Jurnal Analisis Simulasi Proteksi Diferensial Sebagai Pengaman BusBar Menggunakan MATLAB

ANALISIS SIMULASI PROTEKSI DIFFERENSIAL

SEBAGAI PENGAMAN BUS BAR MENGGUNAKAN MATLAB

Oleh :

DesiJayantri

( 5101331001 )

Jurusan Pendidikan Teknik Elektro, Universitas Negeri Medan

E-mail : djayantri05@gmail.com

ABSTRACT

This article discusses the use of MATLAB programming packet for modeling of power system protection device. It modeled differential protection device. Basic work of differential protection device is differentiating internal and external fault current. Case study that used is a simple system of 150 kV electrical power. This system was modeled using ATPDraw. Nominal power system current is 580 A. It used 600/5 ampere current’s transformer both of incoming and outgoing sides. Differential current setting is 1.2 ampere. Thus, this modeling was tested using simulation of various types of internal fault currents that generated using ATPDraw. This modeling is resulting that differential protection device has good speed and selectivity. Its speed less than 40 ms (2 cycles) and it also can differentiate between internal faults and normal currents.

Artikel ini membahas penggunaan paket pemrograman matlab untuk pemodelan kuat sistem perlindungan perangkat . Ini meniru perangkat perlindungan diferensial. Pekerjaan dasar perlindungan perangkat diferensial yang membedakan kesalahan baik internal dan eksternal. Adalah sebuah studi kasus yang digunakan  pada sistem tenaga listrik sederhana dari 150 kv. Sistem ini adalah model menggunakan ATPDraw . Sistem pembangkit nominal saat ini adalah 580 A. Saat ini pengaturan diferensial adalah 1,2 ampere . Dengan demikian , model ini menggunakan simulasi tersebut diuji dari berbagai jenis kesalahan internal arus yang dihasilkan menggunakan ATPDraw . Model ini menghasilkan perangkat yang memiliki kecepatan dan perlindungan baik dan selektivitas. Kecepatan kurang dari 40 ms ( 2 siklus ) dan hal tersebut juga dapat membedakan antara kesalahan internal dan normal arus .

Keywords: bus bar, differential protection, relay response time, selectivity, MATLAB

BAB I 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 (Gajic.2007).

1.       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 (Gajic.2007). Dengan kata lain jumlah semua arus yang mengalir menuju zona proteksi (arus positip) harus sama dengan arus yang mengalir meninggalkan zona proteksi (arus negatip) pada setiap waktu. Zona proteksi differensial dapat direpresentasikan dengan tiga besaran, seperti pada Gambar 1 (Gajic.2007, Blackburn.2007).

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 proteksinya) 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.

BAB II BAHAN DAN METODE

1.   Bahan

Studi kasus yang diteliti pada tulisan ini adalah model sistem tenaga sederhana seperti pada Gambar 2. (Tumay.2002). Trafo arus (CTA dan CTB) yang dipasang bertujuan untuk mendeteksi terjadinya angguan 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

2.      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.

a.  Algoritma Proteksi Differensial

Adapun algoritma proteksi differensial yang diterapkan pada tulisan ini seperti diGambarkan 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/member 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.

BAB III 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.

b.     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.

c.     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).

BAB IV 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).

DAFTAR PUSTAKA

1.    Folkers, Ralph. 1999. Determine current transformer suitability using EMTP models. SEL 1999, www.selinc.com/techpprs/6096.pdf .

2.    Saha, M.M. , Rosolowki, E. & Izykowski, J. 2003. ATPEMTP Investigation of a New Distance Protection Principle for Series Compensated Lines. International Conference on Power Systems Transients – IPST 2003 in New Orleans, USA

3.    Sawko, Piotr. 2003. Impact of Secondary Burden and X/ R Ratio on CT Saturation. Wroclaw University of Technology, Faculty of Electrical Engineering

4.    The Math Work Team. 2001. Using MATLAB Version 6. COPYRIGHT 1984 - 2001 by The MathWorks, Inc.

5.    Blackburn, J. Lewis & Domin , Thomas J. 2007, Protective Relaying Principles and Applications Third Edition. CRC Press. USA

6.    Gajić, Z. 2007. Design principles of high performance numerical busbar differential protection. Relay Protection and Substation Automation of Modern Power Systems (Cheboksary, September 9-13, 2007)

7.    Tumay , Mehmet.2002. Modelling and analysis of a unit protection Scheme. International Journal of Electrical Engineering Education