bab ii tinjauan pustaka 2.1 tinjauan mutakhir (state of ... ii.pdf · rele jarak yang digunakan...

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir (State of The Art Review)

Penelitian mengenai rele jarak saat ini telah banyak dilakukan. Beberapa

penelitian yang telah dilakukan sebelumnya terkait rele jarak tersebut, dijadikan

sebagai acuan (referensi) dalam pengembangan pembahasan pada skripsi ini. Hal

ini dilakukan bertujuan untuk menentukan batasan – batasan masalah yang akan

dibahas pada penelitian ini. Adapun beberapa tinjauan mutakhir dari referensi

penelitian tersebut adalah sebagai berikut :

1) Penelitian yang berjudul “Analisis Setting Rele Jarak Pada Sistem SUTT 150

kV Pembangkit Celukan Bawang” oleh Bhimantara Ari Sugandi (2010)

dengan metode analisis perhitungan.

Penelitian tersebut membahas mengenai besar nilai setting dan

pembagian zone pengaman yang sesuai untuk rele jarak pada saluran Gilimanuk –

Celukan Bawang, saluran Celukan Bawang – Pemaron, dan saluran Kapal –

Celukan Bawang. Rele jarak yang digunakan pada analisis tersebut adalah jenis

rele Quadramho.

2) Penelitian yang berjudul “Studi Pengaruh Uprating Saluran Transmisi

Tegangan Tinggi 150 kV Terhadap Setting Rele Jarak Antara GI Kapal – GI

Padang Sambian – GI Pesanggaran” oleh Sang Kompyang Supriana (2014)

dengan metode analisis perhitungan.

Penelitian tersebut membahas mengenai pengaruh uprating konduktor

(penghantar) terhadap setting rele jarak pada saluran transmisi 150 kV. Dalam

penelitian ini diperoleh hasil yakni dengan dilakukannya uprating untuk

mengamankan SUTT 150 kV menyebabkan perubahan impedansi yang

5

berpengaruh terhadap persentase dari zone kerja masing – masing pengaman

sehingga dapat terjadinya malfunction.

3) Penelitian yang berjudul “Setting Rele Jarak Pada Sistem SUTT 150 kV GI

Kapal – GI Padang Sambian Menggunakan Metode Adaptive Neuro – Fuzzy

Inference System (ANFIS)” oleh M. Nordiansyah (2014) dengan metode

ANFIS.

Penelitian tersebut membahas tentang menentukan setting rele jarak pada

sistem SUTT 150 kV GI Kapal – GI Padang Sambian menggunakan metode

Adaptive Neuro – Fuzzy Inference System (ANFIS).

4) Penelitian yang berjudul “Comparative Evaluation of Adaptive and

Conventional Distance Relay for Parallel Transmission Line with Mutual

Coupling” oleh S.G. Srivani, Chandrasekhar Reddy Atla, dan K.P. Vittal

(2008) dengan metode simulasi pada PSCAD / EMTDC.

Penelitian ini membahas tentang evaluasi perbandingan adaptif rele jarak

dengan konvensional rele jarak pada jaringan transmisi dengan memperhitungkan

mutual coupling.

2.2 Sistem Proteksi (Pengaman Sistem)

Tingkat keandalan suatu sistem tenaga listrik ditinjau dari frekuensi

pemadaman dan waktu pemadaman. Semakin tinggi frekuensi pemadaman dan

semakin lama waktu pemadaman, maka tingkat keandalan sistem tenaga listrik

tersebut semakin rendah. Pemadaman tersebut biasanya dapat terjadi dikarenakan

adanya gangguan pada sistem tersebut, baik berupa gangguan internal sistem

ataupun gangguan eksternal dari sistem tenaga listrik. Untuk mengatasi

permasalahan tersebut dibutuhkan mekanisme yang dapat menghindari frekuensi

pemadaman dan waktu pemadaman yang terlampau sering dalam waktu yang

6

cukup lama. Oleh sebab itu, dibutuhkan sistem proteksi (pengaman sistem) untuk

mengamankan jaringan tenaga listrik.

Suatu sistem proteksi jaringan SUTT dapat dibagi dalam dua bagian

yakni (Parhusip,dkk,2012):

a) Proteksi utama

Sistem proteksi yang diharapkan bekerja sesegera mungkin ketika terjadi

kondisi abnormal atau gangguan pada daerah pengamanan.

b) Proteksi cadangan

Sistem proteksi yang dimungkinkan apabila pengaman utama tidak dapat

bekerja. Pada proteksi cadangan ini pula dapat dibagi menjadi dua kategori

yaitu :

Sistem proteksi cadangan lokal

Sistem proteksi cadangan yang dapat bekerja, apabila pengaman utama

yang sama gagal bekerja, contoh : penggunaan OCR dan GFR.

Sistem proteksi jarak jauh

Sistem proteksi ini dapat bekerja apabila pengaman utama di tempat lain

gagal bekerja.

Pada dasarnya sistem proteksi harus memenuhi syarat – syarat

diantaranya adalah (Aljufri,dkk,2011) :

a) Cepat yakni mampu bekerja secepat mungkin memisahkan bagian yang

mengalami gangguan dari sistem jaringan yang normal.

b) Sensitif yakni peka terhadap gangguan sekecil apapun.

c) Selektif yakni mampu mengetahui letak gangguan dan memilih pemutus

jaringan terdekat, dengan begitu saluran yang mengalami gangguan saja yang

dipisahkan dari sistem.

d) Andal yakni hanya akan bekerja bila diperlukan (bila kondisi abnormal atau

bekerja saat terjadi gangguan saja) dan tidak bekerja saat kondisi sistem

jaringan dalam keadaan normal.

Adapun tujuan adanya proteksi pada suatu sistem diantaranya adalah

(Tobing,2008) :

a) Mengurangi kerugian produksi

7

b) Menempatkan dan memisahkan gangguan dari peralatan

c) Mengetahui jenis gangguan

d) Melindungi sistem

e) Meminimalisir kerusakan yang ditimbulkan oleh adanya gangguan pada

sistem

f) Melindungi sistem dari jatuh tegangan (drop voltage) untuk mempertahankan

kestabilan

g) Melindungi keselamatan manusia (pekerja)

2.3 Rele Jarak (Distance Relay)

Rele proteksi merupakan salah satu komponen penting dalam sistem

pengamanan saluran transmisi yang digunakan untuk mengamankan jaringan

sistem tenaga listrik. Fungsi utamanya adalah ketika terdapat gangguan pada

sistem, maka peralatan sensing pada rele bekerja mendeteksi adanya gangguan

tersebut dan selanjutnya sinyal dikirim menuju circuit breaker (pemutus) untuk

memutuskan jaringan yang mengalami gangguan (Permana,2010). Salah satu rele

proteksi yang digunakan pada sistem jaringan tenaga listrik adalah rele jarak

(distance relay).

Rele jarak adalah rele pengaman utama pada saluran transmisi. Rele ini

menggunakan pengukuran tegangan dan arus untuk mendapatkan impedansi

saluran yang diamankan. Rele akan bekerja jika impedansi terukur di dalam batas

setting. Rele jarak bergantung pada jarak gangguan yang terjadi terhadap rele

proteksi dan tidak bergantung pada besarnya arus gangguan yang terjadi

(Wisatawan,dkk,2012).

8

Gambar 2.1 Daerah Pengamanan (Zone) Rele Jarak

(Sumber : PLN,2006)

Rele jarak (distance relay) membagi daerah operasinya menjadi beberapa

daerah (zone), dimana di setiap area (zone) memiliki reaksi rele jarak yang

berbeda – beda. Berikut ini penjelasan area cakupan (zone) pada rele jarak

(distance relay) (Wisatawan,dkk,2012) :

a) Zone 1 : merupakan daerah proteksi utama. Pada daerah ini rele jarak bekerja

seketika (instantaneous), tanpa adanya perlambatan waktu. Batas zona 1 ini

yaitu dari lokasi rele jarak sampai 80% panjang saluran transmisi.

b) Zone 2 : merupakan daerah proteksi cadangan dari zone 1, dengan daerah

bekerja meliputi seluruh daerah pada saluran pertama ditambah dengan 20%

daerah yang berada setelah bus depan. Dengan kata lain 100% panjang saluran

pertama ditambah 20% panjang saluran berikutnya, berarti daerah proteksi

rele jarak sampai 120% panjang saluran transmisi. Reaksi rele jarak ini

mengalami perlambatan waktu, dikarenakan daerah ini adalah daerah cadagan

zone 1.

c) Zone 3 : merupakan daerah proteksi cadangan dari zone 2, dengan daerah

meliputi seluruh daerah pada saluran pertama dan kedua ditambah 20%

panjang saluran ketiga. Dengan kata lain zone 3 ini bekerja mengamankan

220% dari panjang saluran pertama. Dikarenakan fungsinya sebagai cadangan

dari zone 2, maka perlambatan waktunya lebih besar daripada zone 2.

Selain zone 1, zone 2, dan zone 3, biasanya rele jarak juga memiliki

daerah (zone) pembalikan arah daerah ketiga (zone 3 reversed). Zone 3 reversed

9

ini berfungsi untuk menutupi kelemahan pada zone 3, dikarenakan zone ini mudah

terpengaruh jika sistem mengalami kondisi ayunan daya (power swing). Kondisi

ini mengakibatkan nilai impedansi pada saat beban lebih mendekati nilai

impedansi saat gangguan sehingga rele jarak dapat bekerja. Oleh sebab itu,

dengan adanya zone 3 reversed, maka rele jarak tidak bekerja apabila terjadi

ayunan daya (power swing).

2.3.1 Prinsip Kerja Rele Jarak

Rele jarak mengukur tegangan pada titik rele dan arus gangguan yang

terlihat dari rele, dengan membagi besaran tegangan dan arus. Sehingga

perhitungan impedansi dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini

(Tobing,2008) :

= / ......................................................................................................(2.1)

Dimana :

= Impedansi (Ω)

= Tegangan (V)

= Arus gangguan (A)

Rele jarak bekerja dengan ketentuan sebagai berikut :

a) Rele akan trip jika nilai impedansi gangguan lebih kecil daripada impedansi

setting (Zf < Zset).

b) Rele tidak akan trip jika nilai impedansi gangguan lebih besar daripada

impedansi setting (Zf > Zset).

Rele jarak (distance relay) didalam mengamankan saluran transmisi

memiliki 4 komponen dasar yakni seperti penjelasan berikut ini (Titarenko dan

Noskov,1987) :

10

Gambar 2.2 Rangkaian Komponen Dasar Rele Jarak (Distance Relay)

(Sumber : Titarenko dan Noskov,1987)

a) Huruf C merupakan komponen starting, komponen ini berfungsi sebagai

pembatas gangguan sehingga apabila gangguan terjadi di luar zone maka rele

tidak boleh bekerja.

b) Huruf P yang ditunjukkan pada gambar di atas ditandai sebagai komponen

power directional, komponen ini berperan mengijinkan suatu pengaman

bekerja apabila terdapat gangguan dengan arah dari bus ke saluran transmisi

yang diamankan.

c) Huruf D pada gambar di atas menunjukkan komponen distance yang berfungsi

menentukan nilai impedansi dari perbandingan tegangan dan arus (Ur/Ir)

sehingga dapat mengukur jarak dari pengaman ke titik gangguan yang terjadi.

d) Sedangkan huruf T adalah komponen time delay, komponen ini merupakan

rangkaian waktu dimana nilainya tergantung dari jarak pengaman ke titik

gangguan.

Dengan demikian dapat dijelaskan bahwa arus dan tegangan yang terbaca

pada CT dan VT dibandingkan pada komponen power directional (P) dan

komponen distance (D) untuk memperoleh arah gangguan dan nilai impedansi

11

gangguan, kemudian dari hasil perbandingan tersebut pula ditentukan gangguang

yang terjadi termasuk zone 1, zone 2, atau zone 3 sehingga rele dapat bereaksi.

2.3.2 Setting Rele Jarak

Dalam setting rele jarak, pertama – tama ditetapkan terlebih dahulu nilai

impedansi di sistem tenaga primer. Sehingga impedansi sekunder dapat dihitung

dengan persamaan berikut ini (Samuel,dkk,2012) :

= ( ) .........................................................................................(2.2)

Dimana :

= Impedansi sekunder (Ω)

= Impedansi primer (Ω)

= Rasio Transformator Arus (A)

= Rasio Transformator Tegangan (V)

Sedangkan berikut ini adalah penjelasan setting rele jarak pada setiap

zona (Suprijono,2012) :

1) Setting zone 1

Setting zone 1 tidak mencakup 100% saluran yang diamankan

(diproteksi). Zone 1 biasanya diseting 80% dari panjang saluran transmisi. Hal –

hal yang perlu diperhatikan dalam setting zone 1 ini adalah :

a) Unit zona 1 tidak diperbolehkan bekerja apabila terdapat gangguan di

terminal ujung saluran dan bekerja seketika apabila terdapat gangguan

terdeteksi. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3, apabila terjadi

gangguan pada F1 atau pada F2 maka rele R1 dan R4 bekerja. Apabila

gangguan terjadi pada F1 maka seharusnya hanya rele – rele pada saluran

tersebut yang bekerja, yakni rele R1 dan R2, sedangkan rele R4 tidak

bekerja.

Gambar 2.3 Jangkauan Zone 1 Tidak Boleh Hingga Terminal Depan

(Sumber : Suprijono,2012)

12

b) Jangkauan zona 1 tidak boleh kurang dari 50% panjang saluran,

dikarenakan tahanan gangguan. Sebab akan ada daerah pada saluran

tersebut yang tidak mempunyai proteksi seketika.

2) Setting zone 2

Setting zone 2 ini biasanya diseting mencakup hingga beberapa bagian

saluran depan kedua. Impedansi setting zone 2 ini yakni 100% saluran depan

ditambah 20 % saluran depan kedua. Prinsip penyetelan rele pada zona 2 yakni :

a) Zona 2 harus mencakup minimum gangguan di rel depan, dikarenakan

adanya variasi nilai tahanan gangguan. Rele zona 2 diseting 20% lebih

besar dari impedansi gangguan, dengan memberi tahanan gangguan

terbesar yang mungkin terjadi.

b) Unit zona 2 dengan memperhatikan bila adanya transformator di rel depan,

maka zona ini tidak boleh bekerja bila adanya gangguan pada

transformator tersebut. Zona ini sebenarnya dapat mencakup gangguan

pada transformator, asalkan waktu kerja zona ini lebih lama dari waktu

kerja rele – rele proteksi cadangan trafo terlama yang mungkin terjadi.

Dikarenakan zona ini ditujukan sebagai proteksi cadangan utama pada

saluran transmisi, maka waktu penyetelan tidak diperkenankan lebih besar

dari waktu penyetelan terlama dari proteksi cadangan. Penyetelan zona 2

hampir selalu tidak boleh mencakup gangguan pada transformator di rel

depan.

3) Setting zone 3

Jangkauan zona 3 merupakan cadangan unit zona 2 sehingga

jangkauannya lebih jauh dari jangkauan zona 2. Jangkauan zona ini biasanya

diseting 220% melewati saluran di depan dan saluran di depan kedua.

Transformator berada di rel depan, maka zona 3 diseting lebih kecil dari

impedansi saluran di depan ditambah reaktansi transformator. Bila waktu

penyetelan proteksi cadangan terlama transformator lebih kecil dari waktu

penyetelan zona 3, maka penyetelan zona 3 tidak perlu dirubah. Tetapi bila lebih

13

besar dari waktu penyetelan zona 3, maka waktu penyetelan zona ini dapat

diperbesar. Rata – rata waktu penyetelan zona 3 lebih besar dari waktu cadangan

rele – rele transformator.

2.3.3 Karakteristik Rele Jarak (Distance Relay)

Karakteristik rele jarak adalah penerapan dari prinsip dasar rele jarak.

Berdasarkan karakteristik kerjanya, rele jarak dapat dibagi menjadi beberapa jenis

diantaranya (Tobing,2008) :

2.3.3.1 Karakteristik Impedansi

Karakteristik ini mempunyai lingkaran dengan titik pusat di tengah.

Kelemahannya adalah tidak berarah, karena kedua besaran yang dibandingkan

yakni arus dan tegangan dibangkitkan secara mekanis. Masing – masing kopel

yang dibangkitkan tidak tergantung fasanya. Rele bekerja untuk gangguan di

depan dan di belakang rele. Sebagai sistem pengaman, rele ini harus dilengkapi

dengan rele arah (directional) sebagai rele pengukur.

Gambar 2.4 Karakteristik Impedansi

(Sumber : Parhusip,dkk,2012)

2.3.3.2 Karakteristik Mho (Admitansi)

Rele jenis ini bersifat directional, sehingga tidak perlu ditambahkan

elemen penyearah karena rele hanya akan mengamankan gangguan di depannya.

Namun rele jenis ini memiliki keterbatasan dalam mengantisipasi gangguan tanah

high resistance.

14

Gambar 2.5 Karakteristik Operasi Dari Rele Jarak Tipe Mho

(Sumber : Suprijono,2012)

Dari gambar di atas terlihat bahwa karakteristiknya berupa lingkaran yang

melalui titik asal (0,0). Impedansi yang terukur hanya dalam satu arah saja,

dengan demikian rele ini secara otomatis bersifat rele jarak terarah

(Suprijono,2012).

2.3.3.3 Karakteristik Reaktansi

Impedansi yang dilihat pada rele jarak jenis ini tidak memperhatikan

adaanya tahanan busur, karena dianggap tahanan busur untuk berbagai gangguan

hampir sama. Rele ini hanya mengukur komponen reaktif dari impedansi jaringan.

Rele ini memiliki sifat tidak berarah (non directional), sehingga perlu ditambah

rele arah (directional) dalam pengaplikasiannya pada jaringan transmisi. Dengan

setting jangkauan resistif yang cukup besar, maka rele ini dapat mengantisipasi

gangguan tanah dengan nilai tahanan yang tinggi.

Jika reaktansi yang dilihat rele lebih kecil dari reaktansi yang diatur,

maka rele akan bekerja. Rele ini baik digunakan untuk pengamanan gangguan

tanah dikarenakan karakteristik rele jenis ini kurang dipengaruhi oleh adanya

tahanan busur sewaktu terjadinya hubung singkat satu fasa ke tanah. Berikut ini

merupakan gambar dari karakteristik reaktansi :

15

Gambar 2.6 Karakteristik Reaktansi Dengan Starting Mho


2.3.3.4 Karakteristik Quadrilateral

Karakteristik rele jenis ini adalah kombinasi dari 3 jenis yakni : resistif,

reaktansi, dan berarah. Dengan setting jangkauan resistif cukup besar, maka

karakteristik rele ini dapat mengantisipasi gangguan tanah dengan tahanan yang

tinggi (high resistance). Namun kecepatannya sedikit lebih lambat dari jenis Mho.

Gambar 2.7 Karakteristik Quadrilateral


2.3.4 Pola Proteksi Rele Jarak (Distance Relay)

Dalam mengamankan saluran transmisi dari berbagai gangguan yang

dapat terjadi, rele jarak diharapkan dapat ditripkan dengan seketika pada kedua

sisi ujung saluran. Oleh sebab itu, rele jarak perlu dilengkapi fasilitas teleproteksi

(PLN,2006). Pola proteksi pada rele jarak ditentukan berdasarkan kebutuhan

untuk keamanan perlatan dan keandalan operasi sistem, selain itu pula tidak

mengesampingkan aspek

proteksi pada rele jarak (Parhusip,dkk,2012)

a) Pola proteksi dasar (

Pola proteksi ini beker

dengan back up time

b) Pola proteksi dilengkapi teleproteksi

Berikut ini pola proteksi

dengan teleproteksi (Sudrajat,dkk,2014) :

Permissive Underreach Transfer Trip Scheme

Peralatan teleproteksi (TP) pada pola ini akan mengirim sinyal ke

peralatan teleproteksi (T

mendeteksi gangguan pada zona 1.

sinyal, apabila rele mendeteksi gangguan pada zona 2 dan menerima sinyal

TP, maka rele akan memberikan perintah trip waktu zona 1.


mengesampingkan aspek – aspek investasi. Berikut ini berbagai jenis pola

proteksi pada rele jarak (Parhusip,dkk,2012) :

dasar (basic)

Pola proteksi ini bekerja secara instant pada area setting zone 1

back up time untuk zone 2 dan zone 3 tanpa dilengkapi teleproteksi.

Gambar 2.8 Pola Proteksi Basic


Pola proteksi dilengkapi teleproteksi

Berikut ini pola proteksi pada sistem jaringan tenaga listrik yang dilengkapi

dengan teleproteksi (Sudrajat,dkk,2014) :

Permissive Underreach Transfer Trip Scheme (PUTT)


peralatan teleproteksi (TP) pada gardu induk di depannya, a

mendeteksi gangguan pada zona 1. Pada gardu induk yang menerima


TP, maka rele akan memberikan perintah trip waktu zona 1.

Gambar 2.9 Skema PUTT

(Sudrajat,dkk,2014)

16


aspek investasi. Berikut ini berbagai jenis pola

setting zone 1, bekerja

tanpa dilengkapi teleproteksi.

pada sistem jaringan tenaga listrik yang dilengkapi


i depannya, apabila rele

Pada gardu induk yang menerima


17

Permissive Overreach Transfer Trip (POTT)

Peralatan teleproteksi (TP) mengirim sinyal ke peralatan teleproteksi (TP)

pada gardu induk di depannya apabila mendeteksi gangguan zona 2. Pada

gardu induk yang menerima sinyal, apabila rele jarak mendeteksi

gangguan pada zona 2, maka memberikan perintah trip pada waktu zona 1.

Berikut ini skema POTT :

Gambar 2.10 Skema POTT

(Sudrajat,dkk,2014)

Blocking Scheme

Peralatan teleproteksi pada pola ini mengirim sinyal ke peralatan

teleproteksi pada gardu induk di depannya apabila rele mendeteksi

gangguan pada reverse zone. Pada gardu induk yang menerima sinyal,

apabila rele mendeteksi gangguan pada forward zone zona 2, maka rele

akan memberikan perintah blocking. Apabila rele tidak menerima sinyal

namun mendeteksi gangguan pada daerah depan (zone 2), maka rele akan

memberikan perintah trip seketika. Berikut ini skema Blocking :

Gambar 2.11 Skema Blocking

(Sudrajat,dkk,2014)

18

2.4 Mutual Induktansi (Mutual Inductance)

Induktansi merupakan sifat suatu rangkaian listrik yang dapat

menyebabkan timbulnya ggl (gaya gerak listrik atau potensial listrik) di dalam

rangkaian sebagai akibat perubahan arus yang melewati rangkaian tersebut (self

inductance) atau akibat perubahan arus yang melewati rangkaian lainnya

(induktansi bersama atau mutual inductance) (Anindita,dkk,2013). Induktansi ini

dapat muncul dikarenakan adanya medan listrik yang ditimbulkan oleh arus

listrik.

Bila arus mengalir dalam suatu rangkaian listrik, maka timbul medan

listrik. Gambar 2.12 menunjukkan suatu saluran dengan medan listrik yang

terjadi. Garis – garis flux tersebut membentuk lingkaran – lingkaran tertutup yang

meliputi rangkaian. Perubahan arus dalam kedua penghantar tersebut

menyebabkan suatu perubahan banyaknya garis flux yang meliputi rangkaian.

Setiap perubahan flux yang meliputi suatu rangkaian akan mengibas tegangan

dalam rangkaian tersebut (Mismail,1983).

Gambar 2.12 Medan Listrik Di Sekitar Penghantar

(Sumber : Mismail,1983)

2.5 GMD (Geometric Mean Distance) dan GMR (Geometric Mean Radius)

Pada saluran transmisi double circuit, induktansi juga dipengaruhi oleh

GMD (Geometric Mean Distance) dan GMR (Geometric Mean Radius). Radius

rata – rata geometris (GMR) dari suatu luas adalah limit dari jarak rata – rata

geometris (GMD) antara pasangan elemen dalam suatu luas tersebut, bila jumlah

elemen tersebut diperbesar hingga tak terhingga (Sujatmiko,2009). Berikut ini

persamaan GMD dan GMR (El – Hawary,2000) :

19

= ( ) / ..................................................................(2.3)

= ( ′ ′ ′ ′ ) / ....................................................................(2.4)

= ( ′ ′ ′ ′ ) / ...................................................................(2.5)

= ( ′ ′ ′ ′ ) / ....................................................................(2.6)

Dimana :

GMD = Geometric Mean Distance

Deq = Jarak yang diukur dari titik pusat penghantar (m)

= (( )( )( )) / .....................................................(2.7)

= ( ′( ′)) / .................................................................................(2.8)

= ( ′( ′)) / ................................................................................(2.9)

= ( ′( ′)) / ..............................................................................(2.10)

Dimana :

GMR = Geometric Mean Radius

r = Jari jari penghantar (cm)

Deq = Jarak yang diukur dari titik pusat (m)

Gambar 2.13 Double Circuit Conductor

(Sumber : El – Hawary,2000)

2.6 Impedansi Saluran Transmisi

Pada perhitungan setting rele jarak, impedansi adalah parameter pokok

yang digunakan. Impedansi pada saluran transmisi terdiri dari impedansi urutan

positif, impedansi urutan negatif, dan impedansi urutan nol. Berikut ini persamaan

impedansi (Samuel,dkk,2012) :

20

Z = R + j (XL + XC) .......................................................................................(2.11)

Dengan :

Z = Impedansi (Ω)

R = Resistansi (Ω)

XL = Reaktansi induktif (Ω)

XC = Reaktansi kapasitif (Ω)

Untuk mencari total impedansi pada saluran transmisi dapat dihitung

dengan persamaan :

Z = (R + j (XL + XC)) x L..............................................................................(2.12)

Dengan :

Z = Impedansi (Ω)

R = Resistansi (Ω)

XL = Reaktansi induktif (Ω)

XC = Reaktansi kapasitif (Ω)

L = Panjang saluran (km)

Sedangkan perhitungan mutual inductance pada saluran double circuit

dapat diperoleh dengan persamaan :

= ..................................................................................................(2.13)

= ..................................................................................................(2.14)

Zm = (Rm + jXm) x L...................................................................................(2.15)

Keterangan :

Rm = Resistansi Mutual (Ω)

Xm = Reaktansi Mutual (Ω)

Zm = Impedansi Mutual (Ω)

R1 = Resistansi pada saluran 1 (Ω)

R2 = Resistansi pada saluran 2 (Ω)

X1 = Reaktansi pada saluran 1 (Ω)

X2 = Reaktansi pada saluran 2 (Ω)

L = Panjang saluran (km)

21

2.7 Rele Jarak Numerik

2.7.1 Gangguan Fasa (Phase Fault)

Gambar 2.14 menunjukkan saluran yang mengalami gangguan antar fasa.

Apabila impedansi dari rele menuju titik gangguan adalah sama pada kedua fasa B

dan C, self impedance adalah Zs, mutual impedance antar fasa adalah Zm. Jika

tegangan dan arus fasa B dan C adalah Vb, Vc, Ib, Ic, serta tegangan pada titik

gangguan adalah Vf, maka Vb dan Vc dapat ditentukan dengan persamaan sebagai

berikut (Toshiba,2005) :

Vb = Zs x Ib + Zm x Ic + Vf .................................................................................................................(2.16)

Vc = Zs x Ic + Zm x Ib + Vf .................................................................................................................(2.17)

Dari persamaan tersebut, diperoleh :

Vb – Vc = (Zs – Zm) x (Ib – Ic) .......................................................................(2.18)

Dimana :

Zs = Self impedance

Zm = Mutual impedance

Ketika setiap fasa saluran adalah simetris, positive sequence – zero sequence

impedance Z1 dan Z0 sesuai dengan metode komponen simetris yang didefinisikan

oleh persamaan berikut, menggunakan self impedance Zs dan mutual impedance

Zm maka :

Z1 = Zs – Zm ..................................................................................................(2.19)

Z0 = Zs + 2 Zm ............................................................................................................................................(2.20)

Dimana :

Z1 = Positive sequence impedance

Z0 = Zero sequence impedance

Persamaan 2.7 dapat ditulis kembali sebagai berikut :

Z1 = (Vb – Vc) / (Ib – Ic) ................................................................................(2.21)

Seperti yang ditunjuk di atas, positive sequence impedance digunakan untuk

setting rele terhadap gangguan fasa.

22

Gambar 2.14 Gangguan Antar Fasa (Two Phase Fault)

(Sumber : Toshiba,2005)

2.7.2 Gangguan Terhadap Tanah (Earth Fault)

Gambar 2.15 merupakan saluran yang mengalami gangguan satu fasa ke

tanah (single phase earth fault). Pengukuran jarak hingga ke titik gangguan

terhadap gangguan satu fasa ke tanah, tidak mudah dilakukan. Hal ini dikarenakan

impedansi saluran zero sequence termasuk earth return umumnya berbeda dengan

impedansi positive sequence.

Gambar 2.15 Gangguan Satu Fasa Terhadap Tanah


Dengan asumsi urutan positif, urutan negatif, dan urutan nol adalah V1F,

V2F, dan V0F, tegangan pada titik rele dari setiap sirkit simetris ditunjukkan pada

persamaan di bawah ini (Toshiba,2005) :

V1 = Z1 x I1 + V1F .........................................................................................(2.22)

V2 = Z1 x I2 + V2F .........................................................................................(2.23)

V0 = Z0 x I0 + Z0m x I0m + V0F ......................................................................(2.24)

Dimana :

V1 = Relay point positive sequence voltage (V)

V2 = Relay point negative sequence voltage (V)

23

V0 = Relay point zero sequence voltage (V)

V1F = Fault point positive sequence voltage (V)

V2F = Fault point negative sequence voltage (V)

V0F = Fault point zero sequence voltage (V)

I1 = Relay point positive sequence current (A)

I2 = Relay point negative sequence current (A)

I0 = Relay point zero sequence current (A)

I0m = Adjacent line zero-sequence current (A)

Z1 = Fault point - relay point positive-sequence impedance (Ω)

Z0 = Fault point - relay point zero-sequence impedance (Ω)

Z0m = Adjacent line zero-sequence mutual impedance (Ω)

Gambar 2.16 Saluran Ekivalen Gangguan Satu Fasa Ke Tanah


2.7.3 Sistem Zone Time Actual

Sistem proteksi pada rele jarak dibagi dalam 3 zone dan masing – masing

mempunyai waktu tunda berbeda – beda. Pembagian zone ini bertujuan untuk

memperoleh koordinasi dalam mengamankan sistem dari berbagai gangguan yang

dapat terjadi. Pada zone pertama 80% dari panjang saluran yang diamankan, zona

kedua adalah 120% dari panjang saluran, dan zona ketiga adalah 220% dari

panjang saluran yang diamankan (PLN,2006). Berikut ini ketentuan pembagian

time actual setiap zone :

24

a) Time actual dan setting pada zone 1

Secara umum zone 1 diset 80% dari panjang saluran. Pada saat pengukuran

bisa saja terjadi kesalahan pengukuran pada rele jarak, hal ini dapat terjadi

disebabkan karena kesalahan perbandingan dari trafo arus (CT), trafo

tegangan (PT), dan impedansi saluran. Dengan mempertimbangkan adanya

kesalahan – kesalahan dari data saluran, CT, PT, dan peralatan penunjang lain

sebesar 10% - 20%, maka zone 1 rele diset 80% dari panjang saluran yang

diamankan (PLN,2006) :

Zone 1 reach = 0,8 x panjang saluran pertama (ZAB) ............................(2.25)

T1 = 0 detik (tanpa perlambatan waktu)

Gambar 2.17 Skema Proteksi Zone 1 Pada Rele Jarak

(Sumber : Mason,1956)

b) Time actual dan setting pada zone 2

Pada zone 2 ditentukan lebih panjang daripada zone 1, dengan demikian waktu

tundanya lebih lama dibanding zone 1. Pada zone 2 secara umum diset 100%

dari panjang saluran pertama dan 20% dari panjang saluran kedua, dengan

waktu (time actual) sekitar 0,4 sampai dengan 0,8 detik. Zone 2 ini

dimaksudkan sebagai pengaman cadangan apabila zone 1 gagal bekerja.

Zone 2 min = 1,2 x panjang saluran pertama (ZAB) ...............................(2.26)

25

Gambar 2.18 Skema Proteksi Zone 2 Min Pada Rele Jarak


Zone 2 maks = 0,8 x (ZAB + 0,8 . ZBC) ...................................................(2.27)

Zone 2 maks ini diusahakan memberikan pengaman cadangan sejauh mungkin

setelah Z1.

T2 = 0,4 sampai dengan 0,8 detik

Gambar 2.19 Skema Proteksi Zone 2 Maks Pada Rele Jarak


c) Time actual dan setting pada zone 3

Zone 3 ditentukan 220% dari panjang saluran yang diamankan dan waktu

tunda yang digunakan sekitar 1,2 sampai dengan 1,6 detik. Zone 3 difungsikan

sebagai pengaman cadangan apabila pada zone 2 gagal beroperasi.

Zone 3 min = 1,2 x (ZAB + ZBC) .............................................................(2.28)

26

Gambar 2.20 Skema Proteksi Zone 3 Min Pada Rele Jarak


Zone 3 maks = 0,8 x (ZAB + (1,2 . ZBC) . k .............................................(2.29)

(k = faktor infeed)

T3 = 1,2 sampai dengan 1,6 detik

Gambar 2.21 Skema Proteksi Zone 3 Maks Pada Rele Jarak


bab ii tinjauan pustaka 2.1 tinjauan mutakhir (state of ... ii.pdf · rele jarak yang digunakan...

Documents