Slide 1

1PENGANTAR SISTEM PROTEKSI111.1. JENIS GANGGUANKualitas daya:Sistem Daya harus mampu menjaga operasi secara baik (acceptable) secara terus menerus:Tegangan dan frekuensi harus ada pada batas-batas tertentuGangguan kecilDiatasi oleh sistem kontrol. Contoh: perubahan beban generator. Gangguan beratBisa membahayakan sistem secara keseluruhan. Tidak bisa diatasi oleh sistem kontrol. Diatasi oleh sistem proteksi

InternalExternal Gangguan Internal dan External Gangguan InternalLoss of SynchronismAbnormal FrequencyOver excitationField LossInadvertent EnergizingBreaker FailureLoss of Prime Mover PowerBlown VT FusesOpen Circuits

Gangguan EksternalSistem tenaga listrik berada di alam terbuka terhubung dari lokasi yang satu ke lokasi yang lain dengan jarak puluhan, ratusan, bahkan ribuan kilometer. Kondisi seperti itu tentu akan rawan terhadap gangguan.Gangguan Eksternala. Sambaran petir: dapat menyebabkan kenaikan tegangan, hantaran terputus, induksi terhadap peralatan-peralatan di sekeliling hantaran yang terkena petir.

Akibat gangguan dapat merambat keperalatan -peralatan lain yang terpasangTRAVELING WAVES6b. Tertimpa pohon, tiang roboh, binatang atau karena penyebab lainAdanya hubung singkat ini akan menyebabkan arus naik hingga beberapa kali (tergantung jenisnya hubung singkat dan kualitas gangguan). Kenaikan arus menyebabkan hantaran dibebani melebihi kemampuannya, hingga menyebabkan panas dan merusak hantaran (putus atau isolasi rusak).

Kerusakan Alat

Arus Hubung Singkat Mengakibatkan Arus sangat TinggiFaultSubstation/GIabcIIKawatSaluran Fasa-TigaRibuan Ampere

Kerusakan Thermal Alat ListrikItInImdDamage CurveShort-Circuit CurrentDamage TimeRated ValueKerusakan Mekanikal Ketika Hubung SingkatSangat merusak rel (busbar), isolator, support, trafo, dan mesin-mesinKerusakan sangat cepat (seketika)i1i2f1f2Rigid Conductorsf1(t) = k i1(t) i2(t)Mechanical ForcesSystem BlackoutsKehilangan pelayanan secara luasBahaya bagi manusiaBisa mengakibatkan kerugian ekonomi luar biasa. Overreaksi dari sistem proteksiDesain sistem proteksi yang jelek.

KarakteristikPenyebab UtamaSISTEM PROTEKSI Dua fungsi utama proteksi, adalah:Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya pada bagian sistem yang diamankan.Melepaskan bagian sistem yang terganggu, sehingga bagian sistem lainnya yang tidak mengalami gangguan dapat terus beroperasi.

Contoh komponen (alat) proteksi yang paling sederhana, adalah Pengaman Lebur (Fuse). Jika dalam memilih Fuse dilakukan secara tepat, maka kedua fungsi tersebut akan dapat dipenuhi.

1.2 FUNGSI DAN RELE PROTEKSIUntuk pengaman sistem yang lebih kompleks, diperlukan komponen (alat) pengaman yang lebih lengkap, misalnya:Rele pengaman, berfungsi sebagai elemen perasa yang mendeteksi adanya gangguan.Circuit Breaker (Pemutus Tenaga, PMT), berfungsi untuk memutus arus guna melepas bagian sistem yang terganggu.Trafo arus dan/atau trafo tegangan, berfungsi untuk menurunkan dan menghubungkan arus dan/atau tegangan pada rangkaian primer) ke rangkaian rele (rangkaian sekunder). Battery (Accu), berfungsi sebagai sumber tenaga untuk men-trip PMT atau catu daya untuk rele (static relay) dan rele bantu.1.2 FUNGSI DAN RELE PROTEKSISistem tenaga listrik terdiri dari seksi-seksi (sub sistem), yang satu dengan yang lainnya dapat dihubungkan dan diputuskan dengan menggunakan alat pemutus tenaga (PMT).Masing-masing seksi (sub sistem) diamankan oleh rele pengaman dan setiap rele mempunyai kawasan pengamanan, yang berupa bagian dari sistem. Jika terjadi gangguan di dalamnya, rele akan mendeteksi dan dengan bantuan PMT melepaskan seksi yang terganggu dari bagian sistem lainnya.151.3 PENGAMAN UTAMA DAN PENGAMAN CADANGANPada saat sistem tenaga listrik beroperasi dan mengalami gangguan, ada kemungkinan gawai proteksi gagal bekerja.Untuk mengantisipasi timbulnya kemungkinan tersebut, disamping harus dipasang pengaman utama, maka sistem tenaga listrik juga dilengkapi dengan pengaman cadangan.Pengaman cadangan diharapkan akan bekerja, apabila pengaman utama gagal bekerja. Oleh karenanya pengaman cadangan selalu disertai dengan waktu tunda (time delay), untuk memberi kesempatan pada pengaman utama bekerja lebih dahulu.

161.3 PENGAMAN UTAMA DAN PENGAMAN CADANGAN Jenis pengaman cadangan: Pengaman cadangan lokal (local back up). Pengaman cadangan jauh (remote back up).

Letak (penempatan):Pengaman cadangan lokal terletak di tempat yang sama dengan pengaman utamanya.Pengaman cadangan jauh terletak di seksi sebelah hulunya.17

Primary Protection Zone OverlappingPrimary Protection Zone OverlappingProtectionZone BProtectionZone ATo Zone BRelaysTo Zone ARelays52ProtectionZone BProtectionZone ATo Zone BRelaysTo Zone ARelays52Protective relays define the primary protection zones. Relays use system currents and voltages as input signals. We will see during the course that current information is instrumental for the relays in determining fault location. Then, current transformer location defines the limits of the primary protection zones in many cases.In lower-voltage systems, we use bushing-type current transformers installed inside breaker and transformer bushings. In this case, protection zones overlap around the breaker, and the breaker lies in the ovelapping zone. A breaker fault produces the tripping of all breakers at both zones.In higher-voltage installations, we use multiwinding current transformers. We use different secondary windings for the relays of the two protection zones. The overlapping zone is inside the current transformer. The probability of an overlapping-zone fault is very low. The price we pay for this arrangement is that it could be necessary to trip some Zone B breakers with Zone A relays to completely disconnect some Zone B faults.Backup Protection

To increase the reliability of a protection system, a backup system is intended to operate in case one or more of the main protection elements fail.The figure shows the one-line diagram of a power system and helps illustrate the concept of backup protection. The tie circuit breaker (T) is assumed to work normally closed. For a fault at CD, Line Breakers 5 and 6 should operate as the primary protection. If Protection 5 fails to operate, with existing technology we have two possibilities for cutting the fault current contribution from A, B, and F: open Breakers 1, 3, and 8; or open Breakers 2 and T. In any case, backup protection needs time delay. The primary protection needs to be given an opportunity to operate before using the decision of a backup operation.

Typical Short-Circuit Type DistributionSingle-Phase-Ground: 7080%Phase-Phase-Ground: 1710%Phase-Phase: 108%Three-Phase: 32%About 80 percent to 85 percent of short circuits involve ground. This is why we use separate ground-fault protection in the power system. The highly dangerous three-phase fault is a less frequent fault. A particular three-phase fault that presents special protection problems is that created by maintenance personnel leaving grounding switches or grounding equipment connected after line maintenance.About 80 percent of short circuits in overhead transmission lines are temporary. Automatic reclosing reconnects the line when protection trips the breaker and the fault dissapears.Many faults can evolve. These begin as single-line-ground faults, evolve into line-line-ground faults, and eventually become three-phase faults. There are also combined faults. A broken conductor can touch a line tower or ground on one side, for example, creating a combination open phase and ground fault at the same point.

1.4 KRITERIA SISTEM PROTEKSI Kepekaan (sensitivity):Peralatan proteksi (rele) harus peka dan mampu mendeteksi gangguan di kawasan pengamanannya.Meskipun gangguan yang terjadi hanya memberikan rangsangan yang sangat minim, peralatan pengaman (rele) harus mampu mendeteksi secara baik.

221.4 KRITERIA SISTEM PROTEKSI Keandalan (reliability) : Dependability:Peralatan proteksi (rele) harus memiliki tingkat kepastian bekerja (dependability) yang tinggi.Peralatan proteksi (pengaman) harus memiliki keandalan tinggi (dapat mendeteksi dan melepaskan bagian yang terganggu), tidak boleh gagal bekerja. Security:Peralatan proteksi (pengaman) harus memiliki tingkat kepastian untuk tidak salah kerja.Contoh:Rele kerja yang semestinya tidak kerja, misal: lokasi gangguan di luar kawasan pengamannya atau sama sekali tidak ada gangguan.Salah kerja bisa mengakibatkan terjadinya pemadaman, yang semestinya tidak perlu terjadi.23Lanjutan 1.4 Selektivitas (selectivity):Peralatan proteksi (pengaman) harus cukup selektif dalam mengamankan sistem.Dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin, yaitu hanya sub sistem yang terganggu saja yang memang menjadi kawasan pengaman utamanya.Rele harus mampu membedakan, apakah gangguan terletak di kawasan pengaman utamanya, di mana rele harus bekerja cepat, atau terletak di sub sistem berikutnya, di mana rele harus bekerja dengan waktu tunda atau tidak bekerja sama sekali.24Lanjutan 1.4 Kecepatan (speed):Peralatan proteksi (pengaman) harus mampu memisahkan sub sistem yang mengalami gangguan secepat mungkin.Untuk menciptakan selektifitas yang baik, ada kemungkinan suatu pengaman terpaksa diberi waktu tunda (time delay), tetapi waktu tunda tersebut harus secepat mungkin.Dengan tingkat kecepatan yang baik, maka terjadinya kerusakan/ kerugian dapat diperkecil.251

2

6

5

11

12

T

3

4

7

8

9

10