BAB III RELAY LINE CURRENT DIFFERENTIAL
advertisement
BAB III RELAY LINE CURRENT DIFFERENTIAL 3.1 Umum Kemajuan teknologi saat ini membuat manusia hidup semakin nyaman. Dulu seseorang harus berdiri dan mendekat ke televisi untuk mengganti saluran yang diinginkan. Sekarang hanya dengan menggunakan sebuah remote, bisa mengganti saluran sesuai keinginannya tanpa harus bergeser sedikit pun dari tempat duduk. Para peneliti terus mengembangkan berbagai teknologi untuk memudahkan kehidupan dan memenuhi kebutuhan manusia, khususnya teknologi komunikasi dan informasi yang saat ini sudah menjadi salah satu kebutuhan utama manusia. Banyak media yang melayani kebutuhan tersebut, untuk koneksi internet misalnya, bisa memilih menggunakan DSL atau kabel. Kedua media tersebut memiliki kelebihan masingmasing, namun kekurangan keduanya adalah kurang fleksibel untuk dibawa kemanamana karena masih harus menggunakan kabel. Saat ini teknologi wireless atau nirkabel sudah cukup dikenal. Teknologi wireless memungkinkan kita menghantarkan suatu gelombang tanpa menggunakan kabel. Contoh teknologi wireless yang sering kita dengar adalah IR (Infra Red) dan Bluetooth Namun ada satu lagi teknologi wireless terbaru yang saat ini sedang hangat dibicarakan yaitu Broadband Wireless Access (BWA) yang juga didukung oleh perangkat lain seperti, wireless, twisted pair Ethernet, atau kabel Cat5e, serat optik dan TCP/IP. 18 19 3.2 System Proteksi Dalam melaksanakan pembangkitan, penyaluran dan distribusi tenaga listrik, gangguan tidak dapat dihindari. Gangguan kebanyakan merupakan hubung singkat antar fasa atau antara fasa dengan tanah atau keduanya. Gangguan hubungan singkat semacam ini menimbulkan arus yang besar yang dapat merusak peralatn sehingga diperlukan sistem proteksi untuk mengamankan peralatan. Sistem proteksi selain harus mengamankan peralatan instalasi terhadap gangguan, juga berfungsi melokalisir gangguan. Ini berarti apabila terjadi gangguan di suatu bagian instalasi, sistem proteksi hanya akan men-trip PMT yang berdekatanndengan gangguan sehingga interupsi pasokan daya dapat dilakukan di sekitar tempat terjadinya gangguan saja (tidak meluas). Sistem proteksi digunakan untuk melokalisir adanya gangguan, gangguan adalah peristiwa yang menyebabkan trip-nya PMT di luar kehendak operator (fault). Gangguan umumnya disebabkan karena terjadinya hubungan singkat. Hubungan singkat ini dapat terjadi antara fasa dengan fasa atau antara fasa dengan dengan tanah. Gangguan yang paling banyak adalah gangguan satu fasa ke tanah. Macam-macam gangguan dapat dikelompokkan menjadi : 1) Gangguan Temporer Merupakan peristiwa yang menyebabkan trip-nya PMT tetapi beberapa saat kemudian (setelah 5 detik), apabila PMT dimasukkan, maka keadaannya akan normal kembali (gangguan sudah hilang). Gangguan temporer banyak terjadi pada saluran transmisi, sedangkan penyebabnya adalah petir. Pada saluran udara distribusi, gangguan temporer kebanyakan disebabkan oleh sentuhan dahan pohon atau laying-layang. 2) Gangguan Permanen Merupakan peristiwa yang menyebabkan trip-nya PMT, kemudian bila PMT dimasukkan kembali, PMT tersebut trip lagi. PMT baru bisa dimasukkan kembali secara normal setelah dilakukan perbaikan atas bagian yang menimbulkan gangguan. Beberapa gangguan permanen seperti kerusakan isolasi atau penuaan isolasi (agging). 20 Efek gangguan dapat membahayakan pada : a. Generator, Trafo dan peralatan lain. b. Busur akan merusakan kontak. c. Dapat merubah sistem tegangan. d. Tegangan menjadi tidak simetris atau urutan negative arus. Statistik gangguan : a. Fasa ke Netral (Akibat dari gangguan transient) : 80% b. Fasa ke Fasa (akibat gangguan permanen) : 20% Relay Proteksi : Gambar 3.1 Skematik sederhana relay proteksi Komponen-komponen Sistem Proteksi : a. CT / VT b. CB / PMT 21 c. Relay (OCR), Line Current Differential Relay, Distance Relay, Directional Comparison Relay. d. DC Supply e. Wiring Instalasi f. Teleproteksi (Komunikasi antar Relay). Syarat-syarat dari Sistem Proteksi : a. Cepat Sistem proteksi haruslah merupakan sistem yang cepat karena gangguan bisa merusak peralatan. b. Selektif Sistem proteksi harus selektif dalam memilih lokasi yang terganggu dengan yang tidak terganggu. c. Andal Sistem proteksi harus handal dalam bekerja. Sistem harus bekerja saat terdapat gangguan dan stabil saat tidak ada gangguan. d. Ekonomis Waktu dari gangguan hingga CB terbuka. 3.3 CT (Current Transformer) / VT Voltage Transformer) Current Transformer (CT) digunakan untuk mengukur arus listrik. Current Transformer (CT) bersama dengan Voltgage Transformer (VT) (Potential Transformer (PT)) diketahui sebagai instrument transformer. Ketika arus pada sirkuit terlalu tinggi untuk di apply pada pengukuran instrument, maka transformator ini akan mengurangi arus secara akurat dan proporsional sebanding dengan arus yang ada dalam sirkuit, dimana dapat dengan baik terhubung ke pengukuran dan recording instrument. CT juga mengisolasi pengukuran instrument dari tegangan yang sangat tinggi pada monitoring sirkuit. CT juga digunakan pada metering dan proteksi relay pada electrical power industry. 22 3.4 CB (Circuit Breaker) / PMT (Pemutus Tegangan) Pemutus Tegangan (PMT) adalah saklar yang digunakan untuk menghubungkan / memutuskan arus / daya listrik sesuai dengan ratingnya. Karena PMT digunakan untuk memutus beban maka harus dilengkapi dengan pemadam busur api. Jenis-jenis PMT berdasarkan media insulator dan material dielektriknya terbagi dalam enam jenis yaitu saklar PMT Udara, saklar PMT minyak, saklar PMT dengan gas SF6, saklar PMT vakum saklar PMT udara tekan, saklar PMT Medan Magnet. 1. Saklar PMT Udara Bentuknya runcing, busur listrik akan timbul (meloncat) pada bagian yang runcing terlebih dahulu pada saat kontak-kontak saklar berpisah. Karena berat jenis busur listrik lebih kecil daripada berat jenis udara, maka busur listrik akan mengapung ke atas sehingga busur listrik memanjang dan akhirnya putus. 2. Saklar PMT Minyak Saklar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 10 kA dan pada rangkaian bertegangan sampi dengan 500 kV. Pada saat kontak dipisahkan, busur api akan terjadi di dalam minyak, sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi busur api, karena panas yang ditimbulkan busur api, minyak mengalami dekomposisi dan menghasilkan gas hydrogen yang bersifat menghambat produksi pasangan ion. Oleh karena itu, pemadaman busur api tergangtung pada pemanjangan dan pendinginan busur api dan juga tergantung pada jenis gas dari hasil dekomposisi minyak. Gambar 3.2 Pemadaman Busur Api Pada Pemutus Daya Minyak 23 Gas yang ditimbulkan dekomposisi minyak menimbulkan tekanan terhadap minyak, sehingga minyak terdorong ke bawah melalui leher bilik. Di leher bilik, minyak ini melakukan kontak dengan busur api. Hal ini menyebabkan pendinginan busur api, mendorong proses rekombinasi dan menjauhkan partikel bermuatan dari lintasan busur api. Minyak yang berada di antara kontak sangat efektif untuk memutuskan arus. Kelemahannya adalah minyak mudah terbakar dan kekentalan minyak memperlambat pemisahan kontak, sehingga tidak cocok untuk sistem yang membutuhkan pemutusan arus secara cepat. Saklar PMT dibagi dalam dua jenis : 1. PMT dengan menggunakan minyak banyak (Bulk Oil Circuit Breaker) Pada tipe ini kontak-kontak saklar direndam dalam minyak yang berfungsi sebagai pemutus media busur listrik. Minyak diletakkan dalam tangki sehingga dimensi Pemutus Tenaga Minyak Banyak menjadi besar. Gambar 3.3 Konstruksi ruang pemadaman PMT Bulk Oil Circuit Breaker secara sederhana 2. PMT dengan menggunakan minyak sedikit (Low Oil Circuit Breaker) Media pemutus busur yang digunakan adalah minyak seperti pada PMT Minyak Banyak, hanya saja pada PMT Minyak Sedikit ada bagian PMT yang menghasilkan minyak maupun pada waktu PMT ditutup. Dengan menggunakan minyak bertekanan, maka dimensi PMT Minyak Sedikit 24 menjadi lebih kecil dari PMT Minyak Banyak. Pada PMT Minyak Sedikit, kualitas minyak PMT perlu diawasi secara teliti, terutama setelah PMT bekerja setelah ada gangguan. Pada saat memutus busur listrik arus gangguan, minyak yang menyemprot busur listrik yang besar karena gangguan akan mengalami karbonisasi yang besar pula. Karbon tidak bersifat isolasi. Oleh karena itu, harus dilakukan penggantian minyak PMT apabila minyak sudah kelihatan hitam oleh karbon. Selain mengandalkan penyemprotan minyak untuk memutus busur listrik yang terjadi, teknik memanjangkan busur listrik juga digunakan di sini, yaitu dengan meruncingkan bentuk kontak jantan dan kontak betina. 3. Saklar PMT Gas SF6 Prinsip kerjanya hampir sama dengan prinsip kerja PMT Minyak Sedikit, bedanya terletak pada media pemutus busur yang digunakan, yaitu Gas SF6. Gas SF6 memiliki sifat isolasi yang baik selain sifatnya sebagai pendingin yang baik. Pada PMT Gas SF6 timbul masalah perapat (sealing) antara bagian PMT yang bergerak dengan diam karena gas dapat menyelinap (bocor) di antara dua bagian yang bergeseran ini. Untuk itu diperlukan perapat (sealing) yang baik agar dapat meminimumkan kebocoran Gas SF6. Pada PMT Gas SF6 terdapat pengukur tekanan gas sehingga apabila tekanan Gas SF6 sudah berkurang, maka dapat dilakukan pengisian Gas SF6 kembali. Dibandingkan dengan PMY Minyak Sedikit, PMT Gas SF6 mempunyai dimensi yang kira-kita sama tetapi pemelihataannya lebih mudah. 4. Saklar PMT Vakum Dalam PMT Vakum tidak ada media pemutus busur listrik. Oleh sebab itu, teknik pemutus busur listrik dalam PMT Vakum semata-mata tergantung pada teknik memperpanjang busur listrik. Konstruksi PMT Vakum menghindari adanya celah udara sehingga pergeseran bagian yang bergerak dengan bagian yang tetap (statis) yang dapat menimbulkan celah udara dapat dihindari dan sebagai penggantinya digunakan logam fleksibel berbentuk gelombang yang dapat diperpanjang dan diperpendek. 25 Fleksibilitas logam sampai saat ini masih menjadi salah satu kendala bagi perkembangan PMT Vakum. Hal ini disebabkan karena jarak antara kontak-kontak PMT vakum menjadi terbatas sehingga tegangan operasinya juga terbatas. Sampai saat ini PMT Vakum baru bisa dibuat untuk tegangan operasi 38 kV. 5. Saklar PMT Udara Tekan (Air Blast Circuit Breaker) Prinsip kerja PMT ini serupa dengan prinsip kerja PMT Gas SF6, hanya saja pada PMT Udara Tekan yang menjadi media pemutus busur listrik adalah udara tekan. Karena kemampuan isolasi udara tekan lebih rendah dari pada Gas SF6, maka pada PMT Udara Tekan dibutuhkan tekanan udara yang lebih besar dari tekan Gas SF6 pada PMT Gas SF6. 6. Saklar PMT Medan Magnet (Magnetic Circuit Breaker) Prinsip kerjanya seperti PMT Udara, hanya saja di sini terdapat magnet yang berfungsi menghasilkan medan magnet yang akan menarik busur listrik yang timbul sewaktu pembukaan PMT sehingga busur listrik menjadi lebih panjang dan akhirnya putus. 3.5 Line Current Differential Protection Bentuk lain dari sistem proteksi untuk perlengkapan seperti transformer, busses dan saluran listrik yaitu current differensial. Tipe proteksi ini bekerja berdasarkan teori dasar dari hukum Kirchoff yang menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar maka sebuah node akan bernilai nol. Hal ini sangat penting untuk mencatat arah dari arus dan juga besar arusnya, karena merupakan vektor. Hal ini membutuhkan seperangkat transformator arus (transformer yang lebih kecil yang mengubah currents down ke tingkat yang dapat dihitung) pada tiap akhir saluran listrik, atau pada tiap sisi dari transformer. Secara umum pengaman differensial ini merupakan saluran yang mengukur besaran arus pada kedua sisi dari saluran transmisi. Perangkat yang digunakan dalam proteksi Line Current Differential ini adalah Line Current Differential Relay. Relay ini harus 26 bekerja jika ada gangguan di daerah proteksi dan harus stabil jika gangguan di luar daerah proteksi. Relay ini bekerja secara instaneous. Rumus impedansi SUTT : ZFL = Z1 . Ln . k……………………………….(3.1) RFL = R1. Ln . k………………………………..(3.2) Dimana: ZFL dan RFL = impedansi SUTT Z1 = impedansi R1 = impedansi Ln = panjang kabel K = nilai konstanta 3.6 Line Current Differential Relay Menyampaikan arus differensial adalah salah satu metode untuk membandingkan arus yang mengalir pada line yang sama. Hasilnya tergambar dalam skema proteksi sederhana dengan tingkat sensitifitas yang tinggi dan kecepatan, keserentakan, melakukan tripping pada kedua jalur dengan tingkat tinggi. Perbedaan skema tidak dipengaruhi oleh efek eksternal seperti faults, load dan power swings. Perbedaan arus dapat dihitung dengan metode yang berbeda seperti : 1. Magnitude Comparison 2. Phase Comparison 3. Phasor Comparison (magnitude and angle) 4. Charge Comparison 5. Combination of these Tanpa memperhatikan metode yang digunakan, semua line differential relays beroperasi pada arus yang berbeda yang dibandingkan antara arus yang masuk dengan arus yang keluar. Untuk kesalahan internal, arus akan mengalir pada kedua line. Arus 27 local IL akan secara praktis berada dalam fasa dengan arus remote IR. Perbedaan fasa kecil antara dua arus disebabkan karena perbedaan derajat sumber pada local dan remote end. Untuk kesalahan eksternal atau load, arus akan mengalir pada satu terminal dan keluar pada terminal lainnya. Arus lokal IL akan 180o out of phase dengan arus remote IR dan besarnya akan sebgaian besar sama, yang membedakan hanya dari kesalahan pengukuran transformer. Rumus menghitung beban total : Bt = B . Ln…………………………………(3.3) dimana: Bt = beban total B = beban Ln = panjang kabel Rumus menghitung reaktansi capasitas : Xc = ………………….………..(3.4) Dimana : Xc = reaktansi 3.7 Prinsip Kerja Line Current Differential Relay Relay diferensial arus membandingkan arus yang melalui satu titik (Hukum Kirchoff). Pada keadaan tanpa gangguan atau gangguan eksternal ΣI = 0 Pada keadaan gangguan internal ΣI ≠ 0 Dipasang pada asing-masing ujung saluran dan merupakan unit protection. Unit Protection : - Daerah pengamanan adalah di dalam daerah yang dilingkupi CT (Current Transformator) yang tersambung ke relay differensial. - Bekerja seketika. - Tidak perlu dikoordinasikan dengan pengaman lain. - Merupakan pengaman utama dan tidak berlaku sebagai pengaman cadangan. 28 Prinsip pengukuran Line Current Differential adalah Circulating Current atau Balanced Voltage. Karena ujung-ujung saluran transmisi dipisahkan oleh jarak yang jauh maka masing-masing sisi dihubungkan dengan : - kabel pilot - saluran telekomunikasi : microwave, fiber optic. Gambar 3.4 Line Current Differential Relay Tanpa gangguan atau gangguan eksternal IA + IB = 0 Keadaan gangguan internal IA + IB ≠ 0 (=IF) Rumus menghitung arus charging primary : Ic = . √ . …………….(3.5) Dimana : Ic = arus charging Kv = tegangan nominal Xc = reaktansi Rumus menghitung arus charging secondary : Dimana : Ics = arus charging sekunder Ic = arus charging CT = trafo arus Ics = ......................(3.6) 29 3.8 Dasar Pengukuran Diferensial Arus 3.8.1 Pilot Wire Gambar 3.5a Circulating Current in Normal Condition Gambar di atas menunjukan sirkulasi arus melalui pilot wire dalam keadaan normal. Arus akan berjalan sesuai alurnya tanpa melewati relay karena pada relay terdapat hambatan yang menimbulkan tegangan. Gambar 3.5b Circulating Current with Internal Fault Gambar di atas menunjukan sirkulasi arus melalui pilot wire saat terdapat internal fault atau gangguan internal. Arus bersikulasi dengan arauh yang saling bertemu sehingga arus menuju relay. Besar arus yang menuju relay (I) sebesar penjumlahan dari kedua arus yang masuk (IA + IB). Rumus kegagalan arus: Ifmin = . √ . ……………………….(3.7) 30 Dimana : Ifmin = kegagalan arus Kv = tegangan nominal Rf = resistansi 3.8.2 Fiber Optic Gambar 3.6 Circulating Current using Fiber Optic Gambar di atas merupakan sirkulasi arus pada fiber optic pada kondisi normal. Arus mengalir dari sumber dan masuk pada relay A. Arus yang mengalir pada transmitter Relay A (Tx) akan dialirkan melalui fiber optic ke receiver (Rx) pada relay B. begitu pula sebaliknya apabila arus mengalir pada relay B, arus akan di alirkan dari transmitter relay B ke receiver relay A. Arus yang mengalir pada (1) berupa arus analog, sedangkan arus yang mengalir pada (2) berupa arus digital. Dalam analog arus akan dijumlah berdasarkan polaritas arus. 3.9 Cara Kerja Line Current Differential Relay 1) Digital Current Differential Relay menggunakan sinyal sampling dari kontrol sinkronisasi untuk mensample arus misalnya setiap 30° sudut listrik. 31 2) Sample arus ini diubah ke dalam bentuk digital dan selanjutnya diolah dalam Relay Calculation Unit CPU dan dalam waktu yang sama diubah ke dalam bentuk data serial dan ditransmisikan ke relay lain melalui saluran komunikasi. 3) Sisi penerima menerima dan memeriksa data arus dari relay lain, data serial diubah ke data parallel dan data ini diolah dalam Relay Calculation Unit CPU. 4) Kedua data arus di atas digunakan dalam proses penghitungan relay diferensial setelah terlebih dahulu kedua data melalu proses sampling matching. 5) Unit transceiver melaksanakan proses sinkronisasi sampling agar kedua data arus diolah dalam kondisi waktu yang sama. 6) CPU 1 melakukan proses penghitungan relai diferensial, perintah trip, reclosing dan perintah-perintah lainnya. 7) CPU 2 melakukan proses kontrol untuk mengirimkan dan menerima data termasuk kontrol sinkronisasi sampling.
