1.Rele Diferensial Rele Diferensial ( Differential Differential Relay) merupakan salah satu bagian dari sebuah sistem proteksi dan mengambil tempat sebagai sistem proteksi utama. Berdasarkan namanya dapat dibayangkan bahwa rele ini bekerja berdasarkan adanya suatu perbedaan (different ). ). Secara sederhana rele diferensial bekerja dengan membandingkan dua atau lebih masukan arus (dalam hal ini bukan hanya besarannya saja, tetapi termasuk juga sudutnya). Arus yang dibandingkan adalah arus yang masuk ke dalam dan keluar dari wilayah yang diproteksi oleh rele. Jika perbedaannya bernilai nol, maka diasumsikan tidak ada gangguan internal. Begitupun sebaliknya jika perbedaannya tidak bernilai nol maka terdapat sebuah gangguan internal. Ilustrasi pada Gambar 1 dapat secara sederhana menggambarkan sebuah rele differensial dalam mengamankan sebuah trafo daya.
Gambar1 sistem proteksi dengan menggunakan rele diferensial Penggunaan rele diferensial tidak hanya terbatas pada trafo daya saja, tetapi dapat diaplikasikan di hampir seluruh proteksi sistem tenaga seperti generator, motor, busbar, jalur transmisi, kapasitor, reaktor maupun kombinasi diantaranya. Namun, tulisan ini lebih menjurus kepada rele diferensial pada proteksi trafo tenaga. Fungsi dari rele diferensial pada sebuah trafo adalah sebagai pengaman utama terhadap gangguan hubung singkat baik antara kumparan trafo maupun antara kumparan dengan main tank . Karena berada sistem proteksi utama, maka rele ini bekerja secara instan. Pada operasi normal sebuah rele diferansial hanya akan melihat gangguan di dalam wilayah kerjanya dan tidak berpengaruh pabila terdapat gangguan dari luar. Hal ini dikarenakan vektor arus ketika terjadi gangguan eksternal tidak mengalami perubahan beda fasa, yaitu sebesar 180 derajat yang berarti dalam perhitungan fasor akan saling meniadakan seperti pada Gambar 2. Namun, ketika terjadi gangguan internal (di dalam wilayah kerja) maka fasor arus yang masuk dan keluar dari zona proteksi akan bernilai sama atau setidaknya hampir sama. Sehingga secara perhitungan kedua fasor akan saling menambah yang menyebabkan perbedaannya tidak akan bernilai nol.
Gambar 2 gangguan eksternal dan internal
Dalam kondisi normal maupun dalam kondisi gangguan eksternal nilai Ir (umumnya juga di sebut Ioperasi atau Iops) adalah nol. Namun, pada kenyataanya kondisi ini jarang dan bahkan mungkin sangat sulit untuk dicapai. Hal ini dapat disebabkan oleh rugi-rugi (losses) dalam wilayah yang diproteksi atau adanya perbedaan dari dua buah CT yang menjadi acuan pembacaan arusnya. Pada proteksi trafo daya ketidakseimbangan arus ini dapat disebabkan oleh beberapa hal, yaitu : 1. Pengaruh kejenuhan dari CT dan ACT Kejenuhan dari sebuah CT maupun dari ACT dapat mengakibatkan pembacaan arus oleh rele menjadi kacau. 2. Pengaruh tap ACT, ACT atau Auxilary Current Transformer merupakan sebuah perangkat yang dibutuhkan untuk menyamakan arus sisi sekunder dari dua CT apabila memilki nilai rasio yang tidak sama. Umumnya tap ACT telah ditentukan oleh pabrik dan bersifat tidak dapat dirubah nilainya. Sehingga ada kemunkinan nilai tap ACT mempunyai harga yang kurang sesuai kenyataan pembebanan. 3. Pengaruh dari tap changer Kehadiran OLTC (On Load Tap Changer) pada sebuah trafo daya dapat menciptakan peluang perbandingan transformasi yang berubah-ubah dalam keadaan operasi. Sedangkan posisi tap dari ACT akan selalu tetap yang menyebabkan munculnya arus sirkulasi pada rele diferensial. 4. Pengaruh dari proses pemasukan trafo daya ke jaringan Ketika sebuah trafo daya dimasukkan ke jaringan, maka akan menimbulkan arus awal eksitasi (inrush current) yang nilainya sangat besar dan mengalir pada salah satu sisi di mana trafo di masukkan. Ketidakseimbangan arus pada poin no 1, 2 dan 3 dapat diatas dengan menggunakan rele diferensial bias yang memiliki karakteristik (slope) seperti Gambar 3. Namun, ketidakseimbangan arus pada poin no. 4 umumnya dapat di atasi dengan metode harmonic restraint atau harmonic blocking.
Gambar 3 karakteristik Bias (slope) Gambar 3. Karakteristik Bias (Slope)
Io merupakan Ioperasi sedangkan IR merupakan Irestrain. Penentuan kedua arus ini baik Io operasi dan Irestrain tidak selamanya sama untuk masing-masing rele. Untuk rele differential dari keluarga GEC ALSTOM jenis MBCH misalnya, nilai Ioperasi didefinisikan sebagai selisih antara arus inputan di sisi primer trafo dengan di sisi sekunder trafo. Sedangkan Irestrain di definisikan sebagai setengah dari penjumlah kedua arus inputan. Secara matematis dapat digambarkan sebagai berikut :
Dimana : i1 merupakan input arus dari sisi primer trafo. i2 merupakan input arus dari sisi sekunder trafo. Sebuah rele diferensial bias hanya akan bekerja apabila hubungan antara kedua arus (IR vs Io) berada pada wilayah TRIP (operasi). Sedangkan apabila hubungan kedua arus berada wilayah BLOCK (restrain) rele tidak akan bekerja meskipun selisih antara i1 dan i2 cukup besar. 2.Rele Jarak Relai jarak atau distance relay digunakan sebagai pengaman utama (main protection) pada Suatu sistem transmisi, baik SUTT maupun SUTET, dan sebagai cadangan atau backup untuk seksi didepan. Relai jarak bekerja dengan mengukur besaran impedansi (Z), dan transmisi dibagi menjadi beberapa daerah cakupan pengamanan yaitu Zone-1, Zone-2, dan Zone-3, serta dilengkapi juga dengan teleproteksi (TP) sebagai upaya agar proteksi bekerja selalu cepat dan selektif didalam daerah pengamanannya.
Gambar zona proteksi pada rele jarak Prinsip Kerja Relai Jarak Relai jarak mengukur tegangan pada titik relai dan arus gangguan yang terlihat dari relai, dengan membagi besaran tegangan dan arus, maka impedansi sampai titik terjadinya gangguan dapat ditentukan. Perhitungan impedansi dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut: Zf=
Dimana: Zf = Impedansi (ohm) Vf = Tegangan (Volt) If = Arus gangguan Relai jarak akan bekerja dengan cara membandingkan impedansi gangguan yang terukur dengan impedansi setting, dengan ketentuan: a. Bila harga impedansi ganguan lebih kecil dari pada impedansi seting relai maka relai akan trip. b. Bila harga impedansi ganguan lebih besar daripada impedansi setting relai maka relai akan tidak trip.
Gambar Blok Diagram rele jarak Pengukuran Impedansi Gangguan Oleh Relai Jarak
Menurut jenis gangguan pada sistem tenaga listrik, terdiri dari gangguan hubung singkat tiga fasa, dua fasa, dua fasa ke tanah dan satu fasa ke tanah. Relai jarak sebagai pengaman utama harus dapat mendeteksi semua jenis gangguan dan kemudian memisahkan sistem yang terganggu dengan sistem yang tidak terganggu. 1. Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Pada saat terjadi gangguan tiga fasa yang simetris, maka amplitudo tegangan fasa VR,VS,VT turun, namun beda fasanya tetap 1200 listrik. Impedansi yang diukur relai jarak pada saat terjadi gangguan hubung singkat tiga fasa adalah sebagai berikut: Vrelai Irelai ZR
= VR = IR = VR /IR
Dimana, ZR = impedansi terbaca oleh relai VR = Tegangan fasa ke netral IR = Arus fasa
\
2. Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa Untuk mengukur impedansi pada saat terjadi gangguan hubung singkat dua fasa, tegangan yang masuk ke komparator relai adalah tegangan fasa yang terganggu, sedangkan arusnya adalah selisih (secara vektor) arus-arus yang terganggu. Misalkan terjadi hubung singkat antara fasa S dan T , maka pengukuran impedansi untuk hubung singkat antara fasa S dan T adalah sebagai berikut: V relai = VS-VT I relai = IS - IT Sehingga, ZR = Vrelai/Irelai = ( VS – VT ) / ( IS – IT ) 3. Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Untuk mengukur impedansi pada saat hubung singkat satu fasa ke tanah, tegangan yang dimasukkan ke relai adalah tegangan yang terganggu, sedangkan arus fasa terganggu di tambah arus sisa dikali faktor kompensasi. Misalnya terjadi gangguan hubung singkat satu fasa R ke tanah, maka pengukuran impedansi dilakukan dengan cara sebagai berikut: Tegangan pada relai: Vrelai = VR Arus pada relai : Irelai = IR+K0.In Arus netral : In=IR+IS+IT Kompensasi urutan nol : K0=1/3(Z0-Z1/Z1) Z1=VR/(IR+K0.In) untuk gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, Impedansi urutan nol akan timbul pada gangguan tanah. Adanya K0 adalah untuk mengkompensasi adanya impedansi urutan nol tersebut. Sehingga impedansi yang terukur menjadi benar.
Karakteristik Relai Jarak Karakteristik relai jarak merupakan penerapan langsung dari prinsip dasar relai jarak. Karakteristik ini biasa digambarkan didalam diagram R-X. Macam-macam karakteristik relai jarak adalah sebagai berikut: 1. Karakteristik impedansi Ciri-ciri nya : a. Merupakan lingkaran dengan titik pusatnya ditengah-tengah, sehingga mempunyai sifat non directional. Untuk diaplikasikan sebagai pengaman SUTT perlu ditambahkan relai directional atau relai arah. b. Mempunyai keterbatasan mengantisipasi gangguan tanah high resistance. c. Karakteristik impedansi sensitive oleh perubahan beban, terutama untuk SUTT yang panjang sehingga jangkauan lingkaran impedansi dekat dengan daerah beban. 2. Karakteristik Mho Ciri-ciri: a. Titik pusatnya bergeser sehingga mempunyai sifat directional. b. Mempunyai keterbatasan untuk mengantisipasi gangguan tanah high resistance. c. Untuk SUTT yang panjang dipilih Zone-3 dengan karakteristik Mho lensa geser. 3. Karakteristik Reaktansi Ciri-ciri: a. Karateristik reaktansi mempunyai sifat non directional. Untuk aplikasi di SUTT perlu ditambah relai directional atau relai arah. b. Dengan seting jangkauan resistif cukup besar maka relai reaktansi dapat mengantisipasi gangguan tanah dengan tahanan tinggi. 4. Karakteristik Quadrilateral Ciri-ciri: a. Karateristik quadrilateral merupakan kombinasi dari 3 macam komponen yaitu : reaktansi, berarah dan resistif. b. Dengan seting jangkauan resistif cukup besar, maka karakteristik relai quadrilateral dapat mengantisipasi gangguan tanah dengan tahanan tinggi. c. Umumnya kecepatan relai lebih lambat dari jenis mho.
MAKALAH SISTEM PROTEKSI RELE DIFERENSIAL daN RELE JARAK
Kelompok
: 1.Mochamad Irlan Malik 2. Fery Priana 3.Febri Tri Cahyadi
Judul
: Rele Diferensial & Rele Jarak
Jurusan
: Teknik Elektro
Kelas
: 4IB02
Konsentrasi
: Listrik
UNIVERSITAS GUNADARMA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI BEKASI 2011
Refrensi :
http://kuli-listrik.blogspot.com/2011/08/rele-diferensial-pada-trafotenaga.html http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/09/relai-jarak-distancerelay.html
