EVALUASI KERJA AUTO RECLOSE RELAY TERHADAP PMT

EVALUASI KERJA AUTO RECLOSE RELAY TERHADAP PMT
APLIKASI AUTO RECLOSE RELAY PADA TRANSMISI 150 KV
MANINJAU – PADANG LUAR
Edo Trionovendri(1), Ir. Cahayahati, M.T(2), Ir. Ija Darmana, M.T(3)
(1) Mahasiswa Teknik Elektro, Universitas Bung Hatta, (2) dan (3) Dosen Teknik Elektro,
Universitas Bung Hatta
Abstrak
Pada sistem tenaga listrik secara garis besar terdiri dari pusat pembangkit, jaringan
transmisi (gardu induk dan saluran transmisi) dan jaringan distribusi. Dalam usaha untuk
meningkatkan keandalan penyediaan energi listrik, kebutuhan sistem proteksi yang memadai tidak
dapat dihindarkan. Relai jarak sebagai pengaman utama pada saluran transmisi digunakan karena
memiliki kemampuan untuk menghilangkan gangguan (fault clearing) dengan cepat sehingga
memegang peranan yang sangat penting untuk mendapatkan keandalan dan selektifitas kerja yang
tinggi dari relay.
Relay Jarak (Distance Relay) yang dilengkapi dengan Auto Reclose dipakai untuk
mengembalikan kondisi sistem kembali normal dari gangguan temporer. Pada jaringan transmisi,
80% dari gangguan yang terjadi bersifat temporer. Sehingga keandalan Auto Reclose dan PMT
yang merupakan perpanjangan tangan dari relay-relay tersebut berperan penting terhadap
stabilitas sistem tenaga listrik.
Kata Kunci : Distance Relay, Auto Reclose, PMT
1.
transmisi
Pendahuluan
Sistem
transmisi
memegang
harus
mempunyai kemampuan
peranan mendeteksi adanya gangguan pada semua
yang sangat penting dalam proses penyaluran keadaan yang kemudian memisahkan bagian
daya listrik. Oleh
karena itu proteksi pada sistem
yang terganggu
tersebut
sehingga
saluran transmisi perlu mendapat perhatian yang dapat meminimalkan kerusakan pada bagian
serius
dalam
perencanaannya.
Sistem yang
terganggu
dan
mencegah
gangguan
transmisi sendiri merupakan sistem dinamis meluas ke saluran lain yang tidak terganggu.
kompleks
keadaan
yang
parameter ‐ parameter
sistemnya
berubah
secara
dan
Auto Reclose Relay (AR) atau relai
terus penutup balik otomatis dipasang pada proteksi
menerus. Oleh karena itu strategi proteksi penghantar saluran udara baik pada sistem
harus disesuaikan dengan perubahan dinamis tegangan tinggi (SUTT) maupun tegangan
tersebut
dalam
hal
desain
dan setting ekstra tinggi (TET). Hal ini didasarkan pada
peralatannya. Relai sebagai salah satu bagian pertimbangan bahwa saluran udara merupakan
penting dalam sistem proteksi saluran
salah satu bagian sistem penyaluran yang paling
sering mengalami gangguan, sebagian besar dari tertentu menunjukkan semua jalur aliran arus
penyebab gangguan tersebut bersifat temporer dari urutan itu dalam sistem.
yang akan segera hilang setelah PMT trip. Agar
kesinambungan pasokan tenaga listrik tetap
2.3 Jaringan Urutan Nol
Impedansi
terjaga serta batas stabilitas tetap terpelihara
maka
pengoperasian
Auto
Reclose
sangat
dibutuhkan terutama pada section Maninjau –
urutan
nol
adalah
impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila
dialiri arus urutan nol. Oleh karena itu, arus
urutan-nol hanya akan mengalir jika terdapat
Padang Luar.
jalur kembali yang membentuk rangkaian
2.
Dasar Teori
lengkap. Pedoman untuk tegangan urutan-nol
2.1 Impedansi
ialah potensial tanah pada titik dalam sistem itu
Impedansi adalah kuantitas kompleks
dimana setiap tegangan tertentu ditetapkan.
yang dinotasikan dengan Z yang menjelaskan
Karena arus urutan-nol dapat mengalir dalam
ukuran penolakan terhadap arus bolak-balik
tanah, tanah tidak selalu harus berpotensial
sinusoid. Dimana magnitudo Z menunjukkan
sama pada semua titik dan rel pedoman pada
perbandingan amplitudo perbedaan tegangan
jaringan urutan-nol tidak merupakan suatu
terhadap amplitudo arus. Bagian nyata dari
tanah dengan potensial yang seragam.
impedansi adalah resistansi R dan bagian
Impedansi tanah dan kawat tanah
imajiner adalah reaktansi X. Secara dimensi,
harus dimasukkan ke dalam impedansi urutan-
impedansi sama dengan resistansi.
nol dari saluran transmisi, dan rangkaian
Z = R + j. X
kembali jaringan urutan-nol ialah penghantar
dengan impedansi nol, yang merupakan rel
Dimana :
Z = Impedansi (Ω)
pedoman untuk sistem itu, karena impedansi
R = Resistansi (Ω)
tanah dimasukkan ke dalam impedansi urutan-
X = Reaktansi (Ω)
nol, maka tegangan yang diukur terhadap rel
pedoman
2.2 Jaringan Urutan-Positif Dan Negatif
Impedansi
urutan
positif
jaringan
urutan-nol
itu
memberikan tegangan ke tanah yang benar.
adalah
impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila
dialiri oleh arus urutan positif. Sedangkan
impedansi urutan negatif adalah impedansi tiga
phasa simetris yang terukur bila dialiri oleh arus
urutan negatif. Tujuan kita mendapatkan nilai
impedansi urutan sistem daya ialah untuk
memungkinkan kita menyusun jaringan urutan
bagi keseluruhan sistem itu. Jaringan urutan
Gambar 2.1 : Impedansi Urutan
akan
sedangkan untuk jangkauan Zone-2, Zone-3,
2.4 Distance Relay
Distance relay merupakan salah satu jenis Zone-3 reverse berfungsi sebagai proteksi
relay
proteksi
pengaman
yang
pada
digunakan
saluran
kemampuannya
sebagai cadangan
transmisi
dalam
jauh
(remote
karena penghantar didepan
menghilangkan Untuk
mencegah
back
up)
untuk
maupun belakangnya.
terjadinya
mencegah
gangguan (fault clearing) dengan cepat dan malakerja relai akibat ayunan daya (power
penyetelannya
yang
relatif
mudah.
Pada swing), biasanya Relai ini dilengkapi dengan
prinsipnya, Distance Relay adalah mengukur elemen power swing blocking.
nilai arus dan nilai tegangan pada suatu titik
tertentu
sehingga
diperoleh
impedansinya, kemudian
tersebut
untuk
menentukan
Distance relay akan bekerja dengan cara
terukur
dengan
impedansi gangguan
yang
impedansi
pada
setting
harga
lebih
kecil
impedansi
impedansi
gangguan
daripada
setting
Distance
Relay, maka
harga
(SUTT/SUTET) merupakan salah satu bagian
sistem yang paling sering mengalami gangguan,
(sekitar 80 %) bersifat temporer yang akan
segera hilang setelah Pemutus Tenaga (PMT)
trip. Agar kesinambungan pelayanan/suplai
impedansi
tetap terpelihara maka PMT dicoba masuk
kembali sesaat setelah kejadian trip diatas.
Dengan
gangguan
Distance Relay,
maka
Distance Relay tidak akan bekerja.
Distance relay
mempunyai beberapa
karaktristik seperti mho, quadrilateral, reaktanse,
adaptive mho dll. Sebagai unit proteksi relai ini
dilengkapi dengan pola teleproteksi seperti
PUTT, POTT dan Blocking. Jika tidak terdapat
teleproteksi maka relai ini berupa step distance
saja (basic). Distance relay pada jangkauan zone1 berfungsi sebagai pengaman utama,
memasukan
kembali
PMT
ini
temporer tersebut dapat dikurangi.
Untuk mengurangi dampak gangguan
lebih besar atau sama dengan setting
impedansi
tinggi
diharapkan dampak gangguan yang bersifat
Distance Relay akan bekerja.
b) Jika
tegangan
energi listrik tetap terjaga serta batas stabilitas
distance relay, dengan ketentuan :
a) Jika
udara
sebagian besar dari sumber gangguan tersebut
apakah relay harus bekerja atau tidak.
membandingkan
Saluran
membandingkannya
dengan nilai setting impedansi tertentu dari
Distance Relay
2.5 Auto Reclose Relay
nilai
tersebut terhadap keandalan penyediaan tenaga
listrik, khususnya pada saat terjadi gangguan
temporer, maka pada SUTT/ SUTET tersebut
dipasang Auto Reclose (A/R). Rele Penutup
Balik / Auto Reclose Relay (AR) merupakan
rele yang berfungsi untuk memberi perintah
close
setelah
proteksi
utama
penghantar
memberi perintah trip. Apabila gangguan
bersifat temporer maka posisi terakhir PMT
setelah ada perintah close dari PMT adalah
dalam kondisi tertutup dan sistem kembali
normal. Apabila gangguan bersifat permanen 3.
Metodologi
maka AR akan memberi perintah close setelah
3.1 Penyetelan Zone 1
Dengan mempertimbangkan adanya
PMT trip, namun PMT akan kembali ditripkan
kesalahan-kesalahan dari data saluran, CT, PT,
lagi oleh proteksi utama.
dan peralatan penunjang lain sebesar 10% - 20
% , zone-1 relai disetel 80 % dari panjang
saluran yang diamankan.
Z1Primer
= 0,8 . Z L1 (Saluran)
Z1Sekunder
= Z1Primer . n
Dimana : n
Gambar 2.2 : Prinsip Kerja AutoReclose
=
RatioCT
RatioPT
Waktu kerja relai
seketika, (t1= 0) tidak
dilakukan penyetelan waktu.
Auto Reclose Relay pada umumnya
memiliki 2 elemen, yaitu:
3.2 Penyetelan Zone 2
Z2Primer min
1. Dead time element
Berfungsi
untuk
menentukan
selang
waktu dari saat PMT trip sampai saat
PMT
diperintahkan
masuk
Z2Primer mak = 0,8 (Z L1 + 0,8. ZL2)
Dengan : ZL2 = Impedansi saluran berikutnya
yang terpendek (Ω)
kembali,
Ztrf
secara prinsip dimaksudkan selang waktu
dimana busur api listrik akibat gangguan Dengan : Xtrf =
= 0.8 (Z L1 + 0.5 . Xtrf . j)
Im pedansiTrafo × (V primer ) 2
telah padam (clear),
Berfungsi untuk memblock elemen dead
time delay selama beberapa waktu setelah
memasukan
dimaksudkan
untuk
V sekunder
Untuk pengaturan zone 2, zone 2 yang dipilih
2. Blocking/Reclaim time element
bekerja
= 1,2 . ZL1 (Saluran)
PMT
dan
memberikan
kesempatan kepada PMT siap melakukan
adalah zone 2 yang terbesar tetapi tidak
melebihi impedansi trafo GI depan, karena zone
2 berfungsi sebagai pengaman cadangan dari
zone 1.
Z2Sekunder
= Z2Primer . n
suatu siklus auto reclosing berikutnya.
Waktu kerja relai t2 = 0.4 s/d 0.8 dt.
Auto Reclose di-setting hanya bisa
3.3 Penyetelan Zone 3
melakukan satu siklus open-close-open
Z3Primer min
karena
Z3Primer mak = 0,8 . ZL1 + 0.8 (ZL2 +
mempertimbangkan
kesiapan
mekanik PMT. Hal ini disebabkan karena
proses
charging
= 1.2 ( ZL1 + ZL2 )
0.8 . Z L3 )
yang
membutuhkan Dengan : Z = Impedansi saluran yang diamankan
L1
waktu yang lebih lama +/- 15s.
Z = Impedansi saluran yang terpendek
L2
ZL3 = Impedansi saluran berikutnya yang
terpanjang
Ztrf
| X1primer | = 13.686 Ω
|X1sekunder| = 1.095 Ω
= 0.8 (Z L1 + 0.8 . Xtrf . j)
Z2primer min = 1.2 . Z1(PL-M)
Z3Sekunder= Z3Primer . n
= 1.2 . (5.132 + j.17.107)
Waktu kerja relai t3= 0.8 s/d 1.2 dt
= 6.158 + j.20.528 Ω
3.4 Penyetelan Auto Reclose
| Z2 primer min |= 21.432 Ω
Waktu yang diperlukan oleh PMT untuk
Z2primer maks = 0.8 . (Z1(PL-M) + 0.8 . Z1(M-PR))
melakukan reclose dengan perhitungan waktu
= 0.8 {(5.132 + j.17.107) + 0.8
de-ionisasi udara ( lihat tabel di bawah ini ),
.
(3.489 + j.11.628)}
= 6.338 + j. 21.128 Ω
Tabel 3.2 : Waktu De-ionisasi Udara
| Z2primer maks |= 22.058 Ω
Tegangan Sistem
Waktu De-ionisasi
(kV)
(detik)
66
0.25
(0.5 . 101.25 . j)}
150
0.30
= 4.106 + j.54.186 Ω
275
0.37
500
0.50
= 0.8 . (Z1(PL-M) + 0.5 . Xtrf . j)
Ztrf
= 0.8 . {(5.132 + j. 17.107 +
| Ztrf |
= 54.341 Ω
Dipilih
nilai
impedansi
zone
2
terbesar tetapi tidak lebih dari impedansi trafo,
Kemudian juga memperhitungkan operating time maka :
PMT (0.05 - 0.1 detik), dan waktu reset mekanik
PMT (0.2 detik).
4.
= (6.338 + j. 21.128) . 0.08
= 0.507 + j.1.690 Ω
Analisa Data
| Z2sekunder| = 1.765 Ω
Impedansi Penghantar :
R1 = 0,1222 Ω/km
X1 = 0,4073 Ω/km
R0 = 0.2722 Ω/km
X0 = 1.2219 Ω/km
Z1primer
Z2sekunder = Z2primer . n
= 0.8 . Z1(PL-M)
= 0.8 . (5.132 + j.17.107)
= 4.106 + j.13.686 Ω
Sehingga didapat :
|X2primer| = 21.128 Ω
|X2sekunder| = 1.69 Ω
Z3primer min = 1.2 (Z1(PL-M) + Z1(M-PR))
= 1.2 {(5.132 + j. 17.107) +
| Z1primer |
= 14.288 Ω
(3.489 + j.11.628)}
Z1sekunder
= Z1primer . n
= 10.345 + j.34.482 Ω
|Z1sekunder|
= (4.106 + j. 13.686) . 0.08
|Z3 primer min |= 36.001 Ω
= 0.328 + j.1.095 Ω
Z3 primer maks= 0.8 . Z1(PL-M + 0.8 (Z1(M-PR) +
= 1.143 Ω
Sehingga didapat :
0.8 Z1(M-SPE))
= 0.8 (5.132 + j. 17.107) +
Kita bisa mencari error relay dengan
0.8 {(3.489 + j.11.628) +
membandingkan
0.8 (9.241 + j.30.8)}
antara perhitungan dengan yang ada di relay.
= 12.811 + j.42.7 Ω
|Z3 primer maks|
= 44.581 Ω
Ztrf
= 0.8 . (Z1(PL-M) + 0.8 . Xtrf
nilai
impedansi
gangguan
6.242 − 5.443
× 100% = 12.8 %
6.242
% error =
Tabel 4.4 : Settingan Auto Reclose
. j)
= 0.8 {(5.132 + j. 17.107)
Indikator
Nilai
= 4.106 + j.78.486 Ω
Pola
PUTT
= 78.593 Ω
Dead Time Reset
for Developing Fault
Reclaim Time
0.3 (s)
40 (s)
Dead Time for
1 (s)
+ 0.8 (101.25 . j)}
|Ztrf|
Dipilih nilai impedansi zone 2 terbesar tetapi
tidak lebih dari impedansi trafo, maka :
Z3sekunder
= Z3primer . n
SPAR
= (12.811 + j.42.7) . 0.08
Dead Time for
= 1.025 + j.3.416 Ω
TPAR
= 3.566 Ω
Auto Reclose Reset 4 (s)
| Z3sekunder |
Sehingga didapat :
3 (s)
Time
|X3primer|
= 42.7 Ω
|X3sekunder|
= 3.416 Ω
Penyebab dari tidak bekerjanya PMT
Tabel 4.1 : Analisa Perbandingan Hitungan
ternyata ditemukan spesifikasi PMT yang tidak
mendukung waktu 0.3s yang diperlukan dari
Zone 1
Settingan
Existing
1.51
Setting
Perhitungan
1.10
Zone 2
2.44
1.69
Zone 3
3.75
3.42
proses close PMT ke open nya PMT. Waktu
tersebut merupakan waktu yang diperlukan
PMT untuk menerima order trip (open) setelah
sesaat PMT close.
Sehingga
PMT
Terdapat perbedaan dari hasil hitungan
dengan settingan eksisting yang ada sekarang. Ini
disebabkan karena pada perhitungan lama tidak
memakai ketetapan yang pasti untuk resistansi
dan reaktansi baik itu dari impedansi urutan nol
maupun urutan positif.
dengan
dilakukan
spesifikasi
penggantian
yang
memenuhi
operating sequence 0 – 0.3 s – CO - 3min - CO,
yang maksudnya PMT mampu menerima order
dengan waktu 0 – 0.3 s dari posisi close ke open
dan memerlukan jeda 3 menit untuk proses
selanjutnya.
reclose.
Ini
diperlukan
untuk
kondisi
5.
Kesimpulan dan Saran
lebih lanjut agar dapat memastikan
5.1 Kesimpulan
error relay sebenarnya. Dari hasil
data
perhitungan, peralatan mengalami
settingan zone pada distance relay
error 12.8 % (PLN membatasi error
yang ada sekarang tidak sesuai
+/- 15 %).
1. Menurut
analisa
penulis,
dengan yang ada pada perhitungan.
3. Agar dilakukan pemantauan terus
Ini disebabkan karena penetapan
menerus terhadap PMT yang baru
untuk Resistansi (R) dan Reaktansi
agar tidak terjadi mala kerja.
(X) tidak memiliki ketetapan yang
4. Diupayakan dalam pengadaan alat
pasti. Sekarang sudah ada ketetapan
baru agar disesuaikan dengan pola
yang
keadaan sistem.
berasal
dari
pengujian
konduktor dengan menggunakan alat
6.
Line Impedance.
Daftar Pustaka
Budi Santoso. 2009. Rele Penutup Balik / Auto
2. Dari perhitungan yang dilakukan, Reclose
Relay.
http://budi54n.wordpress.com/2009/08/18/relekita mendapatkan ke-error an dari
penutup-balik-auto-reclose-relay,
diakses
peralatan 12.8 %.
tanggal 15 November 2013.
3. Dari settingan yang ada pada relay, Dunia Listrik. 2009. Klasifikasi Saluran
Transmisi Berdasarkan Tegangan. http://duniasudah di setting dengan ketentuan listrik.blogspot.com/2009/11/klasifikasiuntuk Single Pole Auto Reclose saluran-transmisi.html, diakses tanggal 4
Februari 2014.
(SPAR) 1 s, dan Three Pole Auto PT.PLN. 2007. Proteksi Sistem Penyaluran
Reclose (TPAR) 3 s dengan Jakarta: Jasa Pendidikan dan Pelatihan.
PT.PLN. 2007. Buku O&M Peralatan Proteksi.
mempertimbangkan spare waktu dari Padang: Penyaluran dan Pusat Pengaturan
karakteristik PMT. Dari penelitian Beban Sumatera.
PT.PLN. 2006. Pelatihan O&M Relai Proteksi
diketahui spesifikasi PMT tidak Jaringan. Padang: Penyaluran dan Pusat
mendukung untuk kerja Auto Pengaturan Beban Sumatera.
PT.PLN Pusat.2010. SK Dir 114 Proteksi
Reclose. Untuk Auto Reclose, PMT Penghantar. Jakarta
harus
mempunyai
operating PT.PLN. 2008. Diklat Pengenalan Proteksi
Penghantar
(SUTT/SUTET).
Padang:
sequence 0-0.3s-CO-3min-CO.
Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban
Sumatera.
5.2 Saran
1. Agar
pihak
terkait
melakukan
perhitungan setting Distance Relay
kembali dengan ketetapan yang
ada.
2. Diupayakan untuk pengujian relay