SUMBER SUMBER MA SUKA N RELE
5 7 RELE RELE JARA K DA N DIAGRAM R –
Pada dasarnya, rele- rele jarak m em bandingkan tegangan dan arus sistem tenaga. Rele akan bekerja apabila ratio kedua besaran dibawah harga setingnya. Pada ko ndisi seim bang dan untuk sem ua gan gguan fasa, ratio tegangan dan arus yan g dirasakan rele adalah im pedansi dari sirkit tersebut, karena V/ I = Z. Jadi rele ini diset sebagai fungsi dari im pedansi tetap sepanjang zo na pro teksi sistem tenaga tersebut. Desain rele sekarang ( tidak dipro du ksi lebih lanjut) m em berikan pengertian dasar yang baik m engenai prinsip dan aplikasi yan g um um digunakan. Tipe terbaru ini diperlihatkan dalam Gam bar 5- 10 . Sebuah batang seim bang m em iliki kum paran tegan gan energise untuk m enahan gerakan, dan ku m paran arus o perasi untuk m enutup ko ntak- ko ntak. Dengan desain dan pengaturan tegangan pada kum paran penahan dapat diatur sam a dengan daya yang dihasilkan o leh kum paran arus o perasi untuk gan gguan tiga fasa dititik pengatur ditunjukkan sebagai nZL. Titik tresho ld ini disebut sebagai titik keseim bangan atau tresho ld o perasi atau titik keputusan dari rele. Untuk sem ua gangguan antara rele dan titik n, arus I akan m em besara dan V akan m enurun atau m endekati sam a dengan bila gangguan dititik n. Kenaikan arus I akan m enyebabkan ujung batang akan m enyentuh dan m enutup ko ntak- ko ntaknya.
Gam bar 5- 10 : Prinsip operasi Rele jarak mem akai nitbeam im pedansi- seim bang: ( a) . Aplikasi rele jarak pada aluran GH; ( b). Penggunaan unit batang seim bang untuk
Untuk gangguan eksternal disebelah kanan titik n, arus akan lebih kecil dari arus gangguan pada titik n, dan tegangan akan lebih besar. Dengan dem ikian to rka atau daya tarik dari kum paran tegangan akan lebih besar dari daya tarik kum paran arus, sehin gga rele tidak bekerja.
Dengan gangguan so lid tiga fasa dititik keseimbangan n, tegangan pada titik n sam a dengan N OL. Sehingga tegangan pada lo kasi rele akan m enurup sepanjang sirkit sebesar InZL. Dengan m em bagi harga tegangan ini dengan arus I, im pedansi respo n adalah :
L L R nZ I InZ I V Z = = =
Jadi pengaturan dan o perasi m erupakan fun gsi im pedansi yang diuku r dari rele sam pai ke titik keseim bangan n. Dengan desain dan hubungan yang dibuat, hal ini berlaku untuk sem ua gangguan fasa, tiga fasa, fasa- fasa, dan dua fasa ke tanah. Hal ini m enghasilkan pengaturan yang tetap dan independen untuk jan gkauan den gan ran ge arus gangguan yang sangat luas, dan juga dipero leh rele pro teksi dengan jangkauan tetap instanteneo us.
Rele jarak, tipe so lid state m aupun elektro m ekanik, bero perasi dengan m em bandingkan arus dan tegangan sistem , nam un teknik yang dipergunakan berbeda- beda, tergantung pabrikasi dan pem buatannya. Rele jarak untuk pro teksi gangguan satu fasa ke tanah juga tersedia, nam un lebih rum it dan ko m plek.
Karakteristik rele jarak lebih m udah dipaham i dalam bentuk diagram im pedansi R- X, dim ana absis adalah resistansi R dan o rdinat adalah rektansi X. Tipikal karakteristik dalam bentuk ini diperlihatkan dalam Gambar 5- 11, dim ana titik asal m erupakan lo kasi rele, dengan areal o perasi pada kuadran pertam a. Bila ratio antara arus dan tegangan sistem jatuh didalam lingkaran atau dalan areal cro sshatchet, unit akan bero perasi. Tipe elem entary seperti yang dikem ukakan dalam Gam bar 5- 10 m em iliki karkateristik im pedansi seperti pada Gam bar 5- 11a. Desain ini telah ketinggalan, o perasi rele dapat terjadi di keem pat kuadran, o leh karena itu dibutuhkan rele arah agar o perasi rele han ya untuk gangguan didaerah sebelah kanan bus G pada Gam bar 5- 10 .
Sem ua karakteristik yang diperlihatkan adalah dalam penggu naan praktis, dim ana rele tipe MHO m erupakan rele yang um um dan universal. Aplikasi untuk pro teksi prim er pada line GH dalam Gam bar 5- 10 m em butuhkan dua unit pada bus G dan dua unit pada bus H. Pada zo na 1, rele bero perasi instanteneo us dan n lebih kecil dari 1, um um nya 0 ,9. Pada zo na 2, n diatur lebih dari 1.0 sehingga diperlukan waktu tunda untuk kebutuhan ko o rdinasi dengan pro teksi pada bus H dan disebelah kanannya. Kebanyakan rele jarak adalah rele jarak jenis satu fasa, sehinggan dibutuhkan tiga buah rele untuk m engko ver sem ua kem un gkinan gangguan. Untuk rele- rele seperti in, karakteristik, seperti lingkaran MHO pada Gam bar 5- 11b adalah valid untuk sem ua unit kecuali untuk gangguan pada fasa khusus, m asin g- m asing bero perasi untuk fasa ab dan
gangguan fasa ab ke tanah, fasa bc dan gangguan fasa bc ke tanah, dan fasa ca dan gangguan fasa ca ke tanah. Ketiganya beo perasi untuk gangguan tiga fasa.
Gam bar 5- 11: Prinsip o perasi rele jarak dijelaskan dengan m enggunakan u nit im pedansi batang seim bang : ( a) . Im edansi; ( b) . MHO; ( c) . Ofset MHO’s; ( d) . Lens;
( e) . Do uble blinder; ( f) . Reaktansi.
Jenis lainnya adalah tipe tiga fasa, jadi hanya satu rele dengan dua unit o perasi yan g akan bekerja untuk sem ua ko m binasi gangguan antar fasa yang m ungkin terjadi. Salah satu bagian dari 2 unit o perasi dari rele tipe tiga fasa ini m em iliki karakteristik lingkaran MHO seperti pada Gam bar 5- 11b dan bekerja untuk sem ua gan gguan tiga fasa dan beberapa gangguan fasa- fasa- tanah yang terjadi dan m asih berada didalam lingkaran. Unit lainnya m em iliki karakteristik arc seperti yang disajikan dalam Gam bar 5- 11b dan hanya akan bekerja untuk gangguan fas- fasa, seperti ab- bc,ca dan fasa- fasa- tanah yang tidak term asuk dalam unit pertam a. Areal kerja dari rele hanya pada kuadran pertam a untuk gan gguan didalam sekto r antara vekto r garis, karkateristik rele dan sum bu X. In i sam a dengan rele arah, seperti pada unit MHO. Unit fasa- fasa tidak akan bereaksi pada arus seim bang sehingga tidak m u ngkin bero perasi untuk gan gguan tiga fasa, beban, ayunan, dan sebagainya. Rele dapat diatur bebas terhadap beban dan ayunan, sedangkan MHO dan unit yang sejenis harus diatur terhadap beban m aksim um dan ayunan.
Apabila beban m engalir dari G ke H, m aka rele pada G akan m erasakan sebagai berikut :
sekunder 86 , 13 5 3 120 I V Z load LN load = = = Ω .
Dengan dasar beban 5A dan tegangan line- line 120 V pada sisi sekunder dari CT dan VT. Dalam banyak kasus beban pada line m em iliki arus yang tertinggal antara 00 sam pai 300. Dalam diagram R- X, seperti dalam Gam bar 5- 12, beban ini m erupakan sebuah phaso r pada kuadran pertam a dengan sudut an tara 00 sam pai 300 berlawanan arah
jarum jam dari sum bu +R. Pada beban berat, Zload kecil. Jadi pada beban berat phaso r im pedansi bergerak m enuju titik asal. Pada beban ringan phaso r bergerak kekanan atau m enjauhi asal.
Gam bar 5- 12: Rele jarak tipe Mho digunakan pada Gardu G guna perlindungan saluran GH
Bila beban m engalir dari H ke G, atau keluar dari G, m aka akan m uncul pada kuadran kedua, atau disebelah kiri pada diagram R- X dan diatas sum bu – R untuk beban tertinggal. Titik o perasi pada karakteristik lingkaran MHO dapat ditentukan dengan cara berikut :
(
R X)
R X Z cos
Z = ϕ −ϕ
dim ana ZX adalah im pedansi dari titik asal ke sem barang titik pada lingkaran dengan sudut ϕX, dan ZR adalah jangkauan rele pada sudut ϕR. Sebagai co nto h, berapa kjangkauan unit MHO sepanjang line sudut 750 bila beban m aksim um pada jarin gan 5A sekunder pada sudut 300 tertinggal. Dari persam aan diatas, im pedansi beban adalah 13,86 Ω sekunder, harga ini adalah harga ZX dengan ϕX = 300, m aka :
(
)
sekunder 60 , 19 Z 30 75 cos Z 86 , 13 R 0 0 R Ω = − =Harga ini dapat ditransfer dalam harga prim er dengan m en ggunakan persam aan :
v C ) pri ( R (sec) R R R Z Z =
dim ana Rc dan Rv adalah ratio CT dan PT. Bila tegangan line adalah 115 kV dengan perbandingan CT 60 0 : 5, m aka:
primer 3 , 163 1200 ) 1000 ( 6 , 19 R R Z Z c v (sec) R ) pri ( R = = = Ω
Bila digunakan line dengan tipikal im pedansi 0 ,8 Ω/ m i, m aka untuk im pedansi diatas setara dengan jaringan sepanjan g 20 4 km .. Catatan m enerik yan g perlu diingat bahwa salah satu jenis rele jarak m em iliki jangkauan m aksim um pada im pedansi 20 Ω sekunder, dari persam aan diatas. Daya MVA yang direpresentasikan o leh beban 5 A adalah: MVA 5 , 119 1000 ) 120 ( ) 5 ( ) 115 ( 3 1000 I x kV 3 MVA= = =
Apabila rele jarak diatur untuk m enjangkau lebih beberapa line atau ditera pkan pada line yang panjang, um um nya line tegangan ekstra tinggi, sangat m ungkin
untuk im pedansi m aksim um beban berada pada lingkaran o perasi. Pada aplikasi, variasi karakteristik rele, seperti yang diperlihatkan dalam Gam bar 5- 11c- e, digunakan untuk restrict o perasi rele pada areal beban, tetapi m em iliki jangkauan line yang panjang. Karakteristik rele jarak yang diperlihatkan dalam Gam bar 5- 11f adalah tipe reaktansi. Tipe ini m em erlukan unit tam bahan, untuk m enghindarkan u nit reaktansi bero perasi pada beban dan gangguan dibelakang releKarakterisitik blinder ganda seperti pada Gam bar 5- 11e m erupakan ko m po sisi dari karakteristik dua rekatansi dengan pergeseran fasa. Unit sebelah kiri bero perasi untuk m engko ver areal yang luas disebelah kanan, sedangkan unit sebelah kanan bero perasi untuk m engko ver areal disebelah kiri. Rele bero perasi hanya bila kedua unit bero perasi, dan o perasi pada areal antara keduanya.
5. 8 PROTEKSI CA DA N GA N : JARA K JAUH vs LOKA L
Pentingnya cadangan dan redu ndansi dalam sistem pro teksi telah disebutkan dalam bab I dan akan didiskusikan lagi pada bab lainnya. Cadangan didefinisikan sebagai “pro teksi yang bero perasi secara bebas dalam ko m po nen tertentu dalam sistem pro teksi prim er atau utam a”. Cadangan dapat berupa duplikasi pro teksi prim er atau dapat pula bero perasi hanya bila pro teksi prim er gagal atau dalam keadaan pem eliharaan ( IEEE 10 0 - 1984) . Beberapa tipe dapat diilustrasikan dengan m en gacu pada sistem pro teksi yang terdapat pada bus G untuk line GH seperti diperlihatkan dalam Gam bar 5- 4. Rele- rele yang diaplikasikan pada bus G seperti terlihat pada prinsipnya untuk m endapatkan pro teksi prim er pada line GH. Untuk gangguan yang terjadi sepanjang line GH, pada um um nya beberapa rele prim er akan bero perasi. Hal ini m erupakan cadangan prim er redundansi. Untuk ko m po nen sistem utam a dan penting, khususnya pada sistem tegangan tinggi dan ekstra tinggi, m em erlukan pro teksi terpisah, bero perasi berdasarkan CTs yang berbeda ( dan kadangkala dengan VTs yang berbeda) , sumber DC berbeda, dan berbeda o perasi sirkit tripping pada PMT. Salah satu sistem pro teksi didesain sebagai pro teksi prim er, dan yang lain sebagai sekunder, kadangkala ada salah kata karena keduanya akan bero perasi bersam a pada kecepatan tinggi.
Untuk sistem jaringan sederhana seperti dalam Gam bar 5- 4, dapat dilihat bahwa rele pada bus G harus diatur untuk dapat bero perasi bila gangguan eketernal F, F2, dan gangguan lain yan g terjadi diluar line HS guna m endapatkan pro teksi untuk gangguan F1. Jadi rele G m erupakan pro teksi prim er untuk line GH, dan m erupakan pro teksi cadangan bagi bus H dan line HS. Hal ini disebut cadangan jarak jauh. Bila F, F2, dan seterusnya adalah gangguan- gangguan yan g tidak dapat dibersihkan o leh rele prim er dan PMT yang terhubung, rele- rele pada G harus bero perasi dan m em isahkan sum ber G dari gangguan. Dem ikian pula halnya dengan sem ua sum ber gangguan harus segera diiso lir o leh o perasi cadangan rele pada term inal- term inal terdekat.
Pada tahun belakangan ini, dibutuhkan sistem pro teksi cadangan pada bus lo kal dan untuk m em buka sem ua pem utus disekeliling bus, dibanding dengan cadan gan jarak jauh. Cara ini disebut cadangan lo kal, yang juga berhubungan dengan kegagalan pem utus. Pada aplikasi tipe ini, pem utus bus H pada line GH harus bekerja bukan pem utus pada bus G untuk m em bersihkan gangguan- gangguan F2 dan seterusnya, harus rele- rele prim er dan atau pem utus H pada line HS gagal bero perasi. Untuk cadangan lo kal harus terpisah, pengaturan rele independen, sebagaim ana layaknya untuk cadangan jarak jauh. Hal ini tersedia bila sistem rele prim er dan sekunder independen seperti yang dikem u kakan diatas. Hal ini m ungkin tidak digunakan dalam sistem tegangan rendah.