5. RELE JARAK
5.8 Persoalan-Persoalan Aplikasi Rele Jarak
Dan karena dan maka;
Disini, setelan ZN yang diperlukan untuk balans di titik capaian diberi dengan menyamakan kedua persamaan diatas:
...5.31 ... 5..32
Dengan impedansi tiruan diset ke harga maka elemen pengukuran tanah akan mampu mengukur impedansi gangguan secara tepat, tanpa memperdulikan berapa jumlah jaringan pasokan yang masuk (infeeds) dan titik-titik pentanahan pada sistim tersebut.
5.8 PERSOALAN-PERSOALAN APLIKASI RELE JARAK
Sebagaimana telah sering disingung-singgung sebenarnya rele jarak numeris mutakhir sudah sangat berkembang dan telah mengalami banyak kemajuan teknologi yang pesat dimana hampir semua kekurangan yang terdapat pada rele-rele konvensional sudah bisa diatasi ketingkat yang hampir ideal.
Namun mengingat penerapan rele-rele numerik boleh dibilang relatif masih baru dan sementara itu masih banyak jaringan tenaga listrik yang menggunakan teknologi proteksi konvensional yang masih beroperasi dengan baik, maka berbagai persoalan dan keterbatasan aplikasi rele-rele jarak agaknya masih menarik untuk dibahas sebagaimana pada uraian-uraian berikut ini.
5.8.1 Tegangan Minimum Pada Terminal Rele
Untuk mencapai ketelitian sesuai dengan pernyataan pabrik, rele jarak yang tidak menggunakan teknik memori tegangan, pada kondisi gangguan-gangguan membutuhkan tegangan minimum sehingga rele dapat bekerja dengan baik. Tegangan ini harus dapat dilihat pada data sheet (lembar data) rele tersebut.
Dengan mengetahui impedansi urutan yang termasuk dalam jenis gangguan atau alternatif gangguan MVA bila ada kemungkinan perubahan konfigurasi jaringan, tegangan sistem dan arrangement pentanahan, besarnya tegangan minimum terminal rele (gangguan pada daerah capaian rele tersebut) yang timbul dapat dihitung (lihat buku-buku tentang analisa gangguan-gangguan).
Dengan mengetahui tegangan tersebut berarti, kita hanya memerlukan pemeriksaan data rele, apakah tegangan minimum tersebut masih mampu untuk melakukan pengukuran secara akurat sesuai dengan aplikasi yang mau diterapkan.
5.8.2 Panjang Saluran
Untuk menentukan panjang saluran minimum yang dapat dilindungi oleh suatu rele jarak, pertama-tama yang perlu dilakukan adalah memeriksa apakah tegangan minimum yang dibutuhkan rele untuk gangguan di capaian Zone 1 masih berada dalam skala sensitifitas yang tertulis di data sheet rele tersebut. Hal yang yang kedua, adalah bahwa impedansi saluran (bila perlu mengacu ke perbandingan nilai besar tegangan dan arus sekunder VT/CT) harus berada pada cakupan setelan tahanan (ohm) capaian rele zone 1. Untuk setiap saluran yang sangat pendek terutama untuk saluran kabel bawah tanah, bisa dijumpai bahwa impedansi sirkit gangguan bisa kurang dari cakupan setelan minimum rele itu.
Dalam kasus demikian, diperlukan metoda proteksi alternatif yang lebih sesuai, misal dengan menggunakan rele diferensial. Sebagai alternatif untuk memproteksi saluran dapat juga dilakukan dengan menggunakan rele diferensial arus, terutama pada saluran yang panjangnya sangat pendek dimana pengadaan perangkat telekomunikasi secara khusus untuk keperluan intertripping pada skema rele jarak sudah terasa tidak ekonomis. Tetapi sebagaimana disebut diatas, sebenarnya rele-rele jarak numeris mutakhir telah mempunyai kisaran setelan impedansi yang sangat luas dan sensitifitas rele yang tinggi, sehingga hampir tidak ada pembatasan panjang minimum saluran yang bisa diproteksi. Walaupun demikian tetap harus dilakukan pengecekan dan studi-studi sistim proteksi sebelum memutuskan pemilihan yang tepat.
Sebagai catatan waktu mempertimbangkan gangguan tanah, perlu dipastikan bahwa impedansi sirkit gangguan tanah sudah ikut diperhitungkan.
5.8.3 Capaian Rendah
Suatu rele jarak dikatakan mempunyai capaian rendah (under-reach) apabila impedansi real gangguan yang dirasakan oleh rele kurang dari impedansi capaian sesuai setelan yang diharapkan. Persentase capaian kurang atau under-reach didefenisikan sebagai berikut:
...5.33 dimana:
ZR= capaian rele yang diharapkan (setelan capaian rele). ZF= capaian efektif.
Penyebab utama terjadinya capaian rendah (under reaching) adalah pengaruh arus gangguan infeed pada ujung remote saluran. Sebagai contoh sederhana dalam memperagakan capaian rendah ini dapat digambarkan Gambar 5.26 berikut1.
Pada Gambar 5.26, karena ada arus IB infeed maka rele pada A tidak akan mengukur impedansi gangguan secara tepat khususnya pada segmen saluran ZC. Coba perhatikan setelan rele ZA + ZC.
Untuk gangguan pada titik F, rele dihadapkan dengan impedansi: ...5.34
~
Z< Sumber F IA A IB xZC ZC Titik Rele IA+IB Setting Rele :Capaian Rele Aktual Adanya Infeed Saluran Paralel :
Gambar 5.26: Pengaruh Infeed Busbar Remote Pada Capaian Rele Jarak Sehingga untuk keseimbangan rele:
...5.35 Dengan demikian maka capaian efektif adalah
Faktor pada persamaan diatas memperlihatkan dengan jelas bahwa rele jarak akan melihat impedansi pada posisi capaian rendah. Sebenarnya untuk mengatasinya dapat dilakukan secara relatif mudah dengan melakukan kompensasi yaitu dengan menaikkan setelan capaian 10 sampai 20% lebih tinggi dari nilai setelan awal sesuai hasil perhitungan.
Tetapi kompensasi tersebut harus dilakukan berdasarkan pengalaman-pengalaman sebelumnya. Kalau dimungkinkan untuk dapat mengurangi besarnya infeed pada sisi remote sampai nol sehingga rele bisa mempunyai capaian lebih jauh mendekati atau lebih besar dari nilai impedansi realnya. Sebagai contoh, setelan Zone 2 untuk mencapai suatu jarak spesifik tertentu kedalam bagian saluran bersebelahan yang terhubung paralel, bisa berarti bahwa Zone 2 mencapai daerah diluar capaian Zone 1 dari proteksi saluran bersebelahan yang bekerja pada proteksi sirkit tunggal. Jika IB = 9IA dan capaian rele disetel untuk melihat gangguan pada F, maka dengan tidak hadirnya infeed remote, setelan rele efektif menjadi ZA+10ZC. Tapi perlu juga diperhatikan bahwa capaian maju yang lebih panjang jangan sampai menyebabkan tripping pada sirkit yang masih sehat khususnya untuk gangguan tanah pada arah terbalik (reverse). Lihat Bagian 5.9.5.
5.8.4 Capaian Lebih
Suatu rele jarak disebut over-reach apabila impedansi real gangguan terlihat lebih besar dari setelan capaian impedansi gangguan yang diberikan pada rele. Presentase capaian lebih Over-Reach dapat digambarkan oleh persamaan berikut:
Dimana:
ZR = Setelan capaian rele. ZF= Capaian efektif.
Sebuah contoh pengaruh capaian lebih over-reaching misalnya terdapat pada waktu rele jarak yang diterapkan pada saluran paralel dimana kedua ujung saluran disebelahnya sama-sama ditanahkan sebagaimana layaknya dilakukan pada waktu pemeliharaan saluran. Pengaruh capaian lebih timbul akibat adanya induksi bersama yang diakibatkan oleh arus induksi pada saluran yang kedua ujungnya ditanahkan khususnya pada waktu gangguan. Ini dapat dilihat pada Bab-bab lain yang terkait dengan proteksi jarak. Dalam praktek pengaruh capaian lebih dapat ditanggulangi dengan kompensasi misal 10 sampai 20% lebih rendah dari setelan impedansi sesuai hasil perhitungan.
5.8.5 Keterbatasan Capaian Lebih
Ada keterbatasan pada setelan capaian maksimum yang dapat diterapkan pada rele jarak. Sebagai contoh, dengan mengacu pada Gambar 5.3, Zone 2 dari satu seksi saluran mestinya tidak mencapai daerah diluar cakupan Zone 1 dari rele bagian saluran berikutnya. Bilamana terdapat relasi antara setelan capaian maju dan cakupan resistip rele (Misal elemen rele Mho Zone 3), maka rele tersebut harus tidak beroperasi pada kondisi beban maksimum. Juga, jika capaian rele berlebihan, unit gangguan fasa ketanah yang sehat dari beberapa rele tertentu bisa cenderung beroperasi pada arah arus gangguan (reverse) yang besar. Namun kesulitan semacam ini hanya dijumpai pada rele-rele generasi lebih tua yang diterapkan pada saluran tiga terminal khususnya saluran yang mempunyai panjang tidak simetris secara signifikan. Pada rele-rele numeris yang saat ini sudah lebih maju sudah terdapat berbagai komponen dan fasilitas kompensasi dimana keterbatasan-keterbatasan tersebut sudah bisa diatasi dengan baik.
5.8.6 Bloking Ayunan Daya
Ayunan daya adalah surja perubahan daya yang terjadi misalnya pada waktu pengisoliran arus gangguan hubung singkat, waktu menghubungkan sebuah generator ke dalam jaringan dalam keadaan tidak sinkron ataupun ayunan daya pada waktu terjadi pelepasan beban. Bloking ayunan daya adalah usaha untuk memblokir rele jarak sehingga tidak akan kerja pada waktu terjadinya ayunan daya yang sifatnya sementara tanpa mengganggu stabilitas sistim tenaga.
Seperti sudah diuraikan pada Bab 5.6.10 terdahulu suatu ayunan daya bisa menyebabkan impedansi yang diunjukkan pada rele jarak bergerak dari daerah beban normalnya dan masuk kedalam daerah karakteristik kerja rele. Bisa dari kiri (leading) maupun dari arah kanan (lagging) tergantung dari kondisi pembebanan sebelum terjadinya ayunan.
Dalam hal terjadinya ayunan daya yang masih pada taraf stabil, maka harus diupayakan agar rele jarak tidak boleh kerja hingga waktu tertentu untuk memberi kesempatan hingga sistim dapat pulih kembali normal. Untuk memenuhi kebutuhan
ini, kebanyakan proteksi rele jarak sistim saluran transmisi misalnya rele Quadramho sudah dilengkapi dengan fasilitas bloking ayunan daya. Meskipun terdapat perbedaan cara dan prinsip yang digunakan untuk mendeteksi ayunan mungkin berbeda-beda tergantung dari pabrik pembuat rele, tetapi pada prinsipnya dilakukan dengan cara yang sama yaitu dengan mengamati pergerakan hasil ukur tingkat kecepatan perubahan impedansi. Hasil ukur tingkat kecepatan tersebut dapat digunakan sebagai indikasi untuk membedakan ayunan daya dengan gangguan, sebab dalam prakteknya kecepatan perubahan impedansi akibat ayunan daya biasanya lebih lambat dari kecepatan perubahan impedansi yang terjadi pada waktu hubung singkat.
Untuk lebih jelasnya, satu cara yang bisa digunakan untuk memblok gejala ayunan daya yang terjadi adalah dengan melihat tingkat perubahan pengukuran impedansi. Misalnya rele melihat impedansi yang diukur sudah masuk pada daerah kerja rele namun kalau tingkat perubahan impedansi tersebut relatif lambat, berarti masuknya impedansi tersebut kedalam daerah proteksi bukanlah karena arus gangguan.
Cara ini dapat digunakan untuk memblok elemen-elemen kerja rele sehingga dapat terhindar dari kesalahan tripping. Bloking ayunan daya dapat diterapkan secara tersendiri pada masing-masing zone rele atau pada semua zone proteksi tergantung keperluan. Namun dalam prakteknya terdapat pilihan apakah fungsi deteksi ayunan daya tersebut perlu diaktifkan atau diblok tergantung pada moda operasi rele serta prosedur-prosedur proteksi yang ditentukan perusahaan.
Terdapat berbagai teknik yang digunakan pada berbagai rancangan rele yang berbeda untuk mencegah terjadinya tripping yang bisa terjadi pada waktu terjadinya proses ayunan daya. Hal ini perlu diperhatikan terutama dalam pertimbangan-pertimbangan yang perlu dilakukan pada waktu penerapan skema-skema penutupan kembali khususnya pada waktu recloser fasa tunggal sedang bekerja mengisolir gangguan dan menutup kembali untuk pemulihan saluran menjadi sehat.
Kriteria ayunan daya kritis ditentukan dari ukuran dan luasnya jaringan sistim tenaga listrik serta kebijakan perusahaan listrik. Beberapa perusahaan listrik menganggap keadaan-keadaan ayunan daya tertentu sudah kritis sehingga sistim perlu dipecah dan pada kondisi yang sama ada juga perusahaan yang menganggap ayunan daya tersebut masih berada pada batas-batas toleransi sehingga sistim tidak perlu dipecah.
Bila diperlukan dapat juga digunakan sebuah rele khusus ayunan daya yang dilengkapi perangkat blinder. Sebagai alternatif, pemecahan jaringan dapat dilaksanakan dengan cara pembatasan lamanya waktu kerja rele jarak secara taktis dan tepat sehingga bisa digunakan untuk memblok tripping pada waktu terjadinya ayunan yang tidak perlu ditanggapi.
5.8.7 Kehilangan Sinyal Trafo Tegangan
Salah satu kelemahan rele jarak adalah kesalahan yang bisa timbul pada waktu dia kehilangan sinyal tegangan. Biasanya rangkaian sekunder trafo tegangan selalu dilengkapi dengan sekring atau Mini Circuit Breaker yang berfungsi untuk mengamankan lilitan sekunder trafo tegangan dari gangguan-gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi.
Sebagaimana diketahui suatu rele jarak pada umumnya mempunyai:
a. Karakteristik offset self-polarised yang mencakup impedansi urutan nol pada diagram R/X.
b. Polarisasi tegangan fasa yang sehat. c. Polarisasi tegangan dengan memori.
Perlu dicatat bahwa bila salah satu atau lebih tegangan masukan hilang akibat bekerjanya alat pengaman MCB VT atau sekring pengaman diatas, maka rele bisa mengartikan kehilangan tersebut sebagai gangguan yang bisa berujung terjadinya kesalahan salah operasi rele proteksi.
Untuk mengatasi hal tersebut perlu dilakukan pengawasan tegangan masukan yaitu dengan menggunakan peralatan eksternal, misal dengan, rangkaian supervisi tegangan hilang atau sekaligus menyatukan alat pemantau tegangan tersebut secara terintegrasi dengan rele jarak itu sendiri. Terdapat beberapa cara untuk mendeteksi kehilangan sinyal tegangan apakah sebagai akibat gangguan atau akibat salah wiring seperti misalnya dengan mendeteksi hadirnya tegangan urutan nol atau urutan negatip yang tidak diikuti munculnya arus-arus urutan nol ataupun negatip. Atau dengan cara mendeteksi hilangnya tegangan yang diikuti dengan mendeteksi tingkat perubahan nilai arus dan dengan melengkapi kontak bantu yang bisa digunakan untuk mendeteksi posisi MCB.
Dengan perangkat pemantau tegangan tersebut, maka rele dapat dihindarkan dari kerja tripping sia-sia yang tidak perlu terjadi. Untuk memudahkan operator maka setiap MCB VT selalu dilengkapi dengan kontak bantu yang bisa memberikan tanda alarm untuk setiap tripping MCB yang terjadi.