tinjauan pustaka analisis proteksi

8/13/2019 Tinjauan Pustaka Analisis Proteksi

1/57

http://digilib.unimus.ac.id 7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Sistem proteksi merupakan salah satu bagian penting dari sistem transmisi

tenaga listrik, di mana sistem proteksi diharapkan bekerja untuk melindungi

peralatan dan juga mencegah meluasnya suatu gangguan apabila terjadi gangguan

di dalam sistem transmisi tenaga listrik. Salah satu hal yang harus diperhatikan

dalam penyetelan, pengaturan dan desain sistem proteksi yaitu kordinasi, karena

dengan kordinasi sistem proteksi akan bekerja sesuai dengan yang diharapkan dan

lebih selektif dalam mengatasi gangguan yang terjadi pada sistem transmisi tenaga

listrik.

Beberapa penelitian yang telah dilakukan tentang kordinasi sistem

proteksi, yaitu :

1. Alfian Rachmatu Taufan menjelaskan dalam penelitiannya dengan judul

STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM

KELISTRIKAN DI PT.ASAHIMAS FLAT GLASS TBK, SIDOARJO di

mana pada tulisannya sedikit banyak membahas tentang kordinasi relai

pengaman peralatan yang ada di PT.ASAHIMAS FLAT GLASS TBK

yaitu berupa relai OCR-GFR, di mana tiap-tiap peralatan di proteksi oleh

masing-masing relai OCR-GFR di mana tiap relai harus dikordinasikan

setelan arus kerja dan waktu kerjanya agar apabila terjadi gangguan relai

pengaman lebih selektif. Dalam kasus di PT.ASAHIMAS FLAT GLASS

TBK terdapat Terdapat kesalahan setting eksisting rele arus lebih pada


2/57


bus karena perbedaan waktu trip dengan pengaman di bawahnya

kurang dari 0,3s. Dengan hal ini dapat dilakukan resetting pada relai agar

kordinasi diantara relai pengaman dapat berjalan dengan baik [9].

2. Aris Widodo menjelaskan dalam penelitiannya dengan judul STUDI

KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM KELISTRIKAN DI

PT. CHANDRA ASRI yang didalam penulisannya hampir sama dengan

yang di lakukan oleh Alfian Rachmatu Taufan tetapi kasus yang

ditemukan oleh penulis yaitu adanya kesalahan pada setting relai

pengaman transformator karena nilai settingnya berada di atas damage

curve trafo. Dan setelah diresetting, kurva setelan berada di bawah damage

curvesehingga mampu mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung

singkat di bus bawahnya, oleh karena itu harus diperhatikan juga

koordinasi setting rele pengaman arus lebih mengacu pada kapasitas daya

beban, arus hubung singkat minimum dan arus hubung singkat maksimum

[2].

3. David Setiawan dan kawan-kawan pada Seminar Nasional Aplikasi

Teknologi Informasi 2007 (SNATI 2007) ISSN: 1907-5022 Yogyakarta,

16 Juni 2007 yang membahas tentang ANALISIS KEANDALAN

PROTEKSI SALURAN TRANSMISI PT. CHEVRON PACIFIC

INDONESIA MENGUNAKAN METODE FAULT TREE di mana

dalam tulisannya membahas tentang heuristik algoritma genetika yang

dapat menghasilkan keputusan kriteria sistem yang lebih cepat dan

melakukan analisis yang lebih handal, di mana hasil kehandalan ini dapat


3/57


menentukan perbaikan sistem yang ada menjadi lebih baik lagi dan juga

ditemukan Metode Faul Tree dan GA ini dapat melakukan koordinasi

penentuan reabilityproteksi pada saluran transmisi [3].

Penelitian Tugas Akhir mencoba untuk membahas tentang kordinasi pada

relai pengaman di Saluran Udara Tegangan Tinggi 150 kV GI Kudus arah Jekulo,

dimana akan dilihat bagaimana kordinasi relai pengaman dalam hal ini relai jarak

apabila terjadi perubahan konfigurasi.

2.1 Sistem Transmisi Tenaga Listrik

Transmisi tenaga listrik merupakan salah satu komponen dari sistem

penyaluran tenaga listrik menyalurkan energi tenaga listrik dari pusat-pusat

pembangkitan menggunakan kawat-kawat (saluran) transmisi, menuju gardu-

gardu induk yang selanjutnya akan didistribusikan ke pelanggan atau konsumen.

Ada dua kategori saluran transmisi : saluran udara (overhead line) dan

saluran bawah tanah (uderground). Saluran udara menyalurkan tenaga listrik

melalui kawat-kawat yang digantung pada tiang-tiang transmisi dengan

perantaraan-perantaraan isolator-isolator, sedang saluran bawah tanah

menyalurkan listrik melalui kabel-kabel bawah tanah. Kedua cara penyaluran

mempunyai untung ruginya sendiri-sendiri. Dibandingakn dengan saluran udara,

saluran bawah tanah tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, taufan, hujan angin,

bahaya petir dan sebagainya. Saluran bawah tanah lebih estetis (indah), karena

tidak tampak. Karena alasan terakhir ini, saluran-saluran bawah tanah lebih

disukai di Indonesia, terutama untuk kota-kota besar. Namun biaya,


4/57


pembangunannya jauh lebih mahal daripada saluran udara, dan perbaikannya

lebih sukar bila terjadi gangguan hubung singkat dan kesukaran-kesukaran

lainnya [4].

Menurut jenis arusnya, pada saluran transmisi dikenal sistem arus bolak-

balik (AC, atau alternating current) dan sistem arus searah (DC, atau direct

current). Didalam sistem AC, penaikan dan penurunan tegangan mudah dilakukan

yaitu dengan menggunakan transformator. Itulah sebabnya maka dewasa ini

saluran transmisi di dunia sebagian besar adalah saluran AC. Di dalam sistem AC

ada sistem satu-fasa dan sistem tiga-fasa. Sistem tiga-fasa mempunyai kelebihan

dibandingkan dengan sistem satu-fasa karena (a) daya yang disalurkan lebih

besar, (b) nilai sesaatnya (instantaneous value) konstan dan (c) medan magnit

putarnya mudah diadakan. Berhubung dengan keuntungan-keuntungannya hampir

seluruh penyaluran tenaga listrik didunia dewasa ini dilakukan dengan arus bolak-

balik. Namun, sejak beberapa tahun terakhir ini penyaluran arus searah mulai

dikembangkan dibeberapa bagian dunia ini. Penyaluran DC mempunyai

keuntungan karena, isolasinya yang lebih sederhana, daya guna (efisiensi) yang

tinggi karena faktor dayanya satu, serta tidak adanya masalah stabilitas sehingga

dimungkinkan penyaluran jarak jauh. Namun persoalan ekonominya masih harus

diperhitungkan. Penyaluran tenaga listrik dengan sistem DC baru dianggap

ekonomis bila jarak saluran udara lebih jauh dari 640 km atau saluran bawah-

tanah lebih panjang dari 50 km. Ini disebabkan karena biaya peralatan pengubah

AC ke DC dan sebaliknya (converter dan inverter equipment) sangat mahal [4].


5/57


Untuk daya yang sama, maka daya guna penyaluran naik oleh karena

hilang daya transmisi turun, apabila tegangan transmisi ditinggikan. Namun

peninggian tegangan transmisi berarti juga penaikan isolasi dan biaya peralatan

gardu induk. Oleh karena itu, pemilihan tegangan transmisi dilakukan dengan

memperhitungkan daya yang disalurkan, jumlah rangkaian, jarak penyaluran,

keandalan (reliability), biaya peralatan untuk tegangan tertentu, serta tegangan-

tegangan yang sekarang dan yang direncanakan. Kecuali itu, penentuan tegangan

harus juga dilihat dari standarisasi peralatan yang ada. Penentuan tegangan

merupakan bagian dari perancangan sistem secara keseluruhan [4].

Meskipun tidak jelas menyebutkan keperluannya sebagai tegangan

transmisi, di Indonesia, Pemerintah telah menyeragamkan deretan tegangan tinggi

sebagai berikut :

a) Tegangan Nominal Sistim (kV) : 30-66-110-150-220-380-500

b) Tegangan Tertinggi untuk Perlengkapan : 36-72,5-123-170-245-420-525

Penentuan deretan tegangan diatas disesuaikan dengan rekomendasi International

Electrotechnical Comission[4].

Pada penyaluran tenaga listrik terdapat beberapa jenis konfigurasi yang

secara garis besar umumnya dibagi dalam 5 bentuk konfigurasi jaringan :

1. Sistem Radial

2. Sistem open loop / Tie Line

3. Sistem close loop

4. Sistem Cluster

5. Sistem Spindel


6/57


Sistem Radial merupakan sistem jaringan distribusi tegangan menengah

yang paling sederhana, murah, banyak digunakan terutama untuk sistem yang

kecil, kawasan pedesaan. Umumnya digunakan pada SUTM proteksi yang

digunakan tidak rumit dan keandalannya paling rendah.

Sedangkan Sistem Open Loop biasanya merupakan pengembangan dari

sistem Radial, sebagai akibat diperlukannya keandalan yang lebih tinggi dan

umumnya sistem ini dapat dipasok dalam satu gardu induk. Dimungkinkan juga

dari gardu induk lain tetapi harus dalam satu sistem di sisi tegangan tinggi karena

hal ini diperlukan untuk memudahkan manuver beban pada saat terjadi gangguan

atau kondisi-kondisi pengurangan beban. Proteksi untuk sistem ini masih

sederhana tetapi harus memperhitungkan panjang jaringan pada titik manuver

terjauh di sistem tersebut. Sistem ini umunya banyak digunakan di PLN baik pada

SUTM maupun SKTM.

Untuk Sistem Close Loop layak digunakan untuk jaringan yang dipasok

dari satu gardu induk, memerlukan sistem proteksi yang cukup rumit biasanya

menggunakan rele arah (directional). Sistem ini mempunyai kehandalan yang

lebih tinggi dibandingkan sistem lainnya, dan sistem ini jarang digunakan di PLN

tetapi biasanya dipakai untuk pelanggan-pelanggan khusus yang membutuhkan

keandalan tinggi,

Sistem spindle merupakan sistem yang relatif handal karena disediakan

satu buah express feeder yang merupakan feeder/ penyulang tanpa beban dari

gardu induk sampai Gardu Hubung (GH) refleksi, banyak digunakan pada

jaringan SKTM. Sistem ini relatif mahal karena biasanya dalam pembangunannya


7/57


sekaligus untuk mengatasi perkembangan beban di masa yang akan datang,

Proteksinya relatif sederhana hampir sama dengan sistem Open Loop. Biasanya di

tiap-tiap feeder dalam sistem spindle disediakan gardu tengah (middle point)

yang berfungsi untuk titik manuver apabila terjadi gangguan pada jaringan

tersebut.

Sistem merupakan hampir mirip dengan sistem spindle. Dalam sistem

Cluster tersedia satu express feeder yang merupakan feeder atau penyulang tanpa

beban yang digunakan sebagai titik manuver beban oleh feeder atau penyulang

lain dalam sistem Cluster tersebut. Proteksi yang diperlukan untuk sistem ini

relatif sama dengan sistem Open Loop atau sistem Spindle.

Selain itu ada juga konfigurasi single phi dan double phi yang biasa

digunakan pada sistem transmisi tenaga listrik.

Gambar 2.1.Konfigurasi Single dan Double Phi

Dapat terlihat dari gambar di atas, pada dasarnya konfigurasi single phi

dan double phi hampir sama, hanya dari sisi kehandalan konfigurasi double phi

lebih baik.


8/57


Dengan membuat topologi jaringan yang baik akan didapat performance

jaringan yang handal dan optimal dalam arti akan diperoleh kerugian energi

jaringan yang lebih kecil dan pelayanan ke pelanggan lebih baik dari sisi missal

mutu tegangan ke pelanggan.

Dalam membuat / menentukan topologi jaringan perlu dilakukan

perhitungan-perhitungan analisa teknis pada jaringan yang meliputi :

1. Analisa Aliran Daya

2. Analisa Hubung Singkat

3. Analisa Drop Tegangan

4. Pengaturan beban agar optimal

Dari analisa-analisa tersebut di atas dan dipadukan dengan pengalaman

operasional akan diperoleh bentuk topologi jaringan yang paling optimal.

Komponen-komponen utama dari transmisi jenis saluran udara terdiri

dari [5] :

1. Menara transmisi atau tiang transmisi beserta fondasinya

Menara atau tiang transmisi adalah suatu bangunan penopang saluran

transmisi, yang bisa berupa menara baja, tiang beton bertulang dan tiang

kayu. Tiang tiang baja, beton atau kayu umumnya digunakan pada saluran-

saluran dengan tegangan kerja relatif rendah (di bawah 70 kV) sedang untuk

saluran transmisi tegangan tinggi atau ekstra tinggi atau ekstra tinggi

digunakan menara baja. Menara baja dibagi sesuai dengan fungsinya, yaitu :

menara dukung, menara sudut, menara ujung, menara percabangan dan

menara transposisi.


9/57


2. Isolator-isolator

Jenis isolator yang digunakan pada saluran transmisi adalah jenis porselin

atau gelas. Menurut penggunaan dan konstruksinya dikenal tiga jenis

isolator, yaitu : isolator jenis pasak, isolator jenis pos saluran dan isolator

gantung. Isolator jenis pasak dan pos saluran digunakan pada saluran

transmisi dengan tegangan kerja relatif rendah (kurang dari 22 33 kV),

sedang isolator gantung dapat digandeng menjadi rentangan isolator yang

jumlahnya disesuaikan dengan kebutuhan.

3. Kawat penghantar

Jenis-jenis kawat penghantar yang biasa digunakan pada saluran transmisi

adalah tembaga dengan konduktivitas 100% (CU 100%), tembaga dengan

konduktivitas 97,5 % (CU 97,5 %) atau alumunium dengan koduktivitas

61% (Al 61%). Kawat penghantar alumunium dari berbagai jenis dengan

lambang sebagai berikut :

a) AAC : All Alumunium Conductor yaitu kawat penghantar

yang seluruhnya terbuat dari alumunium

b) AAAC : All Alumunium Alloy Conductor yaitu kawat

penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran alumunium.

c) ACSR : Alumunium Conductor Steel Reinforced yaitu kawat

penghantar alumunium ber-inti kawat baja.

d) ACAR : Alumunium Conductor Alloy Reinforced yaitu kawat

penghantar alumunium yang diperkuat dengan logam campuran.


10/57


Kawat penghantar tembaga mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan

dengan kawat penghantar alumunium karena konduktivitas dan kuat

tariknya lebih tinggi. Tetapi kelemahannya ialah untuk besar tahanan yang

sama tembaga lebih berat dari alumunium dan juga lebih mahal. Oleh karena

itu kawat penghantar alumunium telah menggantikan kedudukan tembaga.

Untuk memperbesar kuat tarik dari kawat alumunium digunakan campuran

alumunium (alumunium alloy). Untuk saluran-saluran transmisi tegangan

tinggi, di mana jarak antara dua tiang/menara jauh (ratusan meter),

dibutuhkan kuat tarik yang lebih tinggi. Untuk itu digunakan kawat

penghantar ACSR.

4. Kawat tanah

Kawat tanah atau ground wire juga disebut sebagai kawat pelindung

(shield wires) gunanya untuk melindungi kawat-kawat penghantar atau

kawat fasa terhadap sambaran petir. Jadi kawat tanah itu dipasang diatas

kawat fasa. Sebagai kawat tanah umumnya dipakai kawat baja (steel wire)

yang lebih murah, tetapi tidaklah jarang digunakan ACSR.

Setiap saluran transmisi memiliki karakteristik listrik, yaitu konstanta-

konstanta saluran, seperti : tahanan R, induktansi L, konduktansi G, dan

kapasitansi C. Pada saluran udara konduktansi G sangat kecil sehingga dengan

mengabaikan konduktansi G , perhitungan-perhitungan akan jauh lebih mudah

dan pengaruhnyapun masih dalam batas-batas yang dapat diabaikan[5].


11/57


Untuk keperluan analisa dan pehitungan maka diagram pengganti untuk

klasifikasi saluran transmisi biasanya dibagi dalam 3 kelas, yaitu :

a) kawat pendek (250 km) [6].

Klasifikasi di atas sangat kabur dan sangat relatif. Klasifikasi saluran

transmisi harus didasarkan atas besar kecilnya kapasitansi ke tanah. Jadi bila

kapasitansi kecil, dengan demikian arus bocor ke tanah kecil terhadap beban,

maka dalam hal ini kapasitansi ke tanah dapat diabaikan dan dinamakan kawat

pendek. Tetapi bila kapasisatansi sudah mulai besar sehingga tidak dapat

diabaikan, tetapi belum begitu besar sekali sehingga masih dapat dianggap seperti

kapasitansi terupsat (lumped capacitance), dan ini dinamakan kawat menengah.

Bila kapasitansi itu besar sekali sehingga tidak mungkin lagi dianggap sebagai

kapasistansi terpusat, dan harus dianggap terbagi rata sepanjang saluran, maka

dalam hal ini dinamakan kawat panjang[5].

Semakin tinggi tegangan operasi maka kemungkinan timbulnya korona

sangat besar. Korona ini akan memperbesar kapasitansi, dengan demikian

memperbesar arus bocor. Jadi ada kalanya walaupun panjang saluran hanya 50

km, misalnya, dan bila tegangan kerja sangat tinggi (Tegangan Ekstra Tinggi,

EHV, apalagi Tegangan Ultra Tinggi, UHV) maka kapasitansi relatif besar

sehingga tidak mungkin lagi diabaikan walapun panjang saluran hanya 50 km[5].

Sedangkan untuk klasifikasi saluran transmisi berdasarkan fungsinya

dalam operasi dapat dibedakan dalam:


12/57


a) transmisi: yang menyalurkan daya besar dari pusat-pusat pembangkit

ke daerah beban, atau antara dua atau lebih sistem, biasa juga disebut

sebagai saluran interkoneksi atau biasa disebut tie line.

b) sub transmisi: sub transmisi ini biasanya adalah transmisi percabangan

dari saluran yang tinggi ke saluran yang lebih rendah

c) distribusi: di Indonesia telah ditetapkan bahawa tegangan distribusi

adalah 20 kV [5].

2.2 Sistem Proteksi

Dalam sistem tenaga listrik banyak sekali terjadi gangguan terutama

hubung singkat. Arus hubung singkat mengakibatkan terjadi thermal &

mechanical stresses yang dapat merusak peralatan sistem tenaga listrik. Untuk

melindungi peralatan terhadap gangguan hubung singkat yang terjadi dalam

sistem diperlukan peralatan proteksi. Peralatan proteksi didesain dengan tujuan

utama untuk melindungi peralatan, keamanan sistem dan untuk menjaga

kontinyuitas pelayanan ke pelanggan. Oleh karena itu, sistem proteksi harus

didesain agar sensitif, cepat, selektif dan andal.

Sistem Proteksi harus memenuhi syarat sebagai berikut :

1. Sensitif yaitu mampu merasakan gangguan sekecil apapun

2. Andal yaitu akan bekerja bila diperlukan (dependability) dan tidak akan

bekerja bila tidak diperlukan (security).

3. Selektif yaitu mampu memisahkan jaringan yang terganggu saja.

4. Cepat yaitu mampu bekerja secepat-cepatnya.


13/57


Modal tertanam dalam suatu sistem penyediaan tenaga listrik berupa

fasilitas fasilitas pembangkitan, transmisi dan distribusi demikian besarnya

sehingga harus diatur agar seluruh sistem tidak hanya dioperasikan dengan

efisiensi yang setinggi mungkin, tetapi seluruh peralatannya juga diamankan dan

dilindungi terhadap kerusakan. Maksud dan guna sistem proteksi dan relai-relai

pengaman adalah agar pemutus-pemutus daya yang tepat dioperasikan supaya

hanya peralatan yang terganggu dipisahkan secepatnya dari sistem, sehingga

kesulitan dan kerusakan yang disebabkan gangguan menjadi sekecil mungkin[7].

Gangguan listrik terberat yang terjadi dalam suatu sistem tenaga listrik

adalah yang mengakibatkan terjadinya peningkatan arus listrik, dan penurunan

tegangan, frekuensi serta faktor daya. Relai-relai pengaman tidak dapat

menghilangkan kemungkinan adanya gangguan pada sistem, melainkan baru

dapat bekerja setelah terjadinya gangguan[7].

Dalam menentukan setting proteksi, harus dihitung perkiraan arus hubung

singkat secara tepat serta memperhatikan kemampuan peralatan dalam menahan

arus hubung singkat. Sistem proteksi harus dapat menjamin bahwa semua

peralatan sistem tenaga listrik telah terlindungi. Sistem proteksi adalah rangkaian

peralatan proteksi yang berfungsi untuk memisahkan bagian sistem yang

terganggu sehingga bagian sistem lainnya dapat terus beroperasi. Sistem proteksi

berfungsi untuk:

1. Mendeteksi adanya kondisi abnormal / gangguan pada bagian dari sistem

yang diamankan (fault detection),

2. Melepaskan bagian dari sistem yang terganggu (fault clearing) dan


14/57


3. Memberi tahu operator adanya gangguan dan lokasinya (Announciation).

Adapun tujuan dari proteksi yaitu:

4. Mencegah kerusakan peralatan yang terganggu maupun peralatan yang

dilewati oleh arus gangguan,

5. Mengisolir bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin dan secepat

mungkin

6. Mencegah kemungkinan meluasnya gangguan.

Sistem tenaga listrik jika dibagi dalam zone pengamanan (protection zone)

tergantung dari peralatan dan keberadaan atau pemasangan pemutus tenaga

(circuit breaker), di mana terdapat kategori 6 wilayah/zone proteksi yang ada di

sistem tenaga listrik :

1) generators and generator transformer units2) transformers3) buses4) lines (transmissi on, subtrans mission,and distribution)5) utilization equipment (motors, static loads,)6) capacitor atau reactor banks(apabila di proteksi terpisah) [8] .


15/57


Gambar 2.2.Pembagian wilayah atau zona proteksi

Perkembangan lain juga terjadi pada peralatan relai dimana pada tahun

1930-an mulai dikenalkan relai mekanik sampai dengan rele numerik pada tahun

1990-an, serta perkembangan konsep komunikasi data mulai dari stand alone

sampai dengan distributed system seperti dilihat pada gambar dibawah.

Gambar 2.3.Perkembangan teknologi relai

Rele Numerik

1990-an

Rele Mekanik

1930-an

Rele Statis

1950-an

Rele Elektronik

1980-an


16/57


Relai yang paling sederhana ialah relai mekanik atau elektromekanis yang

memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik.

Secara sederhana relai elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut :

Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau

membuka) kontak saklar.

Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.

Dalam pemakaiannya biasanya relai yang digerakkan dengan arus DC

dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang

terbaik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan

untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relai berganti posisi

dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya.

Relai elektromekanis dapat diklasifikasikan menjadi beberapaberbagai jenis

sebagai berikut:

a. tertarik amature

b. bergerak kumparan

c. induksi

d. termal

e. motor dioperasikan

g.. mekanis

Relay statik adalah relay listrik yang responnya dibentuk oleh atau secara

elektronik/magnetik/optik tanpa adakomponen yang bergerak.Meskipun pada


17/57


defenisi di atas tercantum tanpa komponen yang bergerak, akan tetapi masih

banyak relay statik padabagian yang berhubungan dengan output-nya masih

memakai komponen yang elektromekanikal, kecuali pada akhir-akhir ini dengan

berkembangnya komponen elektronika daya ( power elektronic ) maka padaoutput

stage-nya pun dipakai peralatan/ komponen solid state.Pada gambar 3.5

memperlihatkan diagram blok relay statik yang disederhanakan, yaitu:

1. Bagian sekunder dari transformator instrumen/tranduscer

2. Bagian penyearah (rectifier ) berfungsi menyearahkan besaran-besaran

operasi.

3. Rangkaian pengukuran (relay measuring circuit ), yang terdiri dari:

a) Comparator yang membandingkan informasi yang masuk apakah

merupakan parameter yang sesuai atau bukan.

b) Level detector yang mendeteksi seberapa besar parameter terukur pada

saat gangguan, dibandungkandengan level yang telah ditentukan.

c) Filter, berfungsi untuk hanya meneruskan besaran yang tepat dan

memisahkan besaran dengan harmonisalain dari yang telah ditentukan.

(mem-filter harmonisa-harmonisa parameter sesuai dengan fungsinya)

d) Voltage stabilizer untuk membuat tegangan akan diukur menjadi stabil

Pada relai elektromekanik, pengukuran (measurement) dilakukan dengan

membandingkan besar torsi operasiterhadap operasi lawan (operating torque vs

restraining torque) dan pada relai statik pengukuran dilakukan dengan

membandingkan besaran operasi yang telah disearahkan dan dikonversikan ke


18/57


besaran tegangan, terhadap besaranreferensi yang juga berupa tegangan.Tetapi

pada relay numerik, pengukuran atau lebih tepatnya penganalisisan besaran input,

dilakukan pada prosesor. Untuk kedua tipe awal, hanya mempunyai output berupa

sinyal pertanda atau trip sedangkan pada relai numeric output-nya selain sinyal

pertanda dan trip, juga sebagai data logger dan event dan fault recorder serta

kontrol.

2.3 Peralatan-Peralatan Proteksi

Suatu sistem proteksi terdiri dari beberapa peralatan-peralatan antara lain :

1. Relai proteksi berfungsi sebagai elemen perasa atau pengukur untuk

mendeteksi gangguan

2. Pemutus tenaga (PMT) berfungsi sebagai pemutus arus dalam sirkuit

tenaga untuk melepas bagian sistem yang terganggu

3. Trafo arus (CT) dan trafo tegangan (PT) berfungsi untuk mengubah

besarnya arus dan atau tegangan dari sirkuit primer ke sirkuit sekunder

(untuk sistem proteksi dan pengukuran)

4. Sumber arus searah (batere) berfungsi untuk memberi suplai kepada relai

dan rangkaian kontrol atau proteksi

5. Pengawatan (wiring) berfungsi sebagai penghubung komponen-komponen

proteksi sehingga menjadi satu sistem.


19/57


Gambar 2.4. Peralatan-peralatan proteksi

Gambar 2.5 Peralatan-peralatan Sistem Proteksi

Adapun peralatan-peralatan yang diproteksi antara lain: Generator,

transformator daya, busbar, penghantar (SUTET, SUTT, SUTM), kapasitor,

reaktor dan motor-motor listrik berkapasitas besar.

Suatu sistem proteksi yang gagal bekerja biasanya disebabkan hal-hal di

bawah ini :

+

-RELAI

PROTEKSI

PMTCT

PT

TRIPPINGCOIL

BATERE


20/57


Relai Proteksi Rusak

Kesalahan Setting

CT Jenuh

Rangkaian ke Trip Putus

Relai Bantu Rusak

Trip Coil PMT Rusak

PMT macet atau kelainan PMT

Catu Daya DC hilang

2.4 Pola Proteksi Penghantar

Sistem transmisi tenaga listrik terdiri dari dua jenis, yaitu saluran udara

dan saluran kabel, yang mana masing-masing saluran memiliki pola dan sistem

proteksi sendiri. Dalam penentuan pola proteksi saluran transmisi tenaga listrik

ada satu hal yang juga harus di perhatikan, yaitu Source to Impedance Ratio(SIR)

di mana SIR adalah perbandingan nilai impedansi sumber terhadap impedansi

saluran. Panjang saluran transmisi dapat dikelompokan berdasarkan perbandingan

impedansi sumber terhadap impedansi saluran yang diproteksi (Source to

Impedance Ratio =SIR).

Saluran transmisi dapat dikelompokkan menjadi saluran pendek, sedang

atau panjang [9]. Panjang saluran transmisi dapat dikelompokan menjadi :

1) Saluran pendek dengan SIR 4

2) Saluran sedang dengan 0.5 < SIR < 4

3) Saluran Panjang dengan SIR yang sangat kecil atau SIR 0.5 [9].


21/57


SIR menunjukan kekuatan sistem yang akan diproteksi, semakin kecil SIR

berarti semakin kuat sumber yang memasok saluran transmisi tersebut, dan

sebaliknya 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 [9]. 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.

Salah satu contoh pengaturan pola proteksi berdasarkan SIR saluran

transmisi yang ada di PT PLN Persero yaitu skema proteksi SUTET berdasarkan

SPLN 2007 dapat dilihat pada tabel di bawah.


22/57


Tabel 2.1 : Skema Proteksi SUTET berdasarkan SIR yang digunakan PT PLN (Persero)

Keterangan: PLC : Power Line Carrier

FO : Fiber Optic

CD : Relai Diferensial

Z : Relai Jarak

DEF : Relai Hubung Tanah Berarah

2.4.1 Pola Proteksi Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT)

Sistem pengaman suatu peralatan karena berbagai macam faktor

dapat mengalami kegagalan operasi (gagal operasi). Berdasarkan hal-hal

tersebut maka suatu sistem proteksi dapat dibagi dalam dua kelompok, yaitu :

1. Pengaman Utama

Merupakan sistem proteksi yang diharapkan segera bekerja jika terjadi

kondisi abnormal atau gangguan pada daerah pengamanannya

Alt-1 Skema Proteksi (a)

Utama 1 : Teleproteksi CD

Cadangan : Teleproteksi Z +DEF

Skema Proteksi (b)


Cadangan : Teleproteksi Z + DEF

Alt-2: Skema Proteksi (a)Utama 1 : Teleproteksi Z + DEF

Cadangan : Teleproteksi Z

Skema Proteksi (b)

Utama 2 : Teleproteksi Z + DEF


Saluran Sedang

0.5< SIR < 4 &

Saluran Panjang

SIR < 0.5

FO

Skema Proteksi (a)



Skema Proteksi (b)



Saluran Pendek

SIR < 4

PLC

MEDIA TELEKOMUNIKASI

SKEMA PROTEKSI

SALURAN YGDIPROTEKSI

Alt-1 Skema Proteksi (a)


Cadangan : Teleproteksi Z +DEF

Skema Proteksi (b)



Alt-2: Skema Proteksi (a)Utama 1 : Teleproteksi Z + DEF


Skema Proteksi (b)

Utama 2 : Teleproteksi Z + DEF


Saluran Sedang

0.5< SIR < 4 &

Saluran Panjang

SIR < 0.5

FO

Skema Proteksi (a)



Skema Proteksi (b)



Saluran Pendek

SIR < 4

PLC

MEDIA TELEKOMUNIKASI

SKEMA PROTEKSI

SALURAN YGDIPROTEKSI


23/57


24/57


cadangan lokal hanya sekedar pengaman cadangan terakhir demi keselamatan

peralatan.

2.4.1.1 Waktu Pemutusan Pengaman SUTT

Untuk memperoleh waktu clearing time yang cepat maka

pemakaian relai jarak sebagai pengaman utama SUTT pada sistem 70 dan 150

kV harus dilengkapi dengan teleproteksi. Pada dasarnya pemilihan pola

pengaman dengan pilot dimaksudkan untuk meningkatkan keandalan sistem

yaitu jika terjadi gangguan diluar zone-1nya tetapi berada pada saluran yang

diamankan maka relai jarak yang menggunakan teleproteksi akan bekerja

lebih cepat dibandingkan relai jarak tanpa teleproteksi.

Sistem proteksi SUTT yang akan dibahas disini adalah SUTT 150

kV dan 70 kV, dimana waktu pembebasan gangguan pada sistem 150 kV

harus lebih singkat daripada sistem 70 kV akibat dari arus gangguan yang

lebih besar pada sistem 150 kV tersebut. Bilamana pada sistem 70 kV waktu

dasarnya 150 ms, maka pada sistem 150 kV direkomendasikan 120 ms untuk

gangguan yang terjadi pada zone yang diamankannya. Rekomendasi ini

hanya berlaku pada SUTT yang menggunakan relai jarak yang dilengkapi

teleproteksi.

Adapun pembagian clearing time gangguan tersebut dapat terlihat

pada tabel dibawah


25/57


Tabel 2.2 : Standart kecepatan pemutusan gangguan di PT PLN (Persero)

No. Uraian Pembagian Waktu Sistem 150 kV

(milli sec)

Sistem 70 kV

(milli sec)

1. Penjatuhan Relai

Sinyal Pembawa (PLC/FO)

Relai

2040

2070

2. Pembukaan PMT 60 60

TOTAL 120 150

2.4.1.2 SUTT 70 kV

Pada sistem 70 kV terdapat dua macam pentanahan netral sistem,

yaitu :

a. Pentanahan netral dengan tahanan rendah atau solid grounded, misalnya

terdapat di wilayah Jawa Barat, Jakarta Raya, Bengkulu, dan Sulawesi

utara.

b. Pentanahan netral dengan tahanan tinggi, misalnya terdapat di wilayah

Jawa Timur dan Palembang.

Pada sistem dengan tahanan rendah, relai jarak dapat dipakai

sekaligus untuk gangguan fasa maupun gangguan tanah, tetapi pada sistem

dengan tahanan tinggi dimana arus gangguannya kecil yang menyebabkan

relai jarak tidak bekerja, sehingga harus dipasang relai gangguan tanah

tersendiri. Untuk gangguan tanah pada sistem dengan tahanan tinggi dipakai

dua jenis pengaman, yaitu :

a. Relai tanah selektif (selection ground relay)

b. Relai tanah terarah (directional ground relay)


26/57


Yang akan bekerja sebagai pengaman utama (main protection) dan

pengaman cadangan (back-up protection) secara timbal balik antara keduanya

sesuai dengan jenis dan keadaan serta macam (tempat) gangguan. Seperti

halnya pada pengaman utama maka pada pengaman cadangan inipun sistem

dengan tahanan rendah dan sistem dengan tahanan tinggi mempunyai

pengaman gangguan fasa yang sama, tetapi mempunyai pengaman gangguan

tanah yang berbeda.

Untuk pengaman gangguan fasa sebaiknya dipilih relai arus lebih

waktu terbalik (invers time overcurrent), tak terarah (non-directional) karena

relai ini sederhana dan murah tetapi dianggap cukup mampu bekerja sesuai

dengan fungsinya. Sebaliknya, untuk pengaman gangguan tanah diperlukan

relai arus lebih terarah, waktu-terbalik atau waktu tertentu (definite time)

tergantung pentanahan netralnya.

Pada sistem dengan tahanan rendah dipilih relai waktu terbalik

bilamana arus gangguan akan sangat berbeda pada pelbagai tempat atau relai

waktu tertentu,bilamana arus gangguan dimana-mana hampir sama. Sedang

pada sistem dengan tahanan tinggi dipilih relai waktu tertentu karena arus

gangguan yang kecil dimana-mana.

Adapun pembagian pola proteksi SUTT 70 kV berdasarkan jenis

pentanahannya yaitu :

1)Pentanahan netral dengan tahanan rendah / solid grounded

Sesuai SPLN No. 52-1 tahun 1984 bagian A tentang pola pengaman

sistem 66 kV bahwa pentanahan sistem 70 kV untuk Jawa Barat dan


27/57


Jakarta Raya menggunakan pentanahan rendah untuk netral sistemnya ,

sehingga pola pengaman untuk sistem 70 kV adalah sbb :

a) Pengaman Utama

- Gangguan fasa-fasa : Relai Jarak

- Gangguan fasa-netral : Relai Jarak

b) Pengaman Cadangan

- Gangguan fasa-fasa : Relai arus lebih waktu terbalik

(non directional)

- Gangguan fasa-netral : Relai arus lebih waktu terarah,

waktu tertentu atau waktu terbalik.

Dengan waktu pembebasan gangguan :

1. Pengaman Utama : Waktu dasar maksimum 150 ms dengan

penundaan waktu maksimum 600 ms

2. Pengaman Cadangan

- Jarak Jauh : Dengan penundaan waktu maksimum

600 ms

- Lokal : Dengan penundaan waktu 1000 ms

untuk gangguan di bus

Untuk saluran yang pendek (misalnya kira-kira 20 km) dimana

relai tidak dapat lagi melihat gangguan, terutama karena adanya tahanan


28/57


gangguan (Rf), seharusnya relai jarak dilengkapi dengan pola pilot

(pengoperasian teleproteksi), sebaiknya pola blocking.

Idealnya penggunaan relai jarak yang dilengkapi sistem

teleproteksi digunakan untuk seluruh saluran udara tegangan tinggi. Namun

atas pertimbangan biaya dan tingkat keadalan sistem maka tidak seluruh

jaringan harus dipasang. Adapun prioritas bagi pemasangan sistem

teleproteksi bagi sistem 70 kV, adalah penghantar 70 kV yang merupakan

pasokan langsung dari sistem 150 kV melalui IBT 150/70 kV.

2)Pentanahan netral dengan tahanan tinggi

Sedangkan untuk daerah yang menggunakan tahanan tinggi untuk sistem

pentanahannya, sesuai SPLN No. 51-1 tahun 1984 bagian A, adalah sbb :

a) Pengaman Utama

- Gangguan fasa-fasa : Relai Jarak

- Gangguan fasa-netral : Relai Selektif Tanah Relai Tanah

Terarah



(tak terarah)

- Gangguan fasa-netral : Relai arus lebih waktu terarah,

waktu tertentu atau waktu terbalik.

Beberapa kasus khusus perlu diberikan pengarahan sebagai berikut

Untuk saluran yang pendek ditetapkan sebagai berikut :


29/57


Sistem dengan tahanan rendah / solid grounded

Relai jarak dengan pola blocking, atau

Relai diferensial kawat-pilot

Keduanya sebagai pengaman gangguan fasa maupun gangguan

fasa maupun gangguan tanah.

Sistem dengan tahanan tinggi

Relai jarak dengan pola blocking, atau

Relai diferensial kawat-pilot

Relai fasa selektif

Ketiganya sebagai pengaman gangguan fasa, sedang sebagai

pengaman gangguan tanah seperti pada tabel diatas.

2.4.1.3 SUTT 150 kV

Berbeda dengan sistem transmisi 70 kV di mana terdapat 2 (dua)

macam pentanahan netral sistem, pada sistem transmisi 150 kV ini terdapat

hanya satu macam pentanahan netral sistem yaitu pentanahan efektif. Berbeda

dengan SUTT 70 kV, penggunaan rele jarak sebagai pengaman utama yang

dilengkapi teleproteksi menjadi suatu keharusan, khususnya bagi :

1) Penghantar yang dioperasikan looping dengan sistem 150 kV lainnya

2) Penghantar kV yang radial double circuit.

Untuk penghantar dengan katagori saluran pendek, rele pengaman

direkomendasikan menggunakan prinsip differensial:


30/57


a) Current Differential

b) Current Comparison

c) Phase Differential

Ada dua macam pola pengaman dengan pilot yang telah dan akan

diterapakan pada SUTT 150 kV PLN P3B, yaitu :

1) Permissive Transfer Trip Scheme

a) Permissive Underreach Transfer Trip (PUTT)

b) Permissive Overreach Transfer Trip (POTT )

2) Blocking Scheme

Pola Pengaman Saluran Udara Tegangan Tinggi 150 kV

a) Pengaman Utama

- Gangguan fasa-fasa : Relai Jarak yang dilengkapi

dengan teleporoteksi

- Gangguan fasa-netral : Relai Jarak yang dilengkapi

dengan teleporoteksi



(tak terarah)

- Gangguan fasa-netral : Relai arus lebih waktu terbalik

(tak terarah)


31/57


2.4.2 Pola Proteksi Saluran Kabel Tegangan Tinggi (SKTT)

2.4.2.1 SKTT 70 kV dan 150 kV

Pemakaian kabel tanah dapat dinyatakan sebagai standar yang

berlaku umum di dalam kota. Untuk saluran yang pendek sebaiknya

digunakan relai differensial pilot, karena menggunakan kabel pilot sebagai

media sinyal. Relai diferensial pilot saat ini paling banyak dipakai dan

dianggap tepat sebagai pengaman utama, baik bagi sistem dengan tahanan

rendah maupun bagi sistem dengan tahanan pentanahan tinggi.

Di samping pengaman utama perlu pula ditetapkan pengaman

cadangan dan dalam hal ini merupakan pengaman cadangan lokal. Pengaman

cadangan lokal ini harus dipilih pengaman yang mempunyai keadalan yang

tinggi demi untuk penyelamatan kabel tanah sewaktu terjadi gangguan.

Untuk pengaman cadangan ini harus dibedakan 2 macam

pengaman yaitu :

1) Pengaman gangguan antar fasa atau tiga fasa

2) pengaman gangguan satu fasa ke tanah.


32/57


Tabel 2.3 : Pola Pengaman Transmisi 70 kV Saluran Kabel Tanah

Pola Pengaman Sistem

Sirkit Pentanahan Pengaman Utama Pengaman Cadangan

Netral Sistem Gangguan

Fasa

Gangguan

Tanah

Gangguan antar

fasa atau 3-fasa

Gangguan

1-fasa ke

tanah

(1) Saluran sirkit

ganda paralel, dua

sumber

Tahanan A. Rendah Relai

Differential

Relai

Differential

Relai arus lebih

waktu terbalik

Relai arus

lebih

waktu

terbalik

(2) Saluran yang

sama (1) dengan

beberapa sumber,

merupakan

jaringan, terbuka

atau tertutup

Tahanan B. Tinggi Relai

Differential

Relai

Differential

Relai arus lebih

waktu terbalik

Relai daya

urutan nol

Adapun Pola Pengaman Sistem Transmisi 70 kV Saluran Kabel

Tanah, sesuai SPLN No. 52-1 tahun 1984 bagian A, adalah sbb :

Untuk gangguan antar dan tiga fasa, yang arus gangguannya besar

sebaiknya dipakai relai arus lebih waktu terbalik, sedang untuk gangguan

satu-fasa ke tanah, yang arus gangguannya kecil, sebaliknya dipakai relai arus

lebih waktu terbalik, atau relai daya urutan nol, yang lebih peka dari relai arus

lebih waktu terbalik. Dengan demikian untuk gangguan satu fasa ke tanah,

relai arus lebih waktu terbalik dipakai pada sistem dengan tahanan rendah,

sedang relai daya nol dipakai pada sistem dengan tahanan tinggi.


33/57


Oleh karena sistem pentanahan netral di 150 kV ini hanya

menggunakan pentanahan efektif maka pola pengaman untuk SKTT 150 kV-

nya hanya mengguanakan satu pola, yaitu relai diferensial longitudinal

sebagai pengaman utama untuk gangguan fasa-fasa dan fasa tanah.

Sedangkan sebagai pengaman cadangan lokalnya menggunakan relai

aruslebih waktu terbalik.

Tabel 2.4 : Pola Pengaman Transmisi 150 kV Saluran Kabel Tanah

Pola Pengaman Sistem

Sirkit Pentanahan Pengaman Utama Pengaman Cadangan

Netral

Sistem

Gangguan

Fasa

Gangguan

Tanah

Gangguan

antar fasa atau

3-fasa

Gangguan

1-fasa ke

tanah

1) Saluran sirkit ganda paralel,

dua sumber

2) Saluran yg sama 1) dgn

beberapa sumber, merupa-

kan jaringan, terbuka atau

tertutup

Effektif Relai

Differential

Relai

Differential

Relai arus

lebih

waktu terbalik

Relai arus

lebih

waktu

terbalik

2.4.3 Saluran Campuran

Untuk kasus khusus dimana saluran tersebut merupakan saluran

campuran antara udara dengan kabel tanah, maka digunakan pola pengaman

sebagai berikut :


34/57


1). Pada saluran campuran dimana saluran kabel tanah lebih dominan dari

saluran udara maka dipakai pola pengaman seperti tabel-3

2). Pada saluran yang bercampur sehingga sulit ditetapkan saluran mana

(udara atau kabel tanah) yang dominan, ditetapkan berdasarkan

perhitungan-perhitungan sesuai dengan keadaan sirkit tersebut, sehingga

dapat diketahui saluran yang dominan.

Pola pengaman salurancampuran dengan saluran kabel dominan

a) Pengaman Utama

- Gangguan fasa-fasa : Relai Diferensial

- Gangguan fasa-netral : Relai Diferensial

b)Pengaman Cadangan


- Gangguan fasa-netral : Relai arus lebih waktu terbalik

2.4.4 Peralatan sinkron dan Autorecloser

2.4.4.1 Peralatan Sinkron

Relai Synchrocheck adalah suatu peralatan kontrol yang berfungsi

untuk mengetahui kondisi sinkron antara dua sisi atau subsistem yang diukur.

Besaran yang diukur oleh alat ini adalah perbedaan sudut fasa, tegangan dan

frekuensi.

1. Beda sudut fasa (f)

Sudut fasa untuk mengetahui perbedaan sudut fasa urutan tegangan antara

kedua sisi yang diukur, biasanya besarnya setting sudut fasa tergantung


35/57


kekuatan sistem saat itu. Untuk sekuriti sistem setting sudut fasa dipilih

disesuaikan dengan kekuatan sistem dengan batas maksimum adalah

sekitar 20 untuk sistem kelistrikan di Jawa-Bali, adapun di lokasi lain

berebeda batas maksimum perbedaan sudut fasanya.

2. Beda tegangan (V)

Adalah beda tegangan antara diantara kedua subsistem misalkan antara

tegangan bus/common (U1) dengan running /incoming (U2). Untuk

mencegah terjadinya asinkron saat penutupan PMT perlu diperhatikan

perbedaan kedua sisi tegangan tidak boleh lebih besar dari setting beda

tegangan. Setting perbedaan tegangan maksimal 10%Vn, untuk sistem

kelistrikan di Jawa-Bali, adapun di lokasi lain berebeda batas maksimum

perbedaan tegangannya.

3. Beda frekuensi (F)

Beda frekuensi adalah untuk mengetahui slip frekuensi antara kedua

subsistem yang akan dihubungkan fungsinya untuk mencegah penutupan

PMT jika perbedaan kedua sisi frekuensi lebih besar dari setting.

Perbedaan frekuensi maksimal disetting 0.11 Hz, untuk sistem kelistrikan

di Jawa-Bali, adapun di lokasi lain berebeda batas maksimum perbedaan

frekuensiya.

Faktor utama yang menjadi pertimbangan dalam setelan synchro check

adalah perbedaan frekuensi (slip), sehingga perlu dihitung secara akurat.

Perbedaan frekuensi ditentukan melalui persamaan

df = /(t x180) (2.1)


36/57


37/57


frekuensi) konsumen terjadi padam dapat dikurangi. Namun sebaliknya,

pengoperasian A/R secara tidak tepat dapat menimbulkan kerusakan pada

peralatan, sehingga dapat menimbulkan dampak pemadaman meluas serta

waktu pemulihan yang lebih lama. Pada kedua proteksi utama, fungsi penutup

balik otomatis harus diaktifkan dengan menggunakan setelan yang sama.

2.5 Relai Jarak

2.5.1 Pengertian Relai Jarak

Relai jarak merupakan jenis proteksi non-unit dan memiliki kemampuan

untuk membedakan gangguan yang terjadi di berbagai bagian sistem, tergantung

pada impedansi yang terukur. Pada dasarnya, Relai jarak membandingkan arus

gangguan yang dilihat oleh relaui dengan tegangan di lokasi relay untuk

menentukan impedansi sampai titik terjadinya gangguan [10].

Keuntungan utama menggunakan Relai Jarak adalah zona proteksi relai

bergantung pada impedansi dari penghantar yang dilindungi yang hampir konstan

dari besaran tegangan dan arus. Dengan demikian, Relai Jarak memiliki

jangkauan tetap, berbeda dengan relai overcurrent dimana jangkauan bervariasi

tergantung pada kondisi sistem [10].

Relai Jarak merupakan relai proteksi yang prinsip kerjanya berdasarkan

pengukuran impedansi penghantar. Impedansi penghantar yang dirasakan oleh

relai adalah hasil bagi tegangan dengan arus dari sebuah sirkit [5].

Relai Jarak merupakan pengaman utama (main protection) pada SUTT /

SUTET dan sebagai backup untuk seksi didepan. Relai Jarak pada dasarnya


38/57


bekerja dengan mengukur impedansi transmisi, dibagi menjadi beberapa daerah

cakupan yaitu Zone 1, Zone 2, Zone 3, serta dilengkapi juga dengan teleproteksi

sebagai upaya agar proteksi bekerja selalu cepat dan selektif di dalam daerah

pengamanannya.

Relai jarak di desain untuk merespon arus, tegangan dan perbedaan sudut

fasa antara arus dan tegangan, di mana paramater-parameter ini dan digunakan

untuk menghitung atau mengukur nilai impedansi yang di baca oleh relai, yang

juga sebanding dengan jarak gangguan [11].

2.5.2 Prinsip Kerja Relai Jarak

Relai Jarak mengukur tegangan pada titik relai dan arus gangguan yang

terlihat dari relai, dengan membagi besaran tegangan dan arus, maka impedansi

sampai titik terjadinya gangguan dapat ditentukan. Perhitungan impedansi dapat

dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :

f

f

fI

VZ =

(2.2)

Dengan : Zf = Impedansi (Ohm)

Vf = Tegangan (Volt)

If = Arus gangguan (Ampere)

Relai Jarak akan bekerja dengan cara membandingkan impedansi

gangguan yang terukur dengan impedansi setting, dengan ketentuan: bila

impedansi gangguan lebih kecil dari pada impedansi setting relai (Zf < ZR) maka


39/57


relai akan bekerja, dan bila impedansi ganguan lebih besar dari pada impedansi

setting relai (Zf > ZR) maka relai tidak akan bekerja.

Gambar 2.6. Blok diagram Relai Jarak

Berdasarkan gambar blok diagram diatas relai jarak mendapatkan

inputan dari trafo arus dan juga trafo tegangan yang berfungsi sumber

masukan ke relai untuk membaca besaran arus dan tegangan yang ada di

penghantar, besaran tegangan dan arus dikonversi di relai menjadi satuan

impedansi, dan apabila terjadi gangguan maka pembacaan impedansi di relai

akan berubah dan bila nilai impedansi berada dibawah nilai settingnya maka

relai akan bekerja dan memberikan perintah trip ke PMT.

DistanceZ Z2min

maka setelan zone-2 diambil sama dengan Z2mak dengan t2 = 0,4 detik

3) Jika saluran yang diamankan jauh lebih panjang dari saluran seksi

berikutnya maka akan terjadi Z2mak < Z2min. Pada keadaan demikian

untuk mendapatkan selektifitas yang baik, maka zone-2 diambil sama

dengan Z2min dengan setting waktunya dinaikan satu tingkat, yaitu 0.8

detik


42/57


4) Jika pada gardu induk didepanya terdapat trafo daya, maka jangkauan

zone-2 sebaiknya tidak melebihi impedansi trafo

Z2trafo = 0,8 * (ZL1 + k.ZTR ) (2.6)

k sama dengan bagian trafo yang diproteksi, nilai k direkomendasikan

adalah 0,5. Hal ini dimaksudkan jika terjadi gangguan pada sisi tegangan

rendah rele tidak bekerja.

ZTR = XT * Vn

Kapasitas (MVA) (2.7)

XT = impedansi trafo tenaga (%)

Vn = tegangan primer trafo (kV)

5) Jika ditemukan kondisi dimana Z2min melebihi dari Z2trafo padanear

end bus mak setelan zone-2 tidak perlu mempertimbangkan ZTR dan

tetapmenggunakan Z2min, dengan mengkoordinasikan setelan waktu

zone-2 terhadap pengaman cadangan dari trafo.

c)Pemilihan Zone-3

Dasar pemilihan zone-3 adalah berdasarkan pertimbangan berikut

1) Jangkauan ini diusahakan dapat meliputi seluruh saluran seksi berikutnya,

(harus mencapai far end bus terpanjang ) sehingga didapat penyetelan

sebagai berikut :


43/57


Z3min = 1,2 * (ZL1 + K*ZL2) (2.8)

Z3mak= 0,8 * (ZL1 + (0,8 * K *(ZL2 + 0,8 * ZL3 ))) (2.9)

dengan :

ZL = impedansi saluran yang diamankan

ZL2 = impedansi saluran berikutnya yang terpendek (dalam Ohm)

ZL3 = impedansi saluran berikutnya yang terpanjang (dalam Ohm)

K = Faktor infeed

2) Untuk zone-3 dipilih nilai terbesar antara Z3min dengan Z3mak, jika pada

gardu induk didepannya terdapat trafo daya, maka jangkauan zone-3

sebaiknya tidak melebihi impedansi trafo

Z3trafo = 0,8 (ZL1 + k * ZTR) (2.10)

k adalah bagian trafo yang diamankan / diproteksi, nilai k yang

direkomendasikan adalah 0,8.

3) Jika overlap dengan zone-3 seksi berikutnya, maka waktu zone-3 dapat

dikoordinasikan dengan waktu zone-3 seksi berikutnya

d)Faktor Infeed

Yang dimaksud dengan infeed adalah pengaruh penambahan atau pengurangan

arus yang melalui titik terhadap terhadap arus yang melalui relai yang ditinjau.

Secara umum infeed ini disebabkan karena adanya pembangkit antara relai


44/57


dengan titik gangguan. Infeed dapat juga disebabkan karena adanya perubahan

konfigurasi saluran dari ganda ke tunggal atau sebaliknya.

Adanya pengaruh infeed ini akan membuat impedansi yang dilihat relai seolah-

olah menjadi lebih besar (letak gangguan seolah-olah menjadi lebih jauh) atau

menjadi lebih kecil (letak gangguan seolah-olah menjadi lebih dekat). Dengan

demikian jangkauan kurang atau jangkauan lebih. pengaruh infeed ini harus

dipertimbangkan khususnya untuk penyetelan zone 2 dan zone-3.

Adapun jenis-jenis konfigurasi yang dapat menimbulkan infeed adalah

1) Adanya pembangkit pada ujung saluran yang diamankan

Gambar 2.8 : Pengaruh infeed akibat adanya pembangkit diujung

saluran

Pada saat terjadi gangguan di titik F maka impedansi yang dilihat relai

adalah :

ZRA= VRA / IRA=( I1.ZAB + (I1+I2).ZBF ) / I1 (2.11)

ZRA= ZAB + (I1+I2) / I1.ZBF (2.12)

ZRA= ZAB + k.ZBF (2.13)

Jadi, faktor infeed k = (I1+I2) / I1 (2.14)

2) Adanya perubahan dari Saluran transmisi ganda ke tunggal

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

adalah :

F21

S

A

B

I2

SC

rele A

I1

FI1+ I2


45/57


Gambar 2.9 Pengaruh infeed saluran ganda ke tunggal

ZRA= VRA / IRA = ( I.ZAB + 2I.ZBF ) / I (2.15)

ZRA= ZAB + 2.ZBF (2.16)

Jadi faktor infeed, k = 2

3) Saluran transmisi tunggal ke ganda

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

adalah :

Gambar 2.10 Pengaruh infeed saluran tunggal ke ganda

ZRA = (I.ZAB+I1.ZBF)/I (2.17)

ZRA= ZAB + I1/I.ZBF (2.18)

I1 = I.(2L-X)./2L (2.19)

ZRA = ZAB + (2.L-X)/2L. ZBF (2.20)

Jadi faktor infeed K = (2L-X) / 2L. (2.21)

F21

SA B C

relai A

I

I

2I

F

F21

S

A B C

relai A

I

I1

F

xI (1-x)


46/57


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

2.6 Parameter Input Untuk Perhitungan Setting

Sebelum melakukan kalkulasi setting, terlebih dahulu harus diketahui

parameter parameter input yang akan mempengaruhi perhitungan setting.

Parameter tersebut adalah data relai proteksi, data konfigurasi jaringan, data

peralatan bantu, data konduktor dan data arus hubung singkat.

2.6.1 Relai Proteksi

Data relai proteksi meliputi :

1) Data nominal arus dan tegangan rele, data ini seharusnya sesuai dengan

nominal sekunder CT dan PT. Nominal arus dan tegangan ini akan

mempengaruhi akurasi dari setelan yang telah dibuat.

2) Minimum tap setting dan range setting.

Nilai minimum tap dan range setelan akan mempengaruhi nilai setelan yang

akan dilakukan. Sebagai contoh, setelan Directional Earth Fault yang

dipegunakan untuk mendeteksi gangguan phasa tanah dengan tahanan

gangguan yang tinggi. Setelan Relai Jarak Zone 3 untuk proteksi Saluran

Udara yang panjang secara fisik akan terbatasi oleh maksimum tap setting.


47/57


3) Karakteristik dari relay tersebut

Karakteristik relay dari masing masing pabrikan berbeda beda, hal ini akan

menyebabkan kalkulasi dan penerapan setting belum tentu sama untuk semua

tipe rele. Oleh karena itu perlu dibutuhkan manual dari rele yang akan

dipergunakan.

Contoh :

Rele Distance merek ABB dan Siemens memiliki kurva karakteristik

quadralateral untuk phasa phasa dan phasa tanah, sedangkan Relai Jarak

merek GE atau Toshiba memiliki fleksibilitas quadralateral atau mho.

Rele Distance merek toshiba type GRZ 100 memiliki nilai penerapan setting

phasa tanah berupa ohm/phasa untuk Z1, dan Z2, dan ohm/loop untuk Z3,

dan Z4, sedangkan merek lain umumnya menggunakan penerapan setting

berupa ohm/phasa.

Rele distance merek ABB membutuhkan inputan impedansi urutan nol,

sedangkan merek lainnya tidak membutuhkan inputan impedansi urutan nol,

tetapi membutuhkan besaran kompensasi urutan nol.

Contoh data spesifikasi relai

Untuk memudahkan dalam melakukan perhitungan setting, maka

data relai disiapkan selengkap mungkin seperti pada contoh dibawah.

Relai Distance :

Merek/ type,

Arus nominnal , 1 A atau 5 A

Power supply yang tersedia 110 volt DC atau 220 volt AC


48/57


Range setting

Operating time dalam mS

Akurasi pada nilai setting

Karakteristik kerja

OCR/GFR :

Merek/ type,

Arus nominnal , 1 A atau 5 A

Power supply yang tersedia 110 volt DC atau 220 volt AC

Range setting yang meliputi Low set & High set untuk relai

gangguan fasa-fasa (OCR) dan relai gangguan fasa-tanah (GFR) ,

Contoh :

OCR min 0.4 2.0 In ( in 0.05 steps )

GFR min 0.05 1.0 In ( in 0.05 steps

Operating time dalam mS

Akurasi pada nilai setting

Karakteristik waktu kerja : standard inverse, very inverse, extremelly

inverse, denitine time

Range setting kurva waktu (TMS)

Inverse min 0.05 1 with 0.025 steps for IEC standard dan

min 0.5 15 with 0.5 steps for ANSI standard

Definite min 0 30 second in 0.1 steps

Drop out to pick up ratio


49/57


2.6.2 Data konfigurasi jaringan

Data jaringan yang dimaksud adalah data konfigurasi jaringan penghantar

yang akan diproteksi dan konfigurasi jaringan yang akan dikoordinasikan ke

depan maupun ke belakang. Konfigurasi jaringan ini akan berpengaruh pada nilai

infeed yang dirasakan oleh Relai Jarak.

2.6.3 Data Peralatan Bantu.

Yang dimaksud dengan peralatan bantu pada bagian ini adalah CT, PT,

PMT dan konduktor. Data data alat bantu ini akan mempengaruhi terhadap

setelan rele proteksi.

a) Trafo Arus (CT/Current Transformer)

CT yang digunakan untuk sistem proteksi harus mempunyai core terpisah

dengan CT yang digunakan untuk pembacaan meter. Klas dan Kapasitas

(burden) CT untuk proteksi disesuaikan dengan kebutuhan sistem proteksi

yang bersangkutan.

b) Trafo Tegangan (CVT / Capasitive Voltage Transformer)

Trafo tegangan untuk sistem proteksi EHV menggunakan jenis capasitive

voltage transformer yang mempunyai core untuk klas proteksi dan

mempunyai kapasitas (burden) sesuai dengan kebutuhan sistem proteksi.

Untuk kehandalan sistem proteksi maka CVT dipasang pada masing masing

bay penghantar.


50/57


c) Pemutus Tenaga ( PMT )

Kebutuhan data teknis yang diperlukan dalam perhitungan setting :

Breaking Capacity

Jenis penutupan (single pole / three pole )

Arus Nominal

Relai pole discrepanncy *) khusus PMT single pole)

Media pemadam busur api

Kemampuan Siklus kerja

Jenis PMT yang digunakan penghantar harus mendukung pola SPAR

(single pole autoreclose) yaitu single pole dan mempunyai urutan kerja

pengenal : O 0.3 detik CO 3 menit CO yang artinya setelah PMT

membuka, perlu waktu minimal 0.3 detik untuk menutup (reclose) dan bisa

langsung membuka. Untuk menutup kembali perlu waktu 3 menit dan bisa

langsung membuka. Dengan catatan bahwa waktu tunda 3 menit untuk

penutupan PMT yang ke dua kali dibutuhkan untu recovery media

pemadaman busur jika pembukaan PMT pada ratingnya (breaking capacity ).

d) Kecepatan pembukaan dan pemutusan PMT

Waktu pemutusan PMT (breaker time) maksimum 40 milidetik (2 cycle),

sedangkan waktu penutupan PMT maksimum 60 milidetik (3 cycle)


51/57


2.6.4 Konduktor

Kebutuhan data akan konduktor meliputi data Kemampuan Hantar Arus

(KHA) dari konduktor tersebut. Dan dengan bantuan konfigurasi tower akan

dihasilkan data impedansi jaringan berupa impedansi urutan positif, urutan negatif

dan urutan nol.

2.6.5 Data Arus Hubung Singkat Sistem

Untuk menghasilkan hasil perhitungan yang benar, maka data hubung

singkat yang dipakai harus data paling aktual atau mutahir dan dikeluarkan oleh

bidang yang kompeten dan terpecaya. Data hubung singkat biasanya dalam

bentuk tabel yang memuat impedansi urutan positif (Z1), urutan negatif (Z2) , dan

urutan nol (Zo) baik dalam satuan omh maupun dalam satuan per-unit (pu).

Juga bisa dalam besaran daya hubungsingkat (MVA hs).

2.7 Mathcad, Digsilent dan GEC Quadramho SHPM 101

Mathcad dan Digsilent merupakan software yang digunakan pada Tugas

Akhir ini untuk melakukan perhitungan dan scanning .

1. Mathcad

Mathcad merupakan suatu program aplikasi matematika berbasis windows

yang mempunyai unjuk kerja tinggi dalam menangani berbagai macam

persamaan, angka, teks, maupun grafik. Dalam pengaplikasianya pada

bidang proteksi mathcad dapat digunakan untuk menghitung nilai setting


52/57


proteksi selain itu juga dapat digunakan untuk melakukan scaning untuk

melihat dan memeriksa kordinasi antara proteksi agar tidak terjadi

overlapping, di mana tampilannya menggunakan grafik. Pada aplikasi

Mathcad ini nilai yang digunakan sebagai nilai input settingan relay yang

digunakan adalah nilai primer.

2. Digsilent

Digsilent merupakan suatu program yang dapat mensimulasikan suatu

kondisi sistem tenaga listrik yang dapat menghitung aliran daya atau load

flow maupun nilai arus hubung singkat pada sistem tenaga listrik tersebut.

Sedangkan pada bidang proteksi pengapliaksiannnya yaitu kita dapat

melakukan scanning untuk melihat kordinasi diantara proteksi penghantar

dengan fasilitas time distance diagram yang dimiliki oleh program

digsilent ini. Adapun peralatan proteksi yang ada pada aplikasi Digsilent

ini seperti Current Transformer (CT), Voltage Transformer (VT), dan

Relay itu sendiri. Pada aplikasi Digsilent ini nilai yang digunakan sebagai

nilai input settingan relay yang digunakan adalah nilai sekunder.

3. GEC Quadramho SHPM 101

Distance relai yang digunakan pada penghantar Kudus arah Jekulo yaitu

relai GEC Quadramho SHPM 101 , yaitu merupakan Relai Jarak jenis

statik yang menggunakan karakteristik blinder Mho untuk Phase-Phase

Fault dan karakteristik blinder Quadrilateral untukphase Ground Fault.


53/57


2.8 Jenis-Jenis Gangguan

Pada keadaan aman atau normal, jaringan tenaga listrik tidak memerlukan

sistem pengamanan. Gangguan pada jaringan tenaga listrik harus dapat diketahui

dan dipisahkan dari bagian jaringan lainnya secepat mungkin dengan maksud agar

kerugian yang lebih besar dapat dihindarkan.

Oleh karena letaknya yang tersebar diberbagai daerah, maka saluran

transmisi mengalami gangguan-gangguan, baik yang disebabkan oleh alam,

maupun oleh sebab-sebab lain.

Hampir semua gangguan pada saluran 187 kV ke atas disebabkan oleh

petir, dan lebih dari 70% dari semua gangguan pada saluran 110-154 kV

disebabkan karena gejala-gejala alamiah (petir, salju, es, angin, banjir, gempa dan

sebagainya). Gejala-gejala alamiah lain terjadi pada saluran 60 kV adalah

gangguan binatang (burung, dan sebagainya). Karena letaknya didaerah tropis,

gangguan es dan salju tidak diharapkan terjadi di Indonesia (kecuali di

pegunungan-pegunungan tinggi di Irian Barat) [4].

Gangguan secara garis besar dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian

utama [12] :

a. Gangguan Aktif (Active Fault)

Active fault terjadi ketika arus mengalir dari satu fasa konduktor ke fasa

yang lain (phase-to-phase), atau satu konduktor fase ke tanah (phase-to-

earth).jenis gangguan ini kemudian diklasifikasikan menjadi dua bagian :

yaitu solid fault dan incipient fault

b. Gangguan Pasif (Passive Fault)


54/57


Passive faultbukan merupakan gangguan yang sesungguhnya terjadi pada

kehidupan nyata, melainkan kondisi yang mengakibatkan stress pada

sistem yang melebihi kapasitas desainnya, sehingga akhirnya timbul active

fault. Contoh khususnya sebagai berikut :

1) Overload yang menyebabkan pemanasan lebih dari isolasi

(deteriorating quality,reduced life and ultimate failure).

2) Tegangan lebih: Menyebabkan stress isolasi diluar withstandcapacites

3) Under Frequency: Menyebabkan kesalahan kerja pada pembangkit

4) Power : Generator akan out of step dan out of syrconism

Sedangkan berdasarkan kategorinya, gangguan dibagi menjadi dua

kategori, yaitu [4] :

a. Hubung Singkat

b. Putusnya kawat

Dalam kategori pertama termasuk hubung singkat satu atau dua fasa

dengan tanah, hubung singkat antara 2 fasa, dan hubung singkat tiga fasa satu

sama lain. Kadang-kadang hubung singkat dan putusnya kawat terjadi bersamaan.

Kadang-kadang juga hubung singkat terjadi di beberapa tempat sekaligus.

Gangguan berdasarkan jenis gangguannya terdiri dari 2 jenis yaitu [13] :

a. Gangguan Seimbang

Yaitu gangguan 3 fasa , namun jarang terjadi di mana karakteristik dari

gangguan ini adalah nilai tegangan dan arus per fasa sama dengan


55/57


perbedaan sudut 120, dan dalam perhitungannya menggunakan rangkaian

pengganti sistem simetris.

b. Gangguan Tidak Seimbang

Kebanyakan gangguan pada saluran transmisi adalah gangguan tidak

seimbang, di mana gangguan tidak seimbang ini dikelompokan menjadi

dua jenis yaitu :

Gangguan Shunt

Fasa ke tanah, fasa ke fasa, fasa-fasa ke tanah

Gangguan seri

Satu fasa terbuka , 2 fasa terbuka

Gangguan pada sistem adalah gangguan yang terjadi pada komponen

utama sistem tersebut seperti generator, trafo, SUTT, SKTT dan lain sebagainya,

yang menyebabkan CB terbuka, selanjutnya disebut gangguan sistem. Di mana

gangguan sistem dapat dikelompokan sebagai gangguan permanen dan gangguan

temporer [13].

a. Gangguan Temporer

Adalah gangguan yang hilang dengan sendirinya bila CB terbuka,

misalnya sambaran petir yang menyebabkan flash over pada isolator kabel

udara, sedangkan isolator tidak rusak. Pada keadaan ini CB dapat segera

dimasukan kembali, secara otomatis atau manual melalui autorecloser

(A/R) atau penutup balik otomatis (PBO).

b. Gangguan Permanen


56/57


Adalah gangguan yang terus ada walaupun CB sudah terbuka, sedangkan

untuk pemulihan diperlukan perbaikan. Contoh, gangguan hubung singkat

pada SUTT sebagai akibat isolator pecah. Gangguan permanen dapat

berasal dari gangguan temporer, misalnya sambaran petir yang

menyebabkan isolator pecah, dalam hal ini petirnya sendiri sudah hilang

akan tetapi dampaknya yaitu beberapa isolator pecah.

CB terbuka tidak selalu disebabkan oleh terjadinya gangguan pada sistem,

dapat saja CB terbuka karena relai yang bekerja sendiri atau kabel kontrol yang

terluka atau oleh sebab interferensi dan lain sebagainya. Gangguan seperti ini

disebut gangguan bukan pada sistem dan selanjutnya disebut non sistem fault.

Jenis-jenis gangguan yang dapat mempengaruhi sistem proteksi antara

lain, yaitu: Gangguan beban lebih, gangguan hubung singkat, gangguan tegangan

lebih, gangguan kekurangan daya dan gangguan ketidakstabilan / stabilitas.

Adapun usaha usaha yang dapat dilakukan untuk mengatasi gangguan-ganguan

tersebut yaitu:

a. Mengurangi terjadinya gangguan

Menggunakan peralatan yang dapat diandalkan

Spesifikasi yang tepat dan desain yang baik

Pemasangan peralatan dengan benar

Penebangan / pemangkasan pohon

Operasi dan pemeliharaan yang baik

b. Mengurangi akibatnya


57/57

Mengurangi besarnya arus gangguan

Melepas bagian sistem yang terganggu dengan menggunakan PMT

dan relai pengaman

Penggunaan pola pelepasan beban (load shedding) dan sistem

pemisahan (splitting) dan pembentukan pulau (islanding)

Penggunaan relai, PMT yang cepat untuk menghindari gangguan

instability

tinjauan pustaka analisis proteksi

Documents