3. RELE ARUS LEBIH
3.17 Rele Gangguan Tanah Pada Jaringan Terisolasi
Meskipun terbatas dan tidak dianjurkan terdapat juga sub-sub jaringan tertentu yang tidak ditanahkan dimana titik netralnya dibiarkan mengambang dan terisolasi dengan tanah. Tujuan utamanya adalah agar pada waktu sistim mengalami gangguan satu fasa ketanah tidak menimbulkan arus gangguan ke tanah yang besar sehingga tidak membahayakan peralatan. Disamping itu sistim terisolasi dimaksudkan pula untuk tetap dapat beroperasi selama waktu mengalami gangguan fasa ketanah tanpa perlu mengisolir gangguan dengan cepat. Namun pada sistim demikian perlu diperhatikan bahwa isolasi sistim harus dirancang tahan terhadap tegangan transien dan tegangan steady state yang cukup besar yaitu sebesar kali tegangan fasa ke netral. Faktor pertimbangan kekuatan isolasi inilah yang antara lain menyebabkan keterbatasan mengapa jaringan terisolasi hanya dilakukan pada sub-sub jaringan transmisi tertentu. Mengingat arus gangguan satu fasa ketanah relatif kecil maka akan timbul kesulitan dalam penerapan rele proteksi yang sesuai yang dapat mengamankan sistim sebelum gangguan berkembang misalnya menjadi gangguan hubung singkat dua fasa yang lebih berbahaya.
Terdapat dua cara yang dapat digunakan untuk mengatasi kesulitan dalam mengatasi gangguan fasa ke tanah yaitu dengan menggunakan rele tegangan sisa (residual) dan dengan menggunakan rele gangguan tanah sensitif sebagaimana akan diuaraikan berikut ini.
3.17.1 Rele Tegangan Residual
Sebagaimana telah telah disinggung sebelumnya, bila gangguan satu fasa ketanah terjadi maka tegangan fasa-fasa lain yang sehat akan naik sebesar kali dari tegangan fasa ke netral dan jumlah vektor ketiga fasa tidak lagi sama dengan nol. Dengan prinsip ini sebenarnya gangguan fasa ketanah dapat dideteksi dengan menggunakan sebuah rele tegangan yang dapat mengukur tegangan sisa yang terjadi. Namun meskipun dapat mendeteksi terjadinya gangguan fasa ketanah sistim proteksi dengan rele tegangan sisa ini tidak bisa digunakan untuk menentukan letak atau lokasi gangguan.
Dengan demikian sistim proteksi dengan skema bertangga (grading) pada sistim jaringan terisolasi tidak bisa diterapkan dengan menggunakan rele tegangan residual. Hal ini terutama disebabkan karena semua rele yang terpasang sepanjang jaringan sama-sama mengalami tegangan sisa tak perduli dimanapun letak gangguan yang terjadi. Meskipun keterbatasan sistim proteksi masih bisa diperbaiki dengan
menggunakan rele-rele dengan karakteristik definite time, namun hasilnya tidak akan efektif sebagaimana pada sistim proteksi diskriminatif lainnya terutama dalam menentukan letak gangguan tanah yang terjadi.
3.17.2 Rele Gangguan Tanah Sensitif
Untuk mengatasi keterbatasan rele tegangan sisa pada sistim terisolasi digunakan rele proteksi gangguan tanah sensitif yang sering dipasang pada jaringan tegangan menengah dengan konfigurasi single bus-bar yang terhubung dengan banyak penyulang. Prinsip rele sensitif ini didasarkan pada ketidakseimbangan arus kapasitansi per-fasa pada waktu terjadinya gangguan fasa ketanah.
Ke penyulang lain....n Trafo Incoming IR3=IH1+IH2+IH3-IH3 =IH1+IH2 -jxc3 -jxc2 -jxc1 I H 1+ I H 2+ I H 3 I b3 Ia3 Ib2 Ia2 Ib1 Ia1 I H 1+ I H 2 I H 3 I H 2 IH 1 vr IR3 vr IR2 vr IR1
Gambar 3.19: Distribusi Arus Sistim Ter-isolasi Pada Gangguan Tanah Fasa C Gambar 3.19 memperlihatkan sebuah sub sistim satu busbar yang terdiri dari satu trafo dengan banyak penyulang. Trafo tersebut mempunyai hubungan Y-Y dimana netral sisi primer terhubung langsung dengan tanah sedang sisi sekunder dibiarkan mengambang seperti terlihat pada gambar.
Gambar 3.19 diatas dapat digunakan untuk memperlihatkan keadaan sistim pada waktu terjadi gangguan satu fasa ketanah yang terjadi pada salah satu penyulang. Sistim tersebut terdiri dari 3 penyulang (dalam prakteknya bisa terdiri dari n penyulang). Pada masing-masing penyulang dipasang rele proteksi direksional sangat peka atau super sensitif. Pada saat gangguan ketanah terjadi pada fasa c penyulang nomor 3 maka arus kapasitif pada fasa yang sama pada penyulang-penyulang yang sehat akan menjadi nol. Rele pada penyulang-penyulang yang sehat yaitu pada penyulang 1 dan 2 melihat ada ketidak seimbangan arus kapasitansi pada bagian saluran tersebut. Gambar 3.20 memperlihatkan diagram fasor sistim terisolasi yang sedang mengalami gangguan.
Vapf IR1 Ia1 Ib1 Vaf Restrain Kerja Vbf Vbpf
IR3=- (IH1 + IH2)
Setting RCA menggeser
“Pusat Karakteristik” sebesar +90
°
ke Garis ini Vres (= -3Vo)Vcpf
Gambar 3.20: Diagram Fasor Sistim Terisolasi Yang Mengalami Gangguan Satu Fasa Ketanah
Akan terlihat bahwa meskipun semua rele terdiri dari jenis yang sama, namun hanya rele yang terpasang pada penyulang yang terganggu yang akan kerja sedang rele pada penyulang lain yang sehat akan berada pada posisi restrain kalau semua penyulang dianggap identik maka arus-aras kapasitansi masing-masing penyulang secara praktis adalah sama (Ia1=Ia2=Ia3 dan Ib1=Ib2=Ib3) dan untuk memperkecil kesalahan operasi maka semua proteksi harus menggunakan trafo-trafo arus yang identik. Merujuk ke Gambar 3.20, arus ketidak seimbangan pada kawat-kawat yang sehat tertinggal sebesar 900 terhadap tegangan residual. Mengingat tegangan kawat-kawat yang sehat naik sebesar √3 maka arus pemuat pada saluran yang terganggu ini seharusnya akan naik juga sebesar √3 kali dari arus normal. Dengan demikian besarnya arus adalah 3 kali arus steady state per-fasa. Karena arus kawat-kawat yang sehat (IR1 dan IR2) berlawanan fasa dengan arus pada saluran yang terganggu (IR3) maka diskriminasi dapat dilakukan dengan menggunakan rele gangguan tanah arah direksional.
Besaran polarisasi yang digunakan untuk menggerakkan rele adalah besarnya tegangan residu. Dengan menggeserkan tegangan residu ini sebesar 900, maka arus residu yang dilihat oleh rele pada saluran yang terganggu berada pada daerah operasi karakteristik direksional, sedangkan arus residu pada saluran-saluran yang sehat berada pada daerah restrain sehingga tidak bekerja. Dengan demikian karakteristik RCA yang dibutuhkan masing-masing penyulang adalah 900. Setelan rele harus dilakukan pada nilai satu sampai tiga kali arus per-fasa.
Meskipun cara ini dapat dirancang pada waktu pabrikasi rele, tetapi untuk mendapatkan hasil optimum sebaiknya perlu dilakukan pengetesan-pengetesan dilapangan. Gangguan satu fasa ketanah dengan cermat diamati dengan mencatat besar arus yang dihasilkan. Pada rele-rele numeris sudah tersedia elemen-elemen pengukuran yang dibutuhkan sehingga penerapan rele proteksi dapat dilakukan dengan mudah.
Sebagaimana sudah dibicarakan diatas, meskipun gangguan satu fasa ketanah yang terjadi pada sistim-sistim terisolasi bisa dibiarkan tanpa perlu melakukan tripping pada jaringan yang terganggu, tetapi gangguan tersebut tidak bisa dibiarkan berlama-lama dan dalam prakteknya hanya bisa dibiarkan dalam waktu sesingkat mungkin (dalam ukuran detik) sebelum gangguan tersebut berkembang menjadi gangguan fasa-fasa ketanah akibat gangguan fasa lain yang bisa terjadi sebagai akibat kenaikan tegangan fasa-fasa yang sehat.