PROTEKSI BUS

10.1 PENDAHULUAN : PENGATURAN BUS TIPIKAL

Bus terdapat pada seluruh system tenaga dan khususnya, di dua atau lebih sirkuit

yang saling berhubungan. Jumlah sirkuit yang terhubung ke bus sangat bervariasi.

Kegagalan bus dapat mengakibatkan gangguan system yang parah, seperti tingkat

kegagalan arus yang tinggi biasanya tersedia di lokasi bus dan karena semua sirkit

memasok arus gangguan harus dibuka untuk mengisolasi masalah. Jadi, ketika ada lebih

dari enam sampai delapan sirkit yang terlibat, bus harus dibagi oleh circuit breaker (bus tie),

atau pengaturan bus yang digunakan meminimalkan jumlah sirkit, yang harus dibuka untuk

sebuah kegagalan bus. Ada banyak pengaturan bus dalam pelayanan ditentukan oleh hal

tersebut dan oleh ekonomi dan fleksibilitas dari system operasi. Jenis utama diilustrasikan

pada Gambar 10.1 sampai Gambar 10.8. Empat sirkit untuk setiap bus telah dipilih secara

sembarangan untuk kenyamanan dan perbandingan. Pemutus sirkuit bus biasanya telah

memutuskan switch di kedua sisinya, seperti yang digambarkan, untuk menyediakan berarti

mengisolasi mereka dari system setelah masalah atau untuk pemeliharaanya. Umumnya,

switch dioperasikan secara manual tanpa beban. Rangkaian yang digambarkan terlihat

terhubung ke bus biasa menjadi generator, transformer, motor, dan sebagainya.

Tipikal Bus biasanya digambarkan sebagai berikut :

Single bus – Single breaker Gambar 10.1

Double bus with bus tie – Single breaker Gambar 10.2

Main and transfer bus – Single breaker Gambar 10.3

Double bus – Single breaker Gambar 10.4

Double bus – Double breaker Gambar 10.5

Ring Bus Gambar 10.6

Pengaturan lain ada dan dapat dianggap sebagai kombinasi atau variasi ini.

Untungnya, kesalahan bus yang terjadi tidak terlalu umum, tapi serius, karena mereka dapat

menyebabkan cukup banyak hilangnya layanan melalui sirkuit yang harus terbuka untuk

mengisolasi kesalahan. Penyebab paling umum dari kegagalan bus adalah kegagalan

peralatan, kontak dengan hewan-kecil, isolator rusak, dan kontaminasi.

1

Proteksi Diferensial menyediakan sensitif dan fasa cepat dan perlindungan kesalahan ground dan umumnya direkomendasikan untuk semua bus. Pada gambar, garis kotak atau kotak diluar garis erupakan bus diferensial untuk proteksi zona : yaitu zona proteksi prier. Backup biasanya diberikan oleh proteksi terkait dengan menghubungkan sirkuit. Satu detik skema diferensial adalah kadang-kadang digunakana untuk bus sangat penting dan dapat didikte oleh redunansi persyaratan yang ditetapkan untuk sistem tenaga massal. Bus di gardu distribusi dan di dalam kompleks industri kadang-kadang diproteksi kurang kompleks, waktu tunda perlindungan.

10.2 SINGLE BREAKER – SINGLE BUSJenis pemutus tunggal-bus (Gambar 10.1) adalah yang paling dasar, sederhana, dan

desain bus yang sangat ekonomis dan digunakan secara luas, terutama pada distribusi dan transmisi tegangan rendah. Untuk jenis bus, diferensial mudah untuk memasok selama CTs cocok yang tersedia, dengan zona pelindung melampirkan seluruh bus, seperti yang digambarkan.

2

Pengaturan bus ini tidak memberikan fleksibelitas operasi. Semua kesalahan bus mengharuskan membuka semua sirkuit terhubung ke bus. Masalah breaker atau pemeliharaan mengharuskan sirkuit dihapus dari layanan. Namun, perawatan mungkin tidak terlalu banyak masalah jika pemeliharaan pada seluruh sirkuit dan perlindungan dapat di jadwalkan bersama – sama. Satu set tegangan transformer (VTS) di bus dapat menyediakan tegangan untuk perlindungan pada semua sirkuit.

10.3. SINGLE BUSES CONNECTED WITH BUS TIE

Ini merupakan perpanjangan dari pengaturan single bus- single breaker (Gambar 10.2). Hal ini digunakan di mana sejumlah besar sirkuit ada, terutama pada tegangan yang lebih rendah, seperti untuk gardu distribusi dan industry. Hal ini memberikan fleksibelitas ketika gardu yang disuplay dari dua pasokan daya terpisah. Satu pasokan yang terhubung ke setiap bus izin operasi dengan bus tie (52T), baik terbuka atau tertutup. Jika salah satu pasokan hilang, semua sirkuit dapat di suplay oleh yang lain, dengan 52T ditutup. Zona deferensial terpisah untuk setiap bus yang diterpakan. Sebuah kesalahan dalam satu zona bus masih memungkinkan layanan ke stasiun oleh bus lain.

10.4 MAIN AND TRANSFER BUSES WITH SINGLE BREAKERS

Peningkatan fleksibelitas operasi ini disediakan dengan penambahan sebuah bus transfer (Gambar 10.3). Operasi normal mirip dengan yang ditunjukkan pada Gabar 10.1, dengan semua sirkuit dipasok dari bus utama. Bus ini dilindungi oleh zona diferensial tunggal (garis putus-putus). Sebuah kesalahan bus membutuhkan pemutusan semua breakers, ada dengan memutuskan semua layanan yang terhubung ke bus.

Biasanya, bus transfer tidak berenergi Untuk setiap gangguan pada breaker atau pemeliharaan, bahwa sirkit terhubung ke bus transfer dengan menutup switch biasanya

3

terbuka (NO) melepaskan dan menutup bus tie (52T) pemutus untuk melanjutkan pelayanan. Hanya satu sirkit dengan demikian terhubung ke bus transfer pada satu waktu. Perlindungan yang terkait dengan pemutus bus tie harus sesuai dan mudah beradaptasi untuk melindungi salah satu sirkuit dari bus utama. Hal ini dapat memerlukan pengaturan yang berbeda, yang harus dibuat untuk setiap sirkit ditransfer atau operasi dengan perlindungan kompromi untuk periode operasi transfer bus . Ini adalah kelemahan dari sudut pandang perlindungan. Secara umum, tidak diinginkan untuk beralih atau memodifikasi system perlindungan karena potensi kesalahan dapat mengakibatkan tidak ada perlindungan atau misoperation. Penggunaan relay berbasis mikroprosessor dapat mengurangi masalah ini karena beberapa kelompok pengaturan yang tersedia pada jenis relay. Sebuah grup pengaturan dapat di dedikasikan untuk setiap sirkit dan pengaturan diterapkan secara khusus sesuai dengan kebutuhan masing – masing sirkuit. Kelompok pengaturan yang diperlukan dapat diaktifkan secara otomatis oleh kontak posisi saklar yang mengidentifikasi sirkuit tertentu yang terhubung ke bus transfer.

4

5

Satu set VTS di bus dapat menyediakan tegangan untuk semua perlindungan untuk beberapa sirkit.

6

10.6 DOUBLE BREAKER – DOUBLE BUS

Ini adalah perngaturan yang sangat fleksibel yang membutuhkan dua circuit breakers per sirkuit (Gambar 10.5). Setiap bus dilindungi oleh diferensial terpisah, dengan zone sebagai ilustrasi. Garis perlindungan beroperasi dari CTs parallel, dan ini memberikan perlindungan untuk daerah bus antara dua zona yang overlapping dua breakers. Baris perlindungan beroperasi untuk memutuskan kedua breakers.

Dengan semua switch noramally closed (NC), seperti yang digabarkan, kesalahan pada salah satu bus tidak mengganggu pelayanan di garis. Semua switch dekerjakan dengan pemutus, dan bus dapat dihilangkan untuk pemeliharaan. Garis – sisi tegangan, baik VTS dan CCVTs, diperlukan oleh proteksi baris.

10.7 RING BUS

Pengaturan bus cinicin (Gambar. 10.6) telah menjadi sangat umum, terutama untuk tegangan tinggi. Fleksibelitas tinggi dengan minimal pemutus ini diperoleh. Setiap pemutus melayani dua garis dan harus dibuka untuk kesalahan pada baris kedua. Bagian bus antara pemutus menjadi bagian dari baris, sehingga bahwa perlindungan bus tidak berlaku atau dibutuhkan. Interkoneksi dari CTs untuk perlindungan setiap baris yang digabarkan putus pada Gambar 10.6, dan kesalahan garis harus trip dua pemutus. Jika cincin ini terbuka untuk alasan apapun, kesalahan pada baris mungkin memisahkan jalur lain dari bus. Hal ini dapat mengakibatkan gangguan yang signifikan ke jaringan system tenaga, yang harus diperhitungkan dari system operasi dan sudut pandang perlindungan koordinasi. Jalur perlindungan tegangan, jika diperlukan, diperoleh dari VTS atau lebih umum pada tegangan yang lebih tinggi dengan CCVTs terhubung ke setiap baris.

7

2.1.1 Proteksi Busbar/Diameter/Kopel

Peralatan proteksi busbar dirancang untuk mengamankan peralatan busbar jika

terjadi gangguan hubungsingkat pada busbar. Pada sistem gardu induk yang

menggunakan 3 (tiga) PMT atau 1,5 (satu setengah) PMT (one and a half breaker),

proteksi busbar disebut juga proteksi diameter. Gangguan hubung singkat pada

busbar umumnya jarang terjadi, namun jika terjadi dampaknya sangat besar terhadap

ketahanan peralatan instalasi dan dapat menimbulkan masalah stabilitas transient,

serta dapat menimbulkan pemadaman yang meluas.

Oleh karena itu, fungsi proteksi busbar atau diameter, selain untuk menghindari

kerusakan peralatan instalasi, juga sangat diharapkan dapat menghindari

pemadaman secara menyeruh dalam suatu gardu induk jika terjadi gangguan hubung

singkat di busbar.

Macam-macam proteksi busbar/diameter pada sistem tegangan tinggi/ekstra tinggi,

yaitu:

Relai Differential Busbar;

Relai Arus Sirkulasi (Circulating Current Protection – CCP);

Relai Kegagalan PMT ( Circuit Breaker Failure – CBF);

Relai Arus Jangkauan Pendek (Short Zone Protection – SZP);

Relai Arus Lebih Gangguan fasa-fasa (OCR);

Relai arus Lebih gangguan fasa-tanah (GFR).

8

2.1.1.1 Relai Differential Busbar

Mengingat besarnya dampak yang ditimbulkan akibat gangguan hubung singkat di busbar, maka dirancang suatu proteksi yang selektif dan dapat bekerja dengan cepat.

Keuntungan relai Differential busbar antara lain: Waktu pemutusan yang cepat (pada basic time); Bekerja untuk gangguan di daerah proteksinya; Tidak bekerja untuk gangguan di luar daerah proteksinya; Selektif, hanya mentripkan pmt-pmt yang terhubung ke seksi yang terganggu; Imune terhadap malakerja, karena proteksi ini men-tripkan banyak PMT.

Kerugian relai Differential busbar antara lain: Pemasangannya lebih rumit harus mengontrol status PMT dan PMS; Relatif lebih mahal dibandingan dengan relai arus lebih, karena dibutuhkan CT

pada setiap bay yang diproteksi.

Gambar Error! No text of specified style in document.-1. Pola Proteksi Differensial Busbar pada Gardu Induk 150 kV

Konfigurasi pemutus yang digunakan pada gardu induk tegangan tinggi yang menggunakan skema konfigurasi 1,5 (satu setengah) PMT (circuit breaker and a half). Relai differential busbar (buspro) diterapkan di kedua busbar dengan pola duplikasi (BBP-A1 & BBP-A2 dan BBP-B1 & BBP-B2).

Rangkaian yang paling sederhana untuk memberikan proteksi busbar duplikasi adalah skema duplikasi menggunakan relai impedansi tinggi seperti pada sistem proteksi sisi tegangan tinggi trafo tenaga.

Pemutusan diberikan berdasarkan susunan pemutusan dua dari dua (two-out-of-two) untuk memenuhi persyaratan pengamanan sistem.

Sebuah skema tunggal berdasarkan prinsip differensial bias impedansi rendah dapat digunakan pada skema proteksi busbar numerik. Skema ini memiliki susunan integrasi penuh, serta tingkat keamanan dan kehandalan diberikan oleh skema monitor internal (internal watchdog) sehingga tidak diperlukan skema duplikasi penuh.

Jenis/pola proteksi busbar banyak ragamnya, tetapi yang akan di bahas disini adalah proteksi busbar differensial dengan jenis low dan high impedans.

9

BA 150KV

BBP-BBP-

CT1-1 CT1-2 CT1-3 CT1-4

CT2-1 CT2-2 CT2-3

OHL-1 OHL-2TD-1 TD-2 TD-3

KOPEL

1. Differential Jenis Low Impedance

Relai differensial bekerja berdasarkan hukum Kirchoff yaitu jumlah arus yang melalui satu titik sama dengan nol. Pada relai differensial yang dimaksud suatu titik adalah daerah yang diamankan (protected zones) yang dibatasi trafo arus yang tersambung ke relai differensial Pada keadaan tanpa gangguan atau gangguan di luar daerah yang diamankan, jumlah arus yang melalui daerah yang diamankan sama dengan nol. Pada keadaan gangguan di dalam daerah yang diamankan, jumlah arus yang melalui daerah yang diamankan tidak sama dengan nol.

Relai differensial jenis low impedans merupakan relai differensial arus, secara sederhana dapat digambarkan seperti Gambar Error! No text of specified stylein document.-2.

Perbedaan (differensial) arus yang melalui daerah yang diamankan ini akan melalui operating coil relai.

Gambar Error! No text of specified style in document.-2. Pola Proteksi Differensial Busbar Jenis Low Impedance

Secara umum relai differensial arus adalah:

Membandingkan besaran arus yang melalui suatu daerah yang diamankan;

Relai ini harus bekerja jika gangguan di dalam daerah yang diamankan dan

harus stabil jika gangguan di luar daerah proteksi;

Merupakan suatu unit protection.

Pada saat terjadi gangguan diluar daerah pengamanannya (F1), arus

differensial yang masuk ke relai IR = 0, sebaliknya jika gangguan terjadi

didaerah pengamananya IR 0, sehingga relai akan bekerja.

Karakteristik kerja dari relai jenis low impedance ini adalah sebagai berikut:

Daerah pengaman adalah di dalam daerah yang dilingkupi CT yang

tersambung ke relai differensial;

Bekerja seketika;

Tidak perlu dikoordinasikan dengan pengaman lain;

10

IA

ProtectedZones

End A End B

IB

F1IR1 = 0

F2

Merupakan pengaman utama dan tidak berlaku sebagai pengaman

cadangan.

a) b)Gambar Error! No text of specified style in document.-3. a) Jenis Non Bias

relai dan b) Jenis Bias Relai

Relai differensial jenis non bias menggunakan relai arus lebih sebagai operating coil dan pada kondisi arus gangguan eksternal yang besar sekali relai ini tidak stabil.

Hal ini disebabkan oleh: Komponen dc arus gangguan tidak sama; Kejenuhan setiap CT tidak sama; Rasio setiap CT tidak tepat sama.

Relai differensial jenis bias memperbaiki kelemahan di atas dengan prosentasi slope tertentu seperti pada Gambar Error! No text of specified stylein document.-4 dibawah ini :

Gambar Error! No text of specified style in document.-4. Relai Differensial

Setelan arus kerja:

% min pick up =

Setelan Slope:

11

OperateOperate

RestrainRestrain

I diff I diff

Trough current Trough current

IA

Protected Zones

End A End B

IB

2.1.1.3 R2.1.1.2 B 2.1.1.1 B

B = bias/restrain coil

x100 %smallest current in operating coil to cause

operationrated current of the operating

coil

% slope =

x 100 %current in operating coil to cause

operationcurrent in

restraining IA – IB

(IA + IB) / 2X 100 %=

Berdasarkan persamaan diatas maka:Arus minimum pick up : 30 – 40% InSetelan slope : 30 – 50% dengan pertimbangan: Kesalahan trafo arus CT : 10 % Mismatch : 4 % Arus eksitasi : 1 % Faktor keamanan : 5 %

Cek Zone:

check zone berfungsi untuk memastikan bahwa gangguan merupakan gangguan internal dan untuk mencegah maloperasi jika ada kelainan pada proteksi busbar masing-masing zone, misalnya ada wiring yang terbuka atau terhubung singkat.

Jika terjadi gangguan pada zone 1, maka jumlah arus dari masing-masing CT a, b dan c tidak sama dengan nol, akibatnya ada arus yang melalui relai R1. Hal ini juga dirasakan oleh relai R3 yang akan menutup kontaknya untuk memberi tegangan positip, dan dengan menutupnya kontak dari relai R1 maka sinyal trip akan dikirim ke pmt yang dilingkupi CT a,b dan c. Dengan demikian zone 1 dapat diisolir dari sistem. Jika ada rangkaian arus yang terbuka pada zone proteksi, maka pada saat beban yang cukup besar atau pada saat ada gangguan eksternal, akan menyebabkan proteksi busbar pada zone tersebut tidak stabil atau relai dari busbar tersebut akan menutup kontaknya. Tetapi dengan adanya chek zone, relai tersebut tidak mendapat tegangan positip sehingga mal operasi dapat dicegah.

2. Relai differensial busbar jenis high impedance.Relai Differensial jenis High impedance menggunakan stabilising resistor yang dipasang seri dengan relai differensial arusnya. Relai disetting dengan memperhitungkan sensitivitas untuk gangguan internal dan stabilitas untuk gangguan eksternal. Sensitivitas terhadap gangguan internal ditentukan oleh besarnya setting arus relai. Setelan arus ditentukan (20% – 30%) In CT.

Gambar Error! No text of specified style in document.-5. Relai Differensial Jenis High Impedance

Stabilitas untuk gangguan eksternal ditentukan oleh besarnya nilai stabilising resistor yang dihitung berdasarkan drop tegangan pada salah satu rangkaian

12

R

RstabRct1 RL1 RL2 Rct2

CT2

CT1 V

If

If

Ekivalensi CT jenuh

IF

CT (V) pada arus hubung singkat eksternal maksimum (If) dengan salah satu CT jenuh. Besarnya tegangan pada terminal stabilising resistor dan relai (VR) harus diset lebih besar dari drop tegangan tersebut, sehingga pada kondisi terburuk ini relai masih stabil.Setelan tegangan harus lebih besar dari tegangan pada terminal stabilising resistor.

Dimana, V = tegangan jatuh pada terminal stabilising resistork = Faktor keamanan (antara 1.5 – 2.0)

Karena relai diset pada arus hubung singkat tertentu, jika suatu saat arus hubung singkat tersebut bertambah besar dan salah satu relai jenuh maka relai tersebut menjadi tidak stabil untuk gangguan eksternal, tetapi akan tetap stabil jika tidak ada CT yang jenuh.

Dari uraian di atas dapat dikatakan relai differential high impedance memiliki stabilitas yang lebih baik untuk gangguan eksternal khususnya jika terjadi kejenuhan dari salah satu CT.

Tidak seperti relai differensial low impedance yang memiliki bias/restraint yang dapat menetralisir akibat perbedaan rasio (delta rasio kecil) pada gangguan eksternal, relai high impedance tidak memiliki kemampuan ini sehingga disyaratkan CT yang digunakan memiliki rasio yang sama.

Secara keseluruhan kebutuhan yang harus dipenuhi untuk relai differensial high impedance ini adalah (pertimbangan dalam menentukan setelan): rasio CT sama; resistansi CT rendah; knee voltage CT tinggi; burden wiring CT rendah; CT jenis low reactance.

Dari uraian di atas jika CT terpasang tidak sama dan rasio disamakan dengan penambahan ACT maka harus dipenuhi persyaratan di atas, tetapi sulit dipenuhi ACT dengan kebutuhan di atas, sehingga pemakaian ACT tidak direkomendasikan untuk relai diffrensial jenis high impedance.

13

Vset > k x V

Vset > k x If (RL2 + Rct2 )

OHL