RELE JARAK SEBAGAI PROTEKSI SALURAN TRANSMISI
Oleh : CRISTOF NAEK HALOMOAN TOBING 0404030245
Sistem Transmisi dan Distribusi
DEPARTEMEN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK 2008
RELE JARAK SEBAGAI PROTEKSI SALURAN TRANSMISI Sistem transmisi memegang peranan yang sangat penting dalam proses penyaluran daya. Oleh karena itu pengaman pada saluran transmisi perlu mendapat perhatian yang serius dalam perencanaannya. Sistem transmisi sendiri merupakan sistem dinamis kompieks yang parameter‐parameter dan keadaan sistemnya berubah secara terus menerus. Oleh karena itu strategi pengamanan harus disesuaikan dengan perubahan dinamis tersebut dalam hal desain dan seting peralatannya. Rele sebagai salah satu bagian penting dalam system pengamanan saluran transmisi harus mempunyai kemampuan mendeteksi adanya gangguan pada semua keadaan yang kemudian memisahkan bagian sistem yang terganggu tersebut sehingga dapat meminimalkan kerusakan pada bagian yang terganggu dan mencegah gangguan meluas ke saluran lain yang tidak terganggu. Rele jarak digunakan sebagai pengaman pada saluran transmisi karena kemampuannya dalam menghilangkan gangguan (fault clearing) dengan cepat dan penyetelannya yang relatif mudah. Pada prinsipnya rele jarak adalah mengukur nilai arus dan nilai tegangan pada suatu titik tertentu dan kemudian membandingkannya dengan suatu nilai seting tertentu untuk menentukan apakah rele narus bekerja atau tidak. Supaya rele dapat berfungsi dengan baik dalam kapasitasnya sebagai pengaman saluran transmisi maka perlu adanya kordinasi antara satu rele dengan rele di terminal lawannya juga dengzn rels pada seksiseksi berikutnya. Kordinasi rele jarak selama ini berdasarkan parameter saluran transmisi dengan kompensasi perkiraan besarnya gangguan yang dihitung secara off‐line. Tetapi dengan keadaan sistem yang berubah‐ubah yang mengakibatkan parameter saluran transmisi juga berubah serta adanya gangguan yang tidak bisa diperkirakan besarnya, maka seting rele yang ada bisa menjadi tidak selektif. Oleh karena itu diperlukan kordinasi rele yang lebih baik
yang dapat menyesuaikan dengan keadaan sistem tersebut. Dengan cara ini dimungkinkan untuk memperbaiki kinerja pengamanan.
Pengertian Saluran Transmisi Sistem Sistem transmisi adalah suatu sistem penyaluran energi listrik dari satu tempat ke tempat lain, seperti dari stasiun pembangkit ke substation (gardu induk). Pemakaian sistem transmisi didasarkan atas besarnya daya yang harus disalurkan dari pusat‐pusat pembangkit ke pusat beban dan jarak penyaluran yang cukup jauh antara sistem pembangkit dengan pusat beban tersebut. Sistem transmisi menyalurkan daya dengan tegangan tinggi yang digunakan untuk mengurangi adanya rugi‐rugi akibat jatuh tegangan. Sistem transmisi dapat dibedakan menjadi sistem transmisi tegangan tinggi (high voliage, HV), sistem transmisi tegangan ekstra tinggi (extra high voltage, EHV), dan sistem transmisi ultra tinggi (Ultra high voltage, UHV). Besarnya tegangan nominal saluran transmisi tegangan tinggi ataupun ekstra tinggi berbeda‐beda untuk setiap negara atau perusahaan listrik di Negara tersebut, tergantung kepada kemajuan tekniknya masing‐masing. Di Indonesia tegangan tinggi yang digunakan adalah 150 kV dan tegangan ekstra tinggi adalah tegangan 500 kV yang terinterkoneksi antara Jawa dan Bali. Sistem interkoneksi ekstra tinggi ini merupakan bagian terpenting dari penyaluran daya di Indonesia sehingga kelangsungan dan keandalan sistem ini harus selalu dijaga. Saluran trasmisi merupakan suatu slstem yang kompleks yang mempunyai karakteristik yang berubah‐ubah secara dinamis sesuai keadaan
sistem itu sendlri. Adanya perubahan karakteristik ini dapat menimbulkan masalah jika tidak segera dapat diantlsipasi. Dalam hubungannya dengan system pengamanan suatu sistem transmisi, adanya perubahan tersebut harus mendapat pertiatian yang besar mengingat saluran transmisi mmiliki arti yang sangat penting dalam proses penyaluran daya. Masalah‐rnasalah yang timbul pada saluran transmisi, diantaranya yang terutama adalah: 1. Pengaruh perubahan frekuensi sistem Frekuensi dari suatu sistem daya berubah secara terus menerus dalarn suatu nilai batas tertentu. Pada saat terjadi gangguan perubahan frekuensi dapat merugikan baik terhadap peralatan ataupun sistem transmisi itu sendiri. Pengaruh yang disebabkan oleh perubahan frekuensi ini terhadap saluran transmisi adalah pengaruh pada reaktansi. Dengan perubahan frekuensi dari ω1 ke ω1’ dengan kenaikan Δω1, reaktansi dari saluran akan berubah dari X ke X' dengan kenaikan ΔX. Perubahan reaktansi ini akan berpengaruh terhadap pengukuran impedansi sehingga impedansi yang terukur karena adanya perubahan pada nilai komponen reaktansinya akan berbeda dengan nilai sebenarnya. 2. Pengaruh dari ayunan daya pada sistem Ayunan daya terjadi pada sistem paralel pembangkitan (generator) akibat hilangnya singkronisasi salah satu generator sehingga sebagian generator menjadi motor dan sebagian becbeban lebih dan ini terjadi bergantian atau berayun. Adanya ayunan daya ini dapat menyebabkan kestabilan sistem terganggu. Ayunan daya ini harus segera diatasi dengan melepaskan generator yang terganggu. Pada saluran transrnisi adanya ayunan daya ini tidak boleh rnembuat kontinuitas pelayanan terganggu, tetapi perubahan arus yang terjadi pada saat ayunan daya bisa masuk dalam jangkauan sistem pengamanan sehingga memutuskan aliran arus pada saluran transmisi. Suatu sistem proteksi harus dapat membedakan adanya ayunan dayainidengan adanyagangguan.
3. Pengaruh gangguan pada sistem transmisi Saluran transmisi mempunyai resiko paling besai bila mengalami gangguan, karena ini akan berarti terputusnya kontinuitas penyaluran beban. Terputusnya penyaluran listrik dari pusat pembangkitan ke behm tentu sangat rnerugikan bagi pelanggan terutama industri, karena berarti terganggunya kegiatan operasi di industri tersebut. Gangguan periyediaan listrik tidak dikehendaki oleh siapapun, tetapi ada kalanya gangguan tersebut tidak bisa dihindari. Oleh karena itu dipeilukan usaha untuk mengurangi akibat adanya gangguan tersebut atau memisahkan bagian yang terganggu dari sistem. Gangguan pada saluran transmisi merupakan 50% dari seluruh gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Diantara gangguan tersebut gangguan yang terbesar frekuensi terjadinya adalah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, kaitu sekitar 85% dari totai gangguan pada transmisi saluran udara. Suatu sistim proteksi harus dapat mendeteksi semua gangguan apakah itu gangguan antar fasa atau gangguan satu fasa ke tanah. Karena sifat‐sifat gangguan tersebut berbeda maka untuk mendapatkan pengukuran yang betul adalah dengan mengukur impedansi yang berbeda‐beda untuk setiap gangguan.
Sistem Proteksi Proteksi sistem tenaga listrik adalah pengisolasian kondisi abnormal pada sistem TL untuk meminimalkan pemadaman dan kerusakan yang lebih lanjut. Dalam merancang sistem proteksi, dikenal beberapa falsafah proteksi, yaitu: 1. Ekonomi
: Peralatan proteksi mempunyai nilai ekonomis.
2. Selektif
: Dapat mendeteksi dan mengisolasi adanya gangguan.
3. Ketergantungan : Proteksi hanya bekerja jika terjadi gangguan. 4. Sensitif
: Mampu mengenali gangguan, sesuai setting yang ditentukan, walau gangguannya kecil sekalipun.
5. Cepat
: Mampu bekerja dalam waktu yang sesingkat mungkin.
6. Stabil
: Proteksi tidak mempengaruhi kondisi yang normal
7. Keaman nan
: Memastikan n proteksi tidak bekeerja jika tid dak terjadi gangguan
T Tujuan pro oteksi
Mengurangi kerugian n produksi Menempatkan dan m memisahkan peralatan dari gangguan Mengetahui jenis darri gangguan Melindun ngi keseluruh han dari sistem (primer sampai sini)) Mengurangi kerusakaan dan mem mperbaiki harrga Mengurangi waktu produksi Mencegah panas dan n medan maagnetic yang berlebih peerlatan dari akibat daari kegagalan n yang terjad di. Melindun ngi dari jjatuh tegaangan untu uk mempeertahankan kestabilan Untuk melindungi keeselamatan d dari pegawaai yang bekerrja
Rele Jarakk Berfu ungsi memb baca impedansi. Dilakkukan dengaan cara men ngukur aruss dan tegan ngan pada suatu s zona apakkah sesuai attau tidak den ngan batas ssettingnya. Rele jarak (distaance relay) m merupakan proteksi yang paling uttama pada s saluran tran nsmisi. Rele e jarak men nggunakan pengukuiran p n tegangan n dan arus u untuk mend dapatkan im mpedansi salluran yang harus diamaankan. Jika impedansi y yang teruku ur di dalam batas settin ngnya, maka rele akan b bekerja. Di sebut rele
jarak, karena impedansi pada saluran besarnya akan sebanding dengan panjang saluran. Oleh karena itu, rele jarak tidak tergantung oleh besarnya arus gangguan yang terjadi, tetapi tergantung pada jarak gangguan yang terjadi terhadap rele proteksi. Impedansi yang diukur dapat berupa Z, R saja ataupun X saja, tergantung jenis rele yang dipakai.
Macam‐macam rele jarak, yang digunakan untuk proteksi saluran
transmisi dapat dilihat pada tabel berikut ini. Tabel Jenis Rele jarak Untuk Proteksi Saluran Transmisi Jenis Rele Reaktansi
Rumus T = K2 VI sin θ + K2 I2
Diagram
X
(α = 90°) R
Resistansi
T = K2 VI cos θ + K2 I2
X
(α = 0°) R
Offset mho
T = K1 V2 + K2 VI cos (θ ‐ α) + K2 I2
X
α R
Impedansi
T = K1V2 + K2I2 (K2 = 0)
X
(K2 = 0) R
T = K1 V2 + K2 VI cos (θ ‐ α)
Mho
X
α R
T = K1 V2 + K2 VI cos θ
Konduktansi
X
(α = 0°) R
T = K1 V2 + K2 VI sin θ
Suseptansi
X
(α = 90°) R
Setting Rele Jarak Setting rele jarak berdasarkan pada derah atau zone dari saluran transmisi yang akan diproteksi. Zone ini menggambarkan seberapa panjang saluran yang diproteksi oleh pengaman jarak. Secara umum, zone pada proteksi rele jarak terdiri dari tiga zone, yaitu: a. Zone I
: mengamankan saluran yang diproteksi (protected line)
Settingnya adalah 80 persen impedansi saluran yang diproteksi. b. Zone II
: mengamankan saluran yang diproteksi (protected line) dan
saluran sebelahnya (adjacent line) Settingnya adalah 120 persen impedansi saluran yang diproteksi. c. Zone III
: mengamankan saluran sebelahnya (adjacent line)
Settingnya adalah saluran yang diproteksi ditambah 120 persen saluran sebelahnya (adjacent line)
Pengaruh Infeed Pengaruh infeed adalah pengaruh penambahan atau pengurangan arus menuju ke titik gangguan terhadap arus yang melewati rele. Hal ini akan menyebabkan pendeteksian lokasi gangguan menjadi salah. Hal‐hal yang menyebabkan terjadinya pengaruh infeed adalah: a. Pembangkit pada ujung saluran yang diamankan. Seperti terlihat pada gambar dibawah ini, maka jika terjadi gangguan di titik F, impedansi dilihat dari rele A adalah : Z rA = VA/I1 = (I1ZAB + IF ZBF)/ I1
= ZAB + (IF/I1) ZBF
= ZAB + [ (I1 + I2)/I1] ZBF
= ZAB + (1 + I2/I1) ZBF
Sehingga rele di A akan merasakan gangguan semakin jauh, tidak sesuai dengan yang sebenarnya. Hal ini mempengaruhi setting zone 2 dan zone 3. Dengan adanya infeed ini, maka jangkauan rele menjadi lebih pendek. I1
B
A
IF
F
I2
C
Pengaruh Infeed Akibat Adanya Unit Pembangkit di Ujung Saluran Yang Diproteksi
b. Perubahan saluran transmisi Perubahan konfigurasi saluran akan mempengaruhi impedansi yang terbaca oleh rele jarak. Sebagai contoh kasus adalah seperti berikut ini (seperti gambar di bawah ini): •
Saluran tunggal ke ganda Impedansi dilihat dari rele A, dengan gangguan di titik F adalah: ZrA
= (I ZAB + I1 ZBF)/I
= ZAB + I1/I ZBF
= ZAB + [(2l – x) / 2l ] ZBF
Gangguan di dekat bus B, x = 0, maka k = 1 Gangguan di bus C, x = l, maka k = ½ Sehingga gangguan disalah satu transmisi antara B‐C, impedansi yang dilihat oleh rele A selalu lebih kecil dari sesungguhnya. Akibatnya jangkauan rele lebih panjang. •
Saluran ganda ke tunggal Impedansi saluran jika dilihat dari rele A, untuk gangguan di titik F adalah: ZrA
= (I1 ZAB + IF ZBF)/I1
= ZAB + IF/I1 ZBF
= ZAB + [(I1/I2)/I1] ZBF
Jika I1= I2, maka ZrA = ZAB + 2ZBF Sehingga gangguan setelah bus B, impedansi dilihat dari rele A akan selalu lebih besar. Akibatnya rele mempunyai jangkauan yang lebih pendek. I A
I1
B
C
I1
F
x
I2
l
(a) A
I2
B IF
C F
I1
( b) Pengaruh Infeed Akibat perubahan Saluran
