4. RELE DIFERENSIAL PADA SALURAN TRANSMISI
4.3 Sistim Arus Sirkulasi
Sumber
~
Sumber + - + Gangguan Hubung Singkat G H J +Gambar 4.3: Konvensi Arah Arus
4.3 SISTIM ARUS SIRKULASI
Prinsip arus sirkulasi sudah diperlihatkan secara garis besar pada Bab 4.1. Dalam keadaan ideal perbandingan arus disisi primer dengan arus sisi sekunder akan sama persis sesuai dengan perbandingan jumlah kumparan primer dengan sekunder. Namun dalam prakteknya, tidak ada trafo-trafo arus yang sempurna, mereka tidak terlepas dari kesalahan yang ditimbulkan oleh rugi-rugi tembaga dan rugi-rugi bocor magnetis yang menyebabkan adanya deviasi dari keadaan ideal. Meskipun dalam keadaan normal tanpa adanya gangguan, ketidak sempurnaan trafo-trafo ini akan menyebabkan adanya arus luber yang mengalir melalui rele. Hal inilah yang akan membatasi tingkat kepekaan rele tersebut. Namun untungnya arus-arus luber tersebut dapat dikompensasi dengan menggunakan kumparan restraining yang dapat digunakan untuk mengkompensir pengaruh arus luber sehingga sehingga rele tidak
akan kerja pada arus luber tersebut. Gambar 4.4a mengilustrasikan rangkaian ekivalen dari skema arus sirkulasi. Sedang Gambar 4.4b memperlihatkan diagram distribusi tegangan sepanjang rangkaian pilot pada arus yang mengalir pada daerah saluran yang diproteksi. Disini trafo arus dianggap ideal dimana keduanya mempunyai burden yang sama sehingga tidak ada arus luber yang mengalir melalui rele. Dengan demikian diagram tersebut memperlihatkan keadaan dimana rele terlihat seperti dalam keadaan terputus dari rangkaian atau mempunyai impedansi yang sangat tinggi. Dalam keadaan ini tegangan nol terjadi pada titik J yaitu titik tengah elektris (diukur dari besarnya tahanan) saluran G dan H.
Dalam hal rele tersebut tidak ditempatkan pada titik tengah saluran J, tetapi mendekati titik G misal ke titik F, maka tegangan pada terminal rele tersebut akan timbul sebesar FF’ sehingga akan ada arus luber yang mengalir melalui rele meskipun dengan arus IPg dan IPh adalah identik. Sebaliknya bila rele yang digunakan mempunyai impedansi rendah maka tegangan FF’ akan turun menjadi sangat kecil dan karena letak titik F yang tidak simetris maka arus eksitasi (burden) kedua trafo arus akan menjadi tidak sama sehingga dalam keadaan ini akan ada arus yang mengalir pada Rele sebesar IR. Untuk lebih jelas perhatikan persamaan berikut:
atau karena maka,
...4.1
Dengan demikian jelas bahwa arus luber akan tetap ada dan akan mengalir melalui kumparan rele baik pada rele impedansi tinggi maupun impedansi rendah.
G H I d Rele I Pg I Ph RSa RLg RLh RSa iSg iSh ig Rg Zeg Zeh ieg ieh J H G G” G‟ F F‟ H‟ H” P = Primer CT S = Sekunder CT E = Exiting / Penguat L = Lead / Kabel Penghubung G = Titik G
H = Titik H (a)
(b)
Perlu diperhatikan bahwa meskipun mempunyai rasio yang sama namun bila kedua trafo arus tidak mempunyai impedansi shunt yang sama, maka diagram tersebut akan berubah, misalnya tegangan GG’ akan lebih besar dari tegangan HH’ atau sebaliknya seperti garis terputus-putus. Dari uraian-uraian diatas jelas terlihat bahwa keadaan ideal dimana tidak ada arus yang mengalir pada kumparan rele adalah hal yang tidak mungkin terjadi. Oleh karena itu dalam prakteknya sering kumparan rele dihubung seri dengan sebuah tahanan yang dapat digunakan sebagai tahanan penyeimbang tegangan, sehingga dapat diperoleh suatu kompensasi tertentu meskipun rele tidak ditempatkan persis ditengah-tengah jaringan ataupun pada saluran dimana kedua trafo arus tidak mempunyai karakteristik impedansi yang sama. Pada jarak saluran transmisi yang panjang penggunaan rele pilot dengan menggunakan arus sirkulasi ini sudah tidak praktis sehingga jarang digunakan.
4.3.1 Ketidakstabilan Transien
Sebagaimana diperlihatkan pada Apendiks 3.4.10, bila arus transien dikenakan terhadap trafo arus maka flux yang timbul akibat induksi arus tersebut akan lebih besar dari flux yang dihasilkan arus dalam keadaan normal. Arus transien ini dapat menyebabkan trafo arus bekerja pada keadaan jenuh sehingga impedansi rangkaian penguat akan menurun seolah-olah terhubung singkat yang mengakibatkan arus penguat akan naik menjadi sangat besar.
Bila penyeimbang trafo arus unit proteksi mempunyai karakteristik eksitasi yang berbeda atau mempunyai burden yang berbeda, maka fluks transien yang terbentuk akan menjadi berbeda sehingga dapat menaikan arus luber. Seperti keadaan dimana rele tidak ditempatkan pada titik tengah saluran, maka dalam keadaan transien ini, sistim proteksi dapat mengalami resiko dimana rele proteksi bisa salah kerja pada kondisi jaringan normal yang sebenarnya tidak mengalami gangguan. Untuk mengatasi ketidak stabilan ini dapat ditempuh dengan cara yang sama seperti diatas yaitu dengan memasangkan tahanan stabilisasi secara seri dengan rele. Besarnya tahanan stabilisasi biasanya dapat dihitung dengan rumus-rumus yang pada umumnya selalu terdapat pada buku manual rele yang mau diterapkan. Pada dasarnya dapat dihitung sesuai dengan besar tegangan pada terminal trafo arus yaitu VK dikurangi dengan tegangan kerja rele VR (burden rele dibagi setelan arus) dibagi setelan arus rele tersebut.
Dengan menggunakan tahanan stabilisasi, setelan arus rele dapat dikurangi pada setiap nilai-nilai praktis, sehingga rele dapat dilihat sebagai perangkat pengukur tegangan. Yang perlu diingat adalah bahwa ada batas arus minimum yang diperlukan, dimana dibawah nilai tersebut elemen rele tidak lagi mempunyai tingkat kepekaan untuk bisa pick-up secara benar. Dalam prakteknya rele-rele demikian biasanya dikalibrasi dengan melakukan injeksi tegangan.
4.3.2 Bias
Arus luber yang dirasakan rele sebagai akibat adanya berbagai sumber kesalahan diatas tergantung pada besarnya arus yang mengalir. Dalam keadaan normal besarnya kadang-kadang sangat kecil sehingga bisa diabaikan, namun pada waktu terjadi
gangguan diluar daerah proteksi maka arus yang mengalir bisa mempunyai nilai beberapa kali lebih besar dari arus normal, sehingga arus banjir pada rele bisa mencapai nilai yang besar pula. Disini yang perlu dicatat adalah bahwa setelan threshold arus operasi rele yang dibuat berada diatas level arus luber maksimum akan mengakibatkan sensisitifitas rele tersebut semakin jelek. Namun perbaikan sensitifitas rele yang rendah dapat diperbaiki dengan melakukan setelan arus diferensial (Idiff) mendekati arus gangguan secara proporsional. Gambar 4.5 memperlihatkan secara umum karakteristik bias suatu rele modern yang dibuat untuk mengatasi masalah-masalah diatas. Pada arus yang kecil, besar arus bias adalah kecil sehingga memungkinkan rele bekerja dengan sensitif.
Pada arus yang tinggi, seperti halnya arus inrush yang terjadi pada saat penyalaan trafo daya atau arus gangguan eksternal yang terjadi diluar daerah proteksi, maka arus bias juga tinggi dan pada saat yang sama arus yang dibutuhkan untuk mengoperasikan rele juga tinggi. Dengan demikian suatu rele akan menjadi lebih toleran terhadap arus luber yang terjadi pada arus gangguan yang besar seperti terlihat pada Gambar 4.5. Dan oleh karena itu kesalahan operasi rele diferensial arus sirkulasi akan minimal tanpa kehilangan sensitifitasnya pada level arus gangguan yang kecil.
~ ~
Kerja Restrain Persentasi Bias K1 Persentasi Bias K2~
IS1 IS2 I bias= I1+I2+I3 2 I d if f I 1 I 2 I 3 + = + I1 I3 I2Gambar 4.5: Karakteristik Bias Umum Suatu Rele11