RELE JARAK SEBAGAI PROTEKSI SALURAN TRANSMISI

RELE JARAK SEBAGAI PROTEKSI

SALURAN TRANSMISI

Oleh :

CRISTOF NAEK HALOMOAN TOBING 0404030245

Sistem Transmisi dan Distribusi

DEPARTEMEN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

RELE

 

JARAK

 

SEBAGAI

 

PROTEKSI

  

SALURAN

 

TRANSMISI

 

Sistem transmisi memegang peranan yang sangat penting dalam proses  penyaluran  daya.  Oleh  karena  itu  pengaman  pada  saluran  transmisi  perlu  mendapat perhatian yang serius dalam perencanaannya. Sistem transmisi sendiri  merupakan sistem dinamis kompieks yang parameter‐parameter dan keadaan  sistemnya berubah secara terus menerus. Oleh karena itu strategi pengamanan  harus disesuaikan dengan perubahan dinamis tersebut dalam hal desain dan  seting peralatannya.  Rele  sebagai  salah  satu  bagian  penting dalam  system  pengamanan  saluran  transmisi  harus  mempunyai  kemampuan  mendeteksi  adanya gangguan pada semua keadaan yang kemudian memisahkan bagian  sistem yang terganggu tersebut sehingga dapat meminimalkan kerusakan pada  bagian yang terganggu dan mencegah gangguan meluas ke saluran lain yang  tidak terganggu. 

Rele jarak digunakan sebagai pengaman pada saluran transmisi karena  kemampuannya dalam menghilangkan gangguan (fault clearing) dengan cepat  dan  penyetelannya  yang  relatif  mudah.  Pada  prinsipnya  rele  jarak  adalah  mengukur nilai arus dan nilai tegangan pada suatu titik tertentu dan kemudian  membandingkannya  dengan  suatu  nilai  seting  tertentu  untuk  menentukan  apakah rele narus bekerja atau tidak. Supaya rele dapat berfungsi dengan baik  dalam kapasitasnya sebagai pengaman saluran transmisi maka perlu adanya  kordinasi antara satu rele dengan rele di terminal lawannya juga dengzn rels  pada  seksiseksi  berikutnya.  Kordinasi  rele  jarak  selama  ini  berdasarkan  parameter saluran transmisi dengan kompensasi perkiraan besarnya gangguan  yang dihitung secara off‐line. Tetapi dengan keadaan sistem yang berubah‐ubah  yang mengakibatkan parameter saluran transmisi juga berubah serta adanya  gangguan yang tidak bisa diperkirakan besarnya, maka seting rele yang ada bisa  menjadi tidak selektif. Oleh karena itu diperlukan kordinasi rele yang lebih baik 

yang dapat menyesuaikan dengan keadaan sistem tersebut. Dengan cara ini  dimungkinkan untuk memperbaiki kinerja pengamanan. 

 

Pengertian

 

Saluran

 

Transmisi

   

Sistem Sistem transmisi adalah suatu sistem penyaluran energi listrik  dari satu tempat ke tempat lain, seperti dari stasiun pembangkit ke substation  (gardu induk). Pemakaian sistem transmisi didasarkan atas besarnya daya yang  harus  disalurkan  dari  pusat‐pusat  pembangkit  ke  pusat  beban  dan  jarak  penyaluran yang cukup jauh antara sistem pembangkit dengan pusat beban  tersebut.  Sistem  transmisi  menyalurkan daya  dengan  tegangan  tinggi yang  digunakan untuk mengurangi adanya rugi‐rugi akibat jatuh tegangan. 

Sistem transmisi dapat dibedakan menjadi sistem transmisi tegangan  tinggi (high voliage, HV), sistem transmisi tegangan ekstra tinggi (extra high 

voltage, EHV),  dan sistem  transmisi ultra tinggi (Ultra  high  voltage,  UHV). 

Besarnya tegangan nominal saluran transmisi tegangan tinggi ataupun ekstra  tinggi  berbeda‐beda untuk setiap negara atau perusahaan  listrik  di  Negara  tersebut, tergantung kepada kemajuan tekniknya masing‐masing. Di Indonesia  tegangan tinggi yang digunakan adalah 150 kV dan tegangan ekstra tinggi adalah  tegangan 500 kV yang terinterkoneksi antara Jawa dan Bali. Sistem interkoneksi  ekstra tinggi ini merupakan bagian terpenting dari penyaluran daya di Indonesia  sehingga kelangsungan dan keandalan sistem ini harus selalu dijaga.               

Saluran  trasmisi  merupakan  suatu  slstem  yang  kompleks  yang  mempunyai karakteristik yang berubah‐ubah secara dinamis sesuai keadaan 

sistem  itu  sendlri.  Adanya  perubahan  karakteristik  ini  dapat  menimbulkan  masalah jika tidak segera dapat diantlsipasi. Dalam hubungannya dengan system  pengamanan  suatu  sistem  transmisi,  adanya  perubahan  tersebut  harus  mendapat pertiatian yang besar mengingat saluran transmisi mmiliki arti yang  sangat penting dalam proses penyaluran daya. Masalah‐rnasalah yang timbul  pada saluran transmisi, diantaranya yang terutama adalah: 

1.  Pengaruh perubahan frekuensi sistem 

Frekuensi dari suatu sistem daya berubah secara terus menerus dalarn suatu  nilai batas tertentu. Pada saat terjadi gangguan perubahan frekuensi dapat  merugikan  baik  terhadap peralatan ataupun sistem transmisi  itu sendiri.  Pengaruh yang disebabkan oleh perubahan frekuensi ini terhadap saluran  transmisi adalah pengaruh pada reaktansi. Dengan perubahan frekuensi dari 

ω1 ke ω1’ dengan kenaikan Δω1, reaktansi dari saluran akan berubah dari X  ke X' dengan kenaikan ΔX. 

Perubahan reaktansi ini akan berpengaruh terhadap pengukuran impedansi  sehingga  impedansi  yang  terukur  karena  adanya  perubahan  pada  nilai  komponen reaktansinya akan berbeda dengan nilai sebenarnya. 

2.  Pengaruh dari ayunan daya pada sistem 

Ayunan daya terjadi pada sistem paralel pembangkitan (generator) akibat  hilangnya singkronisasi salah satu generator sehingga sebagian generator  menjadi motor dan sebagian becbeban lebih dan ini terjadi bergantian atau  berayun.  Adanya ayunan daya  ini  dapat  menyebabkan  kestabilan sistem  terganggu.  Ayunan  daya  ini  harus  segera  diatasi  dengan  melepaskan  generator yang terganggu. Pada saluran transrnisi adanya ayunan daya ini  tidak boleh rnembuat kontinuitas pelayanan terganggu, tetapi perubahan arus  yang terjadi pada saat ayunan daya bisa masuk dalam jangkauan sistem  pengamanan sehingga memutuskan aliran arus pada saluran transmisi. Suatu  sistem proteksi  harus dapat  membedakan adanya  ayunan  dayainidengan  adanyagangguan. 

3. Pengaruh gangguan pada sistem transmisi 

Saluran transmisi mempunyai resiko paling besai bila mengalami gangguan,  karena  ini  akan  berarti  terputusnya  kontinuitas  penyaluran  beban.  Terputusnya penyaluran listrik dari pusat pembangkitan ke behm tentu sangat  rnerugikan bagi pelanggan terutama industri, karena berarti terganggunya  kegiatan  operasi  di  industri  tersebut.  Gangguan  periyediaan  listrik  tidak  dikehendaki oleh siapapun, tetapi ada kalanya gangguan tersebut tidak bisa  dihindari. Oleh karena itu dipeilukan usaha untuk mengurangi akibat adanya  gangguan tersebut atau memisahkan bagian yang terganggu dari sistem.  Gangguan pada saluran transmisi merupakan 50% dari seluruh gangguan yang  terjadi pada sistem tenaga listrik. Diantara gangguan tersebut gangguan yang  terbesar frekuensi terjadinya adalah gangguan hubung singkat satu fasa ke  tanah, kaitu sekitar 85% dari totai gangguan pada transmisi saluran udara.  Suatu sistim proteksi harus dapat mendeteksi semua gangguan apakah itu  gangguan antar fasa atau gangguan satu fasa ke tanah. Karena sifat‐sifat  gangguan tersebut berbeda maka untuk mendapatkan pengukuran yang betul  adalah  dengan  mengukur  impedansi  yang  berbeda‐beda  untuk  setiap  gangguan. 

 

Sistem

 

Proteksi

  

Proteksi sistem tenaga listrik adalah pengisolasian kondisi abnormal pada  sistem TL untuk meminimalkan pemadaman dan kerusakan yang lebih lanjut.  Dalam merancang sistem proteksi, dikenal beberapa falsafah proteksi, yaitu: 

1. Ekonomi  :   Peralatan proteksi mempunyai nilai ekonomis.   2. Selektif  :    Dapat mendeteksi dan mengisolasi adanya gangguan.  3. Ketergantungan  :    Proteksi hanya bekerja jika terjadi gangguan. 

4. Sensitif  :  Mampu  mengenali  gangguan,  sesuai  setting  yang  ditentukan,     walau gangguannya kecil sekalipun.  5. Cepat   :    Mampu bekerja dalam waktu yang sesingkat mungkin.  6. Stabil   :    Proteksi tidak mempengaruhi kondisi yang normal 

 

T

  s u y 7. Keaman

Tujuan

 

pro

„ „ „ „ „ „ „ „ „

Rele

 

Jarak

„ Berfu „ Dilak apak Rele  saluran tran untuk mend yang teruku nan   : 

oteksi

  

„ Mengura „ Menemp „ Mengeta „ Melindun „ Mengura „ Mengura „ Mencega akibat da „ Melindun kestabila „  Untuk m

k

 

ungsi memb kukan denga kah sesuai at jarak (dista nsmisi. Rele dapatkan im ur di dalam 

Memastikan gangguan ngi kerugian atkan dan m hui jenis dar ngi keseluruh ngi kerusaka ngi waktu p h panas dan ari kegagalan ngi  dari  j n  elindungi ke baca impeda an cara men

tau tidak den ance relay) m e jarak men mpedansi sal batas settin n  proteksi  n produksi  memisahkan  ri gangguan han dari sist an dan mem roduksi  n medan ma n yang terjad jatuh  tega eselamatan d nsi.   ngukur arus ngan batas s merupakan  nggunakan p luran yang  ngnya, maka tidak  beke peralatan d em (primer  mperbaiki har agnetic yang di.   angan  untu dari pegawa s dan tegan settingnya.  proteksi ya pengukuiran harus diama  rele akan b

erja  jika  tid

ari ganggua sampai sini) rga   berlebih pe uk  mempe ai yang beker ngan pada s ng paling ut n   tegangan ankan. Jika  bekerja.   Di  dak  terjadi    n  )  erlatan dari  ertahankan  rja  suatu zona  tama pada  n dan arus  impedansi  sebut rele 

jarak, karena impedansi pada saluran besarnya akan sebanding dengan panjang  saluran. Oleh karena itu, rele jarak tidak tergantung oleh besarnya arus gangguan  yang terjadi, tetapi tergantung pada jarak gangguan yang terjadi terhadap rele  proteksi.  Impedansi  yang  diukur  dapat  berupa  Z,  R  saja  ataupun  X  saja,  tergantung jenis rele yang dipakai. 

  Macam‐macam  rele  jarak,  yang  digunakan  untuk  proteksi  saluran  transmisi dapat dilihat pada tabel berikut ini. 

Tabel Jenis Rele jarak Untuk Proteksi Saluran Transmisi 

Jenis Rele  Rumus Diagram 

Reaktansi  T = K2 VI sin θ + K2 I2 

(α = 90°) 

 

Resistansi  T = K2 VI cos  θ + K2 I2 

(α = 0°) 

Offset mho  T = K1 V2 + K2 VI cos  (θ ‐ α) + K2 I2 

    Impedansi  T = K1V2 + K2I2 (K2 = 0)  (K2 = 0)    R X R X R X α R X

Mho  T = K1 V2 + K2 VI cos  (θ ‐ α)       Konduktansi  T = K1 V2 + K2 VI cos  θ  (α = 0°)    Suseptansi  T = K1 V2 + K2 VI sin  θ  (α = 90°)     

Setting

 

Rele

 

Jarak

 

Setting  rele  jarak  berdasarkan  pada  derah    atau  zone  dari  saluran  transmisi yang akan diproteksi. Zone ini menggambarkan  seberapa panjang  saluran yang diproteksi oleh pengaman jarak. Secara umum, zone pada proteksi  rele jarak terdiri dari tiga zone, yaitu: 

a. Zone I   : mengamankan saluran yang diproteksi (protected line)  Settingnya adalah 80 persen impedansi saluran yang diproteksi. 

b. Zone II   :  mengamankan saluran yang diproteksi  (protected line) dan  saluran sebelahnya (adjacent line) 

Settingnya adalah 120 persen impedansi saluran yang diproteksi.  c. Zone III  : mengamankan saluran sebelahnya (adjacent line) 

Settingnya  adalah saluran  yang  diproteksi ditambah 120 persen  saluran  sebelahnya (adjacent line)       R X α R X R X

Pengaruh

 

Infeed

 

Pengaruh infeed adalah pengaruh penambahan atau pengurangan arus  menuju ke  titik gangguan  terhadap arus yang  melewati rele.  Hal  ini akan  menyebabkan  pendeteksian  lokasi  gangguan  menjadi  salah.  Hal‐hal  yang  menyebabkan terjadinya pengaruh infeed adalah: 

a. Pembangkit pada ujung saluran yang diamankan. 

Seperti terlihat pada gambar dibawah ini, maka jika terjadi gangguan di titik  F, impedansi  dilihat dari rele A adalah : 

Z rA  = VA/I1 = (I1ZAB + IF ZBF)/ I1 

   = ZAB + (IF/I1) ZBF 

    = ZAB + [ (I1 + I2)/I1] ZBF 

   = ZAB + (1 + I2/I1) ZBF 

Sehingga rele di A akan merasakan gangguan semakin jauh, tidak sesuai  dengan yang sebenarnya. Hal ini mempengaruhi setting zone 2 dan zone 3.  Dengan adanya infeed ini, maka jangkauan rele menjadi lebih pendek. 

 

Pengaruh Infeed Akibat Adanya Unit Pembangkit di Ujung  

Saluran Yang Diproteksi 

b. Perubahan saluran transmisi 

Perubahan konfigurasi saluran akan mempengaruhi impedansi yang terbaca  oleh rele jarak. Sebagai contoh kasus   adalah seperti berikut ini (seperti  gambar di bawah ini): 

• Saluran tunggal ke ganda 

Impedansi dilihat dari rele A, dengan gangguan di titik F adalah:  ZrA   = (I ZAB + I1 ZBF)/I 

  = ZAB + I1/I ZBF    = ZAB + [(2l – x) / 2l ] ZBF  I1 IF I2 A F B C

Gangguan di dekat bus B, x = 0, maka k = 1  Gangguan di bus C,  x = l, maka k = ½ 

Sehingga gangguan disalah satu transmisi antara B‐C, impedansi yang  dilihat  oleh  rele  A  selalu  lebih  kecil  dari  sesungguhnya.  Akibatnya  jangkauan rele lebih panjang. 

• Saluran ganda ke tunggal  

Impedansi saluran jika dilihat dari rele A, untuk gangguan di titik F adalah:  ZrA   = (I1 ZAB + IF ZBF)/I1 

  = ZAB + IF/I1 ZBF 

  = ZAB + [(I1/I2)/I1] ZBF 

Jika I1= I2, maka ZrA = ZAB + 2ZBF 

Sehingga gangguan setelah bus B, impedansi dilihat dari rele A akan selalu  lebih besar. Akibatnya rele mempunyai jangkauan yang lebih pendek.     (a)    ( b) 

Pengaruh Infeed Akibat perubahan Saluran 

  I I1 I2 A F B C l x I1 IF I2 A F B C I1