Selasa, 05 November 2013

Relai Differensial dan Relai Jarak


http://endriwidodo.blog.ugm.ac.id/files/2010/10/URd60.jpg
Pada dasarnya suatu gangguan ialah setiap keadaan sistem yang tidak normal. Gangguan yang terjadi apabila dibiarkan berlangsung agak lama pada suatu sistem daya akan menimbulkan pengaruh yang tidak diinginkan, yaitu :
a.   Menginterupsi kontinuitas pelayanan kepada konsumen bila gangguan tersebut menyebakan terputusnya suatu rangkaian.
b.  Penurunan tegangan yang cukup besar mengakibatkan rendahnya kualitas tenaga listrik dan merintangi kerja normal pada peralatan konsumen.
c.   Pengurangan stabilitas sistem dan menyebabkan jatuhnya generator.
d.  Merusak peralatan pada daerah terjadinya gangguan.


Konsep Dasar Rele
Berdasarkan konsep dasarnya, rele dapat dbagi atas dua jenis, yaitu rele statik (elektronik) dan rele elektromekanik. Rele statik memiliki sejumlah kelebihan dibandingkan dengan rele elektromekanik, yaitu :
a.         Trafo arus dan trafo tegangan memiliki beban yang rendah dikarenakan daya yang dibutuhkan oleh rele kecil.
b.        Tidak memiliki kelembaman mekanik dan kontak yang melayang serta tahan terhadap getaran dan goncangan.
c.         Mudah dilakukan penguatan sinyal sehingga dapat menghasilkan sensitivitas yang lebih tingi.
d.        Karakteristik rele yang ideal dapat diperoleh dengan menggunakan rangkaian semikonduktor.
e.         Energi yang dibutuhkan dalam rangkaian pengukuran sangat rendah sehingga memungkinkan modul rele sangat kecil.
           Pada konstruksi rele statik banyak digunakan rangkaian-rangkaian logik yang secara garis besar dapat diklasifikasikan menjadi :
a.         Unit logik perasa (sensing unit) dan unit pemroses data (processing unit), yang pada dasarnya merupakan rangkaian pembanding (comparator) baik pembanding amplitudo maupun pembanding fasa.
b.        Unit logik penguat (amplification logics unit) untuk memperkuat sinyal-sinyal sesuai dengan kebutuhan rele.
c.         Unit logik tambahan (auxiliary logics unit) yang dapat berupa logik perlambatan waktu ataupun unit yang mengirim sinyal ke rangkaian PMT.

Rele Jarak
Rele jarak merupakan perangkat penting sebagai alat proteksi saluran transmisi terhadap bahaya gangguan hubung singkat. Bagian utama dari rele jarak yang merasakan atau mendeteksi adanya gangguan hubung singkat adalah bagian yang bekerja menentukan perbandingan antara besaran tegangan dengan besaran ukur pada suatu tempat dimana dipasang rele proteksi tersebut. Besaran yang didapat di sini dapat berupa impedansi, resistansi, reaktansi saluran. Harga tersebut dipilih karena harga ini tidak tergantung kondisi beban yang berubah-berubah.
Unjuk kerja dari rele jarak ditentukan oleh perbandingan antara tegangan dan arus pada jaringan yang diproteksinya. Pada rele jarak ada keseimbangan antara tegangan dan arus yang dinyatakan sebagai impedansi. Rele akan beroperasi jika perbandingan tegangan dan arus lebih kecil dari harga yang telah ditentukan sebelumnya yang merupakan harga penyetelan dari rele tersebut.
Rele jarak bereaksi terhadap kuantitas-kuantitas input sebagai fungsi dari jarak jaringan listrik antara lokasi rele dan titik gangguan. Rele jarak dirancang untuk beroperasi hanya untuk gangguan yang terjadi antar lokasi rele dan suatu titik yang telah ditentukan (titik setting). Sehingga rele ini dapat membedakan gangguan yang terjadi diantara seksi saluran yang berbeda dengan membandingkan arus dan tegangan sistem tenaga untuk menentukan apakah gangguan terjadi diantara atau diluar zone operasinya.
Prinsip dasar dalam proteksi jarak adalah bahwa impedansi yang dilihat oleh rele ke suatu titik pada saluran yang diproteksinya selalu lebih kecil daripada impedansi penyetelan rele (Zsetting) yang telah ditetapkan sebelumnya jika gangguan terjadi di dalam jarak proteksi yang telah ditentukan maka rele akan bekerja. Sebaliknya jika gangguan terjadi diluar jarak tersebut, maka rele tidak akan bekerja.
Untuk memproteksi suatu saluran transmisi, maka proteksi dengan rele jarak dibagi menjadi tiga zona proteksi yang disebut karakteristik tangga proteksi jarak atau karakteristik waktu-jarak, hal tersebut diperlihatkan pada gambar 2.4. Rele pada zone 1 meberikan perintah tripping dengan segera untuk semua gangguan pada jarak yang merupakan daerah proteksinya (sekitar 80-85% dari panjang saluran). Karena adanya ketidaktelitian pada trafo pengukuran, rele dan data-data hantaran, maka jangkauan zona 1 rele jarak tidak diset 100% dari panjang saluran. Sisa saluran (15-20%) dan untuk sekitar 20-30% saluran berikutnya diproteksi oleh rele pada zone 2 yang beroperasi dengan waktu tunda. Zone 2 juga merupakan proteksi cadangan bagi zone 1. Dan setelah beberapa saat waktu tunda maka jangkauan rele jarak diperluas ke zone 3 yang hanya diperpergunakan sebagai proteksi cadangan saja. Waktu tunda untuk zone-zone tersebut dipilih berdasarkan koordinasi dengan peralatan proteksi lainnya.
Skema proteksi jarak lengkap diberikan pada gambar 2.5 dimana saluran merupakan saluran interkoneksi sehingga arus gangguan merupakan konstribusi dari kedua sisi saluran.






Gambar 2.4. Karakteristik waktu-jarak



Gambar 2.5. Skema proteksi jarak untuk saluran yang disulang dari kedua sisinya


Proteksi jarak biasanya dilengkapi dengan gelombang pembawa (carrier) untuk menghindari terjadinya waktu tunda jika terjadi gangguan pada salah satu saluran. Tujuan dari pemasangan alat pengirim sinyal dengan gelombang pembawa adalah untuk mempercepat reaksi rele jarak yang terletak di sisi lain sehingga tindakan untuk memisahkan tempat yang terganggu dapat dilaksanakan dengan cepat dari kedua sisinya.
Dari gambar 2.5 terlihat jika gangguan terjadi di F, maka gangguan tersebut akan diisolir rele jarak di A pada zone 1. Sedangkan arus gangguan yang masih mengalir dari saluran sebelah kiri akan diisolir oleh rele jarak di B pada zone 2 (dengan waktu tunda). Dengan adanya sistem gelombang pembawa, maka rele jarak A yang memberikan perintah trip pada PMT dan sinyal intertrip ke ujung saluran (gardu lawan) sehingga rele jarak di B juga dengan segera mentrip PMT di B tanpa menunggu waktu tunda zone 2.

Jenis-Jenis Rele Jarak
Rele jarak diklasifikasikan berdasarkan pada karakteristik polaritasnya, jumlah input yang dimilikinya dan metoda perbandingan yang dibuat. Jenis yang umum membandingkan dua kuantitas input dalam masing-masing besaran atau phasanya, untuk mendapatkan karakteristik yang mungkin berupa garis lurus atau lingkaran jika digambarkan pada diagram R-X.  Jenis rele jarak pada dasarnya terdiri dari :
1.    Rele Impedansi
2.    Rele Reaktansi
3.    Rele Admitansi

Rele Impedansi
Rele ini mengukur jarak dengan membandingkan tegangan dan arus yang dirasakan oleh rele itu pada saat terjadinya gangguan pada saluran yang diamankan. Jika perbandingan tegangan dan arus (V/I) yang dirasakan pada saat terjadinya gangguan mempunyai harga yang lebih kecil dari harga impedansi saluran yang diamankan, maka rele akan bekerja.


Gambar 2.6 Karakteristik kerja rele impedansi pada bidang R-X


Pada gambar di atas, harga perbandingan V dan I dilukiskan sepanjang vektor impedansi Z. Karateristik kerja rele jarak impedansi merupakan lingkaran dengan jari-jarinya merupakan Z setting. Daerah dalam lingkaran merupakan kopel positif sedangkan daerah diluar lingkaran merupakan kopel negatif, dimana rele tidak akan bekerja. Setiap harga Z lebih kecil dari radius lingkaran, rele akan bekerja dan untuk harga Z lebih besar dari radius lingkaran, rele tidak akan bekerja tanpa membedakan sudut fasa V dan I.
Dari karakteristik ini terlihat bahwa rele akan bekerja untuk semua harga impedansi di bawah impedansi setting, tanpa membedakan arah, maka rele akan juga akan bekerja untuk daerah dibelakang pengaman atau diluar pengaman. Untuk membuat rele hanya bekerja pada daerah pengaman maka rele harus dilengkapi dengan elemen pengarah atau elemen arah daya.

Rele Reaktansi
Rele jarak tipe reaktansi bekerja berdasarkan elemen arus lebih yang kopelnya dibandingkan dengan kopel yang dihasilkan oleh kumparan arah. Salah satu prinsip rele ini adalah tipe induksi seperti gambar dibawah ini :

Gambar 2.7. Skema rele jarak tipe reaktansi

Kopel yang dihasilkan oleh kumparan P dan kumparan R adalah :
           Tr  = kr I V sin f                                                                    (2.5)
Kopel yang dihasilkan oleh kumparan O :
           To  =  ko I2                                                                                  (2.6)
Pada keadaan seimbang/kerja :
           To  ≥  Tr                                                                                      (2.7)
           ko I2  ≥  kr I V sin f
Jika kopel Tm diabaikan, maka :
                                             (2.8)
dimana Z sin f = X, dan X merupakan reaktansi dari rele, sehingga :
                                                  (2.9)

Gambar 2.8. Karakteristik kerja rele reaktansi


Karakteristik kerja rele adalah bahwa semua impedansi yang terletak dibagian atas karakteristik ini mempunyai komponen X yang konstan. Ini berarti bahwa komponen resistan dari impedansi tidak mempunyai pengaruh terhadap kerja rele. Rele akan bereaksi secara sendirinya ke komponen reaktansi. Titik di bawah karakteristik kerja apakah di atas atau di bawah sumbu –R akan terletak didaerah positif. Pengaruh kontrol pegas akan diperoleh lebih pendek dari karakteristik kerja terhadap sumbu R dan melebihi harga arus yang terendah. Pengaruh ini dapat diabaikan pada kerja normal dari rele reaktansi.

Rele Admitansi (mho)
Rele tipe admitansi bekerja berdasarkan perbandingan arus dan tegangan yang merupakan admitansi dari saluran. Skema rele admitansi hampir sama dengan rele jarak tipe reaktansi, yaitu membandingkan kopel yang dihasilkan kumparan tegangan dengan kopel yang dihasilkan kumparan arah. Skemanya dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 2.9. Skema rele jarak tipe admitansi


Kopel yang dihasilkan oleh kumparan O dan kumparan P adalah :
           To  = ko I V cos (f - q)                                                        (2.10)
Kopel penahan yang dihasilkan oleh kumparan R dan pegas :
           Tr  =  kr V2 + Tm                                                                                    (2.11)
Rele akan bekerja jika harga :
           To  ≥  Tr                                                                                         (2.12)
           ko I V cos (f - q) ≥  kr V2 + Tm
          
jika pengaruh pegas diabaikan :
                            (2.13)

jadi rele akan bekerja  apabila :
                                 (2.14)
di mana : f = sudut antara arus dan tegangan
             q = sudut yang dibentuk rele untuk mendapatkan kopel maksimum
Karakteristik kerja dari rele jarak tipe admitansi dapat dilihat pada gambar di bawah ini, di mana rele ini telah berarah sehingga tidak diperlukan lagi rele arah tersendiri.

untuk download document full disini !!!

Tidak ada komentar:

Posting Komentar