Rile Proteksi

Dari buku: “Protective Relaying-Principles and Applications”, J. Lewis Blackburn, Thomas J. Domin, H.
Lee Willis, Muhammad H. Rashid, third edition-2007 - Diterjemahkan oleh: Kunto. W (2012)
1 Introduction and General Philosophies
1.1 INTRODUCTION AND DEFINITIONS
Apakah rile itu; lebih spesifik lagi apakah protektif rile? Institute of Electrical and
Electronic Engineers (IEEE) Relay mendefinisikan sebagai ―divais elektronik yang dirancang
untuk merespon kodisi masukan dengan cara yang ditentukan dan setelah kondisi tertentu
terpenuhi, menyebabkan operasi kontak atau perubahan mendadak serupa dalam hubungan
sirkuit pengendali listrik‖. Sebagai catatan: ―Masukan umumnya berupa listrik, tetapi bisa
juga mekanik, termal atau kuantitas yang lain. Limit switch dan divais sederhana serupa tidak
digolongkan rile‖ (IEEE C37.90)
Relay digunakan dalam semua aspek kegiatan: rumah, komunikasi, transportasi,
perdagangan, dan industri dan untuk beberapa nama. Dimanapun listrik digunakan, ada
kemungkinan besar bahwa relay terlibat, misalnya dalam mesin pemanasan, pendingin udara,
tungku/kompor, mesin pencuci piring, mesin cuci dan pengering pakaian, lift/ elevator,
jaringan telepon, kontrol lalu lintas, kendaraan transportasi, sistem proses otomatis, robotika,
ruang kegiatan, dan banyak aplikasi lainnya.
Dalam buku ini kita akan fokus pada salah satu aplikasi yang lebih menarik dan
canggih dari kegunaan rile adalah sebagai perlindungan sistem tenaga listrik. IEEE
mendefinisikan protective relay (rile pelindung/ proteksi) sebagai ''Rile yang berfungsi untuk
mendeteksi cacat saluran (defective lines) atau aparatus atau kondisi sistem daya lainnya
yang bersifat abnormal atau menimbulkan bahaya dan untuk melakukan tindakan sirkuit
kontrol yang tepat'' (IEEE 100).
Sekring (fuse) juga digunakan untuk proteksi. IEEE mendefinisikan sekering sebagai
''Divais proteksi over-current (arus lebih) dengan sirkuit-pembuka berupa batang-lebur yang
dipanaskan dan akan dipotong/diputus oleh aliran arus lebih yang melewatinya'' (IEEE 100).
Dengan demikian, relay pelindung dan peralatan terkait adalah unit yang kompak
dari analog, komponen solid-state (benda-padat) diskrit, penguat operasional (Opamp), dan
jaringan microprocessor digital yang terhubung ke sistem tenaga untuk mengindera masalah.
Ini sering disingkat hanya sebagai rile dan sistem rile. Semuanya itu digunakan di segenap
bagian dari sistem daya, bersama-sama dengan sekering untuk mendeteksi intolerable
conditions (keadaan yang tidak dapat ditoleransi) dan most often faults (kesalahan/ gangguan
paling sering).
Protective relaying (rile proteksi) disimbulkan sebagai rile saja yang nonprofit (tidak
untuk mencari keuntungan/ nirlaba), item yang nonrevenue-producing (produksi yang tidak
menghasilkan pendapatan) yang tidak diperlukan dalam operasi normal sistem tenaga listrik
sampai terjadi kesalahan/ gangguan abnormal dan keadaan yang intorelable.
Tujuan utama dari semua sistem daya listrik adalah, untuk mempertahankan
kontinuitas layanan dalam tingkat yang sangat tinggi, dan ketika terjadi kondisi yang
intolerable, waktu pemadaman dapat dipersingkat hingga tingkat yang paling tinggi.
Kehilangan daya, tegangan kedip (dips), dan tegangan lebih (overvoltages) sering terjadi,
karena peristiwa alam yang tidak mungkin untuk dihindari dengan konsekuensi, kecelakaan
fisik, kegagalan peralatan, atau misoperasi karena kesalahan manusia. Banyak penyebab
dalam hubung singkat (fault) karena faktor: kesengajaan, koneksi tidak disengaja, dan
flashovers (loncatan muatan listrik) antara kabel fase atau dari kabel fase ke tanah.
Peristiwa alam yang dapat menyebabkan sirkuit pendek (kesalahan) adalah petir
(tegangan induksi atau serangan langsung), angin, es, gempa bumi, kebakaran, ledakan,
1
pohon jatuh, benda terbang, kontak fisik dengan hewan, dan kontaminasi. Kecelakaan
termasuk kesalahan yang dihasilkan dari kendaraan memukul tiang atau menghubungi
peralatan hidup, orang-orang malang menghubungi peralatan hidup, menggali kabel bawah
tanah, kesalahan manusia, dan sebagainya. Banyak upaya dilakukan untuk meminimalkan
kerusakan kemungkinan, tapi penghapusan semua masalah tersebut belum dicapai.
FIGURE 1.1 Lightning over Seattle—a vivid illustration of the importance of power
system protection. (Greg Gilbert=Seattle Times photo.)
Praktek perawatan yang baik berfungsi sebagai alat penting dalam mencegah kesalahan
dan pemadaman terkait. Di daerah pertanian dan pesisir, kontaminasi pada isolator yang
disebabkan oleh bahan-bahan seperti debu, pestisida dan pupuk semprot, dan garam dapat
mengarah ke tahap terjadi flashover. Setelah flashover terjadi di isolator, sirkuit harus diputus
dimaksudkan untuk memadamkan-energi busur. Isolator memercikkan bunga api sering rusak
mengakibatkan pemadaman permanen pada sirkuit terkait. Di daerah di mana kontaminasi
pada isolasi biasa terjadi, pembersihan periodik dari isolator berfungsi sebagai metoda untuk
menghilangkan kontaminasi sebelum mencapai titik yang menyebabkan insulator
mengeluarkan percikan api. Dalam beberapa tahun terakhir, kotoran hewan liar di beberapa
negara bagian barat laut telah menyebabkan isolator gagal pada beberapa jalur tegangan
tinggi yang penting. Kontaminasi yang disebabkan oleh burung juga telah menjadi masalah
serius di Florida. Perangkat yang menghalangi atau mencegah burung dari bersarang di dekat
atau di atas isolator tersedia untuk mengurangi masalah ini. Sebuah program pemangkasan
pohon yang baik juga merupakan metode penting untuk mencegah ''pohon'' sebagai penyebab
kesalahan terkait. Cabang patah dan pohon tumbang selama badai angin, es, dan salju
menyebabkan banyak pemadaman pada saluran. Pohon yang sangat bermasalah di sirkuit
distribusi sering melintas melalui daerah yang padat penduduknya dengan pohon-pohon.
Pohon juga menyebabkan masalah untuk saluran transmisi tegangan yang lebih tinggi. Pohon
yang tumbuh di pinggir jalan di bawah saluran tegangan tinggi terutama merepotkan karena
paling memungkinkan untuk hubung singkat saluran selama periode beban berat. Selama
kondisi operasi tersebut, sistem tenaga sangat tergantung pada fasilitas transmisi untuk
mempertahankan operasi yang tepat. Selama periode beban berat, sirkuit transmisi sering
menjadi sangat sibuk, menyebabkan kabel memanas, memuai, dan akibatnya melorot/
mengandong (sag). Kontak awal dengan pohon yang tumbuh di bawah sirkuit, kemungkinan
besar terjadi ketika sistem listrik paling tidak mampu menahan rugi-rugi saluran. Kontak
pohon memainkan peran besar dalam dua pemadaman besar-besaran yang menggelapkan
sebagian besar Amerika Serikat bagian barat pada akhir 1990-an. Pemadaman saluran yang
disebabkan oleh kontak pohon juga berperan dalam pemadaman yang terjadi di bagian timur
laut negara itu pada bulan Agustus 2003.
2
Kebanyakan gangguan dalam sistem utilitas listrik dengan jaringan saluran udara
adalah salah satu fase-ke-tanah kesalahan yang dihasilkan terutama dari tegangan tinggi
transien induksi-petir dan pohon tumbang dan ranting pohon. Dalam sistem distribusi saluran
udara (overhead distribution), kontak sesaat dengan pohon disebabkan oleh angin merupakan
penyebab utama dari kesalahan. Es, pembekuan salju, dan angin selama badai parah dapat
menyebabkan banyak gangguan dan banyak kerusakan. Dengan persentase pendekatan yang
sangat akurat, peristiwa hubung singkat ini meliputi:
Single phase-to-ground: 70%–80%
Phase-to-phase-to ground: 17%–10%
Phase-to-phase: 10%–8%
Three-phase: 3%–2%
Rangkaian tidak seimbang, seperti disebabkan oleh konduktor rusak atau sekering
melebur, tidak terlalu umum, kecuali mungkin dalam sistem tegangan rendah di mana
sekering digunakan untuk perlindungan.
Kejadian hubung singkat bisa sangat bervariasi, tergantung pada jenis sistem tenaga
(misalnya, overhead vs jalur bawah tanah) dan kondisi alam atau cuaca lokal.
Dalam banyak kasus, flashover yang disebabkan oleh peristiwa tersebut tidak
mengakibatkan kerusakan permanen jika rangkaian diputus mendadak. Praktek yang umum
adalah dengan membuka sirkuit terganggu, membiarkan busur untuk pemadaman alami, dan
kemudian menutup sirkuit lagi. Biasanya, ini meningkatkan kelangsungan layanan dengan
hanya menyebabkan pemadaman sesaat dan dip tegangan. Waktu pemadaman umumnya
berada di rentang 0,5 sampai 1 atau 2 menit, bukan beberapa menit dan jam.
Gangguan sistem biasanya, tidak selalu memberikan perubahan yang signifikan dalam
jumlah sistem yang dapat digunakan untuk membedakan antara kondisi sistem bertoleransi
(tolerable) dan tak bertoleransi (intolerable). Jumlah berubahan ini meliputi arus, daya yang
kelebihan atau kekurangan tegangan, faktor daya atau sudut fase, daya akibat arah arus,
impedansi, frekuensi, suhu, gerakan fisik, tekanan, dan kontaminasi pada sejumlah isolator.
Indikator kesalahan yang paling umum adalah adanya peningkatan mendadak dan umumnya
signifikan dalam hal arus; akibatnya, proteksi arus banyak digunakan.
Proteksi adalah ilmu, keterampilan, dan seni menerapkan dan pengaturan rile atau
sekering, atau keduanya, untuk memberikan sensitivitas maksimum untuk hubung singkat
dan kondisi yang tidak diinginkan, tetapi menghindari operasi yang berada di dalam kondisi
yang diperbolehkan atau bertoleransi. Pendekatan dasar dalam buku ini adalah untuk
menentukan kondisi bertoleransi dan tak bertoleransi yang mungkin ada dan mencari
perbedaan definisi (''menangani'') bahwa rile atau sekering bisa mengindera.
Hal ini penting untuk mengenali bahwa ''window time'' pengambilan keputusan dalam
perlindungan sistem tenaga yang sangat sempit, dan ketika gangguan terjadi, sebuah
pemeriksaan ulang untuk verifikasi atau prosedur pengambilan keputusan yang melibatkan
waktu tambahan, tidak diinginkan. Sangat penting (1) bahwa keputusan yang benar dibuat
oleh perangkat pelindung apakah masalahnya tak bertoleransi dan, dengan demikian,
menuntut tindakan cepat, atau apakah itu adalah situasi bertoleransi atau transient bahwa
sistem dapat meredam, dan (2) bahwa, jika perlu, perangkat pelindung beroperasi untuk
mengisolasi daerah bermasalah dengan cepat dan dengan sebuah gangguan sistem minimal.
Waktu gangguan ini mungkin, dan sering terjadi yaitu, terkait dengan tingginya "derau
(noise)'' yang tidak relevan, yang ''mengelabuhi'' divais sehingga menyebabkan operasi yang
tidak benar.
Keduanya gagal untuk beroperasi dan operasi yang salah dapat mengakibatkan
gangguan sistem besar yang melibatkan peningkatan kerusakan peralatan, peningkatan
bahaya personil, dan kemungkinan penghentian layanan dalam waktu lama. Persyaratan ketat
3
dengan potensi konsekuensi serius cenderung membuat insinyur perlindungan agak
konservatif. Salah satu keuntungan dari rile solid-state modern adalah bahwa mereka dapat
memeriksa dan memantau sendiri untuk meminimalkan masalah peralatan serta untuk
memberikan informasi tentang peristiwa yang mengakibatkan memicu operasi mereka.
Masalah bisa dan memang terjadi dalam peralatan pelindung; tidak ada yang sempurna.
Untuk meminimalkan masalah bencana potensial yang dapat mengakibatkan sistem listrik
dari kegagalan perlindungan, prakteknya adalah dengan menggunakan beberapa rile atau
sistem rile beroperasi secara paralel. Ini dapat terjadi di lokasi yang sama (primary backup),
di stasiun yang sama (local backup), atau di berbagai stasiun jarak jauh (remote backup).
Ketiganya digunakan bersama-sama dalam banyak aplikasi. Dalam sistem tenaga
bertegangan tinggi konsep ini diperluas dengan memberikan tegangan atau arus terpisah, atau
kedua alat ukur, kumparan pemutusan terpisah dari circuit breakers, dan sumber baterai
pemutus terpisah.
Berbagai perangkat pelindung harus dikoordinasikan dengan baik sehingga rile utama
ditugaskan untuk beroperasi pada tanda pertama dari masalah di zona pelindung mereka
ditugaskan mengoperasikan pertama. Haruskah mereka gagal, berbagai sistem backup harus
tersedia dan dapat beroperasi untuk menyelesaikan masalah. Kemampuan redundansi
(tambahan) yang cukup, tinggi-perlindungan sangat penting. Redundansi tambahan,
bagaimanapun, memang memiliki dampak negatif pada keamanan. Karena lebih banyak
sistem yang ditambahkan untuk meningkatkan kehandalan, peningkatan probabilitas benar
hasil operasi. Penilaian yang baik harus dimanfaatkan ketika menerapkan relay pelindung
untuk mengoptimalkan keseimbangan antara ketergantungan dan keamanan. Keseimbangan
optimal akan bervariasi, tergantung pada karakteristik dan tujuan dari setiap aplikasi tertentu.
1.2 TYPICAL PROTECTIVE RELAYS AND RELAY SYSTEMS
Representasi logika relay listrik ditunjukkan pada Gambar 1.2. Komponen dapat
elektromekanik, elektronik, atau keduanya. Fungsi logika bersifat umum, sehingga dalam
setiap unit khusus mereka dapat dikombinasikan atau, sesekali, tidak diperlukan.
Gambar 1.2 Representasi logika relay elektrik.
Desain dan fitur yang khusus bervariasi dengan persyaratan aplikasi, produsen yang
berbeda, dan periode waktu dari desain tertentu. Awalnya, semua rile pelindung dari jenis
elektromekanis. Rile jenis elektromekanis masih digunakan secara luas dan terus diproduksi
dan diterapkan. Rile elektronik analog menggunakan komponen elektronik diskret
diperkenalkan di tahun 1970s. Dalam beberapa tahun terakhir, rile elektronik berbasis
mikroprosesor telah dikembangkan dan diterapkan untuk meningkatkan kecepatan. Relay
berbasis mikroprosesor kadang-kadang disebut sebagai tipe rile numerik sejak input analog
dikonversi ke angka digital yang kemudian diproses dalam rile. Bahkan dengan tren ini ke
arah pemanfaatan relay berbasis prosesor mikro, bagaimanapun, mungkin menjadi waktu
yang lama sebelum perangkat elektromekanis benar-benar diganti.
Dengan rile elektronik, prinsip-prinsip proteksi dan fundamental pada dasarnya tidak
berubah seperti isu-isu mengenai keandalan proteksi. Jenis mikroprosesor rile yang
memberikan banyak manfaat seperti akurasi yang lebih tinggi, mengurangi ruang, peralatan
yang lebih rendah dan biaya instalasi, aplikasi yang lebih luas dan kemampuan pengaturan,
ditambah berbagai fitur tambahan lainnya yang diinginkan. Hal tersebut termasuk kontrol
logika, komunikasi jarak jauh dan peer-to-peer (remote and peer-to-peer communications),
akuisisi data (data acquisition), perekaman kejadian (event recording), lokasi kesalahan (fault
4
location), pengaturan jarak jauh (remote setting), dan pemantauan diri (self monitoring) dan
pemeriksaan (checking). Spesifik dari fitur ini akan bervariasi antara berbagai jenis rile dan
produsen rile. Rile berbasis mikroprosesor akan dibahas secara lebih rinci dalam Bab 15.
Berbagai jenis rile pelindung dan rile rakitan diilustrasikan pada Gambar 1.3 melalui
Gambar 1.6. Banyak rile mikroprosesor modern yang memanfaatkan layar kristal cair (LCD)
pada panel depan. Menampilkan seperti biasanya menunjukkan pengaturan, metering, acara,
dan rile uji diri informasi status. Pengaturan rile juga dapat diubah melalui antarmuka LCD
tanpa perlu terminal data. Targetkan informasi biasanya ditampilkan pada rile prosesor mikro
dengan penggunaan LED yang mengidentifikasi fungsi pelindung yang telah dioperasikan
untuk memulai pemutus bersama dengan informasi lain seperti jenis kesalahan yang telah
terdeteksi (yaitu, fase-A-ke-tanah) , status recloser, dll Terminal blok biasanya disediakan di
bagian belakang rile untuk menghubungkan berbagai masukan yang diperlukan dan output
yang disediakan oleh rile. Port komunikasi yang disediakan untuk transmisi data digital.
Karakteristik mendasar dari disain rile diperlukan untuk memahami aplikasi yang
diuraikan dalam Bab 6 dan ditambah seperti yang dipersyaratkan dalam bab-bab berikutnya.
1.3 TYPICAL POWER CIRCUIT BREAKERS
Rile protektif memberikan "otak" untuk mengindera masalah, tetapi sebagai perangkat
berenergi rendah, mereka tidak mampu untuk membuka dan mengisolasi daerah masalah
sistem daya. Pemutus sirkuit dan berbagai jenis interupsi sirkuit, termasuk kontaktor
bermotor dan motor controller, digunakan untuk masalah ini dan memberikan ―otot‖ untuk
mengisolasi gangguan. Dengan demikian, rile pelindung dan sirkuit pemutus (CB) bekerja
sama sebagai perangkat penginterupsi; keduanya diperlukan untuk mengisolasi secara cepat
daerah bermasalah atau peralatan yang rusak. Sebuah relay pelindung tanpa pemutus sirkuit
tidak memiliki nilai dasar kecuali mungkin untuk alarm. Demikian pula, pemutus sirkuit (CB)
tanpa rile memiliki nilai minimum, yaitu menjadi penyambung energi atau pemutus-energi
sirkuit atau peralatan secara manual.
(a)
(b)
(d)
(c)
(e)
FIGURE 1.3 Typical solid-state microprocessor relays for power system protection:
(a–c) Rack-type mounting: (a) three-phase and ground distance, (b) segregated-phase
comparison system, (c) phase and ground distance with pilot capabilities. (d, e)
‗‗Flexitest‘‘-type cases for panel mounting: (d) three-phase and ground overcurrent,
(e) same as (c). (Courtesy of ABB Power T&D Company, Coral Springs, FL.)
Circuit breakers umum digunakan untuk mengisolasi daerah terganggu atau rusak
ditunjukkan pada Gambar 1.7 dan Gambar 1.8. Gambar 1.7 menunjukkan deretan panjang
circuit breakers minyak tiga fasa 115 kV dengan kontrol pneumatik di sebuah gardu luar
(outdoor substation). Ini dikenal sebagai pemutus dead-tank; tangki atau rumah pemutus pada
5
potensial tanah. Transformator arus (CT) belitan-bushing toroidal yang dipasang di polong
tepat di bawah isolator porselen bergalur di bagian atas tangki. Jenis umum ini digunakan
secara luas dalam berbagai desain dan variasi. Media yang digunakan untuk penghentian
sirkuit meliputi udara, hembusan udara, gas udara terkompresi, dan vakum selain minyak.
Gambar 1.8 menunjukkan 500 kV live-tank circuit breaker. Berikut mekanisme penginterupsi
dan housing di tingkat tegangan tinggi dan terisolasi dari tanah melalui kolom porselen.
Dengan CT yang terpasang pada kolom porselen terpisah, seperti yang ditunjukkan di sebelah
kiri setiap tahap breaker.
FIGURE 1.4 Typical relay protection for backup of two 500 kV transmission lines
using electromechanical protective relays. (Courtesy of Georgia Power Company.)
Dead-tank breaker, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1.7, biasanya memiliki
penge-trip single coil yang memulai pembukaan simultan dari semua kutub pemutus tiga
fasa. Jenis live-tank umumnya memiliki kumparan trip dan mekanisme operasi setiap kutub
atau fase secara independen. Hal ini terbukti pada Gambar 1.8. Untuk jenis relay ini harus
memberikan energi ketiga kumparan trip untuk membuka sirkuit listrik tiga fasa. Hal ini
memungkinkan untuk menghubungkan tiga kumparan trip secara paralel atau seri untuk
memutus ketiga kutub. Tiga kumparan trip bentuk seri lebih disukai. Pengaturan ini
memungkinkan pemantauan mudah kontinuitas sirkuit dan memerlukan lebih sedikit arus
trip.
FIGURE 1.5 Typical relay panel for the protection of a cogenerator intertie, using
solid-state relays. (Courtesy of Harlo Corporation, Control Panel Division, and
Basler Electric.)
6
Di Amerika Serikat, praktek selama bertahun-tahun telah melakukan membuka tiga
fasa untuk semua jenis gangguan, meskipun mungkin satu atau dua dari fase tidak terlibat
dalam kesalahan. Menghubungkan tiga kumparan trip independen dalam seri untuk tujuan ini
dikenal sebagai memutus kutub independen.
FIGURE 1.6 Typical microprocessor distance relays for single-pole tripping at
500 kV. (Courtesy of Schweitzer Engineering Laboratories, Inc., Pullman, WA.)
Setiap kegagalan dari mekanisme pembukaan bentuk pemutus kumparan-single-trip
harus membutuhkan proteksi cadangan untuk mengisolasi daerah bermasalah dengan
membuka semua pemutus lainnya yang menyulang daerah fault. Dengan memutus kutub
independen, ada probabilitas rendah bahwa ketiga kutub akan gagal untuk membuka; dengan
tindakan rile pelindung satu harapan bahwa setidaknya satu atau dua kutub akan membuka
dengan benar. Haruskah kesalahan tiga fasa, yang merupakan kesalahan yang paling berat
bagi sistem daya, pembukaan setidaknya satu atau dua kutub mengurangi jenis fault satu
kurang parah dari sudut pandang stabilitas sistem, baik fasa ganda atau fase tunggal.
FIGURE 1.7 Row of typical three-phase 115 kV oil circuit breakers. The pneumatic
operating mechanism is visible within the open cabinet. (Courtesy of Puget Sound
Power and Light Company.)
Karena kebanyakan gangguan transmisi-jalur transient tipe single-line-ke-tanah,
umumnya pembukaan hanya fasa terganggu. Dengan fault transient, seperti yang dihasilkan
dari tegangan lebih induksi petir, reclosing segera terbuka, fasa terganggu akan
mengembalikan layanan tiga fase. Dikenal sebagai memutus satu-kutub, ini cenderung untuk
7
mengurangi guncangan pada sistem daya. Hal ini dibahas lebih lanjut dalam Bab 13 dan Bab
14.
FIGURE 1.8 Typical 500 kV live-tank circuit breaker. Two interrupting mechanisms,
operated in series, are mounted on insulating columns, with the associated current
transformer on its column at the left. These are single-phase units; three are shown for
the three-phase system. (Courtesy of Georgia Power Company.)
Sebagaimana ditunjukkan di atas, pada tegangan rendah, pemutus sirkuit (interrupter)
dan rile sering digabungkan menjadi satu kesatuan-operasi. Dengan saklar circuit breaker
umumnya dipasang di kabinet layanan banyak digunakan di rumah hunian modern dan
bangunan komersial adalah contoh yang umum. Secara umum, jenis pengaturan
menggunakan saluran 480-600 V. Terutama, perlindungan untuk arus lebih, meskipun
mungkin termasuk tegangan lebih. Akurasi rendah dan kesulitan dalam kalibrasi dan
pengujian telah menghasilkan aplikasi yang lebih luas dari teknologi solid-state dalam desain
ini. Karena unit relay dan pemutus bersama-sama secara fisik dan tingkat cakupan tegangan
rendah, masalah tegangan tidak relevan dan noise yang mempengaruhi dapat diminimalkan
dengan desain solid-state.
1.4 NOMENCLATURE AND DEVICE NUMBERS
Nomenklatur dan singkatan yang digunakan umumnya mengikuti praktek umum di
Amerika Serikat. Fungsi berbagai rile dan peralatan diidentifikasi oleh nomor fungsi
perangkat standar ANSI = IEEE (IEEE C 37,2). Sebuah tinjauan singkat dalam masalah ini.
Tahap dari sistem tiga fase ditetapkan sebagai A, B, C atau a, b, c, bukan 1, 2, 3 (juga
digunakan di Amerika Serikat), atau r, s, t (digunakan di Eropa). Juga, 1, 2, 3 dihindari
karena 1 (juga menunjuk urutan positif, dan 2, untuk urutan negatif. Huruf menghindari
kemungkinan kebingungan. Huruf kapital digunakan pada satu sisi transformator bank Wyedelta, dengan huruf kecil di sisi lain. Meskipun biasanya tidak diikuti dalam praktek, ini
menekankan bahwa ada pergeseran fasa dan perbedaan tegangan transformator bank.
Nomor divais dengan huruf akhiran (s) memberikan fungsi dasar peralatan listrik dalam
identifikasi nyaman, seperti pemutus sirkuit, rile, saklar, dan sebagainya. Ketika beberapa
unit dari jenis yang sama dari perangkat yang digunakan dalam sirkuit atau sistem, angka
sebelumnya angka perangkat yang digunakan untuk membedakan diantara keduanya. Huruf
berikut jumlah perangkat memberikan informasi tambahan tentang jumlah aplikasi,
penggunaan, atau penggerak. Sayangnya, huruf yang sama dapat digunakan dengan cukup
konotasi atau makna yang berbeda. Biasanya ini akan menjadi jelas dari penggunaan.
Huruf dan singkatan yang sering digunakan adalah sebagai berikut:
A
ac or AC
B
BP
Alarm
Alternating current
Bus, battery, blower
Bypass
8
BT
C
CC
CS
CT
CCVT
D
dc or DC
E
F
G*
GND,
H
L
M
MOC
MoD
MOS
N*
NC
NO
O
P
PB
PF
R
S
T
TC
U
V
VAR
VT
W
X, Y, Z
Bus tie
Current, close, control, capacitor, compensator, case
Closing coil, coupling capacitor, carrier current
Control switch, contactor switch
Current transformer
Coupling capacitor voltage device
Down, direct, discharge
Direct current
Exciter, excitation
Field, feeder, fan
Ground, generator
Gnd Ground
Heater, housing
Line, lower, level, liquid
Motor, metering
Mechanism-operated contact
Metal oxide protective device
Motor-operated switch
Neutral, network
Normally closed
Normally open
Open
Power, pressure
Pushbutton
Power factor
Raise, reactor
Speed, secondary, synchronizing
Transformer, trip
Trip coil
Up, unit
Voltage, vacuum
Reactive power
Voltage transformer
Watts, water
Auxiliary relays
* N dan G (atau n dan g) yang digunakan dalam sirkuit yang melibatkan tanah. Sebuah
konvensi yang umum tetapi tidak standar adalah penggunaan G ketika relay terhubung ke CT
di sirkuit netral diketanahkan, dan N ketika terhubung dalam netral tiga CTs terhubung Wye.
Penggunaan yang sama diterapkan untuk tegangan.
Nomor Divais yang sering digunakan tercantum di bawah ini. Daftar lengkap dan
definisi yang diberikan dalam Standar IEEE C 37.2.
1. Master element: normally used for hand-operated devices. A common use is the spring-return-to-center
control switch for circuit breakers, where the switch contacts are 101T (trip), 101c (close), and 101SC
(closed when turned to close and remains closed when released; opened when turned to trip and remains
open when released). When several breakers are involved, they are identified by 101, 201, 301, and so on.
2. Time-delay starting on closing relay: except device functions 48, 62, and 79
3. Checking or interlocking relay
4. Master contactor
5. Stopping device
6. Starting circuit breaker
7. Rate-of-rise relay
8. Control power-disconnecting device
9. Reversing device
10. Unit sequence switch
11. Multifunction device
12. Overspeed device
13. Synchronous-speed device
14. Underspeed device
9
15. Speed- or frequency-matching device
16. Shunting or discharge switch
17. Accelerating or decelerating device
18. Starting-to-running transition contactor
19. Electrically operated valve
20. Distance relay
21. Equalizer circuit breaker
22. Temperature control device
23. Volts=hertz relay
24. Synchronizing or synchronism-check device
25. Apparatus thermal device
26. Undervoltage relay
27. Flame detector
28. Isolating contactor
29. Annunciator relay
30. Separate excitation device
31. Directional power relay
32. Position switch
33. Master sequence device
34. Polarity or polarizing voltage device
35. Undercurrent or underpower relay
36. Bearing protective device
37. Mechanical conduction monitor
38. Field relay
39. Field circuit breaker
40. Running circuit breaker
41. Manual transfer or selector device
42. Unit=sequence starting relay
43. Atmospheric condition monitor
44. Reverse-phase or phase-balance relay
45. Phase-sequence voltage relay
46. Incomplete-sequence relay
47. Machine or transformer thermal relay
48. Instantaneous overcurrent
49. ac Time overcurrent relay
50. ac Circuit breaker. Mechanism-operated contacts are:
a. 50a, 50aa: open when breaker contacts are open, closed when breaker contacts are closed
b. 50b, 50bb: closed when breaker contacts are open, open when breaker contacts are closed. Here, 50aa and
50bb operate just as mechanism motion starts; known as high-speed contacts
51. Exciter or DC generator relay
52. Power factor relay
53. Field application relay
54. Short-circuiting or grounding device
55. Rectification failure relay
56. Overvoltage relay
57. Voltage or current balance relay
58. Time-delay stopping or opening relay
59. Pressure switch
60. Ground detector relay
61. Governor
62. Notching or jogging device
63. AC directional overcurrent relay
64. Blocking relay
65. Permissive control device
66. Rheostat
67. Level switch
68. DC circuit breaker
69. Load-resistor contactor
70. Alarm relay
71. DC overcurrent relay
10
72. Telemetering device
73. Phase-single measuring or out-of-step protective relay
74. AC-reclosing relay
75. Flow switch
76. Frequency relay
77. DC-reclosing relay
78. Automatic selective control or transfer relay
79. Operating mechanism
80. Carrier or pilot-wire receiver relay
81. Lockout relay
82. Differential protective relay
83. Auxiliary motor or motor generator
84. Line switch
85. Regulating device
86. Voltage directional relay
87. Voltage and power directional relay
88. Field-changing contactor
89. Tripping or trip-free relay
1.5 TYPICAL RELAY AND CIRCUIT BREAKER CONNECTIONS
Rile protektif menggunakan sejumlah listrik yang terhubung ke sistem daya melalui CT
atau trafo tegangan (VT). Divais input ini atau transformator instrumen memberikan isolasi
terhadap tegangan sistem daya tinggi dan mengurangi magnitudo sekunder ke tingkat praktis
untuk rile. Sebagai elemen penting dari sistem perlindungan, unit ini dibahas dalam Bab 5.
Dalam skema sirkuit dan diagramnya diwakili seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.9.
Diagram ini menunjukkan skema AC ―one-line‖ yang umum dan skema sirkuit trip DC.
Sistem rile pelindung terhubung ke sistem listrik AC melalui CT umumnya terkait
dengan circuit breaker dan jika perlu, ke VT. Ini diperlihatkan terhubung ke bus AC gardu,
tetapi sering pada tegangan tinggi divais tegangan terhubung ke saluran transmisi. Pemutus
sirkuit (circuit breaker) ditetapkan sebagai perangkat 52 mengikuti ANSI = IEEE sistem
nomor perangkat (IEEE C 37,2).
Gambar 1.9 Koneksi AC single-line yang umum dari rile pelindung
dengan rangkaian trip DC. Tanda CS di unit tidak diperlukan jika
menggunakan unit solid-state dan arus rangkaian trip-rendah
menggunakan pemutus sirkuit modern,
,.
11
Dalam skema DC, kontak selalu ditampilkan pada posisi de-energi. Dengan demikian,
ketika breaker circuit tertutup dan dalam status melayani, kontak 52a tertutup. Ketika sistem
terjadi kesalahan (fault), rile pelindung beroperasi, kontak output menutup untuk memberi
energi ke kumparan 52T circuit breaker agar trip, yang berfungsi untuk membuka kontak
utama breaker dan memadamkan (de-energize) sirkuit listrik yang terhubung.
Kontak rile elektromekanis pada dasarnya tidak dirancang untuk menginterupsi/
memutus arus kumparan trip circuit breaker, sehingga unit operasi-DC pembantu menunjuk
contactor switch (CS) digunakan untuk ''seal-in'' atau memotong kontak rile pelindung
seperti yang ditunjukkan. Ketika pemutus rangkaian terbuka, saklar 52a akan membuka untuk
de-energi pada trip coil 52T. Memutus fault oleh circuit breaker akan membuka kontak rile
protektif sebelum kontak 52a terbuka. Unit CS ini tidak diperlukan pada relay solid-state.
Gambar 1.10 Typical three-phase AC connections of a set of phase and ground relays
for the protection of an AC power system. The relays may be separate, as shown, or
combined together in one unit.
Beragam perangkat penginterupsi-daya dioperasikan baik oleh arus lebih (over current)
yang melewatinya selama kesalahan, atau oleh trip coil yang dioperasikan secara DC, seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 1.9. Jenis pertama yang ditunjuk sebagai trip seri, bertindak
langsung (direct acting), pembebasan langsung (direct release), pembebasan tidak langsung
(indirect release), dan pembebasan arus lebih (overcurrent release). Biasanya, ini memiliki
unit rile arus lebih yang built-in untuk menentukan level arus AC yang kontaknya akan
terbuka pada arus yang sama dan di atasnya. Semua jenis ini digunakan pada tingkat
tegangan yang lebih rendah dari sistem tenaga.
12
Pada sistem tenaga tegangan lebih tinggi, setiap gardu di mana pemutus rangkaian
diinstal memiliki gardu baterai untuk memasok arus searah ke kumparan breaker trip, sirkuit
dan kontrol rile protektif yang diperlukan, alarm darurat dan pencahayaan, dan sebagainya.
Di Amerika Serikat umumnya digunakan 125 V DC; 250 V DC untuk beberapa pembangkit
listrik besar, dan 48 V DC sering digunakan untuk divais elektronik dan solid-state. Suplai
DC ini adalah bagian vital yang lain dalam sistem proteksi dan membutuhkan perhatian dan
perawatan untuk kehandalan sistem tinggi dan proteksi (high system and protection
reliability).
Banyak rile pelindung yang dikemas sebagai unit fasa dan ground individual, sehingga
untuk perlindungan hubung singkat-fasa-dan-tanah yang lengkap, empat unit digunakan
bersama. Koneksi AC tiga fasa yang umum untuk satu set relay dan CT dan VT terkait
ditunjukkan pada Gambar 1.10. Desain sirkuit kontrol dibahas secara lebih rinci dalam Bab
15.
1.6 BASIC OBJECTIVES OF SYSTEM PROTECTION
Tujuan mendasar dari sistem proteksi adalah untuk memberikan isolasi dari daerah
yang bermasalah dalam sistem daya secara cepat, sehingga goncangan ke seluruh sistem
diminimalkan dan sebanyak mungkin yang tersisa masih utuh. Dalam konteks ini, ada lima
aspek dasar dari aplikasi rile protektif.
Sebelum membahas hal ini, perlu dicatat bahwa penggunaan istilah perlindungan tidak
menunjukkan atau mengisyaratkan bahwa peralatan perlindungan dapat mencegah masalah,
seperti kesalahan dan kegagalan peralatan, atau kejutan listrik karena kontak manusia yang
tidak disengaja. Hal ini tidak bisa mengantisipasi masalah. Relay pelindung bertindak hanya
setelah kondisi abnormal atau tak tertahankan telah terjadi, pada indikasi yang cukup untuk
memungkinkan operasinya dimulai. Dengan demikian proteksi bukan berarti pencegahan,
melainkan, meminimalkan durasi masalah dan membatasi kerusakan, waktu pemadaman, dan
masalah terkait yang dapat mengakibatkan sebaliknya.
Lima aspek dasar:
1. Keandalan: jaminan bahwa sistem perlindungan akan melakukan dengan benar.
2. Selektivitas: kelangsungan layanan yang maksimum dengan sistem pemutusan minimum.
3. Kecepatan operasi: durasi hubungsingkat dan akibat kerusakan peralatan dan
ketidakstabilan sistem minimum.
4. Kesederhanaan: peralatan pelindung dan sirkuit terkait untuk mencapai tujuan proteksi
minimum.
5. Ekonomi: perlindungan maksimal pada total biaya minimal.
Karena ini merupakan dasar yang mendasari semua proteksi, pembahasan lebih lanjut adalah
dalam urutan seperti di bawah.
1.6.1 R ELIABILITY
Keandalan memiliki dua aspek, ketergantungan (dependability) dan keamanan
(security). Dependability didefinisikan sebagai ''tingkat kepastian bahwa sistem rile atau rile
akan beroperasi dengan benar '' (IEEE C 37.2). Security ''berkaitan dengan tingkat kepastian
bahwa sistem rile atau rile tidak akan beroperasi secara tidak benar'' (IEEE C 37.2). Dengan
kata lain, dependability menunjukkan kemampuan sistem proteksi untuk melakukan dengan
benar ketika diperlukan, sedangkan security adalah kemampuannya untuk menghindari
operasi yang tidak perlu selama operasi normal sehari -hari, dan kesalahan dan masalah di
luar zona yang ditunjuk operasi. Sering ada garis yang sangat tipis antara transien dapat
ditoleransi bahwa sistem daya yang dapat mengoperasikannya dengan berhasil, dan masalah
13
gangguan ringan, yang dapat berkembang dan menghasilkan masalah besar jika tidak secara
cepat di-isolasi. Dengan demikian, proteksi (protection) harus aman (tidak beroperasi pada
transien dapat ditoleransi), namun diandalkan (dependable) (beroperasi pada transien tak
bertoleransi dan fault permanen). Ini adalah persyaratan yang agak bertentangan, bersamasama dengan spekulasi tentang masalah apa yang dapat terjadi, kapan, dan di mana, yang
membantu menjadikan sistem perlindungan daya sebagai ilmu teknik yang paling menarik
dan seni.
Dependability mudah untuk memastikan dengan menguji sistem perlindungan untuk
memastikan bahwa hal itu akan beroperasi sebagaimana dimaksud ketika ambang operasi
terlampaui. Keamanan lebih sulit dipastikan. Bisa hampir tak terbatas berbagai transien yang
mungkin mengganggu sistem pelindung, dan takdir dari semua kemungkinan tersebut adalah
sulit atau tidak mungkin.
Produsen sering menggunakan simulasi sistem tenaga yang rumit, komputer, dan
kadang-kadang mengadakan tes kesalahan pada sistem daya berenergi untuk memeriksa
kedua dependability dan security. Jawaban praktis dan terbaik untuk kedua security dan
dependability adalah pengalaman latar belakang desainer, dikonfirmasi oleh pengalaman
lapangan. Dengan demikian, sebenarnya instalasi pada layanan memberikan yang terbaik dan
terakhir laboratorium. Ini harus hanya mengkonfirmasi reliabilitas, dan pada dasarnya tidak
dapat digunakan untuk pengembangan.
Sebagai sebuah generalitas, meningkatkan keamanan cenderung menurunkan
ketergantungan, dan sebaliknya. Sebagai gambaran, satu kontak trip rile yang ditunjukkan
pada Gambar 1. 9 merupakan ketergantungan yang tinggi, tetapi memiliki potensi yang
sengaja ditutup oleh transien tak terduga atau kesalahan manusia yang mengakibatkan
pengoperasian yang tidak diinginkan. Untuk meminimalkan potensi masalah ini, rile kedua,
seperti detektor fault, dapat digunakan dengan kontak operasi di seri dalam trip sirkuit DC.
Sekarang kedua kontak harus menutup untuk perjalanan pemutus sirkuit, yang harus terjadi
untuk kondisi tertahankan atau kesalahan. Ini telah meningkatkan security, untuk itu kurang
mungkin bahwa transien tidak relevan atau masalah akan menyebabkan kedua rile untuk
beroperasi secara bersamaan. Namun, ketergantungan telah menurun, untuk itu sekarang
memerlukan dua rile untuk beroperasi dengan benar. Susunan ini digunakan, karena
ketergantungan yang masih cukup tinggi, bersama-sama dengan peningkatan security.
Keamanan demikian sangat penting (seperti ketergantungan), sebagai rile terhubung
untuk selama hidupnya ke sistem daya sebagai ''penjaga diam'', ''menunggu'' sampai kondisi
tak tertahankan dan mengalami semua transien dan kesalahan eksternal tidak beroperasi di
zona-nya. Yang selalu diharapkan adalah bahwa tidak akan ada kesalahan atau kondisi yang
tak tertahankan; oleh karena itu, tidak ada kesempatan bagi rile untuk beroperasi. Untungnya,
rata-rata ada sedikit kesalahan relatif, dalam sistem tenaga. Diperkirakan, pada umumnya,
waktu operasi kumulatif (waktu rile mengindera (sensing) dan operasi untuk fault internal)
selama rata-rata waktu hidup rile di urutan detik sampai beberapa menit, tergantung pada
kecepatan jenis rile tertentu. Hal ini bertentangan secara dramatis dengan penggunaan lebih
dari 30 tahun bagi banyak rile elektromekanik. Oleh karena itu, rile pada dasarnya tidak aus
oleh operasi-sesungguhnya, keausan lebih banyak terjadi pada pengujian pemeliharaan
(maintenance testing) dan penggunaan serupa.
Pengalaman serupa terjadi dengan rile elektronik, kecuali bahwa karena teknologi
masih berubah dengan cepat, masa hidup sekian banyak rile ini mungkin akan jauh lebih
pendek.
Secara umum, pengalaman dalam sistem tenaga, baik besar maupun kecil, utilitas dan
industri, menunjukkan bahwa sistem rile pelindung mereka memiliki kehandalan lebih dari
99%, merupakan penghargaan patut dipuji untuk industri.
14
1.6.2 SELECTIVITY
Relay memiliki wilayah yang ditetapkan dikenal sebagai zona perlindungan utama,
tetapi mereka benar dapat beroperasi dalam menanggapi kondisi di luar zona ini. Dalam hal
ini, mereka memberikan perlindungan cadangan untuk daerah di luar zona utama mereka. Ini
ditunjuk sebagai cadangan atau zona overreached.
Selektivitas (juga dikenal sebagai koordinasi relay) adalah proses penerapan dan
pengaturan rile pelindung yang melampaui batas rile lain seperti yang mereka beroperasi
secepat mungkin dalam zona utama mereka, tetapi telah menunda operasi di zona cadangan
nya. Hal ini diperlukan untuk memungkinkan rile utama ditugaskan untuk cadangan atau
overreached waktu daerah untuk beroperasi. Jika tidak, kedua set rile dapat beroperasi untuk
kesalahan di daerah overreached ini; relay utama yang ditetapkan untuk daerah dan rile
cadangan. Operasi perlindungan backup tidak benar dan tidak diinginkan kecuali
perlindungan utama daerah itu gagal untuk menghapus kesalahan. Akibatnya, selektivitas
atau koordinasi relay penting untuk menjamin kelangsungan pelayanan yang maksimal
dengan sistem pemutusan minimum. Proses ini dibahas secara lebih rinci dalam bab-bab
selanjutnya.
1.6.3 SPEED
Jelas, hal ini diinginkan bahwa perlindungan menyekat zona masalah secepat mungkin.
Dalam beberapa aplikasi ini tidak sulit, tetapi di sisi lain, terutama di mana selektivitas
terlibat, operasi lebih cepat dapat dicapai dengan lebih kompleks dan perlindungan-biaya
yang lebih tinggi. Zero-waktu atau perlindungan kecepatan yang sangat tinggi, meskipun
pada dasarnya diinginkan, dapat mengakibatkan peningkatan jumlah operasi yang tidak
diinginkan. Sebagai generalitas yang luas, lebih cepat operasi, semakin tinggi kemungkinan
operasi tidak benar. Waktu, umumnya dari jumlah yang sangat kecil, tetap sebagai salah satu
cara terbaik untuk membedakan antara transien ditoleransi dan tidak ditoleransi.
Sebuah rile kecepatan tinggi adalah salah satu yang beroperasi dalam waktu kurang dari
50 msec (tiga siklus secara 60 Hz) (IEEE 100). Sesaat Istilah didefinisikan untuk
menunjukkan bahwa tidak ada (waktu) tunda sengaja diperkenalkan dalam aksi dari divais
(IEEE 100). Dalam prakteknya, istilah sesaat dan kecepatan tinggi digunakan secara
bergantian untuk menggambarkan rile pelindung yang beroperasi di 50 msec atau kurang.
Pemutus sirkuit kecepatan tinggi moderen beroperasi di kisaran 17-50 msec (satu
sampai tiga siklus pada 60 Hz); yang lain beroperasi kurang dari 83 msec (lima siklus pada
60 Hz). Dengan demikian, total waktu pembukaan (rile ditambah breaker) biasanya berkisar
dari sekitar 35-130 msec (2-8 siklus pada 60 Hz).
Dalam sistem tegangan rendah, di mana waktu-koordinasi diperlukan antar rile
pelindung, waktu operasi-rile umumnya akan lebih lambat; biasanya pada urutan 0,2-1,5
detik untuk zona primer. Waktu relay utama zona lama dari 1,5-2,0 detik yang biasa bagi
kesalahan dalam zona ini, tetapi mereka mungkin dan memang ada. Jadi, kecepatan adalah
penting, tetapi tidak selalu benar-benar diperlukan, juga tidak selalu dilaksanakan untuk
mendapatkan kecepatan tinggi tanpa biaya tambahan dan kompleksitas, yang mungkin tidak
dibenarkan.
Kecepatan Relay sangat penting ketika fasilitas yang dilindungi berada di daerah
stabilitas jaringan sistem tenaga yang sensitif. Pembersihan fault lebih cepat mengurangi
jumlah generator yang bisa berakselerasi selama kesalahan dan, oleh karena itu,
meningkatkan margin stabilitas. Desain awal dari rile jenis mikroprosesor kurang lebih lebih
lambat dibandingkan desain analog elektromekanis atau solid-state. Desain mikroprosesor
rile modern, bagaimanapun, menggabungkan prosesor dan algoritma yang memberikan
kecepatan operasi yang berada di kisaran yang sama dengan jenis lain dari rile.
15
Sebuah sistem rile pelindung sebisa mungkin harus selalu sederhana dan mudah
sementara masih mencapai tujuan yang dimaksudkan. Setiap unit atau komponen yang
ditambahkan, dapat menawarkan peningkatan perlindungan, tetapi ini belum tentu sesuai
dasar persyaratan perlindungan, harus dipertimbangkan sangat hati-hati. Setiap tambahan
memberikan potensi sumber masalah dan menambah pemeliharaan. Seperti telah ditekankan,
operasi yang tidak benar atau tidak tersedianya perlindungan dapat mengakibatkan masalah
bencana dalam sistem daya. Masalah dalam sistem perlindungan (protection) dapat sangat
memengaruhi sistem secara umum, mungkin lebih dari komponen sistem tenaga lainnya.
Meningkatnya penggunaan teknologi solid-state dan digital pada rile proteksi
memberikan banyak kemungkinan yang nyaman untuk meningkatkan kecanggihan. Beberapa
akan meningkatkan perlindungan; yang lain menambahkan komponen yang diharapkan
melengkapi. Semua bahan tambahan harus dievaluasi secara hati-hati untuk memastikan
mereka sebenarnya, dan secara signifikan, berkontribusi untuk meningkatkan perlindungan
sistem.
1.6.5 ECONOMICS
Sangat penting untuk mendapatkan perlindungan yang maksimal dengan biaya
minimum, dan biaya selalu menjadi faktor utama. Sistem dengan harga termurah, awal biayaproteksi mungkin bukan salah satu yang paling dapat diandalkan; Selanjutnya, mungkin
melibatkan kesulitan besar dalam instalasi dan operasi, serta biaya pemeliharaan yang lebih
tinggi. Biaya perlindungan dianggap tinggi ketika dipertimbangkan saja, tetapi mereka harus
dievaluasi mengingat biaya yang lebih tinggi dari peralatan yang mereka lindungi, dan biaya
outage (pemadaman) atau kehilangan peralatan yang dilindungi melalui perlindungan yang
tidak benar. Menghemat untuk mengurangi biaya pertama dapat mengakibatkan
menghabiskan beberapa kali lebih dari biaya penghematan ini untuk memperbaiki atau
mengganti peralatan yang rusak atau hilang karena perlindungan yang tidak memadai atau
tidak benar.
1.6.6 GENERAL SUMMARY
Ini memang akan utopis (berkhayal) jika semua lima tujuan dasar dapat dicapai untuk
tingkat maksimum mereka. Pertimbangan praktis dalam kehidupan nyata membutuhkan akal
sehat dan kompromi. Dengan demikian, insinyur perlindungan harus memaksimalkan hal
tersebut sebagai sebuah kelompok untuk masalah perlindungan di tangan dan untuk
persyaratan sistem. Ini merupakan tantangan yang menarik yang akan menghasilkan banyak
pendekatan dan jawaban yang berbeda.
1.7 FACTORS AFFECTING THE PROTECTION SYSTEM
Ada empat faktor utama yang mempengaruhi rile proteksi:
1. Ekonomi
2. ''Kepribadian'' insinyur relay dan karakteristik dari sistem tenaga
3. Lokasi dan ketersediaan memutuskan hubungan dan mengisolasi perangkat [breakers
circuit, switch, dan perangkat input (CTs dan VTs)]
4. indikator kesalahan Tersedia (Studi kesalahan dan semacamnya).
Ini dibahas secara lebih rinci dalam bagian berikut.
1.7.1 ECONOMICS
Ekonomi telah dibahas dalam Bagian 1.6.5 dan selalu penting. Untungnya, kesalahan
dan masalah yang relatif jarang terjadi, sehingga mudah untuk memutuskan untuk tidak
menghabiskan uang untuk perlindungan karena belum ada masalah. Tentu saja, insinyur
perlindungan berharap bahwa perlindungan tidak akan pernah meminta untuk beroperasi, tapi
16
ketika masalah tidak terjadi, perlindungan sangat penting untuk kehidupan sistem. Sebuah
kesalahan tunggal di mana perlindungan segera dan benar mengisolasi zona kesulitan,
sehingga meminimalkan waktu pemadaman dan mengurangi kerusakan peralatan, bisa lebih
dari membayar untuk perlindungan yang diperlukan.
1.7.2 PERSONALITY FACTOR
Apa, kapan, dan di mana kondisi tak tertahankan akan terjadi dalam sistem daya tidak
dapat diprediksi. Jumlah kemungkinan yang ada adalah tak terbatas. Akibatnya, insinyur
harus merancang sistem proteksi untuk acara yang paling mungkin, berdasarkan pengalaman
masa lalu, kemungkinan diantisipasi yang tampaknya paling mungkin terjadi, dan
rekomendasi peralatan pabrik, Demikian juga oleh penilaian praktis yang baik. Hal ini
cenderung membuat perlindungan seni serta ilmu teknis. Karena kepribadian insinyur
perlindungan, serta bahwa dari sistem daya yang tercermin oleh manajemen, pertimbangan
operasional, dan pengembangan sejarah, yang berbeda, sehingga adalah perlindungan yang
dihasilkan. Meskipun ada banyak teknologi yang umum, sistem perlindungan dan praktek
yang jauh dari standar. Oleh karena itu, perlindungan mencerminkan kepribadian para
insinyur dan sistem, sekali lagi membuat seni dan praktek perlindungan sistem yang paling
menarik.
1.7.3 LOCATION OF DISCONNECTING AND INPUT DEVICES
Perlindungan dapat diterapkan hanya jika ada circuit breakers atau perangkat sejenis
untuk memungkinkan isolasi daerah gangguan dan di mana CT dan VT, ketika diperlukan,
tersedia untuk memberikan informasi tentang kesalahan dan kesulitan dalam sistem daya.
Tutup kerja sama antara perencana sistem dan insinyur perlindungan penting untuk
memfasilitasi kinerja optimal dan pengoperasian sistem daya.
1.7.4 AVAILABLE FAULT INDICATORS
Gangguan (trouble), kesalahan (fault), dan kondisi tak tertahankan (intolerable) harus
memberikan perbedaan yang dapat dibedakan dari operasi normal atau kondisi dapat
ditoleransi. Beberapa sinyal atau perubahan jumlah - ''pegangan'' - diperlukan untuk
menyebabkan operasi rile atau deteksi masalah. Menegaskan kembali, pegangan umum yang
tersedia adalah arus, tegangan, impedansi, reaktansi, daya, faktor daya, daya atau arah arus,
frekuensi, suhu, dan tekanan. Setiap perubahan signifikan ini dapat menyediakan sarana
untuk mendeteksi kondisi abnormal dan digunakan untuk operasi rile.
Kunci untuk pemilihan dan penerapan perlindungan pertama untuk menentukan apakah
ada langkah-langkah (pegangan) untuk membedakan antara kondisi dapat ditoleransi dan tak
tertahankan/ tidak bisa ditoleransi (intolerable). Dari informasi ini, sistem rile atau rile dapat
ditemukan atau didesain jika perlu untuk beroperasi pada perbedaan terdeteksi. Jika
perbedaan yang signifikan tidak ditemukan antara kondisi normal dan abnormal,
perlindungan yang terbaik menjadi terbatas, atau tidak mungkin sama sekali. Contoh ini ada
dalam sistem distribusi, di mana kecelakaan atau badai dapat mengakibatkan saluran
berenergi menjadi dekat atau berada di tanah. Ini benar-benar tak tertahankan/tidak bisa
ditoleransi (intolerable), tetapi arus kesalahan bisa sangat kecil atau nol, dan semua
parameter sistem lain seperti tegangan, daya, dan frekuensi, bisa tetap dalam batas normal.
Akibatnya, dalam situasi ini, tidak ada pegangan yang ada untuk jenis rile untuk mendeteksi
dan mengisolasi kondisi yang intolerable.
1.8 CLASSIFICATION OF RELAYS
Rile dapat diklasifikasikan dalam beberapa cara yang berbeda, misalnya dengan fungsi,
input, karakteristik kinerja, atau prinsip-prinsip operasi. Klasifikasi berdasarkan fungsi adalah
yang paling umum. Ada lima jenis fungsional dasar: (1) perlindungan (protective), (2)
17
mengatur (regulating), (3) pembuka/penutup (reclosing), pemeriksa sinkronisasi
(synchronism check), dan sinkronisasi (synchronizing), (4) pemantau (monitoring), dan (5)
pembantu (auxiliary).
1.8.1 PROTECTIVE RELAYS
Relay pelindung dan sistem terkait (dan sekering) beroperasi pada kondisi sistem daya
tak tertahankan (intolerable) dan merupakan kekuatan utama dari buku ini. Mereka
diterapkan untuk semua bagian dari sistem daya: generator, bus, transformator, jaringan
transmisi, jaringan distribusi dan penyulang, motor dan beban pemanfaatan, kapasitor bank,
dan reaktor. Untuk sebagian besar, relay yang dibahas adalah perangkat terpisah yang
terhubung ke sistem daya melalui CT dan VT dari tegangan sistem tertinggi (765 kV, saat ini)
ke tingkat pelayanan 480 V. Secara umum, distribusi peralatan di bawah 480 V dilindungi
oleh sekering atau perangkat perlindungan yang tidak terpisahkan dengan peralatan.
Perangkat tersebut tidak dibahas secara mendalam di sini.
1.8.2 REGULATING RELAYS
Regulating relay berhubungan dengan penukaran tap pada transformator dan regulator
tegangan menghasilkan peralatan untuk mengontrol level tegangan dengan beban yang
bervariasi. Mengatur relay digunakan selama operasi sistem normal dan tidak menanggapi
kesalahan (fault) sistem kecuali kesalahan (fault) yang tersisa pada sistem terlalu lama. Hal
ini tidak normal. Buku ini tidak membahas jenis relay.
1.8.3 RECLOSING, SYNCHRONISM CHECK, AND SYNCHRONIZING RELAYS
Reclosing, synchronism (sinkronisasi) pemeriksa (check), dan sinkronisasi relay yang
sebelumnya digolongkan sebagai pemrograman, tetapi karena istilah ini sekarang banyak
digunakan dalam konteks yang berbeda yang terkait dengan komputer, perubahan nama telah
dibuat. Relay jenis ini digunakan dalam energi atau memulihkan baris untuk layanan setelah
pemadaman, dan interkoneksi bagian preenergized sistem.
1.8.4 MONITORING RELAYS
Relay pemantauan digunakan untuk memverifikasi kondisi dalam sistem daya atau
dalam sistem perlindungan (protective). Contoh dalam sistem daya adalah detektor kesalahan,
tegangan pemeriksa (check), atau unit directional-sensing yang mengkonfirmasi kondisi
sistem daya tetapi tidak secara langsung merasakan kesalahan atau masalah. Dalam sistem
perlindungan, mereka digunakan untuk memantau kelangsungan sirkuit, seperti kabel pilot
dan sirkuit trip. Secara umum, unit alarm berfungsi sebagai fungsi pemantau (monitoring).
1.8.5 A UXILIARY R ELAYS
Unit tambahan yang digunakan di seluruh sistem pelindung untuk berbagai tujuan.
Secara umum, ada dua kategori: kontak multiplikasi dan circuit isolasi. Dalam rile dan sistem
kontrol ada persyaratan sering untuk (1) output lebih untuk ganda (multiple) trip (tripping),
alarm, dan operasi peralatan lainnya, seperti pencatatan dan akuisisi data, penguncian
(lockout), dan sebagainya, (2) kontak yang akan menangani arus yang lebih tinggi atau
tegangan sistem sekunder, dan (3) isolasi listrik dan magnetik dari beberapa sirkuit sekunder.
Seal-in (CS) relay Gambar 1.9 adalah aplikasi rile pembantu (auxiliary). Trip dan
penutupan relay digunakan dengan breakers circuit sebagai rile pembantu (auxiliary).
1.8.6 OTHER RELAY CLASSIFICATIONS
Relay pelindung diklasifikasikan oleh masukan dikenal sebagai arus, tegangan, daya,
frekuensi, dan relay suhu. Mereka diklasifikasikan berdasarkan prinsip operasi termasuk
elektromekanis, solid-state, digital, persentase diferensial, multirestraint, dan unit produk.
Mereka diklasifikasikan berdasarkan karakteristik kinerja dikenal sebagai jarak, reaktansi,
18
arah arus lebih, waktu terbalik, fase, tanah, definit, kecepatan tinggi, rendah kecepatan, fase
perbandingan, arus lebih, undervoltage, overvoltage, dll
1.9 PROTECTIVE RELAY PERFORMANCE
Sulit untuk benar-benar mengevaluasi kinerja rile perlindungan (protective) individu,
karena banyak rile dekat daerah kesulitan mungkin mulai beroperasi untuk setiap kesalahan
yang diberikan. Kinerja yang baik hanya terjadi ketika rile utama beroperasi untuk
mengisolasi daerah kesulitan. Semua rile memberitahu lainnya akan kembali ke mode diam
normal mereka.
Kinerja (operasi relay) dapat dikategorikan sebagai berikut:
1. Benar, umumnya 95% -99%
a. seperti yang direncanakan
b. Tidak seperti yang direncanakan atau diharapkan
2. Salah, baik kegagalan untuk trip atau trip (tripping) salah
a. Tidak seperti yang direncanakan atau ingin
b. Diterima untuk situasi tertentu
3. Tidak ada kesimpulan.
Operasi yang benar menunjukkan bahwa (1) paling sedikit satu dari rile utama
dioperasikan dengan benar, (2) tidak ada rile cadangan yang dioperasikan menjadi trip untuk
kesalahan, dan (3) daerah kesulitan itu benar-benar terisolasi pada waktu yang diharapkan.
Selama bertahun-tahun dan saat ini dekat dengan 99% dari semua operasi rile benar sesuai
harapan (yaitu, operasi seperti yang direncanakan dan diprogram). Ini merupakan
penghargaan untuk departemen rile proteksi, insinyur mereka, teknisi, dan semua personil
yang terkait.
Pemadaman Northeast 1965 adalah contoh yang sangat baik dari kategori ''yang benar,
tidak direncanakan atau yang diperkirakan''. Dari sekian banyak, banyak rile yang
dioperasikan selama kejadian, semua (sejauh yang saya ingat) dioperasikan dengan benar.
Artinya, jumlah sistem masuk ke zona operasi atau tingkat sedemikian rupa sehingga rile
dioperasikan dengan benar, tetapi pada umumnya tidak diinginkan. Pada saat itu tidak ada
yang mengantisipasi gangguan sistem yang paling luar biasa ini.
Baru-baru ini, seorang insinyur utilitas melaporkan bahwa suatu kesalahan telah
dibersihkan dalam sistem itu dengan dua operasi yang tidak benar. Ini tentunya bukan
direncanakan atau diantisipasi.
1.9.2 INCORRECT OPERATION
Operasi yang salah akibat dari kegagalan, kerusakan, atau operasi tak terduga atau tidak
direncanakan dari sistem perlindungan (protective). Hal ini dapat menyebabkan baik isolasi
tidak benar dari daerah tanpa masalah, atau kegagalan untuk mengisolasi area masalah.
Alasan untuk operasi tidak benar dapat menjadi salah satu atau kombinasi dari (1) kesalahan
aplikasi dari rile, (2) pengaturan yang salah, (3) kesalahan personil, dan (4) masalah peralatan
atau kegagalan (rile, breakers, CT, VT, baterai stasiun , wiring, saluran pilot, auxiliaries, dan
sebagainya).
Hal ini praktis tidak mungkin untuk mengantisipasi dan memberikan perlindungan bagi
berbagai masalah sistem daya yang mungkin. Dengan yang terbaik dari perencanaan dan
desain akan selalu ada situasi potensial yang mungkin tidak ''dilindungi'', atau kesalahan tidak
terdeteksi. Kadang-kadang, ini ''ditutupi'' oleh operasi tidak benar yang dapat diklasifikasikan
sebagai ''diterima untuk situasi tertentu''. Meskipun sangat sedikit, mereka telah
menyelamatkan sistem tenaga dan rasa malu diminimalkan.
19
1.9.3 NO CONCLUSION
Tidak ada kesimpulan mengacu pada situasi di mana satu atau lebih rile harus atau
tampak telah beroperasi, seperti trip (tripping) circuit breaker, namun tidak ada penyebab
dapat ditemukan. Tidak ada bukti kesalahan sistem daya atau masalah, maupun kegagalan
(failure) yang jelas dari peralatan, dapat menyebabkan situasi frustasi. Hal ini dapat
mengakibatkan banyak jam investigasi sesudah kematian (postmortem). Untungnya, rile
mikroprosesor hadir dengan perekaman data dan oscillographs dapat memberikan bukti
langsung atau petunjuk untuk masalah ini, serta kemungkinan menunjukkan bahwa tidak
mungkin terjadi. Hal ini diduga bahwa banyak dari peristiwa ini adalah hasil dari keterlibatan
personil yang tidak dilaporkan, atau masalah intermiten yang tidak terlihat jelas selama
pengujian dan investigasi.
1.10 PRINCIPLES OF RELAY APPLICATION
Sistem tenaga dibagi menjadi zona proteksi didefinisikan oleh peralatan dan circuit
breakers yang tersedia. Enam kategori zona perlindungan yang mungkin dalam setiap sistem
daya: (1) generator dan unit generator- transformator, (2) transformator, (3) bus, (4) baris
(transmisi, subtransmission, dan distribusi), (5) peralatan utilisasi (motor, beban statis, atau
lainnya), dan (6) kapasitor atau reaktor bank (ketika secara terpisah dilindungi).
Sebagian besar zona ini diilustrasikan pada Gambar 1.11. Meskipun dasar-dasar
proteksi yang cukup mirip, masing-masing enam kategori memiliki rile perlindungan
(protective), khusus dirancang untuk perlindungan utama, yang didasarkan pada karakteristik
dari peralatan yang dilindungi. Perlindungan masing-masing zona biasanya termasuk rile
yang dapat menyediakan cadangan untuk rile untuk melindungi peralatan yang berdekatan.
Perlindungan di setiap zona harus tumpang tindih hingga di zona yang berdekatan; dan
sebaliknya, kekosongan proteksi utama akan terjadi antar zona proteksi. Tumpang tindih ini
dilakukan dengan lokasi CT - sumber kunci dari sistem daya informasi untuk rile. Hal ini
ditunjukkan pada Gambar 1.1 1 dan, lebih khusus, pada Gambar 1.12. Kesalahan antara dua
CT (lihat Gambar 1.12) hasil di kedua zona X dan Y zona rile beroperasi dan keduanya trip
(tripping) terkait circuit breaker.
FIGURE 1.11 Typical relay primary protection zones in a power system.
20
Untuk kasus (a): kesalahan ini mungkin melibatkan circuit pemutus itu sendiri dan
mungkin tidak dihapus sampai breakers remote di kedua ujung dibuka. Untuk kasus (b): rile
zona Y saja membuka breaker circuit akan menghapus kesalahan (fault) antara dua CT dari
sumber kesalahan kiri. Relay pada sumber terpencil yang tepat juga harus dibuka untuk
kesalahan ini. Pengoperasian rile zona X tidak diperlukan, tetapi tidak dapat dihindari.
(a)
(b)
FIGURE 1.12 Overlapping protection zones with their associated current transformers.
Untungnya, daerah paparan cukup kecil, dan kemungkinan kesalahan (fault) rendah.
Tanpa tumpang tindih ini, perlindungan utama untuk daerah antara CT tidak akan ada,
sehingga tumpang tindih ini adalah praktek standar di semua aplikasi.
1.11 INFORMATION FOR APPLICATION
Salah satu aspek yang paling sulit dari penerapan sering pernyataan yang akurat dari
persyaratan perlindungan atau masalah. Ini adalah bernilai sebagai bantuan untuk solusi yang
efisien praktis, dan sangat penting ketika bantuan yang diinginkan dari orang lain yang
mungkin terlibat atau mungkin membantu dalam solusi, seperti konsultan, produsen, dan
insinyur lainnya. Daftar periksa berikut informasi yang dibutuhkan telah dikembangkan dari
bertahun-tahun membantu insinyur relay dengan masalah mereka. Ini menguraikan informasi
yang dibutuhkan, beberapa di antaranya adalah selalu diabaikan dalam definisi pertama dari
masalah.
Informasi yang diperlukan harus meliputi:
1. Diagram Single-line dari sistem atau daerah yang terlibat
2. Impedansi dan koneksi dari peralatan daya, sistem frekuensi, tegangan, dan urutan fase
3. Kecuali baru, perlindungan dan permasalahan yang ada
4. Prosedur operasi dan praktek yang mempengaruhi perlindungan
5. Pentingnya perlindungan; pilot, nonpilot, dan sebagainya
6. Studi kesalahan Sistem
7. Beban dan sistem batas ayunan maksimum
8. Lokasi CT dan VT, koneksi, dan rasio
9. Diharapkan ekspansi mendatang atau pengantisipasi.
Lebih detail pada berikut ini.
21
Diagram single-line untuk pertimbangan aplikasi atau diagram tiga saluran untuk
koneksi lengkap dan gambar panel-wiring mendokumentasikan daerah yang akan dipelajari
dan sistem sekitarnya harus tersedia. Lokasi circuit breakers, CT dan VT, generator, bus, dan
tap di saluran harus ditampilkan. Koneksi transformator bank dan sistem grounding
diperlukan ketika mempertimbangkan proteksi ground-fault. Informasi grounding sering
hilang pada gambar gardu (station).
1.11.1 SYSTEM CONFIGURATION
Diagram single-line untuk pertimbangan aplikasi atau diagram tiga saluran untuk koneksi
lengkap dan gambar panel-wiring mendokumentasikan daerah yang akan dipelajari dan sistem
sekitarnya harus tersedia. Lokasi circuit breakers, CT dan VT, generator, bus, dan tap di saluran harus
ditampilkan. Koneksi transformator bank dan sistem grounding diperlukan ketika mempertimbangkan
proteksi ground-fault. Informasi grounding sering hilang pada gambar gardu (station).
1.11.2 IMPEDANCE AND CONNECTION OF THE POWER EQUIPMENT, SYSTEM FREQUENCY, SYSTEM VOLTAGE,
AND SYSTEM PHASE SEQUENCE
Sebagian besar informasi ini biasanya disertakan pada diagram jangka tunggal, tetapi
sering diabaikan adalah koneksi dan pengetanahan bank transformator daya (grounding of
power transformer banks), dan impedansi sirkuit. Urutan fase diperlukan bila diagram
koneksi tiga jalur (threeline) diperlukan.
1.11.3 PERLINDUNGAN DAN MASALAH YANG ADA
Jika itu adalah instalasi baru, hal ini tidak berlaku, tetapi harus ditunjukkan. Jika tidak
baru, informasi tentang perlindungan yang ada dan masalah tersebut dapat membantu
memperbarui atau integrasi dengan perubahan yang diinginkan.
1.11.4 PROSEDUR DAN PENERAPAN OPERASI
Penambahan atau perubahan, pelaksanaannya harus sesuai dengan penerapan, prosedur,
dan keinginan yang ada. Ketika hal ini mempengaruhi perlindungan, mereka harus
ditunjukkan. Seringkali hal ini dapat dicapai dengan menunjukkan bahwa beberapa jenis
peralatan atau penerapan tidak dapat diterima.
1.11.5 PENTINGNYA PROTEKSI SISTEM PERALATAN
Hal ini sering terlihat dari level tegangan dan ukuran sistem. Misalnya, transmisi
tegangan tinggi biasanya dilindungi oleh proteksi Pilot kecepatan tinggi, dan sistem tegangan
rendah dengan proteksi waktu-arus lebih. Namun, ini harus diklarifikasi sesuai dengan
keinginan para insinyur perlindungan atau persyaratan sistem. Secara umum, yang lebih
penting peralatan yang membutuhkan proteksi adalah pada sistem tenaga dan kemampuannya
untuk mempertahankan layanan, lebih penting nyediakan perlindungan kecepatan tinggi
sepenuhnya dan memadai.
1.11.6 STUDI SISTEM GANGGUAN
Sebuah studi kesalahan penting untuk aplikasi yang sangat melindungi. Untuk proteksi
kesalahan-fase, diperlukan studi kesalahan tiga fase, sedangkan untuk perlindungan
kesalahan-tanah diperlukan studi kesalahan single-line-ke-ground. Yang terakhir ini harus
meliputi tegangan urutan-nol dan arus urutan-negatif dan tegangan, yang dapat berguna jika
melibatkan penginderaan arah kesalahan tanah.
Pada saluran, informasi mengenai fault di sisi saluran di sebuah breaker yang terbuka
(dikenal sebagai ''ujung saluran (line end)'' fault) seringkali penting. Arus terekam harus yang
akan mengalir melalui rile atau sekering, daripada total arus gangguan.
Studi fault harus menunjukkan unit-unit (dalam volt atau ampere) pada sebuah basis
tegangan yang ditentukan, atau per unit dengan basis yang ditentukan secara jelas.
22
Pengalaman menunjukkan bahwa cukup sering basis dari jumlah tidak ditampilkan, atau
petunjukkannya tidak jelas.
1.11.7 BEBAN MAKSIMUM DAN BATAS AYUNAN SISTEM
Beban maksimum yang akan diizinkan untuk melewati peralatan (equipment) selama
waktu singkat (short-time) atau operasi darurat untuk proteksi yang tidak diharuskan
beroperasi harus ditentukan. Jika diketahui, ayunan sistem maksimum yang berasal dari
sistem listrik dapat pulih setelah gangguan transien adalah penting dalam beberapa aplikasi
dan harus ditentukan.
1.11.8 LOKASI TRAFO ARUS DAN TEGANGAN, KONEKSI, DAN RASIO
Informasi ini sering ditampilkan pada gambar one-line, tetapi sering data tidak lengkap
atau tidak jelas. Dimana perangkat multiratio ada, maka tap tertentu atau rasio yang
digunakan harus ditentukan. Grounding dari VT atau tegangan divais harus diperlihatkan
dengan jelas.
1.11.9 FUTURE EXPANSION
Tidak semua item di atas selalu berlaku untuk masalah atau sistem persyaratan tertentu,
tetapi daftar ini harus membantu dalam memberikan pemahaman yang lebih baik dari
masalah perlindungan dan persyaratannya. Biasanya, studi fault, bersama-sama dengan
informasi terkait, akan memberikan informasi tentang jumlah terukur (sebagai pegangan)
yang rile protektif dapat merespon. Ketika hal ini tidak jelas, prioritas pertama untuk setiap
aplikasi adalah untuk mencari pegangan yang dapat digunakan untuk membedakan antara
kondisi ditoleransi dan tak tertahankan.
1.12 STRUCTURAL CHANGES WITHIN THE ELECTRIC POWER INDUSTRY
Industri tenaga listrik secara historis telah terstruktur dengan entitas yang monopoli
yang diatur oleh lembaga pemerintah yang terintegrasi secara vertikal. Entitas industri ini
terutama terdiri dari investor dimiliki utilitas dan juga terdiri dari utilitas yang dimiliki oleh
municipals atau koperasi listrik. Di bawah struktur seperti, setiap utilitas milik semua
generasi, transmisi, dan fasilitas distribusi dalam wilayah layanan yang ditunjuk. Setiap
utilitas juga memiliki sistem proteksi yang ada dalam wilayahnya termasuk yang berada pada
pusat pembangkit, pada sistem transmisi dan distribusi, turun ke titik antarmuka terhadap
fasilitas pelanggan. Utilitas bertanggung jawab untuk aplikasi, desain, konstruksi, pengaturan,
pengujian, dan pemeliharaan semua fasilitas perlindungan terkait.
Pada 1990-an, gerakan dikembangkan untuk merestrukturisasi industri tenaga listrik AS
untuk salah satu yang lebih kompetitif di alam. Berbagai peraturan perundang-undangan telah
lulus baik di tingkat federal dan negara untuk memaksa perubahan tersebut untuk
dilaksanakan. Hal ini dirasakan kompetisi yang akan menyebabkan efisiensi yang lebih besar
dalam industri dan pada akhirnya akan menguntungkan konsumen dengan menyediakan
energi listrik yang lebih rendah-harga. Gerakan ini masih dalam keadaan evolusi tetapi telah
memulai perubahan yang signifikan untuk industri. Banyak undang-undang yang telah
disahkan undang-undang negara, sehingga perbedaan yang ada di antara berbagai daerah di
negeri ini. Hasil dasar, namun, adalah sistem kekuasaan di mana generasi dan pasokan yang
tidak diatur. Siapapun dapat memiliki menghasilkan fasilitas dengan sistem transmisi dibuka
untuk semua pengguna yang memenuhi syarat. Demikian juga, siapa pun dapat menawarkan
untuk memasok energi untuk pelanggan. Fasilitas transmisi dan distribusi biasanya tetap
diatur dan dimiliki oleh perusahaan utilitas. Proposisi telah dilakukan, namun, di mana
fasilitas transmisi akan dikombinasikan dan dimiliki oleh '' pemilik transmisi regional '' di
daerah tertentu. Utilitas tradisional masih dapat memiliki fasilitas pembangkit dan juga dapat
menawarkan untuk menjadi pemasok. Namun, fungsi-fungsi ini harus dioperasikan sebagai
23
anak perusahaan terpisah dengan pengamanan yang memadai untuk mencegah keunggulan
kompetitif. Tanggung jawab menjaga pasar energi grosir yang kompetitif dan assurring
keandalan sistem listrik, dalam banyak kasus, telah didelegasikan kepada operator sistem
independen.
Struktur akhir dari industri tenaga listrik belum berkembang. Namun demikian, arah
telah ditetapkan dan peserta perlu menyesuaikan untuk berfungsi secara efektif dalam
lingkungan yang baru. Kekhawatiran telah menyatakan bahwa keandalan sistem listrik dapat
menurun karena efek memburuk bahwa persaingan yang mungkin pada suasana koperasi
yang berlaku di masa lalu. Kredibilitas keprihatinan ini didukung oleh beberapa pemadaman
parah, kekurangan daya, dan respon lambat untuk pemadaman yang terjadi di daerah di mana
kompetisi telah dilaksanakan. Politisi perlu waspada terhadap ancaman ini dan
mempertimbangkan undang-undang apapun yang diperlukan untuk memastikan bahwa
tingkat keandalan dan layanan pelanggan yang sebanding dengan yang telah berlaku dan
diharapkan di negara ini dipertahankan.
Perubahan struktural dalam industri listrik tidak mengubah aspek teknis dan praktis
yang berhubungan dengan penerapan sistem proteksi tenaga. Perubahan tersebut,
bagaimanapun, tidak berdampak pada cara di mana proses proteksi dilakukan. Hal ini
menyajikan tantangan baru, dan membutuhkan kebutuhan untuk sistem proteksi baru yang
harus dipertimbangkan:
1. Dampak kendala ekonomi, yang dapat berkembang dalam suasana yang kompetitif, dapat
mengakibatkan tekanan untuk mengurangi sumber daya yang tersedia untuk mendukung
fungsi proteksi. Manfaat ekonomi dari penerapan proteksi terkadang sulit untuk diukur.
Insinyur proteksi perlu mengembangkan keterampilan yang dibutuhkan untuk ekonomi
membenarkan instalasi proteksi yang diusulkan. Keakraban dengan konsep yang
digunakan dalam proses perencanaan sistem listrik harus menjadi prioritas.
2. Pemisahan dari berbagai entitas dalam stuktur dari industri tenaga akan membutuhkan
dokumentasi yang baik dan sistem untuk bertukar informasi dalam rangka untuk
melakukan studi perlindungan dan memverifikasi informasi proteksi.
3. Dengan generator berpotensi diletakkan di berbagai lokasi di seluruh sistem pengiriman,
bahaya tambahan untuk sistem pasokan dapat dibuat. Bahaya tersebut harus diidentifikasi
dan sistem proteksi yang tepat diterapkan. Mata kuliah ini dibahas lebih lanjut dalam Bab
8.
4. Penerapan '' Perlindungan Khusus Skema '' mungkin diperlukan untuk mengakomodasi
instalasi pembangkit yang diinginkan di lokasi tertentu. Skema tersebut tidak skema
protektif diterapkan biasanya untuk perlindungan fault tetapi diterapkan untuk menjaga
terhadap kondisi sistem operasi yang tidak diinginkan ketika generator sedang beroperasi.
Skema perlindungan khusus dibahas secara lebih rinci dalam Bab 14.
5. Standard desain proteksi seragam, praktek aplikasi, dan pemeliharaan dan pengujian
persyaratannya harus didokumentasikan dan disediakan untuk semua entitas. Sebuah audit
dan sistem penegakan hukum untuk menjamin kepatuhan terhadap standar tersebut
diperlukan.
1.13 RELIABILITY AND PROTECTION STANDARDS
Dengan perubahan struktural yang signifikan yang telah berkembang dalam industri
tenaga listrik, telah diakui bahwa standar dan prosedur perlu dikembangkan dalam rangka
memfasilitasi operasi pasar yang efektif dan untuk memastikan operasi sistem tenaga yang
handal. Standar Keandalan telah ada untuk perencanaan dan kekuatan operasi sytems selama
bertahun-tahun. Sesuai dengan standar ini telah terbuka untuk interpretasi dan bersifat
sukarela. Dengan pemisahan kepemilikan dalam industri, ketergantungan pada kepatuhan
sukarela tersebut tidak dianggap praktis untuk memastikan bahwa aspek keandalan sistem
24
tenaga diberikan prioritas yang diinginkan. Hal ini juga dianggap wajib bahwa persyaratan
teknis yang berkaitan dengan jenis peralatan yang dipasang bersama dengan cara yang
terhubung, dioperasikan, dan dilindungi didokumentasikan sehingga semua peserta di pasar
diperlakukan secara adil dan setara. Pekerjaan yang cukup besar telah terjadi dalam beberapa
kali untuk memperluas cakupan dan detail yang terdapat dalam standar tersebut dengan
penekanan lebih besar pada kepatuhan wajib melalui berlalunya undang-undang baru,
pengawasan diperluas, dan hukuman untuk pelanggaran. Banyak dari pekerjaan ini sedang
dilakukan oleh kelompok-kelompok dengan pengawasan atau otoritas atas industri. Ini
termasuk dewan kehandalan, lembaga negara, badan-badan federal, dan organisasi transmisi
regional.
Di daerah perlindungan, berbagai ANSI = IEEE standar telah dikembangkan selama
bertahun-tahun dan terus dikembangkan sebagai kondisi perubahan. Standar-standar ini
mencakup berbagai aspek persyaratan desain untuk perlengkapan pelindung dan cara di mana
peralatan tersebut perlu diterapkan untuk melindungi fasilitas listrik tertentu. Persyaratan
perlindungan yang berkaitan dengan isu-isu yang berkaitan dengan keandalan dan
keselamatan yang berlaku untuk sistem tenaga dalam wilayah yurisdiksi tertentu sistem
tenaga sedang dikembangkan sebagai bagian dari proses di atas yang dilakukan dalam
pengawasan dan badan pengatur. Fokus utama dari standar perlindungan ini berkaitan dengan
fasilitas yang berhubungan dengan sistem tenaga massal karena kesehatan sistem kekuasaan
massal yang sangat penting untuk menjaga operasi terus-menerus dan aman dari jaringan
listrik bangsa dan mencegah gangguan skala besar dan padam. Sejak bagian dari jaringan
listrik yang dibangun dan dimiliki oleh banyak entitas yang terpisah, standar dan prosedur
penegakan terkait sangat penting untuk pencegahan titik-titik lemah dalam jaringan yang luas
ini. Standar untuk desain di tingkat tegangan yang lebih rendah sering dikembangkan oleh
utilitas sendiri dalam rangka memenuhi persyaratan kinerja diamanatkan oleh badan
pengatur. Pengawasan standar untuk fasilitas tingkat tegangan rendah yang ada di daerah di
mana beberapa kepemilikan ada. Akibatnya, penekanan utama standar perlindungan yang
saat ini sedang dikembangkan untuk mempromosikan kehandalan dan pasar wajar berkaitan
dengan persyaratan perlindungan fasilitas listrik massal dan untuk lokasi intertie di mana
generasi menghubungkan ke sistem listrik.
Persyaratan perlindungan Generator intertie dibahas lebih lanjut dalam Bab 8. Untuk
fasilitas listrik massal, standar keandalan biasanya dibangun di sekitar tujuan penting dari
sistem protektif seperti yang dijelaskan sebelumnya, seperti:
Desain pengoperasian sistem tenaga massal yang seperti itu, minimal, sistem harus
tetap beroperasi pada mendadak, kehilangan tak terduga dari setiap fasilitas tunggal pada
sistem. Operator sistem akan mengubah pengiriman generasi atau konfigurasi sistem agar
tetap dalam kriteria operasional. Untuk menyelaraskan dengan ''single kontingensi'' konsep
ini, standar perlindungan fasilitas listrik massal biasanya mengharuskan ''redundansi'' ada
dalam desain perlindungan. Redundansi diperlukan untuk menjamin bahwa kegagalan dari
setiap komponen perlindungan tunggal, seperti transformator instrumen, rile, pemutus,
rangkaian kontrol, atau saluran komunikasi tidak akan mengakibatkan kegagalan untuk dapat
mendeteksi dan mengisolasi kesalahan. Tujuan utama dari sistem pelindung harus tetap utuh
untuk kegagalan perangkat yang terkait dengan sistem proteksi. Kendala ini biasanya
memerlukan penggunaan dua skema perlindungan independen untuk setiap fasilitas yang
dilindungi pada sistem listrik masal. Persyaratan ini dibahas dalam bab-bab berikutnya
sebagai skema proteksi untuk berbagai jenis peralatan bertutup.
25
BIBLIOGRAPHY
Berikut ini memberikan referensi untuk bab ini dan referensi secara umum berlaku
untuk semua bab. IEEE Power System Relaying Committee of Power Engineering Society
telah mendokumentasikan Bibliografi Relay Literatur dari tahun 1927. Dalam beberapa tahun
terakhir ini dikeluarkan sebagai laporan komite setiap 2 tahun. Ini adalah AIEE dan IEEE
Transactions sebagai berikut:
Period Covered
1927–1939
1940–1943
1944–1946
1947–1949
1950–1952
1953–1954
1955–1956
1957–1958
1959–1960
1961–1964
1965–1966
1967–1969
1970–1971
1972–1973
1974–1975
1976–1977
1978–1979
1980–1981
1982–1983
1984–1985
1986–1987
1988–1989
1990
1991
1992
1993
1994–Paper # 95 SM 4366
Transactions Reference
Vol. 60, 1941; pp. 1435–1447
Vol. 63, 1944; pp. 705–709
Vol. 67, pt. I, 1948; pp. 24–27
Vol. 70, pt. I 1951; pp. 247–250
Vol. 74, pt. III 1955; pp. 45–48
Vol. 76, pt. III, 1957; pp. 126–129
Vol. 78, pt. III, 1959; pp. 78–81
Vol. 79, pt. III, 1960; pp. 39–42
Vol. 81, pt. III, 1962; pp. 109–112
Vol. PAS-85, No. 10, 1966; pp. 1044–1053
Vol. PAS-88, No. 3, 1969; pp. 244–250
Vol. PAS-90, No. 5, 1971; pp. 1982–1988
Vol. PAS-92, No. 3, 1973; pp. 1132–1140
Vol. PAS-94, No. 6, 1975; pp. 2033–3041
Vol. PAS-97, No. 3, 1978; pp. 789–801
Vol. PAS-99, No. 1, 1980; pp. 99–107
Vol. PAS100, No. 5, 1981; pp. 2407–2415
Vol. PAS102, No. 4, 1983; pp. 1014–1024
Vol. PAS104, No. 5. 1985; pp. 1189–1197
Vol. PWRD-2, 2, 1987; pp. 349–358
Vol. PWRD-4, 3, 1989; pp. 1649–1658
Vol. PWRD-6, 4, 1991; pp. 1409–1422
Vol. PWRD-7, 1, 1992; pp. 173–181
Vol. PWRD-8, 3, 1993; pp. 955–961
Vol. PWRD-10, 1, 1995; pp. 142–152
Vol. PWRD-10, 2, 1995; pp. 684–696
- ANSI=IEEE Standard 100, IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronics Terms, IEEE Service Center, 445
Hoes Lane, Piscataway, NJ 08854.
- ANSI=IEEE Standard C37.2, Standard Electrical Power System Device Function Numbers, IEEE Service Center.
- ANSI=IEEE Standard C37.100, Definitions for Power Switchgear, IEEE Service Center.
- ANSI=IEEE Standard 260, IEEE Standard Letter Symbols for Units of Measurement, IEEE Service Center.
- ANSI=IEEE Standard 280, IEEE Standard Letter Symbols for Quantities Used in Electrical Science and Electrical
Engineering, IEEE Service Center.
- ANSI=IEEE Standard 945, IEEE Recommended Practice for Preferred Metric Units forUse in Electrical and
Electronics Science and Technology, IEEE Service Center.
- ANSI=IEEE Standard C37.010, Application Guide for AC High-Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical
Current Basis, IEEE Service Center.
- ANSI=IEEE Standard C37.90, Relays and Relay Systems Associated with Electric Power Apparatus, IEEE Service
Center.
- Beeman, D., Industrial Power Systems Handbook, McGraw-Hill, New York, 1955.
- Elmore, W.A., Ed., Protective Relaying: Theory and Applications, ABB Power T&D Company, Marcel Dekker, New
York, 1994.
- Fink, D.G. and Beaty, H.W., Standard Handbook for Electrical Engineers, McGrawhill, New York, 1968.
- Horowitz, S.H., Protective Relaying for Power Systems, IEEE Press, 1980, IEEE Service Center.
- Horowitz, S.H. and Phadice, A.G., Power System Relaying, Research Studies Press, England, Distributed by John
Wiley & Sons, 1996.
- IEEE Brown Book, Standard 399, Recommended Practice and Industrial and Commercial Power System Analysis,
IEEE Service Center.
- IEEE Buff Book, Standard 242, IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and
Commercial Power Systems, IEEE Service Center.
- IEEE Red Book, Standard 141, Recommended Practice for Electrical Power Distribution for Industrial Plants, IEEE
Service Center.
- IEEE Power System Relaying Committee Report, Review of Recent Practices and Trends in Protective Relaying,
IEEE Trans. Power Appar. Syst., PAS 100, No. 8, 1981, 4054–4064.
- IEEE Power System Relaying Committee Report, Effects of Changing Utility Environment on Protective Relays, IEEE
Service Center.
26
- Mason, C.R., The Art and Science of Protective Relaying, John Wiley & Sons, New York, 1956.
- Van C. Washington, A.R., Protective Relays, Their Theory and Practice, Vol. I, John Wiley & Sons., New York, 1962,
Vol. II, Chapman & Hall, London, 1974.
- Westinghouse Electric Corp., Electrical Transmission and Distribution Reference Book, 4th ed., East Pittsburgh, PA,
1964.
- Westinghouse Electric Corp., Electric Utility Engineering Reference Book, Vol. 3: Distribution Systems, East
Pittsburgh, PA, 1965.
- Washington Electric Corp., Applied Protective Relaying, Coral Springs, FL, 1982.
27