PENGGUNAAN TEGANGAN DAN ARUS KERJA RELE IMPEDANSI

PENGGUNAAN TEGANGAN DAN ARUS KERJA RELE IMPEDANSI UNTUK MEMPREDIKSI LOKASI GANGGUAN HUBUNG
SINGKAT PADA SALURAN TRANSMISI GANDA
(Alimuddin Sa’ban Miru)
PENGGUNAAN TEGANGAN DAN ARUS KERJA RELE IMPEDANSI
UNTUK MEMPREDIKSI LOKASI GANGGUAN HUBUNG SINGKAT
PADA SALURAN TRANSMISI GANDA
Alimuddin Sa’ban Miru
Jurusan Pend. Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Makassar
ABSTRAK
Penentuan lokasi gangguan pada saluran trasmisi berdasarkan kerja rele jarak yang mengukur impedansi
sepanjang saluran transmisi ganda yang mengalami gangguan. Perhitungan yang dilakukan melalui perkiraan lokasi
gangguan dengan memanfaatkan tegangan dan arus hasil pengukuran rele impedansi yang dipasangkan di kedua
terminal. Untuk mendapatkan perkiraan jarak gangguan yang diteliti melalui perkiraan lokasi gangguan hubung
singkat pada saluran transmisi ganda dilakukan berdasarkan rele impedansi digital. Dalam pembahasan ini, tegangan
dan arus diperkirakan melalui simulasi hubung singkat.
Kata kunci : Arus kerja rele impedansi, Gangguan hubung singkat.
A. Pendahuluan
L
X
Untuk mengurangi kerusakan pada
peralatan terdapat dua alternatif perencanaan,
yakni : pertama sistem dapat direncanakan
sedemikian rupa sehingga gangguan tidak terjadi,
dan kedua gangguan masih mungkin terjadi serta
untuk itu dilakukan langkah-langkah untuk
melokalisir gangguan sehingga kerusakan yang
akan terjadi dapat diminimalkan.
Oleh sebab itu perlu adanya sistem
proteksi yang dapat mengatasi akibat dari
gangguan hubung singkat. Khususnya suatu
sistem proteksi yang dapat mengamanankan
saluran transmisi serta dapat mendeteksi lokasi
gangguan.
Pada umumnya proteksi saluran transmisi
tenaga listrik kebanyakan menggunakan sistem
proteksi dengan rele jarak, salah satu jenisnya
adalah rele impedansi. Dengan memanfaatkan
hasil pengukuran rele impedansi digital, yang
terdiri dari tegangan dan arus yang dirasakan rele
terhadap titik gangguan.
Iyx
PMT
G1
CT
Rx
PT
IxF
Zxy
Y
G2
IyF
F
m
Ry
RF
VF
Vx
Vy
Gambar-1. Diagram satu garis dari suatu sistem
saluran ganda.
Bila terjadi gangguan di titik F seperti yang
digambarkan pada gambar-1, maka tegangantegangan dan arus yang dihasilkan pada saluran sbb :
V1F = V1X - mI1XF Z1XY - R1F I1F
(1)
V2F = V2X - mI 2XF Z1XY - R 2F I 2F
(2)
VOF = VOX - mI OXF Z OXY - R OF I OF
(3)
B. Gangguan Hubung Singkat Pada Saluran
Transmisi
Sebagian besar gangguan yang terjadi
pada sistem adalah gangguan tidak simetris,
sehingga dengan terjadinya gangguan tidak
simetris, akan timbul arus yang tidak seimbang
pada sistem tersebut.
Dengan
menggunakan
metoda
komponen-komponen simetris, dapat dianalisa
dan ditentukan besar arus dan tegangan pada
semua bagian dari sistem tenaga setelah terjadi
gangguan. Diagram satu garis dari suatu sistem
tenaga untuk saluran ganda seperti diperlihatkan
pada gambar-1 dibawah ini.
Ixy
v 1x
I1XF
F
mZ1XY
I1F
R1F
v 1F
Gambar-2. Rangkaian ekivalen urutan positif .
v2x
I2XF
F
mZ1XY
I2F
R2F
v2F
Gambar-3. Rangkaian ekivalen urutan negatif.
PENGGUNAAN TEGANGAN DAN ARUS KERJA RELE IMPEDANSI UNTUK MEMPREDIKSI LOKASI GANGGUAN
HUBUNG SINGKAT PADA SALURAN TRANSMISI GANDA
(Alimuddin Sa’ban Miru)
v0x
I0XF
F
mZ0XY
I0F
R0F
v0F
k2 =
V2X
ΔV2X
kL =
Z1XY I1XY
ΔV1X
(18)
Gambar-4. Rangkaian ekivalen urutan nol.
(19)
Akibat adanya gangguan, maka perubahanperubahan arus pada saluran sbb :
1. Gangguan Satu Fasa ke Tanah.
ΔI1XF = I1XF - I1XY
(4)
Z1XF =
ΔI2XF = I2XF - I2XY @ I2XF
(5)
(6)
Dengan menggunakan DI dari persamaan di atas
ke dalam persamaan-persamaan (1), (2), dan (3)
di peroleh :
Z1YF =
(21)
dimana :
V1F = V1X - m(ΔI1XF + I1XY ) Z1XY - R1F I1F
K=
(7)
V2F = V2X - m(ΔI 2XF ) Z1XY - R 2F I 2F
(8)
VOF = VOX - m(ΔI OXF ) Z OXY - R OF I OF
urutan
pada
Z 0 - Z1
3Z1
(22)
Jarak gangguan dari bus X dan bus Y yaitu LX dan
LY dapat diestimasikan sbb :
é ImZ1XF ù
LX = L ê
ú
ë ImZ1 û
bus X
ΔV1X = ΔI1XF Z1XY
(23)
(10)
ΔV2X = ΔI 2XF Z1XY
é ImZ1YF ù
LY = L ê
ú
ë ImZ1 û
(11)
ΔVOX = ΔI OXF Z OXY
(12)
Persamaan-persamaan (7), (8), dan (9) dapat
diekspresikan dalam suku jatuh tegangan ( D ) :
V1F = ΔV1X [k 1 - m(1 + k L )] - R 1F I1F
(13)
V2F = ΔV2X (k 2 - m) - R 2F I 2F
(24)
2. Gangguan Dua Fasa.
Bila gangguan terjadi pada fasa B dan C,
maka impedansi urutan positif masing-masing bus
sbb :
(14)
VOF = ΔVOF (k O - m) - R OF I OF
(15)
kO =
VOX
ΔVOX
(16)
V
k 1 = 1X
ΔV1X
Z1XF =
VBX - VCX
I BXF + I CXF
Z1YF =
VBY - VCY
I BYF + I CYF
(25)
dimana :
(17)
I AYF
VAY
+ 3K I 0YF
(20)
ΔI OXF = I OXF - I OXY @ I OXF
(9)
Bila jatuh tegangan
didefinisikan
I AXF
VAX
+ 3K I 0XF
(26)
Jarak gangguan dari bus X dan bus Y yaitu LX dan
LY dapat diestimasikan sbb :
PENGGUNAAN TEGANGAN DAN ARUS KERJA RELE IMPEDANSI UNTUK MEMPREDIKSI LOKASI GANGGUAN
HUBUNG SINGKAT PADA SALURAN TRANSMISI GANDA
(Alimuddin Sa’ban Miru)
é ImZ1XF ù
LX = L ê
ú
ë ImZ1 û
(27)
é ImZ1YF ù
LY = L ê
ú
ë ImZ1 û
(30)
dimana :
V1F , V2F , VOF
V1X , V2 X , VOX
=
Tegangan-tegangan
urutan
positif, negatif dan nol
pada titik F.
=
Tegangan-tegangan
urutan
I1XF , I 2 XF , I OXF
positif, negatif dan nol
pada bus X.
=
Arus-arus gangguan
urutan
I1XY , I 2 XY , I OXY
positif, negatif dan nol
dari bus X ke titik
gangguan F.
=
Arus-arus gangguan
urutan
I1F , I 2F , I OF
positif, negatif dan nol
dari bus X ke bus Y.
=
Arus-arus gangguan
urutan
Z1XY , Z OXY
positif, negatif dan nol
dititik gangguan F.
=
Impedansi-impedansi
Pengujian
perkiraan
lokasi
gangguan
dilakukan dengan menggunakan program komputer,
program hubung singkat untuk menghitung tegangan
dan arus serta memperkirakan besar impedansi dari
lokasi rele terhadap lokasi gangguan. Data tersebut
akan dipakai sebagai input ke program perhitungan
lokasi gangguan. Dari data sistem, dimana bus 2 dan
bus 3 dipilih sebagai objek,. Bus 2 dianggap sebagai
bus X dan bus 3 dianggap sebagai bus Y seperti pada
gambar-1 diatas.
Tahanan tanah (RG) dibuat tetap sebesar 5
ohm, untuk tahanan gangguan (RF) kita asumsikan
sebesar 12 ohm, panjang saluran dari bus x ke bus y
diasumsikan sepanjang 150 Km. Jarak gangguan
dari bus x ketitik F diasumsikan sepanjang 45 Km.
Dari hasil perkiraan lokasi gangguan, dimana
jarak gangguan dari bus x ketitik F adalah 49,467
Km dan dari bus y ketitik F adalah 70,533 Km
untuk gangguan KT. Jarak gangguan dari bus x
ketitik F adalah 46,954 Km dan dari bus y ketitik F
adalah 73,046 Km untuk gangguan KK.
Data sistem terdiri dari data saluran, data
pembangkit, dan data beban.
Tabel 1. Harga-harga dasar pada sistem pengujian
Arus(A)
Teganga (kV)
Daya (MVA)
Impedansi
(ohm)
1154700
500
1000
250
Reaktansi dari reaktor X = 0,4 pu
Harga dasar 1000 MVA, 500 kV
Tabel 2. Data Saluran Transmisi
No.
Impedansi Seri (pu)
Saluran
Urutan Positif
urutan
R 1F , R 2 F , R OF
positif dan nol dari
saluran antara bus X
dan bus Y.
=
Tahanan gangguan
Urutan Nol
dan Negatif
1
0,00208 + j 0,0327
0,02908 + j 0,09489
2
0,01454 + j 0,21186
0,20356 + j 0,66424
3
0,00727 + j 0,10593
0,10178 + j 0,33212
urutan
positif, negatif dan nol.
No.
I OXY
Y.
m
=
Arus urutan nol dari bus X ke bus
Admitansi Shunt (pu)
Saluran
Urutan Positif
Urutan Nol
dan Negatif
= lokasi gangguan (F)
C. SIMULASI DAN HASIL PERHITUNGAN
Untuk menentukan perkiraan lokasi
gangguan dengan cara simulasi yang diuji pada
sistem yang diperoleh dari IEEE standard, untuk
saluran tunggal dan saluran ganda. Sistem ini
terdiri dari dua buah pembangkit yang terhubung
secara interkoneksi melalui 4 buah bus
(terminal).
1
0,0+ j 1,19355
0,0 + j 0,93581
2
0,0 + j 0,17051
0,0 + j 0,13369
3
0,0+ j 0,34101
0,0 + j 0,26738
Tabel 3. Data Sumber
No.
Unit
Impedansi
Kapasitas
PENGGUNAAN TEGANGAN DAN ARUS KERJA RELE IMPEDANSI UNTUK MEMPREDIKSI LOKASI GANGGUAN
HUBUNG SINGKAT PADA SALURAN TRANSMISI GANDA
(Alimuddin Sa’ban Miru)
MVA
Urutan Positif (pu)
G1
25000
0,00027 + j 0,0160
G2
1000
0,00800 + j 0,4000
No.
Unit
Kapasitas
Impedansi
MVA
Urutan Negatif (pu)
G1
25000
0,00027 + j 0,0140
G2
1000
0,00800 + j 0,3000
No.
Unit
Kapasitas
Impedansi
MVA
Urutan Nol (pu)
G1
25000
0,0040 + j 0,0040
G2
1000
0,0076 + j 0,1000
Tabel 4. Data Beban
Bus
MVA
Impedansi (pu)
1
16000
0,00352 + j 0, 00170
2
5000
0,04000 + j 0,00000
3
1000
0,78513 + j 0,25805
Berdasarkan hasil perhitungan perkiraan
lokasi gangguan hubung singkat KT dan KK
untuk saluran ganda dengan mengasumsikan
tahanan tanah sebesar 5 ohm dan tahanan
gangguan sebesar 12 ohm dapat dilihat pada
tabel hasil perkiraan lokasi gangguan pada
saluran transmisi dibawah ini.
D. SIMPULAN DAN SARAN
Dari hasil penulisan ini, dapat diambil
beberapa kesimpulan :
v Perkiraan lokasi gangguan berdasarkan
tegangan dan arus kerja rele impedansi dapat
memberikan hasil perhitungan yang cukup
teliti, dengan tingkat kesalahan yang relatif
kecil.
v Metode ini dapat digunakan untuk
mengestimasi penentuan lokasi gangguan
dari semua jenis gangguan hubung singkat.
v Perlu memperhitungkan arus kapasitansi
saluran, karena mempengaruhi perkiraan
lokasi gangguan hubung singkat
DAFTAR PUSTAKA
Leif Eriksson, Murari Mohan Saha, and G.D.
Rockefeller, An Accurate Fault LocatorWith
Compensation For Apparent Reactance In The
Fault
Resistance Resulting From Remote-End Infeed,
IEEE Transactions on Power Apparatus and
System, Vol. PAS-104, No. 2, February 1985.
T. Takagi, Y. Yamakhoshi, M. Yamaura, R.
Kondow, and T. Matsushima, Development Of
A New Type Fault Locator Using The One
Terminal Voltage and Current Data, IEEE
Transactions on Power Apparatus and System,
Vol. PAS-101, No. 8, August 1982.
Warrington, A.R. Van C., Protective Relays Their
Theory and Practice, Vol. I, London, 1976.
Warrington, A.R. Van C., Protective Relays Their
Theory and Practice, Vol. II, London, 1994.
Zoro, R., Protective Devices and System, ITB, 1987.