SIMULASI PROTEKSI BEBAN LEBIH DENGAN MENGGUNAKAN MATLAB

Oleh Budi Santoso

ABSTRAK

Pertumbuhan beban yang sangat cepat menyebabkan transfer daya pada konduktor meningkat. Peningkatan transfer daya ini harus dijaga agar tidak melebihi kemampuan hantar arus konduktor. Pengendalian besar beban dilakukan dengan menggunakan proteksi beban lebih. Simulasi dengan Matlab digunakan untuk melihat koordinasi waktu kerja relay proteksi arus lebih dan relay proteksi beban lebih. Kata kunci : pertumbuhan beban, transfer daya, proteksi beban lebih, koordinasi

PENDAHULUAN

Transfer daya sering kali dibatasi karena

keterbatasan kemampuan hantar arus konduktor mempunyai nilai batas sesuai dengan kondisi

operasi yang diberikan oleh pabrikan. Pembatasan transfer adaya pada konduktor kadang-kadang

dilakukan karena alasan operasional, misalnya

untuk menjaga andongan agar tidak melebihi batas

aman. Sebaliknya, permintaan transfer daya selalu

meningkat seiring dengan bertambahnya beban konsumen. Untuk itu perlu dibuat sebuah skema

proteksi terhadap beban lebih agar transfer daya tidak melebihi batasan operasioanl peralatan.

DASAR TEORI

Kemampuan hantar arus konduktor dipengaruhi

oleh luas penampang konduktor, bahan penyusun

konduktor, konstruksi konduktor, dan suhu pengoperasian konduktor. Semakin besar luas

penampang konduktor maka akan semakin besar

pula kemampuan hantar arusnya. Semakin baik bahan penyusun konduktor maka semakin baik pula

kemampuan hantar arusnya. Sedangkan semakin tinggi suhu pengoperasian maka akan menurunkan

batas maksimum kemampuan konduktor untuk

menghantarkan arus.

Kenaikan permintaan terhadap transfer daya

melalui konduktor harus dijaga agar tidak melebihi

kemampuan hantar arus konduktor. Mekanisme ini

dilakukan dengan cara mengurangi beban pada system sehingga besar transfer daya bisa tetap

terjaga. Pengurangan beban dilakukan pada beban penyulang. Jumlah beban yang dikurangi dihitung

sedemian rupa sehingga dapat menurunkan

transfer arus di konduktor menjadi di bawah batas

kemampuan hantar arus.

Sebagai contoh konduktor ACSR 240mm2

mempunyai kemampuan hantar arus sebesar 645 A bila dioperasikan pada suhu ambient 35 oC dan

dapat dioperasikan selama suhu konduktor tidak melebihi 75 oC. Apabila pada suatau saat arus yang

mengalir pada konduktor 150 kV sudah mencapai

690 A maka untuk menjaga aliran arus menjadi 640 A perlu dilakukan pengurangan beban pada sisi

penyulang 20 kV sebesar :

Beban yang dibuang : (690-640)A x 7.5 x 20 kV = 7.5 MW

Untuk membuang beban sebesar 7,5 MW maka ditentukan penyulang mana saja yang harus

dilepas. Misal kondisi pembebanan penyulang

adalah sebagai berikut :

Penyulang 1 GI A : 3.2 MW Penyulang 2 GI A ; 1.2 MW Penyulang 1 GI B : 4.3 MW Penyulang 2 GI B : 1.5 MW

Maka penyulang yang dipilih untuk dilepas adalah

penyulang 1 GI A dan penyulang 1 GI B dengan jumlah daya sebesar 7.5 MW.

Pelepasan penyulang pada sistem 20 kV dilakukan

dengan cara memasang relay proteksi beban lebih (overload shedding OLS relay)pada konduktor 150

kV dengan nilai setelan sebesar kemampuan hantar

arus konduktor. Pada kasus ini maka setelan relay proteksi arus lebih adalah 645 A.

Prinsip kerja relay proteksi beban lebih pada dasarnya adalah sama dengan relay proteksi arus lebih. Perbedaannya terletak pada objek yang

dilepas, dan karakteristik waktu kerja relay. Relay Beban

Lebih Relay Arus Lebih

1. Objek yang dilepas

PMT yang letaknya berbeda dengan bay dimana relay terpasang

PMT pada bay dimana relay terpasang

2. Karakteistik waktu

definite Pada umunya SI

Penentuan waktu kerja OLS harus dikoordinasikan

dengan waktu kerja relay OCR dan waktu kerja relay jarak zona 3.

1. Waktu kerja OLS harus lebih cepat dari

pada relay OCR konduktor pada saat

kondisi beban lebih, dan lebih lambat dari OCR ketika terjadi gangguan di konduktor.

Hal ini dimaksudkan untuk menghindari

lepasnya (trip) konduktor karena kelebihan beban yang menyebabkan OCR bekerja.

OLS bekerja lebih cepat agar dapat segera mengurangi beban sehingga aliran arus

pada konduktor bisa diturunkan menjadi

dibawah setelan OCR. Ketika terjadi

gangguan maka OLS tidak boleh bekerja,

karena itu OLS bekerja lebih lambat dari

pada OCR.

2. Waktu kerja OLS harus lebih lama dari pada relay jarak zona 3.

Gambar 1. Koordinasi setelan waktu OLS, OCR dan relay jarak Z3

t* = setelan waktu OLS

Imak* = kemampuan hantar konduktor

I* = nilai arus yang membatasi wilayah kerja

OCR dan OLS

IHS min = nilai arus hubung singkat minimum yang

mungkin terjadi di dalam daerah

pengamanan OCR

Semakin kecil nilai t* maka akan memperbesar nilai

I* yang berarti menaikkan kemungkinan terjadinya

malakerja OLS ketika terjadi gangguan di konduktor ( ada kemungkinan OLS bekerja ketika terjadi

gangguan pada konduktor). Penentuan nilai I*

dapat dilakukan dengan melihat data statistik pembebanan konduktor sebelum dipasang OLS.

Apabila sebelumnya konduktor sering trip ketika terjadi pembebanan 125% maka nila I* dapat kita

tetapkan sebesar 125% dari kemampuan konduktor

atau lebih besar (selama tidak melebihi IHS min).

Nilai t* kemudian dihitung dengan menggunakan

rumus karakteristik SI pada OCR.

1*14.0

* 02.0

=

IsetI

tdt

td = setelan tunda waktu OCR Iset = setelan arus OCR

PEMODELAN RELAY OLS DAN OCR

OLS diterapkan dengan menggunakan OCR dengan

karakteristik tunda waktu definite. Pemodelan OCR

dilakukan menggunakan Matlab. Model mempunyai

10 input :

1. I masukan arus (rms) 2. I> setelan arus low set 3. t> setelan waktu low set

4. I>> setelan arus high set 5. t>> setlan waktu high set

6. SI karakteristik standard inverse

7. VI karakteristik very inverse

8. EI karakteristik extreme inverse 9. LTI karakteristik long time inverse

10. Def karakteristik definite

Gambar 2. Pemodelan OLS dan OCR

1,2 s

I*

t*

OCR

OLS

Z3

wakt

Arus Imak* IHS min

SIMULASI PELEPASAN BEBAN

Simulasi dilakukan untuk melepas beban sebesar 20

MW ketika konduktor dibebani sebesar 674 A. Beban yang dilepas adalah beban penyulang

penyulang F1 di GI A dan beban penyulang F1 di GI

B. Setelan arus dan waktu OLS dan OCR adalah

sebagai berikut :

OLS OCR

I> 645 A 645 A

t> 6 s 0.2 s

Karakteristik Definite SI

Setelan arus OLS diberi nilai 645 A dengan asumsi konduktor yang dijaga agar tidak overload adalah

konduktor ACSR hawk 240 mm2. Setelan waktu

OLS 6 s diperoleh dari asumsi kondisi overload mencapi nilai 125% dari kemampuan konduktor

1)25.1(2.014.0

* 02.0

=t

t* = 6.26 s

Gambar 4. Simulasi pelepasan beban

Simulasi dilakukan dengan dua kondisi, yaitu kondisi

ketika OLS tidak aktif dan OLS aktif. Ketika OLS

tidak aktif, konduktor 150 kV lepas setelah kondisi overload 674 A selama 31 s. Lepasnya konduktor

menyebabkan pasokan daya terputus, hal ini terlihat dari perubahan arus pada konduktor yang

semula 674 A menjadi 0 A. Simulasi untuk kondisi

yang kedua (OLS aktif) memberikan hasil yang

memuaskan, konduktor tidak perlu lepas karena aliran arus pada konduktor berhasil diturunkan

menjadi 625 A setelah beban dikurangi

sebesar 20 MW.

Gambar. 5 OCR melepas konduktor ketika terjadi overload.

Gambar 6. OLS nelepas beban F1 di GI A dan GI B

KESIMPULAN

1. Pelepasan beban pada penyulang bertujuan untuk menjaga aliran arus pada konduktor

tidak melbihi batas kemampuan hantar konduktor

2. Setlan arus OLS disesuaikan dengan

kemampuan hantar konduktor

3. Setelan waktu OLS menggunakan

karakteristik definite dan dikoordinasikan dengan setelan waktu OCR dan relay jarak zona 3

DAFTAR PUSTAKA

[1] Matlab Help

BIBLIOGRAFI

Budi Santoso, seorang ayah satu anak yang

berusaha mencari uang demi sesuap nasi dengan menjadi buruh di bidang kelistrikan.

Akhir-akhir ini aktif menulis di blog

http://budi54n.wordpress.com Alamat email : budi54n@yahoo.co.id