Proteksi Pada Saluran Transmisi

PROTEKSI PADA SALURAN TRANSMISI

7.1.   Gangguan-gangguan pada saluran transmisi

               Karena letaknya yang tersebar diberbagai daerah, maka saluran transmisi udara mengalami gangguan-gangguan baik yang disebabkan oleh alam maupun oleh sebab-sebab lain. Gangguan yang sering terjadi pada saluran transmisi adalah gangguan karena sambaran petir, sedangkan pengamannya yaitu dengan memasang kawat tanah dan arrester.

Penyebab-penyebab gangguan dapat dilihat dalam tabel dibawah ini.

Penyebab ganggaun	Prosentase
-          Kilat / petir -          Hujan salju / angin -          Kerusakan alat-alat -          Faktor umur ( ketuaan ) -          Lain-lain	56 % 11 % 11 % 11 % 11 %

Macam-macam gangguan antara lain :

a). Gangguan hubung singkat ( short circuit )

- Gangguan hubung singkat satu fasa ketanahan

- Gangguan hubung singkat fasa ke fasa

- Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah

- Gangguan hubung singkat simetri tiga fasa

b). Gangguan putusnya kawat penghantar ( open circuit )

- Putusnya kawat penghantar satu fasa

- Putusnya kawat penghantar dua fasa

- Putusnya kawat penghantar tiga fasa

Dari macam-macam gangguan diatasa yang paling banyak terjadi adalah gangguan hubung singkat atau fasa ketanah ( mencapai 65 % s/d 70 % )

Gangguan-gangguan yang terjadi akan menyebabkan :

-    Kontinuitas penyaluran daya terputus.

-    Penurunan tegangan yang cukup besar dapat mengakibatkan rendahnya kualitas tenaga listrik.

-    Peralatan-peralatan yang terdapat pada tempat terjadinya gangguan akan rusak.

Untuk gangguan-gangguan hubung singkat dan putusnya kawat penghantar dapat diatasi dengan menggunakan relay pengaman ( protection Relay ).

Rele pengaman akan memberikan komando kepada CB ( circuit Breaker ) untuk Trip ( membuka hubungan ) apabila terjadi gangguan pada saluran transmisi. Sehingga arus lebih / tegangan lebih yang disebabkan oleh adanya gangguan tersebut tidak sampai kepada peralatan-peralatan listrik yang utama ( Generator,Transformator dan sebagainya ).

7.2.   Syarat-syarat rele penggaman.

Rele pengaman saluran transmisi digunakan untuk melindungi saluran dan peralatan terhadap kerusakan dengan cara menghilangkan gangguan yang terjadi secara cepat dan tepat.

Kecuali itu ia berusaha membatasi daerah yang terkena gangguan seminim mungkin, sehingga mutu dan keandalan penyaluran dapat terjamin.

Untuk bereaksi dengan cepat dan tepat, maka pemilihan sistem penggaman sangat perlu dilakukan dengan seksama dengan memperhatikan faktor-faktor seperti :

-    Macam saluran yang diamankan

-    Pentingnya saluran yang dilindungi

-    Kemungkinan banyaknya terjadi gangguan

-    Faktor tekno-ekonomis sistem pengaman yang dipergunakan.

Karena rele pengaman merupakan kunci kelangsungan kerja dari suatu sistem tenaga, maka untuk menjamin keandalan dari sistem tenaga yang bersangkutan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut :

a). Kecepatan bereaksi

Kecepatan bereaksi dari relay pengaman adalah saat rele merasakan adanya gangguan sampai dengan pelaksanaan pelepasan ( Trip )dari CB.

Waktu bereaksi diusahakan secepat mungkin sehingga dapat menghindari kerusakan-kerusakan pada alat yang terkena gangguan, serta mengurangi meluasnya akibat dari adanya gangguan tersebut.

Umumnya waktu kerja relay sudah tertentu antara 0,08 s/d 1 second.

b). Selektip.

Adalah kecermatan dari rele pengaman dalam memilih bagian mana yang mendapat gangguan, hal ini menyangkut koordinasi pengaman dari sistem keseluruhannya, denngan demikian segala operasi dari rele akan tepat sehingga gangguan dapat dieliminer sekecil mungkin.

c). Sensitip

Kepekaan dari rele pengaman untuk memberi jawaban apabila merasakan adanya gangguan.

d). Keandalan

Rele pengaman harus sanggup bekerja pada semua gangguan yang terjadi sesuai dengan fungsi pengaman yang direncanakan.

e). Sederhana

Memakai elemen dan  susunan yang sederhana.

f). Ekonomis

Dalam Pemilihan dan pemasangan rele pengaman harus diperhatikan faktor biaya dan diusahakan biaya yang diperlukan seminimum mungkin.

7.3.   Penerapan rele pengaman pada saluran transmisi

Macam rele pengaman yang paling utama digunakan pada saluran transmisi antara lain :

-    Rele arus lebih (Over current relay )

-    Rele arah ( Directional current relay )

-    Rele jarak ( Distance relay )

-    Rele pilot (Pilot relay ).

1)        Rele arus lebih.

Rele pengaman yang bekerja apabila arus yang mengalir pada cabang saluran yang diamankan melebihi arus penyetelan pada rele.

Berdasarkan pada prinsip kerja yang sederhana dan kemampuan kerjanya, maka rele arus lebih digunakan untuk :

-       Pengaman adanya gangguan hubung singkat.

-       Pembatasan terhadap besar arus yang diizinkan.

-       Elemen starting dan sistem pengaman.

  C    -    rele arus lebih

 T    -    rele kelambatan waktu ( Time lag relay )

 S    -    signal rele

TC    -    Trip coil

CT    -    Trafo arus

Time lag relay digunakan untuk menentukan kelambatan waktu ( time delay ).

Signal relay (S) dihubungkan seri dengan trip coil (TC) dan dapat memberikan tanda bahwa CB trip.

Rele akan bekerja apabila dipenuhi  I_R  ≥  I_P

dimana  :    

                   I_R     -    arus yang mengalir dalam relay

                   I_P    -    arus operasi ( relay mulai bekerja )

2)        Rele arah.

Dalam keadaan tertentu maka pengaman arus lebih harus dilengkapi dengan komponen arah, hal ini mutlak diperlukan misalnya pada suatu sistem tenaga listrik yang disupplai dari dua sumber atau lebih.                                                       

  

Pengaman akan bekerja apabila elemen-elemen C, P, dan T bekerja bersama-sama.

Elemen C (relay arus lebih) akan bekerja meskipun gangguan di K₁ dan K ₂.

Elemen T bekerja apabila elemen C dan P bekerja, elemen P (power directional relay) bekerja apabila dipenuhi :

            Torque ( Kopel )         T   =   k  .  U_r  .  I_r  cos _r       positip  ( T > 0 )

sedang pada waktu gangguan di K₁, vektor  U_r dan arus I_r  bergeser dengan sudut              _r              (    0°    <    _r    <    90°   )

jadi Torque T positip dan relay bekerja maka CB₁ trip.

Pada waktu gangguan di K₂ ,  vektor tegangan  U_r  dan  arus  I_r  bergeser dengan sudut       ( 180°   +   _r   ) ,   maka harga besaran Cos ( 180°  +   _r ) , negatip dan Torque T negatip ,  akibatnya rele tidak bekerja dan CB₁ tidak trip.

Contoh penggunaannya  :

Gambar  a).  skema rangkaian

Gambar  b).  adalah diagram kelambatan waktu operasi dari masing-masing CB1 ,  CB2 ,  CB3 ,  CB4 ,  CB5 ,  dan  CB6 .

Arah anak panah diatas CB adalah arah arus gangguan dimana CB yang  bersangkutan  harus  mengamankan.

Untuk Generator G1 maka CB pengamannya adalah CB1, CB3 dan CB5.

Untuk Generator G2 maka CB pengamannya adalah CB6, CB4 dan CB2.

Pada waktu gangguan di K1, maka CB yang trip adalah CB1 dan CB2,  CB4  atau CB6 .

Untuk gangguan di K2, dari generator G1 maka CB yang trip adalah CB3  dan  apabila  gagal  maka  CB1  boleh  trip.

Dari generator  G2  maka CB yang trip adalah CB4  dan apabila gagal baru CB6  trip.

Waktu kerja dari masing-masing CB dapat dilihat dari gambar kelambatan waktu operasi diatas.

3). Rele jarak.

Sistem pengaman dengan menggunakan relay jarak ialah pengaman yang waktu kerjanya dipengaruhi / tergantung kepada jarak dari titik gangguan.

    dimana  :        

            top       -           waktu operasi

            Lsc      -           jarak dari titik gangguan.

Sistem pengaman ini terdiri dari beberapa komponen ,  jumlah komponen-komponen tergantung dari macam-macam penggunaan dan tugasnya.

Secara prinsip komponen-komponen serta bagan penyambungnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.ada  skema terdapat  4 rele utama, sedangkan rele-rele pembantu tidak di gambarkan.

CT -     Trafo arus

PT  -     trafo tegangan

C   -     Elemen untuk start, yang bekerja setiap terjadi gangguan

T    -     Elemen kelambatan waktu

P    -     Elemen arah daya ( power directional element ), yang akan bekerja sesuai dengan letak  dari arah gangguan.

D   -     Elemen jarak, yang akan bekerja atas dasar ratio

Dimana    adalah besaran impedansi ( Zf) yaitu besar impedansi dari pengaman ketitik gangguan yang dapat dirupakan menjadi besaran Ohm

Sistem pengaman rele jarak sangat tepat digunakan dalam pengaman-pengaman saluran transmisi, apabila ditambah dengan beberapa komponen seperti power directional (P) Time delay (T).

Maka gabungan dari pengaman ini menjadi satu kesatuan rele yang betul-betul dapat diandalkan.

Macam-macam rele jarak :                                  

-          Impedansi distance relay

Rele ini akan bekerja atas dasar impedansi bayangan (Zr)

-          Reactance distance relay

Rele ini bekerjanya atas dasar komponen reaktif dari impedansi bayangan (Xr)

-          Resistance distance relay

Rele ini akan bekerja atas dasar komponen aktif dari impedansi bayangan (Rr)

4 ). Rele Pilot

Sebenarnya sistem rele pilot bukanlah suatu jenis rele atau siemen rele tersendiri, tetapi berupa suatu system yang berfungsi sebagai penambah keandalan dari sistem pengaman yang telah ada.

Berdasarkan prinsipnya / kerjanya rele pilot dapat di bedakan menjadi:

-          Sistem pilot kawat

-          Sistem rele PLC (Power line carrier)

a)      Sistem rele pilot kawat

Dalam sistem rele pilot kawat isyarat-isyarat dikirimkan melalui kawat yang disediakan khusus untuk keperluan ini.

Rele pilot kawat dipakai untuk pengaman saluran transmisi udara yang berjarak pendek atau saluran kabel bawah tanah.

b)      Sistem rele PLC

Metode dipakainya sistem pengaman dengan menggunakan gelombang pembawa   ( Carrier Wave) adalah didasarkan adanya kenyataan bahwa pada saluran transmisi tenaga listrik dengan frekuensi 50 Hz atau 60 Hz dapat dialirkan suatu gelombang lain dengan frekuensi yang berbeda tanpa mengganggu penyaluran tenaga listriknya ( gelombang ini frekuensinya tinggi dalam order Mega Hz).

Untuk carrier wave / carrier current dipergunakan frekuensi tinggi yang dibangkitkan oleh suatu transmitter frekuensi tinggi khusus kemudian diterima disisi transmisi yang lain dengan suatu receiver frekuensi tinggi pula.

Untuk keperluan ini di ujung-ujung saluran transmisi dipasang perlengkapan-perlengkapan Hight Prequency Trap (HPT) dan Coupling Capasitor (CC).

Fungsi utama dari elemen-elemen Carrier adalah mempercepat trip (pelepasan) CB apabila gangguan itu berada dalam daerah yang diamankan, dan blocking CB apabila gangguan berada diluar daerah yang diamankan.

Secara skema dapat digambarkan sebagai berikut :

Dalam hal ini kedua transmitter di A dan B tidak bekerja yang berarti tidak ada perintah blocking, maka CB akan trip yang dipercepat oleh kontak-kontak elemen carrier.

Pada waktu gangguan di K₂ (diluar daerah yang diamankan), maka di A oleh adanya power directional rele menyebabkan transmitter tidak bekerja, tetapi di B elemen power directional relay tidak bekerja, menyebabkan transmitter bekerja, carrier terpancar dan pancaran dari B diterima  oleh receiver di A dan mengakibatkan CB tidak trip (blocking oleh signal tadi). Hal yang sama akan terjadi dari A terhadap B apabila gangguan terjadi di titik K₃.

Catatan :

a)      Untuk saluran radial yang tidak mempunyai fungsi penting cukup dipasang dengan rele arus lebih atau dengan rele directional over current. Untuk saluran yang penting sekali digunakan rele directional distance protection yang dilengkapi dengan rele pilot PLC.

b)      Untuk saluran tertutup yang paling tepat menggunakan directional distance relay, sedang untuk cabang-cabang yang penting dapat ditambah dengan sistem rele pilot PLC.