BAB IV ANALISA PERHITUNGAN SETTING RELAI JARAK SUTET 500 kV KRIAN - GRESIK 4.1 Umum Relai jarak pada umumnya dipakai untuk proteksi saluran transmisi. Relai jarak mempunyai zona β zona proteksi yang disetel dalam kaitan dengan bagian atau seksi dari saluran transmisi yang akan diamankan. Relay jarak akan bekerja dengan membandingkan impedansi yang terukur dengan impedansi setting, dengan ketentuan : ο·
Bila harga impedansi gangguan lebih kecil dari pada impedansi setting relai maka relai akan trip.
ο·
Bila harga impedansi gangguan lebih besar dari pada impedansi setting relai maka relai akan tidak trip. Di dalam proses penyaluran tenaga listrik dari pusat listrik ke pusat beban
tidak bebas dari gangguan yang dapat menyebabkan pemadaman. Agar pemadaman tidak meluas, maka diperlukan suatu sistem pengamanan yang dapat memerintah pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan saluran yang mengalami gangguan dari saluran yang masih sehat. Pengaman yang banyak di gunakan pada saluran transmisi adalah relai jarak yang apabila setelannya dilaksanakan dengan baik akan dapat melokalisir gangguan, sehingga yang akan bekerja hanya alat yang paling dekat dengan lokasi gangguan. Hal-hal yang akan dibahas disini yaitu mengenai perhitungan setting relai jarak untuk SUTET 500 kV Krian - Gresik,
31 http://digilib.mercubuana.ac.id/
prosedur pengujian individual backup distance relay Toshiba GRL 100 serta masalah yang timbul dalam pengujian dan juga cara penanggulangannya yang dijelaskan dalam bentuk tabel. 4.2 Perhitungan Setting Relai Jarak SUTET 500 kV Krian - Gresik Sebelum melakukan perhitungan setting relai jarak, terlebih dahulu menentukan: 1.
Single Line Diagram dari jalur yang akan diamankan dan jalur-jalur disekitarnya,
2.
Jarak dari jalur (line) yang akan diamankan dan jalur-jalur disekitarnya,
3.
Jenis dan luas penampang kawat penghantar yang digunakan,
4.
Jalur apa saja yang akan diperhitungkan,
5.
Impedansi dari jalur yang akan diamankan dan jalur-jalur disekitarnya, dan
6.
Impedansi dari trafo didepannya.
Perhitungan setting relai jarak yang digunakan adalah perhitungan setting untuk SUTET 500 kV Krian β Gresik.
4.2.1 Penentuan Jalur Yang Akan Diperhitungkan Untuk melakukan setting relai jarak, terlebih dahulu menentukan jalur (line) yang akan dihitung dengan ketentuan sebagai berikut:
32 http://digilib.mercubuana.ac.id/
1.
πΏ1 adalah jalur yang akan diamankan,
2.
πΏ2 adalah jalur yang terdekat setelah πΏ1 ,
3.
πΏ3 adalah jalur yang terjauh setelah πΏ1 , dan
4.
πΏ4 adalah jalur terpendek setelah πΏ3
Dalam kasus ini πΏ1 adalah jalur Krian - Gresik. Karena tidak terdapat jalurjalur lain didepannya, maka πΏ2 , πΏ3 , dan πΏ4 tidak ada.
Gambar 4.1 Single Line Diagram Krian β Gresik Keterangan : IBT = Interbus transformator atau biasa kita dengar adalah trafo step down. MTR = Main Transformator atau biasa kita dengar adalah trafo step up.
33 http://digilib.mercubuana.ac.id/
4.2.2 Perhitungan Impedansi Jalur Untuk memudahkan melakukan setting relai jarak , nilai impedansi pada SUTET 500 kV Krian β Gresik dapat dilihat pada tabel 4.1 dan single line diagram SUTET 500 kV Krian β Gresik dapat dilihat pada gambar 4.1. Tabel 4.1 Data perhitungan distance relai pada jalur π³π (Krian - Gresik)
NO
1
Jalur π³π
Jarak π³π
Impedansi Z1
( KM )
( β¦ / km )
23.9
0,0293 + j 0,2815
Konduktor
SUTET 500 kV
500kV- ACSR -
Krian β Gresik
DOVE 4 x 327.9 mm
*) Data Diperoleh PT PLN ( Persero ) P3B
Keterangan : L1
= Panjang saluran
Z1
= Impedansi saluran pada L1
Menentukan Impedansi Untuk melakukan setting relai jarak pada impedansi jalur krian - gresik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.4 dan berdasarkan data pada tabel 4.1. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : ππΏ1 = π1 β πΏ1
ππΏ1 = 6.764
= (0.0293 + π0.2815) β 23.9 = 0.7 + π6.728 Ξ©
34 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Karena πΏ2 , πΏ3 dan πΏ4 tidak ada, maka πΏ2 = πΏ3 = πΏ4 = 0
4.2.3 Perhitungan Impedansi Trafo di GITET Gresik Berikut ini akan dihitung impedansi trafo di GITET Gresik, Untuk memudahkan melakukan setting perhitungan impedansi trafo pada GITET Gresik dapat dilihat pada tabel 4.2. Tabel 4.2 Data Trafo IBT dan MTR Trafo IBT dan
NO
MTR
MVA
Persentase (%)
1
IBT 500/150/66 kV
500
13.93%
2
MTR 500/16 kV
250
13.5%
3
MTR 500/11 kV
153
11.41%
4
MTR 500/11/11 kV
310
12.03%
5
MTR 500/11 kV
153
11.92%
6
MTR 500/11/11 kV
310
12.01%
*) Data Diperoleh PT PLN ( Persero ) P3B
Impedansi trafo dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.2 berdasarkan data di tabel 4.2 maka di peroleh perhitungan sebagai berikut ini:
-
πππ =
0.1393β 500 2
πππ = 69.65 Ξ©
500
35 http://digilib.mercubuana.ac.id/
0.1350β500 2
-
πππ =
-
πππ =
-
πππ =
-
πππ =
-
πππ =
πππ = 135 Ξ©
250 0.1141β500 2
πππ = 186.438 Ξ©
153 0.1203β500 2
πππ = 97.016 Ξ©
310 0.1192β500 2
πππ = 194.771 Ξ©
153 0.1201β 500 2
πππ = 96.855 Ξ©
310
Dipilih impedansi trafo yang terkecil, karena perhitungan ZT yang paling ideal agar relai jarak dapat beroperasi dengan baik. ππ = πππ = 69.65 Ξ© 4.2.4 Perhitungan Setting Relai Jarak Evaluasi kinerja relai jarak meliputi setting kerja dan waktu kerja. Dengan demikian, dalam menentukan setting relai jarak ini diperlukan suatu analisa sistem tenaga listrik. Untuk itu diperlukan data β data yang berhubungan dengan penentuan setting relai jarak dengan data -data yang ada dibawah ini. a.
Data rasio CT & VT ο·
πΆπ =
ο· ππ =
2000 1
500000 100
π΄ ππππ‘
ο·
ππ = 500000
ο·
π1 = ππ π΄
πΆπ
π1 = 0.4
36 http://digilib.mercubuana.ac.id/
b.
Perhitungan Jangkauan Induktif
1.
Zona 1
Perhitungan zona 1 tidak dilakukan karena relai proteksi yang digunakan adalah line current differential relay. 2.
Zona 2
Karena tidak ada line selanjutnya (πΏ2 = πΏ3 = πΏ4 = 0) dan ada pembangkit, maka ππΏ2 = 0 dan π2 = 1.2. Untuk melakukan setting relai jarak pada π2πππ dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.5 pada gambar 3.3. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : π2πππ
= 1.2 β ππΏ1
π2πππ = 8.117
= 1.2 β 0.7 + π6.728 = 0.84 + π8.0736 Ξ© (Primer) Untuk melakukan setting relai jarak pada π2πππ₯ dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.6 pada gambar 3.3. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : π2πππ₯
= 0.8 β [ππΏ1 + 0.8 ππΏ2 π2 ] = 0.8 β [(0.7 + π6.728) + 0.8 β 0 β 1.2]
37 http://digilib.mercubuana.ac.id/
= 0.56 + π5.3824 Ξ©
π2πππ₯ = 5.411
(Primer) Untuk melakukan setting relai jarak pada πππ
πΉ2 dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.7 pada gambar 3.3. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : πππ
πΉ2
= 0.8 ππΏ1 + 0.5πππ = 0.8 β 0.7 + π6.728 + 0.5 β π69.65 = 0.56 + π33.2424 Ξ©
πππ
πΉ2 = 33.247
(Primer) Dipilih nilai impedansi zona 2 terbesar namun tidak melebihi impedansi trafo zona 2. π2π = π2πππ = 0.84 + π8.0736 Ξ©
π2π = 8.117
(Primer) π2π = π2π β π1 = 0.84 + π8.0736 β 0.4 = 0.336 + π3.2294 Ξ©
π2π = 3.247
(Sekunder)
38 http://digilib.mercubuana.ac.id/
3.
Zona 3
Karena tidak ada line selanjutnya (πΏ2 = πΏ3 = πΏ4 = 0) dan ada pembangkit, maka ππΏ3 = 0, ππΏ4 = 0 dan π3 = 1.2. Untuk melakukan setting relai jarak pada π3πππ dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.8 pada gambar 3.4. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : π3πππ
= 1.2 β (ππΏ1 + π3 β ππΏ3 ) = 1.2 β [ 0.7 + π6.728 + 1.2 β 0] = 0.84 + π8.0736 Ξ©
π3πππ = 8.117
(Primer) Untuk melakukan setting relai jarak pada π3πππ₯ 1 dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.9 pada gambar 3.4. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : π3πππ₯ 1
= 0.8 β [ππΏ1 + 1.2 ππΏ3 π3 ] = 0.8 β [(0.7 + π6.728) + 1.2 β 0 β 1.2] = 0.56 + π5.3824 Ξ©
π3πππ₯ 1 = 5.411
(Primer) Untuk melakukan setting relai jarak pada π3πππ₯ 2 dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.10 pada gambar 3.4. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : 39 http://digilib.mercubuana.ac.id/
π3πππ₯ 2
= 0.8 β [ππΏ1 + 0.8π3 ππΏ3 + 0.8ππΏ4 ] = 0.8 β [(0.7 + π6.728) + 0.8 β 1.2 0 + 0.8 β 0 ] = 0.56 + π5.3824 Ξ©
π3πππ₯ 2 = 5.411
(Primer) Untuk melakukan setting relai jarak pada πππ
πΉ3 dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3.11 pada gambar 3.4. Maka diperoleh perhitungan sebagai berikut : πππ
πΉ3
= 0.8 ππΏ1 + 0.8πππ = 0.8 β 0.7 + π6.728 + 0.8 β π69.65 = (0.56 + π49.9584) β¦
πππ
πΉ3 = 49.961
(Primer) Dipilih nilai impedansi zona 3 terbesar namun tidak melebihi impedansi trafo zona 3. π3π = π3πππ = 0.84 + π8.0736 Ξ©
π3π = 8.117
(Primer) π3π = π3π β π1 = 0.84 + π8.0736 β 0.4
40 http://digilib.mercubuana.ac.id/
= 0.336 + π3.2294 Ξ©
π3π = 3.247
(Sekunder) Dari hasil perhitungan di atas untuk menghindari jangkauan setting yang melebihi 80% ZT dan menghindari looping, maka dipilih ππππ3 = 1.4ππΏ1 π3π
= 1.4ππΏ1
π3π = 9.47
= 1.4 β 0.7 + π6.728 = 0.98 + π9.4192 Ξ© (Primer) π3π = π3π β π1 = 0.98 + π9.4192 β 0.4 = 0.392 + π3.7677 Ξ©
π3π = 3.788β¦
(Sekunder) Ringkasan mengenai setting jangkauan induktif dapat dilihat pada Tabel 4.1 dibawah ini: Tabel 4.3 Ringkasan Setting Jangkauan Induktif Jangkauan Induktif
Zona 1
Perhitungan Impedansi (β¦)
Menggunakan Line Current Differential Relay
41 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Z2min
Z2max
ZTRF2
8.117
5.411
33.247
Z2P
Z2S
Zona 2
Z3min
8.117
3.247
Z3max1
Z3max2
ZTRF3
Z3P
Z3S
5.411
5.411
49.961
9.47
3.788
Zona 3 8.117
c. Perhitungan Waktu π1 = 0
π1 = 0 π ππ
π2 =
0.4 ππππ π2πππ > π2πππ₯ 0.8 ππππ π2πππ₯ > π2πππ
π2 = 0.4 π ππ
π3 =
1.2 ππππ π3πππ₯ 1 > π3πππ π π3πππ₯ 2 > π3πππ 1.6 ππππ π3πππ > π3πππ₯ 1 π² π3πππ > π3πππ₯ 2
π3 = 1.6 π ππ
Data yang diperoleh pada PT PLN ( Persero ) untuk arah Krian β Gresik adalah : zone I waktu kerja relai tidak ketahui karena perhitungan zona 1 dilakukan dengan menggunakan relai proteksi line current differential. zone II waktu kerja relai adalah 0,4 detik karena sesuai dengan selektifitas yang baik yaitu Jika nilai π2πππ > π2πππ₯ maka setting Zona 2 = π2πππ dengan waktu perlambatan π‘2 = 0.4 π ππ zone III waktu kerja relai adalah 1,6 detik karena sesuai dengan selektifitas yang baik yaitu Jika nilai π3πππ > π3πππ₯ 1 dan π3πππ > π3πππ₯ 2 maka setting Zona 3 = π3πππ dengan waktu perlambatan π‘3 = 1.6 π ππ
42 http://digilib.mercubuana.ac.id/
4.3 Prosedur Pengujian 4.3.1 Peralatan Pendukung Uji Coba : a.
2 buah relai merk Toshiba tipe GRL 100, sebagai relai master dan relai slave,
b.
ISA DRTS-6 sebagai DC Supply dan alat uji,
c.
TDMS (Test & Data Management Software) 5.0.8, Software untuk ISA DRTS-6,
d.
PC atau Notebook,
e.
Fiber Optic,
f.
Macam-macam kabel, sepert kabel USB, kabel jumper, RS-485 dan lainlain.
g.
1 set peralatan, seperti kunci pas, obeng, tang, dan lain-lain.
(a)
(b)
(c) Gambar 4.2 Beberapa Peralatan Pengujian,(a). GRL 100, (b). ISA DRTS-6, (c). RS-485.
43 http://digilib.mercubuana.ac.id/
4.3.2 GRL 100 GRL 100 adalah jenis numerical relay yang dikeluarkan oleh Toshiba. Selain berfungsi sebagai line current differential relay, GRL 100 memiliki backup distance relay yang akan bekerja jika proteksi utama mengalami kerusakan. Zona pengamanan yang dimiliki backup distance relay GRL 100 terdiri dari tiga zona foward dan satu zona reverse. Pola pengamanan teleproteksi yang dimiliki GRL 100 adalah PUP, POP, UOP dan BOP.
4.3.3 Tipe Pengujian a.
Uji RTDS (Real Time Digital Simulator) / Uji Prakontrak. Sebelum relai dibeli terlebih dahulu dilakukan pengujian RTDS, dimana
relai tersebut diberi simulasi gangguan. Relai dihubungkan ke RTDS. Kemudian data input gangguan yang dikendalikan dari PC, di-upload ke RTDS dan RTDS mengirimkannya ke relai. b.
Uji Individual Dilakukan untuk mengecek apakah setting relai sudah sesuai dengan
perhitungan. Dalam pengujian ini dapat diketahui apakah relai akan trip sesuai dengan pembagian zona, waktu yang diperlukan relai untuk bekerja serta %error antara perhitungan dengan hasil pengujian.
44 http://digilib.mercubuana.ac.id/
c.
Uji Fungsi Dilakukan ketika pemasangan di lapangan. Uji fungsi dilakukan untuk
memastikan bahwa relai dapat membuka PMT. Relai diberi gangguan internal dan diamati apakah relai akan trip atau tidak serta waktu yang diperlukan oleh relai untuk trip. Setelah lulus ketiga pengujian diatas, dilakukan pemantauan selama 1 (satu) tahun. Jika selama 1 tahun relai sudah bekerja secara optimal maka relai tersebut akan digunakan. Namun jika tidak, maka relai akan dilakukan pengujian ulang.
4.3.4 Hal Yang Perlu Diketahui Sebelum Proses Pengujian 1.
Mengecek koneksi antara:
a.
Relai master dengan relai slave. Media komunikasi yang digunakan adalah fiber optic.
Gambar 4.3 Interkoneksi Antar Relai GRL 100 b.
Relai GRL 100 dengan ISA DRTS-6.
45 http://digilib.mercubuana.ac.id/
c.
PC atau Notebook dengan ISA DRTS-6. ο
Koneksi antar keduanya dapat dicek di my computer ο properties
ο hardware ο device manager ο port ο ISA DRTS-6 ο setup ο test set
association. ο
Bila masih ada 0 maka pilih ke test set: IP Config ο matikan
sambungan ο coba lagi ο
Bila belum terkoneksi, matikan ISA DRTS-6 hingga kipas mati.
Kemudian nyalakan kembali. d.
PC atau Notebook dengan relai GRL 100.
Gambar 4.4 Interkoneksi Antar Perangkat Pengujian 2.
Mencatat merk, tipe dan nomer seri dari relai yang akan diuji untuk
dimasukkan dalam laporan pengujian.
46 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 4.5 Pencatatan Data Relai GRL 100 Di Laporan 4.3.5 Proses Uji Individual 1.
Membuka aplikasi TDMS 5.0.8
Gambar 4.6 Tampilan Utama TDMS 5.0.8 2.
Memilih RELAYS ο Distance Relay Library ο Thosiba ο Urd60
47 http://digilib.mercubuana.ac.id/
3.
Mengeset pilihan zona yang akan diuji. Pada laporan ini zona yang dipilih adalah zona 3.
4.
Mengeset jangkauan fault impedance. Berdasarkan data perhitungan setting relai, zona 3 akan trip pada impedansi 3.8 β¦. Maka sebaiknya jangkauan fault impedance yang diberikan kurang dari 3.8 β¦, yaitu 3.65 β¦ dan lebih dari 3.8 β¦, yaitu 3.85 β¦.
5.
Mengeset kenaikan fault impedance. Pada laporan ini kenaikan yang digunakan adalah 0.5 β¦ per uji coba. Semakin kecil kenaikan yang dipilih, maka hasil uji coba akan semakin presisi namun waktu uji coba akan semakin lama karena jumlah siklus pengujian semakin banyak.
6.
Mengeset gangguan yang terjadi apakah fasa ke ground atau fasa ke fasa. Pada laporan ini gangguan yang dipilih adalah fasa ke ground.
Gambar 4.7 Pemilihan Jenis Gangguan 7.
Memulai pengujian individual dengan menekan tombol Start.
Gambar 4.8 Start Bar 8.
Hasil pengujian dapat langsung diketahui dan kemudian dicatat pada laporan pengujian.
48 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 4.9 Pencatatan Hasil Pengujian Di TDMS 5.0.8
Gambar 4.10 Pencatatan Hasil Pengujian di Laporan Untuk pengujian zona 1 tidak dilakukan karena relai yang digunakan pada zona 1 adalah line current differential relay. Cara pengujian zona 2 sama dengan cara pengujian di atas. Cara pengujian fasa ke fasa sama dengan cara pengujian fasa ke ground.
49 http://digilib.mercubuana.ac.id/
4.4 Kelemahan Relai Jarak Dalam suatu perangkat teknologi akan selalu ada kelebihan dan kelemahan. Kelemahan-kelemahan yang timbul perlu diperhatikan agar kinerja dari perangkat tersebut akan semakin handal dan sesuai dengan keinginan pengguna. Beberapa kelemahan umum pada relai jarak adalah: a.
Tidak peka terhadap high resistance fault,
b.
Harus dilengkapi dengan sistem teleproteksi untuk mendapatkan operating time instan pada gangguan di zona 2,
c.
Tidak cocok dipakai pada saluran transmisi < 5 km (jarak pendek), dan
d.
Rumitnya pengkoordinasian zona pengamanan, time delay tiap zona dan teleproteksi pada relai jarak.
4.5 Penanganan Masalah Masalah-masalah yang timbul ketika proses pengujian relai jarak dapat mempengaruhi kinerja sistem proteksi. Untuk itu dibutuhkanlah suatu solusi agar masalah-masalah yang terjadi dapat ditangani secara tepat. Cara penanganan masalah-masalah tersebut sudah tertera pada Tabel 4.2 dibawah ini: Tabel 4.4 Penanganan Masalah Pada Relai Jarak Terjadi ketika
Uji RTDS
Kasus
Solusi
Menghubungi penjual relai yang
Error pada algoritma
bersangkutan
50 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Susah koneksi antar PC, alat uji dan
Mengecek instalasi wiring
relai
Men-install ulang software untuk alat uji
Relai trip tidak sesuai dengan Uji Individual pemilihan zona Time delay yang terjadi tidak sesuai dengan perhitungan Salah perhitungan setting
Memperbaiki setting pada relai
Memperbaiki setting pada relai
Memberikan pelatihan kepada SDM
Susah koneksi antar PC, alat uji dan Mengecek instalasi wiring relai
Men-install ulang software untuk alat uji
Relai trip tidak sesuai dengan
Mengecek instalasi wiring
perhitungan setting beban
Memperbaiki setting pada relai
Uji Fungsi
Mengecek record pada relai Pemantauan 1 tahun
Relai tidak bekerja secara optimal
Melakukan pengujian ulang Menghubungi penjual relai yang bersangkutan Mengecek setting karakteristik
Pemakaian
Relai rusak sebelum lifetime
Mengecek kondisi relai itu sendiri, karena kondisi alam mempengaruhi kondisi relai
51 http://digilib.mercubuana.ac.id/