z L1 + Z n2
Karakteristik Unit Mho (Polarisasi SilangPenuh)
Gambar 5.17: Karakteristik Rele Mho Yang di polarisasi silang penuh pada gangguan fasa-fasa dengan arah maju.
156
Dimana , = setelan capaian tahanan rele yang dipolarisasi silang penuh. Sedang dan adalah hasil kali dan dengan vektor yang digunakan sebagai ilustrasi yang tidak mempengaruhi hubungan atau relasi relatif antara kedua tegangan fasa yang dibandingkan. Pada kasus ini tegangan polarisasi Vpol = K1 Vba. 0
Pada polarisasi silang penuh (100%) nilai K1= 1<60 . Perlu dicatat bahwa pelebaran karakteristik impedansi yang cross-polarised ke kuadran reaktansi negatip seperti pada Gambar 5.17 tidak berarti bahwa rele tersebut akan beroperasi pada gangguan dibelakang rele. Ringkasnya dengan polarisasi silang, karakteristik rele jadi meluas hingga meliputi diagram impedansi aslinya namun hanya untuk mencakup gangguan didepan rele atau forward faults. Gangguan dibelakang dapat dibedakan dengan membuat tanggapan direksional yang tepat terhadap gangguan-gangguan yang sangat dekat arah maju (0+), termasuk gangguan-gangguan yang dekat pada arah terbalik (0-). Walaupun karakteristik rele dengan polarisasi silang penuh (Fully Cross-Polarised) dapat memperlebar cakupan proteksi namun sistim ini sudah jarang digunakan, mengingat kecenderungan pembanding yang terhubung ke fasa-fasa sehat dapat beroperasi dalam kondisikondisi terjadinya gangguan fasa-fasa lainnya. Kekurangan ini bisa diatasi dengan rele jarak yang dialihkan (switching), dimana comparator tunggal dihubungkan ke sirkit impedansi gangguan (loop impedance) melalui unit pengasut (starting) sebelum dimulainya pengukuran jarak. Namun pada rele-rele mutakhir pengukuran impedansi dilakukan secara independen atau mandiri terhadap masing-masing gangguan tanah dan gangguan tiga fasa. Untuk rele jenis ini, kesalahan operasi pada fasa-fasa yang sehat pada sistim-sistim yang dilengkapi dengan tripping satu fasa (single pole) untuk mengatasi gangguangangguan satu fasa ketanah diharapkan tidak terjadi. 5.5.8 Rele Mho Polarisasi Silang Parsial Sebagaimana telah disinggung diatas bahwa kerugian skema rele jarak dengan polarisasi silang penuh dimana pembanding-pembanding independen terhubung secara permanen dengan masing-masing gangguan fasa ketanah dan sirkit gangguan tiga fasa, adalah kemungkinan terjadinya kesalahan operasi pada fasa-fasa yang sehat yang tidak dikehendaki khususnya pada waktu tripping gangguan satu fasa ketanah. Hal yang bisa dilakukan untuk mengatasi kekurangan tersebut adalah dengan cara menggunakan rele jarak yang di switch dimana perangkat pembanding tunggal di hubungkan oleh unit pengasut (starter) pada sirkit gangguan yang sebenarnya sebelum pengukuran gangguan dimulai. Sistim polarisasi silang parsial yaitu dengan menambahkan sebagian dari tegangan fasa yang sehat terhadap polarisasi rele sering juga digunakan sebagai kompromi antara seleksi fasa dengan tingkat akurasi yang baik dan dengan cakupan tahanan busur api yang lebar tanpa kehilangan tanggapan langsung rele Mho dengan polarisasi silang penuh.
157
Karakteristik Perlindungan Polarisasai Perlindungan Empat Segi – 16%
Lingkaran Mho – Polarisasi Sendiri Polarisasi Silang – Full Lingkaran Mho
X
Zn
-R
R Cakupan Ekstra Tahanan Dalam Perlindungan
-X
Polarisasi Silang – Parsial Konvensional (16%) Lingkaran Mho
(a) Perbandingan Karakteristik Polarisasi Dengan S.I.R = 6 X
0
6
12
24
R
(b) Perluasan Tahanan Rele Mho Polarisasi Silang Parsial Pada Berbagai Nilai S.I.R. Gambar 5.18: Karakteristik Polarisasi Silang Parsial
1
Level yang dipilih harus cukup untuk menyediakan kemampuan pengendali arah yang handal termasuk dengan hadirnya gangguan transien pada trafo tegangan CVT yang sangat dekat dan juga menggunakan seleksi gangguan fasa yang handal. Secara umum dapat dikatakan bahwa dengan menggunakan polarisasi silang parsial, kerugian karakteristik rele dengan polarisasi silang penuh dapat dihindarkan, dengan tetap dapat mempertahankan keuntungan-keuntungan yang ada pada sistim dengan polarisasi silang penuh, khususnya dalam mengatasi gangguan-gangguan yang sangat dekat pada gardu induk. Gambar 5.18 menunjukkan karakteristik khas (tipikal) yang dapat dihasilkan dengan menggunakan teknik polarisai parsial untuk berbagai harga 1,11 SIR yang berbeda-beda . 5.5.9 Rele Jarak Quadrilateral Dengan majunya kemampuan perangkat lunak yang terdapat pada rele-rele numeris berbasis mikroprosessor telah memungkinkan sebuah rele menjadi sangat fleksibel dengan tingkat ketersediaan yang baik dimana sebuah rele jarak dengan berbagai karakteristik dapat dibuat dalam satu kemasan yang bisa diatur sesuai dengan kebutuhan. Karakteristik quadraliteral suatu rele jarak dibentuk dengan empat elemen pengukuran yaitu satu elemen pengukur reaktansi yang dicirikan sebuah garis lurus paralel dengan sumbu absis dan dua elemen pengukur tahanan yaitu satu garis sebelah kiri dan satu garis lurus sebelah kanan dan yang ke empat adalah elemen
158
direksional yaitu garis lurus bawah seperti dapat ditunjukkan seperti pada Gambar (1,26) 5.19 . Disini Zone 1 dan Zone 2 dipolarisasi maju sedang Zone 3 juga dipolarisasi maju namun mencakup gangguan-gangguan yang terjadi sedikit dibelakang rele. Perlu dicatat bahwa sebuah rele jarak dengan karakteristik quadraliteral ini dapat menghasilkan cakupan tahanan yang lebih baik ketimbang cakupan yang dapat diperoleh pada karakteristik jenis mho khususnya pada saluran transmisi yang pendek. Hal tersebut sangat berguna dalam pengukuran impedansi gangguan tanah yang secara bersama-sama dengan tahanan busur api dapat menghasilkan nilai tahanan gangguan tanah yang tinggi yang dapat menyebabkan kesalahan pengukuran jarak jenis mho. Untuk menghindari kesalahan yang lebih besar pada daerah akurasi capaian rele, biasanya diberlakukan capaian tahanan maksimum (maximum resistive reach) dalam capaian zone impedance reach. X Zone 3
C Zone 2
B
A
Zone 1
Zone 1
&2
R
Zone 3 R Z1 R Z2 R Z3
Gambar 5.19. Karakteristik Quadrilateral Tiga Zone Dengan Masing-masing Dipolarisasi Maju Tetapi elemen-elemen quadrilateral pada saluran capaian reaktansi murni (plain reactance reach lines) dapat menimbulkan kesalahan pada gangguan tanah yang bersifat resistif dimana sudut total arus gangguan berbeda dari sudut arus yang terukur oleh rele. Hal ini bisa terjadi misalnya karena sumber tegangan lokal maupun vektor tegangan remote berada pada fasa yang berbeda satu sama lain sesuai kondisi arah aliran daya sebelum gangguan. Untungnya kekurangan ini dapat di atasi dengan alternatif lain yaitu dengan menggunakan sudut fasa arus (tanpa memperhatikan perbedaan sudut fasa tegangan) untuk mempolarisasi capaian reaktansi saluran. Pada prakteknya rele jarak dengan karakteristik impedansi poligonal ini sangat fleksibel terutama dalam hal cakupan gangguan impedansi baik untuk gangguan fasa maupun gangguan tanah. Saran-saran maupun fasilitas-fasilitas yang perlu diperhatikan dalam rangka mempertinggi tingkat akurasi capaian impedansi rele jarak quadrilateral dapat di rujuk pada buku-buku manual rele yang bersangkutan. 5.5.10 Rele Bloking Ayunan Daya Ayunan daya adalah kondisi perubahan aliran daya yang terjadi ketika tegangantegangan generator pada berbagai lokasi pada suatu sistim tenaga listrik bergeser dan
159
berbeda satu sama lain yang bisa mengakibatkan terjadinya perubahan arah dan besarnya aliran beban. Perubahan aliran daya akibat ayunan daya ini dapat diartikan sebagai adanya perubahan impedansi sistim. Perubahan impedansi pada prakteknya akan bergerak mengikuti lengkung ayunan daya dari impedansi beban normal ke daerah karakteristik kerja rele. Untuk memberi kesempatan pada sistim yang mengalami ayunan daya transien bisa kembali kekondisi stabil maka sebuah rele jarak harus dilengkapi dengan perangkat blinder yang dapat digunakan agar rele jarak tersebut tidak tanggap terhadap ayunan daya tersebut. Arah pergerakan impedansi bisa terjadi dari kanan ke kiri atau dari kiri kekanan tergantung pada kondisi beban (leading atau lagging) normal saat terjadi ayunan daya seperti kedua garis yang mengapit garis impedansi saluran terlihat pada (1,5) Gambar 5.20 . Untuk mengatasi kemungkinan trip pada ayunan daya transien, biasanya rele jarak dilengkapi dengan perangkat untuk memblokir ayunan daya yang disebut blinder dengan karakteristik seperti dua garis sejajar pada gambar. Namun pada saat terjadinya ayunan daya (power swing) yang sulit pulih ke-kondisi normal, maka cara yang bisa dilakukan untuk mempertahankan stabilitas sistim adalah dengan cara mentrip sumber ayunan daya tersebut. Pada dasarnya, pemisahan sistim harus dilakukan sedemikian rupa sehingga kapasitas sumber dan jumlah beban yang terhubung pada kedua sistim yang akan terpisah tetap dapat dipertahankan berimbang. Dalam arti jumlah daya yang dibangkitkan paling tidak sama atau lebih besar dari beban yang harus dilayani. Jenis gangguan seperti diatas secara umum tidak dapat dikenali dengan jelas oleh rele proteksi jarak biasa. Namun sebagaimana telah disinggung diatas untuk menghindari tripping berkelanjutan (cascaded) kadang-kadang perlu juga dibuat rele jarak tidak bekerja (bloking) yaitu baik selama terjadi ayunan daya stabil maupun tidak stabil transien. Mekanisme pemecahan (islanding) sistem dari kemungkinan ayunan daya yang tidak stabil, dimulai dengan bekerjanya skema proteksi tripping out-of-step dengan elemen pengukur impedansi ohm. Elemen impedansi ohm membagi diagram impedansi R/X kedalam tiga daerah, A, B dan C. Ketika impedansi berubah pada saat terjadinya ayunan daya dan memotong salah satu garis blinder maka rele tidak langsung bekerja. Namun kalau perubahan impedansi terus berlangsung hingga memasuki daerah (Zone A ke Zone B dan terus ke Zone C atau sebaliknya) tripping maka unit-unit ohm akan beroperasi setahap demi setahap mengikuti perkembangan sistim sampai akhirnya bisa trip untuk mengisolir sumber ayunan daya. Tripping akan terjadi pada sudut sistim yang pas untuk pemadaman busur api sehingga resiko terjadinya gejala lompat balik pada kontakkontak PMT (restriking) dapat dihindari. Karena hanya satu kondisi power swing yang tidak stabil yang dapat menyebabkan vektor impedansi bergerak berturut-turut melewati ketiga daerah tersebut, maka pada jenis-jenis gangguan sistim tenaga lainnya elemen-elemen tersebut didisain untuk tidak akan bekerja. Mengenai mekanisme pemblokiran tripping terhadap ayunan daya dapat dilihat pada Bab 5.9.6.
160
X H
Locus perubahan impedansi akibat ayunan daya
Impedansi Saluran
Zone C Zone B
Zone A
G
R
Garis blinder paralel dengan impedansi saluran
Gambar 5.20. Karaktersitik Tripping Of Out-Of-Step 5.5.11 Karakteristik Lainnya Waktu eksekusi pada teknik proteksi jarak tradisional dengan menggunakan quadrilateral atau sistim lain yang mempunyai karakteristik yang sama dapat berlangsung dengan waktu operasi yang relatif lama, misalnya 40 ms. Untuk mengatasi kelambatan tersebut, para pabrikan rele jarak numeris telah mengembangkan algoritma-algoritma alternatif sehingga perhitungan-perhitungan dapat dieksekusi secara lebih cepat. Algoritma-algoritma tersebut umumnya didasarkan pada kemampuan mendeteksi perubahan arus dan perubahan tegangan yang melebihi perkiraan. Algoritma ini dibuat untuk mendeteksi gangguan dengan cara membandingkan nilai arus dan tegangan yang diukur dengan nilai yang dicuplik (sampled) sebelumnya. Jika tingkat atau derajat perubahan antara sample-sample tersebut melampaui jumlah yang sudah didefenisikan sebelumnya, maka kondisi tersebut dapat digunakan sebagai tanda adanya gangguan yang diikuti dengan melakukan perhitungan jarak gangguan. Bila hasil perhitungan jarak gangguan berada dalam capaian Zone rele, maka perintah trip bisa dilakukan secara lebih dini. Dengan menggunakan mekanisme ini proses perhitungan gangguan dapat dieksekusi dengan kecepatan relatif lebih cepat dibandingkan dengan algoritma rele jarak konvensional. Seleksi gangguan fasa dapat dilaksanakan dengan cara membandingkan indikasi-indikasi perubahan besarnya tegangan dan perubahan besarnya arus fasa-fasa terkait . Rele-rele numerik yang dilengkapi dengan cara dan mekanisme pendeteksian tingkat perubahan arus biasanya juga mampu mengeksekusi perhitungan jarak proteksi konvensional secara paralel. Tetapi perlu dicatat bahwa tidak semua jenis gangguan khususnya gangguan tahanan tinggi yang termasuk diperhitungkan dalam kriteria deteksi gangguan dengan algoritma tingkat perubahan kenaikan arus tersebut. Karakteristik lain yang perlu diperhatikan pada sebuah rele jarak adalah sensitifitas kerja rele yang tergantung dari tegangan minimum Vm dimana rele dapat bekerja secara akurat. Disamping itu hal yang sangat penting adalah untuk memastikan bahwa
161
trafo arus yang digunakan harus mampu melakukan arus gangguan maksimum pada daerah kerja Zone 1. Dalam hal ini tegangan lutut trafo arus V k paling sedikit harus sama dengan jumlah tegangan drop pada arus maksimum yang dapat mengalir rangkaian sekunder. 5
Dalam prakteknya besarnya Vk bisa dihitung dengan menggunakan rumus berikut . .........5.23 Dimana, adalah tahanan kumparan sekunder trafo arus, adalah tahanan kabel-kabel penghubung dan adalah tahanan kumparan rele yang biasanya kecil dan sering bisa diabaikan.
5.6
KONSTRUKSI RELE JARAK
Meskipun sebuah rele jarak hanya merupakan sebuah perangkat pengukur impedansi yaitu suatu perangkat pembanding tegangan dan arus, namun mengingat beragamnya jenis gangguan dan parameter pengukuran yang harus dilakukan maka dalam praktek realnya konstruksi sebuah rele jarak tidaklah sederhana. Hal tersebut misalnya karena sebuah rele jarak harus mampu melakukan pengukuran-pengukuran impedansi pada berbagai kondisi sebagai berikut : 1.
Besar arus dan tegangan dimana rele tidak dapat melihat semua arus yang menghasilkan tegangan gangguan.
2.
Berbagai lingkar sirkit impedansi gangguan atau loop fault impedance yang harus diukur.
3.
Jenis gangguan.
4.
Besarnya tahanan gangguan.
5.
Kesimetrian impedansi saluran.
6.
Konfigurasi saluran transmisi (single, double atau banyak terminal).
Untuk mendapatkan sebuah rele jarak yang efektif maka dalam prakteknya tidak mungkin dapat mengabaikan faktor-faktor tersebut dan melakukan penyederhanaan dengan menyamakannya untuk semua kondisi operasi yang mungkin terjadi. Para perancang proteksi sistim tenaga listrik terus berusaha untuk memperoleh sebuah rele dengan perangkat keras maupun perangkat lunak yang dapat membeda-bedakan dan melakukan pengukuran-pengukuran dengan tingkat keberhasilan dan ketelitian sebaik-baiknya. Misalnya sebuah rele jarak biasanya dilengkapi dengan berbagai elemen-elemen pengukuran jarak, modul-modul logika dan algoritma-algoritma perhitungan kapan pengukuran harus dimulai (unit starting) yang semuanya disusun dan digabungkan untuk mendapatkan tingkat ketelitian dan keandalan yang tinggi. Elemen pengukur jarak yang dapat menghasilkan karakteristik impedansi yang tepat seperti telah diuraikan pada bagian 5.5. Dalam praktek terdapat berbagai jenis rele jarak dengan kecepatan operasi yang berbeda-beda yang perlu dipilih sesuai kebutuhan tanpa melupakan pertimbangan biaya yang berhubungan dengan perangkat keras rele, perangkat lunak dan kapasitas rele yang dibutuhkan.
162
Jenis rele jarak yang paling umum dan banyak dijumpai antara lain adalah: a.
Rele yang dilengkapi dengan elemen pengukur tunggal setiap fasa, sehingga ketiga elemen dapat mencakup semua kesalahan-kesalahan fasa.
b.
Biasanya terdapat perangkat kendali untuk mengaktifkan elemen pengasut (starter) untuk mengenali fasa yang mana yang mengalami gangguan. Elemen pengasut ini akan mengaktifkan elemen pengukur tunggal atau modul (algoritma) pengukur impedance gangguan yang paling tepat. Karena menggunakan elemen pengukur tunggal yang bisa digunakan untuk berbagai pengukuran jenis gangguan maka sistim Ini biasanya dikenal dengan switched distance rele.
c.
Terdapat seperangkat elemen pengukur impedansi untuk tiap sirkit impedansi dengan fasilitas setelan capaian masing-masing yang meningkat secara progressif dari setelan capaian satu daerah ke setelan capaian daerah lainnya. Peningkatan daerah cakupan dilengkapi dengan pewaktu (timer) yang akan ter-inisialisasi oleh elemen starter secara otomatis. Ini biasanya dikenal dengan reached-stepped distance rele.
d.
Tiap elemen pengukur zone gangguan biasanya dilengkapi dengan pasanganpasangan elemen pengukuran yang saling independen untuk setiap sirkit lingkar impedansi gangguan. Sistim ini dikenal sebagai full distance scheme, yang merupakan sistim yang mampu menghasilkan kinerja tertinggi khususnya dalam hal kecepatan maupun dari segi fleksibilitas.
Tergantung dari jenis-jenis gangguan, karakteristik dan setelan-setelan perlindungan berbeda-beda pula. Setiap gangguan dalam prakteknya harus diperlakukan secara khusus dan terpisah satu sama lain. Secara teoritis untuk mendapatkan suatu rele jarak konvensional yang mempunyai tiga zone proteksi dan mampu berespons terhadap semua jenis gangguan akan membutuhkan 4 (empat) detektor dan 18 (delapan belas) elemen pengukur impedansi. Pada teknologi elektromekanik, tiap elemen pengukuran memiliki rumah rele yang terpisah dari boxnya masing-masing. Dengan demikian suatu rele jarak terdiri dari panel-panel yang dibutuhkan untuk menempatkan rele-rele dan elemen-elemen pengukuran sekaligus untuk melakukan perkabalen interkoneksi yang dibutuhkan. Gambar 5.21 menunjukkan contoh rangkaian rele jarak elektromekanik yang relatif sangat sederhana namun biasanya membutuhkan ruang dan panel-panel yang relatif banyak, sementara itu dapat dilihat blok diagram suatu rele Jarak numerik seperti 11 dapat dilihat pada Gambar 5.22, umumnya tidak membutuhkan ruang yang besar . Pada rele konvensional kerja rele langsung dilakukan dengan membandingkan tegangan dan arus yang hasilnya dapat digunakan untuk menarik jangkar rele untuk memberikan perintah trip. Tidak seperti pada rele jarak konvensional, pada rele numeris, perangkat keras unit pengasut (starter) tidak dibutuhkan lagi sebab sudah bisa dilakukan dalam perangkat lunak. Rele jarak numeris dibuat hanya dalam satu
163
unit modul rele yang bisa dipasang dalam panel secara sederhana karena tidak memerlukan ruang yang luas seperti pada konstruksi rele elektromekanis terdahulu. Secara umum kosntruksi rele numeris terdiri dari modul-modul yang dapat dibagi-bagi atas beberapa blok yang tidak semua dapat diperlihatkan dalam Gambar 5.22 dibawah. Tetapi pada umumnya modul-modul tersebut terdiri dari modul input pengukuran arus dan pengukuran tegangan yang berfungsi untuk menurunkan besaran arus maupun tegangan ke harga yang lebih kecil sehingga dapat diproses secara elektronis. ZL ZF
Sumber R
~
beban
IF iF
Gangguan
VF
VF
VF = IF ZF Ke rangkaian tripping
Rele Kumparan restraint
Kumparan kerja
Gambar 5.21 : Rangkaian Rele Jarak Elektromekanis Comms between main & coprocessor board
FPGA
Alarm, event, fault & maintenance
Present values of all settings
Battery backed-up SRAM
CPU code & data, setting database data
Default settings & parameters, language text software code
CPU code & data
SRAM
Serial data bus (sample data)
SRAM
Opto-ilsolatedinputs
Input board
Digital input values
Current & voltage inputs (6 to 8)
CPU
Power supply (3 voltages), rear comms data
Timing data
Main processor board IRIG-B board (optional)
IRIG-B signal
Fibre optic rear comms part optional
Relay board
Power supply, rear comms, data, output relay status
Power supply board
Opto-ilsolatedinputs
Output relay contacts (x14 or x21)
Gambar 5.22: Modul-modul Rele Jarak Numeris
164
Transformer board
RS232 Front comms port Parallel test port
LEDs
ADC
Flash EPROM
Parallel data bus Front LCD panel
Analogue input signals
CPU
Coprocessor board
E² PROM
Digital input (x8 or x16)
Power Watchdog Field Rear RS485 supply contacts voltage communication port
Sebelum diproses lebih lanjut besaran-besaran yang sudah diperkecil ditapis melalui filter lalu frekuensi rendah (low pass filter) sehingga semua komponen-komponen frekuensi tinggi yang mungkin tercampur pada sinyal-sinyal yang diukur dapat dibuang dan tidak menjadi sumber kesalahan pengukuran. Besaran-besaran yang sudah difilter, kemudian di sample dan disimpan (sample and hold) dengan rangkaian sampling dengan frekuensi sampling yang ditentukan sesuai dengan kriteria ketelitian yang diinginkan. Sesuai kriteria Nyquist biasanya sampling dilakukan pada kecepatan 8000 sampling per detik tergantung tingkat ketelitian yang diinginkan. Setiap nilai signal yang disampling kemudian di input ke rangkaian konverter untuk diskalakan sesuai kebutuhan. Modul penguat terprogram disediakan untuk bisa diset sesuai dengan jangkauan pengukuran arus yang bisa berubah drastis mulai dari hanya beberapa amper hingga mencapai ribuan amper. Besaran-besaran sampling arus dan tegangan yang sudah diterima penguat terprogram kemudian dikonversikan kedalam bentuk dijital sebelum akhirnya diolah, diproses, dikondisikan, dihitung dikomunikasikan dengan perangkat lain dan ditampilkan oleh mikro prosessor sesuai dengan fungsi masing-masing rele jarak. Data-data hasil proses rele-rele numeris dapat diolah secara fleksibel sehingga karakteristik rele jarak tersebut dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan. Misal sebagai rele jarak jenis impedansi Mho, Quadrilateral, jajaran genjang dan sebagainya sesuai dengan kebutuhan karakteristik proteksi yang diperlukan 5.6.1 Jenis-Jenis Pengasut Rele Jarak Sebagaimana telah disinggung pada bab-bab sebelumnya, suatu rele jarak statis maupun numeris pada prakteknya dibuat dengan menggunakan hanya satu perangkat ukur yang dapat di switch secara otomatis untuk mengukur impedansi setiap fasa yang mengalami gangguan. Rele jarak jenis ini disebut switched distance relay. Disamping faktor ekonomis alasan penggunaan rele jarak jenis switched distance relay ini adalah untuk mengurangi dimensi rele sehingga menjadi lebih ramping dan praktis. Namun pada sistim-sitim ektra tinggi dimana faktor keandalan dan keamanan sangat tinggi maka konstruksi rele jarak yang digunakan sering masih menggunakan elemenelemen yang berdiri sendiri. Rele numeris yang digunakan pada sistim tegangan tinggi (150 kV), biasanya adalah jenis switched distance relay yang mempunyai hanya satu elemen pengukuran. Elemen pengukuran tersebut dilengkapi dengan unit pengasut (starter) yang fungsinya melakukan pendeteksian fasa gangguan sekaligus untuk mengaktifkan perangkatperangkat pewaktu zone 1, zone 2 dan zone 3. Elemen pengukur akan terhubung dengan loop impedansi gangguan sesuai jenis gangguan melalui semacam crossbar switch atau perangkat lunak dimana koneksi elemen pengukur tersebut akan terjadi secara otomatis sesuai dengan jenis gangguan yang ditentukan oleh unit pengasut. Jenis elemen pengasut yang paling umum adalah pengasut dengan menggunakan elemen arus lebih, elemen pengukuran impedansi kurang dan atau tegangan kurang.
165
Terdapat beberapa teknik pemilihan elemen pengasut untuk mendeteksi fasa yang terganggu, yang kemudian dapat digunakan untuk menggerakkan elemen pengkuran jarak hingga dapat membangkitkan perintah tripping terhadap kawat fasa yang terganggu seperti antara lain sebagai berikut. a.
Dengan cara pembandingan arus, yaitu membandingkan tingkat perubahan arus antara arus beban sebelum gangguan (pre-fault) dan arus gangguan. Cara ini menghasilkan pendeteksian fasa-fasa yang terganggu secara sangat cepat, dimana sampling terhadap arus analog input dilakukan secara minimal.
b.
Mendeteksi tingkat perubahan besarnya tegangan.
c.
Mendeteksi tingkat perubahan besarnya arus.
Detektor penentuan fasa yang terganggu rele numeris mempunyai kecepatan yang lebih baik dari cara konvensional seperti yang digunakan pada rele electromekanikal atau rele jarak statis. Koreksi atau kompensasi (finalti) waktu tidak perlu diberikan karena seleksi fasa dan algoritma pengukuran jarak berjalan secara paralel. Pada rele numeris mutakhir sudah dimungkinkan untuk membangun suatu rele jarak yang dapat melakukan fungsi skema proteksi yang lengkap yang bisa dikostumisasi. Algoritma penentuan dan seleksi fasa digunakan untuk menentukan fasa mana yang mengalami gangguan, sedang algoritma pengukur dilakukan tersendiri untuk masingmasing gangguan fasa ke tanah dan fasa ke fasa (AN, BN, CN, AB, BC, CA) sehingga satu rele numeris dapat mencakup semua kebutuhan operasi. Pada kondisi-kondisi tingkat proteksi tertentu ada juga rele numeris yang dibuat lebih sederhana dimana perangkat lunak yang dibutuhkan tidak terlalu memerlukan persyaratan yang tinggi sehingga harganya relatif lebih murah dari pada rele lain yang mempunyai fungsi dan mempunyai cakupan lengkap untuk semua kondisi gangguan. Pilihan elemen pengasut tergantung pada parameter-parameter sistem tenaga seperti besarnya beban maksimum yang perlu ditransfer dari satu saluran yang terganggu ke saluran lain dalam kaitannya dengan capaian maksimum yang dibutuhkan dan juga tergantung dari sistim pentanahan sistim tenaga tersebut. Pertimbangan yang diperlukan pada pengasut arus lebih antara lain adalah kondisi pembangkitan minimum dimana setelan rele arus lebih harus cukup peka untuk mampu mendeteksi gangguan diluar zone ketiga. Lagipula perangkat pengasut ini harus cukup peka dan mempunyai rasio drop-off dan pick-up yang tinggi pada kondisi transfer beban maksimum terutama pada gangguan-gangguan yang terjadi pada daerah Zone 3. Kondisi-kondisi yang perlu dipenuhi agar kerja elemen pengasut (starter) arus lebih dalam skema rele jarak jenis switched distance relay antara lain adalah:
166
a.
Setelan arus stater arus lebih harus tidak kurang dari 1.2 kali arus beban maksimum dari saluran dilindungi.
b.
Arus minimum gangguan sistim tenaga untuk gangguan pada capaian Zone 3 dari rele jarak harus tidak kurang dari 1.5 kali setelan over current stater.
Jenis pengasut arus lebih tidak bisa digunakan pada sistem tenaga yang ditanahkan pada banyak tempat dimana netral trafo daya ditanahkan langsung atau pada sistem tenaga dimana arus gangguan lebih kecil atau kurang dari arus beban penuh saluran yang dilindungi. Jenis pengasut yang digunakan pada sistim pentanahan dan kondisi arus gangguan yang lebih kecil dari arus beban penuh adalah jenis impendansi kurang.
5.7
IMPEDANSI SUMBER DAN METODA PENTANAHAN
Kemampuan suatu rele jarak ditentukan oleh kemampuan rele tersebut untuk mengukur jarak titik gangguan secara akurat. Oleh karena itu perangkat sistim pengukuran dengan tingkat akurasi yang baik perlu dilengkapi dengan instrumeninstrumen pengukuran yang dapat menghasilkan besaran-besaran yang dapat digunakan untuk perhitungan jarak dengan tepat. Dalam kenyataannya, perbandingan tegangan dan arus saja ternyata tidak cukup untuk mendapatkan suatu sistim rele proteksi yang handal. Perbandingan tegangan dan arus tersebut masih perlu dilengkapi dengan perangkat-perangkat kompensasikompensasi tertentu yang diperlukan sehingga rele tersebut bisa beroperasi dengan stabil dan selektif terhadap gangguan-gangguan yang harus diproteksi. Dalam analisa gangguan-gangguan dikenal analisa komponen simetris yang dapat digunakan untuk menganalisis parameter-parameter sistim tenaga dalam kondisi gangguan-gangguan yang tidak seimbang. Studi sistim pentanahan dan gangguan-gangguan dapat memperlihatkan pengaruh besarnya impedansi sumber dan impedansi pentanahan yang dapat mempengaruhi parameter-parameter kerja rele yang sangat perlu diperhatikan pada waktu perancangan maupun pada waktu penerapan rele dilapangan. Dibawah ini akan dibahas berbagai cara pengukuran impedansi pada waktu terjadinya gangguan fasa maupun gangguan tanah yang ditentukan oleh impedansi sumber dan metoda pentanahan jaringan sistim tenaga listrik. 5.7.1 Pengukuran Impedansi Gangguan Fasa Gambar 5.23 memperlihatkan hubungan arus dan tegangan pada berbagai jenis gangguan yang berbeda-beda. Impedansi ZS1 dan ZL1 berturut-turut adalah impedansi urutan positip sumber dan impedansi urutan positip saluran dilihat dari letak titik rele. Dengan demikian dapat dipahami bahwa arus-arus dan tegangan-tegangan gangguan dua fasa yang terasa pada rele akan tergantung juga pada impedansi sumber dan impedansi saluran sesuai dengan relasi yang diperlihatkan dalam Gambar 5.26. Namun dengan menerapkan perbedaan tegangan-tegangan fasa pada rele bisa juga 1,3,8 digunakan untuk menghilangkan faktor Zs1 seperti contoh berikut : (untuk gangguan 3 fasa) (untuk gangguan 2 fasa)
167
Jenis-jenis gangguan antara lain adalah: (a) Gangguan Satu Fasa Ke Tanah (A-E). (b) Gangguan Tiga Fasa ke Tanah (A-B-C atau A-B-C-E). (c) Gangguan Dua Fasa Ke Tanah (B-C-E). (d) Gangguan Fasa Ke Fasa (B-C). F
A Va
B Ic
Ib
Ia
Vb
C Vc
Va = 0 Ic = 0 Ib = 0
(a) Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah (A-E) F
A Va
B Ic
Ib
Ia
Vb
C Vc
Va = Vb = Vc =0 Ia + Ib + Ic =0
(b) Hubung Singkat Tiga Fasa ke Tanah (ABC-E) F
A Va
B Ic
Ib
Ia
Vb
C Vc
Vc = 0 Vb = 0 Ia = 0
(c) Gangguan Dua Fasa ke Tanah (BC-E)
168
F
A Va
B Ic
Ib
Ia
Vb
C Vc
Ia = 0 Vb = Vc Ib = -Ic
(d) Gangguan Dua Fasa (B-C) Gambar 5.23: Hubungan Tegangan Dan Arus Pada Berbagai Jenis Gangguan Elemen pengukuran jarak pada umumnya dikalibrasi pada harga dan besarnya impedansi urutan positip. Pengukuran kedua gangguan fasa-fasa dan gangguan tiga fasa dilakukan dengan memasok masing-masing elemen pengukuran fasa-fasa dengan tegangan fasa-fasa dan arus fasa yang sesuai. Dengan demikian, untuk elemen B-C, 1,3,8 pengukuran arus akan menjadi : (gangguan tiga fasa) (gangguan dua fasa) Dimana rele akan mengukur ZL1 pada setiap kejadian gangguan. Besaran Gangguan
Tiga Fasa (A-B-C)
Dua Fasa (B-C) 0
dan
Catatan : adalah tegangan dan arus pada lokasi rele
Gambar 5.24: Hubungan Arus Dan Tegangan Fasa Pada Rele Untuk Gangguan Tiga Fasa dan Gangguan Fasa ke Fasa 5.7.2 Pengukuran Impedansi Gangguan Tanah Kalau terjadi gangguan suatu fasa ke tanah, tegangan fasa ke tanah pada lokasi gangguan tersebut adalah nol. Disini terlihat bahwa tegangan jatuh terhadap
169
gangguan adalah perkalian antara arus gangguan dan impedansi saluran. Namun arus dalam sirkit gangguan tergantung pada banyaknya titik pentanahan, metoda pentanahan dan impedansi urutan pada sirkit gangguan. Untuk mendapatkan hasil pengukuran dengan tingkat akurasi yang baik dan benar maka faktor-faktor tersebut sesungguhnya harus ikut diperhitungkan. Tegangan drop pada gangguan adalah jumlah tegangan-tegangan urutan antara titik rele dan titik gangguan. Tegangan drop pada gangguan dan arus sirkit gangguan adalah: ........5.24 .........................5.25 Dan arus sisa
di titik rele dapat dihitung dari persamaan berikut: ...............5.26
Dimana adalah arus fasa-fasa di titik rele. Dari penguraian diatas, tegangan pada titik rele dapat dinyatakan dalam terminologi-terminologi dan 1 parameter-parameter berikut : 1. 2.
Arus fasa di titik rele. Rasio impedansi urutan nol dan impedansi urutan positip saluran,
3.
Impedansi urutan positip saluran transmisi
: .............5.27
Lokasi Rele F 1
A B
0
C
0
Catu Daya / Sumber A B C 1
1
dimana (a) Sistem yang ditanahkan hanya satu titik dibelakang rele Lokasi Rele A
1
F 2
Catu Daya / Sumber A
B
1
1
B
C
1
1
C
3
3
(b) Sistem yang ditanahkan hanya satu titik di depan rele
170
,
Lokasi Rele
2
Catu Daya / Sumber A
1
1
B
1
1
C
A
1
B C 3
F
3
(c) Seperti pada (b) tetapi rele berada pada ujung penerima Gambar 5.25: Pengaruh Infeed dan Konfigurasi Pentanahan Pada Pengukuran Jarak Gangguan Sebagaimana sudah disebut sebelumnya, besarnya tegangan yang dirasakan rele, bervariasi sesuai dengan jumlah sumber (infeed), metoda sistim pentanahan dan posisi letak rele terhadap sumber (infeed) dan titik pentanahan sistim. Gambar 5.25 menggambarkan ke tiga kemungkinan komposisi gangguan-gangguan yang dalam prakteknya dapat terjadi pada kondisi sumber tunggal. Pada Gambar 5.25(a), arus fasa yang sehat adalah nol, sedemikian sehingga arus fasa I a, Ib dan Ic mempunyai pola 1 1-0-0. Impedansi yang dilihat rele dengan membandingkan I a dan Va adalah : ...............… 5.28 Pada Gambar 5.27(b), arus yang memasuki gangguan dari cabang rele mempunyai distribusi 2-1-1, maka: .......................................5.29 Di (dalam) Gambar 5.27(c), arus fasa mempunyai distribusi 1-1-1 dan karenanya: ......................................5.30 Jika pada kedua ujung saluran terdapat sumber-sumber (infeeds) dengan magnituda tertentu yang cukup signifikan, maka impedansi yang diukur akan merupakan superposisi kedua harga impedansi diatas. Analisa ini menunjukan bahwa rele hanya dapat mengukur satu impedansi yang tidak tergantung pada sumber dan komposisi pentanahan apabila komponen pada persamaan arus residual ditambahkan pada arus fasa . Teknik ini dikenal sebagai teknik kompensasi arus residual. Kebanyakan rele jarak mengkompensasi gangguan tanah dengan menggunakan impedansi tiruan tambahan ZN pada sirkit pengukuran. Sedangkan impedansi tiruan fasa Z 1 dialiri arus fasa pada titik rele dan ZN dialiri sepenuhnya oleh arus residual. Harga setelan ZN yang diperlukan dapat diatur sesuai dengan letak gangguan tanah yang terjadi pada titiktitik capaian sepanjang saluran. Kondisi ini digambarkan dengan mengambil gangguan fasa ke tanah A-N sebagai referensi dengan satu titik pentanahan di belakang rele seperti terlihat pada Gambar 5.25(a). Tegangan yang dipasok trafo tegangan VT’S adalah:
171
Tegangan pada terminal impedansi tiruan;
Dan karena
dan
maka;
Disini, setelan ZN yang diperlukan untuk balans di titik capaian diberi dengan menyamakan kedua persamaan diatas: ......................5.31 ................ 5..32 Dengan impedansi tiruan diset ke harga maka elemen pengukuran tanah akan mampu mengukur impedansi gangguan secara tepat, tanpa memperdulikan berapa jumlah jaringan pasokan yang masuk (infeeds) dan titik-titik pentanahan pada sistim tersebut.
5.8
PERSOALAN-PERSOALAN APLIKASI RELE JARAK
Sebagaimana telah sering disingung-singgung sebenarnya rele jarak numeris mutakhir sudah sangat berkembang dan telah mengalami banyak kemajuan teknologi yang pesat dimana hampir semua kekurangan yang terdapat pada rele-rele konvensional sudah bisa diatasi ketingkat yang hampir ideal. Namun mengingat penerapan rele-rele numerik boleh dibilang relatif masih baru dan sementara itu masih banyak jaringan tenaga listrik yang menggunakan teknologi proteksi konvensional yang masih beroperasi dengan baik, maka berbagai persoalan dan keterbatasan aplikasi rele-rele jarak agaknya masih menarik untuk dibahas sebagaimana pada uraian-uraian berikut ini. 5.8.1 Tegangan Minimum Pada Terminal Rele Untuk mencapai ketelitian sesuai dengan pernyataan pabrik, rele jarak yang tidak menggunakan teknik memori tegangan, pada kondisi gangguan-gangguan membutuhkan tegangan minimum sehingga rele dapat bekerja dengan baik. Tegangan ini harus dapat dilihat pada data sheet (lembar data) rele tersebut. Dengan mengetahui impedansi urutan yang termasuk dalam jenis gangguan atau alternatif gangguan MVA bila ada kemungkinan perubahan konfigurasi jaringan, tegangan sistem dan arrangement pentanahan, besarnya tegangan minimum terminal rele (gangguan pada daerah capaian rele tersebut) yang timbul dapat dihitung (lihat buku-buku tentang analisa gangguan-gangguan). Dengan mengetahui tegangan tersebut berarti, kita hanya memerlukan pemeriksaan data rele, apakah tegangan minimum tersebut masih mampu untuk melakukan pengukuran secara akurat sesuai dengan aplikasi yang mau diterapkan.
172
5.8.2 Panjang Saluran Untuk menentukan panjang saluran minimum yang dapat dilindungi oleh suatu rele jarak, pertama-tama yang perlu dilakukan adalah memeriksa apakah tegangan minimum yang dibutuhkan rele untuk gangguan di capaian Zone 1 masih berada dalam skala sensitifitas yang tertulis di data sheet rele tersebut. Hal yang yang kedua, adalah bahwa impedansi saluran (bila perlu mengacu ke perbandingan nilai besar tegangan dan arus sekunder VT/CT) harus berada pada cakupan setelan tahanan (ohm) capaian rele zone 1. Untuk setiap saluran yang sangat pendek terutama untuk saluran kabel bawah tanah, bisa dijumpai bahwa impedansi sirkit gangguan bisa kurang dari cakupan setelan minimum rele itu. Dalam kasus demikian, diperlukan metoda proteksi alternatif yang lebih sesuai, misal dengan menggunakan rele diferensial. Sebagai alternatif untuk memproteksi saluran dapat juga dilakukan dengan menggunakan rele diferensial arus, terutama pada saluran yang panjangnya sangat pendek dimana pengadaan perangkat telekomunikasi secara khusus untuk keperluan intertripping pada skema rele jarak sudah terasa tidak ekonomis. Tetapi sebagaimana disebut diatas, sebenarnya rele-rele jarak numeris mutakhir telah mempunyai kisaran setelan impedansi yang sangat luas dan sensitifitas rele yang tinggi, sehingga hampir tidak ada pembatasan panjang minimum saluran yang bisa diproteksi. Walaupun demikian tetap harus dilakukan pengecekan dan studistudi sistim proteksi sebelum memutuskan pemilihan yang tepat. Sebagai catatan waktu mempertimbangkan gangguan tanah, perlu dipastikan bahwa impedansi sirkit gangguan tanah sudah ikut diperhitungkan. 5.8.3 Capaian Rendah Suatu rele jarak dikatakan mempunyai capaian rendah (under-reach) apabila impedansi real gangguan yang dirasakan oleh rele kurang dari impedansi capaian sesuai setelan yang diharapkan. Persentase capaian kurang atau under-reach didefenisikan sebagai berikut: ...........5.33 dimana: ZR= capaian rele yang diharapkan (setelan capaian rele). ZF= capaian efektif. Penyebab utama terjadinya capaian rendah (under reaching) adalah pengaruh arus gangguan infeed pada ujung remote saluran. Sebagai contoh sederhana dalam 1 memperagakan capaian rendah ini dapat digambarkan Gambar 5.26 berikut . Pada Gambar 5.26, karena ada arus IB infeed maka rele pada A tidak akan mengukur impedansi gangguan secara tepat khususnya pada segmen saluran Z C. Coba perhatikan setelan rele ZA + ZC. Untuk gangguan pada titik F, rele dihadapkan dengan impedansi: ................5.34
173
IB ZC
Sumber
IA + I B
~ A
xZC IA
F
Z< Titik Rele
Setting Rele : Capaian Rele Aktual Adanya Infeed Saluran Paralel :
Gambar 5.26: Pengaruh Infeed Busbar Remote Pada Capaian Rele Jarak Sehingga untuk keseimbangan rele: ................5.35 Dengan demikian maka capaian efektif adalah
Faktor
pada persamaan diatas memperlihatkan dengan jelas bahwa rele jarak
akan melihat impedansi pada posisi capaian rendah. Sebenarnya untuk mengatasinya dapat dilakukan secara relatif mudah dengan melakukan kompensasi yaitu dengan menaikkan setelan capaian 10 sampai 20% lebih tinggi dari nilai setelan awal sesuai hasil perhitungan. Tetapi kompensasi tersebut harus dilakukan berdasarkan pengalaman-pengalaman sebelumnya. Kalau dimungkinkan untuk dapat mengurangi besarnya infeed pada sisi remote sampai nol sehingga rele bisa mempunyai capaian lebih jauh mendekati atau lebih besar dari nilai impedansi realnya. Sebagai contoh, setelan Zone 2 untuk mencapai suatu jarak spesifik tertentu kedalam bagian saluran bersebelahan yang terhubung paralel, bisa berarti bahwa Zone 2 mencapai daerah diluar capaian Zone 1 dari proteksi saluran bersebelahan yang bekerja pada proteksi sirkit tunggal. Jika IB = 9IA dan capaian rele disetel untuk melihat gangguan pada F, maka dengan tidak hadirnya infeed remote, setelan rele efektif menjadi ZA+10ZC. Tapi perlu juga diperhatikan bahwa capaian maju yang lebih panjang jangan sampai menyebabkan tripping pada sirkit yang masih sehat khususnya untuk gangguan tanah pada arah terbalik (reverse). Lihat Bagian 5.9.5. 5.8.4 Capaian Lebih Suatu rele jarak disebut over-reach apabila impedansi real gangguan terlihat lebih besar dari setelan capaian impedansi gangguan yang diberikan pada rele. Presentase capaian lebih Over-Reach dapat digambarkan oleh persamaan berikut: ................5.36
174
Dimana: ZR = Setelan capaian rele. ZF= Capaian efektif. Sebuah contoh pengaruh capaian lebih over-reaching misalnya terdapat pada waktu rele jarak yang diterapkan pada saluran paralel dimana kedua ujung saluran disebelahnya sama-sama ditanahkan sebagaimana layaknya dilakukan pada waktu pemeliharaan saluran. Pengaruh capaian lebih timbul akibat adanya induksi bersama yang diakibatkan oleh arus induksi pada saluran yang kedua ujungnya ditanahkan khususnya pada waktu gangguan. Ini dapat dilihat pada Bab-bab lain yang terkait dengan proteksi jarak. Dalam praktek pengaruh capaian lebih dapat ditanggulangi dengan kompensasi misal 10 sampai 20% lebih rendah dari setelan impedansi sesuai hasil perhitungan. 5.8.5 Keterbatasan Capaian Lebih Ada keterbatasan pada setelan capaian maksimum yang dapat diterapkan pada rele jarak. Sebagai contoh, dengan mengacu pada Gambar 5.3, Zone 2 dari satu seksi saluran mestinya tidak mencapai daerah diluar cakupan Zone 1 dari rele bagian saluran berikutnya. Bilamana terdapat relasi antara setelan capaian maju dan cakupan resistip rele (Misal elemen rele Mho Zone 3), maka rele tersebut harus tidak beroperasi pada kondisi beban maksimum. Juga, jika capaian rele berlebihan, unit gangguan fasa ketanah yang sehat dari beberapa rele tertentu bisa cenderung beroperasi pada arah arus gangguan (reverse) yang besar. Namun kesulitan semacam ini hanya dijumpai pada rele-rele generasi lebih tua yang diterapkan pada saluran tiga terminal khususnya saluran yang mempunyai panjang tidak simetris secara signifikan. Pada rele-rele numeris yang saat ini sudah lebih maju sudah terdapat berbagai komponen dan fasilitas kompensasi dimana keterbatasan-keterbatasan tersebut sudah bisa diatasi dengan baik. 5.8.6 Bloking Ayunan Daya Ayunan daya adalah surja perubahan daya yang terjadi misalnya pada waktu pengisoliran arus gangguan hubung singkat, waktu menghubungkan sebuah generator ke dalam jaringan dalam keadaan tidak sinkron ataupun ayunan daya pada waktu terjadi pelepasan beban. Bloking ayunan daya adalah usaha untuk memblokir rele jarak sehingga tidak akan kerja pada waktu terjadinya ayunan daya yang sifatnya sementara tanpa mengganggu stabilitas sistim tenaga. Seperti sudah diuraikan pada Bab 5.6.10 terdahulu suatu ayunan daya bisa menyebabkan impedansi yang diunjukkan pada rele jarak bergerak dari daerah beban normalnya dan masuk kedalam daerah karakteristik kerja rele. Bisa dari kiri (leading) maupun dari arah kanan (lagging) tergantung dari kondisi pembebanan sebelum terjadinya ayunan. Dalam hal terjadinya ayunan daya yang masih pada taraf stabil, maka harus diupayakan agar rele jarak tidak boleh kerja hingga waktu tertentu untuk memberi kesempatan hingga sistim dapat pulih kembali normal. Untuk memenuhi kebutuhan
175
ini, kebanyakan proteksi rele jarak sistim saluran transmisi misalnya rele Quadramho sudah dilengkapi dengan fasilitas bloking ayunan daya. Meskipun terdapat perbedaan cara dan prinsip yang digunakan untuk mendeteksi ayunan mungkin berbeda-beda tergantung dari pabrik pembuat rele, tetapi pada prinsipnya dilakukan dengan cara yang sama yaitu dengan mengamati pergerakan hasil ukur tingkat kecepatan perubahan impedansi. Hasil ukur tingkat kecepatan tersebut dapat digunakan sebagai indikasi untuk membedakan ayunan daya dengan gangguan, sebab dalam prakteknya kecepatan perubahan impedansi akibat ayunan daya biasanya lebih lambat dari kecepatan perubahan impedansi yang terjadi pada waktu hubung singkat. Untuk lebih jelasnya, satu cara yang bisa digunakan untuk memblok gejala ayunan daya yang terjadi adalah dengan melihat tingkat perubahan pengukuran impedansi. Misalnya rele melihat impedansi yang diukur sudah masuk pada daerah kerja rele namun kalau tingkat perubahan impedansi tersebut relatif lambat, berarti masuknya impedansi tersebut kedalam daerah proteksi bukanlah karena arus gangguan. Cara ini dapat digunakan untuk memblok elemen-elemen kerja rele sehingga dapat terhindar dari kesalahan tripping. Bloking ayunan daya dapat diterapkan secara tersendiri pada masing-masing zone rele atau pada semua zone proteksi tergantung keperluan. Namun dalam prakteknya terdapat pilihan apakah fungsi deteksi ayunan daya tersebut perlu diaktifkan atau diblok tergantung pada moda operasi rele serta prosedur-prosedur proteksi yang ditentukan perusahaan. Terdapat berbagai teknik yang digunakan pada berbagai rancangan rele yang berbeda untuk mencegah terjadinya tripping yang bisa terjadi pada waktu terjadinya proses ayunan daya. Hal ini perlu diperhatikan terutama dalam pertimbangan-pertimbangan yang perlu dilakukan pada waktu penerapan skema-skema penutupan kembali khususnya pada waktu recloser fasa tunggal sedang bekerja mengisolir gangguan dan menutup kembali untuk pemulihan saluran menjadi sehat. Kriteria ayunan daya kritis ditentukan dari ukuran dan luasnya jaringan sistim tenaga listrik serta kebijakan perusahaan listrik. Beberapa perusahaan listrik menganggap keadaan-keadaan ayunan daya tertentu sudah kritis sehingga sistim perlu dipecah dan pada kondisi yang sama ada juga perusahaan yang menganggap ayunan daya tersebut masih berada pada batas-batas toleransi sehingga sistim tidak perlu dipecah. Bila diperlukan dapat juga digunakan sebuah rele khusus ayunan daya yang dilengkapi perangkat blinder. Sebagai alternatif, pemecahan jaringan dapat dilaksanakan dengan cara pembatasan lamanya waktu kerja rele jarak secara taktis dan tepat sehingga bisa digunakan untuk memblok tripping pada waktu terjadinya ayunan yang tidak perlu ditanggapi. 5.8.7 Kehilangan Sinyal Trafo Tegangan Salah satu kelemahan rele jarak adalah kesalahan yang bisa timbul pada waktu dia kehilangan sinyal tegangan. Biasanya rangkaian sekunder trafo tegangan selalu dilengkapi dengan sekring atau Mini Circuit Breaker yang berfungsi untuk mengamankan lilitan sekunder trafo tegangan dari gangguan-gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi.
176
Sebagaimana diketahui suatu rele jarak pada umumnya mempunyai: a.
Karakteristik offset self-polarised yang mencakup impedansi urutan nol pada diagram R/X.
b.
Polarisasi tegangan fasa yang sehat.
c.
Polarisasi tegangan dengan memori.
Perlu dicatat bahwa bila salah satu atau lebih tegangan masukan hilang akibat bekerjanya alat pengaman MCB VT atau sekring pengaman diatas, maka rele bisa mengartikan kehilangan tersebut sebagai gangguan yang bisa berujung terjadinya kesalahan salah operasi rele proteksi. Untuk mengatasi hal tersebut perlu dilakukan pengawasan tegangan masukan yaitu dengan menggunakan peralatan eksternal, misal dengan, rangkaian supervisi tegangan hilang atau sekaligus menyatukan alat pemantau tegangan tersebut secara terintegrasi dengan rele jarak itu sendiri. Terdapat beberapa cara untuk mendeteksi kehilangan sinyal tegangan apakah sebagai akibat gangguan atau akibat salah wiring seperti misalnya dengan mendeteksi hadirnya tegangan urutan nol atau urutan negatip yang tidak diikuti munculnya arus-arus urutan nol ataupun negatip. Atau dengan cara mendeteksi hilangnya tegangan yang diikuti dengan mendeteksi tingkat perubahan nilai arus dan dengan melengkapi kontak bantu yang bisa digunakan untuk mendeteksi posisi MCB. Dengan perangkat pemantau tegangan tersebut, maka rele dapat dihindarkan dari kerja tripping sia-sia yang tidak perlu terjadi. Untuk memudahkan operator maka setiap MCB VT selalu dilengkapi dengan kontak bantu yang bisa memberikan tanda alarm untuk setiap tripping MCB yang terjadi.
5.9
FITUR-FITUR LAIN
Pada umumnya rele-rele jarak numeris atau rele-rele komputer dijital telah dikembangkan dengan berbagai fasilitas tambahan tanpa mengurangi fungsi utamanya tetap sebagai rele proteksi. Fasilitas-fasilitas tambahan tersebut dimungkinkan dengan memanfaatkan berbagai fasilitas sinyal processing yang digunakan serta tersedianya berbagai fasilitas komputasi dimana berbagai teknik algoritma dan modeling dapat dilakukan untuk memudahkan berbagai perhitunganperhitungan lanjutan. Fasilitas-fasilitas tambahan suatu rele numeris biasanya dapat dilihat pada manualmanual dan spesifikasi teknik yang selalu diberikan pabrik baik secara berkala maupun sesuai dengan pengembangan-pengembangan yang telah mereka lakukan. Fasilitas tambahan yang terdapat pada hampir semua jenis rele numeris antara lain adalah; 1.
Penentuan lokasi gangguan.
2.
Fasilitas rele arus lebih sesaat (instantaneous).
3.
Fasilitas proteksi pencabangan saluran.
4.
Kelompok-kelompok setelan.
177
5.
Suvervisi dan pemantauan kondisi PMT.
6.
Suvervisi rangkaian trafo arus.
7.
Chek sinkronisasi.
8.
Event recording.
9.
Deteksi tegangan kurang dan tegangan lebih.
Kombinasi yang disajikan tergantung dari pabrikan dan perancang model rele terkait, tetapi fitur-fitur lain dapat dilihat pada tabel perkembangan tergantung dari kemajuan teknologi yang sedang tren yang biasanya dilaksanakan sesuai dengan berbagai permintaan maupun saran-saran dari berbagai pengguna berbagai sistim proteksi. Namun perlu dicatat bahwa fasilitas-fasilitas tambahan tersebut tidak selamanya merupakan faktor yang menunjukkan kelebihan rele-rele tersebut, sebab pada saluran transmisi tegangan ekstra tinggi, dimana diperlukan tingkat proteksi yang sangat cepat sehingga perhatian mereka lebih menekankan fungsi utamanya yaitu sebagai perangkat proteksi sistim tenaga listrik.
178
6. SKEMA PROTEKSI RELE JARAK 6.1
PENDAHULUAN
Karakteristik tangga waktu sebuah proteksi rele jarak konvensional dapat di ilustrasikan seperti terlihat pada Gambar 6.1 dibawah. Sebagaimana telah diketahui bahwa salah satu keterbatasan sistim ini adalah bahwa karakteristik proteksi Zone 1 pada masing-masing ujung saluran tidak dapat di set mencakup semua panjang saluran transmisi. Hal ini karena keterbatasan elemen-elemen pengukur jarak setelan Zone 1 hanya biasa di set mencapai 80% panjang saluran. Keterbatasan ini pada kenyataannya akan menyisakan adanya dua segmen saluran yang masing-masing sekitar 20% yang tidak dapat diproteksi sesuai dengan karakteristik Zone 1. Gangguan-gangguan yang terjadi pada segmen saluran ini bisa diamankan dengan waktu Zone 1 oleh rele proteksi pada masing-masing ujung transmisi dan dalam waktu Zone 2 (0.25 sampai 0.4 detik) oleh pengaman lain pada ujung lain transmisi. Zona Akhir Rele A Z3A Z2A Z1A Waktu
A
F
B
C
Z1B Z2B Z3B Zona Akhir Rele B
(a) Karakteristik Waktu Bertingkat Rele Jarak
-
+ Z1
Z2T
TR Kumparan Trip
Z3T
Z2
Z3
Z2T
Z3T Rele Pewaktu
(b) Rangkaian Urutan Tripping Gambar 6.1: Rangkaian Kendali Skema Proteksi Jarak Konvensional
179
Ada dua masalah yang mengharuskan perlunya mencari skema proteksi rele jarak yang pas sehingga keterbatasan capaian setelan Zone 1 tersebut dapat disempurnakan untuk mendapatkan sistim proteksi ideal sebagai diuraikan berikut ini: a.
Karena gangguan pada salah satu segmen yang tidak tercakup dalam proteksi Zone 1, bisa menyebabkan hanya salah satu satu PMT yang bisa trip dengan waktu sesaat. PMT lainnya baru bisa trip setelah beberapa waktu kemudian sesuai dengan waktu Zone 2. Hal ini berarti bahwa pada gangguan tersebut kedua PMT tidak dapat trip pada saat yang bersamaan sehingga meskipun salah satu PMT sudah trip, namun gangguan tersebut masih bertahan hingga waktu tunda Zone 2 pada mana PMT kedua baru trip. Bertahannya gangguan tersebut bisa berakibat terganggunya sistim stabilitas sistim tenaga listrik tersebut.
b.
Pada sistim-sistim yang sudah difasilitasi dengan skema penutupan kecepatan tinggi (Lihat Bab 8), maka pembukaan PMT yang tidak serentak pada kedua ujung bagian yang terganggu bisa berakibat gagalnya reclosing karena rele sempat tidak melihat waktu dead time dimana saluran sudah terbebas dari tegangan yaitu selama waktu siklus penutupan balik otomatis (auto reclosing) gangguan yang mau dipadamkan dan waktu menormalkan udara kembali pada sela gangguan yang masih terionisir. Hilangnya kesempatan bebas tegangan (dead time) dan perpanjangan waktu pemadaman busur api akan menyebabkan perpanjangan waktu gangguan transien yang akan mengakibatkan bahwa PMT yang sudah trip mau tidak mau harus terkunci secara permanen sehingga tidak bisa lagi menutup secara otomatis sebagaimana diharapkan.
Dapat dicatat bahwa meskipun misalnya gangguan yang masih bertahan pada Zone 2 diatas tidak sempat mengakibatkan terganggunya kestabilan sistim, tetapi dengan memperlama lama waktu gangguan maka kualitas sistim tenaga listrik dengan sendirinya akan turun dan bahkan pada kondisi tertentu bisa juga menyebabkan kerusakan instalasi sistim atau akan menyebabkan gangguan-gangguan lain kearah yang lebih serius. Sebenarnya keterbatasan capaian zone 1 rele jarak tersebut bisa diatasi dengan menggunakan skema unit proteksi diferensial yang bisa mendeteksi gangguan secara serentak pada kedua ujung saluran dimanapun letak gangguan terjadi. Namun kekurangan unit proteksi adalah bahwa dia hanya mampu mengamankan daerah saluran yang diapit kedua rele. Pada unit proteksi tidak ada fasilitas sistim proteksi cadangan yang dapat digunakan untuk mengamankan saluran transmisi berdekatan sebagaimana dalam skema proteksi jarak. Oleh karena itu, skema yang paling banyak digunakan pada sistim proteksi jaringan adalah skema kombinasi dari kedua sistim proteksi yaitu dengan rele diferensial yang dilengkapi juga dengan elemen rele jarak. Sistim proteksi kombinasi ini dapat menghasilkan tripping cepat (instant) untuk mengamankan seluruh saluran transmisi ditambah dengan tersedianya pengamanan cadangan terhadap gangguan-gangguan yang terjadi pada bagian transmisi
180
berdekatan. Kombinasi ini dapat direalisasikan dengan cara menginterkoneksikan kedua relay jarak pada kedua ujung transmisi yang diproteksi dengan menggunakan kanal telekomunikasi yang sesuai sebagaimana telah dibicarakan pada Bab 3 terdahulu. Kegunaan kanal telekomunikasi adalah untuk mentransmisikan informasi gangguan yang dirasakan pada salah satu ujung saluran ke ujung lain saluran transmisi tersebut sehingga bisa dilakukan tripping pada PMT ujung jauh. Disamping untuk keperluan transfer tripping kadang-kadang pengiriman informasi atau sinyaling tadi dapat juga digunakan untuk memblok order tripping bila mana dianggap perlu sehingga justru dapat digunakan untuk mencegah PMT diujung lain tidak akan trip meskipun rele terkait mungkin merasakan gangguan yang sama. Skema intertripping yang pertama secara umum dikenal sebagai skema transfer tripping sedang yang terakhir disebut skema blocking. Catat bahwa penggunaan terminologi-terminologi berbagai skema proteksi bisa berbeda-beda tergantung pada orang atau pemakai yang menggunakannya. Secara sederhana skema proteksi jarak dapat dikatakan adalah sebuah sekma yang menggabungkan sistim kendali dua atau lebih rele jarak dengan memanfaatkan jaringan komunikasi sehingga karakteristik-karakteristik rele-rele jarak tersebut dapat terkordinasi satu dengan lainnya untuk mendapatkan suatu sistim proteksi saluran yang ideal. Berikut ini akan dibahas berbagai skema rele jarak yang sering dipraktekkan dalam berbagai sistim proteksi jaringan sistim tenaga listrik.
6.2
SKEMA EKSTENSION ZONE 1
Skema ekstension Zone 1 secara umum dilkenal sebagai skema Z1X yang dilengkapi dengan perangkat penutup kembali otomatis (auto recloser). Skema Zone 1 ekstension ini digunakan pada kondisi dimana kanal komunikasi tidak dapat diandalkan secara penuh seperti kemungkinan gangguan komunikasi yang dapat terjadi secara bersamaan pada waktu gangguan terjadi. Misalnya gangguan kawat transmisi yang kebetulan juga digunakan untuk menumpangkan kanal komunikasi power line carrier. Skema ekstension Zone 1 ini dapat dilihat sebagaimana pada Gambar 6.2. Elemen Zone 1 rele jarak ini mempunyai dua fasilitas setelan. Satu setelan untuk mencakup daerah saluran hingga 80% sebagaimana aplikasi dasar rele jarak biasa. Sedang fasilitas setelan yang kedua dikenal dengan setelan Extended Zone atau Z1X yaitu untuk dapat menset rele dapat mencakup daerah proteksi dengan capaian lebih luas (overreach), misalnya hingga mencapai 120% panjang saluran. Pada prakteknya capaian Zone 1 dikendalikan oleh setelan Z1X dan secara sistematis akan reset kembali pada Zone 1 dasar sebelum perintah rele auto reclose dilakukan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat seperti pada Gambar 6.2. Pada waktu terjadinya gangguan pada setiap titik pada daerah capaian Z 1X, rele bekerja pada waktu Zone 1 (baca waktu zone t1) yang akan mentrip PMT sekaligus membangkitkan sinyal auto-reclose secara otomatis. Hampir bersamaan elemen Zone 1 rele jarak juga di reset kembali ke skema dasar yaitu skema 80% sebelum perintah tutup auto reclose diterapkan untuk menutup kembali PMT yang sudah trip.
181
Z3A Z2A Z1A
Z1ext A
A
Z1ext B
B
C
Z1B
Z2B Z3B
(a) Jarak / Waktu Karakteristik
-
+ Z1/Z1 ext
TR Kumparan Trip
Z2T
Z3T Rele Pewaktu Z2
Z2T
Z3
Z3T Z1 ext
Penutup Otomatis
Rele Perubah Daerah Capaian
(b) Rangkaian Urutan Tripping Gambar 6.2: Rangkaian Kendali Skema Ekstension Zone 1 Hal ini juga akan terjadi kalau ada perintah penutupan kembali terhadap PMT dalam keadaan terbuka atau pada kondisi out of service. Rele akan aktif kembali ke setelan capaian Z1X setelah waktu re-claim time. Untuk transmisi yang saling ter-interkoneksi, dimana kanal komunikasi hilang atau terganggu maka setelan skema Z1X ditentukan baik secara otomatis atau secara manual sesuai dengan seleksi setelan group yang terdapat pada fasilitas rele numeris terkait. Pada gangguan-gangguan sementara (transient), maka PMT yang trip akan reclose kembali dengan sukses, tetapi kondisinya akan berbeda bila tripping kembali terulang dalam arti gagal menutup kembali pada waktu reclaim time yaitu waktu diskriminasi yang sudah ditentukan pada waktu melakukan pemilihan setelan Zone 1 dan Zone 2. Namun kerugian dari skema Z1X ektension adalah bahwa gangguan eksternal dalam daerah capaian Z1X rele jarak dapat menghasilkan tripping PMT lain yang seharusnya tidak perlu terjadi. Karena capaian yang lebih luas maka sebuah PMT dapat tripping pada gangguan-gangguan saluran berdekatan yang seharusnya hanya perlu ditanggulangi dengan PMT-PMT yang paling dekat dengan gangguan tersebut.
182
Disamping itu skema Z1X ini dengan sendirinya akan menaikkan jumlah dan seringnya manuver PMT-PMT yang disebabkan karena semakin banyak dan seringnya PMT yang tripping. Kejadian tripping sebagai dampak yang diakibatkan Zone 1 ekstension pada saluran tunggal dapat diilustrasikan seperti pada Gambar 6.3. Kalau terjadi gangguan dekat B seperti pada Gambar 6.3.a maka ketiga PMT-PMT yang dilingkari akan trip secara bersama-sama. Sedang pada saluran dua sirkit seperti pada Gambar 6.3 (b) yang mengalami gangguan pada saluran dekat GI M akan berakibat kelima PMT yang dilingkar akan tripping secara serentak. Pada kondisi ini tentunya akan berdampak pada proses-proses penutupan kemabli otomatis terhadap PMT-PMT yang terbuka mungkin memerlukan skema tersendiri yang tidak sederhana. Z1A
Z1ext A
A
B
Z1ext B1
C
Z1B2
Z1B1
Pemutus Otomatis Ditandai Dengan Auto-Reclose
Z1ext C
Z1ext B2 Z1C
(a) Gangguan pada daerah capaian Zone 1 Ekstension Rele Jarak Pada Saluran Single Sirkit Z1A
Z1ext A
A
B
D
C Z1ext D
Z1ext B
Z1D
Z1B Z1C
Z1P
Z1ext C
Z1ext P L
P N M Z1ext
Z1N Z1M
N
Z1ext L
Z1ext M Z1L
(b) Gangguan pada daerah capaian Zone 1 Ekstension Rele Jarak Pada Saluran Sirkit Ganda Gambar 6.3: Kinerja Rele Jarak Pada Daerah Zone 1 Ekstension Dalam Hubungannya Dengan Rele Penutupan Kembali Otomatis “Auto Reclose”
183
6.3
TRANSFER TRIPPING
Metoda sistim pengamanan dengan skema transfer tripping banyak dijumpai pada berbagai instalasi jaringan sistim tenaga listrik yang diperlukan untuk memperoleh sistim proteksi yang lengkap dan dapat bekerja secara efektif untuk mengamankan saluran dimanapun letak titik gangguan. Untuk melakukan transfer tripping secara tepat perlu dilakukan studi-studi sistim proteksi tergantung dari kebutuhan sistim pengamanan saluran yang diharapkan. Terdapat beberapa skema transfer trip sebagaimana akan diuraikan berikut. 6.3.1 Transfer Tripping Langsung Capaian Kurang Cara yang termudah untuk mengurangi lamanya waktu penanggulangan (clearing) gangguan pada terminal rele jarak yang merasakan dan melihat gangguan dengan jelas berada pada daerah waktu Zone 2 adalah dengan menerapkan skema teknik transfer trip langsung, seperti dapat diperlihatkan pada lojik diagram pada Gambar 6.4 dibawah ini.
-
+ Z1/Z1 ext
TR Kumparan Trip
Z2T
Z3T
RR Kontak Terima Z2
Z2T
Z3
+
Z3
Rele Pewaktu
Z3T
Rangkaian Teleproteksi
Ke GI Lawan
Gambar 6.4: Rangkaian Kendali Transfer Tripping Langsung Capaian Kurang Pada gambar diatas sebuah kontak yang dikerjakan oleh elemen rele Zone 1 secara bersamaan digunakan juga untuk mengirim sinyal trip ke rele remote untuk melakukan trip pada ujung jauh dari saluran tersebut. Skema ini disebut skema transfer tripping langsung capaian kurang (direct underreaching transfer tripping scheme) atau skema transfer trip capaian kurang atau skema intertripping proteksi jarak capaian kurang (intertripping under-reach distance protection scheme) karena elemen skema transfer trip capaian kurang tidak mencakup seluruh bagian jaringan transmisi. Yang manapun istilah yang digunakan tergantung pada pemakai dan bagaimana skema proteksi tersebut dipersepsikan. Gangguan F yang terjadi pada daerah di ujung saluran B dalam Gambar 6.1 (a) akan mengakibatkan elemen Zone 1 rele jarak B bekerja dan men trip PMT-B pada ujung B. Permintaan trip Zone 1 tersebut juga di mintakan pada rele A sehingga PMT-A di ujung
184
A dapat trip secara hampir bersamaan. Permintaan tripping ke rele jarak A dilakukan melalui media komunikasi yang menghubungkan kedua ujung saluran. Dalam hal ini sinyal perintah trip yang diterima rele A langsung digunakan untuk mentrip PMT A. Karena pada skema ini rangkaian penerima rele A langsung dihubungkan dengan rele tripping PMT A tanpa ada kondisi yang harus dipenuhi sebelum melaksanakan tripping maka akan ada kemungkinan salah tripping yang sebenarnya tidak perlu terjadi. Kejadian ini misalnya bisa terjadi pada waktu rangkaian penerima menerima sinyal palsu yang timbul akibat derau yang bisa ditanggapi sebagai perintah tripping yang harus dilakukan. Oleh karena itu skema ini jarang digunakan dan kalaupun digunakan maka skema tersebut harus dilengkapi dengan perangkat lain untuk menghindarkan salah kerja. 6.3.2 Transfer Tripping Capaian Kurang Permisif Skema proteksi dengan transfer tripping capaian kurang permisif (sering disingkat dengan PUP) diatas dapat lebih disempurnakan dengan melengkapi rele jarak tersebut dengan sarana yang dapat digunakan untuk mengenali sinyal yang diterima (dalam bentuk kontak). Kontak sinyal intertripping dihubung seri dengan kontak elemen rele jarak dimana gangguan terlihat pada daerah Zone 2. Dengan menggabungkan kombinasi kedua kontak sedemikianrupa misal dengan rangkaian kendali maka tripping hanya bisa terjadi apabila kedua kontak hadir secara bersamaan. Dalam hal ini kontak rele Zone 2 disebut sebagai kontak pengendali yang membolehkan perintah trip yang diterima dari ujung jauh. Artinya tripping remote baru dilaksanakan apabila sudah menerima sinyal trip dan rele remote tersebut juga sudah merasakan gangguan pada Zone. Skema tersebut dapat dilihat seperti pada Gambar 6.5 dibawah. Skema ini kemudian dikenal sebagai rele jarak capaian kurang permisif (permissive under-reach distance protection). Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa kondisi tripping akan tercapai apabila kedua rele sudah sama-sama mendeteksi adanya gangguan sebelum rele pada ujung remote di ijinkan untuk melakukan trip pada dengan waktu Zone 1. Rangkaian penyetelan ulang elemen time delay rele penerima perlu dirancang untuk memastikan bahwa rele pada kedua ujung salah satu saluran yang terganggu dari sirkit saluran pararel mempunyai waktu trip pada waktu gangguan terjadi dekat salah satu ujung saluran. Untuk lebih jelas, misalkan gangguan pada titik F terjadi dalam saluran paralel seperti terlihat pada Gambar 6.6. Karena letak titik gangguan F terjadi dekat Gardu A, maka akan ada daya yang kecil yang (dapat diabaikan) akan mengalir ke titik gangguan (infeed) dari Gardu B. Meskipun PMT P sisi Gardu A sudah mengalami tripping akibat elemen Zone 1, namun karena arus yang tetap bertahan melalui Gardu B demikian kecil maka rele jarak pada Gardu B hanya bisa merasakan arus gangguan pada daerah Zona 2.
185
-
+ Z1
TR Kumparan Trip
Z2T
Z3T
Z2
RRX Rele Pewaktu Z2
Z2T
Z3
Z3T
RR
RRX Kontak Terima
+
Z1
Rangkaian Teleproteksi
Reset (Drop Off) Dengan Waktu Tunda Ke GI Lawan
Sinyal Kirim
Rangkaian Pengirim
Rangkaian Pengirim
Sinyal Kirim
Sinyal Terima
Rangkaian Penerima
Rangkaian Penerima
Sinyal Terima
Perangkat Persinyalan Ujung A
Perangkat Persinyalan Ujung B
Rele Jarak
Rele Jarak
(a) Rangkaian Urutan Tripping
(b) Susunan Persinyalan Gambar 6.5: Skema Transfer Tripping Capaian Kurang Permisif Untuk mengatasi kendala ini maka pada waktu elemen rele Zone 1 melakukan tripping lokal sekaligus dia mengirimkan sinyal perintah tripping ke PMT Q di Gardu B. Disamping untuk melakukan perintah tripping, sinyal tripping permisif ini sekaligus digunakan untuk me-reset rele di ujung B sehingga tidak perlu menunggu tripping pada waktu Zone 2 B. A
P
F
Q
B
~ R
S
(a) Gangguan Terjadi, Tegangan Busbar Rendah Sehingga Arus Gangguan Dari Sisi B Dapat Diabaikan
186
A
P F
Q
B
buka
~ R
S
(b) Rele A Trip PMT Pada Sisi Ujung A Sehingga Arus Gangguan Mulai Beralih Dari Sisi B Gambar 6.6: Skema PUP Pada Gangguan Yang Terjadi Dekat Pembangkit Pada Saluran Paralel Dalam keadaan terbatas skema proteksi PUP hanya memerlukan satu kanal komunikasi dengan kemampuan sinyaling dua arah antara ke dua ujung saluran transmisi seperti pada kanal-kanal push to talk dimana kanal tersebut dapat dipakai secara bersama secara bergantian. Kelemahan sistim ini adalah ketidak mampuannya untuk menghasilkan tripping cepat khususnya dalam kondisi PMT-Q pada GI B yang terhubung dengan daya injeksi lemah (weak infeed) yang tidak bisa dideteksi oleh elemen Zone 2 rele tersebut sehingga intertripping tidak akan berhasil dilakukan. Untuk memperbaikinya diperlukan fitur-fitur khusus atau skema-skema lain seperti yang akan dibahas pada Bab 6.3.5. 6.3.3 Skema Percepatan Capaian Kurang Permisif Skema percepatan capaian kurang permisif ini diterapkan pada saluran yang dilengkapi dengan kanal komunikasi yang diperlukan untuk memungkinkan daerah rele-rele jarak yang terpasang pada kedua ujung saluran dapat diswitch dari satu zone ke zone lainnya. Skema ini secara umum dikenal dengan zone switched distance relay. Pada skema ini terdapat elemen pengukur bersama baik untuk pengukuran Zone 1 maupun untuk pengukuran Zone 2 pada rele jarak. Dengan teknik tertentu hasil pengukuran elemen Zone 1 diperlebar hingga Zone 2 sehingga tripping dapat dilakukan dengan lebih cepat tanpa mengalami kelambatan waktu tunda Zone 2. Cara ini disebut skema proteksi jarak capaian kurang (under reach distance protection scheme). Pada skema rele capaian kurang zone 1 dibuat fasilitas yang di rancang untuk mengirimkan sinyal ke ujung remote saluran sebagai kondisi tambahan yang dapat digunakan untuk mempercepat tripping PMT remote ujung saluran. Kontak rele yang diterima di buat untuk memperluas capaian elemen pengukur dari Zona 1 hingga mencakup Zona 2. Hal ini akan mempercepat penyelesaian gangguan pada ujung remote pada gangguangangguan yang berada pada daerah-daerah capaian Zona 1 dan Zona 2. Skema ini diperlihatkan pada Gambar 6.7. Rele jarak yang dilengkapi dengan switched measuring element hanya terdapat pada rele-rele jarak konvensional.
187
Z3A Z2A Z1A A
B
C
Z1B Z2B Z3B
(a) Karakteristik Jarak – Waktu
-
+ Z1&Z2
TR Kumparan Trip
Z3T
Z3
Z2T
Z3T Z2T
Z2 Rele Perubah Daerah Capaian
RR
+
Z1
Rangkaian Teleproteksi
Ke GI Lawan
(b) Rangkaian Urutan Tripping Gambar 6.7: Rangkaian Kendali Proteksi Percepatan Capaian Kurang Permisif 6.3.4 Transfer Trip Capaian Lebih Permisif Dalam skema transfer trip capaian lebih permisif (Permissive over reach transfer trip) yang secara populer disingkat dengan POP, elemen capaian lebih rele jarak di setel untuk dapat mencapai daerah pengamanan hingga melebihi ujung saluran yang diproteksi. Skema yang biasa dilakukan adalah dengan mengirimkan sinyal intertrip Zone 2 ke ujung remote saluran. Sama seperti pada skema capaian kurang permisif maka untuk menghindarkan terjadinya tripping diluar daerah cakupan proteksi sebagaimana mestinya, maka sinyal kontak terima dibuat untuk dapat dipandu sehingga bisa dikombinasikan dengan kontak rele direksional seperti dapat dilihat pada Gambar 6.8. Kontak-kontak instant (tanpa pewaktu sperti pada gambar) elemen rele Zona 2 digunakan untuk mengirim dan menerima sinyal, yang kemudian dipandu dan disupervisi oleh pintu AND dan kondisi sinyal tanda Zona 2 kerja. Kalau kedua sinyal terjadi secara bersamaan maka tripping sesaat dapat dilaksanakan tanpa menunggu waktu tunda Zone 2. Skema ini kemudian dinamai sebagai skema transfer trip capaian lebih permisif yang kadang-kadang disingkat dengan POP atau skema perbandingan direksional (directional comparation scheme) atau skema proteksi rele jarak capaian lebih permisif.
188
-
+ Z1
TR Kumparan Trip
Z2T
Z3T
Z2
RR
Z2
Rele Pewaktu
Kontak Terima
Z2T
Z3
+
Z2
Z3T
Rangkaian Teleproteksi
Ke GI Lawan
Sinyal Kirim
Pemancar f1 (f1)
f2 Pemancar (f2)
Sinyal Kirim
Sinyal Terima
Pemancar (f2) f2
Pemancar (f1)
Sinyal Terima
Perangkat Persinyalan Ujung A
f1
Rele Jarak
Rele Jarak
(a) Rangkaian Urutan Tripping
Perangkat Persinyalan Ujung B
(b) Susunan Persinyalan Gambar 6.8: Rangkaian Kendali Transfer Trip Capaian Lebih Permisif Mengingat pensinyalan kanal harus dapat dilakukan secara bersama pada saat yang bersamaan oleh masing-masing elemen capaian lebih Zone 2 pada kedua ujung saluran, maka skema ini perlu mempunyai sistim komunikasi dupleks yaitu masingmasing satu kanal frekuensi untuk setiap arah komunikasi. Meskipun skema capaian lebih permisif ini dapat bekerja dengan baik namun jenis proteksi jarak yang umum digunakan untuk mengamankan saluran-saluran pendek adalah rele jenis mho atau kuadramho. Hal ini karena komponen tahanan Zone 2 saluran pendek biasanya lebih besar dari komponen tahanan Zone 1. Untuk menghindari salah kerja pada kondisi dimana arah arus dapat terbalik seperti bisa terjadi saluran-saluran pararel (lihat Gambar 6.6), maka rangkaian trip permisif sistim proteksi dilengkapi dengan rangkaian pewaktu (time delay) yang berguna untuk memblokir sinyal tripping permisif yang diterima dari ujung remote sebagai akibat terjadinya pembalikan arah arus, dimana rele lokal sebelumnya sudah melihat gangguan tersebut sebagai gangguan Zone 2 (lihat Gambar 6.9). Skema ini dikenal sebagai pengaman terhadap arus terbalik yang dalam prakteknya baru perlu diperhatikan bila setelen zone 2 dilakukan lebih dari 150% panjang saluran
189
yang diproteksi. Untuk jelasnya gejala arus terbalik ini dapat dijelaskan dengan menggunakan Gambar 6.6. Bila terjadi gangguan dititik F pada saluran AB maka rele proteksi A akan kerja lebih cepat dari B. Sesaat setelah PMT P trip, maka arah arus gangguan akan berbalik melalui saluran yang sehat seperti terlihat pada gambar. Rele C pada saluran CD yang sehat akan melihat gangguan yang masih bertahan pada zone 2 dan pada saat yang sama akan mengirim sinyal ke Rele D di ujung saluran yang sehat tersebut. Rele D terakhir ini sebelumnya sudah melihat gangguan F di zone 2 namun belum sempat reset setelah PMT C saluran yang terganggu sudah trip. Gangguan pada kondisi spesifik ini harus bisa diantisipasi untuk menghindari kedua PMT pada saluran yang sehat bisa sama-sama tripping. Pewaktu tersebut dinyalakan bila menerima sinyal dan zone 2 tidak bekerja (lihat Gambar 6.9). Pewaktu atau timer tersebut di energized bila sinyal diterima dan elemen Zone 2 tidak bekerja. Pewaktu mempunyai fasilitas untuk mengatur lamanya waktu tunda pick up (tp) yang biasanya di setel sedemikian untuk memungkinkan tripping sesaat terhadap setiap gangguan internal misalnya karena kelambatan waktu Zona 2. Pewaktu akan kerja dan memblok permissive trip dan rangkaian pengirim sinyal selama waktu terjadinya perubahan arah arus terbalik. Pewaktu tersebut akan di de-energised (reset) oleh kontak elemen sinyal terima pada waktu elemen Zona 2 kerja. Pada waktu arah arus yang mengalir pada saluran-saluran yang sehat berbalik arah maka waktu tunda reset (td) dari pewaktu di set mencakup setiap cakupan waktu lebih (overlap) yang dibangkitkan oleh bekerjanya elemen Zona 2 dan sinyal penyetelan ulang pada ujung remote saluran.
-
+ Z1
TR Kumparan Trip
Z2
Z3 Rele Arah Balik RR
Z2
RB Rele Pewaktu Kontak Terima
Z2
Z2T
Z3
Z3T
Z3
tp td
RB
+
Z2
RR
Rangkaian Teleproteksi
Sinyal Kirim
Gambar 6.9: Rangkaian Kendali Proteksi Arus Terbalik Pada Skema Capaian Lebih Permisif
190
Perlu diperhatikan bahwa penggunaan pewaktu pada metode proteksi ini bukan berarti memperpanjang waktu tunda tambahan dalam rangkaian permissive trip gangguan internal. Proteksi dengan menggunakan elemen rele Zona 2 diatas sering dikaitkan sebagai skema POP Z2. Alternatif lain yang bisa dilakukan adalah dengan menggunakan elemen Zone 1 sebagai elemen Zona 2 dan sering diringkas dengan skema POP Z1. Untuk lebih jelasnya, pembahasan mengenai gejala berubahnya arah arus gangguan ini masih akan dibahas pada Bab 7.2.2 lebih lanjut. 6.3.5 Ujung Saluran Pada Pasokan Lemah Penanggulangan gangguan-gangguan yang terjadi pada titik-titik ujung zone saluran yang mempunyai pasokan lemah tidak dapat dilakukan secara cepat dengan menggunakan skema proteksi transfer trip capaian lebih permisif standar, maupun dengan menggunakan skema transfer trip capaian rendah permisif standar biasa. Untuk mengantisipasi keterbatasan proteksi pada kondisi saluran transmisi yang mungkin mempunyai pasokan lemah dapat dilakukan dengan dua cara sebagai berikut. Salah satu cara yang digunakan untuk menanggulangi masalah tersebut antara lain adalah dengan menambahkan rangkaian sinyal gema (echo circuit) pada skema proteksi standar diatas. Rangkaian sinyal gema adalah rangkaian yang bisa digunakan untuk mengembalikan sinyal kembali ke sisi pengirim apabila rele penerima tidak bekerja menanggapi gangguan yang terjadi. Pada rele-rele jarak numeris biasanya sudah dilengkapi dengan modul-modul yang dapat digunakan untuk melakukan fungsi rangkaian gema ini. Suatu rele jarak yang sudah dilengkapi dengan rangkaian gema pantul dapat digunakan untuk menyempurnakan sistim proteksi khususnya pada saluran-saluran yang salah satu ujungnya mempunyai pasokan lemah dimana gangguan yang terjadi tidak cukup besar untuk menggerakkan elemen-elemen kerja rele proteksi. Dengan menggunakan skema proteksi pasokan lemah, dapat dibuat suatu penanggulangan cepat yang dapat mengatasi gangguan-gangguan meskipun terjadi diujung-ujung saluran yang mungkin mempunyai pasokan lemah. Diagram lojik skema proteksi dengan pasokan lemah dapat diperlihatkan seperti pada Gambar 6.10. Sebagaimana dapat dilihat pada gambar tersebut, rangkaian sinyal gema pantul ini dilengkapi dengan perangkat pewaktu yang dihubungkan dengan sinyal kontak bantu PMT. Fungsi pewaktu ini dirancang untuk menghindarkan terjadinya tripping pada PMT ujung remote lain sebagai akibat PMT pada ujung pengirim mendapat perintah tripping dari rele-rele lain yang tidak berkaitan dengan skema proteksi rele jarak. Dalam hal ini pewaktu (T1) berfungsi untuk memastikan bahwa elemen zone 2 rele remote yang sebelumnya sudah melihat gangguan dapat reset sebelum menerima sinyal gema pantul. Masalah yang timbul pada pengiriman sinyal pantul dimana PMT ujung remote sudah sempat tripping adalah kemungkinan sinyal tersebut akan terkirim terus menerus karena tidak mendapat tanggapan umpan balik.
191
+
Pewaktu PMT buka
RT1
-
RT1 RR*
RT2
+ RT1
RT2
Rangkaian Teleproteksi
RT1
Sinyal PMT Open (Pasokan Lemah)
RR
RR* dari Gambar 7.9
Gambar 6.10: Rangkaian Kendali Gema Pantul Pasokan Lemah (Weak Infeed Echo) Untuk menghindari kejadian ini digunakan pewaktu T2 seperti pada Gambar 6.10 diatas dimana sesudah waktu tunda tertentu pengiriman sinyal (signal send) akan di blokir sehingga tidak akan terkirim secara terus menerus. Cara lain untuk mengamankan saluran dengan pasokan lemah ini misalnya dapat dilakukan dengan berbagai varian rangkaian gema pasokan lemah yang pada prinsipnya dapat digunakan untuk memungkinkan tripping pada ujung remote terhadap gangguan lokal yang terjadi diujung saluran dengan pasokan lemah atau dalam posisi terbuka. Skema dengan berbagai fasilitas tripping ini dikenal sebagai Weak Infeed Trip yang sekali lagi dapat berfungsi untk melakukan perintah trip pada kondisi pasokan lemah sehingga PMT-PMT pada kedua ujung saluran dapat trip secara bersamaan sesuai dengan skema yang diharapkan.
6.4
SKEMA BLOKING CAPAIAN LEBIH
Usaha-usaha yang sudah dilakukan sejauh ini adalah dengan mengirimkan sinyal perintah tripping dari satu rele ke rele lain pada ujung jauh saluran melalui saluran komunikasi. Padahal dalam kondisi dimana sinyal pasokan lemah tidak dapat dikirimkan misalnya karena gangguan komunikasi dapat berakibat penanggulangan gangguan hanya bisa dilakukan pada waktu yang lebih relatif lama. Skema bloking dilakukan dengan lojik invers dimana pengiriman sinyal hanya dilakukan pada gangguan eksternal dan dilakukan melalui saluran yang sehat. Dalam hal ini gangguan dapat ditanggulangi dengan cepat bila tidak menerima sinyal dari ujung remote dan elemen Zone 2 melihat saluran yang beroperasi. Sinyaling ini diaktifkan dari elemen penglihat kebelakang Zone 3 sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 6.11. Perintah bloking harus dikirimkan melalui elemen penglihat kebelakang Zone 3 untuk menghindari tripping sesaat (instant) pada ujung remote akibat gangguan eksternal yang dilihat sebagai Zone 2. Untuk memungkinkan hal ini maka elemen penglihat kebelakang Zone 3 harus lebih cepat dari elemen penglihat kedepan Zone 2. Dalam prakteknya kejadian ini merupakan hal yang jarang terjadi oleh karena itu agar mampu
192
membedakan kondisi gangguan dalam waktu tunda yang sangat singkat biasanya terdapat fasilitas moda tripping. Gangguan yang terjadi dititik F1 yang dilihat oleh kedua rele A dan B pada Zone 1 sehingga gangguan ini akan ditanggulangi secara instan pada kedua ujung saluran. Karena sinyaling dikendalikan oleh elemen penglihat kebelakang Zone 3 tidak melihat gangguan maka tidak ada sinyal blok yang terkirim sehingga tripping dapat berlangsung dengan baik. Pada gangguan di F2 yang akan dilihat rele A pada Zone 2 sedang rele A melihatnya pada Zone 1. Sama seperti sebelumnya disini elemen penglihat kebelakang Zone 3 juga tidak akan melihat gangguan ini sehingga pengiriman sinyal bloking juga tidak akan terjadi. Gangguan dapat diatasi oleh rele B dengan waktu Zone 1 dan sesaat kemudian oleh Zone 2 rele A. Bila sinyal bloking diaktifkan pada masing-masing ujung daerah proteksi maka kanal tunggal frequency signaling akan bekerja pada kedua rele yaitu rele penerima lokal maupun rele penerima remote. Hal ini harus diperhatikan pada waktu disain dan penataan kanal komunikasi yang akan diterapkan. Z3A Z2A Z1A A
F1
F2
B
C
F3
Z1B Z2B
Z3B
(a) Karakteristik jarak-waktu
-
+ Z1
TR Kumparan Trip
Z2T
Z3T
RR
Z2
Rele Pewaktu Z2
Z2T
Z3
+
Z3
Z3T
Rangkaian Teleproteksi
Ke GI Lawan
(b) Rangkaian Kendali Yang Disederhanakan
193
Pemancar (f1)
Pemancar (f2)
Sinyal Kirim
Sinyal Terima
Pemancar (f2)
Pemancar (f1)
Sinyal Terima
Perangkat Persinyalan Ujung A
Perangkat Persinyalan Ujung B
Rele Jarak
Rele Jarak
Sinyal Kirim
(c) Penataan Pensinyalan Gambar 6.11 Skema Kendali Bloking Proteksi Jarak Ideal 6.4.1 Praktek Skema Bloking Pada gangguan di titik F3 akan dilihat oleh elemen penglihat kebelakang rele B Zone 3 sedang rele A akan melihat gangguan sebagai Zone 2. Pada prinsipnya gangguan akan ditanggulangi oleh rele-rele jarak terkait pada saluran B-C. Untuk mencegah elemen Zone 2 rele jarak A kerja mentrip PMT A maka elemen penglihat kebelakang rele B akan mengirim sinyal bloking ke A. Namun kalau gangguan gagal ditanggulangi oleh rele-rele B dan C terkait pada saluran B-C maka tripping PMT A akan tetap terjadi setelah waktu Zone 2 berlalu. Untuk menghidarkan kegagalan bloking maka setelan elemen rele penglihat kebelakang Zone 3 harus lebih besar dari elemen Zone 2 rele remote A sedemikian sehingga tripping karena elemen Zone 2 rele A dapat dicegah sebagaimana mestinya terhadap arus gangguan eksternal. Untuk mencegah kegagalan bloking maka kanal komunikasi yang biasa digunakan adalah dengan menggunakan kawat yang sehat misalnya dengan menggunakan kopling inter fasa atau inter sirkit. Pada kopling interfasa maka gangguan komunikasi pada kawat yang terganggu masih dapat diatasi melalui fasa lain yang sehat. Dalam prakteknya skema tripping ditentukan juga oleh kondisi kanal komunikasi, misalnya bila sinyal komunikasi gagal maka dengan segera skema proteksi bisa langsung dikembalikan pada skema dasar. Proteksi Bloking Capaian Lebih Dengan Menggunakan Elemen Zone 2 Sebagaimana sudah dibahas diatas, dalam skema proteksi bloking capaian lebih dengan menggunakan elemen Zone 2 (blocking over-reaching protection scheme) yang sering disingkat dengan BOP Z2 didasarkan pada skema proteksi bloking ideal seperti pada Gambar 6.11. Tetapi dalam prakteknya dilengkapi dengan elemen STL dan perangkat pemantau kondisi kanal komunikasi sebagaimana dapt dilihat pada rangkaian kendali sinyal tripping seperti terlihat pada Gambar 6.12. Metoda ini sering juga dikenal sebagai skema perbandingan bloking direksional (directional comparation blocking scheme) atau Skema Bloking Proteksi Capaian Lebih Proteksi Jarak (blocking over-reach distance protection scheme). Cara kerja skema proteksi ini dapat dipahami dengan memperhatikan gangguangangguan sperti terlihat pada F1, F2 dan F3 pada Gambar 6.11 bersama-sama dengan sinyal lojik seperti pada Gambar 6.12. Seperti sudah dijelaskan bahwa gangguan pada F1 dilihat oleh elemen rele Zone 1 pada titik ujung A dan B sehingga dengan demikian gangguan ini akan di clear secara instan pada ke dua ujung proteksi saluran.
194
Signalling di control oleh elemen Z3 rele A tidak melihat gangguan sehingga tidak akan ada pengiriman sinyal bloking sehingga kedua rele Zone 1 rela A dan B dapat bekerja dengan baik. Demikian juga gangguan pada F2 dilihat oleh elemen penglihat kedepan Zone 2 pada ujung A dan ujung B dan oleh elemen Zone 1 pada ujung B. Disinipun pengiriman sinyal tidak terjadi, karena gangguan tidak terlihat oleh elemen penglihat kebelakang Zone 3. Gangguan pada titik F3 dilihat oleh elemen Zone 3 pada ujung B dan elemen penglihat kedepan Zone 2 pada titik ujung A. Elemen rele Zone 1 pada titik ujung B yang terkait dengan seksi saluran B-C normalnya akan mengatasi gangguan pada titik F3. Untuk mencegah elemen Zone 2 pada titik ujung A melakukan tripping, maka elemen penglihat kebelakang Zone 3 pada titik B akan mengirim sinyal bloking ke titik A.
-
+ Z1
TR Kumparan Trip
Z2T
Z3T
Z2
STL
RRX Kontak Kanal Dalam Keadaan Sehat
Z2
Z2T
STL Z3
RR
+
Z3T Kontak Terima RRX Reset Dengan Waktu Tunda Z3
Rangkaian Teleproteksi
Ke GI Lawan
Gambar 6.12: Rangkaian Urutan Sinyal Tripping Skema Bloking Pada Proteksi Capaian Lebih Bila alat proteksi seksi B-C tidak mengatasi gangguan secara instantaneous maka setelah waktu tunda Z3 sinyal trip akan diberikan pada titik B seksi protkesi A-B. Setelan elemen penglihat kebelakang Zone 3 arus lebih besar dari elemen zone 2 pada ujung saluran, dengan kata lain terdapat kemungkinan elemen Zone 2 gagal melihat gangguan eksternal. Keakhlian dalam mengoperasikan berbagai jenis rele khususnya dalam mengolah waktu kerja rele adalah suatu seni dalam mengoperasikan sistim tenaga yang sangat penting dalam kordinasi rele. Selang waktu yang cukup harus selalu tersedia untuk memungkinkan penerimaan sinyal bloking dari ujung saluran. Kalau hal ini tidak diperhatikan dengan baik dan cermat, maka skema proteksi yang mau diterapkan bisa jadi menimbulkan trip diluar daerah proteksi yang diinginkan atau tripping yang diinginkan pada ujung lain menjadi tertunda terlalu lama dari waktu trip yang diharapkan.
195
Z3G Z2G Z1G G
H Z1H
Z2H Z3H
(a) Karakteristik Jarak – Waktu
+ Z3
Z2
Rangkaian Teleproteksi
Sinyal Kirim
(b) Lojik Rangkaian Pengirim Gambar 6.13: Skema Bloking Dengan Menggunakan Ofset Rele Penglihat Kedepan Dalam praktek aplikasi, elemen penglihat kebelakang dapat di setel pada karakteristik offset maju (forward offset characteristic) yang akan bertindak sebagai proteksi cadangan untuk gangguan bus-bar sesudah waktu tunda Zone. Untuk menghentikan sinyal bloking yang terkirim pada waktu gangguan internal dapat dilaksanakan dengan membuat rangkaian kondisional sinyal (signal send) tidak bekerja pada elemen penglihat Zone 2 seperti terlihat pada Gambar 6.13. Skema bloking seperti halnya pada skema capaian lebih permisif dapat juga dipengaruhi oleh arus terbalik yang mengalir pada saluran yang sehat sistim saluran ganda yang mengalami gangguan pada sirkit lainnya. Bila kondisi arus berbalik terjadi maka seperti diuraikan pada bab-bab terdahulu ada kemungkinan terjadinya kesalahan operasi trip pada bagian saluran yang sehat. Untuk mengatasi hal ini, maka penyetelan ulang rangkaian elemen sinyal terima yang tersedia pada skema bloking dilakukan dengan waktu tunda tertentu. Pewaktu dengan penyetelan ulang waktu tunda (td) di setel untuk mencakup perbedaan waktu antara waktu penyetelan ulang maksimum dari elemen penglihat kebelakang Zone 3 dan kanal signaling. Dengan demikian kalau ada sinyal bloking hilang sesaat pada waktu terjadinya arus berbalik, pewaktu dalam rangkaian moda trip tidak mempunyai waktu untuk melakukan setel ulang (reset) sehingga kemungkinan terjadinya kesalahan kerja dapat dihindarkan. Proteksi Bloking Capaian Lebih Dengan Menggunakan Elemen Zone 1 Sama seperti pada skema BOP Z2 yang telah dijelaskan diatas, disini elemen yang digunakan dalam skema proteksi bloking capaian lebih adalah elemen Zone 1. Metoda skema proteksi cara ini dikenal juga sebagai skema proteksi BOP Z1. Pada skema proteksi dimana elemen Zone 3 disetel sebagai elemen penglihat kedepan (maju) maka skema bloking tentunya tidak dapat dilakukan.
196
6.4.2 Gardu Pasokan Lemah Tidak sebagaimana terminal dengan pasokan kuat, terminal masukan yang mempunyai pasokan lemah tidak mampu menyumbang arus gangguan internal yang cukup dan dapat digunakan untuk menggerakkan rele jarak pada terminal tersebut. Namun meskipun demikian pasokan lemah ini dapat mempertahankan gangguan berlangsung secara terus menerus sehingga harus dicarikan solusi agar PMT pada pasokan lemah tersebut dapat ditrip. Sebagaimana sudah pernah disinggung pada Bab 6.3.5 rele yang terpasang pada gardu pasokan kuat tetap tidak akan mampu membantu melakukan transfer tripping permisif selama rele yang terpasang pada gardu lawan dengan pasokan lemah tidak mampu melihat arus gangguan. Oleh karena itu harus dicarikan cara-cara yang sesuai dimana kedua PMT baik pada terminal dengan pasokan kuat maupun yang berada pada pasokan lemah dapat tripping secara serentak sehingga tidak mengganggu stabilitas sistim. Dan mengingat transfer trip permisif capaian rendah tidak bisa digunakan pada sistim pasokan lemah, maka salah satu cara yang bisa dilakukan adalah dengan transfer trip permisif capaian lebih dengan menggunakan Zone2. Elemen capaian lebih Zone 2 rele jarak pada terminal yang dipasok kuat akan bekerja dan akan menginisiasi sinyal pada gangguan-gangguan yang terjadi dekat terminal pasokan lemah. Karena rele di terminal pasokan lemah tidak bekerja, maka rele pada terminal pasokan kuat tidak menerima sinyal permisif dari rele terminal lemah. Oleh karena itu skema intertripping capaian lebih permisif standar tidak dapat digunakan untuk melaksanakan tripping instan khususnya terhadap gangguan yang terjadi dekat terminal dengan pasokan lemah. Untuk memungkinkan tripping secara serentak terhadap PMT pada pasokan kuat dan pada pasokan lemah dibuat rangkaian tambahan terhadap rangkaian rele jarak konvensional. Disini elemen Zone 3 rele yang terpasang pada terminal pasokan kuat dibuat untuk melihat terbalik hingga mempunyai capaian elemen Zone 2 rele jarak pada terminal pasokan kuat. Kemudian elemen pengukur tegangan pada rangkaian lojik pada sisi terminal pasokan lemah ditambahkan sebagaimana terlihat pada Gambar 6.14. Disini sinyal yang diterima dari terminal pasokan kuat dipantulkan kembali ke terminal pasokan lemah sekaligus dapat digunakan untuk melaksanakan tripping PMT pada terminal pasokan lemah tersebut. Namun untuk mengindarkan salah kerja dan skema proteksi berfungsi dengan baik bila memenuhi dua kondisi berikut. 1.
Pada gangguan-gangguan dibelakang terminal pasokan lemah arus gangguan di catu dari terminal pasokan kuat dimana elemen penglihat kebelakang Zone 3 (tiga) pasokan lemah akan bekerja untuk menonaktifkan (inhibit) rangkaian pasokan lemah sehingga tidak kerja.
2.
Paling tidak satu elemen pengukur tegangan yang terhubung antar fasa dengan netral tidak aktif (reset). Indikasi ini digunakan untuk memberi konfirmasi bahwa memang ada gangguan yang terjadi.
Implemetasi skema proteksi diatas pada saluran paralel dimana salah satu terminal mendapat pasokan lemah perlu ditelaah lebih lanjut khususnya gejala terjadinya
197
pembalikan arah arus pada waktu PMT A sudah di trip oleh Zone 1. Pada saluran paralel ini setelan rele perlu dievaluasi sehingga pengaruh terbaliknya arah arus gangguan dapat dikompensir dengan tepat. Hal ini bisa dilakukan dengan skema rele unbloking dan pembanding arah yang tidak dibahas lebih lanjut. Pada skema bloking, proteksi pada sisi terminal pasokam kuat dapat bekerja pada semua gangguan yang terjadi didepan rele. Hal ini karena tidak adanya sinyal bloking dari sisi terminal pasokan lemah. Dalam hal gangguan eksternal dibelakang terminal pasokan lemah maka elemen penglihat kebelakang Zone 3 pada ujung saluran akan melihat gangguan yang dipasok dari terminal pasokan kuat sehingga dapat bekerja dan langsung bisa mengirim sinyal bloking ke PMT A diterminal pasokan kuat, sehingga tidak perlu kerja tanpa perlu perangkat tambahan lainnya. Pada terminal pasokan lemah yang tidak dapat trip pada gangguan internal bisa diatasi dengan melakukan tripping langsung dari rele pada terminal pasokan kuat sebagaimana pada skema proteksi PMT gagal standar. Z3G Z2G Z1G
GI Pasokan Lemah H
G GI Pasokan Kuat
Z1H Z2H
Z3H
(a) Karakteristik Jarak / Waktu +
-
Ke Skema „POR‟ Standar RR
RRX1
0 T1 RRX1
Z3
T2 0 RRX2 T3 0 RRX3
RRX2
RT
T4 0 RRX4
RRX4
Rangkaian Teleproteksi
Sinyal Kirim
Sinyal Kirim Dari Skema „POR‟ Standar
Va
RT
Rele Tegangan
Vb
Vc
RRX3
RT
TR Kumparan Trip
0 T1 T2 0
On Langsung, Off Dengan Waktu Tunda
On Dengan Waktu Tunda, Off Langsung
(b) Skema Lojik rele Jarak Pada GI Pasokan Lemah Gambar 6.14: Skema Intertripping Capaian Lebih Permisif Pada Sistim Dengan Pasokan Lemah
198
6.5
SKEMA TRANSFER TRIP DAN BLOKING
Pada sistim dua terminal saluran normal, faktor utama yang menentukan dalam pemilihan jenis skema proteksi diluar faktor keandalan kanal sinyal adalah kecepatan operasi dan metode operasi sistim. Alstom memperlihatkan perbandingan karakteristik penting antara skema transfer tripping dengan skema bloking proteksi saluran transmisi seperti terlihat pada Tabel 6.1. Rele jarak digital atau numeris biasanya tersedia berbagai pilihan dari berbagai kemungkinan penerapan sistim proteksi. Biasanya pemilihan skema proteksi tergantung pemakai rele sesuai dengan kebutuhan dan kondisi jaringan yang mau diproteksi. Kriteria
Skema Transfer Tripping
Skema Bloking
Kecepatan Kerja
Cepat
Sedang
Kecepatan Pengetesan (in service)
Lambat
Rada Cepat
Kesesuaian Pada Auto-Reclosing
Ya
Ya
Tingkat Keamanan Pada Saat Kerja
-
-
Arus Terbalik
Perlu Fitur Khusus
Perlu Fitur Khusus
Hilangnya Sistim Komunikasi
Jelek
Bagus
Pasokan Lemah / PMT Terbuka
Perlu Fitur Khusus
Perlu Fitur Khusus
Tabel 6. 1: Perbandingan Skema Proteksi Jarak
199
7. SALURAN PARALEL BANYAK TERMINAL 7.1
PENDAHULUAN
Skema proteksi rele jarak pada saluran lurus yang menghubungkan dua gardu induk dimana impedansi saluran hanya dicirikan oleh jenis dan ukuran konduktor yang digunakan telah dibahas pada Bab 5 dan 6. Namun aplikasi sistim proteksi khususnya rele jarak tidak terbatas hanya pada saluran tunggal dengan dua terminal. Dalam prakteknya konfigurasi saluran transmisi yang banyak ditemukan adalah saluran-saluran paralel baik yang berjalan pada menara listrik yang sama atau saluransaluran lain yang berjalan paralel pada menara yang berbeda-beda. Disamping pertimbangan ekonomis dan dengan semakin sulitnya untuk mendapatkan tanah yang dapat dibebaskan guna keperluan penarikan saluran transmisi, beberapa tahun terakhir ini sudah banyak sistim transmisi yang terdiri dari lebih dari dua saluran yang berjalan pada menara yang sama. Didaerah perkotaan seperti di Jakarta dapat kita lihat sistim tarnsmisi yang terdiri atas empat saluran yang berjalan pada menara yang sama. Lagi pula banyak juga saluran transmisi paralel yang dijajar secara lebih kompleks misal dengan tiga atau lebih terminal seperti misalnya terlihat pada Gambar 7.1 dibawah. Dalam rangka untuk perbaikan tegangan dan pengaturan daya optimum terdapat juga saluran transmisi yang terhubung secara seri dengan kapasitor atau dengan reaktor yang terhubung secara paralel. Sistim proteksi pada saluran-saluran kompleks demikian ternyata tidak sederhana sebagaimana halnya dalam saluran tunggal dengan dua terminal sebagaimana telah dibahas pada Bab-bab terdahulu. Pada sistim-sistim dengan konfigurasi saluran yang lebih kompleks skema proteksi jarak perlu dikaji ulang dan di mutakhirkan sesuai dengan munculnya parameter-parameter saluran transmisi baru. Kebutuhan sistim proteksi dengan skema jarak pada saluran-saluran yang kompleks akan dibahas pada uraian-uraian berikut. GI C
Pembangkit
Pembangkit
~
~ GI A
GI B
Gambar 7.1: Saluran Paralel Banyak Terminal
7.2
SALURAN PARALEL
Bila dua atau lebih saluran transmisi dijalankan pada satu menara pendukung yang sama atau beberapa saluran pada tiang pendukung yang berbeda namun saling
200
berdekatan baik sebagian ataupun sepanjang segmen saluran, maka diantara saluransaluran tersebut akan ada kopling bersama. Besarnya kopling urutan positip maupun urutan negatip antara dua saluran paralel adalah kecil dan pengaruhnya dalam setelan rele proteksi biasanya bisa diabaikan. Namun untuk mendapatkan sistim proteksi yang akurat pengaruh kopling urutan nol antara dua saluran paralel bisa demikian besar sehingga tidak bisa diabaikan. Kondisi lain dimana kopling bersama ini perlu diperhatikan adalah bila salah satu saluran tetangga tidak beroperasi dan kedua ujung-ujungnya ditanahkan secara sengaja misal pada waktu pemeliharaan. Kalau pada kondisi jaringan demikian kebetulan terjadi gangguan tanah pada saluran yang sedang beroperasi maka arus gangguan tanah yang mengalir pada saluran yang beroperasi akan menginduksikan arus pada saluran tetangga yang ditanahkan. Arus induksi ini akan mengalir sepanjang saluran, terus mengalir ketanah dan kemudian balik ke saluran melalui ujung jauh menjadi arus sirkulasi yang akhirnya dapat menyebabkan kesalahan operasi rele. Oleh karena itu pada waktu melakukan kompensasi induksi bersama faktor kejadian diatas perlu diperhitungkan. Beberapa aspek dan pertimbangan-pertimbangan yang perlu diperhatikan bila berhadapan dengan saluran-saluran paralel khususnya saluran-saluran banyak terminal akan dibicarakan pada bagian-bagian berikut ini. 7.2.1 Sistim Unit Proteksi Pengaruh kopling bersama saluran-saluran paralel pada sistim proteksi yang hanya berdasarkan arus sebagaimana pada sistim unit proteksi diferensial secara praktis dapat diabaikan sehingga setelan rele dapat dilakukan secara bebas tanpa memerlukan kompensasi secara khusus. Pada unit proteksi diferensial yang dilengkapi dengan fitur-fitur elemen jarak dimana prinsip kerja rele tidak semata-mata ditentukan hanya oleh besarnya arus gangguan tetapi ditentukan oleh gabungan antara arus bersama-sama dengan tegangan sebagaimana pada rele jarak biasa, maka pengaruh kopling bersama antara saluransaluran paralel tersebut perlu diperhitungkan khususnya pengaruh kopling bersama urutan nol yang timbul pada waktu gangguan tanah seperti akan dijelaskan pada Babbab lebih lanjut. 7.2.2 Proteksi Jarak Pada uraian-uraian berikut akan dibahas beberapa permasalahan aplikasi penerapan skema rele jarak khususnya pada saluran-saluran paralel dan kompleks dengan banyak terminal. Arus Balik Pada Saluran Ganda Pada saluran paralel seperti pada Gambar 7.2 terdapat dua sistim pembangkit yang terhubung pada kedua ujung saluran. Bila gangguan terjadi pada salah satu saluran yang menyebabkan misalnya PMT D ditripping, sementara PMT C belum sempat trip maka arus pada saluran yang sehat bisa berbalik arah selama waktu tertentu yang singkat sebagaimana diperlihatkan dalam gambar. Membaliknya arah arus ini dapat
201
menyebabkan PMT B pada saluran yang sehat seperti merasakan gangguan sehingga bisa mengalami tripping yang tidak dikehendaki. Kalau skema proteksi dilengkapi dengan fasilitas skema capaian lebih permisif maka PMT A bisa juga ikut terbawa tripping sehingga saluran yang sehat harus keluar dari sistim secara tidak disengaja. Kejadian diatas bisa terjadi bila PMT D mengatasi gangguan F lebih cepat dari PMT pada titik C, sebagaimana halnya bila PMT D melihat gangguan pada Zone 1 sedang rele C melihat gangguan pada Zone 2. Pada saat yang sama sebelum PMT D terbuka, maka elemen Zone 2 Rele Jarak A boleh jadi sudah langsung merasakan gangguan tersebut dan kemudian ia bekerja pada waktu Zone 2, kemudian mengirimkan trip signal ke rele PMT B. Sementara ini masih sebelum PMT D terbuka, elemen penglihat terbalik Rele Jarak B juga melihat gangguan F sehingga akan mengirimkan sinyal bloking ke Rele Jarak A untuk mencegah tripping PMT A. Perlu dicatat bahwa elemen penglihat kebelakang rele B tidak akan menyebabkan tripping PMT B. C
D
F Z<
Z< Gangguan
~ A
~ B
Z<
Z<
(a) Distribusi Arus Gangguan Pada Saat Gangguan Terjadi C F
PMT Buka
Z<
D
Z< Gangguan
~ A
~ B
Z<
Z<
(b) Distribusi Arus Gangguan Pada Keadaan PMT Terbuka
(b) Distribusi Arus Gangguan Pada Keadaan PMT Terbuka Gambar 7.2: Distribusi Arus Gangguan Dalam Saluran Ganda Namun pada saat PMT D terbuka, elemen rele A start untuk re-set sehingga tidak akan sempat kerja memberikan perintah tripping, sedangkan pada waktu elemen penglihat kedepan (forward looking element) Rele jarak B bekerja akibat merasakan arus terbalik sehingga PMT B akan tripping sekaligus akan mengirimkan perintah signal tripping ke PMT A.
202
Disini bila waktu re-set elemen penglihat kedepan Rele Jarak A lebih lama dari waktu kerja dari elemen penglihat kedepan Rele Jarak B, maka skema proteksi B dan A juga akan mentrip saluran yang sehat. Sala satu cara yang bisa digunakan untuk mengatasi kerumitan ini adalah dengan mengaktipkan waktu kelambatan bloking skema proteksi dimana kerjanya elemen penglihat kedepan Rele Jarak B dapat dicegah yang dimulai saat bekerjanya elemen penglihat kebelakang Rele B tersebut. Kelambatan waktu ini harus lebih panjang dari waktu re-set rele pada titik A. Capaian Rendah Pada Saluran Paralel Gangguan-gangguan yang terjadi pada saluran diluar daerah skema proteksi misal gangguan yang terjadi diluar terminal ujung remote pada saluran-saluran paralel, maka rele-rele jarak pada ujung A dan C yang diset mampu mencapai titik gangguan yang berada diluar ujung remote akan mengalami capaian kurang. Karena pada kondisi saluran paralel dan karena gangguan ini terjadi diluar ujung remote saluran maka rele akan merasakan arus gangguan hanya 50% arus gangguan. Dengan demikian Rele A atau C seolah-olah akan melihat impedansi gangguan sebesar dua kali dari impedansi sebenarnya. Mengingat letak gangguan-gangguan yang terjadi pada bagian luar ujung remote saluran dapat dilihat oleh elemen-elemen baik oleh Zone 2 dan Zone 3 maka kemungkinan-kemungkinan gangguan-gangguan yang berada diluar daerah proteksi pada saluran-saluran paralel tersebut mestinya harus dipertimbangkan pada waktu melakukan setelan–setelan waktu Zone 2 dan Zone 3 secara khusus diluar setelansetelan dasar. Tetapi mengingat setelan capaian minimum Zone 2 harus paling sedikit sampai pada ujung remote saluran yang diproteksi, sementara pengaruh capaian kurang hanya terjadi pada gangguan-gangguan pada bagian-bagian berikut saluran, maka dalam prakteknya kompensasi terhadap pengaruh saluran paralel tersebut terhadap setelan impedansi Zone 2 tidak diperlukan dilakukan. Umumnya yang perlu diperhatikan adalah kompensasi capaian kurang yang dirasakan oleh elemen Zone 3, sebab daerah proteksi yang bisa dicapai oleh elemen Zone 3 ini relatif sangat panjang karena bisa mencapai hampir seluruh bagian jaringan berdekatan.
7.3
SKEMA UNIT PROTEKSI SALURAN BANYAK TERMINAL
Saluran banyak terminal adalah saluran transmisi yang mempunyai tiga atau lebih terminal dimana pada masing-masing terminal bisa terhubung dengan beban, pembangkit-pembangkit atau kombinasi beban dan pembangkit. Terminal yang hanya tersambung dengan beban dikenal sebagai gardu taps. Saluran banyak terminal yang paling sederhana dan yang paling umum ditemukan dalam praktek terdiri dari tiga terminal yang biasa dikenal dengan konfigurasi saluran T. Sistim ini terdiri dari saluran transmisi yang ditengahnya ditap sehingga membentuk hubungan T. Pada dasarnya skema proteksi yang digunakan pada sistim saluran standar dua terminal dapat juga digunakan pada sistim saluran banyak terminal.
203
Namun, problem yang timbul bila skema proteksi jarak digunakan pada saluran banyak terminal tidak sederhana dan ternyata jauh lebih kompleks dan membutuhkan pertimbangan-pertimbangan khusus. Oleh karena itu skema proteksi yang digunakan pada sistim saluran banyak terminal adalah skema unit proteksi yang dikombinasikan dengan rele jarak. Untuk mempertahankan integritas sistim proteksi sehingga dapat mengamankan saluran secara tepat maka masing-masing skema rele proteksi perlu dilengkapi dengan berbagai jenis kanal signaling seperti kabel optik, power line carrier ataupun kabel pilot. Masalah-masalah spesifik yang mungkin ditemukan pada sistim proteksi saluransaluran banyak terminal akan didiskusikan pada bagian-bagian berikut. 7.3.1 Skema Kabel Pilot Proteksi dengan kabel pilot merupakan sistim proteksi cepat dengan biaya rendah; mereka tidak sensitif terhadap ayunan daya, relatif sederhana namun mempunyai keandalan yang hebat. Meskipun demikian terdapat juga keterbatasan kabel pilot pada proteksi saluran yang tidak bercabang yang ditarik langsung dari satu terminal ke terminal lainnya tanpa singgah di tempat pencabangan saluran. Disini panjang saluran yang dapat diproteksi dibatasi sesuai dengan karakteristik pilot kabel. Seperti diketahui, rele proteksi akan melihat kenaikan tahanan kabel pilot yang cenderung mengarah sebagai rangkaian terbuka (open circuit) sedang kapasitansi shunt akan terlihat sebagai jalur hubung singkat sepanjang kabel pilot. Oleh karena itu, operasi kerja rele proteksi akan dibatasi oleh besarnya tahanan dan kapasitansi kabel pilot. Ini berarti bila batas harga-harga tersebut dilampaui maka rele proteksi tersebut bisa kehilangan sensitifitasnya terhadap gangguan-gangguan internal dan tambahan lagi rele proteksi tersebut bisa salah kerja terhadap gangguan-gangguan eksternal. Untuk sistim saluran yang ditengah-tengahnya di cabang (saluran T) yaitu yang dikenal sebagai saluran tiga terminal, arus gangguan tanah eksternal biasanya tidak selalu sama. Padahal sistim proteksi harus linier terhadap setiap harga arus mulai dari arus normal hingga harga arus gangguan eksternal (through-fault) maksimum. Akibatnya adalah bahwa tegangan dalam kabel pilot khususnya dalam kondisi gangguan bisa mencapai nilai yang cukup tinggi yang bisa membahayakan peralatan maupun manusia. Oleh karena itu kekuatan isolasi kabel pilot yang digunakan umumnya harus cukup tinggi (lihat buku-buku manual). Itulah sebabnya mengapa kabel telepon biasa tidak bisa digunakan sebagai kabel pilot untuk keperluan proteksi saluran kabel tegangan tinggi. 7.3.2 Skema Tegangan Balans Jaringan Tiga Terminal Pada bagian ini terdapat dua jenis skema tegangan balans yang masih banyak ditemukan dalam praktek sebagai berikut. 7.3.3 Skema Tegangan Balans Translay Proteksi ini merupakan modifikasi skema tegangan balans seperti yang telah dijelaskan pada Bab 4.6.1. Untuk mempertahankan linieritas rangkaian balans, maka tegangan
204
(1,11)
acuan diambil dari trafo arus kuadran terpisah seperti terlihat pada Gambar 7.3 . Terlihat bahwa unit-unit auxiliary terhubung dengan kumparan-kumparan penjumlah yang dipasok (energised) dari trafo arus utama yang terhubung seri dengan rangkaianrangkaian elektromaknetis bagian atas masing-masing elemen sensing. Semua ujungujung kumparan sekunder trafo-trafo kuadran termasuk kumparan magnetik bawah diinterkoneksikan satu sama lain dengan ujung-ujung kumparan sekunder remote secara seri melalui kabel pilot sebagaimana terlihat pada gambar. Kumparankumparan sekunder rele digunakan sebagai rangkaian bias sebagaimana pada rele standar. Bila digunakan untuk memproteksi saluran dengan satu pencabangan T, maka secara emperis nilai setelan rele pada saluran lurus standar biasanya dinaikkan sebesar 50%, sedang untuk dua cabang T nilai setelannya dinaikkan hingga 75%.
Gambar 7.3: Skema Tegangan Balans Saluran Bercabang. 7.3.4 Skema Perbandingan Fasa Dengan Power Line Carrier Prinsip kerja skema proteksi perbandingan fasa ini sudah dijelaskan secara detil pada Bab 4.9 terdahulu. Proteksi dengan perbandingan fasa dilakukan untuk setiap fasa termasuk perbandingan sudut fasa yang diperoleh dari kombinasi arus urutan-urutan pada masing-masing ujung saluran. Bila perbedaan sudut fasa melebihi harga yang sudah ditentukan (disetel sebelumnya), maka sudut trip (trip-angle) akan mengirim signal trip pada CB terkait. Seperti sudah dibahas pada bab-bab terdahulu, untuk mencegah kesalahan operasi terhadap gangguan eksternal terdapat dua detektor berbeda yang perlu disetel pada level yang berbeda yaitu setelan tinggi (high set) dan setelan rendah (low set). Detektor yang disetel rendah akan mengirim signal untuk men-start transmisi signal carrier, sementara itu detektor yang disetel tinggi akan mengendalikan out put keluaran tripping. Selisih antara setelan rendah (low set) dengan setelan tinggi (high set) ini adalah safeguard, yang nilainya diatur sedemikian rupa sehingga skema proteksi tidak akan salah kerja terhadap gangguan eksternal. Besarnya safeguard disesuaikan dengan toleransi kerja peralatan rele dan besar arus kapasitip saluran yang diproteksi. Berbeda dengan saluran-saluran lurus, setelan safeguard antara setelan rendah dengan setelan tinggi pada saluran-saluran banyak terminal akan lebih kritis dan sulit dilakukan, karena besar arus-arus pada masing-masing terminal adalah berbeda-beda
205
khususnya pada gangguan-gangguan eksternal. Sebagai contoh, untuk menghindarkan salah kerja sistim proteksi saluran tiga terminal seperti pada Gambar 7.4 perlu dibuat ketentuan bahwa detektor yang disetel rendah pada ujung A dan B baru dienergised bila nilai arus pada ujung C sudah cukup besar untuk mengerjakan detektor yang disetel tinggi pada ujung-ujung tersebut. Karena hanya satu detektor yang disetel rendah sebagai pengasut (starter), maka detektor pada ujung A dan B perlu dioperasikan dengan benar. Kondisi yang paling tidak di-inginkan adalah bila arus IA dan IB sama besar karena untuk mempertahankan stabilitas pada kondisi ini maka safeguard yaitu selisih antara setelan tinggi dan setelan rendah perlu dibuat sebesar dua kali dari safeguard yang diperlukan pada setelan saluran lurus. Tetapi perbedaan setelan tinggi dan setelan rendah yang terlalu jauh bisa mengakibatkan sensitifitas rele proteksi berkurang yang pada akhirnya bisa berakibat lebih jauh bahwa rele tersebut tidak lagi cocok khususnya pada level gangguan sistim tenaga yang rendah. A
C IA
IC
T
IB
B
Gambar 7.4: Gangguan Eksternal Kesulitan lain yang bisa ditemukan pada saluran banyak terminal dapat dilihat seperti pada kejadian yang terlihat pada Gambar 7.5. Bila pada sistim tersebut terjadi gangguan internal dekat salah satu ujung saluran (ujung B pada Gambar 7.5) dan pada gardu C tidak ada pembangkit atau hanya mempunyai pasokan lemah sehingga arus yang mengalir pada gardu ini akan mengalir keluar. Dengan demikian rele proteksi pada gardu ini akan melihat gangguan sebagai gangguan eksternal sehingga tidak akan bekerja, lihat Bab 7.8. Dengan demikian gangguan hanya bisa ditanggulangi dengan rele proteksi cadangan. Bila rele proteksi kecepatan tinggi diperlukan untuk memproteksi sistim tersebut maka pemilihan rele proteksi utama perlu dikaji ulang dengan menggunakan jenis rele proteksi alternatif lainnya. Faktor lain yang perlu diperhatikan pada waktu penerapan sistim ini adalah redaman signal pada titik sambungan T. Besar redaman pada titik ini adalah fungsi impedansi relatif cabang-cabang saluran pada frekuensi pembawa, termasuk impedansi perangkat penerima. Jika impedansi terminal kedua dan ketiga adalah sama, maka rugi-rugi daya transmisi akan sebesar 50%. Dari pengalaman-pengalaman impedansi kedua cabang sama, maka sinyal yang dikirim dari A ke B akan mengalami redaman sebesar 3 dB sebagai akibat hadirnya terminal ke tiga C. Bila impedansi dua cabang sehubungan dengan terminal B ke C tidak sama, maka redaman boleh jadi lebih besar atau lebih kecil dari 3 dB.
206
A
C IA
IC
T
IB
Gangguan
B
Gambar 7.5: Gangguan Internal Dengan Arus Mengalir Keluar Dari Satu Ujung Saluran 7.3.5 Skema Differensial Dengan Fiber Optik Sebagaimana telah dibahas diatas, suatu rele arus diferensial dapat digunakan sebagai unit proteksi untuk memproteksi saluran banyak terminal tanpa mengurangi fungsi skema proteksi lainnya yang mungkin sudah terpasang. Untuk mereview kanal-kanal fiber optik untuk keperluan sistim proteksi dapat dilihat kembali Pada Bab 2.6.5. Penerapan unit proteksi dengan menggunakan kanal-kanal fiber optik pada sistim tiga terminal dapat dilihat pada Gambar 7.6. Rele-rele pada masing-masing ujung saluran terdiri dari jenis rele digital atau rele numeris yang bisa saling berkomunikasi melalui saluran kabel optik yang dibuat secara khusus untuk proteksi ataupun ditumpangkan melalui terminal-terminal yang digunakan untuk kebutuhan umum. Pada Gambar 7.6 tersebut, terminal tidak diperlihatkan tetapi hanya di ilustrasikan melalui kaber fiber optik saja. Prinsip kerja rele pada sistim ini adalah bahwa masingmasing rele mengukur ketiga arus lokal dan satu sama lain saling bertukar informasi dari satu rele ke rele lainnya. Bila IA, IB dan IC adalah vektor arus pada ujung saluran A, B, C maka pada sirkit yang sehat: IA + I B + I C = 0 Kanal Signalling Fiber Optik
RA
A
RB
IA
IB
B
IC
RC
C
Gambar 7.6: Skema Diferensial Pada Saluran Bercabang T Melalui Kanal Fiber Optik
207
Arus Differensial ( I diff )
IS
Trip I diff = K I bias
Restrain
Arus Bias ( I bias )
Gambar 7.7 : Karakteristik Persentasi Bias Proteksi Diferensial Masing-masing rele kemudian melakukan perhitungan setiap arus fasa, jumlah arus diferensial dan juga arus bias yang diperlukan untuk me-restrain rele sebagaimana pada cara konvensional untuk membias unit proteksi diferensial. Mengingat rele proteksi ini akan dipasok melalui trafo arus konvensional dimana akan ada pengaruh kesalahan transformasi khususnya selama transien, maka karakteristik rele yang diterapkan perlu disetel dengan tepat sehingga tetap stabil dan selektif. Kedua arus diferensial maupun arus bias dapat ditulis sebagai berikut;
Gambar 7.7 memperlihatkan prosentasi karakteristik bias diferensial yang digunakan, dimana kriteria tripping terjadi pada sesuai dengan kondisi berikut: Dan Dimana: = persentasi setelan bias. = setelan minimum arus diferensial. Bila besar arus diferensial sudah mencapai nilai sedemikian besar yang bisa mengindikasikan gangguan yang terjadi, maka rele akan mentripkan PMT dengan menggunakan rangkaian trip lokal. Disamping itu rele tersebut juga berfungsi memantau secara terus menerus kinerja kanal komunikasi dan melaksanakan test uji diri (self test) dan diagnosa seperlunya apakah ada bagian-bagian dari sistim yang tidak berfungsi secara normal. Modul-modul sistim diferensial melakukan pengukuran masing-masing arus fasa secara sendiri-sendiri sehingga pada jaringan-jaringan yang menggunakan PMT satu kutub dapat digunakan untuk melakukan tripping single fasa. Rele-rele numerik terdiri
208
dari perangkat keras yang sudah dilengkapi dengan perangkat lunak yang sudah bersifat general sehingga dapat digunakan baik untuk dua atau lebih terminal. Kalau terjadi perubahan konfigurasi proteksi misalnya dari dua menjadi tiga terminal maka rele bisa disesuaikan tanpa perlu diganti. Demikian juga, dengan menggunakan dua kanal komunikasi secara redundan dimana bila salah satu kanal terganggu sistim masih tetap kerja dengan baik tanpa kehilangan fungsinya sebagai proteksi utama. Disamping itu rele-rele numeris juga sudah dilengkapi dengan modul-modul yang dapat mendeteksi kehilangan sinyal komunikasi dengan baik sehingga secara otomatis sistim komunikasi dapat dialihkan dengan menggunakan kanal komunikasi stand-by. Dengan demikian pengaktipan rele cadangan hanya dilakukan apabila kedua kanal komunikasi mengalami gangguan total.
7.4
RELE JARAK PADA SALURAN BANYAK TERMINAL
Saluran banyak terminal adalah saluran transmisi yang mempunyai lebih dari dua terminal seperti saluran transmisi yang ditengah-tengahnya di cabang T seperti terlihat pada Gambar 7.8. Sebenarnya masalah-masalah yang sering dijumpai dalam penerapan rele jarak pada proteksi saluran bercabang T pada prinsipnya adalah sama dengan kendala-kendala yang dijumpai pada saluran-saluran lurus lainnya. Namun demikian mengingat karakteristik saluran yang berbeda-beda maka setiap aplikasi rele proteksi mempunyai keunikan sendiri-sendiri yang tidak bisa digeneralisasi tanpa distudi secara mendalam. Dalam praktek setiap penerapan rele proteksi sebaiknya didiskusikan dengan pihakpihak lain yang mungkin sudah lebih berpengalaman sebelum memutuskan karakteristik proteksi yang bagaimana yang diperlukan untuk memproteksi saluransaluran yang dihadapi. Berikut adalah beberapa keadaan yang perlu diperhatikan dalam aplikasi rele proteksi khususnya pada saluran banyak terminal. 7.4.1 Impedansi Real Dilihat Rele Jarak Seperti sudah pernah dibicarakan, impedansi real yang dilihat oleh rele jarak dipengaruhi oleh arus infeed pada setiap titik pencabangan yang terdapat pada saluran yang mau diproteksi. Sebagai contoh perhatikan Gambar 7.8 dimana gangguan terjadi pada bus-bar gardu B. Pada kondisi ini, tegangan VA dapat dinyatakan dengan: .........7.1 Sehingga impedansi ZA dilihat dari rele jarak pada terminal A adalah:
Atau ........7.2
209
Terlihat bahwa impedansi real yang diperlihatkan pada rele jarak ternyata dimodifikasi melalui faktor . Bila beban sebelum gangguan adalah nol, maka arus IA dan IB akan berada pada fasa yang sama. Maka dalam hal ini impedansi real yang diperlihatkan pada rele dapat dinyatakan dalam impedansi sumber sebagai berikut : ...........7.3 Besar suku ketiga persamaan diatas adalah fungsi impedansi total cabang A dan cabang B dan dapat mencapai nilai relatif tinggi bila kontribusi arus pada cabang C jauh lebih besar dari cabang A. Gambar 7.9 memperlihatkan bagaimana sebuah rele jarak dengan karakteristik mho yang ditempatkan pada titik A dengan elemen Zone 2 diset pada 120% saluran yang diproteksi AB, gagal melihat gangguan pada busbar remote gardu B. Titik T pada contoh ini adalah setengah jalan antara gardu A dan gardu B dimana ZLA sama dengan ZLB dan arus gangguan IA dan IC dianggap identik baik dalam magnitude maupun sudut fasanya. Pada kondisi ini gangguan yang dirasakan oleh rele berada pada titik B`, bukan pada impedansi sesungguhnya di B dimana rele bekerja pada capaian rendah (under-reach). Z SA
A
B IA
~
IB
T Z LA
Z SB
~
Z LB Z LC Gangguan
IC
C
~Z
SC
Gambar 7.8: Gangguan bus bar pada Substation B X B‟
B
T
A
R
Gambar 7.9: Impedansi Real Yang Diperlihatkan Pada Rele Jarak di Gardu A Pada Gangguan Bus-bar Yang Terjadi di Gardu B Pengaruh capaian rendah pada saluran yang terdapat pencabangan T bisa terjadi pada setiap jenis gangguan. Untuk penyederhanaan, persamaan dan contoh-contoh
210
diatas dilakukan hanya untuk gangguan seimbang. Untuk gangguan tidak seimbang, khususnya gangguan tanah, persamaan diatas bisa berubah menjadi sangat kompleks, karena rasio kontribusi arus-arus gangguan pada terminal A dan C bisa jadi tidak identik. Contoh ekstrim dapat terjadi apabila terminal T ketiga tidak terhubung dengan pembangkit, namun terhubung dengan trafo dimana titik bintang kumparan bintangnya terhubung langsung dengan tanah seperti terlihat pada Gambar 7.10. Gambar 7.11 memperlihatkan rangkaian jaringan urutan-urutan pada kondisi gangguan fasa A ke tanah yang terjadi pada bus bar Gardu B. Z SA
A
B IA
~
T Z LA
Z SB
~
Z LB Z LC
Gangguan Fasa A ke Tanah
ZT
C M Beban
Gambar 7.10: Saluran Yang Ditap Dengan Trafo Dengan Netral Terhubung Langsung Dengan Tanah Z SA1
Z LA1
T1 I A1
A1 EA
Z LB1 Z LC1
Z SH1 B1
Z T1
EB
Z M1 Z SA2
Z LA2
T2 I A2
G1
Z LB2 Z LC2
Z SB2 B2
Z T2 Z M2 Z SA0
Z LA0 A0
T0 I A0
Z LB0 Z LC0
Z SB0 B0
I C0 Z T0
Gambar 7.11: Jaringan Urutan-urutan Gangguan Busbar Fasa A ke Tanah Gambar 7.11 dapat dilihat bahwa pengaruh pencabangan T pada impedansi urutan positip dan negatip ternyata hanya sedikit. Tetapi sebaliknya impedansi urutan nol
211
titik pencabangan aktualnya membypass atau memparalel (shunt) arus urutan nol pada rangkaian cabang A. Akibatnya, rele jarak yang ditempatkan di terminal A akan cenderung mengarah capaian rendah (under-reach). Kesulitan ini bisa diatasi misalnya dengan menaikkan faktor arus kompensasi yang diperlukan untuk memperkecil pengaruh besarnya arus urutan nol. Namun arus kompensasi ini bisa berdampak merugikan khususnya bila terjadi perubahan konfigurasi jaringan sebagai berikut: i.
Capaian lebih akan terjadi bila trafo tidak dihubungkan dengan sistim dimana dalam hal ini rele proteksi akan berada pada capaian lebih (Over-reach), yang akhirnya dapat mengakibatkan rele jarak kerja diluar batas daerah zone proteksi.
ii.
Kemungkinan lain adalah kesalahan kerja elemen perangkat gangguan tanah dibelakang lokasi rele yang semakin tinggi.
7.4.2 Pengaruh Beban Sebelum Gangguan Pelu dicatat bahwa pada diskusi-diskusi yang sudah dilakukan diatas dianggap bahwa transfer daya listrik antara ketiga terminal jaringan T persis sebelum gangguan adalah nol. Hal tersebut dilakukan mengingat bahwa dalam kondisi berbeban sesungguhnya, arus gangguan IA dan IB pada Gambar 7.8 kemungkinan besar tidak lagi sefasa. Sementara itu faktor dalam persamaan-persamaan tersebut dilihat dari rele pada A, akan menjadi besaran yang kompleks dengan sudut fasa bisa positip atau negatip tergantung apakah fasa arus IC berada pada posisi terdahulu (leading) atau terbelakang (lagging) terhadap arus IA. Pada gangguan yang terjadi seperti pada Gambar 7.8 dan Gambar 7.10, impedansi beban sebelum gangguan bisa jadi menggeser impedansi yang dilihat oleh rele jarak seperti pada titik-titik B`1 atau B`2 pada Gambar 7.12 yakni tergantung sudut fasa dan magnitude arus beban sebelum gangguan. Gambar tersebut digambarkan oleh 1 Humpage dan Lewis untuk memperlihatkan pengaruh kondisi beban sebelum gangguan terhadap impedansi yang dilihat rele jarak pada kasus-kasus saluran banyak terminal. X
B‟2 B‟1
B
T
A
R
Gambar 7.12: Pengaruh Beban Sebelum Gangguan Pada Impedansi Apparent Yang Diperlihatkan Pada Rele
212
Dari hasil-hasil penelitian yang dilakukan Humpage dan Lewis tersebut, memperlihatkan bahwa rele-rele jarak konvensional tidak mudah disetel sesuai dengan konfigurasi jaringan khususnya pada saluran-saluran banyak terminal sebagaimana telah dibahas diatas. Hal inilah salah satu faktor yang mendorong para pabrikan untuk melakukan perbaikan-perbaikan dan penyempurnaan yang diperlukan pada waktu mendisain dan membuat rele-rele numeris yang lebih fleksibel sehingga dapat disetel mengikuti kondisi jaringan yang akan diproteksi. Sebagai hasilnya salah satu keunggulan rele-rele numeris modern saat ini adalah kemampuannya untuk bisa disesuaikan mengikuti perubahan jaringan transmisi tanpa perlu diganti dengan rele tertentu yang perlu didisain secara khusus. 7.4.3 Pengaruh Arus Gangguan Yang Mengalir Keluar Dari Satu Terminal Sejauh ini pada waktu gangguan terjadi di busbar B maka arus gangguan yang mengalir dari terminal A maupun terminal C mengalir kearah dalam saluran. Namun dalam prakteknya terdapat kondisi tertentu, dimana arah arus pada salah satu terminal tidak mengalir kedalam tetapi malah mengalir kearah arah luar jaringan. Keadaan umum dapat diperlihatkan seperti pada Gambar 7.13; dimana salah satu ujung saluran paralel yang di tap terbuka pada ujung terminal A. Sekarang terlihat bahwa arah arus I A positip dan IC negatip berbeda arah sehingga perbandingan menjadi negatip. Akibatnya rele jarak pada terminal A melihat impedansi gangguan lebih kecil dari impedansi saluran yang diproteksi yaitu (ZA + ZB) dan karena itu dia akan cenderng over-reach. Dalam beberapa kasus tertentu, impedansi real yang diperlihatkan pada rele bisa jadi hanya sebesar 50% dari impedansi saluran yang diproteksi dan bahkan bisa lebih kecil bila terdapat saluran lain antara B dan C. Bila gangguan merupakan gangguan internal dan terjadi pada bagian saluran dekat ke bus-bar B, seperti pada Gambar 7.14, dimana arus pada titik C tetap mengalir ke arah luar sehingga rele C terkait akan gagal bekerja sebab gangguan tersebut terlihat sebagai gangguan eksternal. A
B IA
IB
T ZA
ZB
~
~ I ’B
IC
I ’C
Gangguan
C
Gambar 7.13: Gangguan Internal Pada Bus-bar B Dengan Arus Mengalir Keluar Terminal C
213
A
B IA
IB
T
~
~
Gangguan
I ’B
IC
I ’C
C
Gambar 7.14: Gangguan Internal Dekat Bus-bar B “Arus Mengalir Keluar Terminal C” 7.4.4 Salah Kerja Terhadap Gangguan Dibelakang Rele Rele jarak gangguan tanah yang dilengkapi dengan karakteristik direksional cenderung kehilangan sifat arahnya terutama dalam kondisi gangguan terbalik (reverse) yang tidak simetris dimana arus yang mengalir melalui rele cukup tinggi dan setelan rele relatif besar. Disini setelan rele dan arus gangguan reverse saling terkait, pertama sebagai fungsi panjang saluran maksimum dan kedua tergantung dari impedansi saluran terdekat dan level gangguan pada terminal tersebut. Sebagai contoh, lihat Gambar 7.15, setelan rele pada terminal A akan tergantung pada impedansi (Z A + ZB) dan arus gangguan infeed IC, untuk gangguan pada gardu B, sementara itu arus gangguan IA untuk gangguan reverse bisa jadi agak besar bila titik T berada semakin dekat ke terminal A dan C. A
~
B IA
IB
T ZA
ZB
Gangguan
~
ZC IC
C
~ Gambar 7.15: Gangguan Eksternal Dibelakang Rele Terminal A Secara umum masalah-masalah penting yang mungkin dihadapi pada waktu menerapkan rele jarak pada saluran-saluran banyak terminal seperti pada hubungan T sebagaimana telah dibahas pada uraian-uraian diatas dapat diringkas sebagai berikut;
214
7.5
1.
Pengaruh capaian rendah pada gangguan internal akibat arus yang masuk pada titik pencabangan T.
2.
Pengaruh beban pada impedansi gangguan.
3.
Pengaruh capaian rendah pada gangguan eksternal akibat arus yang mengalir keluar dari terminal.
4.
Kegagalan kerja terhadap gangguan internal akibat arus yang mengalir keluar dari terminal.
5.
Kesalahan kerja pada gangguan eksternal akibat arus tinggi yang dipasok dari terminal terdekat.
SKEMA PROTEKSI JARAK SALURAN BANYAK TERMINAL
Skema proteksi jarak seperti yang dijelaskan pada Bab 6 yaitu pada jaringan lurus tanpa pencabangan (plain feeder) boleh juga digunakan untuk proteksi jaringan T. Namun, penerapannya lebih terbatas dalam beberapa faktor tergantung dari kondisi dan konfigurasi saluran. Faktor-faktor tersebut antara lain misalnya tentang skema proteksi apakah skema bloking atau transfer tripping, kecepatan transfer tripping, tingkat sekuriti terhadap gangguan eksternal dan dependability terhadap gangguan internal. Untuk mendapatkan transfer tripping dengan kecepatan tinggi terhadap setiap gangguan yang mungkin terjadi pada saluran transmisi maka perlu ada arus gangguan yang memasok setiap bus yang menghubungkan saluran tersebut. Meskipun sistim transmisi tegangan tinggi saluran lurus dengan hanya satu sumber pasokan pada salah satu ujung saluran adalah hal yang jarang ditemukan namun perlu dipertimbangkan. Sementara itu dapat juga ditemukan jaringan T dimana tidak ada arus pasokan pada salah satu ujung jaringan, misalnya pada kondisi saluran bercabang yang bekerja sebagai saluran lurus yaitu pada waktu salah satu PMT pada salah satu terminal sedang dalam keadaan terbuka. Meskipun demikian mengingat penerapan transfer trip pada sistim jaringan T dapat juga memberikan beberapa keuntungankeuntungan sehingga skema transfer trip ini sering juga digunakan. Penerapan skema bloking pada jaringan T berbeda dengan skema transfer trip seperti akan dibahas pada uraian-uraian berikut ini. 7.5.1 Skema Transfer Trip Capaian Rendah Tujuan utama yang ingin dilakukan pada skema transfer trip capaian rendah adalah agar proteksi Zone 1 pada satu terminal (minimal), harus melihat gangguan pada saluran. Untuk mencapai ini, karakteristik Zone 1 rele-rele pada ujung-ujung berbeda harus saling tangkup (overlap), baik antara ketiga terminal atau antara dua pasang diantara mereka. Kasus 1, 2 dan 3 (Bab 7.4) pada masalah-masalah diatas harus diperhatikan pada waktu melakukan pemilihan setelan karakteristik Zone 1. Bila menemukan kondisi pada kasus 4, maka direct transfer trip dapat digunakan untuk mengatasi gangguan; atau sebagai alternatif tripping dapat dilakukan secara berturutan pada terminal C bila arus gangguan IC terbalik sesudah PMT pada terminal B sudah terbuka; lihat Gambar 7.15. Skema transfer trip dapat diterapkan pada saluran yang mempunyai cabang dengan panjang yang sama. Bila satu atau dua
215
cabang sangat pendek seperti yang sering terjadi pada jaringan T, maka akan sulit membuat karakteristik Zone 1 kedua pasangan untuk saling tangkup (overlap). Pada kondisi ini perlu dicarikan skema proteksi lain yang lebih sesuai. Pembahasan lebih lanjut tentang berbagai keadaan konfigurasi spesifik dapat dirujuk pada buku-buku pegangan proteksi sistim tenaga listrik yang diterbitkan oleh berbagai para pabrikan rele-rele proteksi. Skema transfer trip dapat diterapkan pada saluran yang mempunyai cabang dengan panjang yang sama. Bila satu atau dua cabang sangat pendek seperti yang sering terjadi pada jaringan T, maka akan sulit membuat karakteristik Zone 1 kedua pasangan untuk saling tangkup (overlap). Pada kondisi ini perlu dicarikan skema proteksi lain yang lebih sesuai. Pembahasan lebih lanjut tentang berbagai keadaan konfigurasi spesifik dapat dirujuk pada buku-buku pegangan proteksi sistim tenaga listrik yang diterbitkan oleh berbagai para pabrikan rele-rele proteksi. 7.5.2 Skema Transfer Trip Capaian Lebih Agar dapat bekerja sesuai rencana maka rele-rele yang terpasang pada masing-masing ketiga ujung saluran harus dapat melihat setiap gangguan dimanapun pada saluran. Tetapi hal ini sering sulit dilakukan, mengingat impedansi yang dilihat rele pada gangguan pada satu ujung remote saluran bisa sangat besar, sebagaimana pada kasus 1 (Bab 7.4). Masalah ini akan mempertinggi tingkat kemungkinan salah kerja khususnya terhadap gangguan terbalik (reverse fault) seperti kasus 5 diatas. Disamping itu, karakteristik rele bisa melewati batas karakterstik impedansi beban sehingga bisa trip pada beban normal. Sehubungan dengan pertimbanganpertimbangan diatas dan ditambah dengan kesulitan-kesulitan sinyaling telekomunikasi yang diperlukan maka dalam prakteknya penerapan transfer trip capaian lebih pada saluran bercabang banyak (multi ended) jarang dilakukan. 7.5.3 Skema Bloking Skema bloking pada saluran bercabang banyak (multi ended) dapat juga diterapkan secara khusus karena pada sistim ini rele kecepatan tinggi (high speed operation) dapat diterapkan meskipun tidak terdapat arus infeed pada satu atau lebih terminal sebagaimana diperlukan dalam skema transfer tripping. Kerugiannya terletak hanya bila ada arus gangguan yang keluar atau outfeed dari terminal, seperti terlihat pada Gambar 7.14 (mirip seperti pada ringkasan Bab 7.4, kasus 4). Pada kondisi ini, unit proteksi pada terminal tersebut bisa melihat gangguan sebagai gangguan eksternal dan mengirimkan signal bloking ke terminal-terminal remote yang menyebabkan PMT-PMT remote tidak akan trip sehingga gangguan akan berlangsung terus tanpa sistim proteksi. Namun hal tersebut masih bisa diatasi tergantung pada skema lojik proteksi yang digunakan apakah gangguan tersebut diblok atau gangguan diselesaikan dengan waktu Zone 2. Setelan unit direksional harus sedemikian rupa sehingga kesalahan kerja tidak terjadi terhadap gangguan gangguan dengan arah terbalik; ringkasan Bab 7.4 kasus 5. 7.5.4 Pertimbangan Kanal Sinyaling Jumlah kanal sinyaling yang diperlukan dalam mengimplementasikan skema proteksi tergantung pada konfigurasi jaringan dan jenis skema proteksi yang mau diterapkan.
216
Pada skema tripping capaian rendah dan skema bloking, jumlah yang dibutuhkan hanya satu kanal signaling. Sebaliknya pada skema capaian lebih permisif jumlah kanal yang dibutuhkan sama dengan jumlah terminal saluran. Perangkat kanal sinyaling pada masing-masing terminal harus mempunyai satu transmitter dan N-1 satu perangkat receiver, dimana N adalah jumlah terminal. Perhitungan kebutuhan jumlah kanal ini harus dilakukan pada waktu perencanaan sistim proteksi yang mau diterapkan khususnya bila fasilitas komunikasi yang digunakan mempunyai kanal terbatas seperti perangkat PLC, namun bila tersedia terminal komunikasi fiber optik yang mempunyai kanal komunikasi relatif banyak maka masalah penyediaan komunikasi ini tidak begitu perlu dikhawatirkan. Bila kanal sinyaling yang digunakan bekerja dengan prinsip pergeseran frekuensi (frequency shift) misal untuk mempertinggi keandalan skema proteksi, khususnya pada skema transfer trip, maka untuk keperluan ini dibutuhkan sejumlah N frekuensi yang diperlukan untuk membentuk kode-kode atau perintah-perintah komando yang diperlukan. Disamping itu bila digunakan saluran komunikasi power line carrier maka faktor redaman dan masalah impedansi matching juga perlu diperhatikan. Ringkasnya faktor-faktor seperti jenis komunikasi, metoda komunikasi serta jumlah kanal yang harus tersedia perlu mendapat perhatian pada tahap perencanaan sistim proteksi sesuai dengan konfigurasi jaringan dan spesifikasi sistim proteksi yang dibutuhkan. 7.5.5 Skema Bloking Perbandingan Arah PPrinsip kerja skema bloking perbandingan direksional (Directional Comparison Blocking Scheme) adalah sama dengan prinsip kerja sebagaimana pada skema bloking rele jarak biasa. Keuntungan utama skema bloking perbandingan direksional terhadap skema jarak standar terletak pada kemampuannya yang jauh lebih tinggi untuk mendeteksi gangguan tanah tahanan tinggi. Namun stabilitas skema proteksi ini terhadap gangguan eksternal (through fault), lebih rendah dari skema bloking rele jarak standar. Untuk mengatasi hal tersebut maka kanal-kanal komunikasi yang digunakan harus mempunyai kualitas dan keandalan yang tinggi. Dapat dikatakan dengan tingkat kepercayaan yang tinggi terhadap perangkat-perangkat komunikasi yang digunakan maka skema bloking perbadingan direksional bisa digunakan untuk mengatasi berbagai kesulitan yang ditemukan pada proteksi saluran banyak terminal (multi ended). Pada umumnya untuk mendapatkan berbagai fitur-fitur rele jarak yang diperlukan sesuai dengan kondisi dan konfigurasi jaringan yang berbeda-beda maka kebanyakan rele-rele modern (Alstom, GE, Siemens, ABB...) menerapkan prinsipprinsip dan standar yang sama. Pemilihannya lebih pada pertimbangan ekonomi, tingkat layanan purna jual, ketersediaan suku cadang maupun kondisi sistim proteksi jaringan eksisting.
7.6
PROTEKSI KOMPENSASI SALURAN SERI
Gambar 7.16 memperlihatkan persamaan dasar transfer daya listrik. Dari persamaan ini dapat dilihat bahwa daya yang di transfer adalah sebanding dengan besar tegangan sistim dan besar sudut beban dan berbanding terbalik dengan impedansi sistim. Kompensasi saluran seri digunakan pada saluran transmisi dimana besar daya yang
217
ditransmisikan tidak bisa dilakukan, baik karena kebutuhan beban ataupun untuk keperluan stabilitas. Kompensasi saluran seri dengan menggunakan kapasitor akan mengurangi impedansi induktif total saluran sehingga akan memperbesar kemampuan aliran daya. Level kompensasi tipikal berada mulai dari 35%, 50% dan 70% dimana persentasi level menyatakan perbandingan impedansi kapasitor terhadap impedansi saluran. EA
GI A
EB
GI B ZT
~ PT α
~
EA EB Sin δ ZT
Gambar 7.16: Transfer Daya Pada Saluran Transmisi Namun penerapan kapasitor kompensasi seri pada saluran transmisi dapat menimbulkan beberapa masalah pada sistim rele proteksi. Contoh yang paling umum adalah kondisi terbaliknya tegangan gangguan terhadap tegangan sumber seperti diperlihatkan pada Gambar 7.17 yaitu pada gangguan-gangguan yang terjadi didalam saluran yang diproteksi. Secara umum impedansi total adalah induktif sehingga arus gangguan juga induktif seperti dapat diperlihatkan pada gambar dimana arus 0 tertinggal sebesar 90 terhadap tegangan generator E. Namun tegangan yang diukur rele adalah tegangan pada terminal kapasitor sehingga tertinggal terhadap arus 0 gangguan sebesar 90 . Dengan demikian tegangan yang diukur oleh rele berlawanan fasa dengan tegangan g.g.l (E) sistim. Meskipun pandangan ini sangat disederhanakan, namun hal ini dapat menimbulkan masalah besar dalam penerapan rele, sebab pada setiap kebutuhan proteksi yang berbasis keputusan arah pada umumnya didasarkan pada acuan sistim induktif, dimana gangguan maju yang di indikasikan oleh beda sudut fasa arus gangguan (tertinggal) terhadap tegangan yang di ukur. Contoh, misalnya adalah rele jarak, dimana saluran transmisi dianggap merupakan impedansi induktif terdistribusi sepanjang saluran. Persoalan pertama pada kapasitor seri adalah penetapan arah gangguan sebab tegangan gangguan yang dirasakan rele adalah tegangan yang terbalik dari E dimana arus gangguan dilihat menjadi kapasitif yang sangat jauh jika dibandingkan bila saluran tidak mempunyai konvensasi seri. VF
E
~
jX S -jXC E
Z<
IF
XS > XC IF VF
Gambar 7.17: Tegangan Invers Pada Saluran Transmisi Persolan kedua adalah inversi arus (dari induktif ke kapasitif) seperti diperagakan pada Gambar 7.18. Dalam hal ini impedansi keseluruhan saluran adalah kapasitif. Dengan
218
0
demikian arus gangguan akan mendahului tegangan g.g.l E sebesar 90 , sementara itu tegangan gangguan yang diukur tetap satu fasa dengan tegangan E. Perlu dicatat bahwa keadaan ini dapat menimbulkan masalah stabilitas berbagai perangkat proteksi yang terdapat pada rele proteksi tersebut. Dalam rangka memproteksi kapasitor terhadap tegangan lebih pada waktu terjadinya gangguan biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat pembatas tegangan seperti metal oxide valve atau MOV yang dipasang paralel dengan kapasitor. Bila terjadi gangguan maka impedansi gangguan keseluruhan akan bersifat kapasitif dan umumnya mempunyai nilai yang rendah, sehingga bisa menimbulkan arus gangguan dengan level yang tinggi yang dapat men trigger MOV yang pada akhirnya akan mem-bypass kapasitor. Pada kondisi tersebut saluran akan kembali menjadi induktif sehingga bisa mencegah terjadinya inversi arus. Secara umum, penerapan rele proteksi pada saluran transmisi daya yang mempunyai kompensasi seri perlu di-evaluasi dengan seksama. Karena persoalan-persoalan terkait dengan kompensasi kapasitor seri dapat di atasi dengan berbagai teknik rele proteksi yang berbeda-beda, maka sangat diperlukan kehatihatian agar sistim yang dipilih sesuai dengan keperluan. Bila diperlukan para insinyur proteksi yang mau menerapkan rele proteksi dapat berkonsultasi langsung dengan para pabrikan yang telah lebih dahulu berpengalaman dalam menghadapi kondisikondisi yang mungkin mirip dengan masalah yang mereka hadapi sehingga bisa dicarikan jalan keluar yang terbaik dan tepat. VF
E jX S
~
-jXC VF
Z<
IF
j IF X S XS < XC F
E
I
Gambar 7.18: Inversi Arus Pada saluran Transmisi Pada akhirnya dapat diringkas bahwa untuk setiap aplikasi proteksi secara khusus dan spesifik perlu melakukan studi-studi dan pertimbangan secara hati-hati sebelum dapat memutuskan pilihan skema proteksi mana yang paling sesuai dengan proteksi sesuai dengan jaringan tersebut. Perlu dicatat bahwa sejauh ini tidak ada pegangan umum yang dapat digunakan untuk menentukan sistim proteksi yang tepat yang dapat digunakan secara umum untuk setiap kondisi jaringan spesifik. Hal ini ditambah lagi dengan kondisi real lapangan dimana sangat jarang ada jaringan yang yang persis sama. Dalam prakteknya setiap jaringan mempunyai karakteristik sendiri-sendiri tergantung dari jenis konduktor, ketinggian diatas tanah, tahanan jenis tanah, bentuk terrain yang dilalui transmisi, letak jalur-jalur transmisi, jumlah transmisi dalam satu menara dan lain sebagainya yang dapat mempengaruhi karakteristik impedansi saluran sehingga tidak bisa digeneralisir dalam penerapan sistim proteksi.
219
SOAL - SOAL BAB 1 1.
Dalam perencanaan suatu sistim tenaga listrik yang pada dasarnya terdiri dari pembangkitan, transmisi dan jaringan distribusi harus dioperasikan secara optimum dalam arti bahwa sistim tenaga listrik tersebut harus handal, aman dan ekonomis. Jelaskan apa yang dimaksud handal, aman dan ekonomis.
2.
Salah satu faktor yang perlu diperhatikan dalam perencanaan sistim proteksi tenaga listrik adalah faktor frekuensi dan lama gangguan pasokan tenaga listrik yang bisa terjadi sehubungan dengan gangguan-gangguan yang mungkin dialami sistim tenaga tersebut. Coba jelaskan apa yang dimaksud dengan frekuensi dan lamanya waktu gangguan. Dapatkah saudara menjelaskan kriteria yang digunakan untuk menilai kualitas sistim pelayanan tenaga listrik. Faktor-faktor apa saja yang dinginkan oleh pelanggan-pelanggan industri.
3.
Coba jelaskan suatu sistim tenaga listrik yang saudara ketahui dengan menggunakan diagram satu garis mulai dari pembangkitan, transmisi, distribusi hingga ke jaringan pelanggan. Jelaskan semua komponen-komponen apa saja yang diperlukan pada setiap jaringan tenaga lsitrik tersebut.
4.
Dapatkah saudara jelaskan mengapa seorang insinyur listrik dibutuhkan dalam pengelolaan sistim tenaga lsitrik. Tanggung jawab apa yang saudara ketahui dari seorang perencana suatu sistim tenaga lsitrik. Jelaskan.
5.
Jelaskan tentang perangkat-perangkat sistim proteksi yang dibutuhkan dalam sistim tenaga lsitrik. Mengapa sistim proteksi harus dibuat berdasarkan sistim zone. Gambarkan dalam bentuk skematik diagram. Faktor-faktor apa saja yang diperlukan dalam menentukan zona proteksi sistim tenaga listrik. Jelaskan.
6.
Sebutkan jenis-jenis rele proteksi yang saudara ketahui mulai dari jenis elektromekanis, rele statis, dijital hingga rele-rele numeris. Sebutkan keuntungan dan kerugian masing-masing rele tersebut yang saudara ketahui.
7.
Dalam sistim proteksi dikenal beberapa istilah yang sangat perlu diperhatikan pada waktu perencanaan. Coba jelaskan satu per satu mengapa faktor disain, setelan, instalasi, faktor pemburukan, pengetesan-pengetesan, kinerja dan lainlain perlu diperhatikan dalam merencanakan suatu sistim proteksi tenaga listrik.
8.
Rele sistim proteksi pada sistim tenaga listrik harus selektif, cepat, stabil, sensitif. Coba jelaskan satu per satu.
9.
Jelaskan tentang sebuah rele proteksi yang saudara ketahui. Sebutkan masukanmasukan dan keluaran apa saja yang dibutuhkan agar sebuah rele proteksi dapat berfungsi sebagai perangkat untuk mengamankan suatu sistim tenaga listrik. Jelaskan tentang indikator-indikator kerja suatu rele proteksi.
220
10. Jelaskan apa yang disebut tripping circuit. Mengapa rangkaian tripping suatu sistim proteksi tidak boleh gagal melakukan fungsinya terutama pada waktu terjadinya gangguan-gangguan pada sistim tenaga listrik tersebut. Terangkan apa saja yang diperlukan dalam merancang suatu rangkaian tripping.
BAB 2 1.
Coba terangkan mengapa kanal komunikasi dalam menerapkan skema proteksi suatu saluran transmisi diperlukan. Sebutkan beberapa jenis media komunikasi yang dapat digunakan dalam sistim proteksi saluran transmisi sistim tenaga listrik. Apa untung ruginya bila kanal komunikasi yang digunakan pada sistim tenaga lsitrik disewa dari pihak lain misalnya dari perusahaan tele komunikasi seperti Perumtel.
2.
Coba jelaskan tentang; Skema Unit Proteksis, Teleproteksi, Intertripping (direct trip, skema bloking). Kriteria kinerja apa saja yang dibutuhkan agar sistim komunikasi dapat digunakan untuk keperluan skema-skema proteksi diatas.
3.
Jelaskan tentang jenis-jenis transfer tripping yang anda ketahui misalnya seperti tripping permisif, skema bloking.
4.
Coba jelaskan beberapa jenis metoda pensinyalan yang sering digunakan dalam sistim proteksi sistim tenaga listrik. Sebutkan jenis metoda pensinyalan yang paling sering digunakan. Mengapa.
5.
Dalam sistim komunikasi dikenal istilah interferensi, derau yang selalu diperhatikan pada waktu penerapan sistim intertripping. Coba jelaskan apa pengaruh derau dan interferensi terhadap skema tele proteksi yang digunakan. Pada skema proteksi jenis yang mana suatu sistim komunikasi yang tidak boleh gagal.
6.
Apakah menurut anda satelit komunikasi bisa digunakan sebagai media komunikasi untuk skema tele proteksi. Bila tidak mengapa, jelaskan jawaban saudara.
7.
Coba jelaskan secara ringkas tentang Power Line Carrier dalam sistim tenaga listrik. Faktor-faktor apa saja yang harus dipertimbangkan dalam menentukan keandalan sistim komunikasi ini. Coba jelaskan mengapa sistim komunikasi dengan power line carrier menggunakan teknik single side band. Berapa kanal frekuensi suara yang saudara ketahui pada suatu komunikasi power line carrier. Bisakan power line carrier digunakan untuk sistim komunikasi suara dan untuk keperluan sistim tele informasi lain. Jelaskan jawaban saudara.
8.
Sebutkan komponen-komponen sistim komunikasi dengan menggunakan power line carrier. Sebutkan fungsi-fungi; Kapasitor Pengait (copling capacitor), Sirkit Jebakan dan Line Matching Unit.
221
9.
Disamping sebagai filter frekeunsi tinggi, fungsi sebuah sirkit jebakan (wave trap) juga harus mampu untuk mengalirkan arus daya listrik frekuensi rendah secara terus menerus termasuk terhadap arus gangguan yang sangat besar. Coba jelaskan jawaban saudara.
10. Jelaskan secara singkat mengenai media sistim komunikasi dengan menggunakan serat optik. Coba terangkan bagaimana kabel-kabel optik digelar dari satu gardu ke gardu lainnya. Jelaskan jenis kabel optik dan panjang gelombang cahaya yang sering digunakan dalam sistim tenaga listrik. Jelaskan apakah pemilihan panjang gelombang optik tersebut dilakukan dengan alasan khusus?
BAB 3 1.
Coba jelaskan mengapa rele arus lebih merupakan rele yang terbanyak digunakan dalam sistim proteksi jaringan tenaga listrik. Sebutkan beberapa jenis rele arus lebih yang saudara ketahui. Apa beda antara rele arus lebih dengan rele beban lebih.
2.
Dalam prakteknya, kordinasi antar rele-rele yang dipasang untuk mengamankan jaringan distribusi adalah dengan menggunakan prinsip waktu atau arus bertahap atau kombinasi antara arus dan waktu. Coba jelaskan apa yang dimaksud dengan sistim grading waktu pada sistim proteksi arus lebih.
3.
Dalam penerapan rele arus lebih maka terlebih dahulu harus diketahui besar arus beban maksimum dan arus gangguan minimum yang mungkin mengalir pada saluran yang mau diproteksi. Coba jelaskan mengapa perbandingan antara arus gangguan maksimum dan arus gangguan minimum perlu diperhatikan. Mengapa setelan rele harus selalu dimodifikasi mengikuti perubahan dan pertumbuhan jaringan. Jelaskan jawaban saudara.
4.
Apa bedanya rele direksional dan rele non-direksional. Jelaskan untung rugi kedua jenis rele tersebut.
5.
Coba jelaskan data-data apa saja yang diperlukan dalam menentukan setelansetelan rele proteksi jaringan sistim tenaga listrik. Jelaskan jawaban saudara.
6.
Coba gambarkan suatu sistim tenaga listrik yang terdiri dari satu generator yang terhubung dengan sebuah trafo untuk menaikkan tegangan generator ketegangan yang lebih tinggi. Kemudian trafo tersebut dihubungkan dengan saluran transmisi hingga ke lokasi pelanggan dimana terdapat sebuah trafo untuk menurunkan tegangan transmisi ke tegangan distribusi yang sesuai. Bila terjadi gangguan persisi di terminal trafo distribusi, gambarkan diagram waktu bagaimana saudara melakukan sistim proteksi pada jaringan radial tersebut. Sebutkan kelemahan dan kerugian dengan hanya menggunakan proteksi dengan sistim waktu bertingkat ini.
7.
Coba jelaskan bagaimana sistim proteksi dilaksanakan dengan menggunakan prinsip diskriminasi arus. Mengapa diskriminasi arus bisa dilakukan. Sebutkan
222
keuntungan dan kerugian sistim proteksi dengan menggunakan prinsip diskriminasi arus tersebut. 8.
Suatu sistim tenaga listrik seperti pada gambar berikut; Pembangkit 11.5 kV 250 MVA
Kabel tanah 240 Sqm 200 meter
Kabel tanah 240 Sqm 200 meter
Trafo 11.5/0.4 kV 7%
~ C
B F1
A F2
F3
F4
Bila impedansi sumber Zs = 0.46 Ohm, kabel antara C dan B Z l1 = 0.25 Ohm, kabel antara B dan A termasuk trafo 11.5/0.4 kV adalah Zl2 = 0.38 Ohm. Hitung besar level gangguan untuk setiap titik gangguan F1, F2 dan F3. Dapatkah proteksi arus bertingkat dilakukan pada jaringan ini. Jelaskan jawaban saudara. 9.
Jelaskan prinsip diskriminasi gangguan berdasarkan kombinasi antara arus dan tegangan. Mengapa diskriminasi waktu dan arus ini diperlukan.
10. Sebutkan jenis-jenis karakteristik rele arus lebih yang saudara ketahui. Mengapa karakteristik jenis invers (IDMT) banyak digunakan dalam sistim proteksi dengan sistim grading arus dan waktu. Coba gambarkan karakteristik invers waktu-arus sebuah rele arus lebih. Apa yang bisa anda simpulkan dari karakteristik waktuarus tersebut. Jelaskan mengapa kekurangan sistim grading berdasarkan waktu dan arus dapat diperbaiki dengan menggunakan karakteristik invers ini. 11. Jelaskan rele arus lebih dengan karakteristik sesuai dengan definisi standar IEC 60255 yaitu kkaraktersitik; standar invers (SI), Very Invers (VI) dan Extremely Invers (EI). Sebutkan perbedaan prinsip antara ketiga karakteristik sesuai definisi IEC dengan IEEE/ANSI yang banyak digunakan di Amerika Utara. Jelaskan tentang jenis-jenis karakteristik lainnya. 12. Dalam suatu rele arus lebih dikenal elemen setelan tinggi sesaat (high set instantaneous). Apa fungsi dan keuntungan-keuntungan yang bisa diperoleh dengan menggunakan elemen setelan ini. Jelaskan dengan gambar dan kurva karakteristik rele arus lebih tersebut. 13. Berikan definisi capaian lebih transien sebuah rele arus lebih. Jelaskan setelan yang dilakukan sehingga rele tidak akan kerja diluar daerah proteksinya. 14. Coba jelaskan perbedaan antara Rele Definte Time dengan Rele IDMT Standar. Bagaimana kedua karakteristik tersebut dapat dikordinasikan. Jelaskan mengapa arus gangguan yang rendah dapat ditripping dengan waktu yang singkat. 15. Rele arus lebih mempunyai arus kerja minimum, yang disebut setelan arus rele tersebut. Menurut saudara berapa setelan arus yang harus dipilih sehingga rele tersebut tidak akan kerja terhadap arus beban maksimum yang mungkin mengalir pada jaringan yang akan diproteksi. Faktor lain yang perlu diperhatikan pada
223
waktu mensetelan rele adalah sifat-sifat histerisis yang secara inheren terdapat dalam rele tersebut. Coba jelaskan pengaruh perbandingan antara pick-up dan drop-off rele terhadap setelan yang saudara lakukan. 16. Sebutkan faktor-faktor apa saja yang menentukan besarnya margin waktu pada rele-rele yang digrading dalam suatu proteksi jaringan. Jelaskan jawaban saudara. 17. Dalam penerapan sistim grading antara sekering dengan sekering atau sekering dengan rele perlu diperhatikan karakteristik-karakteristik kerja mereka masingmasing. Coba berikan apa saja yang diperlukan agar sistim grading yang diharapkan bisa tercapai sesuai dengan kebutuhan proteksi yang dibutuhkan. 18. Apa yang saudara ketahui tentang rele arus lebih fasa direksional. Jelaskan prinsip kerja yang digunakan. Jelaskan apa yang dimaksud dengan karakteristik sudut tripping (Rele Characteristik Angle-RCA) dalam suatu rele dirksional. Jelaskan 0 0 0 dengan diagram vektor karakteristik RCA 90 , 45 dan RCA 30 , hal-hal apa saja yang perlu diperhatikan. 19. Perhatikan suatu sistim tenaga listrik seperti terlihat pada gambar dibawah ini. Coba jelsakan kesulitan apa yang bisa kita temukan bila kita hanya menggunakan rele arus lebih semata tanpa kemampuan melihat arah arus gangguan. Bagaimana saudara mengatasi kekurangan sistim ini sehingga sistim proteksi yang saudara pilih dapat bekerja secara selektif sesuai dengan arah dan letak gangguan. Kriteria-kriteria apa yang perlu diperhatikan dalam menerapkan rele arah. R‟1
R1
Pembangkit
I
~
I
Beban
Gangguan R2
I
R‟2
I
20. Coba jelaskan bagaimana penataan sistim proteksi untuk jaringan distribusi dengan konfigurasi lingkar yang mempunyai satu sumber. Bagaimana penerapan grading proteksi pada segmen-segmen jaringan distribusi seperti pada gambar dibawah. Jelaskan kesulitan apa yang ditemukan bila jaringan lingkar tersebut dioperasikan dalam keadaan tertutup.
224
incomming
1
5'
6'
6
1'
5
I1
2'
2
4'
3
3'
4
Dalam prakteknya jaringan tersebut selalu dioperasikan dalam jaringan radial. Coba jelaskan bagaimana konfigurasi jaringan yang akan saudara usulkan bila dioperasikan secara radial. Kesulitan apa yang akan ditemukan bila pada lokasi lain pada jaringan tersebut ditambah sebuah pembangkit lain. Apa solusi yang akan saudara usulkan.? 21. Pada umumnya suatu rele gangguan fasa dilengkapi juga dengan elemen gangguan tanah yang digunakan untuk mengamankan jaringan terhadap gangguan tanah. Coba gambarkan suatu diagram proteksi gangguan tanah. Sebutkan prinsip-prinsip yang digunakan untuk mendeteksi gangguan tanah. Bagaimana faktor arus bocor, jenis pentanahan dan tahanan gangguan diperhitungkan dalam setelan-setelan rele gangguan tanah. 22. Untuk mengatasi kendala deteksi arus gangguan tanah pada sistim-sistim dimana tahanan tanah sekitar jaringan sangat tinggi digunakan rele gangguan tanah sensitif. Coba jelaskan bagaimana cara untuk mendapatkan suatu rele gangguan tanah yang sensitif khususnya terhadap sistim-sistim dimana arus gangguan tanahnya sangat kecil. 23. Coba jelaskan mengapa rele arus lebih direksional diperlukan untuk mengatasi gangguan tanah. Jelaskan apa yang dimaksud dengan tegangan residual dan bagaimana tegangan ini digunakan untuk keperluan proteksi gangguan tanah. Jelaskan pengaruh sistim pentanahan terhadap karakteristik sudut tripping. Apa yang bisa dilakukan bila tegangan residual yang timbul sangat kecil sehingga tidak cukup untuk menggerakkan rele. 24. Mengingat arus gangguan tanah pada sistim dengan netralnya terisolasi sangat kecil sehingga sering tidak dapat digunakan untuk mendeteksi terjadinya gangguan. Masalah yang timbul pada sistim ini adalah naiknya tegangan fasa-fasa yang sehat menjadi tegangan fasa ke fasa sehingga kalau dibiarkan bisa menyebabkan kerusakan isolasi fasa-fasa yang sehat tersebut. Dalam kondisi kritis bila terjadi kegagalan pada salah satu fasa yang sehat berarti gangguan sudah berkembang menjadi gagguan dua fasa ketanah yang mungkin bisa segera ditanggulangi dengan rele arus lebih fasa yang tersedia. Tetapi pada prinsipnya
225
gangguan satu fasa ketanah harus ditanggulangi dengan cepat sebelum berkembang menjadi gangguan dua fasa. Sebutkan cara yang bisa digunakan untuk mengamankan sistim-sistim yang tidak diketanahkan. Jelaskan jawaban saudara. Jelaskan rele gangguan tanah sensitif pada sistim-sistim yang netralnya tidak ditanahkan. 25. Dapatkah saudara menggambarkan suatu sistim yang netralnya ditanahkan dengan menggunakan kumparan Peterson. Sebutkan alasan mengapa kumparan Peterson perlu ditala sesuai dengan besar arus kapasitansi jaringan. Apa untung rugi sistim-sistim yang diketanahkan dengan Peterson Coil. Jelaskan mengenai rele jenis watt metrik sensitif yang banyak digunakan pada sistim yang ditanahkan dengan Peterson Coil.
BAB 4 1.
Coba jelaskan mengapa sistim proteksi arus diferensial yang diterapkan untuk memproteksi saluran adalah sebuah unit proteksi. Apa kekurangan dan kelebihan sistim proteksi arus bertingkat dan mengapa sistim inti tidak dapat digunakan sebagai pengaman saluran secara lengkap. Jelaskan dengan diagram bagaimana prisnsip kerja sebuah unit proteksi.
2.
Pada sistim proteksi arus diferensial, media dan sistim komunikasi adalah bagian yang harus terintegrasi dengan sistim pengamanan. Coba jelaskan mengapa demikian.
3.
Terdapat dua jenis proteksi diferensial dengan menggunakan kabel pilot yaitu dengan prinsip arus sirkulasi dan tegangan seimbang. Jelaskan perbedaan antara kedua jenis proteksi tersebut. Sebutkan keterbatasan masing-masing.
4.
Gambarkan karakteristik bias umum suatu rele diferensial. Mengapa rele diferensial selalu diset dengan arus bias. Mengapa setelan arus bias sangat berperan dalam menetukan stabilitas rele khususnya terhadap gangguan eksternal. Jelaskan jawaban saudara.
5.
Jelaskan mengenai skema penjumlahan yang digunakan pada sistim proteksi diferenisial. Mengapa skema penjumlahan ini perlu dilakukan.
6.
Gambarkan serta coba uraikan satu demi satu semua komponen-komponen suatu sistem diferensial tegangan seimbang elektromekanis dan sistim arus diferensial rele statis. Apa perbedaan antara sistim tegangan seimbang elektromekanis dengan sistim statis. Apa perbedaan kedua jenis rele tersebut dengan rele arus diferensial numeris.
7.
Coba jelaskan kriteria umum trip suatu sistim proteksi diferensial. Sebutkan faktor-faktor apa saja yang menentukan kondisi tripping tersebut. Coba jelaskan bagaimana pengaruh kelambatan waktu pengukuran pada sistim arus diferensial saluran terhadap ketelitian pengukuran. Bagaimana dan metode apa yang bisa
226
digunakam untuk mengatasi kesalahan yang diakibatkan salah pengukuran karena perbedaan pengukuran tersebut. 8.
Saudara diminta untuk merancang suatu sistim proteksi suatu saluran yang menghubungkan dua gardu induk dengan konfigurasi busbar adalah dengan sistim diameter. Gambarkan bagaimana skema proteksi yang bisa dilakukan termasuk bagaimana mengubungkan kedua trafo arus pengapit feeder dilakukan. Uraikan jawaban saudara.
9.
Coba jelaskan apa yang dimaksud dengan carrier dalam skema proteksi.
10. Coba jelaskan skema proteksi diferensial dengan perbandingan fasa. Bagaimana pengukuran fasa dan perbandingan fasa antara kedua ujung saluran dilakukan. Jelaskan dengan gambar bila diperlukan. Sebutkan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kerja rele perbandingan fasa. 11. Sebutkan pengaruh arus pemuat saluran transmisi terhadap ketelitian pengukuran perbandingan arus diferensial. Bagaimana caranya mengatasi dan mengkomnpensasi pengaruh arus pemuat khususnya pada waktu gangguan eksternal. Jelaskan prinsip kerja perbandingan fasa dengan menggunakan saluran komunikasi power line carrier. Jelaskan secara singkat komponen-komponen apa saja yang terdapat pada sistim diferensial dengan menggunakan power line carrier. 12. Gambarkan pengaruh arus kapasitif dalam sebuah sistim proteksi diferensial dengan skema perbandingan fasa. 13. Jelaskan tentang sudut sistim tripping yang saudara ketahui. Apa pengaruh arus kapasitif dan arus beban terhadap sudut tripping tersebut. Jelaskan juga tentang stabilitas sudut tripping khususnya terhadap gangguan ekstranal. 14. Jelaskan tentang modulasi besaran sudut fasa pada pengukuran sistim diferensial. Bagaimana mengatasi kesalahan pengukuran pada ujung-ujung jaringan yang tersambung dengan pasokan lemah. 15. Coba saudara berikan sebuah contoh penerapan sistim proteksi arus diferensial pada saluran transmisi lurus. Jelaskan masalah-masalah dan cara-cara mengatasi kesulitan yang timbul pada penerapan sistim diferensial pada saluran tiga terminal.
BAB 5 1.
Apa yang dimaksud dengan rele jarak. Jelaskan dengan sebuah contoh, apa saja keunggulan rele jarak dibandingkan dengan rele proteksi lainnya. Gambarkan prinsip kerja sebuah rele jarak diatas diagram impedansi dan jelaskan keterbatasan masing-masing rele jarak.
2.
Mengapa sebuah rele jarak dapat disebut sebagai rele arus lebih yang dilengkapi dengan elemen tegangan restrain.
227
3.
Sebutkan jenis-jenis rele jarak yang saudara ketahui. Apa kerugian dan keunggulan masing-masing jenis rele jarak tersebut.
4.
Jelaskan apa yang disebut dengan capaian rele jarak. Suatu rele jarak bisa berada pada posisi capaian lebih atau capaian kurang tergantung konfiguarsi dan parameter saluran transmisi. Jelaskan apa yang dimaksud dengan capaian lebih (over reach) dan capaian kurang (under reach).
5.
Salah satu faktor yang menentukan kemampuan rele jarak mengukur capaian titik gangguan secara akurat adalah tegangan minimum yang dirasa rele pada saat gangguan. Tegangan ini, bergantung pada disain rele dan dapat dinyatakan dalam bentuk ekivalen ZS/ZL atau S.I.R. Jelaskan cara-cara yang digunakan untuk menghindari kesalahan yang mungkin terjadi akibat tegangan gangguan pada terminal rele sangat kecil sehingga tidak dapat menggerakan rele jarak
6.
Prinsip dasar proteksi jarak adalah proteksi rele arah Zone 1 (setelan 80%) dengan waktu trip sesaat, sementara proteksi Zone 2 (120%) , Zone 3 (1.2 dari impedansi saluran ditambah saluran terjauh berikutnya) dst dilakukan dengan waktu trip yang lebih lambat. Gambarkan zone-zone proteksi suatu rele jarak dalam suatu diagram saluran yang diproteksi dimana terlihat waktu trip sebagai fungsi jarak capaian. Berapa margin keamanan yang biasa dibuat.
7.
Gambarkan karakteristik sebuah rele jarak Mho diatas diagram impedansi. Bagaima sebuah rele mho dapat bekerja pada gangguan yang sangat dekat dengan rele. Jelaskan cara-cara yang bisa dilakukan sehingga rele jarak tidak bekerja pada beban saluran maksimum. Jelaskan cara kerja rele Mho yang Self Polarised. Jelaskan pengaruh tahanan gangguan terhadap capaian suatu rele jarak.
8.
Jelaskan karakteristik lensa sebuah rele jarak Mho. Bagaimana karakteristik lensa ini digunakan untuk menghindarkan kesalahan operasi terutama terhadap arus beban maksimum.
9.
Jelaskan karakteristik quadrilateral sebuah rele jarak. Sebutkan apa keuntungan dan kerugian rele jenis quadrilateral. Apakah rele ini cocok pada saluran yang sangat panjang. Apa pengaruh tahanan gangguan terhadap karakteristik rele jarak. Jelaskan jawaban saudara.
10. Sebutkan bagaimana menerapkan sistim proteksi terhadap kemungkinan terjadinya ayunan daya selama waktu gangguan. Karakteristik apa yang bisa digunakan untuk mengatasi ayunan daya tersebut. 11. Sebutkan masalah-masalah yang bisa ditemukan dalam implementasi suatu rele jarak. 12. Gambarkan modul-modul apa saja yang terdapat pada suatu rele jarak numeris yang saudara ketahui. Uraikan masing-masing modul sesuai dengan fungsinya. Coba jelaskan fitur-fitur lain sebuah rele jarak numeris sesuai dengan fungsi-fungsi mereka yang dapat dimanfaatkan oleh para teknisi sistim proteksi.
228
13. Berikan sebuah contoh jaringan sederhana dimana diterapkan sistim proteksi jarak yang saudara ketahui. Parameter-parameter apa saja yang perlu diketahui dalam melakukan setelan rele jarak. Jelaskan pada contoh yang saudara pilih.
BAB 6 1.
Pada sistim proteksi dengan menggunakan sebuah rele jarak secara individual jelas mempunyai kekurangan yaitu bahwa pada gangguan yang terjadi pada daerah yang tidak dicakup oleh karakteristik rele jarak maka gangguan tersebut dapat membawa sistim menjadi tidak stabil. Jelaskan kenapa demikian. Gambarkan karakteristik tangga suatu rele jarak. Jelaskan berbagai jenis skema rele jarak dan mengapa skema-skema tersebut diperlukan.
2.
Pada sistim-sistim proteksi dimana pembukaan PMT terjadi secara tidak serentak maka saluran tersebut tidak akan terbebas dari gangguan secara sempurna. Hal ini karena sisi PMT yang masih tertutup masih bertegangan yang akan tetap memasuk arus gangguan. Dalam kondisi ini proses reclosing dimana busur api belum sepenuhnya padam akan gagal dan bahkan gangguan tersebut bisa dipandang sebagai gangguan menetap yang bisa mengunici ke dua PMT tetap pada posisi terbuka. Jelaskan dengan jelas pernyataan tersebut.
3.
Mengapa kegagalan penanggulangan busur api bisa mendahului ketidak stabilan sistim yang akan menurunkan kualitas sistim pelayanan daya lsitrik.
4.
Jelaskan fungsi media komunikasai dalam membentuk suatu skema unit proteksi dengan menggunakan rele jarak. Jelaskan bagaimana apa yang dimaksud dengan intertripping.
5.
Jelaskan tentang skema ekstension Zone 1. Mengapa skema tersebut dapat digunakan pada waktu hilangnya saluran komunikasi. Jelaskan mengapa skema ini cocok digunakan sebagai proteksi cadangan (fallback) khusus pada waktu hilangnya sistim komunikasi. Coba jelaskan bagaimana setelan Zone 1 dilakukan sehingga dapat disetel mencakup dua daerah proteksi. Berikan gambar-gambar seperlunya.
6.
Berikan definisi dengan gambar-gambar tentang; a.
Capaian kurang transfer tripping langsung (Under reach direct transfer tripping).
b.
Capaian kurang transfer tripping (PUP) permisif (Under reach permissive transfer tripping).
c.
Skema percepatan transfer trip capaian kurang permissif (Permissive UnderReaching Aceleration Transfer Tripping).
d.
Protection Transfer Tripping Capaian Lebih (Over reach transfer tripping protection (POP).
229
e.
Jelaskan tentang pasokan lemah (weak source), bagaimana mengatasi kondisi pasokan lemah sehingga suatu sistim proteksi dapat memantau dan mensuvervisi kesalahan yang diakibatkan oleh sumber pasokan lemah tersebut.
7.
Jelaskan tentang skema bloking. Bagaimana capaian lebih dapat digunakan untuk keperluan bloking. Jelaskan juga apa yang disebut dengan capaian lebih skama rele jarak atau over reaching distance scheme. Berikan contoh dengan gambar tentang penataan sinyal bloking capaian lebih tersebut.
8.
Jelaskan skema bloking capaian lebih dengan menggunakan elemen Zone 2 atau BOP- Z2.
BAB 7 1.
Coba jelaskan dengan gambar bagaimana membuat skema proteksi pada saluransaluran paralel khususnya yang terdiri dari banyak terminal. Apa pengaruh impedansi saluran paralel terhadap skema proteksi rele jarak khususnya bila salah satu saluran dalam keadaan keluar dan kedua ujungnya ditanahkan.
2.
Sebutkan dua sistim proteksi yang sesuai untuk mengamankan saluran-saluran paralel dengan banyak terminal.
3.
Sebutkan juga apa yang dimaksud dengan gejalah arus terbalik pada saluransaluran paralel.
4.
Terangkan capaian rendah pada saluran parallel.
5.
Gambarkan dengan gambar-gambar sebuah contoh bagaimana perilaku suatu rele jarak terhadap gangguan tanah pada saluran-saluran parallel.
6.
Jelaskan bagaimana skema unit proteksi pada saluran-saluran banyak terminal dengan menggunakan kabel pilot seperti proteksi tegangan balans jenis translay. Berikan contoh dengan gambar yang diperlukan.
7.
Jelaskan skema perbandingan fasa dengan menggunakan power line carrier khususnya pada saluran tunggal yang terdiri dari tiga terminal (T). Berikan contoh dengan gambar-gambar.
8.
Jelaskan dengan gambar skema rele diferensial dengan menggunakan sinyaling serat optik. Gambarkan karakteristik antara arus bias dengan arus diferensial sebuah rele diferensial.
9.
Jelaskan dengan diagram bagaimana suatu rele dapat melihat gangguan diluar daerah capaiannya. Sebutkan apa yang bisa dilakukan sehingga sebuah rele jarak dapat bekerja dengan baik terhadap gangguan-gangguan yang mempunyai impedansi lebih dari impedansi setelan yang sudah ditetapkan. Jelaskan besarnya pengaruh beban sebelum gangguan.
10. Coba jelaskan gejala salah kerja pada gangguan reverse.
230
11. Jelaskan tentang skema transfer trip capaian rendah, capaian lebih dan skema bloking pada saluran-saluran paralel. Jelaskan jumlah kanal-kanal sinyaling yang diperlukan untuk masing-masing skema proteksi tersebut. Bagaimana skema bloking perbandingan arah dapat dilakukan. 12. Coba jelaskan pengaruh kapasitor seri terhadap pengukuran rele jarak. Jelaskan dengan diagram tegangan. 13. Sebuah sistim transmisi dari yang menghubungkan gardu A dan gardu B yang jaraknya 100 kM dengan tegangan 150 kV. Bila terjadi gangguan tiga fasa pada 80% bagian saluran dari gardu A maka beda sudut fasa antara kedua gardu adalah . Tahanan busur gangguan adalah 12 Ω. Arus gangguan yang mengalir dari A ke titik gangguan adalah , sedang dari B adalah dimana arus gangguan total adalah . Semua harga dinyatakan dalam per unit pada daya dasar 100 MVA dan tegangandasar 150 kV. a.
Gambar single line diagram sistim diatas.
b.
Tentukan besarnya impedansi real yang dilihat dari titik A hingga titik gangguan.
c.
Tentukan apakah unit zone 1 rele jarak mho pada titik A yang di set mencakup 90% salauran AB dapat bekerja pada gangguan ini? Anggap karakteristik sudut rele mho adalah
d.
Tentukan imedansi real gangguan yang dilihat dari gardu B.
e.
Tentukan apakah elemen zone 1 rele mho yang diset mencakup 90% saluran AB dapat bekerja pada gangguan ini. Anggap karakteristik sudut rele mho
f.
Jelaskan bagaimana gangguan tiga fasa tersebut dapat ditanggulangi oleh rele jarak yang terpasang pada kedua gardu.
14. Sebuah trafo 40 MVA, 20/150 kV, , mempunyai fasilitas tap dalam keadaan berbeban (OLTC) pada sisi 20 kV ±10%. Reaktansi pada posisi tap tertinggi dan terendah adalah 7.6% pada tegangan 22 kV, 8% pada tegangan 20 kV dan 8.5% pada tegngan 18 kV. Trafo tersebut dihubungkan langsung dengan saluran transmisi 150 kV tanpa menggunakan PMT disisi tegangan tingginya. Pada sisi tegangan 150 kV tersebut tidak ada trafo arus maupun trafo tegangan. Pada sisi 20 kV terpasang satu trafo arus dengan rasio 800/5 A dan trafo tegangan dengan rasio 300/1. Dalam rangka untuk memasang proteksi rele jarak, maka rele harus diset mampu melihat trafo dan saluran. Pada kondisi ini anggaplah bahwa pergeseran sudut fasa tidak berpengaruh terhadap capaian rele sesuai dengan disain rele yang sudah dilengkapi dengan fasilitas kompnesasi pergeseran sudut fasa trafo. Tentukan dan hitung; a.
Setelan zone 1 rele pada titik terminal tegangan rendah trafo (A) untuk jarak saluran 19 kM dimana impedansinya adalah . Catatan bahwa hal ini penting dalam menentukan posisi tap mana yang memberikan
231
impedansi yang terendah ke Gardu B (ujung saluran) dilihat dari A untuk menghindarkan rele mencapai capaian lebih gardu B sebagaimana bila posisi tap berubah. Set zone 1 pada harga 99% dan 90%
232
b.
Dengan harga setelan zone 1 tersebut, berapa persen bagian saluran yang masuk dalam proteksi zone 1?
c.
Berapa persen saluran yang dicakup proteksi bila posisi tap berubah pada posisi maksimum dan pada posisi minimum.
d.
Jelaskan saran-saran yang dapat saudara berikan untuk memproteksi trafo saluran tersebut. Apakah trafo-saluran pernah dipasang di Indonesia. Jelaskan dimana.
APENDIKS 1: ISTILAH-ISTILAH TERPAKAI Implementasi dan penerapan teknologi komputer pada berbagai aplikasi sistim proteksi dan kendali otomatis pada sistim tenaga listrik yang pada tahun-tahun terakhir ini sudah semakin marak telah mengisyaratkan bahwa insinyiur-insinyiur sistim proteksi tenaga listrik seyogiyanya sudah harus terbiasa dan familiar dengan berbagai terminologi yang digunakan dalam bidang komputer dan dirasa sudah tidak cukup hanya untuk mengetahui terminologi-terminonolgi Pengendalian dan Proteksi Sistim Tenaga Listrik semata. Dibawah ini adalah berbagai istilah, terminologi dan pengertian-pengertian yang banyak ditemukan pada bidang Pengendalian Dan Pengamanan Sistim Tenaga Listrik. AC. Adalah singkatan dari Alternating Current yang berarti Arus Bolak Balik. Di indonesia frekuensi arus bolak balik yang digunakan pada sistim tenaga listrik adalah 50 Hz. Di Amerika atau sebagian di Jepang ada yang menggunakan frekuensi 60 HZ. ACB. Merupakan signgkatan dari Air Circuit Breaker yang berarti Circuit Breaker Dengan Isolasi Udara. Disini peniupan busur api yang terjadi pada waktu pemutusan daya biasanya dilakukan dengan meniupkan udara bertekanan tinggi pada busur api tersebut. ACCURACY. Akurasi sebuah tranducer didefinisikan sebagai batas kesalahan intrinsik dan batasbatas variasi dari nilai pengukuran sebenarnya. ACCURACY CLASS. Adalah angka yang digunakan untuk mengindentifikasikan batas-batas akurasi pengukuran suatu tranduser berdasarkan ketentuan standar yang digunakan. ADC. Adalah akronim dari Analogue to Digital Converter yaitu suatu perangkat elektronika terintegrasi yang digunakan untuk mengkonversikan besaran anaog menjadi besaran digital. AGC. Automatic Gain Control adalah perangkat yang digunakan untuk mengendalikan level suatu perangkat pengaturan secara otomatis sedemikian rupa sehingga out put dari perangkat utamanya dapat bertahan secara konstan sesuai dengan rencana kerjanya. AIS. Adalah singkatan dari Air Insulated Switchgear yang artinya adalah sebuah gardu induk terbuka dimana isolasi utamanya adalah udara sebagaimana gardu-gardu konvensional. ALL OR NOTHING RELAY. Adalah rele yang dirancang bekerja pada besaran yang nilainya sama atau lebih tinggi dari nilai rating tertentu yang menyebabkan rele tersebut bekerja dan dibawah nilai tersebut rele secara otomatis akan drops out. ANTI PUMPING DEVICE. Anti pumping device adalah perangkat dengan fitur tertentu yang diintegrasikan pada sebuah Circuit Breaker atau pada skema reclosing yang digunakan untuk mencegah terjadinya perintah ber-ulang dimana waktu impulse closing dibuat lebih panjang dari total waktu operasi rele dan circuit breaker. Atau pada skema reclosing adalah perangkat yang digunakan untuk mencegah perintah berulang dimana waktu impulse closing lebih panjang dari total waktu kerja rele dan circuit breaker.
233
ARCING TIME. Adalah waktu antara mulai saat terpisahnya kontak circuit breaker dengan saat padamnya busur api yang terjadi selama waktu pemutusan arus. AUXILIARY CIRCUIT. Adalah sirkit yang biasanya mendapat catu dayanya diambil dari catu daya auxiliary, tetapi kadang-kadang dia bisa juga di suply atau di energise langsung darih besaran yang diukur. AUXILIARY RELAY. Adalah sebuah rele all-or-nothing relay yang dienergise melalui rele lain, contoh sebuah rele yang digunakan sebagai penguat kontak dimana diperoleh kontak dengan rated lebih tinggi atau suatu rele yang dilengkapi dengan elemen pewaktu tunda atau time delay atau yang juga dimaksudkan untuk mendapatkan banyak kontak sebagai penggandaan sebuah kontak tunggal. AUXILIARY SUPPLY . Adalah catu daya listrik arus bolak balik a.c atau arus searah d.c yang dibutuhkan untuk dapat bekerja dengan benar diluar dari besaran yang diukur. BACK-UP PROTECTION. Back-up protection adalah sistim proteksi yang dimaksudkan sebagai cadangan terhadap sistim proteksi utama yang berguna untuk bertindak sebagai pengaman lain apabila pengaman utama tidak efektif atau gagal melakukan fungsinya. Atau sebagai rele pengaman tambahan pada gangguan-gangguan pada bagian-bagian jaringan yang tidak termasuk daerah kerja rele pengaman utama. BAY. Bay adalah pasangan-pasangan perangkat tegangan rendah LV, tegangan menengah MV atau perangkat tegangan tinggi HV, yang saat ini umumnya sudah dikendalikan dengan komputer. BC. Bay Computer adalah komputer khusus yang digunakan secara khusus untuk mengendalikan satu atau beberapa bay dalam satu gardu induk. Bay computer tidak bisa digunakan untuk keperluan lain sebagaimana komputer pribadi lainnya. BIASED RELAY. Biased relay atau rele yang dibias adalah rele dimana karakteristiknya sudah dimodefikasi dengan mengintrodusir besaran tertentu diluar dari besaran penggeraknya dan besaran tersebut biasanya berlawanan dengan besaran penggeraknya. Bias biasanya digunakan untuk mengkonpensir besaran arus yang mengalir pada kumparan rele akibat adanya kesalahan pengukuran yang secara inheren melekat pada perangkat instrumentasi seperti trafo arus atau trafo tegangan. BIAS CURRENT. Adalah arus bias yang mengalir pada rele yang dibias yang sengaja dibuat untuk menghilangkan pengaruh arus non gangguan yang timbul karena kesalahan perangkat instrumentasi. Bulk Power Generation. Bulk Power Generation (BPG) adalah unit-unit generator ukuran besar yang umumnya dilengkapi dengan sitim proteksi diferensial. BPG dapat dilihat dari moda sistim interkoneksi mereka ke jaringan sistim tenaga listrik yaitu melalui gardu-gardu induk atau di tap pada ke saluran-saluran transmisi yang di proteksi dengan menggunakan sistim kabel pilot atau dengan sinyal pembawa komunikasi. BURDEN. Burden adalah kapasitas beban yang dibutuhkan oleh rangkaian rele yang dinyatakan dengan perkalian antara tegangan dengan arus (volt-amperes atau watts pada sistim d.c.) pada
234
kondisi tertentu, yang boleh jadi pada ‘setelan’ atau pada arus atau tegangan nominal. Untuk memastikan bahwa burden dinyatakan dalam arus nominal, maka dalam penilaian burden sebuah rele maka keluaran nominal trafo pengukuran yang dinyatakan dalam VA, selalu berarti besar burden tersebut dilakukan pada arus atau tegangan nominal. CAPACITANCE ATAU KAPASITANSI. Menurut Encyclopedi Britannica kapasitansi adalah sifat dari sepasang konduktor yang saling terpisah melalui media atau material non konduktif (misal udara, keramik..dsb) yang memungkinkan untuk menyimpan enersi listrik dengan cara memsisahkan muatan listrik yang dipertahankan oleh tegangan antara kedua konduktor. Bila muatan listrik ditransfer antara dua konduktor yang pada awalnya tidak bermuatan maka kedua konduktor akan bermuatan yang sama namun berbeda polaritas. Tegangan antara kedua konduktor akan timbul sesuai dengan muatan listrik dan dapat menyimpan listrik. Kapasitansi C adalah perbandingan antara jumlah muatan listrik q dengan perbedaan potensial antara kedua konduktor V atau dapat dinyatakan dengan C = q/V. Satuan kapasitansi dapat dinyatakan dalam coulombs per volt (C/V) atau dalam farads (F). CALIBRATION. Kalibrasi adalah serangkaian kegiatan yang dilakukan pada keadaan dan kondisi tertentu untuk melihat dan membandingkan besar nilai yang diukur oleh sebuah transduser yang mau dikablibrasi dengan nilai yang diukur oleh tranduser standar yang terhubung secara paralel atau seri pada saat melakukan kalibrasi. CB. Circuit Breaker sering juga disebut PMT atau Pemutus Tenaga, digunakan sebagai perangkat pemutus tenaga baik untuk keperluan operasi normal ataupun sebagai bagian perangkat proteksi sistim tenaga bersama-sama dengan rele proteksi. CBCT. Core Balance Current Transformer adalah trafo jenis cincin dimana ketiga saluran primernya dilalukan melalui lubang cincin trafo arus tersebut. Arus pada sisi sekunder akan terdeteksi bila pada penghantar primer terdapat ketidak setimbangan arus. CDM. Conceptual Data Modelling adalah aktifitas yang dimaksudkan untuk:
o
Mendefinisikan objek dan link dan konvensi nama untuk memudahkan identifikasi mereka.
o o
Untuk menjamin interoperability antara subsistim-subsistim. Untuk mendefinisikan standar pertukaran format antara sistim konfigurator dengan konfigurator subsistim-subsistim.
CHARACTERISTIC ANGLE. Adalah karakteristik sudut antar dua vektor yang diterapkan pada rele dan digunakan untuk menytakan kinerja atau performace sebauh rele. CHARACTERISTIC CURVE. Adalah karaktersitik kurva yang memperlihatkan nilai kerja karakteristik terhadap berbagai harga atau kombinasi dari besaran yang dienergise. CHARACTERISTIC IMPEDANCE RATIO. Adalah nilai rasio maksimum System Impedance Ratio sampai performance rele tetap berada dalam batas-batas akurasinya. CHARACTERISTIC QUANTITY. Karakteristik kuantitas adalah angka yang nilainya mengkarakterisir kerja rele, contoh, arus untuk rele arus lebih, tegangan untuk rele tegangan, sudut fasa untuk rele arah, waktu untuk rele time delay independent, impedansi untuk rele impedansi.
235
CHECK PROTECTION SYSTEM. Adalah sistim proteksi auxiliary yang dimaksudkan untuk mencegah tripping yang diakibatkan oleh ketidak telitian atau kesalahan kerja rele proteksi utama. CIGRE. CIGRE adalah badan yang menyelengarakan konfrensi internasional tentang Sistim Elektrik Tegangan Ekstra Tinggi. CIGRE adalah badan permanen non pemerintah dan merupakan badan internasional non profit yang berkedudukan di Francis. Mereka memokuskan kegiatan konfrensi mereka terhadap isu-isu perencanaan dan pengoperasian sistim tenaga listrik seperti disain, konstruksi, pemeliharaan dan berbagai isu tentang perangkat-perangkat tegangan tinggi. CYBER SECURITY. Cyber Security adalah sistim sekuriti terhadap ancaman-ancaman terhadap jaringan komputer yang bisa datang melalui terminal-terminal komputer dan juga termasuk proteksi terhadap aset perusahaan akibat modefikasi atau kerusakan karena tidak sengaja atau karena kesalahan mengoperasikan sistim-sistim kontrol berbasis komputer. CLOSING TIME. Closing time adalah waktu yang dibutuhkan circuit breaker untuk menutup dimulai dari posisi terbuka secara sempurna yaitu dari saat penerapan pemberian tegangan pada kumpran tutup “closing coil” hingga kontak CB tertutup secara sempurna. COMPLIANCE VOLTAGE (ACCURACY LIMITING OUTPUT). Ini dimaksudkan hanya untuk sinyal arus keluaran, dimana nilai tegangan keluaran pada mana akurasi tranduser memenuhi spesifikasi akurasinya. CONJUNCTIVE TEST. Conjunctive test adalah pengetesan sistim proteksi dimana semua komponen yang terlibat pada sistim proteksi tersebut ikut tersambung. Pengetesan ini bisa secara parametris atau secara spesik. CORE BALANCE CURRENT TRANSFORMER. Adalah Trafo Arus jenis cincin (ring) dimana penghantar primer dilalukan lubang CBCT. Disini arus sekunder hanya terjadi bila terdapat ketidak seimbangan arus pada ketiga penghantar primer. CBCT banyak digunakan pada proteksi gangguan tanah sensitif. CT. Current Transformer atau trafo arus adalah trafo yang digunakan untuk merubah nilai arus yang besar menjadi arus yang lebih rendah yang bisa diukur dengan peralatan ukur biasa. Nilai arus sebenarnya yang mengalir pada sisi primer adalah hasil pembacaan alut ukur disisi sekunder dikalikan dengan faktor perbandingan kumparan primer dan sekunder. CVT. Capacitor Voltage Transformer. Adalah sebuah trafo tegangan yang digunakan untuk mengukur tegangan tinggi dengan prinsip menggunakan divider. Banyak digunakan pada jaringan ekstra tinggi dimanana pengukuran dengan prinsip induksi elektromaknetis dianggap tidak praktis dan ekonomis. DAC. Digital to Analogue Converter adalah perangkat yang digunakan untuk mengubah besaran digital menjadi besaran analog. Biasanya digunakan untuk menampilkan besaran digital secara analog atau banyak juga digunakan dalam sirkit-sirkit proteksi, kendali dan pengaturan. DAR. Delayed auto-reclose, adalah perangkat yang diupayakan untuk menunda terjadinya auto reclose.
236
DCE. Data communication equipment misal modem, konvertor protocol dan perangkat transmisi lainnya. Jenis-jenis komunikasi dari DCE ke DTE ada lima yaitu; 1.
Komunikasi asinkron.
2.
Komunikasi sinkron dengan menggunakan clock Data Terminal Equipment misal clock internal rele numeris.
3.
Komunikasi sinkron dengan menggunakan clock modem lokal.
4.
Komunikasi sinkron dengan menggunakan clock lokal modem yang diperoleh melalui saluran telepon.
Default Password. Pasword adalah sederetan karakter yang harus dimasukkan ke dalam komputer sebelum dapat mengakses file dalam komputer tersebut. Sebuah “default password” adalah password yang dibuat atau diterapkan oleh pabrik atau suplier sistim atau aplikasi. Distributed Generator. Adalah generator-generator yang umumnya berukuran relatif kecil yang tersebar disekitar jaringan sistim tenaga listrik. Generator-generator ini biasanya terhubung dengan sistim tenaga listrik melalui tap-tap langsung ke tarnsmisi atau ke jarangan distribusi sistim tenaga listrik yang sudah eksisting. Sistim proteksi generator-generator tersebar ini harus dilakukan sesuai dengan standar-standar yang sudah dibuat khusus sehingga keberadaan generator-generator tersebut tidak menjadi masalah ke sistim tenaga listrik dan sebaliknya bila ada gangguan pada sistim maka generator tersebut tidak sampai mengalami kerusakan hebat. DNP3. Adalah singkatan dari distributed network protocol yang merupakan protokol komunikasi non proprietary yang dirancang untuk mengoptimalkan transmisi akuisisi informasi dan komunikasi data dan perintah kendali dari satu komputer ke komputer lainnya. Distributed Network Protocol adalah protokol komunikasi khusus yang sekarang ini sudah umum digunakan terutama di Amerika bagian Utara. Digunakan sebagai protokol komunikasi antara jaringan sekunder antara HMI dengan substation computers atau Bay Computers dan perangkat proteksi. DCP. Device Control Point: adalah keypad lokal yang terdapat pada perangkat yang digunakan untuk mengontrol gardu induk, sering di lengkapi dengan sakler pilih Lokal/Remote Switch. DCS. Distributed Control System adalah sistim kontrol terdistribusi pada suatu plant dimana setiap bagian sirkit proses disuvervisi dan di kontrol subsistim secara sendiri-sendiri dan kemudian subsistim-subsistim tersebut diintegrasikan menjadi suatu sistim kontrol yang komprehensif. Bila diperlukan pada kondisi tertentu masing-masing subsistim tetap dapat berjalan sendiri-sendiri secara otonom. DEAD TIME (AUTO RECLOSE). Dead time adalah waktu antara dimana busur api sudah padam sampai kontak circuit breaker kembali menutup. DE-IONIZATION TIME (AUTO-RECLOSE). Waktu de-ionisasi adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengembalikan keadaan udara kembali menjadi isolasi setelah dilewati busur api akibat gangguan. Waktu de-ionisasi ini diperlukan pada waktu melakukan proses reclosing sedemikian sehingga reclosing tidak terjadi pada waktu busur api masih bertahan pada jalur gangguan.
237
DELAYED AUTO-RECLOSE. Adalah skema auto reclose yang mempunyai waktu reclose sudah melebihi waktu minimum yang dibutuhkan bila kerja autoreclose berjalan dengan sukses atau dalam keadaan normal. DFT. Discrete Fourier Transform adalah cara-cara perhitungan dengan menggunakan Transformasi Fourier secara Diskrit. Banyak digunakan dalam algoritma perhitungan gangguangangguan pada rele numerik. DIGITAL SIGNAL PROCESSSING. Adalah sebuah teknik untuk memproses signal digital dengan menggunakan berbagai algoritma filter untuk menentukan out put sesuai dengan karakteristik yang diharapkan. Signal input yang digunakan pada algoritma pemroses signal biasanya dalam bentuk representasi signal analog dalam bentuk digital yang didapatkan melalui sebuah perangkat konversi A/D. Digital sinyal processing biasanya dilakukan dengan menggunakan teknik Discrete Fourier Transformation sehingga sebuah unit microprocessor dapat dioptimasikan baik perangkat lunak maupun perangkat kerasnya. DIRECTI0NAL RELAY. Adalah sebuah rele yang bekerja bukan hanya berdasarkan besarnya arus gangguan namun juga berdasarkan arah arus gangguan. DISCRIMINATION. Diskriminasi adalah kemampuan suatu sistim proteksi untuk membedakan kondisi sistim tenaga diantara berbagai kondisi sistim yang dimaksudkan supaya mampu kerja pada kondisi tertentu yang sudah ditentukan namun pada kondisi lain tidak diharapkan bekerja. DISTORTION FACTOR. Adalah faktor perbandingan antara harga r.m.s. harmonis yang terkandung dengan harga r.m.s. besaran yang tidak atau non-sinusoidal. DIRECT-ON-LINE. Adalah metoda atau cara starting motor, dimana tegangan jala-jala secara penuh diterapkan pada motor-motor stationer. DROP- OFF. Rele disebut drops off bila dia berubah dari posisi energise ke posisi non-energise. DROP-OUT to PICK-UP RASIO. Adalah perbandingan yang membatasi harga karakteristik dimana rele reset dan bekerja. Harga ini kadang disebut rele diferensial. DT. Definite Time biasanya digunakan pada rele yang bekerja berdasarkan waktu definit tanpa melihat nilai atau besar arus gangguan. DTR. Adalah Data Terminal Ready yaitu sinyal dari DTE yang memperlihatkan kesiapan terminal untuk menerima atau mengirimkan data. EARTH FAULT PROTECTION SYSTEM. Adalah sistim proteksi yang dirancang untuk tanggap hanya terhadap gangguan tanah saja. EARTHING TRANSFORMER. Adalah trafo yang digunakan sebagai media pentanahan titik netral sebuah trafo tiga fasa. EFFECTIVE RANGE. Effektif range adalah kisaran atau range nilai karakteristik kuantity atau kuantity yang mengenergise pada mana rele akan memberi tanggapan secara benar sesuai dengan kebutuhan, terutama pada ketelitian atau akurasinya.
238
ELECTRICAL RELAY. Electrical rele atau rele elektrik adalah divais yang dirancang untuk melakukan tippiping pada satu atau lebih sistim tenaga listrik yang perlu diproteksi bila sistim tenaga tersebut mengalami gangguan-gangguan yang dapat merusak peralatan yang diproteksi. ELECTROMECHANICAL RELAY. Rele elektromekanikal adalah rele elektrik yang prinsip kerjanya dirancang berdasarkan pergerakan relative elemen mekanik rele tersebut sebagai akibat arus yang mengalir dalam kumparan penggerak. EMC. Electro-Magnetic Compatibility atau kompatibilitas elektro maknetik adalah term yang digunakan untuk melihat kompabilitas suatu perangkat terhadap interferensi gelombang elektromaknetik sesuai dengan ketentuan standar. EMBEDDED GENERATION. Adalah pembangkit yang terhubung pada sistim distribusi tegangan rendah atau tegangan menengah dimana terdapat ke khususan terutama dalam sistim proteksi kelistrikannya. ENERGIZING QUANTITY. Adalah besaran listrik seperti tegangan atapun besaran arus yang bersama atau dengan gabungan dengan besaran energising lainnya dapat menyebabkan perangkat dapat bekerja. ERROR (OF A TRANSDUCER). Error adalah selisih antara harga real keluaran dengan harga keluaran yang diharapkan sesuai dengan nilai yang dinyatakan pada papan nama tranduser. EVENT. Event adalah setiap informasi yang di akuisisi atau di bangkitkan oleh sistim kontrol digital untuk menyatakan terjadinya perubahan status FACTS. FACTS adalah singkatan dari Flexible AC Transmission System yang merupakan perangkat elektronik yang mampu mengendalikan aliran daya pada saluran transmisi tenaga listrik dengan menggunakan perangkat SCR (Thyristor Valve). FAULT PASSAGE INDICATOR. Adalah sensor atau indikator yang digunakan untuk mendeteksi arus yang mengalir dengan nilai yang melebihi nilai setelan (biasanya arus akibat gangguan). Indikator menunjukkan bahwa gangguan terjadi ke arah hilir dilihat dari lokasi sensor. FBD. Functional Block Diagram: adalah bahasa yang digunakan dalam pemrograman sesuai dengan standar IEC 61131-3 programming languages. FIDUCIAL VALUE. Adalah harga yang ditentukan secara jelas terhadap titik referensi yang dibuat untuk menentukan akurasi tranduser. Untuk tranduser harga fiducial adalah harga span kecuali untuk tranduser yang yang dapat mengalirkan besaran secara bolak balik (reversible) dengan out put keluaran yang simetris bila harga fiducial span atau setengah span sesuai dengan pernytaan pabrik. Dalam prakteknya, untuk menyatakan akurasi tranduser frekuensi merujuk ke ‘percent of centre-scale frequency’ atau phase angle transducers pada kesalahan dalam sudut elektirs. FIREWALL. Adalah perangkat keras atau lunak yang digunakan dalam kebijakan sekuriti untuk mempertahankan jaringan sistim aman terhadap trafik data-data yang tidak diperlukan/dikehendaki. Perangkat ini bisa dibuat dari peralatan filter sederhana terhadap paket-paket data yang tidak autorised berdasarkan adress mereka atau perangkat sistim
239
pengecekan data-data yang lebih kompleks terhadap legitimasi komunikasi dengan data-data tersebut (urutan data-data). Sebuah perangkat firewall dapat juga digunakan sebagai rele proteksi antar dua jaringan, yang dapat memutuskan komunikasi data dengan pihak-pihak eksternal yang tidak berkepentingan pada kedua jaringan tersebut. FORWARD LOOKING ELEMEN. Adalah elemen elemen penglihat rele jarak yang diset hanya melihat gangguan yang terjadi didepan rele. Pada gangguan-gangguan yang terjadi dibelakang maka rele jarak ini tidak akan bekerja. Elemen penglihat kedepan bisa merupakan elemen rele jarak Zone 1, 2 atau Zone 3. FPI. Fault Passage Indicator dalam rele numerik, adalah sensor yang mendeteksi arus gangguan lewat. FULL DUPLEX COMMUNICATION. Adalah komunikasi baik data ataupun pembicaraan yang bisa terjadi secara simultan pada kedua arah. GATEWAY. Gateway adalah sebuah komputer yang merupakan interface antara komputer sitim otomatisasi gardu induk (scada lokal) dengan satu atau lebih pusat pengendalian sistim tenaga listrik berbasis komputer SCADA. GIS. Gas Insulated Switchgear (usually SF6) adalah gardu induk berselubung metal yang berisi gas sulfur hexa floride. Pemakaian jenis gardu ini banyak dilakukan di kota-kota besar mengingat harga tanah yang sangat mahal atau di pusat-pusat pembangkit dengan tingkat kontaminasi yang tinggi. GLOBAL POSITIONING SYSTEM. Global Positioning System atau sering disingkat dengan GPS adalah sistim yang digunakan untuk menentukan lokasi satu objek tertentu pada permukaan bumi secara teliti, yaitu dengan menggunakan satelit komunikasi geostationar yang mengorbit bumi. GPS biasanya digunakan sebagai sumber clok sinchronisasi untuk pewaktu rele-rele secara teliti. GOOSE. Generik Object Oriented Sequence Envent, adalah format sistim komunikasi yang digunakan antara divais-divais IED dalam sistim kontrol otomatis yang berguna untuk menyederhanakan sistim perkabelan antara rele-rele. Fungsi-fungsi yang dapat diterapkan antara lain adalah rangkaian interlok antara dua divais tanpa menggunakan kabel-kabel penghubung. HALF-DUPLEX COMMUNICATION. Adalah sistim komunikasi yang dapat dilakukan pada kedua arah, namun dilakukan secara bergantian satu per satu. Pada satu saat komunikasi yang terjadi hanya satu arah saja. Contohnya komunikasi suara dengan menggunakan handy talky. HANDSHAKING. Adalah prosedur untuk mengkonfirmasi status sinyal yang dikirim antara dua perangkat terminal telekomunikasi yaitu untuk memeriksa apakah aliran data-data yang diharapkan sudah terjadi sebagaimana mestinya. Biasanya terdapat dua cara yang umum digunakan yaitu dengan perangkat keras (RTS/CTS) dan perangkat lunak (XON/XOFF). HIGH-SPEED RECLOSING. Adalah proses reclosing suatu circuit breaker setelah mengalami tripping yang dilakukan sangat cepat tanpa menunda waktu kecuali waktu yang dibutuhkan untuk de-ionisasi jalur gangguan yang mengalami penjalaran busur api.
240
HMI. Human Machine Interface adalah perangkat yang digunakan sebagai media komunikasi antara manusia atau operator dengan rangkaian atau mesin proses dimana operator dapat menuliskan data atau sinyal masukan dan proses memperlihatkan reaksinya di layar tampilan melalui sistim komputer. Biasanya digunakan Personal Computer (PC) desktop atau portable yang dilengkapi dengan keyboard, screen dan pointing device seperti track ball atau mouse. HRC. High Rupturing Capacity (biasanya mengenai sekring), adalah sekring dengan kemampuan memutus arus yang besar dengan sangat cepat sehingga arus tersebut tidak sempat merusak jaringan yang diamankan. HSR. High Speed Reclosing, adalah perangkat penutup otomatis yang digunakan untuk memulihkan tegangan segera setelah terjadinya tripping saluran yang mendapat gangguan sementara. HV. High Voltage; tegangan tinggi digunakan untuk mentransmisikan daya dari satu tempat ke tempat lain yang saling berjauhan dengan maksud untuk mengurangi rugi-rugi transmisi seminimal mungkin. HVDC. High Voltage Direct Current; tegangan tinggi arus searah dilakukan dengan menggunakan SCR yang bisa merubah tegangan arus bolak-balik menjadi tegangan arus searah dan seterusnya disalurkan yang kemudian dirubah kembali menjadi tegangan arus bolak balik pada level tegangan yang sesuai. Saat ini tegangan tinggi arus searah sudah mencapai tegangan 1600 kV, yang digunakan mentransmisikan daya dari satu tempat ke tempat lainnya yang sangat jauh atau terpisah oleh lautan. ICCP. Adalah Protokol Komunikasi Antara Control Center sesuai dengan definisi yang diberikan standar IEC 60870-6-603 protocol. ICT. Interposing Current Transformer, pada rele-rele elektromaknetik harus dilakukan dengan interposing trafo arus sedang pada rele-rele numeris biasanya dilakukan dengan perangkat lunak dalam bentuk transfer function. IDS. A dalah singkatan dari intrusion detection system yang merupakan suatu perangkat yang memantau lalu lintas komunikasi pada saluran transmisi dengan tujuan untuk mendeteksi dan mencatat pengguna-pengguna yang tidak berhak terhadap fasilitas kendali sistim jaringan. IDS diprogram untuk mengidentifikasi dan menelusuri pola-pola aktifitas jaringan. IEC. Adalah suatu badan atau komisi internasional dalam bidang elektroteknik yang mempunyai tugas untuk menyiapkan dan menerbitkan standar-standar yang digunakan untuk menspesifikasikan semua peralatan elektrik maupun peralatan elektronik lainnya sesuai dengan teknologi masing-masing peralatan tersebut. IED. Intelligent Electronic Device adalah perangkat yang berisi microprocessor termasuk perangkat lunak yang digunakan untuk mengimplementasikan satu atau lebih fungsi-fungsi untuk keperluan pengendalian jaringan sistim tenaga listri seperti misalnya bay controller, remote SCADA interface/protocol converter ...dsb. Rele numeris berbasis microprocessor-based juga bisa disebut sebagai IED. IED adalah terminologi umum yang digunakan untuk mendeskripsikan tentang perangkat-perangkat berbasis microprocessor-based, sebagai baian dari komputer. IED bisa terdiri dari satu atau lebih prosessor yang mampu menerima dan
241
mengirimkan data atau perintah kendali dari dan ke perangkat-perangkat eksternal seperti rele numeris, meter-meter fungsi banyak dan kontroler-kontroler lainnya. INFLUENCY QUANTITY. Influence quantity atau besaran berpengaruh adalah besaran yang tidak ada hubungannya dengan besaran yang diukur tetapi adalah besaran lain yang bisa mempengaruhi sinyal out put pengukuran. INPUT QUANTITY. Adalah besaran yang diperoleh sebagai masukan besaran yang diukur dari sistim pengukuran. INSTANTANEOUS RELAY. Adalah rele yang bekerja dan reset dengan sangat cepat yang sedapat mungkin tanpa ada kelambatan waktu. INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR – IGBT. Adalah transistor khusus yang cocok untuk melalukan arus atau teganggan tinggi hingga ratusan amper. Sering digunakan pada perangkat static power control seperti inverters, controlled rectifiers, mengingat cara pengendalian out put nya yang relatif lebih fleksibel dari thyristor biasa. INTRINSIC ERROR. Adalah error yang sudah terdapat pada transducer pada kondisi referensi yang disebabkan oleh keterbatasan material-material yang digunakan pada transduser tersebut. INVERSE TIME DELAY RELAY. Adalah rele yang mempunyai waktu kerja yang cendrung mengecil kearah minimum dengan semakin naiknya besar arus gangguan. INVERSE TIME RELAY WITH DEFINITE MINIMUM TIME (IDMT). Adalah rele dependent time delay yang mempunyai waktu kerja mengikuti fungsi invers terhadap besaran atau karakteristik kuantity penggerak rele. IRIG-B. Adalah osilator standar internasional yang digunakan untuk sinkronisasi waktu. ISO. International Standards Organisation adalah badan standar internasional yang secara teratur melakukan rapat-rapat komite dalam rangka mendefinisikan standar-standar yang diperlukan untuk menyamakan berbagai produk sehingga satu sama lain bisa saling kompetibel. Misalnya dalam mendefenisikan sistim standar untuk sistim komunikasi antar perangkatperangkat komputer. Atau juga dalam menstandarkan berbagai mutuk para konstruktur sehingga secara genaeral dapat diklassifikasikan. K-BUS (K-BUS COURIER). Adalah nama yang digunakan untuk protokol Courier pada interface KBus untuk range K-Relay yang dipabrikasi oleh AREVA. KNEE-POINT. Adalah g.g.l lawan sinusoidal yang diterapkan pada terminal sekunder sebuah trafo arus dimana untuk menaikkan tegangan sebesar 10%, akan memerlukan arus penguat dinaikkan sebesar 50%. INDUKTANSI. Induktansi adalah parameter yang digunakan untuk menyatakan satuan intensitas kemagnitan suatu belitan. LAN. Local Area Network adalah jaringan umum yang digunakan sebagai media komunikasi antara berabagai perangkat sistim dijital.
242
LD. Ladder Diagram. Adalah bahasa pemrograman yang digunakan pada perangkat Programable Logic Control sesuai dengan standar IEC 61131-3 programming languages. LOCAL CONTROL MODE. Adalah kondisi dimana sistim dapat dikendalikan secara lokal pada titik tersebut. LOCK-OUT (AUTO-RECLOSE). Adalah tindakan yang digunakan untuk mencegah Circuit Breaker kembali reclose setelah melakukan trippinmg. LONG TERM STABILITY. Adalah stabilitas perangkat atau sistim pada waktu yang lebih dari perioda satu tahun. MAIN PROTECTION. Adalah sistim proteksi yang dalam kedaan normalnya diharapkan bekerja sebagai pengaman utama terhadap gangguan-gangguan yang terjadi pada daerah proteksinya. MAXIMUM PERMISSIBLE VALUES OF INPUT CURRENT AND VOLTAGE. Adalah harga arus atau tegangan yang dinyatakan oleh pabrik pembuat dapat ditahan oleh tranduser untuk waktu tidak terbatas. MCB. Miniature Circuit Breaker adalah perangkat yang digunakan untuk memutus dan menyambung catu daya listrik tegangan rendah. Perangkat ini sekaligus dapat berfungsi sebagai perangkat pengaman bila disis pemakain terdapat hubung pendek listrik. MCCB. Moulded Case Circuit Breaker yang sering dijumpai dalam panel-panel distribusi tegangan rendah dengan kapasitas hingga ratusan amper dan bahkan bisa hingga ribuan amper. MEAN-SENSING TRANSDUCER. Adalah tranduser yang mengukur harga rata-rata suatu gelombang tetapi dibuat untuk mengukur harga r.m.s dari besaran masukan sinusoidal. MEASURING ELEMENT. Adalah unit atau modul sebuah tranduser yang merubah besaran yang diukur menjadi sinyal-sinyal tertentu yang akan diperagakan untuk memperlihatkan nilai yang diukur. MEASURING RANGE. Adalah kisaran pengukuran dimana kinerja alat pengukur berada pada batas-batas akurasi yang dibutuhkan. MEASURING RELAY. Adalah rele yang dirancang untuk men switch karakteristik kuantitinya pada keadaan tertentu dan dengan akurasi tertentu bertahan pada nilai kerjanya. METERING (NON-TARIFF). Harga-harga pengukuran yang dihasilkan dari hasil-hasil perhitungan baik besaran dijital maupun besaran analog untuk berbagai periode waktu. METERING (TARIFF). Adalah pengukuran harga energi yang dihitung dari besaran input digital atau besaran analog selama variable perioda waktu tertentu yang biasanya digunakan sebagai dasar perhitungan tariff yang harus dibayarkan oleh pelanggan. MOD BUS. Adalah protokol komunikasi yang banyak digunakan pada jaringan sekunder seperti antara HMI, komputer gardu atau komputer Bay dan perangkat proteksi.
243
MODEM. Adalah nama umum yang digunakan untuk perangkat konversi digital menjadi data dalam format yang sesuai untuk keperluan transmisi data melalui kawat pilot transmisi tanpa kondisi atau dengan kondisi jaringan sewa. MULTI-ELEMENT TRANSDUCER. Adalah tranduser yang mempunyai dua atau lebih elemen pengukuran. Sinyal-sinyal pengukuran yang dihasilkan masing-masing elemen pengukur dikombinasikan untuk menghasilkan sinyal out put sesuai dengan besaran yang diukur. MULTI-SECTION TRANSDUCER. Adalah tranduser yang mempunyai dua atau lebih rangkaian pengukuran yang saling independen untuk melakukan pengukuran satu atau lebih fungsi. MULTI-SHOT RECLOSING. Adalah skema reclosing atau penutupan kembali yang memungkinkan untuk dilakukan lebih dari satu kali. Biasanya setelah melakukan reclosing maksimum misal 3 kali, circuit breaker langsung di lock-out sehingga reclosing tidak mungkin terjadi lagi. MV. Medium Voltage; tegangan menengah. Tegangan menengah di Indonesia biasanya mulai dari 6 kV sampai 33 kV. Tegangan distribusi yang paling banyak di PLN adalah 20 kV. NOMINAL RANGE OF USE. Adalah kisaran pengukuran yang ditentukan dimana besaran-besaran yang diukur tidak akan merubah sinyal keluaran tranduser bila harga yang sudah ditetapkan tersebut dilebihi. NOTCHING RELAY. Adalah rele yang menswitch keadaan dari on ke off atau sebaliknya dari off ke posisi on ke keadaan lainnya terhadap sejumlah impuls yang diterapkan. NUMERICAL RELAY. Adalah rele-rele yang dibuat dengan menggunakan Digital Signal Processor untuk melakukan berbagai fungsi algoritma perhitungan proteksi dalam perangkat lunak. OCB. Oil Circuit Breaker adalah circuit breaker dengan menggunakan minyak sebagai pemadam busur api. OFF-LOAD TAP CHANGER. Adalah tap changer yang tidak boleh di operasikan dalam keadaan berbeban. Pada trafo-trafo yang mempunyai off load tap changer, perubahan posisi tap dilakukan hanya bila trafo dalam keadaan tidak bertegangan. OHL. Overhead line adalah saluran hantaran udara sistim tenaga listrik yang digunakan untuk mentransmisikan daya listrik dari satu tempat ke tempat lain yang saling berjauhan. Saluran ini biasanya ditarik dari satu tower ke tower lain secara konsisten sehingga dapat menghubungkan dua atau lebih gardu induk. ON LOAD TAP CHANGER OLTC. On Load Tap Changer adalah tap changer yang bisa bekerja naikturun pada kondisi trafo dalam keadaan berbeban. OPENING TIME. Adalah waktu antara mulainya kumparan tripping diberi tegangan hingga saat kontak terbuka secara sempurna. OPERATING CURRENT (OF A RELAY). Adalah arus kerja yang menyebabkan sebuah rele bekerja.
244
OPERATING TIME (RELAY). With a relay de-energised and in its initial condition, the time which elapses between the application of a characteristic quantity and the instant when the relay operates. OPERATING TIME CHARACTERISTIC. Adalah kurva karakteristik yang memperlihatkan relasi antara harga-harga besaran karakteristik yang berbeda-beda yang diterapkan pada sebuah rele dan sesuai dengan waktu kerjanya. OPGW. Optical Ground Wire – adalah kawat tanah yang dilarikan diatas tiang-tiang kawat transmisi yang berfungsi untuk melindungi saluran transmisi dari sambaran petir secara langsung namun ditengah kawat tanah tersebut diisikan dengan kabel serat optik yang dapat digunakan sebagai sarana saluran komunikasi untuk keperluan perusahaan listrik tersebut atau untuk keperluan komunikasi komersial. OSI7-LAYER MODEL. Sistim interkoneksi 7 lapisan atau yang umum dikenal sebagai ‘The Open Systems Interconnection 7-layer model’ adalah a model yang dikembangkan oleh ISO untuk memodelkan jaringan komunikasi komputer digital. OUTPUT COMMON MODE INTERFERENCE VOLTAGE. Adalah out put keluaran tegangan yang sebenarnya tidak diperlukan yang timbul dengan titik meskipun tidak ada sinyal masukan yang diberikan. OUTPUT SERIES MODE INTERFERENCE VOLTAGE. Adalah tegangan yang sesungguhnya tidak dikehendaki yang timbul secara seri antara terminal keluaran dengan beban. OVER CURRENT RELAY. Adalah sebuah rele yang perintah trippingnya tergantung dari tingkat perbedaan arus lebihnya terhadap setelan arusnya. OVERSHOOT TIME. Waktu overshoot adalah beda antara waktu kerja rele pada harga tertentu besaran masukan yang mengenergise dan lama waktu maksimum harga besaran yang mengenergise yang mana bila secara tiba-tiba diturunkan ke harga tertentu dibawah level waktu kerja, maka rele tidak akan bekerja. OVER REACH. Sebuah rele jarak dikatakan dalam keadaan over reach atau capaian lebih bila impedansi yang dilihat kurang dari impedansi real gangguan. Dalam persen capaian lebih dapat dinyatakan dalam persamaan: . Dimana adalah setelan capaian rele, sedang adalah capaian efektif rele jarak tersebut. Salah satu contoh pengaruh terjadinya capaian lebih adalah pada waktu sebuah rele jarak diterapkan pada saluran transmisi paralel dimana salah satu saluran dalam keadaan terbuka dengan kedua ujungnya ditanahkan. Karena pengaruh impedansi bersama yang ditimbulkan oleh arus sirkulasi pada saluran yang ditanahkan menyebabkan rele jarak pada saluran yang bekerja berada pada kondisi capaian lebih. PICK-UP. Sebuah rele dinyatakan pick-up yaitu bila rele tersebut berubah dari posisi diam tidak berteganan tidak bertegangan berubah pada posisi energise. PILOT CHANNEL. Adalah kanal interkoneksi yang digunakan untuk menghubungkan dua rele untuk keperluan proteksi.
245
PORT. Adalah pintu atau jalur komunikasi untuk hubungan keluar-masuk komputer atau perangkat jaringan komputer seperti server. Port-port komputer biasanya selalu ditandai dengan nomor-nomor dan terkait dengan program-program spesifik tertentu. Aplikasi yang dikenal luas mempunyai nomor-nomor port standar, misal port 80 digunakan untuk tarfik lalu lintas data-data HTTP yang sering digunakan pada trafik web. POWER LINE CARRIER COMMUNICATION - PLCC. Power Line Carrier Communication adalah sarana komunikasi antara dua gardu yang dengan kopling tertentu dapat menggunakan media transmisi sistim tenaga sebagai saluran pembawa carrier komunikasi. POWER ELECTRONIC DEVICE. Adalah perangkat elektronika daya seperti thyristor atau IGBT atau yang dirangkai sebagai perangkat inverter. Umumnya banyak digunakan pada sistim tenaga untuk mendapatkan suatu sistim catu daya yang konstan dan baik yang diperlukan pada setiap alat-alat kendali pada setiap gardu atau pusat kontrol. POWER FACTOR. Adalah faktor yang diperlukan untuk mendapatkan besar daya aktif yaitu dengan mengalikan faktor daya tersebut dengan perkalian antar arus dan tegangan. PROTECTED ZONE. Daerah atau zona terproteksi pada sistim tenaga dalam tanggung jawab sistim proteksi tertentu. PROTECTION EQUIPMENT. Adalah perangkat sistim proteksi mulai dari rele proteksi, trafo-trafo dan perangkat-perangkat lainnya. PROTECTION RELAY. Adalah rele yang dirancang untuk memisahkan bagian dari sistim tenaga atau untuk memberi alarm tanda peringatan pada waktu terjadinya gangguan atau pada waktu terjadinya kondisi abnormal. Sistim rele proteksi bisa terdiri lebih dari satu elemen dan aksesoris yang membentuk sebuah rele untuk bekerja pada besaran tertentu. PROTECTION SCHEME. Adalah skema kordinasi rele untuk mengamankan satu atau lebih elemen sistim tenaga listrik. Skema proteksi bisa terdiri dari beberapa sistim proteksi. PROTECTION SYSTEM. Sistim proteksi adalah kombinasi perangkat proteksi yang dirancang untuk menjamin, bagian-bagian sistim tenaga yang mungkin mengalami gangguan atau berada pada posisi abnormal dapat dipisahkan dan untuk memberikan tanda alarm bila terjadi keadaan tidak normal. PROTOCOL. Protokol adalah serangkaian cara-cara yang digunakan mendefinisikan metoda dimana fungsi ditransmisikan - umumnya digunakan dalam sistim komunikasi digital sehingga baik perangkat keras maupun perakngkat lunak dua sistim yang saling berjauhan dapat berkomunikasi satu sama lain dengan benar. Dalam kata lain protokol adalah sejumlah konvensi formal yang menspesifikasikan format dan pewaktu relatif pertukaran data-data (message exchange) antara dua terminal komunikasi data. Disini harus jelas cara-cara dan prosedur komunikasi yang dibutuhkan antara dua terminal komunikasi. R.M.S – SENSING TRANSDUCER. Adalah tranduser yang khusus dibuat bekerja pada harga r.m.s. besaran masukan dan yang dkarakterisir oleh pabrik pembuat sesuai dengan variasi bentuk gelombang tertentu.
246
RATIO CORRECTION. Adalah fitur rele digital atau rele numerical yang digunakan untuk mengkompensasi rasio trafo arus atau trafo tegangan yang mungkin secara teknis tidak ideal. RATING. Rating adalah nilai pengenal (nominal) suatu besaran yang tertera pada name plate rele tertentu. Harga nominal biasanya berhubungan dengan rating rangkaian sekundr trafo arus CT dan rangkaian sekunder trafo tegangan VT. REACTIVE POWER (VAR) TRANSDUCER. Adalah tranduser yang digunakan untuk mengukur daya reaktif tenaga listrik. RECLAIM TIME (AUTO-RECLOSE). Adalah waktu antara closing operation yang terlaksana dengan sukses, waktu tersebut diukur dari waktu kontak rele auto-reclose mulai bekerja menutup hingga urutan reclosing lebih lanjut bisa dilakukan bila gangguan masih bertahan. REF. Restricted Earth Fault adalah gangguan yang dimanapun lokasinya sepanjang kumparan trafo tidak dibolehkan. Setiap gangguan yang terjadi pada bagian manapun di kumparan trafo harus bisa diatasi dengan menggunakan rele yang khusus dirancang untuk itu. REFERENCE CONDITION. Adalah kondisi yang digunakan untuk menjelaskan pengetesan performace suatu tranduser atau kondisi acuan yang menjamin validasi perbandingan hasil-hasil pengukuran. REFERENCE VALUE. Adalah nilai tunggal tertentu dari besaran berpengaruh pada mana tranduser memenuhi atau sudah sesuai dengan kebutuhan terkait dengan kesalahan-kesalahan intrinsik. REMOTE ACCESS. Adalah akses ke sistim kontrol atau IED bagi orang yang mempunyai terminal kerja tidak terhubung langsung dengan jaringan sistim kendali atau IED tersebut. Remote akses ini bisa dilakukan melalui jaringan Telnet, SSH dan melalui perangakat desktop seperti PC. Mekanisme transmisi akses bisa dilakukan misalnya dengan menggunakan modem jenis dial-up, frame relay, ISDN, Internet ataupun dengan menggunakan teknologi wireless. Harga Penyetelan Ulang. Adalah nilai terbatas dari besaran karakteristik pada mana rele kembali ke posisi awalnya. RESIDUAL CURRENT. Adalah jumlah aljabar arus pada jaringan banyak fasa. Arus residual atau arus sisa baru terbaca bila fasa-fasa berada pada posisi tidak seimbang. RESIDUAL VOLTAGE. Adalah jumlah aljabar tegangan-tegangan ketanah sistim banyak fasa. RESPONSE TIME. Adalah waktu tanggap suatu perangkat mulai saat diterapkannnya perubahan tertentu suatu besaran pengukuran hingga sinyal keluaran tercapai dan tetap bertahan pada harga akhir steady statenya atau berada dalam titik pusat bidang harga tersebut. RIPPLE CONTENT OF OUTPUT. Dengan kondisi input steady-state, nilai puncak-ke-puncak dari suatu komponen out put yang bergelombang.
247
RMV. Ring Main Unit adalah cell tegangan menengah yang biasa digunakan sebagi perangkat switching, pengukur atau pembagi daya listrik tegangan menengah atau sebagai perangkat jaringan distribusi. ROCOF. Rate of Change of Frequency adalah tingkat kecepatan perubahan frekuensi. Istilah ini hanya digunakan pada sistim proteksi. RSVC. Relocatable Static Var Compensator atau RSVC adalah kompensator-kompensator statik yang bisa dipindah-pindah sesuai dengan kebutuhan pengaturan tegangan pada jaringan distribusi. RTD. Resistance Temperature Detector yaitu detektor yang bekerja berdasarkan temperatur tahanan. RTS. RTS adalah sinyal handshalking perangkat keras yang dibangkitkan oleh perangkat DTE untuk menanyakan apakah perangkat DCE siap menerima data. Respons yang diharapkan adalah dari saluran CTS. RTU. Remote Terminal Unit adalah semua perangkat pelengkap, modul-modul memor,i IED yang saling dihubungkan sedemikian rupa sehingga bisa berfungsi sebagai terminal remote yang digunakan khusus untuk menginterface rangkaian proses dengan komputer pengendali baik pada posisi lokal ataupun pada posisi remote. Disamping itu suatu RTU berfungsi sebagai perangkat untuk pengendalian, pemantauan, penympanan atau fungsi lainnya. REVERSE LOOKING ELEMENT. Adalah elemen rele penglihat kebelakang rele jarak yang diset hanya untuk melihat gangguan yang terjadi dibelakang rele. Rele ini tidak bekerja pada semua gangguan yang terjadi didepan rele jarak. Elemen penglihat kebelakang sering digunakan dalam skema bloking untuk mendapatkan sistim proteksi yang selektif. SAT. Site Acceptance Test adalah serangkaian pengetesan yang dilakukan dilapangan untuk menguji sistim instasi termasuk semua perangkat yang sudah terpasang apakah sudah sesuai dengan spesifikasi dan kebutuhan yang telah ditetapkan pada spesifikasi teknis. SETELAN EFEKTIF. Adalah setelan kerja efektif rele proteksi sesuai dengan karakteristik kerjanya termasuk pengaruh trafo arus. Setelan efektif dapat dinyatakan dalam besaran kumparan primer atau dalam besaran kumparan sekunder tergantung mana yang lebih disukai. SCL. Substation Configuration Language. Adalah bahasa yang digunakan untuk melakukan konfigurasi yang sudah dinormalisir untuk memodelkan gardu induk sesuai dengan spesifikasispesifikasi yang tertuang pada standar IEC 61850-6. SCP. Substation Control Point adalah titik media dimanan dapat dilakukan pengendalian misal pada HMI pada level komputer gardu induk dimana operator dapat melakukan pekerjaannya dari media tersebut. SECURITY. Adalah sekuriti yang digunakan untuk memproteksi perangkat keras maupun perangkat lunak komputer terhadap resiko kerusakan akibat salah akses, salah pakai, modefikasi, destruksi dan keslahan-kesalahan lain yang dapat merusak sistim kendali berbasis komputer.
248
SETELAN. Harga setelan adalah nilai batas suatu besaran karakteristik atau besaran energising (nilai tegangan atau arus...dan besaran lainnya yang membuat rele bekerja) pada mana rele dirancang dapat bekerja pada kondisi tertentu. Harga-harga tersebut biasanya ditandai pada rele dan dapat dinyatakan langsung sesuai dengan besarnya setelan, dalam prosentasi nilai nominal atau dengan faktor perkalian (multiplies). SFC. Sequential Function Chart: adalah jenis lain bahasa pemrograman khusus perangkat Programable Logic Control sesuai dengan standar yang dinyatakan pada IEC 61131-3 programming languages SIMPLEX COMMUNICATION SYSTEM. Adalah sistim komunikasi yang berlangsung hanya dalam satu arah seperti sistim komunikasi push to talk. SINGLE-SHOT RECLOSING. Adalah sistim auto-reclose yang hanya bisa dilakukan satu kali saja, bila reclose gagal maka circuit breaker biasanya langsung dikunci pada posisi lock-out. SOE. Sequence of Events adal istilah yang digunakan untuk melihat urutan kejadian. Biasanya dilihat berdasarkan waktu kejadian setiap event. SOTF. Switch on to Fault (protection), maksudnya adalah menswitch jaringan pada titik gangguan. Contoh gangguan ini misalnya bisa terjadi pada waktu memasukkan PMT (energized) saluran yang sedang dalam pemeliharaan dimana ujung-ujung transmisi masih terhubung dengan tanah. SPECIFIC CONJUNCTION TEST. A conjunctive test using specific values of each of the parameters SPRING WINDING TIME. Adalah waktu yang dibutuhkan oleh pegas untuk mengsi secara penuh sesudah melakukan kerja penutupan circuit breaker. ST. Structured Text: Adalah salah satu bahasa pemrograman sesuai dengan standar IEC 61131-3 programming languages. STABILITAS TRANSDUCER. Adalah stabilitas tranduser untuk mempertahankan karakteristik kinerjanya tetap tidak berubah selama perioda tertentu yang ditetapkan, dimana semua kondisi tetap konstan. STABILITY (OF A PROTECTION SYSTEM). Adalah kriteria yang digunakan bahwa suatu rele tetap tidak bekerja pada kondisi apapun kecuali terhadap besaran dimana rele dirancang harus bekerja. STABILITY LIMIT (OF A PROTECTION SYSTEM). Batas stabilitas suatu sistim proteksi dinyatakan pada harga r.m.s komponen simetris dari arus gangguan lewat (through faultt current) dimana sistim proteksi tetap stabil. STARTING RELAY. Adalah rele yang tanggap terhadap kondisi abnormal dan segera menginisialisasi elemen-elemen sitim proteksi lainnya bekerja.
249
STATCOM. Adalah jenis khusus Static Var Compensator, yaitu perangkat yang digunakan untuk membangkitkan daya reaktif yang dibutuhkan dengan menggunakan perangkat Power Electronic Devices seperti GTO, ketimbang dengan menggunakan kapasitor atau induktor. STATIC RELAY. Rele statik adalah rele yang dirancang dan dibuat dengan menggunakan komponen-komponen elektronika, maknetik, optik atau komponen lain yang tidak ada komponen mekanis yang bergerak. Namun rele jenis ini tidak sama dengan rele-rele digital atau numeris. STATIC VAR COMPENSATION. Static VAR Compensation adalah perangkat yang digunakan memasok atau mengabsorb daya reaktif dengan menggunakan perangkat statik. Pada sistim transmisi, perangkat ini biasanya di paralel dengan saluran transmisi untuk mendapatkan kompensasi daya reaktif. STC. Short Time Current, adalah rating arus pada waktu pendek suatu trafo arus. Pada waktu yang singkat trafo arus biasanya dirancang tahan terhadap arus sampai ratusan kali arus nominalnya. STORAGE CONDITION. Adalah kondisi atau batas-batas parameter yang dapat mempengaruhi kondisi penyimpanan seperti temperatur atau kondisi khusus dalam mana tranduser dapat disimpan dengan aman dan tidak rusak. SYSTEM IMPEDANCE RATIO - SIR. Adalah perbandingan impedansi sumber dengan impedansi zone daerah yang diproteksi. Besarnya arus hubung singkat tergantung dari nilai perbandingan ini. TAP CHANGER. A mechanism, usually fitted to the primary winding of a transformer, to alter the turns ration of the transformer by small discrete amounts over a defined range. TCP/IP. Transmission Control Protocol/Internet Protocol disingkat dengan TCP/IP. Adalah protokol umum yang digunakan untuk mentransmisikan pesan-pesan mellalui internet. TCS. Trip Circuit Supervision, adalah rangkaian yang digunakan untuk memantau dan mensupervisi rangkaian tripping sehingga rangkaian tripping tersebut senantiasa dalam keadaan baik dan bisa berfungsi bila diperlukan khususnya untuk melakukan proteksi sistim. TC 57. Adalah komisi teknis IEC yaitu Technical Committee 57 yang bekerja untuk IEC dan bertanggung jawab untuk membuat standar-standar dalam bidang proteksi dan kontrol sistim tenaga listrik misalnya standar IEC 61850. THROUGH FAULT CURRENT. Through fault current atau arus gangguan lewat adalah arus yang mengalir melalui jaringan dalam suatu daerah proteksi rele ke arah gangguan diluar daerah proteksi. Rele yang melihat arus gangguan tidak boleh bekerja. TIME DELAY RELAY. Adalah rele yang dirancang bekerja berdasarkan waktu tunda. TPI. Tap Position Indicator adalah tampilan atau indikator yang memperlihatkan posisi tap indikator setiap saat.
250
TRANSDUCER (ELECTRICAL MEASURING TRANSDUCER). Adalah perangkat yang digunakan untuk mengkonversi besaran pengukuran arus bolak balik menjadi out put keluaran dalam bentuk arus atau tegangan DC yang mempunyai relasi tertentu antara kedua besaran masukan dan keluaran. TRANSDUCER WITH SUPPRESSED ZERO. Adalah sebuah tranduser yang mempunyai out put sama dengan nol bila nilai yang diukur dibawah nilai tertentu. UNDER REACH. Sebuah rele jarak dikatakan dalam capaian kurang bila impedansi yang diperlihatkan pada rele jarak tersebut lebih rendah dari impedansi gangguan sebenarnya. Definisi capaian kurang dapat dilihat seperti pada capaian lebih (over reach). Contoh capaian kurang misalnya karena adanya pengaruh arus pada titik antara rele dan posisi gangguan yang dipasok (infeed) dari busbar remote. Capaian kurang dapat juga terjadi akibat tahanan busur atau tahanan kaki menara yang tinggi pada rele jarak gangguan tanah yang tidak dikompensasi. UNRESTRICTED PROTECTION. Adalah sistim proteksi dimana daerah operasinya tidak secara jelas didefinisikan dan proteksi dilakukan secara selektif berdasarkan waktu bertingkat atau dengan sistim time grading. VDEW. Term yang digunakan standatr protokol sesuai IEC 60871-5-103. Protokol VDEW dalah subset protokol IEC 60870-5-103. VECTOR GROUP COMPENSATION. Adalah fasilitas dan fitur yang tersedia pada rele numeris untuk mengkompensir pergeseran sudut fasa yang terjadi dalam trafo termasuk trafo tegangan yang diakibatkan penggunaan hubungan vektor group yang sama. Misal trafo-trafo yang terhubung dengan delta-bintang.
251
APENDIKS 2: SIMBOL-SIMBOL RELE SESUAI ANSI/IEC Terdapat dua cara untuk penandaan atau pengenalan fungsi-fungsi rele proteksi yang digunakan secara umum. Yaitu satu, sesuai dengan Standar ANSI C37-2, yang menggunakan sistim angka untuk menunjukkan berbagai fungsi rele. Fungsi-fungsi yang ditandai dengan huruf dan simbol grafis adalah sesuai dengan standar IEC 60617. Dibawah ini terlihat tabel persamaan antara Standar ANSI dan IEC yang dapat digunakan untuk membantu para insinyiur sistim proteksi mempermudah melakukan persamaan ekivalen antar rele-rele yang dibuat berdasarkan kedua tersebut. Description
ANSI
IEC 60617
Overspeed relay Rele Kecepatan Lebih
12
ω>
Underspeed relay Rele Kecepatan Kurang
Distance relay Rele Jarak
Overtemperature relay Rele Panas Lebih Undervoltage relay Rele Tegangan Kurang
Description Inverse time earth fault overcurrent relay Rele Arus Lebih Gangguan Tanah Dengan Waktu Invers
I
>
51N
I
>
21
Z<
Voltage restrained/controlled overcurrent relay Rele Arus Lebih Yang Dikontrol Tegangan
26
θ>
Power factor relay Rele Faktor Daya
55
27
U<
Overvoltage relay Rele Tegangan Lebih
59
U>
59N
Ursd >
64
P>
Neutral point displacement relay Rele Pergeseran Titik Netral
Underpower relay Rele Daya Kurang
37
P<
Earth-fault relay Rele Gangguan Tanah
37
I<
Directional overcurrent relay Rele Arah Arus Lebih
46
I
Directional earth fault relay Rele Arah Gangguan Tanah
252
51G
ω<
14
32
Negative sequence relay Rele Urutan Negatif
IEC 60617
Definite time earth fault overcurrent relay Rele Arus Lebih gangguan Tanah Dengan Waktu Definit
Directional overpower relay Rele Arah Daya Lebih
Undercurrent relay Rele Arus Kurang
ANSI
> 2
51V
U I>
Cos
I
67N
>
I
67
I
>
>
>
Negative sequence voltage relay Rele Tegangan Urutan Negatif
Thermal relay Rele Panas Instantaneous overcurrent relay Rele Arus Lebih Sesaat Inverse time overcurrent relay Rele Arus Lebih Dengan Waktu Invers
47
U2>
49
50
I >>
51
I>
Phase angle relay Rele Sudut Fasa
78
Autoreclose relay Rele Autoreclose
79
Underfrequency relay Rele Frekuensi Rendah
81U
f
<
Overfrequency relay Rele Frekuensi Lebih
81O
f
>
Differential relay Rele Diferensial
87
>
O
I
Id >
Tabel 1: Perbandingan antara Fungsi berdasar angka menurut ANSI dengan simbol menurut IEC
253
APENDIKS 3: TRAFO TEGANGAN DAN ARUS Trafo tegangan atau trafo arus adalah perangkat yang dibutuhkan untuk pengukuran besar tegangan ataupun arus pada jaringan tegangan tinggi yang tidak mungkin bisa diukur langsung dengan menggunakan meter-meter ataupun perangkat proteksi biasa. Trafo tegangan atau trafo arus tersebut digunakan untuk mengait dan merubah besaranbesaran listrik pada sisi tegangan tinggi menjadi besaran-besaran listrik pada skala yang jauh lebih rendah sehingga dapat dihubungkan langsung ke perangkat pengukuran tegangan atau meter arus biasa. Karakteristik trafo-trafo tegangan maupun arus pada waktu melakukan konversi besaran primer yang tinggi menjadi besaran yang rendah, aman dan teliti perlu dicermati khususnya pada waktu perancangan pembuatan maupun pada waktu melakukan pemilihan sesuai dengan keperluan. Deviasi pengukuran adalah wajar terjadi sebagai akibat proses perubahan magnitude pada nilai yang sangat besar menjadi nilai yang sangat kecil atau karena komponen transien yang mungkin terjadi dan atau karena kombinasi keduanya. Pengaruh yang timbul pada trafo pengukuran biasanya dapat diabaikan, meskipun tingkat akurasi trafo pada pengukuran presisi bisa berpengaruh cukup signifikan. Dalam prakteknya sistim-sistim proteksi dirancang untuk tetap dapat bekerja dengan baik selama periode terjadinya gangguan transien yang mengalir pada rangkaian sekunder trafo instrumen. Kesalahan pengukuran yang timbul dapat menyebabkan kelambatan waktu kerja perangkat proteksi atau menyebabkan kesalahan operasi rele proteksi yang tidak perlu. Oleh karena itu karakteristik trafo-trafo instrumen demikian perlu dikaji secara analitik. Cara-cara perhitungan dengan menggunakan data-data teknis pabrik sebenarnya sudah cukup memadai, namun bila ada hal-hal yang masih belum sepenuhnya terjawab maka biasanya dilakukan pengetesan-pengetesan. Tulisan ini tidak dimaksudkan sebagai buku pegangan yang dapat digunakan dalam merancang pembuatan trafo tegangan maupun trafo arus, namun apendix ini lebih diharapkan sebagai pegangan yang berguna dalam penerapan rele-rele proteksi sistim tenaga listrik. Suatu trafo dapat digambarkan dengan rangkaian ekivalen sebagaimana terlihat pada Gambar 1 dibawah ini. 1/1
Rp
Lp
Rs
Ze
Ls
Burden
Gambar 1: Rangkaian Ekivalen Trafo Trafo yang mempunyai rasio tidak sama dengan 1/1, dapat direpresentasikan dengan rangkaian ekivalen yang diaktifkan sebagai trafo ideal dengan rasio tertentu tanpa rugi-rugi. Rp dan Lp menggambarkan tahanan dan reaktansi kumparan primer yang tidak berpengaruh terhadap kesalahan rasio. Ze adalah impedansi penguat yaitu terdiri dari induktansi penguat dan tahanan yang mewakili rugi-rugi besi. Sedangkan Rs dan Ls masing-masing adalah tahanan yang mewakili rugi-rugi tembaga dan induktansi bocor kumparan sekunder.
254
A.3.1
TRAFO PENGUKURAN
Pada umumnya konstruksi trafo pengukuran dengan trafo biasa tidak sama. Namun perbedaanperbedaan tersebut pada prinsipnya terletak pada cara bagaimana mereka tersambung pada sistim tenaga listrik. Meski demikian trafo tegangan sebenarnya mirip seperti trafo tenaga dengan kapasitas kecil, perbedaannya hanya dalam rancangan detilnya yang mengatur akurasi rasio sepanjang jangkauan atau skala keluaran yang ditentukan. Trafo arus mempunyai kumparan primer tersambung seri dengan impedansi sistim. Respon trafo berbeda secara drastis dalam kedua moda operasi tersebut. Beberapa faktor yang diperlukan dalam pertimbangan pemilihan trafo pengukuran antara lain adalah konstruksi trafo, jenis isolasi yang digunakan misalnya isolasi kering atau dicelupkan dalam minyak, kelas isolasi, rasio perbandingan arus atau tegangan primer dengan sekunder, rating ketahanan panas dalam waktu singkat, rating ketahanan mekanis, ketahanan terhadap tegangan impuls, jenis pelayanan, akurasi dan jenis koneksi kumparan. Namun dalam prakteknya terdapat standar-standar yang mengatur persyaratan-persyaratan tersebut sehingga tidak terlalu perlu menelaahnya lebih detil. Yang diperlukan dalam penerapan rele-rele proteksi dan pengukuran adalah akurasi dan metode hubungan kumparan-kumparan sekunder dan rangkaian hubungannya dengan perangkat-perangkat pengukuran dan proteksinya.
A.3.2
TRAFO TEGANGAN ELEKTRO MAGNETIS
Dalam hubungan shunt atau paralel, sistim tegangan diterapkan pada terminal masukan rangkaian ekivalen seperti pada Gambar 1. Diagram vektor tegangan dan arus sesuai dengan rangkaian ekivalen tersebut dapat dilihat seperti pada Gambar 1 dibawah. Lp Xp
Vp
Lp Rp Ep
θ
-Vs Ie Ip
IpL Ie Im
ø
Is Vs
Is Xs Is Rs Es
Ic
Ф Vp Ep Vs Ф Ie Im Ic θ ø IpRp Lp Xp Is Rs Is Xs Is IpL Ip
= = = = = = = = = = = = = = = =
Tegangan primer Tegangan induksi e.m.f primer Tegangan sekunder Fluks magnet Arus penguat Komponen magnetisasi Arus rugi-rugi besi Kesalahan sudut fasa Sudut fasa impedansi kumparan sekunder Tegangan drop tahanan kumparan primer Tegangan drop reaktansi kumparan primer Tegangan drop tahanan sekunder Tegangan drop reaktansi sekunder Arus sekunder Komponen beban primer Arus primer
Gambar 1: Diagram Vektor Trafo Tegangan
255
Tegangan rangkaian sekunder VS diharapkan merupakan cermin dari tegangan primer VP. Tegangan drop pada kumparan dibuat kecil dan kerapatan fluks normal dalam inti dirancang sedemikian rupa sehingga berada dibawah kondisi jenuh, dengan perkataan lain arus penguat dibuat rendah dan impedansi kumparan penguat tetap konstan terhadap perubahan tegangan termasuk terhadap tegangan lebih pada tingkat tertentu. Pembatasan perancangan diatas mengakibatkan ukuran trafo tegangan menjadi lebih besar dibanding dengan trafo daya untuk burden dan daya yang sama. Oleh karena itu sebagai akibatnya arus penguat akan relatif tidak kecil terhadap rating burden sebagaimana pada trafo daya tipikal. A.3.2.1
Kesalahan-kesalahan
Kesalahan rasio maupun kesalahan fasa suatu trafo dapat dihitung dengan dengan menggunakan diagram vektor seperti pada Gambar 1. Kesalahan rasio perbandingan primer dengan lilitan sekunder didefiniskan sebagai berikut;
Dimana: Kn = adalah rasio nominal. Є = Kesalahan rasio perbandingan primer dan sekunder. Vs = adalah tegangan sekunder. Vp = adalah tegangan primer. Kalau arah kesalahan atau eror mengarah kearah positip maka tegangan sekunder melebihi tegangan nominal. Rasio belitan trafo perlu dibuat sama dengan rasio nominal. Untuk mengkonvensir kesalahan rasio perbandingan lilitan primer dan sekunder diperlukan kompensasi belitan yang kecil yang dibelit sedemikian rupa sehingga pada trafo dengan burden yang kecil eror akan menjadi positip dan pada burden yang besar kesalahan akan cenderung negatip. Kesalahan sudut fasa adalah perbedaan sudut fasa antara tegangan (-Vs) sekunder dengan vektor tegangan primer. Kesalahan ini akan positip bila tegangan sekunder (-Vs) mendahului tegangan primer. Spesifikasi kesalahan rasio maupun kesalahan fasa telah diatur dan ditentukan sesuai dengan standar IEC 60044-2. Menurut standar tersebut standar kelas ketelitian berturutturut mulai dari 0.1, 0.2, 0.5, 1.0 dan 3.0. Trafo tegangan untuk pengukuran yang diperlukan harus sesuai dan memenuhi persyaratan seperti pada Tabel 1. Untuk keperluan proteksi, akurasi pengukuran tegangan pada waktu terjadi gangguan penting diperhatikan. Trafo tegangan untuk kebutuhan proteksi harus sesuai dengan jangkauan yang diperluas seperti terlihat pada Tabel 2 berikut: Kelas Akurasi 0.1 0.2 0.5 1.0 3.0
0.8 – 1.2 Rating tegangan 0.25 – 1.0 X Rating burden pada faktor kerja 0.8 Kesalahan rasio tegangan Kesalahan fasa (%) (Menit) +/- 0.1 +/- 5 +/- 0.2 +/- 10 +/- 0.5 +/- 1.0 +/- 3.0
+/- 20 +/- 40 Tidak ditentukan
Tabel 1. Batas Kesalahan Trafo Tegangan
256
Kelas Akurasi 3P 6P
0.25 – 1.0 rating burden pada faktor kerja 0.8 0.05 – Vf X rating tegangan primer Kesalahan rasio tegangan Pergeseran fasa (%) (Menit) +/- 3.0 +/- 120 +/- 6.0
+/- 240
Tabel 2. Tambahan Batas Kesalahan Untuk Proteksi Trafo Tegangan A.3.2.2 Faktor Kenaikan Tegangan faktor Vf pada Tabel 2 diatas adalah batas atas tegangan kerja yang dinyatakan dalam per unit rating tegangan. Faktor tegangan ini penting diperhatikan agar diperoleh kerja rele secara benar khususnya dalam gangguan tidak seimbang dimana pada sistim yang tidak ditanahkan atau pada sistim yang ditanahkan dengan impedansi, tegangan fasa-fasa lain yang sehat bisa naik pada harga yang bisa mengganggu kerja rele. Faktor kenaikan tegangan, dengan lama waktu tegangan maksimum yang diijinkan dapat dilihat pada Tabel 3. Faktor Tegangan Vf
Rating Waktu
Hubungan Kumparan Primer/kondisi pentanahan
1.2
Terus menerus
Antara konduktor Pada Setiap Jaringan Antara titik bintang trafo dan tanah pada setiap Jaringan
1.2
Terus menerus
1.5
30 detik
1.2
Terus menerus
1.9
30 detik
1.2
Terus menerus
1.9
8 Jam
Antara konduktor dengan tanah pada jaringan yang ditanahkan efektif Antara konduktor dan tanah pada sistim yang netralnya ditanahkan tidak efektif yang dilengkapi dengan tripping gangguan tanah otomatis Antara konduktor pada sistim yang netralnya tidak ditanahkan tanpa tripping gangguan tanah otomatis atau pada sistim yang ditanahkan dengan kumparan resonan tanpa tripping gangguan tanah otomatis
Tabel 3: Durasi Tegangan Maksimum Yang Di ijinkan Pada Trafo Tegangan A.3.2.3 Kawat-kawat Sekunder Pada prinsipnya trafo tegangan telah dirancang mempunyai tegangan keluaran dengan akurasi sesuai dengan spesifikasi. Untuk mempertahankan akurasi sebuah trafo tegangan pada instalasiinstalasi yang membutuhkan kawat-kawat penghubung yang panjang maka panel distribusinya dipasang dekat dengan trafo tegangan VT yang akan terhubung dengan rele-rele dan meter-
257
meter melalui kawat-kawat terpisah. Pada prakteknya, tahanan kawat-kawat penghubung untuk masing-masing rangkaian harus ikut diperhitungkan pada waktu rangkaian dikalibrasi. A.3.2.4 Proteksi Trafo Tegangan Pada tegangan sampai 60 kV suatu trafo tegangan dapat diproteksi dengan menggunakan sekring kecepatan tinggi atau yang biasa dikenal dengan sekring jenis high rupturing capacity sering disingkat HRC. Dalam prakteknya sekring-sekring biasa umumnya tidak cocok digunakan untuk tegangan yang lebih tinggi karena tidak mempunyai kemampuan memutus beban yang cukup besar dengan waktu yang tepat. Pengaman dengan sekring jarang dilakukan karena waktu lebur yang relatif lama dimana hubung singkat yang terjadi dapat merusak trafo karena dialiri arus besar terlalu lama. Pada umumnya pengamanan VT dilakukan dengan memasang MCB disisi sekundernya sedang sisi tegangan tingginya biasanya langsung dihubungkan dengan jaringan tegangan tinggi tanpa memerlukan alat pengaman secara khusus. Perlu ditekankan kembali agar sisi sekunder harus selalu dilengkapi dengan alat pengaman dengan menggunakan miniature circuit breaker atau sering dinamai dengan MCB. MCB ini harus ditempatkan sedekat mungkin dengan trafo. MCB yang dipilih adalah MCB dengan karakterisktik dengan waktu tripping yang cepat tergantung dari besar arus hubung singkat yang terjadi. Ini perlu mengingat bila terjadi hubung singkat pada sisi sekunder, maka arus yang terjadi bisa beberapa kali lebih besar dari arus ratingnya sehingga bila tidak diamankan dengan cepat maka dalam beberapa waktu tertentu trafo tersebut bisa rusak karena panas berlebihan. A.3.2.5 Konstruksi Konstruksi dari sebuah trafo tegangan tergantung dari beberapa faktor sebagai berikut; a.
Daya out put. Trafo tegangan jarang ada dengan kapasitas lebih besar dari 200-300 VA. Oleh karena itu tidak ada masalah sistim pendinginan.
b.
Isolasi harus tahan terhadap level tegangan implus sistim tenaga dimana trafo tersebut mau dihubungkan. Isolasi sering lebih besar dari volume kumparan trafo itu sendiri.
c.
Rancangan mekanikal tidak perlu tahan terhadap pengaruh arus hubung singkat dan ukuran trafo tegangan harus tidak memerlukan ruang yang besar sehingga penempatannya pada gardu induk dapat dilakukan dengan mudah induk.
Pada umumnya trafo tegangan tinggi terdiri atas trafo tegangan satu fasa, namun trafo tegangan pada sistim tegangan yang relatif rendah dibawah tegangan 36 kV ada juga trafo tegangan tiga fasa dimana ketiga trafo dibuat dalam satu tangki. Trafo tegangan untuk tegangan menengah biasanya mempunyai isolasi kering, namun pada sistim tegangan lebih tinggi hingga tegangan ekstra tinggi isolasi VT pada umumnya adalah jenis oil immersed. Gambar 2 adalah sebuah trafo tegangan tipikal.
Gambar 2: Contoh Sebuah Trafo Tegangan
258
A.3.2.6 Tegangan Residual Pada Hubungan Delta Putus Dalam keadaan normal jumlah tegangan tiga fasa dalam keadaan seimbang adalah nol. Sebaliknya bila salah satu dari fasa terhubung dengan tanah maka jumlah tegangan tidak lagi sama dengan nol. Jumlah tegangan yang tidak seimbang disebut tegangan residual. Tegangan residual sistim diukur dengan menghubungkan kumparan sekunder trafo tegangan dalam hubungan delta yang terputus (open delta) seperti dapat dilihat pada Gambar 3. Dalam keadaan seimbang maka tegangan keluaran jumlah tegangan pada hubungan delta adalah nol, tetapi dalam kedaan tidak seimbang tegangan residual sama dengan tiga kali tegangan urutan nol dari sistim. A
B
C
Tegangan Residual
Gambar 3: Tegangan Residual Hubungan Delta Putus Agar bisa mengukur tegangan ini maka perlu untuk men set up fluks urutan nol dalam trafo tegangan. Untuk itu harus dibuat jalur kembali (return path) untuk menampung jumlah resultan fluks-fluks tersebut. Inti trafo VT harus mempunyai satu atau dua bagian inti yang tidak dibelit yang dihubungkan sebagai tambahan terhadap inti yang dililiti oleh kumparan. Biasanya inti dibuat simetris dengan 5 lapis, dimana dua bagian terluar dibiarkan tanpa belitan. Cara lain, kita dapat menggunakan tiga trafo satu fasa yang terhubung bintang dimana titik netral harus ditanahkan. Tujuan pentahanan titik netral adalah agar arus penguat urutan nolnya dapat mengalir dari tanah melalui titik gangguan. Sebuah trafo tegangan harus dibuat sesuai dengan faktor tegangan sebagaimana diuraikan pada Bab A.2 dan Tabel 3 terdahulu yaitu untuk mampu menahan kenaikan tegangan fasa-fasa sehat selama gangguan tanah. Kumparan sekunder trafo tegangan biasanya terhubung bintang dan kumparan tersier yang terhubung delta terbuka/terputus. Cara lain, tegangan residual diekstrak dengan menggunakan hubungan bintang atau delta terputus yang terhubung dengan kelompok trafo auxiliary yang dienergised dari rangkaian sekunder kumparan utama. Disini trafo tegangan utamanya memenuhi semua kebutuhan untuk menangani tegangan urutan nol sebagaimana diuraikan sebelumnya. Trafo tegangan auxiliary harus juga disesuaikan terhadap faktor kenaikan tegangan terkait. Hubungan trafo dengan delta terputus biasanya digunakan untuk rele gangguan tanah directional, dimana tegangan residu yang timbul dapat digunakan untuk mempolarisasi atau mengaktifkan kumparan rele proteksi. A.3.2.7 Kinerja Transien Trafo tegangan dengan kesalahan konvensional atau kesalahan transien dapat mengakibatkan beberapa kesulitan. Kesalahan-kesalahan tersebut umumnya dibatasi pada periode waktu singkat mengikuti pemberian atau pemutusan tegangan rangkaian primer secara mendadak. Ketika tegangan diterapkan secara mendadak maka arus serbu (inrush) akan timbul seperti halnya dalam trafo daya biasa. Mengingat kerapatan fluksi yang lebih rendah maka tentu saja pengaruhnya tidaklah sebesar pengaruh arus serbu pada trafo daya biasa. Namun bila trafo
259
tegangan dirancang sesuai dengan faktor tegangan lebih, pengaruh arus serbu yang kecil akan terjadi. Pada kondisi ini kesalahan akan muncul selama beberapa siklus pertama arus out put sesuai dengan lama waktu arus serbu peralihan yang terjadi.Bila tegangan suply trafo tegangan diputuskan secara mendadak, maka fluks inti tidak serta merta hilang secara spontan, sebab arus yang mengalir pada kumparan sekunder akan cenderung melawan untuk mempertahankan gaya-gaya magnetis untuk mempertahankan fluksinya dan akan mensirkulasikan arus mengalir pada burden (impedansi) yang lebih-kurang akan mengecil secara eksponensial. Hal ini mungkin terjadi karena osilasi frekuensi suara yang timbul akibat adanya kapasitansi kumparan. Dengan demikian bila besaran penguat dalam satuan ampere-turns melebihi burden trafo, besar arus transien tersebut bisa cukup signifikan.
A.3.3
TRAFO TEGANGAN KAPASITOR
Dimensi trafo tegangan konvensional untuk tegangan lebih tinggi tergantung secara proporsional pada rating tegangan, semakin tinggi rating tegangan maka dimensi trafo semakin besar dan harganya naik pada tingkat yang tidak proporsional. Pada tegangan yang semakin tinggi penggunaan trafo tegangan kapasitor atau capacitor voltage transformer dalam prakteknya akan lebih ekonomis. CVT biasanya merupakan sebuah pembagi kapasitor. Sama seperti pada pembagi tahanan, tegangan out put keluaran CVT sangat dipengaruhi oleh beban yang tersambung ke titik hubung. Pembagi kapasitor berbeda dalam impedansi sumber yang bersifat kapasitip dan reaktor yang tersambung seri ke titik sadap (tapping point). Dengan reaktor ideal, kombinasi tersebut tidak akan membutuhkan regulator dan umumnya dapat memasok tegangan pada harga berapa tertentu saja. Reaktor mempunyai komponen tahanan, yaitu yang akan membatasi besar tegangan out put yang ditentukan. Untuk tegangan keluaran sekunder sebesar 110 V, kapasitor akan menjadi sangat besar untuk mampu memasok tegangan keluaran yang berdaya guna pada batas-batas kesalahan yang ditentukan. Untuk mengatasi kesulitan ini maka digunakan tegangan sekunder yang tinggi, yang kemudian tegangan ini ditransformasikan ke tegangan normal melalui sebuah trafo elektromagnetik biasa. Gambar 4 berikut memperlihatkan urutan perkembangan pembuatan trafo-trafo yang telah diuraikan diatas. C1
C2
Zb
a) Kapasitor pembagi tegangan dasar C1 L C2
Zb
b) Kapasitor pembagi dengan kompensasi induktif
260
C1
T L
C2
Zb
c) Pembagi dengan trafo tegangan T Gambar 4: Pengembangan Pembuatan Trafo Tegangan Kapasitor Terdapat berbagai variasi rangkaian dasar. Induktansi L bisa merupakan unit pisah atau bisa juga merupakan kesatuan dalam bentuk reaktansi bocor dari trafo T tersebut. C
Vi
L
Rp
Rs
Ze
Zb
Keterangan: L - Induktansi penala Rp – Tahanan kumparan primer Ze – impedansi penguatan trafo T Rs – Tahanan rangkaian sekunder Zb – impedansi burden/beban C – C1 + C2 (seperti pada Gambar 5) Gambar 5: Diagram Yang Disederhanakan Suatu Trafo Tegangan Kapasitor Kapasitor C1 dan C2 tidak mudah dibuat sesuai dengan toleransi, sehingga penyadapan (tapping) dibuat dengan penyesuaian rasio, baik pada trafo T atau pada auto trafo terpisah dalam rangkaian sekunder. Untuk memungkinkan penalaan atau tuning nilai L yang diperlukan bisa dilakukan dengan beberapa titik sadap (tapping point). Induktor terpisah yang ditapped pada rangkaian sekunder ada yang dilengkapi dengan fasilitas celah udara pada inti besi yang lebarnya dapat diatur atau cara lain adalah dengan memparalel induktor dengan kapasitor variabel. Rangkaian ekivalen yang disederhanakan dapat dilihat pada Gambar 5 diatas. Dapat dilihat dengan jelas bahwa perbedaan mendasar antara Gambar 1 dengan Gambar 1 terletak pada hadirnya komponen L dan C. Pada frekuensi normal bila C dan L dalam keadaan resonansi sehingga dengan demikian maka komponen rangkaian akan kembali seperti VT biasa. Pada frekuensi lainnya, komponen reaktif akan muncul yang akang merubah kesalahankesalahan pada trafo. Standar-standar umumnya membutuhkan CVT yang digunakan untuk keperluan proteksi sesuai dengan akurasi seperti terlihat pada Tabel 2 pada skala frekuensi mulai dari 97 sampai 103% frekuensi nominal. Skala frekuensi pengukuran CVT jauh lebih kecil yaitu berkisar dari 99 ke 101%, sebab berkurangnya akurasi diluar batas-batas frekuensi deviasi tersebut dirasa tidak begitu perlu dibandingkan untuk keperluan aplkasi proteksi.
261
A.3.3.1 Proteksi Tegangan Kapasitor Auxiliary Jika impedansi burden CVT akan dihubung singkat, maka kenaikan tegangan pada reaktor hanya dibatasi oleh rugi-rugi tahanan reaktor dan oleh saturasi inti besi yang mungkin terjadi yaitu Q x E2, dimana E2 adalah tegangan pada titik tap dan Q adalah faktor penguat rangkaian resonansi. Kenaikan tegangan tersebut akan berlebihan melampaui kemampuan sehingga perlu dipasang sela percik pada terminal kapasitor. Tegangan pada terminal kapasitor auxiliary adalah lebih tinggi dari tegangan rating penuh pada beban nol. Kenaikan tegangan kapasitor ini harus dapat ditahan secara terus menerus. Sela percik akan mengalami kegagalan (flash over) pada nilai tegangan kurang lebih sebesar dua kali dari tegangan beban penuh.Pengaruh sela percik adalah untuk membatasi arus hubung singkat yang dapat dialirkan trafo ke rangkaian sekunder. Sela percik ini biasanya dilengkapi dengan pengaturan yang bisa mengatur jarak sela dan dalam praktek terhubung dengan terminal kapasitor dengan tanah. A.3.3.2 Kelakuan Transien Kapasitor Sebuah CVT adalah rangkaian resonansi seri. Kehadiran trafo elektromagnetis antar dua tegangan intermedia dan out put memungkinkan terjadinya resonansi dimana impedansi penguatan dan kapasitor dari CVT ikut merupakan parameter yang menentukan resonansi. Pada waktu tegangan dengan gelombang step diterapkan pada trafo, maka osilasi bisa terjadi dalam beberapa waktu transien yang singkat yang ditentukan oleh besarnya tahanan yang ada dalam rangkaian. Bila tahanan peredam ini bertambah maka konstanta waktu osilasi transien akan turun, meskipun peluang amplitudo awal naik. Untuk sistim proteksi dengan kecepatan tinggi, osilasi transien diatas harus diminimalisir. Trafo tegangan kapasitor CVT buatan terakhir memang sudah lebih baik terhadap osilasi transien yang mungkin terjadi. Tetapi sejauh ini, bagaimanapun baiknya skema sistim proteksi yang dibuat tetap masih bisa terpengaruh oleh fenomena osilasi transien tersebut. A.3.3.3 Resonansi Ferro Impedansi rangkaian penguat Ze trafo auxiliary T bersama-sama dengan kapasitansi rangkaian pembagi tegangan dapat membentuk rangkaian resonansi yang biasanya berayun pada frekuensi sub-normal. Bila rangkaian tersebut bisa dikenai oleh tegangan impuls maka osilasi bisa terjadi pada sejumlah frekuensi-frekuensi. Bila frekuensi dasar dari rangkaian tersebut sedikit lebih kecil dari satu pertiga frekuensi sistim, maka akan ada peluang dimana energy terserap oleh sistim sementara pada waktu lainnya terbuang sedemikian sehingga akan terjadi osilasi. Naiknya kerapatan fluksi dalam inti trafo akan mengurangi nilai reaktansi, sehingga akan membawa frekuensi resonansi mendekati sepertiga frekuensi sistim. Akibatnya osilasi akan terus jalan sampai osilasi menjadi stabil seperti harmonik ketiga sistim yang dapat dipertahankan terus. Tergantung dari nilai-nilai komponen, osilasi bisa terjadi pada frekuensi dasar ataupun pada frekuensi sub harmonis lain atau bahkan pada beberapa kali frekuensi dasar, namun dalam prakteknya osilasi pada sub harmonis ke tiga yang paling sering dijumpai. Manipestasi dari osilasi ini adalah naiknya nilai r.m.s tegangan out put mulai dari 25 hingga 50% dari tegangan normal. Bentuk gelombang osilasi yang terjadi dapat digambarkan seperti terlihat pada Gambar 6. Osilasi demikian jarang terjadi bila rugi-rugi rangkaian bernilai tinggi sebagaimana halnya bila beban terdiri dari tahanan. Oleh karena itu osilasi tersebut dapat dicegah dengan memperbesar nilai tahanan beban. Kadang-kadang sebuah perangkat khusus anti resonansi ferro (anti-ferro-
262
Amplitudo
resonance) yang menggunakan rangkaian tala paralel dipasangkan didalam trafo CVT. Meskipun cara ini bisa membantu untuk mengurangi pengaruh resonansi ferro, tetapi mereka cenderung memperburuk respons transien.
Waktu
Gambar 6: Bentuk Tegangan Osilasi Tipikal Pada Sub Harmonis Orde Ke Tiga Perancangan CVT dengan demikian perlu kompromi terhadap pertimbangan-pertimbangan tersebut.Perancangan yang bagus bisa mencegah CVT terhadap pengaruh osilasi, tetapi berbeda pada beban induktif non linier, seperti trafo tegangan auxiliary yang bisa menginduksi ferroresonance. Trafo auxiliary yang digunakan pada CVT harus dirancang pada harga kerapatan flux yang rendah yaitu untuk mencegah tegangan transien yang mungkin timbul akibat kejenuhan inti, dimana sebaliknya akan membangkitkan arus penguat yang tinggi. Pada akhirnya dapat dicatat perbandingan dengan trafo tegangan elektromagnetis, antara lain adalah; trafo tegangan CVT biasanya digunakan untuk sistim proteksi jaringan tegangan tinggi dimana harga trafo tegangan biasa sudah jauh lebih mahal. Demikian pula akurasi trafo biasa lebih baik dari pada CVT terutama terhadap kondisi transien dimana akurasi trafo CVT bisa melenceng melebihi batas toleransi yang diijinkan. Kadangkadang pada beberapa saluran transmisi yang tersambung ke satu busbar digunakan hanya satu set trafo tegangan sudah cukup untuk melayani semua kebutuhan proteksi saluran-saluran. Pada trafo CVT dimana kapasitas VA nya lebih kecil tentunya tidak bisa dilakukan untuk melayani beberapa saluran transmisi sekaligus. Kalau diperlukan power line carrier, maka CVT dapat digunakan sebagai kopling antara perangkat carrier dengan jaringan tegangan tinggi. Sebaliknya trafo biasa tidak dapat digunakan sebagai kopling frekuensi tinggi. Namun pada tegangan ekstra tinggi pembuatan trafo tegangan dengan prinsip induksi elektromagnetis akan memakan biaya yang sangat besar dan secara praktis juga sulit maka penggunaan trafo tegangan dengan kapasitor pembagi-CVT akhirnya akan merupakan jalan terbaik.
A.3.4
TRAFO ARUS
Kumparan primer suatu trafo arus terhubung seri dengan impedansi sistim tenaga dan biasanya bisa diabaikan karena nilainya sangat kecil dibandingkan dengan impedansi sistim tenaga tersebut. Impedansi sistim tenaga menentukan besarnya arus yang mengalir pada rangkaian primer trafo arus. Kondisi ini dapat direpresentasikan dengan menyisipkan impedansi beban sebagaimana terlihat pada Gambar 1 terdahulu. Pendekatan tersebut bisa dikembangkan menjadi seperti Gambar 7 dimana trafo arus yang digunakan adalah 300/5 A dan tegangan sistim adalah 11 kV. Sistim dimisalkan bekerja pada rating arus beban sebesar 300 A dan rangkaian sekunder trafo arus dibebani dengan 10 VA.
263
Z=21.2Ω
E=6350V
Burden 10VA
300/5A
a) Hubungan Fisik Z=21.2Ω
0.2Ω
„ideal‟ E=6350V CT r=300/5
j50Ω Ze
150Ω
0.4Ω
b) Rangkaian Ekivalen 2
E r =21.2Ω x 60² =76.2 kΩ
Er =6350V x 60 =381 kV
j50Ω Ze
0.2Ω
150Ω
0.4Ω
c) Rangkaian Ekivalen, Semua Besaran Dinyatakan Pada Sisi Sekunder Gambar 7: Derivasi Rangkaian Ekivalen Sebuah Trafo Arus Dari hasil studi akhir rangkaian ekivalen pada Gambar 8 diatas, dapat dilihat dengan jelas beberapa sifat-sifat trafo arus tersebut sebagai berikut; a.
Sampai pada batas-batas tertentu, arus sekunder tidak akan dipengaruhi oleh besarnya perubahan burden trafo.
b.
Rangkaian sekunder harus tidak boleh interupsi apabila rangkaian primer sudah dialiri listrik. Dalam hal rangkaian sekunder terbuka maka besar tegangan induksi e.m.f yang diinduksikan pada rangkaian sekunder akan sangat tinggi yang dapat membahayakan manusia dan isolasi peralatan. Hal ini bisa terjadi karena sebenarnya arus sekunder diperlukan untuk induksi diri yang akan menimbulkan tegangan lawan sehingga pengaruh garis gaya magnit terhadap kumparan sekunder dapat diabaikan. Bila arus sekunder tidak mengalir karena terbuka maka kumparan sekunder sepenuhnya dimagnetisasi oleh arus primer yang pada akhirnya dapat menimbulkan tegangan induksi yang sangat tinggi pada sisi kumparan sekunder.
c.
Jika karakteristik maknetisasi dan impedansi burden diketahui maka kesalahan rasio dan sudut fasa dapat dihitung dengan mudah.
A3.4.1 Kesalahan Trafo Arus Diagram vektor seperti terlihat pada Gambar 1 dapat disederhanakan dengan menghilangkan bagian-bagian yang tidak diperlukan dalam pengukuran arus; lihat Gambar 8. Kesalahan timbul dengan adanya impedansi penguat yang terhubung paralel dengan burden beban. Impedansi penguat ini menyerap sedikit arus masukan yang diperlukan untuk memaknetisasi inti besi sehingga tidak semua arus sekunder yang mengalir kerangkaian beban. Dengan demikian Is = Ip –
264
Ie, dimana Ie tergantung pada impedansi penguat Ze dan tegangan e.m.f Es sesuai dengan persamaan Es = Is ( Zs + Zb) dimana: Zs = impedansi sendiri rangkaian sekunder, umumnya dapat dipandang sebagai tahanan murni saja. Zb = impedansi beban (burden). Is Rs Is Xs Es
Ir
Iq Ip
Vs
θ
Ep Vs Ip Is Ф θ Is Rs
= = = = = = =
Is Xs =
Is
Ie = Ir = Iq =
Ie
Tegangan induksi sekunder Tegangan keluaran sekunder Arus primer Arus sekunder Fluks magnet Kesalahan sudut fasa Tegangan drop pada tahanan rangkaian sekunder Tegangan drop pada reaktansi rangkaian sekunder Arus penguat Komponen arus penguat sefasa dengan Is Komponen arus Ie tegak lurus terhadap Is
Ф
Gambar 8: Diagram Vektor Trafo Arus Sisi Sekunder
1,5
A3.4.1.1 Kesalahan Rasio Kesalahan ini adalah beda magnituda arus primer Ip dengan Is dan besarnya sama dengan Ir, komponen Ie adalah sefasa dengan Is. A3.4.1.2 Kesalahan Fasa Kesalahan ini direpresentasikan dengan Iq, komponen Ie beda fasa dengan Is sehingga terjadi kesalahan sudut fasa ф. Besarnya kesalahan arus dan sudut fasa tergantung dari pergesaran antar Is dan Ie, tetapi baik kesalahan arus ataupun kesalahan fasa tidak dapat melebihi kesalahan vektor Ie. Akan terlihat menjadi jelas pada besar beban induktif normal, I s dan Ie akan berada pada fasa yang hampir sama. Disini terdapat sedikit kesalahan fasa dan komponen penguatlah yang menyebabkan kesalahan rasio. Pengurangan kumparan sekunder satu belitan atau dua belitan sering dilakukan sebagai kompensasi kesalahan diatas. Contoh, pada CT seperti pada Gambar 5.9 , eror terburuk adalah dengan menggunakan beban induktif pada harga ratingnya adalah kira-kira 1.2%. Bila rasio kumparan nominal misalnya adalah 2:120, maka pengurangan jumlah kumparan satu lilitan akan mengnaikkan out-put sebesar 0.83% sehingga eror arus total akan menjadi – 0.37%. Untuk beban burden yang lebih kecil atau pada burden dengan faktor kerja yang berbeda, eror akan berubah kearah positip pada harga maksimum 0.7% pada burden nol; reaktansi bocor kumparan sekunder dianggap dapat diabaikan. Tidak ada koreksi terkait yang dapat dibuat untuk eror fasa. Tetapi yang harus di ingat adalah bahwa nilai eror fasa adalah kecil untuk beban reaktif normal. A3.4.2 Kesalahan Komposit Sesuai dengan definisi yang terdapat pada standar IEC 60044-1, kesalahan ini adalah perbedaan harga r.m.s antara arus pada rangkaian sekunder trafo ideal dengan arus rangkaian sekunder trafo arus sesungguhnya. Kesalahan ini termasuk kesalahan kesalahan arus dan fasa dan
265
pengaruh harmonis dalam arus penguat. Kelas akurasi trafo arus pengukiuran dapat dilihat 1 seperti pada Tabel 4 berikut : Kelas Akurasi % Arus 0.1 0.2 0.5 1
+/- Prosentasi Kesalahan Rasio Arus (%) 5 20 100 120 0.4 0.2 0.1 0.1 0.75 0.35 0.2 0.2 1.5 0.75 0.5 0.5 3 1.5 1.0 1.0
5 15 30 90 180
+/- Pergeseran Fasa (Menit) 20 100 8 5 15 10 45 30 90 60
120 5 10 30 60
(a) Batas-batas akurasi kesalahan untuk kelas kesalahan 0.1 s/p 1.0.
Kelas Akurasi 3 5
+/- Kesalahan Rasio Arus (%) % Arus 50 120 3 3 5 5
(b) Batas-batas kesalahan untuk kelas kesalahan 3 s/p 5. Tabel 4 : Kelas Akurasi Trafo Arus A3.4.3 Batas Akurasi Arus Trafo Untuk Proteksi Pada hakekatnya perangkat proteksi dibuat untuk tanggap terhadap berbagai kondisi gangguangangguan, oleh karena itu perangkat proteksi diharapkan berfungsi terhadap arus-arus yang nilainya lebih besar dari dari arus rating normal. Oleh karena itu kelas proteksi trafo arus harus memenuhi akurasi tertentu sampai arus terbesar yang mungkin mengalir pada rangkaian. Harga tersebut dikenal sebagai batas akurasi arus acuracy limit current dan dapat dinyatakan pada rangkaian ekivalen primer ataupun rangkaian ekivalen sekunder. Rasio accuracy limit current terhadap rating arus disebut sebagai accuracy limit factor. 1
Akurasi kelas proteksi arus dapat dilihat seperti pada Tabel 5 berikut . Kelas 5P 10P
Kesalahan Komposit Pada rating batas akurasi arus primer (%) +/- 1 +/-60 5 +/- 3 10 Standar Batas Faktor Akurasi adalah 5, 10, 15, 20 dan 30
Kesalahan Arus pada rating arus primer (%)
Pergeseran Fasa Pada Arus Rating (Menit)
Tabel 5: Kelas Kesalahan Trafo Arus Meskipun burden trafo proteksi CT hanya beberapa VA pada rating arusnya, keluaran out put trafo arus CT masih tetap baik bila nilai accurasi limit factor trafo tinggi. Sebagai contoh, trafo arus dengan accuracy limit factor 30 dan burden 10 VA, maka CT tersebut mampu mensuply daya ke rangkaian sekunder hingga 9000 VA. Dengan kata lain, trafo arus tersebut dapat dikenakan burden tinggi. Untuk proteksi arus lebih dan gangguan tanah, elemen gangguan tanah rele electromechanical yang diset pada 10% akan mempunyai 100 kali impedansi elemen arus lebih pada setelan 100%. Meskipun saturasi elemen rele pada taraf tertentu memodefikasi aspek kejadiaan ini, akan terlihat bahwa elemen gangguan tanah dirasakan sebagai burden berat, dimana trafo arus mempunyai kesalahan rasio.
266
Dalam hal ini kompensasi pengurangan lilitan pada trafo arus ini tidak begitu berguna. Oleh karena itu pada umumnya akan lebih sederhana menggulung trafo arus sesuai dengan rasio nominal. Trafo arus sering dibuat untuk keperluan pengukuran arus maupun untuk keperluan proteksi sekaligus. Dengan demikian mereka perlu dirating dengan kelas mereka sesuai dengan Tabel 6.4 dan Tabel 6.5. Total burden yang diterapkan pada trafo arus adalah jumlah burden instrumen dan jumlah burden semua rele yang terhubung. Kompensasi lilitan mungkin perlu dilakukan untuk keperluan pengukuran sehingga diperoleh kinerja yang baik. Rating pengukuran dinyatakan pada terminologi rated beban dan kelas, contoh 15 VA Kelas 0.5. Sedangkan rating proteksi dinyatakan dalam burden, kelas dan accracy limit factor, misal 10 VA, Kelas 10P10. Akurasi limit faktor yang ditandai dengan 5P20 misalnya berarti bahwa pada arus 20 kali arus nominal trafo arus tersebut mempunyai kesalahan sebesar 5%, sedang kesalahan pada arus nominalnya adalah 1%. Sedangkan trafo dengan ALF 10P10 berarti pada arus 10 kali arus nominal kesalahan trafo arus adalah 10% dan pada arus nominalnya kesalahannya 3%. Lihat Tabel 6.4 diatas. A3.4.4 Trafo Arus Kelas PX Klasifikasi menurut Tabel 6.5 hanya digunakan untuk proteksi arus lebih. Menurut definisi IEC 60044-1 CT kelas PX untuk quasi-transient trafo arus dulunya dicakup Kelas X pada standar BS 3938, sering digunakan untuk skema unit proteksi.Panduan telah diberikan pada spesifikasi aplikasi trafo arus terhadap proteksi arus gangguan tanah, tetapi untuk ini dan pada umumnya untuk kebanyakan aplikasi proteksi lebih baik mengacu langsung ke besar maksimum e.m.f berguna yang dapat diperoleh dari trafo arus CT. Dalam konteks ini, tegangan lutut (knee point) kurva maknetisasi didefenisikan sebagai titik pada lengkung magnetisasi dimana untuk kenaikan tegangan sebesar 10% dibutuhkan kenaikan arus sebesar 50%; lihat kurva pada Gambar 9 berikut. Secara umum keperluan desain trafo arus untuk proteksi sering dinyatakan dalam besar tegangan lutut (knee point), arus penguat I e pada knee point dan tahanan rangkaian kumparan sekunder. Trafo-trafo arus seperti ini ditandai dengan kelas PX. Vk
+10% Vk
Tegangan Penguat (Vk)
+50% I ck
Vk = Tegangan lutut, dimana kenaikan arus sebesar 50%, tegangan naik sebesar 10% I ck = Arus penguat yang menghasilkan tenaga lutut
I ck Arus Penguat ( I c )
Gambar 9: Defenisi Knee Point Kurva Maknetisasi Trafo Arus
267
A3.4.5 Konstruksi Kumparan Trafo Arus Terdapat sejumlah cara pengaturan kumparan yang bisa digunakan seperti pada uraian-uraian berikut. A3.4.5.1 Jenis Belitan Primer Jenis kumparan CT atau wound primary type ini mempunyai kumparan konvensional yang terbentuk dari kawat-kawat tembaga yang digulungkan mengelilingi inti besi. Tipe ini banyak digunakan sebagai auxiliary trafo arus dan untuk trafo-trafo arus dengan rasio rendah dan sedang yang banyak digunakan pada tegangan sampai 11 kV. A3.4.5.2 Jenis Bushing Atau Jenis Kumparan Primer Bentuk Batang Banyak trafo arus mempunyai inti dalam bentuk cincin yang dicetak, tetapi kadang-kadang juga terdiri dari batang besi yang dilekukkan membentuk spiral dimana setiap lekukannya berdempet satu sama lain. Kumparan sekunder terdistribusi sedemikian sehingga semua permukaan inti dililiti secara merata tanpa ada bagian yang tidak dililiti. Antara lilitan awal dan lilitan akhir diberi celah untuk mendapatkan isolasi yang diperlukan. Trafo arus semacam ini umumnya mempunyai penghantar primer tunggal yang kadang sudah dibuat menjadi bagian dari trafo arus yang sudah dirancang dengan isolasi tertentu yang diperlukan antara penghantar primer dan kumparan sekunder. Dalam beberapa hal, kadang digunakan bushing pemutus tenaga atau bushing trafo daya sebagai kawat penghantar. Pada penghantar primer dengan rating arus rendah sulit dibuat untuk mendapatkan out put dengan akurasi yang diinginkan. Hal ini karena untuk dapat melakukan transformasi arus rendah dibutuhkan penampang inti yang besar untuk mendapatkan fluksi yang cukup untuk membangkitkan tegangan induksi e.m.f pada sisi sekunder dengan jumlah belitan yang sedikit dan karena amper-turn penguat membentuk amper-turn yang besar secara proporsional. Pengaruhnya khususnya akan lebih terasa bila diameter inti dibuat besar mengikuti ukuran bushing EHV. A3.4.5.3 Trafo Arus Dengan Inti Besi Seimbang Jenis trafo arus core-balance umumnya berbentuk cincin, dimana pusatnya dilewati oleh ketiga kawat penghantar primer. Rele gangguan tanah yang tersambung pada kumparan sekunder trafo arus ini bekerja hanya apabila terdapat arus residual yang mengalir pada sisi primer. Keuntungan menggunakan cara proteksi gangguan tanah ini terletak pada kenyataan bahwa hanya satu inti trafo arus yang dibutuhkan untuk menggantikan tiga trafo arus fasa dimana arus residual terhubung pada kumparan sekunder. Dalam hal ini arus magnetisasi trafo arus pada kerja rele berkurang mendekati 3 kali. Hal ini merupakan hal penting yang perlu diperhatikan pada rele gangguan tanah sensitif dimana setelan efektif rendah (low effective setelan) diperlukan. Jumlah belitan sekunder tidak perlu dikaitkan dengan rating arus penghantar kabel karena dalam keadaan normal yang seimbang tidak akan ada arus yang mengalir pada rangkaian rele. Hal ini memungkinkan jumlah belitan sekunder yang akan dipilih untuk mengoptimumkan arus kerja primer efektif. Trafo corebalance normalnya dipasang diatas kabel pada titik dekat kabel gland. Dalam prakteknya trafo arus tersedia dalam bentuk slip-over dimana trafo arus tersebut bisa dipasang dengan mudah pada kabel yang sudah terpasang dan beroperasi pada gardu yang sudah eksisting. Trafo dengan core-balance ini banyak digunakan pada kabel-kabel distribusi bawah tanah bertegangan 20 kV. A3.4.5.4 Trafo Arus Penjumlah Susunan kumparan penjumlah atau dalam istilah asingnya summation current transformer adalah sebuah kumparan yang digunakan dalam rele pengukuran atau pada trafo arus auxiliary sehingga diperoleh pengukuran tunggal yang secara spesifik sesuai dengan input arus fasa.
268
A3.4.5.5 Trafo Arus Dengan Celah Udara Trafo jenis ini dikenal sebagai air gapped current transformer adalah trafo arus dimana pada intinya disediakan celah udara yang kecil untuk membangkitkan tegangan out put sekunder yang proporsional dengan arus pada kumparan primer. Kadang-kadang dinamai transactor dan quadrature current transformer, trafo ini digunakan sebagai komponen auxiliary pada skema unit proteksi pada mana out put pada banyak kumparan sekunder tetap linier untuk dan sebanding dengan skala praktis tertinggi arus input. A3.4.6 Lines Current CT’s Trafo arus ini terdiri dari tiga jenis sebagai berikut.
A3.4.6.1 Trafo Arus Ukuran Besar Trafo arus ukuran besar atau over dimensioned CT adalah trafo arus yang dapat mentransfer secara penuh ofset arus gangguan tanpa distorsi. Konsekuensinya, trafo arus ini berukuran sangat besar. Trafo arus jenis ini rawan terhadap kesalahan-kesalahan sebagai akibat fluks remanent yang muncul, misalnya pada waktu terjadinya pemutusan arus gangguan yang besar.
A3.4.6.2 Anti Permanent CT’s Trafo ini merupakan variasi antara trafo over dimensioned dengan trafo arus yang terdapat sela udara kecil pada inti maknetisnya. Disini maknit remanent yang mungkin timbul akan berkurang dari 90% nilai saturasi menjadi kira-kira 10%. Sela-sela tersebut agak sempit, total hanya sekitar 0.12 mm sehingga karakteristik eksitasi tidak begitu terpengaruh oleh kehadiran sela tersebut. Namun hasil pengurangan fluks remanen dalam inti dibatasi fluks d.c. yang dihasilkan oleh ke tidak simetrian arus primer, pada batas-batas saturasi inti. Dengan demikian maka kesalahan trafo arus akan berkurang secara signifikan jika dibandingkan dengan trafo arus dengan inti besi yang gapless. Proteksi transien trafo arus sudah tercakup pada standar IEC 60044-6 seperti halnya TPX, TPY dan TPZ dan standar ini merupakan pegangan yang baik untuk aplikasi pemakaian CT.
A3.4.6.3 Trafo Arus Linier Trafo arus linier tersusun secara lebih radikal dibandingkan dengan inti trafo arus padat (solid) dimana pada trafo ini terdapat sela udara pada jarak 7.5 sampai 10 mm. Sesuai dengan namanya, pengaruh sela udara tersebut cendrung mengarahkan sifat kemagnitan ke arah linier. Walaupun demikian, kenaikan reluktansi yang semakin tinggi adalah untuk mengurangi reaktansi magnetis. Sebaliknya mengurangi konstanta-waktu kumparan sekunder dari trafo arus, sedemikian dengan mengurangi faktor over dimensioning yang diperlukan untuk transformasi arus secara benar. Gambar 5.11, memperlihatkan fisik trafo arus tipikal modern yang digunakan pada jaringan tegangan tinggi dan tegangan menengah.
Gambar 5.11: Trafo Arus Modern Tegangan Menengah Tipikal
269
A3.4.7 Impedansi Kumparan Sekunder Mengingat trafo arus membutuhkan kemampuan untuk melakukan arus sekunder yang besar, maka dalam prakteknya tahanan kumparan sekunder harus dibuat sekecil mungkin. Meskipun sulit di ukur, namun reaktansi sekunder juga terjadi, khususnya pada belitan primer trafo arus. Sifat alami ketidak linieran trafo arus membuat sulit untuk menilai harga pasti tahanan yang bisa merepresentasikan nilai reaktansi bocor kumparan sekunder. Namun pada umumnya suatu trafo arus dapat digolongkan sebagai jenis CT reaktansi rendah sesuai dengan kondisi berikut: a.
Inti besi terdiri dari cincin tanpa sambungan (termasuk inti berbentuk spiral).
b.
Kumparan sekunder dibelitkan secara merata sepanjang lintasan magnetik.
c.
Penghantar primer menerobos pada pusat cincin atau bila lilitan terdistribusi sepanjang lintasan magnetisnya.
d.
Kumparan penyamaan (equalising) fluksi, jika sesuai dengan kebutuhan desain, terdiri dari paling tidak empat kumparan paralel, terdistribusi secara merata sepanjang panjang keseluruhan lintasan magnetik, masing-masing kumparan menduduki satu quadran. Atau bila sebuah trafo arus tidak sesuai dengan kebutuhan diatas maka, dapat dibuktikan bahwa trafo tersebut adalah trafo arus dengan impedansi rendah, dimana:
e.
Eror komposit yang diukur dengan cara sesuai kesepakatan atau standar, tidak melebihi 1.3 dari eror yang dapat dihasilkan dari karakteristik magnetisasi kumparan sekunder.
A3.4.8 Rating Arus Sekunder Pemilihan rating arus sekunder ditentukan oleh burden kumparan sekunder dan standarstandar praktis yang biasa digunakan dalam pemilihan trafo arus. Rating arus standar kumparan sekunder umumnya adalah 5 A atau 1 A. Burden pada arus rating yang dikenakan pada rele digital atau rele numeris atau instrumen lainnya tergantung sepenuhnya oleh rating arus. Ini disebabkan kumparan peralatan harus dibuat pada sejumlah ampere-turn tertentu pada arus rating, sehingga jumlah belitan aktual berbanding terbalik dengan pangkat dua arus dan impedansi kumparan berubah sesuai dengan rating arus pangkat dua. Namun, rele-rele elektromekanis atau rele-rele statis lainnya berubah tergantung dari tap-tap yang digunakan. Kabel-kabel penghubung tidak ikut pada parameter-parameter diatas, tetapi, umumnya penampangnya sudah ditentukan sesuai dengan standar tanpa memperhatikan berapa rating arus. Bila kabel penghubung cukup panjang, tahanannya mungkin akan menjadi signifikan dan burdennya akan berubah tergantung dari pangkat dua rating arus. Contoh, kabel penghubung trafo arus terdiri dari kawat dengan panjang 200 meter (panjang rata-rata pada gardu induk) bisa mempunyai tahanan sebesar 3 ohm. Dengan menggunakan rating arus 5 A, maka burden yang harus ditambahkan pada burden rele 1 dan peralatan lainnya yang terhubung seri dengan kumparan sekunder adalah 75 VA . Burden rele elektromekanis umumnya sekitar 10 VA sedang rele-rele numeris kurang dari 1 VA. Sehingga burden total kira-kira adalah 85 VA. Untuk melayani burden ini maka ukuran trafo arus akan sangat besar dan harganya akan menjadi mahal, khususnya bila bila dibutuhkan faktor akurasi yang tinggi. Dengan menggunakan rating arus 1 A, maka burden tambahan yang harus ditambahkan pada burden trafo arus adalah 3 VA sehingga burden total maksimum menjadi 13 VA. Trafo arus dengan daya ini dapat dibuat dengan ukuran normal, beratnya menjadi ringan sehingga
270
harganya bisa dihemat sehingga akan lebih murah. Oleh karena itu kebanyakan rating trafo arus modern dibuat 1 A. Namun bila arus primer lebih besar dari 2000 A, maka trafo arus dengan rating 2A, 5A, 20A (nilai ekstrim) mungkin menjadi pilihan yang tidak bisa dihindarkan terutama dimaksudkan untuk mengurangi jumlah lilitan kumparan sekunder yang semakin tidak praktis bila terlalu banyak. A3.4.9 Rating Arus Pada Waktu Singkat Rating sebuah trafo arus berbeban lebih karena dialiri arus terhubung singkat disebut rating arus waktu pendek atau sering dikenal sebagai rated short time current. Waktu standar dimana trafo arus harus mampu mengalirkan arus dalam waktu pendek (Short Time Capacity) antara lain adalah 0.25, 0.5, 1.0, 2.0 atau 3.0 detik. Trafo arus dengan rating waktu STC khusus akan mampu mengalirkan arus yang lebih kecil pada waktu yang lebih panjang berbanding terbalik dengan pangkat dua rasio perbandingan nilai arus. Sebaliknya, STC pada arus yang lebih besar hubungan diatas tidak dapat diberlakukan sebagaimana waktu tahan pada arus yang lebih kecil, kecuali secara khusus telah mengalami pengetesan dinamis sebelumnya. A3.4.10 Tanggapan Transien Trafo Arus Jika respons trafo arus terhadap rentang waktu yang sangat pendek diselidiki, adalah penting untuk melakukan kajian terhadap apa yang akan terjadi bila arus primer berubah secara mendadak. Pengaruh perubahan arus primer secara mendadak sangat penting diselidiki, dimana pertamatama perlu kita amati kaitannya dengan keseimbangan proteksi yang bisa membuat rele bekerja tanpa diharapkan pada waktu terjadi arus hubung singkat secara mendadak.
A3.4.10.1 Arus Primer Transien Sistim tenaga dimana beban rangkaian diabaikan, umumnya adalah induktif, sehingga bila terjadi hubung singkat, arus gangguan dapat dihitung dengan rumus berikut.
Dimana: Ep = tegangan puncak sistim (e.m.f) R = tahanan sistim L = induktansi sistim β = sudut fasa awal yang terjadi pad a saat gangguan -1
= sudut faktor daya = tan wL/R Komponen pertama persamaan 6.1 merepresentasikan arus bolak-balik steady state, sedang komponen kedua merupakan besaran transien terkait dengan pergeseran sudut gelombang tidak simetris. adalah puncak arus steady state Ip. Demikian juga transien maksimum terjadi bila sin ( –β) = 1, sehingga:
271
Bila arus mengalir melalui kumparan primer trafo arus, responsnya dapat diselidiki dengan menggunakan rangkaian ekivalen seperti pada Gambar 5.9b. Pada trafo ideal tidak ada rugi-rugi, dalam hal ini semua daya ditrasfer dengan sempurna dan semua analisa lebih lanjut yang diperlukan dapat dilakukan berdasarkan besaran-besaran sekunder is dan Is. Solusi yang disederhanakan dapat diperoleh dengan mengabaikan pengaruh arus penguat CT. Fluksi yang terbangun dalam induktansi diperoleh dengan mengintegralkan tegangan e.m.f terhadap interval waktu sebagai berikut:
Untuk rangkaian ekivalen trafo arus, tegangan adalah tegangan jatuh pada tahanan burden Rb. Dengan mengintegrasikan masing-masing komponen secara bergilir, maka fluks puncak dapat dihitung dari persamaan berikut;
Fluks transien dapat dihitung dengan persamaan :
Disini, rasio fluks transien terhadap fluks steady state adalah:
Dimana X dan R berturut-turt adalah reaktansi dan tahanan sistim primer. Inti trafo arus harus menanggung kedua fluks primer dan sekunder sehingga fluks yang mengalir pada inti besi CT adalah:
Komponen disebut sebagai faktor transien (FT), selama transien fluks inti naik sesuai dengan faktor tersebut. Dari sini dapat dilihat bahwa rasio reaktansi terhadap tahanan sistim tenaga adalah fitur yang penting dalam studi tentang kelakuan rele proteksi. Alternatifnya, L/R adalah konstanta waktu sistim primer, sehingga faktor transien (TF) dapat ditulis sebagai berikut:
Perlu diingatkan bahwa FT adalah konstanta waktu dinyatakan dalam frekuensi arus bolak balik dinyatakan dalam T’ sehingga:
Pernyataan terakhir ini sangat berguna khususnya pada waktu melakukan rekording atau pencatatan arus gangguan, sebab konstanta waktu dalam cycles dapat dihitung dengan mudah dan secara langsung terhubung dengan faktor transien. Sebagai contoh, konstanta waktu 3 cycles dapat menghasilkan faktor transien sebesar (1 + 6 )atau sebesar 19.85. Dengan kata lain
272
berarti CT harus mampu untuk menangani fluks sebesar hampir 20 kali dari fluks yang dihasilkan dalam kondisi steady state. Pendekatan diatas dianggap cukup memadai sebagai pertimbangan umum dalam melihat persoalan. Perlu diperhatikan bahwa dalam percobaan yang disederhanakan ini, tidak ada tegangan terbalik yang diterapkan untuk men demagnetisasi trafo arus, sehingga fluks akan terbangun seperti terlihat pada Gambar 11 berikut: Fluks (perkalian nilai steadystate)
20
16
12
8 T = 0.06s 4
0
0.05
0.1
0.15
0.2
T = konstanta waktu rangkaian primer Gambar 11 : Respons CT dengan impedansi shunt takterhingga terhadap arus primer transien yang tidak simetris. Mengingat trafo arus CT memerlukan arus penguat tertentu untuk mempertahankan fluks, maka dia tidak akan tetap termagnetisasi (abaikan pengaruh histerisis) dan karena alasan inilah, representasi lengkap dari pengaruh transien hanya dapat ditentukan dengan mengikutsertakan suatu induktansi trafo arus dalam perhitungan. Tanggapan trafo arus terhadap arus transien tidak simetris dapat dilihat seperti pada Gambar 12 berikut: 1.0
Amplitudo Komponen Transien
0.9 0.8
- TI1
0.7
e
0.6
e
I T I’e
0.5 0.4 0.3 0.2 I’s
0.1 0 0.1
Waktu
0.1
Ie = Arus penguat transien Is = arus nominal rangkaian sekunder I’s = Arus out put yang mengalir ke burden sekunder T = 0.06 detik Tl = 0.12 detik Gambar 12: Tanggapan Trafo Arus Terhadap Arus Transient Tidak Simetris
1,5
273
Dapat ditulis: ……………6.7 dan juga, ……………6.8 Dimana : ……………6.9 Dengan demikian persamaan transien dapat dinyatakan sebagai berikut:
Dimana : T = konstanta waktu L/R sistim primer. T1 = Konstanta waktu rangkaian sekunder Le/Rb. I1 = prospektif puncak arus sekunder.
A3.4.10.2 Kondisi-kondisi Praktis Kondisi praktis berbeda dengan teori sesuai denga alasan-alasan berikut; a.
Sejauh ini reaktansi bocor rangkaian sekunder atau induktansi burden belum diikutsertakan dalam perhitungan. Biasanya harganya memang kecil dibanding L e sehingga pengaruhnya dalam fluks transien maksimum adalah kecil.
b.
Rugi-rugi inti besi juga belum ikut diperhatikan. Rugi-rugi ini mempunyai efek mengurangi konstanta waktu rangkaian sekunder, tetapi harga tahanan ekivalen adalah beragam, tergantung pada baik komponen sinus atau komponen eksponensialnya. Akibatnya, dia tidak boleh di ikutkan dalam persamaan linier teoritis sebab sesungguhnya sangat rumit untuk melakukan perhitungan bila faktor ini ikut diperhitungkan.
c.
Teori dikembangkan berdasarkan karakteristik penguatan linier. Teori ini berlaku hanya sampai tegangan lutut kurva penguatan trafo arus. Setelah tegangan lutut ini kurva berubah menjadi tidak linier sehingga penyelesaiannya secara praktis adalah sulit. Pemecahan masalah diatas dilakukan dengan dengan mengganti lengkung magnetisasi dengan sejumlah spektrum sehingga penyelesaian secara linier dapat dilakukan dengan memperluas masing-masing spektrum tersebut. Pendekatan diatas sebenarnya sudah cukup memadai, namun, untuk memberikan pandangan yang lebih menyeluruh dan lebih dalam terhadap persoalan tersebut dan untuk memungkinkan praktek-praktek lapangan yang baik, perlu juga dilakukan peninjauan pengaruh histerisis sebagai berikut.
d.
Efek histerisis, sebagian dari rugi-rugi seperti pada point (b) diatas, belum termasuk dalam penyelesaian tersebut diatas. Histerisis menimbulkan perbedaan induktansi pada fluks yang naik turun, sehingga konstanta waktu sekunder juga berubah-ubah. Lebih lanjut, kemampuan inti untuk mempertahankan fluks remanen berarti bahwa фB yang berkembang pada persamaan 6.5 harus dipandang sebagai kenaikan fluks dari setiap fluks dengan harga baik positip maupun negatip remanen yang mungkin. Formula demikian lebih masuk akal dengan catatan arus transien yang diterapkan tidak menimbulkan saturasi inti besi.
274
Akan terlihat bahwa perhitungan fluks dan arus penguat secara lebih teliti adalah sukar dan agaknya tidak akan mempunyai pengaruh yang signifikan; nilai hasil studi adalah untuk menjelaskan gejala yang diamati. Komponen d.c atau komponen tidak simetris dapat dipandang sebagai pembentukan fluks rata-rata pada periode waktu beberapa cycles dari gelombang sinus, pada mana selama waktu perioda tersebut komponen terakhir membangkitkan fluksi yang berayun sekitar harga rata-rata yang terbentuk sebelumnya. Fluks asimetris tergoda untuk naik bila arus penguat sama dengan arus input total asimetris, sebab diluar titik ini arus out put dan dalam hal ini tegangan drop pada tahanan burden adalah negatif. Saturasi membuat titik kesamaan antara arus eksitasi dan input terjadi pada level fluks lebih rendah dari hasil yang diharapkan persamaan linier. Bila komponen eksponensial mendorong trafo arus CT ke dalam daerah saturasi, maka indukstansi magnetik akan berkurang, menimbulkan kenaikan komponen arus bolak-balik yang tinggi. Jumlah arus penguat selama periode transien terlihat seperti pada Gambar 13 dan resultan gelombang cacat selama transien tersebut dapat dilihat dari Gambar 15.
Arus Penguat
Keberadaan fluks residual merubah titik starting fluks transien pada karakteristik eksitasi. Remanen sebagaimana layaknya polaritas terhadap transien akan mengurangi besarnya arus simetris dengan konstanta waktu tertentu dimana CT dapat mentransfer arus primer tanpa saturasi, sebaliknya, remanensi terbalik akan menaikkan kemampuan trafo arus CT untuk mentrasfer arus transien dengan baik.
Waktu
Gambar 13: Arus Penguat Trafo Arus Selama Terjadinya Arus Input Transien Asimetris
5
Arus
Arus primer dipandang dari sekunder
Waktu
0
Arus sekunder Fluks residual = 0 Burden resistif Konstanta waktu sistim tenaga = 0.005 detik
Gambar 15: Cacat Gelombang Arus Sekunder Akibat Pengaruh Saturasi Inti Besi
1
Bila trafo arus dimana keadaan linier yang tidak saturasi diperhitungkan dalam penelitian, maka arus dengan bentuk sinus akan ditransfer dengan kehilangan akurasi. Dalam prakteknya variasi induktansi eksitasi yang ditimbulkan oleh transfer titik pusat fluks berayun ke titik-titik lain pada lengkungan eksitasi menimbulkan eror yang mungkin sangat besar. Efek ayunan ini pada
275
rangkaian pengukuran tidak begitu terasa, namun pada rele proteksi pengaruhnya bisa berakibat kesalahan serius karena dapat menyebabkan tidak berfungsinya alat proteksi tersebut. Arus out put berkurang pada waktu terjadinya transien saturasi, yang mungkin dapat menghalangi kerja rele pada waktu kondisinya berada dekat pada harga setelan rele tersebut. Gejalah ini kadang-kadang dapat menyumbang terhadap kenaikan rasio kesalahan. Bahkan dalam hal proteksi balans sekalipun, kesalahan trafo-trafo arus yang berbeda-beda selama periode arus gangguan lewat (through fault) bisa juga menimbulkan tripping yang tidak diperlukan. A3.4.11 Harmonik Selama Perioda Transien Jika suatu trafo arus pada keadaan steady state diperlukan untuk membangkitkan tegangan e.m.f sekunder yang tinggi, maka ketidak linieran impedansi eksitasi akan menyebabkan cacat pada gelombang out put; gelombang seperti ini hanya akan mengandung harmosnisa ganjil sebagai tambahan pada arus dasar. Dan bila trafo arus jenuh (saturasi) secara unilateral sementara berada dibawah besaran a.c yang kecil sebagaimana pada kondisi transien didiskusikan diatas, maka keluaran trafo arus akan mengandung baik harmonis ganjil maupun harmonis genap. Biasanya harmonis dengan orde rendah terutama harmonis kedua dan ketiga mempunyai amplitudo yang lebih tinggi yang perlu diperhitungkan sebab dapat mempengahuri karakteristik kerja rele. A3.4.12 Pengetesan Kumparan Pengetesan lapangan trafo arus dan peralatan lain sebelum diberi tegangan perlu dilakukan. Dalam praktek terdapat kesulitan dalam pengetesan terutama pada waktu mengalirkan arus pada sisi primer yang memerlukan arus yang sangat besar. Untuk mengatasi kesulitan ini kumparan tambahan kadang disediakan untuk memudahkan pengetesan. Kumparan tambahan ini biasanya dirancang pada rating 10A. Kumparan pengetesan yang harus disediakan karena tidak bisa dihindarkan akan menimbulkan masalah ruangan pada CT sehingga harga CT tersebut dengan sendirinya akan naik. Dalam kenyataannya, kita harus mencari cara-cara atau alternatif yang paling sesuai dan secara praktis dapat dilakukan.
276
REFERENSI 1.
Alstom transmission and Distribution Protection and Control, Protective Relays Application rd Guide, 3 Edition 1987.
2.
B Ravindranath and M Chander, Power System Protection And Switcgear , Jhon Wiley and Sons (SEA) Pte.Ltd-Singapore 1987.
3.
J. Lewis Blackburn, Thomas J. Domin, Protective Relaying Principles And Application, Taylor & Francis Group, LLC, Third Edition 2006.
4.
Russel Mason, The Art & Science Of Protective Relay, General Electric.
5.
A.R. VAN C. Warrington, Protective Relays. Their Teory and Practice, Volume one 1969, London Chapman And Hall, John Wley & Sons, Newyork.
6.
John D. McDonald, Electric Power Substations Engineering, CRC Press Taylor and Francis Group, LLC, Second Edition 2006.
7.
Colin Bayliss and Brian Hardy, Transmission and Distribution Electrical Engineering, Publish by Elsevier Ltd, Third Edition 2007.
8.
William D. Stevenson, JR, Elemen Of Power System Analysis, Mc Graw-Hill International Book Company, International Student Edition, Third Edition 1975.
9.
Bonar Pandjaitan, Teknologi Pengendalian Sistim Tenaga Listrik Berbasis SCADA, Prehalindo, Jakarta 1998.
10. CEE Relays, Application guide for the choice of protective relays, Manual Book. 11. Micom Rele, Manual Book, Alstom. 12. International Standard, International Electrotechnical Commission IEC 60044-1, Part 1, Instrument Current Transformer, 2003. 13. James H. Harlow, Electrcal Power Transformer Engineering, CRC Press LCC 2004. 14. Roer C. Dugan/Mark F. McGranaghan, Surya Santoso/H.Wayne Beaty, Electrical Systems Quality, McGrawhill, 2004. 15. International Standard, International Electrotechnical Commsission IEC 255-21-1, Electrical Relays, 1988. 16. International Standard, International Electrotechnical Standard IEC 71-1, Insulation Coordination, 1993. 17. International Standar, International Electrotechnical Commssion IEC 255-4, Single Input Energizing Quantity Measuring Relay With Dependent Time, Amandement No 1, Desember 1979. 18. International Standar, International Electrotechnical Commssion IEC 255-7, Part 7, Test And Measurement Procedures For Electromechanical All-or-Nothing Relays, Second Edition 1991.
277
19. International Standar, International Electrotechnical Commssion IEC 255-19, Electrical Relays, Parts 19, Electromechanical All-no-Nothing Relays of Assessed Quality, 1983. 20. International Standar, International Electrotechnical Commssion IEC Publication 255-0-20, Contact Performance Of Electrical Relays, 1974. 21. International Standar, International Electrotechnical Commssion IEC 255-10, Application Of The IEC Quality Assessement System For Electronics Components To All-or-Nothing Relays, 1979. 22. An American National Standard, IEEE Guide For Safety In AC Substation Grounding, ANSI/IEEE Std 80, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc, 1986. 23. Gordon Clarke, Deon Reynders, Practical Modern SCADA Protocols, DNP3, IEC 60870.5 And Related System, Elsevier Linacre House, Jordan Hill-Oxford OX2 8DP- Burlington 2004. 24. International Standar, International Electrotechnical Commission IEC Publication IEC 60255 – Standard Series, Measuring Relays and Protection Equipment. 25. Ultra High Voltage Electricity Transmision in China, WIKIPEDIA.org. 26. A.R. VAN C. Warrington, Protective Relays. Their Teory and Practice, Volume two Third Edition 1977, London Chapman And Hall, John Wley & Sons, Newyork.
278
