4._aspek_teknis_dalam_perhitungan_setting_penghantar.pdf

8/10/2019 4._ASPEK_TEKNIS_DALAM_PERHITUNGAN_SETTING_PENGHANTAR.pdf

1/18

PT PLN (Persero)

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Aspek Teknis Dalam Perhitungan Setting Penghantar

Berbagi danmenyebarkanilmu pengetahuanserta nilai-nilai perusahaan 42

4. ASPEK TEKNIS DALAM PERHITUNGAN SETTING PENGHANTAR

4.1 Konfigurasi jaringan dan Sistem Pentanahan

4.1.1 Klasif ikasi Panjang Saluran Transmisi

Panjang saluran transmisi dapat dikelompokan berdasarkan

perbandingan impedansi sumber terhadap impedansi saluran yang

diproteksi (Source to Impedance Ratio = SIR) dikelompokan kedalam

tiga kategori yaitu saluran transmisi pendek, menengah dan panjang.

SIR menunjukan kekuatan sistem yang akan diproteksi, semakin kecil

SIR berarti semakin kuat sumber yang memasok saluran transmisi

tersebut, dan sebaliknya.

-Saluran Pendek dengan SIR4

-Saluran Menengah dengan 0.5 < SIR< 4

-Saluran Panjang dengan SIR0.5

Untuk sistem tegangan yang lebih besar dengan SIR yang sama akan

diperoleh panjang saluran yang lebih besar, dengan demikian

pengelompokan saluran pendek, sedang dan panjang akan berbeda

untuk sistem tegangan yang berbeda. Sebagai pertimbangan, untuk

Saluran transmisi dengan panjang tertentu, impedansi per unit berubah,

lebih dipengaruhi tegangan nominal daripada impedansi ohmik.

Faktor ini bersama dengan perbedaan impedansi hubung singkat pada

tingkat tegangan yang berbeda, menunjukkan bahwa tegangan nominal

mempengaruhi SIR oleh kerena itu jenis relai dan pola proteksi yang

akan dipergunakan harus disesuaikan dengan panjang saluran

transmisi yang dilindungi. Untuk penghantar dengan 2 SIR yang

berbeda dipilih SIR yang terbesar.


2/18

PT PLN (Persero)



4.1.2 Sistem Pentanahan

Pada saluran transmisi, umumnya ditanahkan secara langsung (solid),dengan semua sumber pentanahan terhubung secara fisik ke

pentanahan di terminal. Akan tetapi, beberapa sistem transmisi lama

ditanahkan melalui tahanan pentanahan untuk mengurangi arus

gangguan satu fasa ke tanah.

Sistem pentanahan dengan tahanan dalam hal tertentu lebih sulit

diproteksi. Permasalahan yang mungkin timbul adalah arus gangguan

yang terjadi dapat lebih kecil nilainya dari pada arus beban. Hal ini

dapat mengurangi kehandalan pada skema arus. Masalah lain adalah

arus gangguan yang mengalir sefasa dengan arus beban, yang

menyulitkan dalam membedakan mana yang merupakan arus

gangguan dan arus beban. Kondisi ini mengurangi kemungkinan

penggunaan hanya satu skema relai berbasis impedansi saja pada

sistem transmisi dengan pentanahan sistem tahanan.

Sistem transmisi 150 kV, 275 kV dan 500 kV hanya menggunakan satu

macam pentanahan netral yaitu pentanahan langsung (solid).

Pentanahan ini dapat dikatakan sebagai pentanahan efektif bila

memenuhi Xo/X1 < 3,0 dan Ro/X1 < 1,0). Dengan sistem pentanahan

efektif, arus gangguan fasa-tanah yang timbul cukup besar sehingga

peralatan proteksi dapat bekerja lebih selektif namun memerlukan

waktu pemutusan yang lebih cepat.

Pada sistem transmisi 70 kV menggunakan berbagai macam sistem

pentanahan titik netral yaitu :- Sistem 70 kV di wilayah Jawa Barat dan DKI Jaya mengunakan

tahanan rendah 40 - 62

- Sistem 70 kV di wilayah Jawa Timur mengunakan tahanan tinggi

200


3/18

PT PLN (Persero)



- Sistem 70 kV di wilayah Palembang mengunakan tahanan tinggi

133

- Sistem 70 kV di wilayah Bengkulu dan Sulawesi Utara mengunakan

pentanahan langsung (solid )

4.1.3 Jenis Saluran

Saluran transmisi dapat berupa saluran udara atau saluran kabel

maupun kombinasi dari keduanya.

Saluran transmisi yang terdiri dari saluran kabel dan saluran udara,

tetapi saluran kabel lebih dominan maka digunakan proteksi saluran

kabel. Sebaliknya, jika saluran udara yang lebih dominan maka

digunakan proteksi saluran udara. Untuk kasus khusus yang sulit

dibedakan mana yang lebih dominan, perlu ditetapkan berdasarkan

perhitungan-perhitungan sesuai dengan keadaan saluran tersebut.

Sebagian besar gangguan pada saluran udara adalah gangguan

temporer sehingga untuk mempertahankan kontinuitas penyaluran

digunakan penutup balik otomatis, sedangkan pada saluran kabel

gangguan yang terjadi adalah gangguan yang bersifat permanen

sehingga tidak diperlukan penerapan penutup-balik otomatis.

Pada saluran kabel induktansi cenderung lebih kecil dari pada saluran

udara sehingga reaktansi gangguan menjadi lebih kecil. Hal ini menjadi

pertimbangan dalam pemilihan jenis relai.

4.1.4 Konfigurasi Transmisi.

Konfigurasi saluran transmisi dapat berupa jaringan sirkit tunggal,

ganda, radial, loop, T-connection. Konfigurasi ini menjadi pertimbangan

dalam memilih pola proteksi dan pola auto reclose.

Pada konfigurasi saluran transmisi yang pasokan daya pada salah satu

ujung sangat lemah (Weak Infeed), seperti pada jaringan radial,


4/18

PT PLN (Persero)



memerlukan fungsi khusus bila menggunakan relai jarak. Sebagai

contoh pada saluran weak infeed digunakan fungsi carrier recieve dan

under voltage untuk mendeteksi gangguan.

4.2 Pengaruh Infeed Current terhadap Distance Relay

Infeed merupakan fenomena penambahan atau pengurangan arus yang

melalui suatu titik yang tidak dirasakan oleh relai. Infeed current akan

mempengaruhi besaran impedansi yang dideteksi oleh relai sehingga

seolah-olah menjadi lebih besar atau sebaliknya menjadi lebih kecil.

Faktor infeed ini akan berpengaruh pada penentuan setting jangkauan

impedansi pada zone-2 dan zone-3, seperti pada konfigurasi pada

jaringan-jaringan sbb :

4.2.1 Adanya pembangkit pada ujung saluran yang diamankan

Pada saat terjadi gangguan di titik F maka impedansi yang dilihat

relai adalah :

ZRA= VRA / IRA=( I1.ZAB + (I1+I2).ZBF ) / I1

ZRA= ZAB + (I1+I2) /I1.ZBF

ZRA= ZAB + k.ZBF

Jadi, faktor infeed k = (I1+I2) / I1

F21

S

A

B

I2

SC

rele A

I1

F

I1+ I2

Gbr-4.2.1: Pengaruh infeed adanya akibat pembangkit diujung saluran


5/18

PT PLN (Persero)



4.2.2 Adanya perubahan dari Saluran transmisi ganda ke tunggal

Jika terjadi gangguan pada titik F impedansi yang terlihat oleh relai A

adalah :

ZRA= VRA / IRA = ( I.ZAB + 2I.ZBF ) / I

ZRA= ZAB + 2.ZBF

Jadi faktor infeed, k = 2

4.2.3. Saluran Transmisi Ganda ke Ganda.

Jika terjadi gangguan pada titik F impedansi yang terlihat oleh relai

A adalah :

ZRA= VRA / IRA = ( I.ZAB + I1.ZBF ) / I

F21

SA B C

relai A

I

I

2I

F

F21

S

A B C

relai A

I

I

I1

F

xI (1-x)

X L

Gbr-4.2.3 : Pengaruh infeed saluran ganda ke ganda

Gbr-4.2.2 : Pengaruh infeed saluran ganda ke tunggal


6/18

PT PLN (Persero)



ZRA= ZAB + I1/I.ZBF

I1=2I.(2L-X)./2L

ZRA = ZAB + (2.L-X)/L. ZBF

Jadi faktor infeed, K = (2.L-X)/L

Untuk gangguan F dekat rel B ( X = 0 ) faktor infeed k = 2

Untuk gangguan F dekat rel C ( X= 1 ) faktor infeed k = 1

Untuk gangguan F diantara rel B dan rel C , infeed antara

1k 2

4.4.4. Saluran transmisi tunggal ke ganda

Jika terjadi gangguan pada titik F impedansi yang terlihat oleh relai

A adalah :

ZRA = (I.ZAB+I1.ZBF)/I

ZRA= ZAB + I1/I.ZBF

I1 = I.(2L-X)./2L

ZRA = ZAB + (2.L-X)/2L. ZBF

F21

S

A B C

relai A

I

I1

F

xI (1-x)

Gbr-4.2.4 : Pengaruh infeed saluran tunggal ke ganda


7/18

PT PLN (Persero)



Jadi faktor infeed K = (2L-X) / 2L

- Untuk gangguan F dekat rel B ( X = 0 ) faktor infeed k = 1

- Untuk gangguan F dekat rel C ( X= 1 ) faktor infeed k = 0.5

- Untuk gangguan F diantara rel B dan rel C , infeed antara

0.5k1

4.3 Pengaruh Tahanan Gangguan

Tahanan gangguan merupakan tahanan murni, bila tambah secara

vektoris dengan impedansi saluran maka akan menggeser lokus impedan

menjadi lebih besar sehingga relai menjadi lebih lambat (Z2,Z3) atau tidak

trip sama sekali (diluar jangkauan seting). Besaran tahanan gangguan

sangat bervariasi tergantung penyebabnya. Penyebab adanya tahanan

gangguan pada SUTT/SUTET adalah terjadi hubung singkat yang

menimbulkan busur api akibat terkena pohon, layangan, binatang,

manusia dan sambaran petir.

4.3.1 Tahanan Gangguan Satu sumber

R

E Zs

F

If

RF

ZLA

Gbr-4.3.1a : Konfigurasi gangguan tanah


8/18

PT PLN (Persero)



Impedansi yang terukur oleh relai :

Z relai = Vrelai / Irelai

= VR / ( IR+K0.IN )

= ZL1+ RF/ (1+Ko)

Dimana : ZL1 = impedansi urutan positif

RF = tahanan gangguan

K0 = kompensasi urutan nol (0-1)

Jadi tahanan gangguan pada system satu sumber merupakan

tahanan murni (Rf) yang ditambahkan ke impedansi saluran (ZL).

Gbr-4.3.1b : Pengaruh tahanan gangguan dengan 1 sumber

R

X

ZL

RF/(1+K0)


9/18

PT PLN (Persero)



4.3.2 Tahanan Busur Dua Sumber

Rf sisi A IfA+IfB . Ra Ra IfB . Ra

IfA IfA

Rf sisi B IfA+IfB . Ra Ra IfA . Ra

IfB IfB

R

EA EBZSA ZSB

F

IfA IfB

RF

ZLA ZLB

R

XZL

RF

Gbr-4.3.2 : Pengaruh tahanan gangguan dgn 2 sumber

Gbr-4.3.2a : Konfigurasi gangguan tanah pada jaringan paralel


10/18

PT PLN (Persero)



Dimana :

If = besar arus gangguan

IfA = kontribusi arus gangguan dari sisi A

IfB = kontribusi arus gangguan dari B

Bila IA dan IB tidak sefasa maka dengan penjumlahan vektoris Ra

akan mempunyai sudut tidak nol. Bila dari A tahanan busur

mengarah keatas, dari B mengarah ke bawah.

Pengukuran Impedansi :

Zrelai = Vrelai/Irelai

= VR/(IR+Ko.IN)

=ZL1+(Io/IRoA).RF/(1+Ko)

Dimana : Io = IRoA + IRoB

ZL1 = impedansi urutan positif

RF = tahanan gangguan

Ko = kompensasi urutan nol (0-1)

IRoA = kontribusi arus urutan nol dari sumber A

IRoB = kontribusi arus urutan nol dari sumber B

Io = total arus urutan nol yang mengalir di RF

4.4. Pengaruh Mutual Impedansi

Bila SUTT menggunakan satu tower digunakan untuk sirkit-1 dan sirkit-2

maka akan timbul mutual inductive kopling diantara dua sirkit tersebut.

Untuk pengukuran impedansi urutan positif dan negative pengaruh mutual

kopling sangat kecil sehingga dapat diabaikan.


11/18

PT PLN (Persero)



Namun untuk pengukuran impedansi urutan nol maka pengaruh mutual

kopling tidak bisa diabaikan.

Proteksi penghantar yang hanya menggunakan pengukuran arus, seperti

pembanding phase atau pilot wire tidak dipengaruhi oleh mutual kopling.

4.4.1. Satu sumber dua sirkit


Zrelai = Vrelai / Irelai

= VR / (IR+Ko.IN)

= n.ZL1 (1+(IHo/IGo).(Z0M/ (2ZL1+ZLo))

= n.ZL1 (1+FM)

Jadi Relai undereach dengan faktor : (IHo/IGo).(Z0M(2ZL1+ZLo))

Dimana :

ZL1 = impedansi saluran

ZLo = impedansi urutan nol

F

ZSER

ZL

ZL

Gbr-4.4.1 : Pengaruh mutual dgn 1 sumber dan 2 sirkit


12/18

PT PLN (Persero)



ZOM= impedansi mutual urutan nol

IHo= arus mutual urutan nol

IGo= arus urutan nol

FM= factor mutual

4.4.2 Dua sumber dua sirkit

ZGR = n.ZL1 (1+(IH0/IG0).KM/(2.IG1/IG0+K0))

ZGR = n.ZL1 (1+faktor)

dimana, KM = ZMo/ZL1

Ko=(ZLo-ZL1)/3.ZL1

Jadi Relai undereach dengan faktor = KM.(IHo/IGo/(2.IG1/IGo+Ko)

Dimana : ZL1= impedansi saluran

FZSER

ZL

ZL

EZS

ZL

Gbr-4.4.2 : Pengaruh mutual dgn 2 sumber dan 2 sirkit


13/18

PT PLN (Persero)



ZLo=impedansi urutan nol




KM= kompensasi mutual urutan nol

Ko=kompansasi urutan nol

Faktor= factor mutual

4.4.3. Satu sumber dua sirkit yang diground dua sisi



=VR/(IR+K0.IN)

= ZL1 (1 ZM0.ZM0/(ZL0.(2ZL1+ZL0))

= ZL1 (1 faktor)

Jadi Relai overreach dengan faktor :

ZM0 .ZM0/(ZL0.(2ZL1+ZL0))

ZSER

ZL

ZL

Gbr-4.4.3 : Pengaruh mutual 2 sirkit dgn line-1 di ground


14/18

PT PLN (Persero)



Dimana : ZL1= impedansi saluran urutan positif

ZLo=impedansi urutan nol




Faktor= factor mutual

Dengan kompensasi mutual :



=VR/(IR+Ko.IN+KM.IHo) = ZL1

dimana, KM = ZM0/ZL1

Ko = (ZLo-ZL1)/3.ZL1

Imo = Arus mutual urutan nol

4.5 PengaruhPembebanan

Salah satu hal yang sangat mempengaruhi setelan relai proteksi adalah

beban, namun sebaliknya, arus beban maksimum akan mempengaruhi

sensitivitas deteksi gangguan (fault detection sensitivity).

Pada pembebanan penghantar yang besar, jangkauan impedansi relai

jarak dapat masuk ke impedansi beban sehingga dibutuhkan fungsi

khusus pada relai jarak untuk membatasi jangkauan relai.

Fungsi pada relai jarak yang membatasi jangkauan antara lain : blinder,load encroachment, dll.

Untuk menghindari malakerja relai akibat pembebanan, perlu dilakukan

setting pada jangkauan resistif tidak boleh melebihi setengah impedansi

beban maksimum, khususnya seperti pada distance relay dengan

karakteristik quadraliteral (Gbr 4.5)


15/18

PT PLN (Persero)



4.6 Pola Proteksi

Agar gangguan sepanjang SUTT dapat ditripkan dengan seketika pada

kedua sisi ujung saluran, maka relai jarak perlu dilengkapi fasilitas

teleproteksi.

4.6.1 Pola Dasar (Basic Scheme)

Ciri-ciri Pola dasar :

Tidak ada fasilitas sinyal PLC

Untuk lokasi gangguan antara 80 100 % relai akan bekerja

zone-2 yang waktunya lebih lambat (tertunda).

Gbr-4.5 Pengaruh pembeban terdapat kakarakteristik kerja distance relay

Z1

Z3

OR

TRIP

Z2TZ2

Z1

Z3

OR

TRIP

TZ2Z2

TZ3 TZ3


16/18

PT PLN (Persero)



TZ2 = Timer zone 2

TZ3 = Timer zone 3

Gambar 4.6.1 : Pola Proteksi pindah jangkauan tak

sampai diperkenankan (PUTT)

4.6.2 Pola PUTT (Permissive Underreach Transfer Trip)

Prinsip Kerja dari pola PUTT :

Pengiriman sinyal trip (carrier send) oleh relai jarak zone-1.

Trip seketika oleh teleproteksi akan terjadi bila relai jarak zone-2

bekerja disertai dengan menerima sinyal. (carrier receipt).

Bila terjadi kegagalan sinyal PLC maka relai jarak kembali ke

pola dasar.

Dapat menggunakan berbeda type dan relai jarak.

CS = sinyal kirim Z2 = trip zone 2

CR = sinyal terima TZ2 = waktu trip zone 2

Gambar 2.5.2 : Pola Proteksi pindah jangkauan tak sampai

diperkenankan (PUTT)

CS

Z1

CR

OR

TRIP

Z2TZ2

AND

CS

Z1

CR

OR

TRIP

TZ2Z2

AND


17/18

PT PLN (Persero)



4.6.3 Pola POTT (Permiss ive Overreach transfer Trip)

Prinsip Kerja dari pola POTT :

Pengiriman sinyal trip (carrier send) oleh relai jarak zone-2. Trip seketika oleh teleproteksi akan terjadi bila relai jarak zone-2

bekerja disertai dengan menerima sinyal (carrier receipt).

Bila terjadi kegagalan sinyal PLC maka relai jarak kembali ke

pola dasar.

Dapat menggunakan berbeda type dan relai jarak.

CR = sinyal terima tZ2 = waktu trip zone 2

Gambar 2.5.3: Pola Proteksi pindah jangkauan

lebih diperkenankan (POTT)

4.6.4 Pola Blocking (Blocking Scheme)

Prinsip Kerja dari pola PUTT :

Pengiriman sinyal block (carrier send) oleh relai jarak zone-3

reverse.

Trip seketika oleh teleproteksi akan terjadi bila relai jarak zone-2

bekerja disertai dengan tidak ada penerimaan sinyal block.

(carrier receipt).

Bila terjadi kegagalan sinyal PLC maka relai jarak akan

mengalami mala kerja.

Membutuhkan sinyal PLC cukup half duplex.

Relai jarak yang dibutuhkan merk dan typenya sejenis.

CS

Z1

CR

TRIP

Z2TZ2

AND

CS

Z1

CR

TRIP

TZ2Z2

AND

OR OR


18/18

PT PLN (Persero)


Berbagi danmenyebarkanilmupengetahuansertanilai-nilai perusahaan 59

Gambar 2.5.4. Ranglaian Logic

Z1

OR

TRIP

TZ2

AND

CS

Z1

CR

OR

TRIP

Z2TZ2

AND

TZ3Z3

Rev

AND

TZ2

CS

Z3

Rev

AND

Z2

CR

4._aspek_teknis_dalam_perhitungan_setting_penghantar.pdf

Documents