6. SKEMA PROTEKSI RELE JARAK
6.3 Transfer Tripping
Metoda sistim pengamanan dengan skema transfer tripping banyak dijumpai pada berbagai instalasi jaringan sistim tenaga listrik yang diperlukan untuk memperoleh sistim proteksi yang lengkap dan dapat bekerja secara efektif untuk mengamankan saluran dimanapun letak titik gangguan.
Untuk melakukan transfer tripping secara tepat perlu dilakukan studi-studi sistim proteksi tergantung dari kebutuhan sistim pengamanan saluran yang diharapkan. Terdapat beberapa skema transfer trip sebagaimana akan diuraikan berikut.
6.3.1 Transfer Tripping Langsung Capaian Kurang
Cara yang termudah untuk mengurangi lamanya waktu penanggulangan (clearing) gangguan pada terminal rele jarak yang merasakan dan melihat gangguan dengan jelas berada pada daerah waktu Zone 2 adalah dengan menerapkan skema teknik transfer trip langsung, seperti dapat diperlihatkan pada lojik diagram pada Gambar 6.4 dibawah ini. + Z1/Z1 ext Z2T Z3T RR TR
-Kumparan Trip Z2 Z2T Rele Pewaktu Z3 Z3T Z3 Rangkaian Teleproteksi Ke GI Lawan Kontak Terima +Gambar 6.4: Rangkaian Kendali Transfer Tripping Langsung Capaian Kurang Pada gambar diatas sebuah kontak yang dikerjakan oleh elemen rele Zone 1 secara bersamaan digunakan juga untuk mengirim sinyal trip ke rele remote untuk melakukan trip pada ujung jauh dari saluran tersebut.
Skema ini disebut skema transfer tripping langsung capaian kurang (direct under-reaching transfer tripping scheme) atau skema transfer trip capaian kurang atau skema intertripping proteksi jarak capaian kurang (intertripping under-reach distance protection scheme) karena elemen skema transfer trip capaian kurang tidak mencakup seluruh bagian jaringan transmisi. Yang manapun istilah yang digunakan tergantung pada pemakai dan bagaimana skema proteksi tersebut dipersepsikan. Gangguan F yang terjadi pada daerah di ujung saluran B dalam Gambar 6.1 (a) akan mengakibatkan elemen Zone 1 rele jarak B bekerja dan men trip PMT-B pada ujung B. Permintaan trip Zone 1 tersebut juga di mintakan pada rele A sehingga PMT-A di ujung
A dapat trip secara hampir bersamaan. Permintaan tripping ke rele jarak A dilakukan melalui media komunikasi yang menghubungkan kedua ujung saluran.
Dalam hal ini sinyal perintah trip yang diterima rele A langsung digunakan untuk mentrip PMT A. Karena pada skema ini rangkaian penerima rele A langsung dihubungkan dengan rele tripping PMT A tanpa ada kondisi yang harus dipenuhi sebelum melaksanakan tripping maka akan ada kemungkinan salah tripping yang sebenarnya tidak perlu terjadi.
Kejadian ini misalnya bisa terjadi pada waktu rangkaian penerima menerima sinyal palsu yang timbul akibat derau yang bisa ditanggapi sebagai perintah tripping yang harus dilakukan. Oleh karena itu skema ini jarang digunakan dan kalaupun digunakan maka skema tersebut harus dilengkapi dengan perangkat lain untuk menghindarkan salah kerja.
6.3.2 Transfer Tripping Capaian Kurang Permisif
Skema proteksi dengan transfer tripping capaian kurang permisif (sering disingkat dengan PUP) diatas dapat lebih disempurnakan dengan melengkapi rele jarak tersebut dengan sarana yang dapat digunakan untuk mengenali sinyal yang diterima (dalam bentuk kontak).
Kontak sinyal intertripping dihubung seri dengan kontak elemen rele jarak dimana gangguan terlihat pada daerah Zone 2.
Dengan menggabungkan kombinasi kedua kontak sedemikianrupa misal dengan rangkaian kendali maka tripping hanya bisa terjadi apabila kedua kontak hadir secara bersamaan.
Dalam hal ini kontak rele Zone 2 disebut sebagai kontak pengendali yang membolehkan perintah trip yang diterima dari ujung jauh. Artinya tripping remote baru dilaksanakan apabila sudah menerima sinyal trip dan rele remote tersebut juga sudah merasakan gangguan pada Zone.
Skema tersebut dapat dilihat seperti pada Gambar 6.5 dibawah. Skema ini kemudian dikenal sebagai rele jarak capaian kurang permisif (permissive under-reach distance protection). Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa kondisi tripping akan tercapai apabila kedua rele sudah sama-sama mendeteksi adanya gangguan sebelum rele pada ujung remote di ijinkan untuk melakukan trip pada dengan waktu Zone 1.
Rangkaian penyetelan ulang elemen time delay rele penerima perlu dirancang untuk memastikan bahwa rele pada kedua ujung salah satu saluran yang terganggu dari sirkit saluran pararel mempunyai waktu trip pada waktu gangguan terjadi dekat salah satu ujung saluran. Untuk lebih jelas, misalkan gangguan pada titik F terjadi dalam saluran paralel seperti terlihat pada Gambar 6.6.
Karena letak titik gangguan F terjadi dekat Gardu A, maka akan ada daya yang kecil yang (dapat diabaikan) akan mengalir ke titik gangguan (infeed) dari Gardu B.
Meskipun PMT P sisi Gardu A sudah mengalami tripping akibat elemen Zone 1, namun karena arus yang tetap bertahan melalui Gardu B demikian kecil maka rele jarak pada Gardu B hanya bisa merasakan arus gangguan pada daerah Zona 2.
+ Z1 Z2T Z3T Z2 TR
-Kumparan Trip Z2 Z2T Rele Pewaktu Z3 Z3T RRX Z1 Rangkaian Teleproteksi Ke GI Lawan RR RRX Kontak Terima Reset (Drop Off)Dengan Waktu Tunda
+
(a) Rangkaian Urutan Tripping
Sinyal Kirim Sinyal Terima Rangkaian Pengirim Rangkaian Penerima Sinyal Kirim Sinyal Terima R e le J a ra k R e le J a ra k Perangkat Persinyalan Ujung A Perangkat Persinyalan Ujung B Rangkaian Pengirim Rangkaian Penerima (b) Susunan Persinyalan
Gambar 6.5: Skema Transfer Tripping Capaian Kurang Permisif
Untuk mengatasi kendala ini maka pada waktu elemen rele Zone 1 melakukan tripping lokal sekaligus dia mengirimkan sinyal perintah tripping ke PMT Q di Gardu B. Disamping untuk melakukan perintah tripping, sinyal tripping permisif ini sekaligus digunakan untuk me-reset rele di ujung B sehingga tidak perlu menunggu tripping pada waktu Zone 2 B.
A
~
P F R Q S B(a) Gangguan Terjadi, Tegangan Busbar Rendah Sehingga Arus Gangguan Dari Sisi B Dapat Diabaikan
A
~
P F R Q S B buka(b) Rele A Trip PMT Pada Sisi Ujung A Sehingga Arus Gangguan Mulai Beralih Dari Sisi B
Gambar 6.6: Skema PUP Pada Gangguan Yang Terjadi Dekat Pembangkit Pada Saluran Paralel
Dalam keadaan terbatas skema proteksi PUP hanya memerlukan satu kanal komunikasi dengan kemampuan sinyaling dua arah antara ke dua ujung saluran transmisi seperti pada kanal-kanal push to talk dimana kanal tersebut dapat dipakai secara bersama secara bergantian.
Kelemahan sistim ini adalah ketidak mampuannya untuk menghasilkan tripping cepat khususnya dalam kondisi PMT-Q pada GI B yang terhubung dengan daya injeksi lemah (weak infeed) yang tidak bisa dideteksi oleh elemen Zone 2 rele tersebut sehingga intertripping tidak akan berhasil dilakukan.
Untuk memperbaikinya diperlukan fitur-fitur khusus atau skema-skema lain seperti yang akan dibahas pada Bab 6.3.5.
6.3.3 Skema Percepatan Capaian Kurang Permisif
Skema percepatan capaian kurang permisif ini diterapkan pada saluran yang dilengkapi dengan kanal komunikasi yang diperlukan untuk memungkinkan daerah rele-rele jarak yang terpasang pada kedua ujung saluran dapat diswitch dari satu zone ke zone lainnya. Skema ini secara umum dikenal dengan zone switched distance relay. Pada skema ini terdapat elemen pengukur bersama baik untuk pengukuran Zone 1 maupun untuk pengukuran Zone 2 pada rele jarak.
Dengan teknik tertentu hasil pengukuran elemen Zone 1 diperlebar hingga Zone 2 sehingga tripping dapat dilakukan dengan lebih cepat tanpa mengalami kelambatan waktu tunda Zone 2. Cara ini disebut skema proteksi jarak capaian kurang (under reach distance protection scheme).
Pada skema rele capaian kurang zone 1 dibuat fasilitas yang di rancang untuk mengirimkan sinyal ke ujung remote saluran sebagai kondisi tambahan yang dapat digunakan untuk mempercepat tripping PMT remote ujung saluran. Kontak rele yang diterima di buat untuk memperluas capaian elemen pengukur dari Zona 1 hingga mencakup Zona 2.
Hal ini akan mempercepat penyelesaian gangguan pada ujung remote pada gangguan-gangguan yang berada pada daerah-daerah capaian Zona 1 dan Zona 2. Skema ini diperlihatkan pada Gambar 6.7. Rele jarak yang dilengkapi dengan switched measuring element hanya terdapat pada rele-rele jarak konvensional.
Z3A Z1A A Z1B B C Z2A Z2B Z3B
(a) Karakteristik Jarak – Waktu
+ Z1&Z2 Z3T Z3 TR
-Kumparan Trip Z2T Rele Perubah Daerah Capaian Z3T Z1 Rangkaian Teleproteksi Ke GI Lawan Z2 Z2T RR +(b) Rangkaian Urutan Tripping
Gambar 6.7: Rangkaian Kendali Proteksi Percepatan Capaian Kurang Permisif 6.3.4 Transfer Trip Capaian Lebih Permisif
Dalam skema transfer trip capaian lebih permisif (Permissive over reach transfer trip) yang secara populer disingkat dengan POP, elemen capaian lebih rele jarak di setel untuk dapat mencapai daerah pengamanan hingga melebihi ujung saluran yang diproteksi. Skema yang biasa dilakukan adalah dengan mengirimkan sinyal intertrip Zone 2 ke ujung remote saluran.
Sama seperti pada skema capaian kurang permisif maka untuk menghindarkan terjadinya tripping diluar daerah cakupan proteksi sebagaimana mestinya, maka sinyal kontak terima dibuat untuk dapat dipandu sehingga bisa dikombinasikan dengan kontak rele direksional seperti dapat dilihat pada Gambar 6.8.
Kontak-kontak instant (tanpa pewaktu sperti pada gambar) elemen rele Zona 2 digunakan untuk mengirim dan menerima sinyal, yang kemudian dipandu dan disupervisi oleh pintu AND dan kondisi sinyal tanda Zona 2 kerja. Kalau kedua sinyal terjadi secara bersamaan maka tripping sesaat dapat dilaksanakan tanpa menunggu waktu tunda Zone 2. Skema ini kemudian dinamai sebagai skema transfer trip capaian lebih permisif yang kadang-kadang disingkat dengan POP atau skema perbandingan direksional (directional comparation scheme) atau skema proteksi rele jarak capaian lebih permisif.
+ Z1 Z2T Z3T Z2 TR
-Kumparan Trip Z2 Z2T Rele Pewaktu Z3 Z3T RR Z2 Rangkaian Teleproteksi Ke GI Lawan Kontak Terima +(a) Rangkaian Urutan Tripping
Pemancar (f1) Sinyal Kirim Pemancar (f2) Sinyal Terima f1 f2 f2 f1 Pemancar (f2) Pemancar (f1) Sinyal Kirim Sinyal Terima R e le J a ra k R e le J a ra k Perangkat Persinyalan Ujung A Perangkat Persinyalan Ujung B (b) Susunan Persinyalan
Gambar 6.8: Rangkaian Kendali Transfer Trip Capaian Lebih Permisif
Mengingat pensinyalan kanal harus dapat dilakukan secara bersama pada saat yang bersamaan oleh masing-masing elemen capaian lebih Zone 2 pada kedua ujung saluran, maka skema ini perlu mempunyai sistim komunikasi dupleks yaitu masing-masing satu kanal frekuensi untuk setiap arah komunikasi.
Meskipun skema capaian lebih permisif ini dapat bekerja dengan baik namun jenis proteksi jarak yang umum digunakan untuk mengamankan saluran-saluran pendek adalah rele jenis mho atau kuadramho. Hal ini karena komponen tahanan Zone 2 saluran pendek biasanya lebih besar dari komponen tahanan Zone 1.
Untuk menghindari salah kerja pada kondisi dimana arah arus dapat terbalik seperti bisa terjadi saluran-saluran pararel (lihat Gambar 6.6), maka rangkaian trip permisif sistim proteksi dilengkapi dengan rangkaian pewaktu (time delay) yang berguna untuk memblokir sinyal tripping permisif yang diterima dari ujung remote sebagai akibat terjadinya pembalikan arah arus, dimana rele lokal sebelumnya sudah melihat gangguan tersebut sebagai gangguan Zone 2 (lihat Gambar 6.9).
Skema ini dikenal sebagai pengaman terhadap arus terbalik yang dalam prakteknya baru perlu diperhatikan bila setelen zone 2 dilakukan lebih dari 150% panjang saluran
yang diproteksi. Untuk jelasnya gejala arus terbalik ini dapat dijelaskan dengan menggunakan Gambar 6.6.
Bila terjadi gangguan dititik F pada saluran AB maka rele proteksi A akan kerja lebih cepat dari B. Sesaat setelah PMT P trip, maka arah arus gangguan akan berbalik melalui saluran yang sehat seperti terlihat pada gambar. Rele C pada saluran CD yang sehat akan melihat gangguan yang masih bertahan pada zone 2 dan pada saat yang sama akan mengirim sinyal ke Rele D di ujung saluran yang sehat tersebut. Rele D terakhir ini sebelumnya sudah melihat gangguan F di zone 2 namun belum sempat reset setelah PMT C saluran yang terganggu sudah trip.
Gangguan pada kondisi spesifik ini harus bisa diantisipasi untuk menghindari kedua PMT pada saluran yang sehat bisa sama-sama tripping. Pewaktu tersebut dinyalakan bila menerima sinyal dan zone 2 tidak bekerja (lihat Gambar 6.9).
Pewaktu atau timer tersebut di energized bila sinyal diterima dan elemen Zone 2 tidak bekerja. Pewaktu mempunyai fasilitas untuk mengatur lamanya waktu tunda pick up (tp) yang biasanya di setel sedemikian untuk memungkinkan tripping sesaat terhadap setiap gangguan internal misalnya karena kelambatan waktu Zona 2. Pewaktu akan kerja dan memblok permissive trip dan rangkaian pengirim sinyal selama waktu terjadinya perubahan arah arus terbalik.
Pewaktu tersebut akan di de-energised (reset) oleh kontak elemen sinyal terima pada waktu elemen Zona 2 kerja. Pada waktu arah arus yang mengalir pada saluran-saluran yang sehat berbalik arah maka waktu tunda reset (td) dari pewaktu di set mencakup setiap cakupan waktu lebih (overlap) yang dibangkitkan oleh bekerjanya elemen Zona 2 dan sinyal penyetelan ulang pada ujung remote saluran.
+ Z1 Z2 Z3 Z2 TR
-Kumparan Trip Z2 Z2T Rele Pewaktu Z3 Z3T RR RangkaianTeleproteksi Sinyal Kirim
RB Rele Arah Balik
Z3 RB Kontak Terima Z2 RR tp td +
Gambar 6.9: Rangkaian Kendali Proteksi Arus Terbalik Pada Skema Capaian Lebih Permisif
Perlu diperhatikan bahwa penggunaan pewaktu pada metode proteksi ini bukan berarti memperpanjang waktu tunda tambahan dalam rangkaian permissive trip gangguan internal. Proteksi dengan menggunakan elemen rele Zona 2 diatas sering dikaitkan sebagai skema POP Z2.
Alternatif lain yang bisa dilakukan adalah dengan menggunakan elemen Zone 1 sebagai elemen Zona 2 dan sering diringkas dengan skema POP Z1. Untuk lebih jelasnya, pembahasan mengenai gejala berubahnya arah arus gangguan ini masih akan dibahas pada Bab 7.2.2 lebih lanjut.
6.3.5 Ujung Saluran Pada Pasokan Lemah
Penanggulangan gangguan-gangguan yang terjadi pada titik-titik ujung zone saluran yang mempunyai pasokan lemah tidak dapat dilakukan secara cepat dengan menggunakan skema proteksi transfer trip capaian lebih permisif standar, maupun dengan menggunakan skema transfer trip capaian rendah permisif standar biasa. Untuk mengantisipasi keterbatasan proteksi pada kondisi saluran transmisi yang mungkin mempunyai pasokan lemah dapat dilakukan dengan dua cara sebagai berikut.
Salah satu cara yang digunakan untuk menanggulangi masalah tersebut antara lain adalah dengan menambahkan rangkaian sinyal gema (echo circuit) pada skema proteksi standar diatas. Rangkaian sinyal gema adalah rangkaian yang bisa digunakan untuk mengembalikan sinyal kembali ke sisi pengirim apabila rele penerima tidak bekerja menanggapi gangguan yang terjadi.
Pada rele-rele jarak numeris biasanya sudah dilengkapi dengan modul-modul yang dapat digunakan untuk melakukan fungsi rangkaian gema ini. Suatu rele jarak yang sudah dilengkapi dengan rangkaian gema pantul dapat digunakan untuk menyempurnakan sistim proteksi khususnya pada saluran-saluran yang salah satu ujungnya mempunyai pasokan lemah dimana gangguan yang terjadi tidak cukup besar untuk menggerakkan elemen-elemen kerja rele proteksi. Dengan menggunakan skema proteksi pasokan lemah, dapat dibuat suatu penanggulangan cepat yang dapat mengatasi gangguan-gangguan meskipun terjadi diujung-ujung saluran yang mungkin mempunyai pasokan lemah.
Diagram lojik skema proteksi dengan pasokan lemah dapat diperlihatkan seperti pada Gambar 6.10. Sebagaimana dapat dilihat pada gambar tersebut, rangkaian sinyal gema pantul ini dilengkapi dengan perangkat pewaktu yang dihubungkan dengan sinyal kontak bantu PMT. Fungsi pewaktu ini dirancang untuk menghindarkan terjadinya tripping pada PMT ujung remote lain sebagai akibat PMT pada ujung pengirim mendapat perintah tripping dari rele-rele lain yang tidak berkaitan dengan skema proteksi rele jarak.
Dalam hal ini pewaktu (T1) berfungsi untuk memastikan bahwa elemen zone 2 rele remote yang sebelumnya sudah melihat gangguan dapat reset sebelum menerima sinyal gema pantul. Masalah yang timbul pada pengiriman sinyal pantul dimana PMT ujung remote sudah sempat tripping adalah kemungkinan sinyal tersebut akan terkirim terus menerus karena tidak mendapat tanggapan umpan balik.
+ PMT buka
-RT1 Pewaktu RT2 RT1 RR* RT1 RT2 RT1 RR Rangkaian Teleproteksi Sinyal PMT Open (Pasokan Lemah) RR* dari Gambar 7.9 +Gambar 6.10: Rangkaian Kendali Gema Pantul Pasokan Lemah (Weak Infeed Echo) Untuk menghindari kejadian ini digunakan pewaktu T2 seperti pada Gambar 6.10 diatas dimana sesudah waktu tunda tertentu pengiriman sinyal (signal send) akan di blokir sehingga tidak akan terkirim secara terus menerus.
Cara lain untuk mengamankan saluran dengan pasokan lemah ini misalnya dapat dilakukan dengan berbagai varian rangkaian gema pasokan lemah yang pada prinsipnya dapat digunakan untuk memungkinkan tripping pada ujung remote terhadap gangguan lokal yang terjadi diujung saluran dengan pasokan lemah atau dalam posisi terbuka.
Skema dengan berbagai fasilitas tripping ini dikenal sebagai Weak Infeed Trip yang sekali lagi dapat berfungsi untk melakukan perintah trip pada kondisi pasokan lemah sehingga PMT-PMT pada kedua ujung saluran dapat trip secara bersamaan sesuai dengan skema yang diharapkan.