Dari buku: “Protective Relaying-Principles and Applications”, J. Lewis Blackburn, Thomas J. Domin, H. Lee Willis, Muhammad H. Rashid, third edition-2007 - Diterjemahkan oleh: Kunto. W (2012)
1 Introduction and General Philosophies 1.1 INTRODUCTION AND DEFINITIONS
Apakah rile itu; lebih spesifik lagi apakah protektif rile? Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) Relay mendefinisikan sebagai ―divais elektronik yang dirancang untuk merespon kodisi masukan dengan cara yang ditentukan dan setelah kondisi tertentu terpenuhi, menyebabkan operasi kontak atau perubahan mendadak serupa dalam hubungan sirkuit pengendali listrik‖. Sebagai catatan: ―Masukan umumnya berupa listrik, tetapi bisa juga mekanik, termal atau kuantitas yang lain. Limit switch dan divais sederhana serupa tidak digolongkan rile‖ (IEEE C37.90) Relay digunakan dalam semua aspek kegiatan: rumah, komunikasi, transportasi, perdagangan, dan industri dan untuk beberapa nama. Dimanapun listrik digunakan, ada kemungkinan besar bahwa relay terlibat, misalnya dalam mesin pemanasan, pendingin udara, tungku/kompor, mesin pencuci piring, mesin cuci dan pengering pakaian, lift/ elevator, jaringan telepon, kontrol lalu lintas, kendaraan transportasi, sistem proses otomatis, robotika, ruang kegiatan, dan banyak aplikasi lainnya. Dalam buku ini kita akan fokus pada salah satu aplikasi yang lebih menarik dan canggih dari kegunaan rile adalah sebagai perlindungan sistem tenaga listrik. IEEE mendefinisikan protective relay (rile pelindung/ proteksi) sebagai ''Rile yang berfungsi untuk mendeteksi cacat saluran (defective lines) atau aparatus atau kondisi sistem daya lainnya yang bersifat abnormal atau menimbulkan bahaya dan untuk melakukan tindakan sirkuit kontrol yang tepat'' (IEEE 100). Sekring (fuse) juga digunakan untuk proteksi. IEEE mendefinisikan sekering sebagai ''Divais proteksi over-current (arus lebih) dengan sirkuit-pembuka berupa batang-lebur yang dipanaskan dan akan dipotong/diputus oleh aliran arus lebih yang melewatinya'' (IEEE 100). Dengan demikian, relay pelindung dan peralatan terkait adalah unit yang kompak dari analog, komponen solid-state (benda-padat) diskrit, penguat operasional (Opamp), dan jaringan microprocessor digital yang terhubung ke sistem tenaga untuk mengindera masalah. Ini sering disingkat hanya sebagai rile dan sistem rile. Semuanya itu digunakan di segenap bagian dari sistem daya, bersama-sama dengan sekering untuk mendeteksi intolerable conditions (keadaan yang tidak dapat ditoleransi) dan most often faults (kesalahan/ gangguan paling sering). Protective relaying (rile proteksi) disimbulkan sebagai rile saja yang nonprofit (tidak untuk mencari keuntungan/ nirlaba), item yang nonrevenue-producing (produksi yang tidak menghasilkan pendapatan) yang tidak diperlukan dalam operasi normal sistem tenaga listrik sampai terjadi kesalahan/ gangguan abnormal dan keadaan yang intorelable. Tujuan utama dari semua sistem daya listrik adalah, untuk mempertahankan kontinuitas layanan dalam tingkat yang sangat tinggi, dan ketika terjadi kondisi yang intolerable, waktu pemadaman dapat dipersingkat hingga tingkat yang paling tinggi. Kehilangan daya, tegangan kedip (dips), dan tegangan lebih (overvoltages) sering terjadi, karena peristiwa alam yang tidak mungkin untuk dihindari dengan konsekuensi, kecelakaan fisik, kegagalan peralatan, atau misoperasi karena kesalahan manusia. Banyak penyebab dalam hubung singkat (fault) karena faktor: kesengajaan, koneksi tidak disengaja, dan flashovers (loncatan muatan listrik) antara kabel fase atau dari kabel fase ke tanah. Peristiwa alam yang dapat menyebabkan sirkuit pendek (kesalahan) adalah petir (tegangan induksi atau serangan langsung), angin, es, gempa bumi, kebakaran, ledakan, 1
pohon jatuh, benda terbang, kontak fisik dengan hewan, dan kontaminasi. Kecelakaan termasuk kesalahan yang dihasilkan dari kendaraan memukul tiang atau menghubungi peralatan hidup, orang-orang malang menghubungi peralatan hidup, menggali kabel bawah tanah, kesalahan manusia, dan sebagainya. Banyak upaya dilakukan untuk meminimalkan kerusakan kemungkinan, tapi penghapusan semua masalah tersebut belum dicapai.
FIGURE 1.1 Lightning over Seattle—a vivid illustration of the importance of power system protection. (Greg Gilbert=Seattle Times photo.)
Praktek perawatan yang baik berfungsi sebagai alat penting dalam mencegah kesalahan dan pemadaman terkait. Di daerah pertanian dan pesisir, kontaminasi pada isolator yang disebabkan oleh bahan-bahan seperti debu, pestisida dan pupuk semprot, dan garam dapat mengarah ke tahap terjadi flashover. Setelah flashover terjadi di isolator, sirkuit harus diputus dimaksudkan untuk memadamkan-energi busur. Isolator memercikkan bunga api sering rusak mengakibatkan pemadaman permanen pada sirkuit terkait. Di daerah di mana kontaminasi pada isolasi biasa terjadi, pembersihan periodik dari isolator berfungsi sebagai metoda untuk menghilangkan kontaminasi sebelum mencapai titik yang menyebabkan insulator mengeluarkan percikan api. Dalam beberapa tahun terakhir, kotoran hewan liar di beberapa negara bagian barat laut telah menyebabkan isolator gagal pada beberapa jalur tegangan tinggi yang penting. Kontaminasi yang disebabkan oleh burung juga telah menjadi masalah serius di Florida. Perangkat yang menghalangi atau mencegah burung dari bersarang di dekat atau di atas isolator tersedia untuk mengurangi masalah ini. Sebuah program pemangkasan pohon yang baik juga merupakan metode penting untuk mencegah ''pohon'' sebagai penyebab kesalahan terkait. Cabang patah dan pohon tumbang selama badai angin, es, dan salju menyebabkan banyak pemadaman pada saluran. Pohon yang sangat bermasalah di sirkuit distribusi sering melintas melalui daerah yang padat penduduknya dengan pohon-pohon. Pohon juga menyebabkan masalah untuk saluran transmisi tegangan yang lebih tinggi. Pohon yang tumbuh di pinggir jalan di bawah saluran tegangan tinggi terutama merepotkan karena paling memungkinkan untuk hubung singkat saluran selama periode beban berat. Selama kondisi operasi tersebut, sistem tenaga sangat tergantung pada fasilitas transmisi untuk mempertahankan operasi yang tepat. Selama periode beban berat, sirkuit transmisi sering menjadi sangat sibuk, menyebabkan kabel memanas, memuai, dan akibatnya melorot/ mengandong (sag). Kontak awal dengan pohon yang tumbuh di bawah sirkuit, kemungkinan besar terjadi ketika sistem listrik paling tidak mampu menahan rugi-rugi saluran. Kontak pohon memainkan peran besar dalam dua pemadaman besar-besaran yang menggelapkan sebagian besar Amerika Serikat bagian barat pada akhir 1990-an. Pemadaman saluran yang disebabkan oleh kontak pohon juga berperan dalam pemadaman yang terjadi di bagian timur laut negara itu pada bulan Agustus 2003.
2
Kebanyakan gangguan dalam sistem utilitas listrik dengan jaringan saluran udara adalah salah satu fase-ke-tanah kesalahan yang dihasilkan terutama dari tegangan tinggi transien induksi-petir dan pohon tumbang dan ranting pohon. Dalam sistem distribusi saluran udara (overhead distribution), kontak sesaat dengan pohon disebabkan oleh angin merupakan penyebab utama dari kesalahan. Es, pembekuan salju, dan angin selama badai parah dapat menyebabkan banyak gangguan dan banyak kerusakan. Dengan persentase pendekatan yang sangat akurat, peristiwa hubung singkat ini meliputi: Single phase-to-ground: 70%–80% Phase-to-phase-to ground: 17%–10% Phase-to-phase: 10%–8% Three-phase: 3%–2% Rangkaian tidak seimbang, seperti disebabkan oleh konduktor rusak atau sekering melebur, tidak terlalu umum, kecuali mungkin dalam sistem tegangan rendah di mana sekering digunakan untuk perlindungan. Kejadian hubung singkat bisa sangat bervariasi, tergantung pada jenis sistem tenaga (misalnya, overhead vs jalur bawah tanah) dan kondisi alam atau cuaca lokal. Dalam banyak kasus, flashover yang disebabkan oleh peristiwa tersebut tidak mengakibatkan kerusakan permanen jika rangkaian diputus mendadak. Praktek yang umum adalah dengan membuka sirkuit terganggu, membiarkan busur untuk pemadaman alami, dan kemudian menutup sirkuit lagi. Biasanya, ini meningkatkan kelangsungan layanan dengan hanya menyebabkan pemadaman sesaat dan dip tegangan. Waktu pemadaman umumnya berada di rentang 0,5 sampai 1 atau 2 menit, bukan beberapa menit dan jam. Gangguan sistem biasanya, tidak selalu memberikan perubahan yang signifikan dalam jumlah sistem yang dapat digunakan untuk membedakan antara kondisi sistem bertoleransi (tolerable) dan tak bertoleransi (intolerable). Jumlah berubahan ini meliputi arus, daya yang kelebihan atau kekurangan tegangan, faktor daya atau sudut fase, daya akibat arah arus, impedansi, frekuensi, suhu, gerakan fisik, tekanan, dan kontaminasi pada sejumlah isolator. Indikator kesalahan yang paling umum adalah adanya peningkatan mendadak dan umumnya signifikan dalam hal arus; akibatnya, proteksi arus banyak digunakan. Proteksi adalah ilmu, keterampilan, dan seni menerapkan dan pengaturan rile atau sekering, atau keduanya, untuk memberikan sensitivitas maksimum untuk hubung singkat dan kondisi yang tidak diinginkan, tetapi menghindari operasi yang berada di dalam kondisi yang diperbolehkan atau bertoleransi. Pendekatan dasar dalam buku ini adalah untuk menentukan kondisi bertoleransi dan tak bertoleransi yang mungkin ada dan mencari perbedaan definisi (''menangani'') bahwa rile atau sekering bisa mengindera. Hal ini penting untuk mengenali bahwa ''window time'' pengambilan keputusan dalam perlindungan sistem tenaga yang sangat sempit, dan ketika gangguan terjadi, sebuah pemeriksaan ulang untuk verifikasi atau prosedur pengambilan keputusan yang melibatkan waktu tambahan, tidak diinginkan. Sangat penting (1) bahwa keputusan yang benar dibuat oleh perangkat pelindung apakah masalahnya tak bertoleransi dan, dengan demikian, menuntut tindakan cepat, atau apakah itu adalah situasi bertoleransi atau transient bahwa sistem dapat meredam, dan (2) bahwa, jika perlu, perangkat pelindung beroperasi untuk mengisolasi daerah bermasalah dengan cepat dan dengan sebuah gangguan sistem minimal. Waktu gangguan ini mungkin, dan sering terjadi yaitu, terkait dengan tingginya "derau (noise)'' yang tidak relevan, yang ''mengelabuhi'' divais sehingga menyebabkan operasi yang tidak benar. Keduanya gagal untuk beroperasi dan operasi yang salah dapat mengakibatkan gangguan sistem besar yang melibatkan peningkatan kerusakan peralatan, peningkatan bahaya personil, dan kemungkinan penghentian layanan dalam waktu lama. Persyaratan ketat 3
dengan potensi konsekuensi serius cenderung membuat insinyur perlindungan agak konservatif. Salah satu keuntungan dari rile solid-state modern adalah bahwa mereka dapat memeriksa dan memantau sendiri untuk meminimalkan masalah peralatan serta untuk memberikan informasi tentang peristiwa yang mengakibatkan memicu operasi mereka. Masalah bisa dan memang terjadi dalam peralatan pelindung; tidak ada yang sempurna. Untuk meminimalkan masalah bencana potensial yang dapat mengakibatkan sistem listrik dari kegagalan perlindungan, prakteknya adalah dengan menggunakan beberapa rile atau sistem rile beroperasi secara paralel. Ini dapat terjadi di lokasi yang sama (primary backup), di stasiun yang sama (local backup), atau di berbagai stasiun jarak jauh (remote backup). Ketiganya digunakan bersama-sama dalam banyak aplikasi. Dalam sistem tenaga bertegangan tinggi konsep ini diperluas dengan memberikan tegangan atau arus terpisah, atau kedua alat ukur, kumparan pemutusan terpisah dari circuit breakers, dan sumber baterai pemutus terpisah. Berbagai perangkat pelindung harus dikoordinasikan dengan baik sehingga rile utama ditugaskan untuk beroperasi pada tanda pertama dari masalah di zona pelindung mereka ditugaskan mengoperasikan pertama. Haruskah mereka gagal, berbagai sistem backup harus tersedia dan dapat beroperasi untuk menyelesaikan masalah. Kemampuan redundansi (tambahan) yang cukup, tinggi-perlindungan sangat penting. Redundansi tambahan, bagaimanapun, memang memiliki dampak negatif pada keamanan. Karena lebih banyak sistem yang ditambahkan untuk meningkatkan kehandalan, peningkatan probabilitas benar hasil operasi. Penilaian yang baik harus dimanfaatkan ketika menerapkan relay pelindung untuk mengoptimalkan keseimbangan antara ketergantungan dan keamanan. Keseimbangan optimal akan bervariasi, tergantung pada karakteristik dan tujuan dari setiap aplikasi tertentu. 1.2 TYPICAL PROTECTIVE RELAYS AND RELAY SYSTEMS Representasi logika relay listrik ditunjukkan pada Gambar 1.2. Komponen dapat elektromekanik, elektronik, atau keduanya. Fungsi logika bersifat umum, sehingga dalam setiap unit khusus mereka dapat dikombinasikan atau, sesekali, tidak diperlukan.
Gambar 1.2 Representasi logika relay elektrik. Desain dan fitur yang khusus bervariasi dengan persyaratan aplikasi, produsen yang berbeda, dan periode waktu dari desain tertentu. Awalnya, semua rile pelindung dari jenis elektromekanis. Rile jenis elektromekanis masih digunakan secara luas dan terus diproduksi dan diterapkan. Rile elektronik analog menggunakan komponen elektronik diskret diperkenalkan di tahun 1970s. Dalam beberapa tahun terakhir, rile elektronik berbasis mikroprosesor telah dikembangkan dan diterapkan untuk meningkatkan kecepatan. Relay berbasis mikroprosesor kadang-kadang disebut sebagai tipe rile numerik sejak input analog dikonversi ke angka digital yang kemudian diproses dalam rile. Bahkan dengan tren ini ke arah pemanfaatan relay berbasis prosesor mikro, bagaimanapun, mungkin menjadi waktu yang lama sebelum perangkat elektromekanis benar-benar diganti. Dengan rile elektronik, prinsip-prinsip proteksi dan fundamental pada dasarnya tidak berubah seperti isu-isu mengenai keandalan proteksi. Jenis mikroprosesor rile yang memberikan banyak manfaat seperti akurasi yang lebih tinggi, mengurangi ruang, peralatan yang lebih rendah dan biaya instalasi, aplikasi yang lebih luas dan kemampuan pengaturan, ditambah berbagai fitur tambahan lainnya yang diinginkan. Hal tersebut termasuk kontrol logika, komunikasi jarak jauh dan peer-to-peer (remote and peer-to-peer communications), akuisisi data (data acquisition), perekaman kejadian (event recording), lokasi kesalahan (fault 4
location), pengaturan jarak jauh (remote setting), dan pemantauan diri (self monitoring) dan pemeriksaan (checking). Spesifik dari fitur ini akan bervariasi antara berbagai jenis rile dan produsen rile. Rile berbasis mikroprosesor akan dibahas secara lebih rinci dalam Bab 15. Berbagai jenis rile pelindung dan rile rakitan diilustrasikan pada Gambar 1.3 melalui Gambar 1.6. Banyak rile mikroprosesor modern yang memanfaatkan layar kristal cair (LCD) pada panel depan. Menampilkan seperti biasanya menunjukkan pengaturan, metering, acara, dan rile uji diri informasi status. Pengaturan rile juga dapat diubah melalui antarmuka LCD tanpa perlu terminal data. Targetkan informasi biasanya ditampilkan pada rile prosesor mikro dengan penggunaan LED yang mengidentifikasi fungsi pelindung yang telah dioperasikan untuk memulai pemutus bersama dengan informasi lain seperti jenis kesalahan yang telah terdeteksi (yaitu, fase-A-ke-tanah) , status recloser, dll Terminal blok biasanya disediakan di bagian belakang rile untuk menghubungkan berbagai masukan yang diperlukan dan output yang disediakan oleh rile. Port komunikasi yang disediakan untuk transmisi data digital. Karakteristik mendasar dari disain rile diperlukan untuk memahami aplikasi yang diuraikan dalam Bab 6 dan ditambah seperti yang dipersyaratkan dalam bab-bab berikutnya. 1.3 TYPICAL POWER CIRCUIT BREAKERS Rile protektif memberikan "otak" untuk mengindera masalah, tetapi sebagai perangkat berenergi rendah, mereka tidak mampu untuk membuka dan mengisolasi daerah masalah sistem daya. Pemutus sirkuit dan berbagai jenis interupsi sirkuit, termasuk kontaktor bermotor dan motor controller, digunakan untuk masalah ini dan memberikan ―otot‖ untuk mengisolasi gangguan. Dengan demikian, rile pelindung dan sirkuit pemutus (CB) bekerja sama sebagai perangkat penginterupsi; keduanya diperlukan untuk mengisolasi secara cepat daerah bermasalah atau peralatan yang rusak. Sebuah relay pelindung tanpa pemutus sirkuit tidak memiliki nilai dasar kecuali mungkin untuk alarm. Demikian pula, pemutus sirkuit (CB) tanpa rile memiliki nilai minimum, yaitu menjadi penyambung energi atau pemutus-energi sirkuit atau peralatan secara manual.
(a)
(b)
(d)
(c)
(e)
FIGURE 1.3 Typical solid-state microprocessor relays for power system protection: (a–c) Rack-type mounting: (a) three-phase and ground distance, (b) segregated-phase comparison system, (c) phase and ground distance with pilot capabilities. (d, e) ‗‗Flexitest‘‘-type cases for panel mounting: (d) three-phase and ground overcurrent, (e) same as (c). (Courtesy of ABB Power T&D Company, Coral Springs, FL.)
Circuit breakers umum digunakan untuk mengisolasi daerah terganggu atau rusak ditunjukkan pada Gambar 1.7 dan Gambar 1.8. Gambar 1.7 menunjukkan deretan panjang circuit breakers minyak tiga fasa 115 kV dengan kontrol pneumatik di sebuah gardu luar (outdoor substation). Ini dikenal sebagai pemutus dead-tank; tangki atau rumah pemutus pada 5
potensial tanah. Transformator arus (CT) belitan-bushing toroidal yang dipasang di polong tepat di bawah isolator porselen bergalur di bagian atas tangki. Jenis umum ini digunakan secara luas dalam berbagai desain dan variasi. Media yang digunakan untuk penghentian sirkuit meliputi udara, hembusan udara, gas udara terkompresi, dan vakum selain minyak. Gambar 1.8 menunjukkan 500 kV live-tank circuit breaker. Berikut mekanisme penginterupsi dan housing di tingkat tegangan tinggi dan terisolasi dari tanah melalui kolom porselen. Dengan CT yang terpasang pada kolom porselen terpisah, seperti yang ditunjukkan di sebelah kiri setiap tahap breaker.
FIGURE 1.4 Typical relay protection for backup of two 500 kV transmission lines using electromechanical protective relays. (Courtesy of Georgia Power Company.)
Dead-tank breaker, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1.7, biasanya memiliki penge-trip single coil yang memulai pembukaan simultan dari semua kutub pemutus tiga fasa. Jenis live-tank umumnya memiliki kumparan trip dan mekanisme operasi setiap kutub atau fase secara independen. Hal ini terbukti pada Gambar 1.8. Untuk jenis relay ini harus memberikan energi ketiga kumparan trip untuk membuka sirkuit listrik tiga fasa. Hal ini memungkinkan untuk menghubungkan tiga kumparan trip secara paralel atau seri untuk memutus ketiga kutub. Tiga kumparan trip bentuk seri lebih disukai. Pengaturan ini memungkinkan pemantauan mudah kontinuitas sirkuit dan memerlukan lebih sedikit arus trip.
FIGURE 1.5 Typical relay panel for the protection of a cogenerator intertie, using solid-state relays. (Courtesy of Harlo Corporation, Control Panel Division, and Basler Electric.)
6
Di Amerika Serikat, praktek selama bertahun-tahun telah melakukan membuka tiga fasa untuk semua jenis gangguan, meskipun mungkin satu atau dua dari fase tidak terlibat dalam kesalahan. Menghubungkan tiga kumparan trip independen dalam seri untuk tujuan ini dikenal sebagai memutus kutub independen.
FIGURE 1.6 Typical microprocessor distance relays for single-pole tripping at 500 kV. (Courtesy of Schweitzer Engineering Laboratories, Inc., Pullman, WA.)
Setiap kegagalan dari mekanisme pembukaan bentuk pemutus kumparan-single-trip harus membutuhkan proteksi cadangan untuk mengisolasi daerah bermasalah dengan membuka semua pemutus lainnya yang menyulang daerah fault. Dengan memutus kutub independen, ada probabilitas rendah bahwa ketiga kutub akan gagal untuk membuka; dengan tindakan rile pelindung satu harapan bahwa setidaknya satu atau dua kutub akan membuka dengan benar. Haruskah kesalahan tiga fasa, yang merupakan kesalahan yang paling berat bagi sistem daya, pembukaan setidaknya satu atau dua kutub mengurangi jenis fault satu kurang parah dari sudut pandang stabilitas sistem, baik fasa ganda atau fase tunggal.
FIGURE 1.7 Row of typical three-phase 115 kV oil circuit breakers. The pneumatic operating mechanism is visible within the open cabinet. (Courtesy of Puget Sound Power and Light Company.)
Karena kebanyakan gangguan transmisi-jalur transient tipe single-line-ke-tanah, umumnya pembukaan hanya fasa terganggu. Dengan fault transient, seperti yang dihasilkan dari tegangan lebih induksi petir, reclosing segera terbuka, fasa terganggu akan mengembalikan layanan tiga fase. Dikenal sebagai memutus satu-kutub, ini cenderung untuk
7
mengurangi guncangan pada sistem daya. Hal ini dibahas lebih lanjut dalam Bab 13 dan Bab 14.
FIGURE 1.8 Typical 500 kV live-tank circuit breaker. Two interrupting mechanisms, operated in series, are mounted on insulating columns, with the associated current transformer on its column at the left. These are single-phase units; three are shown for the three-phase system. (Courtesy of Georgia Power Company.)
Sebagaimana ditunjukkan di atas, pada tegangan rendah, pemutus sirkuit (interrupter) dan rile sering digabungkan menjadi satu kesatuan-operasi. Dengan saklar circuit breaker umumnya dipasang di kabinet layanan banyak digunakan di rumah hunian modern dan bangunan komersial adalah contoh yang umum. Secara umum, jenis pengaturan menggunakan saluran 480-600 V. Terutama, perlindungan untuk arus lebih, meskipun mungkin termasuk tegangan lebih. Akurasi rendah dan kesulitan dalam kalibrasi dan pengujian telah menghasilkan aplikasi yang lebih luas dari teknologi solid-state dalam desain ini. Karena unit relay dan pemutus bersama-sama secara fisik dan tingkat cakupan tegangan rendah, masalah tegangan tidak relevan dan noise yang mempengaruhi dapat diminimalkan dengan desain solid-state. 1.4 NOMENCLATURE AND DEVICE NUMBERS Nomenklatur dan singkatan yang digunakan umumnya mengikuti praktek umum di Amerika Serikat. Fungsi berbagai rile dan peralatan diidentifikasi oleh nomor fungsi perangkat standar ANSI = IEEE (IEEE C 37,2). Sebuah tinjauan singkat dalam masalah ini. Tahap dari sistem tiga fase ditetapkan sebagai A, B, C atau a, b, c, bukan 1, 2, 3 (juga digunakan di Amerika Serikat), atau r, s, t (digunakan di Eropa). Juga, 1, 2, 3 dihindari karena 1 (juga menunjuk urutan positif, dan 2, untuk urutan negatif. Huruf menghindari kemungkinan kebingungan. Huruf kapital digunakan pada satu sisi transformator bank Wyedelta, dengan huruf kecil di sisi lain. Meskipun biasanya tidak diikuti dalam praktek, ini menekankan bahwa ada pergeseran fasa dan perbedaan tegangan transformator bank. Nomor divais dengan huruf akhiran (s) memberikan fungsi dasar peralatan listrik dalam identifikasi nyaman, seperti pemutus sirkuit, rile, saklar, dan sebagainya. Ketika beberapa unit dari jenis yang sama dari perangkat yang digunakan dalam sirkuit atau sistem, angka sebelumnya angka perangkat yang digunakan untuk membedakan diantara keduanya. Huruf berikut jumlah perangkat memberikan informasi tambahan tentang jumlah aplikasi, penggunaan, atau penggerak. Sayangnya, huruf yang sama dapat digunakan dengan cukup konotasi atau makna yang berbeda. Biasanya ini akan menjadi jelas dari penggunaan. Huruf dan singkatan yang sering digunakan adalah sebagai berikut: A ac or AC B BP
Alarm Alternating current Bus, battery, blower Bypass
8
BT C CC CS CT CCVT D dc or DC E F G* GND, H L M MOC MoD MOS N* NC NO O P PB PF R S T TC U V VAR VT W X, Y, Z
Bus tie Current, close, control, capacitor, compensator, case Closing coil, coupling capacitor, carrier current Control switch, contactor switch Current transformer Coupling capacitor voltage device Down, direct, discharge Direct current Exciter, excitation Field, feeder, fan Ground, generator Gnd Ground Heater, housing Line, lower, level, liquid Motor, metering Mechanism-operated contact Metal oxide protective device Motor-operated switch Neutral, network Normally closed Normally open Open Power, pressure Pushbutton Power factor Raise, reactor Speed, secondary, synchronizing Transformer, trip Trip coil Up, unit Voltage, vacuum Reactive power Voltage transformer Watts, water Auxiliary relays
* N dan G (atau n dan g) yang digunakan dalam sirkuit yang melibatkan tanah. Sebuah konvensi yang umum tetapi tidak standar adalah penggunaan G ketika relay terhubung ke CT di sirkuit netral diketanahkan, dan N ketika terhubung dalam netral tiga CTs terhubung Wye. Penggunaan yang sama diterapkan untuk tegangan. Nomor Divais yang sering digunakan tercantum di bawah ini. Daftar lengkap dan definisi yang diberikan dalam Standar IEEE C 37.2. 1. Master element: normally used for hand-operated devices. A common use is the spring-return-to-center control switch for circuit breakers, where the switch contacts are 101T (trip), 101c (close), and 101SC (closed when turned to close and remains closed when released; opened when turned to trip and remains open when released). When several breakers are involved, they are identified by 101, 201, 301, and so on. 2. Time-delay starting on closing relay: except device functions 48, 62, and 79 3. Checking or interlocking relay 4. Master contactor 5. Stopping device 6. Starting circuit breaker 7. Rate-of-rise relay 8. Control power-disconnecting device 9. Reversing device 10. Unit sequence switch 11. Multifunction device 12. Overspeed device 13. Synchronous-speed device 14. Underspeed device
9
15. Speed- or frequency-matching device 16. Shunting or discharge switch 17. Accelerating or decelerating device 18. Starting-to-running transition contactor 19. Electrically operated valve 20. Distance relay 21. Equalizer circuit breaker 22. Temperature control device 23. Volts=hertz relay 24. Synchronizing or synchronism-check device 25. Apparatus thermal device 26. Undervoltage relay 27. Flame detector 28. Isolating contactor 29. Annunciator relay 30. Separate excitation device 31. Directional power relay 32. Position switch 33. Master sequence device 34. Polarity or polarizing voltage device 35. Undercurrent or underpower relay 36. Bearing protective device 37. Mechanical conduction monitor 38. Field relay 39. Field circuit breaker 40. Running circuit breaker 41. Manual transfer or selector device 42. Unit=sequence starting relay 43. Atmospheric condition monitor 44. Reverse-phase or phase-balance relay 45. Phase-sequence voltage relay 46. Incomplete-sequence relay 47. Machine or transformer thermal relay 48. Instantaneous overcurrent 49. ac Time overcurrent relay 50. ac Circuit breaker. Mechanism-operated contacts are: a. 50a, 50aa: open when breaker contacts are open, closed when breaker contacts are closed b. 50b, 50bb: closed when breaker contacts are open, open when breaker contacts are closed. Here, 50aa and 50bb operate just as mechanism motion starts; known as high-speed contacts 51. Exciter or DC generator relay 52. Power factor relay 53. Field application relay 54. Short-circuiting or grounding device 55. Rectification failure relay 56. Overvoltage relay 57. Voltage or current balance relay 58. Time-delay stopping or opening relay 59. Pressure switch 60. Ground detector relay 61. Governor 62. Notching or jogging device 63. AC directional overcurrent relay 64. Blocking relay 65. Permissive control device 66. Rheostat 67. Level switch 68. DC circuit breaker 69. Load-resistor contactor 70. Alarm relay 71. DC overcurrent relay
10
72. Telemetering device 73. Phase-single measuring or out-of-step protective relay 74. AC-reclosing relay 75. Flow switch 76. Frequency relay 77. DC-reclosing relay 78. Automatic selective control or transfer relay 79. Operating mechanism 80. Carrier or pilot-wire receiver relay 81. Lockout relay 82. Differential protective relay 83. Auxiliary motor or motor generator 84. Line switch 85. Regulating device 86. Voltage directional relay 87. Voltage and power directional relay 88. Field-changing contactor 89. Tripping or trip-free relay
1.5 TYPICAL RELAY AND CIRCUIT BREAKER CONNECTIONS Rile protektif menggunakan sejumlah listrik yang terhubung ke sistem daya melalui CT atau trafo tegangan (VT). Divais input ini atau transformator instrumen memberikan isolasi terhadap tegangan sistem daya tinggi dan mengurangi magnitudo sekunder ke tingkat praktis untuk rile. Sebagai elemen penting dari sistem perlindungan, unit ini dibahas dalam Bab 5. Dalam skema sirkuit dan diagramnya diwakili seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.9. Diagram ini menunjukkan skema AC ―one-line‖ yang umum dan skema sirkuit trip DC. Sistem rile pelindung terhubung ke sistem listrik AC melalui CT umumnya terkait dengan circuit breaker dan jika perlu, ke VT. Ini diperlihatkan terhubung ke bus AC gardu, tetapi sering pada tegangan tinggi divais tegangan terhubung ke saluran transmisi. Pemutus sirkuit (circuit breaker) ditetapkan sebagai perangkat 52 mengikuti ANSI = IEEE sistem nomor perangkat (IEEE C 37,2).
Gambar 1.9 Koneksi AC single-line yang umum dari rile pelindung dengan rangkaian trip DC. Tanda CS di unit tidak diperlukan jika menggunakan unit solid-state dan arus rangkaian trip-rendah menggunakan pemutus sirkuit modern, ,. 11
Dalam skema DC, kontak selalu ditampilkan pada posisi de-energi. Dengan demikian, ketika breaker circuit tertutup dan dalam status melayani, kontak 52a tertutup. Ketika sistem terjadi kesalahan (fault), rile pelindung beroperasi, kontak output menutup untuk memberi energi ke kumparan 52T circuit breaker agar trip, yang berfungsi untuk membuka kontak utama breaker dan memadamkan (de-energize) sirkuit listrik yang terhubung. Kontak rile elektromekanis pada dasarnya tidak dirancang untuk menginterupsi/ memutus arus kumparan trip circuit breaker, sehingga unit operasi-DC pembantu menunjuk contactor switch (CS) digunakan untuk ''seal-in'' atau memotong kontak rile pelindung seperti yang ditunjukkan. Ketika pemutus rangkaian terbuka, saklar 52a akan membuka untuk de-energi pada trip coil 52T. Memutus fault oleh circuit breaker akan membuka kontak rile protektif sebelum kontak 52a terbuka. Unit CS ini tidak diperlukan pada relay solid-state.
Gambar 1.10 Typical three-phase AC connections of a set of phase and ground relays for the protection of an AC power system. The relays may be separate, as shown, or combined together in one unit.
Beragam perangkat penginterupsi-daya dioperasikan baik oleh arus lebih (over current) yang melewatinya selama kesalahan, atau oleh trip coil yang dioperasikan secara DC, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.9. Jenis pertama yang ditunjuk sebagai trip seri, bertindak langsung (direct acting), pembebasan langsung (direct release), pembebasan tidak langsung (indirect release), dan pembebasan arus lebih (overcurrent release). Biasanya, ini memiliki unit rile arus lebih yang built-in untuk menentukan level arus AC yang kontaknya akan terbuka pada arus yang sama dan di atasnya. Semua jenis ini digunakan pada tingkat tegangan yang lebih rendah dari sistem tenaga.
12
Pada sistem tenaga tegangan lebih tinggi, setiap gardu di mana pemutus rangkaian diinstal memiliki gardu baterai untuk memasok arus searah ke kumparan breaker trip, sirkuit dan kontrol rile protektif yang diperlukan, alarm darurat dan pencahayaan, dan sebagainya. Di Amerika Serikat umumnya digunakan 125 V DC; 250 V DC untuk beberapa pembangkit listrik besar, dan 48 V DC sering digunakan untuk divais elektronik dan solid-state. Suplai DC ini adalah bagian vital yang lain dalam sistem proteksi dan membutuhkan perhatian dan perawatan untuk kehandalan sistem tinggi dan proteksi (high system and protection reliability). Banyak rile pelindung yang dikemas sebagai unit fasa dan ground individual, sehingga untuk perlindungan hubung singkat-fasa-dan-tanah yang lengkap, empat unit digunakan bersama. Koneksi AC tiga fasa yang umum untuk satu set relay dan CT dan VT terkait ditunjukkan pada Gambar 1.10. Desain sirkuit kontrol dibahas secara lebih rinci dalam Bab 15. 1.6 BASIC OBJECTIVES OF SYSTEM PROTECTION
Tujuan mendasar dari sistem proteksi adalah untuk memberikan isolasi dari daerah yang bermasalah dalam sistem daya secara cepat, sehingga goncangan ke seluruh sistem diminimalkan dan sebanyak mungkin yang tersisa masih utuh. Dalam konteks ini, ada lima aspek dasar dari aplikasi rile protektif. Sebelum membahas hal ini, perlu dicatat bahwa penggunaan istilah perlindungan tidak menunjukkan atau mengisyaratkan bahwa peralatan perlindungan dapat mencegah masalah, seperti kesalahan dan kegagalan peralatan, atau kejutan listrik karena kontak manusia yang tidak disengaja. Hal ini tidak bisa mengantisipasi masalah. Relay pelindung bertindak hanya setelah kondisi abnormal atau tak tertahankan telah terjadi, pada indikasi yang cukup untuk memungkinkan operasinya dimulai. Dengan demikian proteksi bukan berarti pencegahan, melainkan, meminimalkan durasi masalah dan membatasi kerusakan, waktu pemadaman, dan masalah terkait yang dapat mengakibatkan sebaliknya. Lima aspek dasar: 1. Keandalan: jaminan bahwa sistem perlindungan akan melakukan dengan benar. 2. Selektivitas: kelangsungan layanan yang maksimum dengan sistem pemutusan minimum. 3. Kecepatan operasi: durasi hubungsingkat dan akibat kerusakan peralatan dan ketidakstabilan sistem minimum. 4. Kesederhanaan: peralatan pelindung dan sirkuit terkait untuk mencapai tujuan proteksi minimum. 5. Ekonomi: perlindungan maksimal pada total biaya minimal. Karena ini merupakan dasar yang mendasari semua proteksi, pembahasan lebih lanjut adalah dalam urutan seperti di bawah. 1.6.1 R ELIABILITY
Keandalan memiliki dua aspek, ketergantungan (dependability) dan keamanan (security). Dependability didefinisikan sebagai ''tingkat kepastian bahwa sistem rile atau rile akan beroperasi dengan benar '' (IEEE C 37.2). Security ''berkaitan dengan tingkat kepastian bahwa sistem rile atau rile tidak akan beroperasi secara tidak benar'' (IEEE C 37.2). Dengan kata lain, dependability menunjukkan kemampuan sistem proteksi untuk melakukan dengan benar ketika diperlukan, sedangkan security adalah kemampuannya untuk menghindari operasi yang tidak perlu selama operasi normal sehari -hari, dan kesalahan dan masalah di luar zona yang ditunjuk operasi. Sering ada garis yang sangat tipis antara transien dapat ditoleransi bahwa sistem daya yang dapat mengoperasikannya dengan berhasil, dan masalah 13
gangguan ringan, yang dapat berkembang dan menghasilkan masalah besar jika tidak secara cepat di-isolasi. Dengan demikian, proteksi (protection) harus aman (tidak beroperasi pada transien dapat ditoleransi), namun diandalkan (dependable) (beroperasi pada transien tak bertoleransi dan fault permanen). Ini adalah persyaratan yang agak bertentangan, bersamasama dengan spekulasi tentang masalah apa yang dapat terjadi, kapan, dan di mana, yang membantu menjadikan sistem perlindungan daya sebagai ilmu teknik yang paling menarik dan seni. Dependability mudah untuk memastikan dengan menguji sistem perlindungan untuk memastikan bahwa hal itu akan beroperasi sebagaimana dimaksud ketika ambang operasi terlampaui. Keamanan lebih sulit dipastikan. Bisa hampir tak terbatas berbagai transien yang mungkin mengganggu sistem pelindung, dan takdir dari semua kemungkinan tersebut adalah sulit atau tidak mungkin. Produsen sering menggunakan simulasi sistem tenaga yang rumit, komputer, dan kadang-kadang mengadakan tes kesalahan pada sistem daya berenergi untuk memeriksa kedua dependability dan security. Jawaban praktis dan terbaik untuk kedua security dan dependability adalah pengalaman latar belakang desainer, dikonfirmasi oleh pengalaman lapangan. Dengan demikian, sebenarnya instalasi pada layanan memberikan yang terbaik dan terakhir laboratorium. Ini harus hanya mengkonfirmasi reliabilitas, dan pada dasarnya tidak dapat digunakan untuk pengembangan. Sebagai sebuah generalitas, meningkatkan keamanan cenderung menurunkan ketergantungan, dan sebaliknya. Sebagai gambaran, satu kontak trip rile yang ditunjukkan pada Gambar 1. 9 merupakan ketergantungan yang tinggi, tetapi memiliki potensi yang sengaja ditutup oleh transien tak terduga atau kesalahan manusia yang mengakibatkan pengoperasian yang tidak diinginkan. Untuk meminimalkan potensi masalah ini, rile kedua, seperti detektor fault, dapat digunakan dengan kontak operasi di seri dalam trip sirkuit DC. Sekarang kedua kontak harus menutup untuk perjalanan pemutus sirkuit, yang harus terjadi untuk kondisi tertahankan atau kesalahan. Ini telah meningkatkan security, untuk itu kurang mungkin bahwa transien tidak relevan atau masalah akan menyebabkan kedua rile untuk beroperasi secara bersamaan. Namun, ketergantungan telah menurun, untuk itu sekarang memerlukan dua rile untuk beroperasi dengan benar. Susunan ini digunakan, karena ketergantungan yang masih cukup tinggi, bersama-sama dengan peningkatan security. Keamanan demikian sangat penting (seperti ketergantungan), sebagai rile terhubung untuk selama hidupnya ke sistem daya sebagai ''penjaga diam'', ''menunggu'' sampai kondisi tak tertahankan dan mengalami semua transien dan kesalahan eksternal tidak beroperasi di zona-nya. Yang selalu diharapkan adalah bahwa tidak akan ada kesalahan atau kondisi yang tak tertahankan; oleh karena itu, tidak ada kesempatan bagi rile untuk beroperasi. Untungnya, rata-rata ada sedikit kesalahan relatif, dalam sistem tenaga. Diperkirakan, pada umumnya, waktu operasi kumulatif (waktu rile mengindera (sensing) dan operasi untuk fault internal) selama rata-rata waktu hidup rile di urutan detik sampai beberapa menit, tergantung pada kecepatan jenis rile tertentu. Hal ini bertentangan secara dramatis dengan penggunaan lebih dari 30 tahun bagi banyak rile elektromekanik. Oleh karena itu, rile pada dasarnya tidak aus oleh operasi-sesungguhnya, keausan lebih banyak terjadi pada pengujian pemeliharaan (maintenance testing) dan penggunaan serupa. Pengalaman serupa terjadi dengan rile elektronik, kecuali bahwa karena teknologi masih berubah dengan cepat, masa hidup sekian banyak rile ini mungkin akan jauh lebih pendek. Secara umum, pengalaman dalam sistem tenaga, baik besar maupun kecil, utilitas dan industri, menunjukkan bahwa sistem rile pelindung mereka memiliki kehandalan lebih dari 99%, merupakan penghargaan patut dipuji untuk industri.
14
1.6.2 SELECTIVITY
Relay memiliki wilayah yang ditetapkan dikenal sebagai zona perlindungan utama, tetapi mereka benar dapat beroperasi dalam menanggapi kondisi di luar zona ini. Dalam hal ini, mereka memberikan perlindungan cadangan untuk daerah di luar zona utama mereka. Ini ditunjuk sebagai cadangan atau zona overreached. Selektivitas (juga dikenal sebagai koordinasi relay) adalah proses penerapan dan pengaturan rile pelindung yang melampaui batas rile lain seperti yang mereka beroperasi secepat mungkin dalam zona utama mereka, tetapi telah menunda operasi di zona cadangan nya. Hal ini diperlukan untuk memungkinkan rile utama ditugaskan untuk cadangan atau overreached waktu daerah untuk beroperasi. Jika tidak, kedua set rile dapat beroperasi untuk kesalahan di daerah overreached ini; relay utama yang ditetapkan untuk daerah dan rile cadangan. Operasi perlindungan backup tidak benar dan tidak diinginkan kecuali perlindungan utama daerah itu gagal untuk menghapus kesalahan. Akibatnya, selektivitas atau koordinasi relay penting untuk menjamin kelangsungan pelayanan yang maksimal dengan sistem pemutusan minimum. Proses ini dibahas secara lebih rinci dalam bab-bab selanjutnya. 1.6.3 SPEED
Jelas, hal ini diinginkan bahwa perlindungan menyekat zona masalah secepat mungkin. Dalam beberapa aplikasi ini tidak sulit, tetapi di sisi lain, terutama di mana selektivitas terlibat, operasi lebih cepat dapat dicapai dengan lebih kompleks dan perlindungan-biaya yang lebih tinggi. Zero-waktu atau perlindungan kecepatan yang sangat tinggi, meskipun pada dasarnya diinginkan, dapat mengakibatkan peningkatan jumlah operasi yang tidak diinginkan. Sebagai generalitas yang luas, lebih cepat operasi, semakin tinggi kemungkinan operasi tidak benar. Waktu, umumnya dari jumlah yang sangat kecil, tetap sebagai salah satu cara terbaik untuk membedakan antara transien ditoleransi dan tidak ditoleransi. Sebuah rile kecepatan tinggi adalah salah satu yang beroperasi dalam waktu kurang dari 50 msec (tiga siklus secara 60 Hz) (IEEE 100). Sesaat Istilah didefinisikan untuk menunjukkan bahwa tidak ada (waktu) tunda sengaja diperkenalkan dalam aksi dari divais (IEEE 100). Dalam prakteknya, istilah sesaat dan kecepatan tinggi digunakan secara bergantian untuk menggambarkan rile pelindung yang beroperasi di 50 msec atau kurang. Pemutus sirkuit kecepatan tinggi moderen beroperasi di kisaran 17-50 msec (satu sampai tiga siklus pada 60 Hz); yang lain beroperasi kurang dari 83 msec (lima siklus pada 60 Hz). Dengan demikian, total waktu pembukaan (rile ditambah breaker) biasanya berkisar dari sekitar 35-130 msec (2-8 siklus pada 60 Hz). Dalam sistem tegangan rendah, di mana waktu-koordinasi diperlukan antar rile pelindung, waktu operasi-rile umumnya akan lebih lambat; biasanya pada urutan 0,2-1,5 detik untuk zona primer. Waktu relay utama zona lama dari 1,5-2,0 detik yang biasa bagi kesalahan dalam zona ini, tetapi mereka mungkin dan memang ada. Jadi, kecepatan adalah penting, tetapi tidak selalu benar-benar diperlukan, juga tidak selalu dilaksanakan untuk mendapatkan kecepatan tinggi tanpa biaya tambahan dan kompleksitas, yang mungkin tidak dibenarkan. Kecepatan Relay sangat penting ketika fasilitas yang dilindungi berada di daerah stabilitas jaringan sistem tenaga yang sensitif. Pembersihan fault lebih cepat mengurangi jumlah generator yang bisa berakselerasi selama kesalahan dan, oleh karena itu, meningkatkan margin stabilitas. Desain awal dari rile jenis mikroprosesor kurang lebih lebih lambat dibandingkan desain analog elektromekanis atau solid-state. Desain mikroprosesor rile modern, bagaimanapun, menggabungkan prosesor dan algoritma yang memberikan kecepatan operasi yang berada di kisaran yang sama dengan jenis lain dari rile.
15
Sebuah sistem rile pelindung sebisa mungkin harus selalu sederhana dan mudah sementara masih mencapai tujuan yang dimaksudkan. Setiap unit atau komponen yang ditambahkan, dapat menawarkan peningkatan perlindungan, tetapi ini belum tentu sesuai dasar persyaratan perlindungan, harus dipertimbangkan sangat hati-hati. Setiap tambahan memberikan potensi sumber masalah dan menambah pemeliharaan. Seperti telah ditekankan, operasi yang tidak benar atau tidak tersedianya perlindungan dapat mengakibatkan masalah bencana dalam sistem daya. Masalah dalam sistem perlindungan (protection) dapat sangat memengaruhi sistem secara umum, mungkin lebih dari komponen sistem tenaga lainnya. Meningkatnya penggunaan teknologi solid-state dan digital pada rile proteksi memberikan banyak kemungkinan yang nyaman untuk meningkatkan kecanggihan. Beberapa akan meningkatkan perlindungan; yang lain menambahkan komponen yang diharapkan melengkapi. Semua bahan tambahan harus dievaluasi secara hati-hati untuk memastikan mereka sebenarnya, dan secara signifikan, berkontribusi untuk meningkatkan perlindungan sistem. 1.6.5 ECONOMICS
Sangat penting untuk mendapatkan perlindungan yang maksimal dengan biaya minimum, dan biaya selalu menjadi faktor utama. Sistem dengan harga termurah, awal biayaproteksi mungkin bukan salah satu yang paling dapat diandalkan; Selanjutnya, mungkin melibatkan kesulitan besar dalam instalasi dan operasi, serta biaya pemeliharaan yang lebih tinggi. Biaya perlindungan dianggap tinggi ketika dipertimbangkan saja, tetapi mereka harus dievaluasi mengingat biaya yang lebih tinggi dari peralatan yang mereka lindungi, dan biaya outage (pemadaman) atau kehilangan peralatan yang dilindungi melalui perlindungan yang tidak benar. Menghemat untuk mengurangi biaya pertama dapat mengakibatkan menghabiskan beberapa kali lebih dari biaya penghematan ini untuk memperbaiki atau mengganti peralatan yang rusak atau hilang karena perlindungan yang tidak memadai atau tidak benar. 1.6.6 GENERAL SUMMARY
Ini memang akan utopis (berkhayal) jika semua lima tujuan dasar dapat dicapai untuk tingkat maksimum mereka. Pertimbangan praktis dalam kehidupan nyata membutuhkan akal sehat dan kompromi. Dengan demikian, insinyur perlindungan harus memaksimalkan hal tersebut sebagai sebuah kelompok untuk masalah perlindungan di tangan dan untuk persyaratan sistem. Ini merupakan tantangan yang menarik yang akan menghasilkan banyak pendekatan dan jawaban yang berbeda. 1.7 FACTORS AFFECTING THE PROTECTION SYSTEM
Ada empat faktor utama yang mempengaruhi rile proteksi: 1. Ekonomi 2. ''Kepribadian'' insinyur relay dan karakteristik dari sistem tenaga 3. Lokasi dan ketersediaan memutuskan hubungan dan mengisolasi perangkat [breakers circuit, switch, dan perangkat input (CTs dan VTs)] 4. indikator kesalahan Tersedia (Studi kesalahan dan semacamnya). Ini dibahas secara lebih rinci dalam bagian berikut. 1.7.1 ECONOMICS
Ekonomi telah dibahas dalam Bagian 1.6.5 dan selalu penting. Untungnya, kesalahan dan masalah yang relatif jarang terjadi, sehingga mudah untuk memutuskan untuk tidak menghabiskan uang untuk perlindungan karena belum ada masalah. Tentu saja, insinyur perlindungan berharap bahwa perlindungan tidak akan pernah meminta untuk beroperasi, tapi 16
ketika masalah tidak terjadi, perlindungan sangat penting untuk kehidupan sistem. Sebuah kesalahan tunggal di mana perlindungan segera dan benar mengisolasi zona kesulitan, sehingga meminimalkan waktu pemadaman dan mengurangi kerusakan peralatan, bisa lebih dari membayar untuk perlindungan yang diperlukan. 1.7.2 PERSONALITY FACTOR
Apa, kapan, dan di mana kondisi tak tertahankan akan terjadi dalam sistem daya tidak dapat diprediksi. Jumlah kemungkinan yang ada adalah tak terbatas. Akibatnya, insinyur harus merancang sistem proteksi untuk acara yang paling mungkin, berdasarkan pengalaman masa lalu, kemungkinan diantisipasi yang tampaknya paling mungkin terjadi, dan rekomendasi peralatan pabrik, Demikian juga oleh penilaian praktis yang baik. Hal ini cenderung membuat perlindungan seni serta ilmu teknis. Karena kepribadian insinyur perlindungan, serta bahwa dari sistem daya yang tercermin oleh manajemen, pertimbangan operasional, dan pengembangan sejarah, yang berbeda, sehingga adalah perlindungan yang dihasilkan. Meskipun ada banyak teknologi yang umum, sistem perlindungan dan praktek yang jauh dari standar. Oleh karena itu, perlindungan mencerminkan kepribadian para insinyur dan sistem, sekali lagi membuat seni dan praktek perlindungan sistem yang paling menarik. 1.7.3 LOCATION OF DISCONNECTING AND INPUT DEVICES
Perlindungan dapat diterapkan hanya jika ada circuit breakers atau perangkat sejenis untuk memungkinkan isolasi daerah gangguan dan di mana CT dan VT, ketika diperlukan, tersedia untuk memberikan informasi tentang kesalahan dan kesulitan dalam sistem daya. Tutup kerja sama antara perencana sistem dan insinyur perlindungan penting untuk memfasilitasi kinerja optimal dan pengoperasian sistem daya. 1.7.4 AVAILABLE FAULT INDICATORS
Gangguan (trouble), kesalahan (fault), dan kondisi tak tertahankan (intolerable) harus memberikan perbedaan yang dapat dibedakan dari operasi normal atau kondisi dapat ditoleransi. Beberapa sinyal atau perubahan jumlah - ''pegangan'' - diperlukan untuk menyebabkan operasi rile atau deteksi masalah. Menegaskan kembali, pegangan umum yang tersedia adalah arus, tegangan, impedansi, reaktansi, daya, faktor daya, daya atau arah arus, frekuensi, suhu, dan tekanan. Setiap perubahan signifikan ini dapat menyediakan sarana untuk mendeteksi kondisi abnormal dan digunakan untuk operasi rile. Kunci untuk pemilihan dan penerapan perlindungan pertama untuk menentukan apakah ada langkah-langkah (pegangan) untuk membedakan antara kondisi dapat ditoleransi dan tak tertahankan/ tidak bisa ditoleransi (intolerable). Dari informasi ini, sistem rile atau rile dapat ditemukan atau didesain jika perlu untuk beroperasi pada perbedaan terdeteksi. Jika perbedaan yang signifikan tidak ditemukan antara kondisi normal dan abnormal, perlindungan yang terbaik menjadi terbatas, atau tidak mungkin sama sekali. Contoh ini ada dalam sistem distribusi, di mana kecelakaan atau badai dapat mengakibatkan saluran berenergi menjadi dekat atau berada di tanah. Ini benar-benar tak tertahankan/tidak bisa ditoleransi (intolerable), tetapi arus kesalahan bisa sangat kecil atau nol, dan semua parameter sistem lain seperti tegangan, daya, dan frekuensi, bisa tetap dalam batas normal. Akibatnya, dalam situasi ini, tidak ada pegangan yang ada untuk jenis rile untuk mendeteksi dan mengisolasi kondisi yang intolerable. 1.8 CLASSIFICATION OF RELAYS
Rile dapat diklasifikasikan dalam beberapa cara yang berbeda, misalnya dengan fungsi, input, karakteristik kinerja, atau prinsip-prinsip operasi. Klasifikasi berdasarkan fungsi adalah yang paling umum. Ada lima jenis fungsional dasar: (1) perlindungan (protective), (2) 17
mengatur (regulating), (3) pembuka/penutup (reclosing), pemeriksa sinkronisasi (synchronism check), dan sinkronisasi (synchronizing), (4) pemantau (monitoring), dan (5) pembantu (auxiliary). 1.8.1 PROTECTIVE RELAYS
Relay pelindung dan sistem terkait (dan sekering) beroperasi pada kondisi sistem daya tak tertahankan (intolerable) dan merupakan kekuatan utama dari buku ini. Mereka diterapkan untuk semua bagian dari sistem daya: generator, bus, transformator, jaringan transmisi, jaringan distribusi dan penyulang, motor dan beban pemanfaatan, kapasitor bank, dan reaktor. Untuk sebagian besar, relay yang dibahas adalah perangkat terpisah yang terhubung ke sistem daya melalui CT dan VT dari tegangan sistem tertinggi (765 kV, saat ini) ke tingkat pelayanan 480 V. Secara umum, distribusi peralatan di bawah 480 V dilindungi oleh sekering atau perangkat perlindungan yang tidak terpisahkan dengan peralatan. Perangkat tersebut tidak dibahas secara mendalam di sini. 1.8.2 REGULATING RELAYS
Regulating relay berhubungan dengan penukaran tap pada transformator dan regulator tegangan menghasilkan peralatan untuk mengontrol level tegangan dengan beban yang bervariasi. Mengatur relay digunakan selama operasi sistem normal dan tidak menanggapi kesalahan (fault) sistem kecuali kesalahan (fault) yang tersisa pada sistem terlalu lama. Hal ini tidak normal. Buku ini tidak membahas jenis relay. 1.8.3 RECLOSING, SYNCHRONISM CHECK, AND SYNCHRONIZING RELAYS
Reclosing, synchronism (sinkronisasi) pemeriksa (check), dan sinkronisasi relay yang sebelumnya digolongkan sebagai pemrograman, tetapi karena istilah ini sekarang banyak digunakan dalam konteks yang berbeda yang terkait dengan komputer, perubahan nama telah dibuat. Relay jenis ini digunakan dalam energi atau memulihkan baris untuk layanan setelah pemadaman, dan interkoneksi bagian preenergized sistem. 1.8.4 MONITORING RELAYS
Relay pemantauan digunakan untuk memverifikasi kondisi dalam sistem daya atau dalam sistem perlindungan (protective). Contoh dalam sistem daya adalah detektor kesalahan, tegangan pemeriksa (check), atau unit directional-sensing yang mengkonfirmasi kondisi sistem daya tetapi tidak secara langsung merasakan kesalahan atau masalah. Dalam sistem perlindungan, mereka digunakan untuk memantau kelangsungan sirkuit, seperti kabel pilot dan sirkuit trip. Secara umum, unit alarm berfungsi sebagai fungsi pemantau (monitoring). 1.8.5 A UXILIARY R ELAYS
Unit tambahan yang digunakan di seluruh sistem pelindung untuk berbagai tujuan. Secara umum, ada dua kategori: kontak multiplikasi dan circuit isolasi. Dalam rile dan sistem kontrol ada persyaratan sering untuk (1) output lebih untuk ganda (multiple) trip (tripping), alarm, dan operasi peralatan lainnya, seperti pencatatan dan akuisisi data, penguncian (lockout), dan sebagainya, (2) kontak yang akan menangani arus yang lebih tinggi atau tegangan sistem sekunder, dan (3) isolasi listrik dan magnetik dari beberapa sirkuit sekunder. Seal-in (CS) relay Gambar 1.9 adalah aplikasi rile pembantu (auxiliary). Trip dan penutupan relay digunakan dengan breakers circuit sebagai rile pembantu (auxiliary). 1.8.6 OTHER RELAY CLASSIFICATIONS
Relay pelindung diklasifikasikan oleh masukan dikenal sebagai arus, tegangan, daya, frekuensi, dan relay suhu. Mereka diklasifikasikan berdasarkan prinsip operasi termasuk elektromekanis, solid-state, digital, persentase diferensial, multirestraint, dan unit produk. Mereka diklasifikasikan berdasarkan karakteristik kinerja dikenal sebagai jarak, reaktansi, 18
arah arus lebih, waktu terbalik, fase, tanah, definit, kecepatan tinggi, rendah kecepatan, fase perbandingan, arus lebih, undervoltage, overvoltage, dll 1.9 PROTECTIVE RELAY PERFORMANCE
Sulit untuk benar-benar mengevaluasi kinerja rile perlindungan (protective) individu, karena banyak rile dekat daerah kesulitan mungkin mulai beroperasi untuk setiap kesalahan yang diberikan. Kinerja yang baik hanya terjadi ketika rile utama beroperasi untuk mengisolasi daerah kesulitan. Semua rile memberitahu lainnya akan kembali ke mode diam normal mereka. Kinerja (operasi relay) dapat dikategorikan sebagai berikut: 1. Benar, umumnya 95% -99% a. seperti yang direncanakan b. Tidak seperti yang direncanakan atau diharapkan 2. Salah, baik kegagalan untuk trip atau trip (tripping) salah a. Tidak seperti yang direncanakan atau ingin b. Diterima untuk situasi tertentu 3. Tidak ada kesimpulan. Operasi yang benar menunjukkan bahwa (1) paling sedikit satu dari rile utama dioperasikan dengan benar, (2) tidak ada rile cadangan yang dioperasikan menjadi trip untuk kesalahan, dan (3) daerah kesulitan itu benar-benar terisolasi pada waktu yang diharapkan. Selama bertahun-tahun dan saat ini dekat dengan 99% dari semua operasi rile benar sesuai harapan (yaitu, operasi seperti yang direncanakan dan diprogram). Ini merupakan penghargaan untuk departemen rile proteksi, insinyur mereka, teknisi, dan semua personil yang terkait. Pemadaman Northeast 1965 adalah contoh yang sangat baik dari kategori ''yang benar, tidak direncanakan atau yang diperkirakan''. Dari sekian banyak, banyak rile yang dioperasikan selama kejadian, semua (sejauh yang saya ingat) dioperasikan dengan benar. Artinya, jumlah sistem masuk ke zona operasi atau tingkat sedemikian rupa sehingga rile dioperasikan dengan benar, tetapi pada umumnya tidak diinginkan. Pada saat itu tidak ada yang mengantisipasi gangguan sistem yang paling luar biasa ini. Baru-baru ini, seorang insinyur utilitas melaporkan bahwa suatu kesalahan telah dibersihkan dalam sistem itu dengan dua operasi yang tidak benar. Ini tentunya bukan direncanakan atau diantisipasi. 1.9.2 INCORRECT OPERATION
Operasi yang salah akibat dari kegagalan, kerusakan, atau operasi tak terduga atau tidak direncanakan dari sistem perlindungan (protective). Hal ini dapat menyebabkan baik isolasi tidak benar dari daerah tanpa masalah, atau kegagalan untuk mengisolasi area masalah. Alasan untuk operasi tidak benar dapat menjadi salah satu atau kombinasi dari (1) kesalahan aplikasi dari rile, (2) pengaturan yang salah, (3) kesalahan personil, dan (4) masalah peralatan atau kegagalan (rile, breakers, CT, VT, baterai stasiun , wiring, saluran pilot, auxiliaries, dan sebagainya). Hal ini praktis tidak mungkin untuk mengantisipasi dan memberikan perlindungan bagi berbagai masalah sistem daya yang mungkin. Dengan yang terbaik dari perencanaan dan desain akan selalu ada situasi potensial yang mungkin tidak ''dilindungi'', atau kesalahan tidak terdeteksi. Kadang-kadang, ini ''ditutupi'' oleh operasi tidak benar yang dapat diklasifikasikan sebagai ''diterima untuk situasi tertentu''. Meskipun sangat sedikit, mereka telah menyelamatkan sistem tenaga dan rasa malu diminimalkan. 19
1.9.3 NO CONCLUSION
Tidak ada kesimpulan mengacu pada situasi di mana satu atau lebih rile harus atau tampak telah beroperasi, seperti trip (tripping) circuit breaker, namun tidak ada penyebab dapat ditemukan. Tidak ada bukti kesalahan sistem daya atau masalah, maupun kegagalan (failure) yang jelas dari peralatan, dapat menyebabkan situasi frustasi. Hal ini dapat mengakibatkan banyak jam investigasi sesudah kematian (postmortem). Untungnya, rile mikroprosesor hadir dengan perekaman data dan oscillographs dapat memberikan bukti langsung atau petunjuk untuk masalah ini, serta kemungkinan menunjukkan bahwa tidak mungkin terjadi. Hal ini diduga bahwa banyak dari peristiwa ini adalah hasil dari keterlibatan personil yang tidak dilaporkan, atau masalah intermiten yang tidak terlihat jelas selama pengujian dan investigasi. 1.10 PRINCIPLES OF RELAY APPLICATION
Sistem tenaga dibagi menjadi zona proteksi didefinisikan oleh peralatan dan circuit breakers yang tersedia. Enam kategori zona perlindungan yang mungkin dalam setiap sistem daya: (1) generator dan unit generator- transformator, (2) transformator, (3) bus, (4) baris (transmisi, subtransmission, dan distribusi), (5) peralatan utilisasi (motor, beban statis, atau lainnya), dan (6) kapasitor atau reaktor bank (ketika secara terpisah dilindungi). Sebagian besar zona ini diilustrasikan pada Gambar 1.11. Meskipun dasar-dasar proteksi yang cukup mirip, masing-masing enam kategori memiliki rile perlindungan (protective), khusus dirancang untuk perlindungan utama, yang didasarkan pada karakteristik dari peralatan yang dilindungi. Perlindungan masing-masing zona biasanya termasuk rile yang dapat menyediakan cadangan untuk rile untuk melindungi peralatan yang berdekatan. Perlindungan di setiap zona harus tumpang tindih hingga di zona yang berdekatan; dan sebaliknya, kekosongan proteksi utama akan terjadi antar zona proteksi. Tumpang tindih ini dilakukan dengan lokasi CT - sumber kunci dari sistem daya informasi untuk rile. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 1.1 1 dan, lebih khusus, pada Gambar 1.12. Kesalahan antara dua CT (lihat Gambar 1.12) hasil di kedua zona X dan Y zona rile beroperasi dan keduanya trip (tripping) terkait circuit breaker.
FIGURE 1.11 Typical relay primary protection zones in a power system.
20
Untuk kasus (a): kesalahan ini mungkin melibatkan circuit pemutus itu sendiri dan mungkin tidak dihapus sampai breakers remote di kedua ujung dibuka. Untuk kasus (b): rile zona Y saja membuka breaker circuit akan menghapus kesalahan (fault) antara dua CT dari sumber kesalahan kiri. Relay pada sumber terpencil yang tepat juga harus dibuka untuk kesalahan ini. Pengoperasian rile zona X tidak diperlukan, tetapi tidak dapat dihindari.
(a)
(b) FIGURE 1.12 Overlapping protection zones with their associated current transformers. Untungnya, daerah paparan cukup kecil, dan kemungkinan kesalahan (fault) rendah. Tanpa tumpang tindih ini, perlindungan utama untuk daerah antara CT tidak akan ada, sehingga tumpang tindih ini adalah praktek standar di semua aplikasi. 1.11 INFORMATION FOR APPLICATION
Salah satu aspek yang paling sulit dari penerapan sering pernyataan yang akurat dari persyaratan perlindungan atau masalah. Ini adalah bernilai sebagai bantuan untuk solusi yang efisien praktis, dan sangat penting ketika bantuan yang diinginkan dari orang lain yang mungkin terlibat atau mungkin membantu dalam solusi, seperti konsultan, produsen, dan insinyur lainnya. Daftar periksa berikut informasi yang dibutuhkan telah dikembangkan dari bertahun-tahun membantu insinyur relay dengan masalah mereka. Ini menguraikan informasi yang dibutuhkan, beberapa di antaranya adalah selalu diabaikan dalam definisi pertama dari masalah. Informasi yang diperlukan harus meliputi: 1. Diagram Single-line dari sistem atau daerah yang terlibat 2. Impedansi dan koneksi dari peralatan daya, sistem frekuensi, tegangan, dan urutan fase 3. Kecuali baru, perlindungan dan permasalahan yang ada 4. Prosedur operasi dan praktek yang mempengaruhi perlindungan 5. Pentingnya perlindungan; pilot, nonpilot, dan sebagainya 6. Studi kesalahan Sistem 7. Beban dan sistem batas ayunan maksimum 8. Lokasi CT dan VT, koneksi, dan rasio 9. Diharapkan ekspansi mendatang atau pengantisipasi. Lebih detail pada berikut ini.
21
Diagram single-line untuk pertimbangan aplikasi atau diagram tiga saluran untuk koneksi lengkap dan gambar panel-wiring mendokumentasikan daerah yang akan dipelajari dan sistem sekitarnya harus tersedia. Lokasi circuit breakers, CT dan VT, generator, bus, dan tap di saluran harus ditampilkan. Koneksi transformator bank dan sistem grounding diperlukan ketika mempertimbangkan proteksi ground-fault. Informasi grounding sering hilang pada gambar gardu (station). 1.11.1 SYSTEM CONFIGURATION Diagram single-line untuk pertimbangan aplikasi atau diagram tiga saluran untuk koneksi lengkap dan gambar panel-wiring mendokumentasikan daerah yang akan dipelajari dan sistem sekitarnya harus tersedia. Lokasi circuit breakers, CT dan VT, generator, bus, dan tap di saluran harus ditampilkan. Koneksi transformator bank dan sistem grounding diperlukan ketika mempertimbangkan proteksi ground-fault. Informasi grounding sering hilang pada gambar gardu (station). 1.11.2 IMPEDANCE AND CONNECTION OF THE POWER EQUIPMENT, SYSTEM FREQUENCY, SYSTEM VOLTAGE, AND SYSTEM PHASE SEQUENCE
Sebagian besar informasi ini biasanya disertakan pada diagram jangka tunggal, tetapi sering diabaikan adalah koneksi dan pengetanahan bank transformator daya (grounding of power transformer banks), dan impedansi sirkuit. Urutan fase diperlukan bila diagram koneksi tiga jalur (threeline) diperlukan. 1.11.3 PERLINDUNGAN DAN MASALAH YANG ADA
Jika itu adalah instalasi baru, hal ini tidak berlaku, tetapi harus ditunjukkan. Jika tidak baru, informasi tentang perlindungan yang ada dan masalah tersebut dapat membantu memperbarui atau integrasi dengan perubahan yang diinginkan. 1.11.4 PROSEDUR DAN PENERAPAN OPERASI
Penambahan atau perubahan, pelaksanaannya harus sesuai dengan penerapan, prosedur, dan keinginan yang ada. Ketika hal ini mempengaruhi perlindungan, mereka harus ditunjukkan. Seringkali hal ini dapat dicapai dengan menunjukkan bahwa beberapa jenis peralatan atau penerapan tidak dapat diterima. 1.11.5 PENTINGNYA PROTEKSI SISTEM PERALATAN
Hal ini sering terlihat dari level tegangan dan ukuran sistem. Misalnya, transmisi tegangan tinggi biasanya dilindungi oleh proteksi Pilot kecepatan tinggi, dan sistem tegangan rendah dengan proteksi waktu-arus lebih. Namun, ini harus diklarifikasi sesuai dengan keinginan para insinyur perlindungan atau persyaratan sistem. Secara umum, yang lebih penting peralatan yang membutuhkan proteksi adalah pada sistem tenaga dan kemampuannya untuk mempertahankan layanan, lebih penting nyediakan perlindungan kecepatan tinggi sepenuhnya dan memadai. 1.11.6 STUDI SISTEM GANGGUAN
Sebuah studi kesalahan penting untuk aplikasi yang sangat melindungi. Untuk proteksi kesalahan-fase, diperlukan studi kesalahan tiga fase, sedangkan untuk perlindungan kesalahan-tanah diperlukan studi kesalahan single-line-ke-ground. Yang terakhir ini harus meliputi tegangan urutan-nol dan arus urutan-negatif dan tegangan, yang dapat berguna jika melibatkan penginderaan arah kesalahan tanah. Pada saluran, informasi mengenai fault di sisi saluran di sebuah breaker yang terbuka (dikenal sebagai ''ujung saluran (line end)'' fault) seringkali penting. Arus terekam harus yang akan mengalir melalui rile atau sekering, daripada total arus gangguan. Studi fault harus menunjukkan unit-unit (dalam volt atau ampere) pada sebuah basis tegangan yang ditentukan, atau per unit dengan basis yang ditentukan secara jelas. 22
Pengalaman menunjukkan bahwa cukup sering basis dari jumlah tidak ditampilkan, atau petunjukkannya tidak jelas. 1.11.7 BEBAN MAKSIMUM DAN BATAS AYUNAN SISTEM
Beban maksimum yang akan diizinkan untuk melewati peralatan (equipment) selama waktu singkat (short-time) atau operasi darurat untuk proteksi yang tidak diharuskan beroperasi harus ditentukan. Jika diketahui, ayunan sistem maksimum yang berasal dari sistem listrik dapat pulih setelah gangguan transien adalah penting dalam beberapa aplikasi dan harus ditentukan. 1.11.8 LOKASI TRAFO ARUS DAN TEGANGAN, KONEKSI, DAN RASIO
Informasi ini sering ditampilkan pada gambar one-line, tetapi sering data tidak lengkap atau tidak jelas. Dimana perangkat multiratio ada, maka tap tertentu atau rasio yang digunakan harus ditentukan. Grounding dari VT atau tegangan divais harus diperlihatkan dengan jelas. 1.11.9 FUTURE EXPANSION
Tidak semua item di atas selalu berlaku untuk masalah atau sistem persyaratan tertentu, tetapi daftar ini harus membantu dalam memberikan pemahaman yang lebih baik dari masalah perlindungan dan persyaratannya. Biasanya, studi fault, bersama-sama dengan informasi terkait, akan memberikan informasi tentang jumlah terukur (sebagai pegangan) yang rile protektif dapat merespon. Ketika hal ini tidak jelas, prioritas pertama untuk setiap aplikasi adalah untuk mencari pegangan yang dapat digunakan untuk membedakan antara kondisi ditoleransi dan tak tertahankan. 1.12 STRUCTURAL CHANGES WITHIN THE ELECTRIC POWER INDUSTRY
Industri tenaga listrik secara historis telah terstruktur dengan entitas yang monopoli yang diatur oleh lembaga pemerintah yang terintegrasi secara vertikal. Entitas industri ini terutama terdiri dari investor dimiliki utilitas dan juga terdiri dari utilitas yang dimiliki oleh municipals atau koperasi listrik. Di bawah struktur seperti, setiap utilitas milik semua generasi, transmisi, dan fasilitas distribusi dalam wilayah layanan yang ditunjuk. Setiap utilitas juga memiliki sistem proteksi yang ada dalam wilayahnya termasuk yang berada pada pusat pembangkit, pada sistem transmisi dan distribusi, turun ke titik antarmuka terhadap fasilitas pelanggan. Utilitas bertanggung jawab untuk aplikasi, desain, konstruksi, pengaturan, pengujian, dan pemeliharaan semua fasilitas perlindungan terkait. Pada 1990-an, gerakan dikembangkan untuk merestrukturisasi industri tenaga listrik AS untuk salah satu yang lebih kompetitif di alam. Berbagai peraturan perundang-undangan telah lulus baik di tingkat federal dan negara untuk memaksa perubahan tersebut untuk dilaksanakan. Hal ini dirasakan kompetisi yang akan menyebabkan efisiensi yang lebih besar dalam industri dan pada akhirnya akan menguntungkan konsumen dengan menyediakan energi listrik yang lebih rendah-harga. Gerakan ini masih dalam keadaan evolusi tetapi telah memulai perubahan yang signifikan untuk industri. Banyak undang-undang yang telah disahkan undang-undang negara, sehingga perbedaan yang ada di antara berbagai daerah di negeri ini. Hasil dasar, namun, adalah sistem kekuasaan di mana generasi dan pasokan yang tidak diatur. Siapapun dapat memiliki menghasilkan fasilitas dengan sistem transmisi dibuka untuk semua pengguna yang memenuhi syarat. Demikian juga, siapa pun dapat menawarkan untuk memasok energi untuk pelanggan. Fasilitas transmisi dan distribusi biasanya tetap diatur dan dimiliki oleh perusahaan utilitas. Proposisi telah dilakukan, namun, di mana fasilitas transmisi akan dikombinasikan dan dimiliki oleh '' pemilik transmisi regional '' di daerah tertentu. Utilitas tradisional masih dapat memiliki fasilitas pembangkit dan juga dapat menawarkan untuk menjadi pemasok. Namun, fungsi-fungsi ini harus dioperasikan sebagai 23
anak perusahaan terpisah dengan pengamanan yang memadai untuk mencegah keunggulan kompetitif. Tanggung jawab menjaga pasar energi grosir yang kompetitif dan assurring keandalan sistem listrik, dalam banyak kasus, telah didelegasikan kepada operator sistem independen. Struktur akhir dari industri tenaga listrik belum berkembang. Namun demikian, arah telah ditetapkan dan peserta perlu menyesuaikan untuk berfungsi secara efektif dalam lingkungan yang baru. Kekhawatiran telah menyatakan bahwa keandalan sistem listrik dapat menurun karena efek memburuk bahwa persaingan yang mungkin pada suasana koperasi yang berlaku di masa lalu. Kredibilitas keprihatinan ini didukung oleh beberapa pemadaman parah, kekurangan daya, dan respon lambat untuk pemadaman yang terjadi di daerah di mana kompetisi telah dilaksanakan. Politisi perlu waspada terhadap ancaman ini dan mempertimbangkan undang-undang apapun yang diperlukan untuk memastikan bahwa tingkat keandalan dan layanan pelanggan yang sebanding dengan yang telah berlaku dan diharapkan di negara ini dipertahankan. Perubahan struktural dalam industri listrik tidak mengubah aspek teknis dan praktis yang berhubungan dengan penerapan sistem proteksi tenaga. Perubahan tersebut, bagaimanapun, tidak berdampak pada cara di mana proses proteksi dilakukan. Hal ini menyajikan tantangan baru, dan membutuhkan kebutuhan untuk sistem proteksi baru yang harus dipertimbangkan: 1. Dampak kendala ekonomi, yang dapat berkembang dalam suasana yang kompetitif, dapat mengakibatkan tekanan untuk mengurangi sumber daya yang tersedia untuk mendukung fungsi proteksi. Manfaat ekonomi dari penerapan proteksi terkadang sulit untuk diukur. Insinyur proteksi perlu mengembangkan keterampilan yang dibutuhkan untuk ekonomi membenarkan instalasi proteksi yang diusulkan. Keakraban dengan konsep yang digunakan dalam proses perencanaan sistem listrik harus menjadi prioritas. 2. Pemisahan dari berbagai entitas dalam stuktur dari industri tenaga akan membutuhkan dokumentasi yang baik dan sistem untuk bertukar informasi dalam rangka untuk melakukan studi perlindungan dan memverifikasi informasi proteksi. 3. Dengan generator berpotensi diletakkan di berbagai lokasi di seluruh sistem pengiriman, bahaya tambahan untuk sistem pasokan dapat dibuat. Bahaya tersebut harus diidentifikasi dan sistem proteksi yang tepat diterapkan. Mata kuliah ini dibahas lebih lanjut dalam Bab 8. 4. Penerapan '' Perlindungan Khusus Skema '' mungkin diperlukan untuk mengakomodasi instalasi pembangkit yang diinginkan di lokasi tertentu. Skema tersebut tidak skema protektif diterapkan biasanya untuk perlindungan fault tetapi diterapkan untuk menjaga terhadap kondisi sistem operasi yang tidak diinginkan ketika generator sedang beroperasi. Skema perlindungan khusus dibahas secara lebih rinci dalam Bab 14. 5. Standard desain proteksi seragam, praktek aplikasi, dan pemeliharaan dan pengujian persyaratannya harus didokumentasikan dan disediakan untuk semua entitas. Sebuah audit dan sistem penegakan hukum untuk menjamin kepatuhan terhadap standar tersebut diperlukan. 1.13 RELIABILITY AND PROTECTION STANDARDS
Dengan perubahan struktural yang signifikan yang telah berkembang dalam industri tenaga listrik, telah diakui bahwa standar dan prosedur perlu dikembangkan dalam rangka memfasilitasi operasi pasar yang efektif dan untuk memastikan operasi sistem tenaga yang handal. Standar Keandalan telah ada untuk perencanaan dan kekuatan operasi sytems selama bertahun-tahun. Sesuai dengan standar ini telah terbuka untuk interpretasi dan bersifat sukarela. Dengan pemisahan kepemilikan dalam industri, ketergantungan pada kepatuhan sukarela tersebut tidak dianggap praktis untuk memastikan bahwa aspek keandalan sistem 24
tenaga diberikan prioritas yang diinginkan. Hal ini juga dianggap wajib bahwa persyaratan teknis yang berkaitan dengan jenis peralatan yang dipasang bersama dengan cara yang terhubung, dioperasikan, dan dilindungi didokumentasikan sehingga semua peserta di pasar diperlakukan secara adil dan setara. Pekerjaan yang cukup besar telah terjadi dalam beberapa kali untuk memperluas cakupan dan detail yang terdapat dalam standar tersebut dengan penekanan lebih besar pada kepatuhan wajib melalui berlalunya undang-undang baru, pengawasan diperluas, dan hukuman untuk pelanggaran. Banyak dari pekerjaan ini sedang dilakukan oleh kelompok-kelompok dengan pengawasan atau otoritas atas industri. Ini termasuk dewan kehandalan, lembaga negara, badan-badan federal, dan organisasi transmisi regional. Di daerah perlindungan, berbagai ANSI = IEEE standar telah dikembangkan selama bertahun-tahun dan terus dikembangkan sebagai kondisi perubahan. Standar-standar ini mencakup berbagai aspek persyaratan desain untuk perlengkapan pelindung dan cara di mana peralatan tersebut perlu diterapkan untuk melindungi fasilitas listrik tertentu. Persyaratan perlindungan yang berkaitan dengan isu-isu yang berkaitan dengan keandalan dan keselamatan yang berlaku untuk sistem tenaga dalam wilayah yurisdiksi tertentu sistem tenaga sedang dikembangkan sebagai bagian dari proses di atas yang dilakukan dalam pengawasan dan badan pengatur. Fokus utama dari standar perlindungan ini berkaitan dengan fasilitas yang berhubungan dengan sistem tenaga massal karena kesehatan sistem kekuasaan massal yang sangat penting untuk menjaga operasi terus-menerus dan aman dari jaringan listrik bangsa dan mencegah gangguan skala besar dan padam. Sejak bagian dari jaringan listrik yang dibangun dan dimiliki oleh banyak entitas yang terpisah, standar dan prosedur penegakan terkait sangat penting untuk pencegahan titik-titik lemah dalam jaringan yang luas ini. Standar untuk desain di tingkat tegangan yang lebih rendah sering dikembangkan oleh utilitas sendiri dalam rangka memenuhi persyaratan kinerja diamanatkan oleh badan pengatur. Pengawasan standar untuk fasilitas tingkat tegangan rendah yang ada di daerah di mana beberapa kepemilikan ada. Akibatnya, penekanan utama standar perlindungan yang saat ini sedang dikembangkan untuk mempromosikan kehandalan dan pasar wajar berkaitan dengan persyaratan perlindungan fasilitas listrik massal dan untuk lokasi intertie di mana generasi menghubungkan ke sistem listrik. Persyaratan perlindungan Generator intertie dibahas lebih lanjut dalam Bab 8. Untuk fasilitas listrik massal, standar keandalan biasanya dibangun di sekitar tujuan penting dari sistem protektif seperti yang dijelaskan sebelumnya, seperti: Desain pengoperasian sistem tenaga massal yang seperti itu, minimal, sistem harus tetap beroperasi pada mendadak, kehilangan tak terduga dari setiap fasilitas tunggal pada sistem. Operator sistem akan mengubah pengiriman generasi atau konfigurasi sistem agar tetap dalam kriteria operasional. Untuk menyelaraskan dengan ''single kontingensi'' konsep ini, standar perlindungan fasilitas listrik massal biasanya mengharuskan ''redundansi'' ada dalam desain perlindungan. Redundansi diperlukan untuk menjamin bahwa kegagalan dari setiap komponen perlindungan tunggal, seperti transformator instrumen, rile, pemutus, rangkaian kontrol, atau saluran komunikasi tidak akan mengakibatkan kegagalan untuk dapat mendeteksi dan mengisolasi kesalahan. Tujuan utama dari sistem pelindung harus tetap utuh untuk kegagalan perangkat yang terkait dengan sistem proteksi. Kendala ini biasanya memerlukan penggunaan dua skema perlindungan independen untuk setiap fasilitas yang dilindungi pada sistem listrik masal. Persyaratan ini dibahas dalam bab-bab berikutnya sebagai skema proteksi untuk berbagai jenis peralatan bertutup.
25
BIBLIOGRAPHY
Berikut ini memberikan referensi untuk bab ini dan referensi secara umum berlaku untuk semua bab. IEEE Power System Relaying Committee of Power Engineering Society telah mendokumentasikan Bibliografi Relay Literatur dari tahun 1927. Dalam beberapa tahun terakhir ini dikeluarkan sebagai laporan komite setiap 2 tahun. Ini adalah AIEE dan IEEE Transactions sebagai berikut: Period Covered 1927–1939 1940–1943 1944–1946 1947–1949 1950–1952 1953–1954 1955–1956 1957–1958 1959–1960 1961–1964 1965–1966 1967–1969 1970–1971 1972–1973 1974–1975 1976–1977 1978–1979 1980–1981 1982–1983 1984–1985 1986–1987 1988–1989 1990 1991 1992 1993 1994–Paper # 95 SM 4366
Transactions Reference Vol. 60, 1941; pp. 1435–1447 Vol. 63, 1944; pp. 705–709 Vol. 67, pt. I, 1948; pp. 24–27 Vol. 70, pt. I 1951; pp. 247–250 Vol. 74, pt. III 1955; pp. 45–48 Vol. 76, pt. III, 1957; pp. 126–129 Vol. 78, pt. III, 1959; pp. 78–81 Vol. 79, pt. III, 1960; pp. 39–42 Vol. 81, pt. III, 1962; pp. 109–112 Vol. PAS-85, No. 10, 1966; pp. 1044–1053 Vol. PAS-88, No. 3, 1969; pp. 244–250 Vol. PAS-90, No. 5, 1971; pp. 1982–1988 Vol. PAS-92, No. 3, 1973; pp. 1132–1140 Vol. PAS-94, No. 6, 1975; pp. 2033–3041 Vol. PAS-97, No. 3, 1978; pp. 789–801 Vol. PAS-99, No. 1, 1980; pp. 99–107 Vol. PAS100, No. 5, 1981; pp. 2407–2415 Vol. PAS102, No. 4, 1983; pp. 1014–1024 Vol. PAS104, No. 5. 1985; pp. 1189–1197 Vol. PWRD-2, 2, 1987; pp. 349–358 Vol. PWRD-4, 3, 1989; pp. 1649–1658 Vol. PWRD-6, 4, 1991; pp. 1409–1422 Vol. PWRD-7, 1, 1992; pp. 173–181 Vol. PWRD-8, 3, 1993; pp. 955–961 Vol. PWRD-10, 1, 1995; pp. 142–152 Vol. PWRD-10, 2, 1995; pp. 684–696
- ANSI=IEEE Standard 100, IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronics Terms, IEEE Service Center, 445 Hoes Lane, Piscataway, NJ 08854. - ANSI=IEEE Standard C37.2, Standard Electrical Power System Device Function Numbers, IEEE Service Center. - ANSI=IEEE Standard C37.100, Definitions for Power Switchgear, IEEE Service Center. - ANSI=IEEE Standard 260, IEEE Standard Letter Symbols for Units of Measurement, IEEE Service Center. - ANSI=IEEE Standard 280, IEEE Standard Letter Symbols for Quantities Used in Electrical Science and Electrical Engineering, IEEE Service Center. - ANSI=IEEE Standard 945, IEEE Recommended Practice for Preferred Metric Units forUse in Electrical and Electronics Science and Technology, IEEE Service Center. - ANSI=IEEE Standard C37.010, Application Guide for AC High-Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis, IEEE Service Center. - ANSI=IEEE Standard C37.90, Relays and Relay Systems Associated with Electric Power Apparatus, IEEE Service Center. - Beeman, D., Industrial Power Systems Handbook, McGraw-Hill, New York, 1955. - Elmore, W.A., Ed., Protective Relaying: Theory and Applications, ABB Power T&D Company, Marcel Dekker, New York, 1994. - Fink, D.G. and Beaty, H.W., Standard Handbook for Electrical Engineers, McGrawhill, New York, 1968. - Horowitz, S.H., Protective Relaying for Power Systems, IEEE Press, 1980, IEEE Service Center. - Horowitz, S.H. and Phadice, A.G., Power System Relaying, Research Studies Press, England, Distributed by John Wiley & Sons, 1996. - IEEE Brown Book, Standard 399, Recommended Practice and Industrial and Commercial Power System Analysis, IEEE Service Center. - IEEE Buff Book, Standard 242, IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems, IEEE Service Center. - IEEE Red Book, Standard 141, Recommended Practice for Electrical Power Distribution for Industrial Plants, IEEE Service Center. - IEEE Power System Relaying Committee Report, Review of Recent Practices and Trends in Protective Relaying, IEEE Trans. Power Appar. Syst., PAS 100, No. 8, 1981, 4054–4064. - IEEE Power System Relaying Committee Report, Effects of Changing Utility Environment on Protective Relays, IEEE Service Center.
26
- Mason, C.R., The Art and Science of Protective Relaying, John Wiley & Sons, New York, 1956. - Van C. Washington, A.R., Protective Relays, Their Theory and Practice, Vol. I, John Wiley & Sons., New York, 1962, Vol. II, Chapman & Hall, London, 1974. - Westinghouse Electric Corp., Electrical Transmission and Distribution Reference Book, 4th ed., East Pittsburgh, PA, 1964. - Westinghouse Electric Corp., Electric Utility Engineering Reference Book, Vol. 3: Distribution Systems, East Pittsburgh, PA, 1965. - Washington Electric Corp., Applied Protective Relaying, Coral Springs, FL, 1982.
27
