PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 2

ANALISIS SIMULASI PROTEKSI DIFFERENSIAL

SEBAGAI PENGAMAN BUS BAR MENGGUNAKAN MATLAB

 IWANDY SAGALA
5111131005

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

A. PENDAHULUAN

Hal yang paling penting untuk menerapkan proteksi pada bus bar adalah memiliki security dan dependability yang baik. Security adalah kemampuan relai proteksi untuk tidak memberikan

perintah operasi/trip kepada circuit breaker untuk gangguan eksternal. Dependabilty adalah

kemampuan relai untuk memberikan perintah operasi/trip untuk gangguan internal yang terjadi

pada zona proteksinya

Relai Proteksi Differensial pada Bus Bar

Konsep dasar relai proteksi differensial pada busbar merupakan pengunaan hukum kirchoff

pertama. Jumlah arus yang terhubung pada satu zona proteksi harus nol. Jika arus tidak nol maka

terjadi gangguan internal Dengan kata lain jumlah semua arus yang mengalir menuju zona proteksi (arus positip) harus sama dengan arus yang mengalir meninggalkanzona proteksi (arus negatip) pada setiap waktu. Zona proteksi differensial dapat direpresentasikan dengan tiga besaran
, seperti pada Gambar 1 : 

Gambar 1. Prinsip dasar proteksi pada bus bar

Dimana:

Iin = total arus yang mengalir menuju bus bar

Iout = total arus yang mengalir meninggalkan bus bar

Id = arus differensial (selisih antara arus yang menuju dengan yang meninggalkan bus bar)

 Berdasarkan Gambar 1., gangguan internal terjadi (gangguan yang terjadi dalam zona proteksi nya) apabila Id lebih besar dari nilai setting (nilai ambang batas) maka relai differensial

memberikan perintah trip. Sebaliknya apabila Id mendekati nol maka tidak terjadi gangguan internal dan relai differensial tidak memberikan perintah trip. Tulisan ini membahas penggunaan paket  pemograman MATLAB untuk menggambarkan kinerja proteksi differensial sebagai pengaman pada bus bas sistem tenaga listrik.

B. BAHAN DAN METODE

v          Bahan

Studi kasus yang diteliti pada tulisan ini adalah model sistem tenaga sederhana seperti pada Gambar 2.  Trafo arus (CTA dan CTB) yang dipasang bertujuan untuk mendeteksi terjadinya gangguan di zona proteksi untuk bus bar A. Model sistem tenaga pada Gambar 2., selanjutnya

diimplementasikan menggunakan ATPDraw yang meliputi pemodelan: sumber kirim, sumber terima, saluran transmisi 150 kv, trafo arus, dan bus bar. data pemodelan sistem tenaga sederhana diberikan pada tabel 1

 

METODE

Adapun tahapan/metode pada tulisan ini adalah sebagai berikut:

1. Pembuatan model sistem tenaga dengan menggunakan ATPDraw. Pemodelan ini mencakup:

sumber tegangan kirim, sumber teganga terima (beban), impedansi sumber, impedansi saluran

menggunakan parameter sistem tenaga pada tabel 1. Gambar pemodelan sistem tenaga sederhana ditunjukan pada Gambar 3.

2. Pembuatan model instrumen ukur (trafo arus) denganmenggunakan ATP-EMTP. Pembuatan

pemodelan trafo arus harus berdasarkan grafik karakteristik arus dan tegangan dari suatu trafo arus tersebut (Folker.1999, Sawko.2003). Gambar 4. menunjukan kurva karakteristik untuk trafo arus dengan rasio 600/5 ampere yang digunakan pada studi kasus ini.

 

3. Mensimulasikan gangguan hubung singkat 3 fasa. Arus gangguan simulasi selanjutnya di ukur pada elemen differensial yang selanjutnya akan diolah menggunakan algoritma proteksi differensial menggunakan paket pemograman MATLAB.

Algoritma Proteksi Differensial

Adapun algoritma proteksi differensial yang diterapkan pada tulisan ini seperti di Gambarkan

pada diagram alir Gambar 5

 

Pada Gambar 5, arus Ia, Ib dan Ic adalah arus differensial yang mengalir pada elemen differensial.

Arus ini selanjutnya dibaca dan dijadikan sebagai masukan pada algoritma differensial. Besarnya arus differensial tersebut selanjutnya dibandingkan dengan arus setting, dalam studi kasus ini arus

setting sebesar 1.2 Ampere. Apabila salah satu arus differensial baik arus fasa a, fasa b maupun fasa c lebih besar dari pada arus setting, maka diindikasikan terjadi gangguan internal. Maka tugas relai selanjutnya adalah memberitahukan/memberi perintah kepada pemutus (CB) untuk membuka kontak pemutus sehingga bus bar yang terganggu terpisah/lepas dari sistem. Dengan demikian pencegahan terjadinya perluasan gangguan dapat diminimalisir.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Algoritma pada Gambar 5 telah diuji dengan berbagai arus gangguan hubung singkat off line yang didapat dari simulasi menggunakan ATPDraw. Kinerja yang duji adalah selektifitas dan tanggap waktu dari relai differensial tersebut.

 Selektifitas Relai differensial

Gambar 6 menunjukan sinyal arus yang terbaca di elemen differensialnya dan grafik status relai. Untuk selang waktu 0 s sampai dengan 0.02 s elemen differensial merasakan arus lebih kecil dari nilai setting arus differensialnya (kecil dari 1.2 Ampere). Pada selang waktu ini status relai terlihat menunjukan logika rendah mengindikasikan tidak  adanya gangguan internal. Untuk selang waktu dari 0.02 s sampai dengan 0.1 detik, diciptakan suatu gangguan internal hubung singkat 3 fasa.

 

Akibat adanya gangguan internal hubung singkat tersebut arus di elemen differensial menjadi lebih besar dan melebihi nilai setting differensial (lebih besar dari 1.2 Ampere). Untuk selang yang sama terlihat bahwa status relah berubah dari logika rendah menjadi logika tinggi. Hal ini mengindikasikan bahwa relai differensial merasakan adanya gangguan internal dan relai

memberikan perintah pada pemutus untuk membuka kontaknya. Dari grafik status relai pada

Gambar 6 terlihat bahwa algoritma differensial yang disimulasikan pada studi kasus ini memiliki

selektifitas yang baik yaitu, dapat membedakan ada atau tidaknya gangguan internal.

Tanggap Waktu Relai

Kinerja kedua yang juga dibahas pada tulisan ini adalah tanggap waktu relai. Tanggap waktu

relai adalah waktu yang dibutuhkan oleh relai untuk mengenali adanya gangguan internal. Dari

grafik status relai pada Gambar 6 terlihat bahwa relai differensial memiliki tanggap waktu relai

yang sangat cepat. Untuk gangguan yang disimulasikan dimulai terjadi pada detik ke - 0.02 s

terlihat bahwa status relai berubah dari logika rendah ke logika tinggi hampir bersamaan dengan

detik 0.02 s tersebut. Ini mengindikasikan algoritma relai differensial yang disimulasikan

memiliki tanggap waktu relai yang sangat cepat, yaitu kurang dari 40 ms (2 siklus).

KESIMPULAN

Dari tulisan ini dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Penggunaan paket pemograman MATLAB untuk mensimulasikan prinsip kerja relai proteksi differensial sebagai pengaman bus bar memberikan hasil yang baik.

2. Relai differensial yang dimodelkan memiliki kriteria relai yang cukup baik. Memiliki

selektifitas yang baik dan tanggap waktu relai yang sangat cepat (kurang dari 40 ms).