RELE JARAK SEBAGAI PROTEKSI SALURAN TRANSMISI PDF

Preview

Summary

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 dala...

Description

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 

 ...