BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum Sistem proteksi merupakan salah satu komponen penting dalam system tenaga listrik secara keseluruhan yang tujuannya untuk menjaga kontinuitas dan kualitas supply produksi daya listrik serta supply daya listrik agar sampai kepusat beban tanpa terputus. Konsep system produksi itu sendiri adalah mendeteksi perubahan parameter system, mengevaluasi besar parameter perubahan tersebut dan membandingkan dengan besaran dasar yang telah disetting sebelumnya untuk kemudian member perintah kepada peralatan protekis untuk melakukan proses switching yang akan menghubungkan atau memisahkan bagian tertentu dari system. Dan daerah proteksi pada sebuah system tenaga listrik dibuat saling terkoordinasi tujuannya untuk menghindari kemungkinan adanya daerah yang tidak terproteksi. Hal-hal yang akan dibahas disini yaitu mengenai perhitungan setting relay yang akan digunakan untuk pengujian, pengenalan singkat mengenai alat yang digunakan, perangkat yang digunakan sebelum dan selama proses pengujian relay, serta prosedur pengujian Line Current Differential Relay, kemudian masalah yang dihadapi dalam penggunaan Line Current Differential Relay ini.
32
33
4.2 Perhitungan Setting Relay Berikut adalah perhitungan setting relay yang akan digunakan dalam pengujian relay. Penulisan berikut berdasarkan sistem penulisan menggunakan software MATHCAD.
Tabel 4.1 Spesifikasi Alat Panjang kabel penghantar
23.9 km
Tegangan nominal
500 kV
Trafo arus (CT) Trafo tegangan
3
= 2 × 10 .
3
=5 × 10
Arus (I Load)
1980 A
Frequensi
50 Hz
Impedansi SUTT
R1 = 0.0293 km
Ω
Z1 = 0.2815 Beban
4.032.10-6
Ω
34
4.2.1
Pengaturan Kesalahan Locator (lokasi gangguan) : Urutan Impedansi positif :
Untuk melakukan setting relai line current differential pada impedansi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 dan berdasarkan data pada tabel 4.1. Jika diketahui konstanta dari setting relai (K= 0.4). Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : k = 0.4
Impedansi SUTT :
ZFL = Z1 . Ln . k = 0.2815
Z1 ZFL = 2.69
Ω
. 23.9 . 0.4
Ω Sekunder
Untuk melakukan setting relai line current differential pada impedansi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.2 dan berdasarkan data pada tabel 4.1. Jika diketahui konstanta dari setting relai (K= 0.4). Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : k = 0.4
Impedansi SUTT :
RFL = R1 . Ln . k = 0.0293
Ω
. 23.9 . 0.4
Z0 RFL = 0.28 Ω Sekunder
35
4.2.2
Penyetelan Element Relay : Pengaturan elemen differential :
Untuk melakukan setting relai line current differential dapat dilakukan dengan menentukan terlebih dahulu beban total(Bt) menggunakan persamaan 3.3. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : Bt = B . Ln = 4.032.10-6
. 23.9
Bt = 9.64 × 10-5 S
Selanjutnya menentukan setting relai line current differential dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.4, dari hasil perhitungan beban total(Bt). Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : Xc =
=
9.64 × 10−5
Xc = 1.8 × 104 Ω
4.2.3
Menentukan Arus Charging :
Selanjutnya menentukan setting arus charging primary dihitung dengan menggunakan persamaan 3.5. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut :
36
Charging : Ic
=
. √ .
=
. √ .1.8 ×
Ic = 27.82
Selanjutnya
menentukan
setting
arus
A Primary
charging
sekunder
dihitung
dengan
menggunakan persamaan 3.6, dari perhitungan arus charging diatas. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : Ics :=
= Ics =
. 2 ×103
0.01
A Secondary
Jadi menghitung nilai Ics untuk menentukan batasan arus setting yang paling ideal agar relay bekerja denga baik, arus yang digunakan tidak diperbolehkan jika lebih kecil dari nilai Ics.
37
4.2.4
Menentukan Kegagalan Arus Internal Minimum :
Untuk melakukan perhitungan arus minimum dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.7. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut :
Diasumsikan Resistansi adalah, Rf = 100 ohm
Kegagalan arus : Ifmin = Ifmin
.
=
√ . .
√ .100 Ω
=
2.89 × 10-3 A Primary
Ifmins =
= Ifmins =
.
−3 2 ×10
1.44
3
A Secondary
Bagian Arus Kecil : Diketahui K merupakan faktor pengalian biasa (K= 1.2)
Differential1min(DIF1min) = K . Ics
38
= 1.2 . 0.01 = 0.012
Differential1max(DIF1max) =
=
. .
= 1.2
DIfferantial1
=
= Differential1
.
.
= 0.61
dipilih
DIFI1
= 0.61
DIFI1
= Untuk mendeteksi minimum fault
Perhitungan setting ini ditujukan untuk menentukan minimum fault pada ruang lingkup kecil atau antar fasa R, S dan T
Bagian Arus Sedang : Arus Differential
Id
:=
Ifmin
A Primary
Ids
:=
Ifmins A Secondary
Ids
:=
1.44
A Secondary
39
Arus muatan maksimum : ILs :=
= ILs :=
Differential2(DIF2)
Ics +
0.01 +
1980 A 2 ×103
1.21
A Secondary
= ILs . 3 = 1.21 . 3
Differential2(DIF2) = 3.63 A Secondary
Perhitungan setting ini ditujukan untuk menentukan minimum fault pada ruang lingkup yang besar.
4.2.5
Arus fase ke tanah :
DifferentialGround(DIFG) = 0.3 . Ifmins = 0.3 . 1.44 A Secondary DifferentialGround(DIFG) = 0.43 A
dipilih DIFG
Waktu tunda trip untuk DifferentialGround
TDFG
= 0.43 A Secondary = 0.1 Second
[DIFG] = ON
Perhitungan setting ini ditujukan untuk menentukan minimum fault pada saat gangguan ke tanah (ground).
40
4.2.6
Arus charging kompensasi :
Differentialkompensasi(DIFC) = Ics Differentialkompensasi(DIFC) = 0.01 × 10-3 A dipilih DIFC = 0 A Secondary
Perhitungan setting ini ditujukan untuk menentukan minimum fault pada arus kompensasi yang digunakan untuk menghubungkan keselarasan data antar relay.
4.3 Prosedur Pengujian 4.3.1
Peralatan pendukung Pengujian : a. Relay TOSHIBA GRL 100. b. Universal Relay Test Set and Commisioning Tool OMICRON CMC 356. c. Software from OMICRON CMC 356. d. Wires. e. Laptop. f. Kabel data – straight cable. g. Fiber Optic. h. 1 set peralatan, seperti, obeng, tang, dan lain-lain.
41
4.3.2
Pengenalan singkat dari alat pengujian yang digunakan : a.
Relay TOSHIBA GRL 100 TOSHIBA memproduksi beberapa Power System Protection, namun
yang digunakan untuk pengujian dan proteksi Line Current Differential terdapat dua jenis yaitu tipe GRL 100 dan GRL 150. Relay yang digunakan pada PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali adalah GRL 100 yang berupa proteksi menggunakan fiber optic sedangkan GRL 150 adalah proteksi menggunakan pilot wire. PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali lebih menggunakan relay TOSHIBA GRL 100 karena kemampuannya yang menyediakan kecepatan tinggi dalam memutus hubungan saat terjadi gangguan dan memiliki proteksi backup distance yang biasa digunakan untuk membackup relay saat terjadi kerusakan. Namun backup ini tidak diharapkan bekerja karena apabila terjadi pada saluran 500 kV akan menyebabkan dampak yang sangat fatal (black out). Berikut merupakan contoh Line Current Differential Relay yang digunakan oleh PT. PLN P3B (TOSHIBA GRL 100) :
Gambar 4.1 Relay TOSHIBA GRL 100
42
b.
Universal Relay Test Set and Commisioning Tool OMICRON CMC 356 OMICRON CMC 356 adalah solusi universal untuk menguji semua
generasi dan jenis relay proteksi. Alat ini memiliki enam sumber arus yang sangat kuat (mode 3 fasa : sampai 64 A / 860 VA per chanel) dengan dynamic range yang besar, memungkinkan unit tersebut untuk melakukan pengujian beban relay elektromekanik yang tinggi walaupun dengan kebutuhan daya yang besar.
Gambar 4.2 Relay Test OMICRON CMC 356 4.3.3
Hal yang perlu diketahui sebelum dilakukan proses pengujian : Mempersiapkan relay yang akan diuji (dibutuhkan dua relay untuk dua buss) : a.
Mengkoneksikan antara kedua relay dengan wire sesuai dengan ketentuan yang tertera pada instruksi yang tertera.
b.
Mengkoneksikan DC Supply ke kedua relay. DC Supply (+) dipasang ke A16 dan DC Supply (-) dipasang ke A17.
c.
Mempersiapkan setting relay yang telah diperhitungakan sesuai ketentuan.
43
Catat lokasi dari kedua relay, lokasi tujuan kedua relay (bay), merk/type kedua relay, no serial kedua relay, In (arus nominal), nilai CT dan PT/CVT, alat uji, tanggal uji dan lokasi uji pada lembar pengujian seperti pada gambar berikut :
Gambar 4.3a Penulisan Keterangan Relay A Pada Lembar Pengujian
Gambar 4.3b Penulisan Keterangan Relay B Pada Lembar Pengujian 4.3.4
Proses Pengujian 1.
Cek Komunikasi antara alat uji (Relay Test Setting) dengan laptop ( Test Associater ) . Langkah-langkah pengecekan sebagai berikut : a. Membuka Start Page OMICRON b. Memilih pilihan “ Test Set Association” di bawah pilihan menu Setup (Gambar 4.4)
44
Gambar 4.4 Setup Menu in OMICRON c. Kemudian memilih “Search”. Pada (Gambar 4.5.1) Tidak ada hardware terdeteksi.
Gambar 4.5 Test Set Association and Configuration (Before) d. Memilih test set yang akan diasosiasikan dengan komputer personal. (Gambar 4.5.2). Kemudian memilih “Associate” (Gambar 4.5.3). e. Setelah tampilan “Associate CMC 356 (DJ5086)” muncul (Gambar 4.6) , kemudian memilih tombol “Associate” di bagian belakang CMC 356 (Gambar 4.7.1)
Gambar 4.6 Associate CMC 356 (DJ5086)
45
Gambar 4.7 Bagian Belakang dari CMC 356 f. Kemudian “ok” (Gambar 4.6.1)
Gambar 4.8 Test Set Association and Configuration (After) g. Test Set akan terasosiasi dengan PC dan siap digunakan (Gambar 4.8.1). h. Tutup window “Test Set Association and Configuration” dan melanjutkan penggunaan Test Set seperti biasa.
2.
Mengkoneksikan AUX DC pada OMICRON. -
Apabila pada keadaan uji laboratorium : 110 V
46
-
Apabila pada GITET : 0 V
Gambar 4.9 Alat Uji OMICRON
Gambar 4.10 Port AUX DC Supply
Berikut langkah-langkah pengkoneksiannya : a. Membuka Start Page OMICRON. b. Memilih menu ”Aux DC” di bawah menu Test Tool.
Gambar 4.11 Aux DC Menu
47
Gambar 4.12 220V OMICRON Auxiliary DC c. Klik pada sliding scale (Gambar 4.12.1) dan drag pada voltage yang dibutuhkan. d. Kemudian klik pada ”Set” (Gambar 4.12.2) e. Cara alternatif untuk menentukan nilai voltase lain yaitu dengan men-drag sliding scale ke pilihan ”other” (Gambar 4.13.1) dan definisikan voltage yang dibutuhkan (Gambar 4.13.2). f. Kemudian memilih ”Set” (Gambar 4.13.3)
48
Gambar 4.13 220V OMICRON Auxilary DC (Other Voltage) g. Dengan memilih pilihan ” Default” (Gambar 4.13.4) berarti secara langsung saat CMC 356 dinyalakan dan diberikan daya, sehingga input yang masuk secara langsung dikeluarkan sebesar daya yang sudah menjadi default tanpa memperhatikan PC terkoneksi atau tidak.
3.
Cek koneksi relay dengan komputer dan alat uji (DC Supply) Tindakan yang dilakukan apabila pada relay muncul indikasi ”COM1
FAIL” adalah mensetting ulang relay dengan langkah sebagai berikut :
1.
Reset (Tombol pada Relay)
2.
Enter (Tombol pada Relay)
3.
Choose [(5) Test]
4.
Choose [(1) Switch]
Pada menu ”(1) Switch” terdapat beberapa pilihan menu setting untuk men-setting relay melalui relay tersebut (bukan melalu PC / laptop). Tampilan menu seperti yang tertera dalam gambar berikut :
Gambar 4.14a Tampilan Pilihan Menu Pada Relay
49
Gambar 4.14b Tampilan Tombol Pada Relay
Tabel 4.2 Binary Relay Setting Contoh Uji Setting
Contoh Uji Laboratorium Lapangan
4.
AMF
0
0
L.Test
1
0
T.Test
1
0
D.Test
1
0
Melakukan Uji Pick Up Arus Pick-Up (Ipick-up) adalah arus dimana relay mulai bekerja. Uji Pick
Up merupakan uji individu pada tiap relay untuk menguji kesensitifitasan atau akurasi dari relay dalam mendeteksi adanya gangguan baik internal maupun eksternal. Prosedur pengujian ditunjukkan pada langkah-langkah berikut : a. Membuka Start Page OMICRON
50
b. Memilih ”Quick CMC” di bawah menu Test Modules.
Gambar 4.15 Quick CMC
c. Kemudian akan muncul pilihan ”Line Current Differential”
Gambar 4.16a Tampilan Software OMICRON Pengujian Line CurrentDifferential Relay (Full) d. Untuk melakukan pengujian arus pick up kedua relay dilakukan secara bergantian. Pengujian pada relay pertama (master) dengan
51
mengisi kolom ”Ampere” (misal phasa IR) pada tabel (Gambar 4.16b.1) dengan besar arus di bawah nilai arus setting.
Untuk menentukan besar kenaikan atau penurunan nilai arus hingga relay melakukan tripping (Gambar 4.16b.3) dan menentukan delay waktu sedangkan untuk menentukan sinyal yang sedang di uji di tentukan pada piluhan ”Signal” (Gambar 4.16b.6).
Kemudian memulai instruksi pengujian dengan menekan tombol ”F5” (Gambar 4.16b.2) dan dilanjutkan dengan tombol untuk menentukan apakah nilai arus harus dinaikkan atau diturunkan agar mencapai arus setting yang ditetapkan sehingga terjadi tripping (Gambar 4.16b.5).
Gambar 4.16b Tampilan Software OMICRON Pengujian Line CurrentDifferential Relay
52
e. Melakukan cara pegujian yang sama yang sesuai dengan ketentuan pengujian arus pick-up pada IR (A), IS (B), IT (C) untuk gangguan fasa- ground dan IR IS (AB), IR IT (AC), IS IT (BC) untuk gangguan antar fasa.
f. Kemudian menuliskan laporan hasil pengujian pada lampiran seperti berikut :
Gambar 4.17 Tabel laporan hasil pengujian arus pick-up
53
g. Melakukan pengujian yang sama pada relay yang kedua (slave). Tetapi kolom pengujian arus yang digunakan pada tabel pengujian (Gambar 4.16b.1) yaitu pada kolom I Sec R, I Sec S dan I Sec T.
5.
Melakukan Uji Stability Uji Stability merupakan uji untuk memastikan kestabilan sistem kerja
relay yakni bekerja pada saat ada gangguan dan stabil pada saat tidak ada gangguan. Pengujian dilakukan hampir sama seperti saat pengujian arus pickup namun pengisian dilakukan pada kolom IR, IS, IT (untuk relay master) disertai dengan besar sudut fasanya. Kemudian jalankan operasi dengan memilih tombol ”F5” (Gambar 4.16b.2). Hasil pengamatan dilihat pada relay, relay akan menunjukkan besar arus yang masuk dan menunjukkan bahwa relay melakukan tripping pada saat mengalami gangguan internal dan stabil pada saat gangguan eksternal dan normal.
54
Hasil pengamatan dicatat dalam lembar laporan seperti berikut :
Gambar 4.18 Tabel laporan pengamatan pada pengujian stabilitas relay
6.
Melakukan Function Test Tes fungsi ini dilakukan pada saat pengujian di lapangan.
55
4.4 Permasalahan Pokok
Dalam sesuatu yang baru, selain teknologi perangkatnya yang lebih baik tentunya tidak lupa kalau sudah pasti ada beberapa masalah yang perlu diperhatikan agar perangkat tersebut lebih rampung untuk dapat dipasarkan secara luas. Beberapa masalah yang masih sering muncul pada perangkat Line Current Differential Relay adalah : 1. Penggunaan relay Line Current Differential sangat mahal dikarenakan media komunikasi yang digunakan berupa fiber optic. 2. Pengunaan relay baru sudah menggunakan numerik tidak lagi menggunakan elektronik. Namun kekurangan dari penggunaan numerik yaitu apabila terjadi kerusakan maka akan sulit memperbaikinya karena kurangnya pengetahuan akan algoritma yang digunakan di dalamnya.
