protektive relay “Stability, Reclosing, Load Shedding, and Trip Circuit Design” by suparman

LOGO
www.suparmanunkhair.blogspot.com
Stability, Reclosing, Load Shedding, and
Trip Circuit Design
“Protective Relaying Principle and Applications
Third Edition”
Suparman
Department of Electrical Engineering
University of Brawijaya
Malang

14.1. Introduction
Stabilitas dalam sistem tenaga listrik didefinisikan sebagai
kemampuan sistem tenaga listrik untuk menjaga sinkronisasi pada
saat gangguan maupun setelah gangguan terjadi (Robandi dan
Kharisma, 2008).
Stabilitas sistem Tenaga listrik adalah kemampuan daya listrik untuk
mengembalikan kondisi operasi awal yang diberikan, untuk
mendapatkan kembali keadaan keseimbangan operasi setelah
mengalami gangguan fisik, dengan sebagian besar variabel sistem
sehingga seluruh sistem tetap utuh.
Source: IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions, “Definition and
Classification of Power System Stability”, IEEE Transactions on Power Systems, 2004
Pada dasarnya, stabilitas sistem tenaga listrik terbagi dalam
stabilitas steady state dan stabilitas transien (Saadat, 1999).
Stabilitas transien berhubungan dengan gangguan besar

14.2. Electric power and power transmission
Dalam system tenaga listrik adalah:
Dimana
P ; adalah daya nyata (W,KW,MW)
Q : adalah daya reaktif (V, kV, MV)
I : adalah arus fasor konjugat (A , kA, MA)
𝑽 & 𝑰 : adalah besaran scaler, dengan sudut θ
VS : adalah tegangan mengirim
VR : adalah tegangan menerima
Φ : sudut dimana VS VR,
X : total reaktansi antara VS dan VR

Continued Electric power and power transmission
Persamaan 14,2 dapat diplot seperti yang ditunjukkan pada gambar
14.1 dibawah ini maka daya tanpa beban seluruh sistem, VS = VR,Φ =
O0, and P = 0. transfer daya maksimum ketika Φ = 900 adalah
sebesar:
Dengan demikian, sistem tenaga dapat ditransmisikan dengan
(1) menaikkan tegangan VS,VR, atau
(2) mengurangi reaktansi X, atau kombinasi keduanya.

14.3. Steady state operation and stability
Sedangkan stabilitas steady state berhubungan dengan kemampuan
sistem tenaga listrik untuk kembali pada kondisi operating point-nya
setelah terjadi gangguan kecil seperti perubahan daya atau beban
secara perlahan.
Stabilitas steady state disebut juga stabilitas dinamik. Perubahan
kecil pada beban akan mengakibatkan perubahan kecepatan sudut
pada rotor dan tegangan terminal generator.
Kecepatan sudut akan berayun di sekitar kecepatan sinkron dan
tegangan terminal generator konvergen di sekitar tegangan
nominalnya.

Continued Steady state operation and stability
Figure 14.1 Typical power–
angle curves for a simplified
two-machine power system:
(a) system diagram; (b) power–
angle curves for various
system conditions.

14.4. Transient operation and stability
Stabilitas Operasi transien adalah kemampuan sistem tenaga untuk
menyesuaikan diri dengan perubahan besar dan mendadak. Yang
diakibatkan oleh Hubung Singkat, switching, dan hilangnya beban
sehingga dapat menyebabkan perubahan secara mendadak dan
cepat dalam sistem tenaga listrik. (J. Lewis Blackburn Thomas J.
Domin 2006).
Stabilitas transien berhubungan dengan gangguan besar yang terjadi
secara tiba-tiba, seperti gangguan hubung singkat, pemutusan
saluran, pemindahan atau pemutusan beban. (Hadi Saadat, 1999).

Continued Transient operation and stability
Pada gambar diatas sistem multi-mesin, suatu sistem dikatakan stabil
secara dinamik apabila setelah gangguan (perubahan beban) selisih
sudut rotor menuju pada nilai tertentu yang berhingga.
Bila ada selisih sudut rotor generator semakin lama semakin
membesar maka sistem tidak stabil. Dikarenakan perubahan beban
pada studi kestabilan dinamik relatif kecil.
Perubahan beban yang kecil pada sistem tenaga listrik adalah suatu
hal yang tidak dapat dihindari dan selalu terjadi.

14.5. System swings and protection

Continued System swings and protection

14.6. Out-of-step detection by distance relays
untuk mendeteksi relay kondisi out–of-step adalah dengan
mendeteksi laju perubahan impedansi yang dapat dilihat oleh relay
jarak. Deteksi dapat dicapai dengan dua unit jarak,
1. satu set untuk jangkauan yang lebih panjang
2. unit diatur dengan jangkauan lebih pendek.
Dengan kombinasi ini, kesalahan berada dalam zona operasi akan
mengoperasikan kedua unit secara bersamaan. Namun, ayunan
yang terjadi di dalam zona operasi mereka pertama akan
mengoperasikan unit set luar atau lebih dijangkau dan, karena
berlangsung, kemudian mengoperasikan unit set panjang atau lebih
pendek - jangkauan.

Continued Out-of-step detection by distance relays

14.7. Automatic reclosing
Automatic Recloser atau Pemutus Balik Otomatis lebih dikenal
dengan recloser pada dasarnya adalah Circuit Breaker/Pemutus
Beban yang dilengkapi dengan Peralatan Kontrol Control Device.
(Brown, Electric Power Distribution Realibility, MARCEL DEKKER
INC, New York, 2002).
Saluran udara tegangan tinggi (SUTT/SUTET) Untuk mengurangi
dampak gangguan tersebut terhadap keandalan penyediaan tenaga
listrik, khususnya pada saat terjadi gangguan temporer. maka pada
SUTT/ SUTET tersebut dipasang auto recloser (A/R)
Pengoperasian auto-recloser diharapkan dapat meningkatkan
availability (ketersediaan) SUTT/ SUTET, hal ini berarti peluang
(lama dan frekuensi) konsumen terjadi padam dapat dikurangi.
Namun sebaliknya, pengoperasian A/R secara tidak tepat dapat
menimbulkan kerusakan pada peralatan, sehingga dapat
menimbulkan dampak pemadaman meluas serta waktu pemulihan
yang lebih lama.

Continued Automatic reclosing
AR atau Penutup balik otomatis (PBO) : dipasang pada saluran
utama di GI sebagai pengaman utama jaringan.Pada jaringan (>20
km) PBO tidak begitu peka untuk menangkap gangguan yang berada
jauh dari ujung hilir, sehingga untuk pengaman gangguan temporer
maupun untuk melokalisir gangguan daerah sekecil mungkin perlu
dipasang PBO ke2 atau PBO ke3 pada jarak tertentu. Koordinasi
antara PBO 1 dan PBO 2 dilakukan dengan memilih arus-arus
nominal dengan mengurangi satu tingkat settiing lamanya dan
banyaknya buka tutup PBO disisi hilir.
Sakelar seksi otomatis (SSO) : dipasang sepanjang saluran utama
atau pada percabangan untuk dapat melokalisasi gangguan dalam
seksi-seksi yang lebih kecil. SSO yang dipasang pada jaringan ini
membuka pada saat rangkaian tidak ada arus dan tidak menutup
kembali. Sakelar ini bekerja berdasarkan penginderaan dan hitungan
arus hubung singkat. SSO hanya dipasang bila mana pada sisi hulu
terpasang PBO.

14.8. Distribution feeder reclosing

14.9. Sub transmission & transmission-line reclosing

14.10. Reclosing on lines with transformers or reactors

14.11. Automatic synchronizing
Automatic synchronizing adalah proses elektrik untuk
menghubungkan generator dengan bus tambahan yang ada. Atau
satu generator dengan generator lain
Sinkronisasi pada generator adalah memparalelkan kerja dua buah
generator atau lebih untuk mendapatkan daya sebesar jumlah
generator tersebut dengan syarat syarat yang telah ditentukan.
“SIEMENT 2012 (AUTOMATIC SYNCHRONIZING CONSIDERATIONS AND APPLICATIONS)”
Syarat-syarat proses Sinkronisasi
Sinkronisasi atau menghubungkan paralel atau sejajar perlu dipenuhi
tiga syarat untuk tegangan system-sistem yang akan diparalelkan
yaitu:
1. Harus adanya amplitude Tegangan yang sama
2. Frekuensi harus sama (mempunyai frekuensi yang sama)
3. Sefasa (R dengan R, T dengan T dan S dengan S)
4. Mempunyai sudut phase yang sama.

Continued Automatic synchronizing

Continued Proses Automatic synchronizing
Prosedur untuk melakukan proses Sinkronisasi dapat diuraikan
sebagaiberikut:
 Hidupkan Sychronizing Switch untuk memulai proses parallel;
Untuk proses paralel secara manual, Synchronizing Switch dipoisikan pada
posisi manual.
Untuk proses Paralel secara otomatis, Synchronizing Switch diposisikan
pada posisi auto.
 mengatur Voltage Adjuster untuk menyamakan tegangan Line dengan
generator sambil mengatur Diff. Voltage meter.
 mengatur Speed Adjuster untuk menyamakan frekuensi Line dengan
generator sambil mengamati jarum Synchronizing meter sampai bergerak
searah jarum jam dengan putaran lambat 0,2 Hz (1 putaran dlam 5 detik).
Jika dilakukan dengan manual, maka pada saat jarum Syncron berada
pada posisi 5 s/d 10° sebelum mencapai titik puncak (posisi jam 12)
dengan menggerakkan tuas CB pada posisi ON untuk melakukan Paralel.
Jika dilakukan secara Automatic, maka proses sinkronisasi (paralel) akan
bekerja sendiri.

14.12. Frequency relaying for load shedding-load saving
Frekuensi relay dapat digunakan untuk mengembalikan atau
mengawasi pemulihan beban setelah sistem stabil dan kemampuan
untuk memenuhi beban turun.
Relay Frekuensi :
 Under frequency Relaying (UFR) membandingkan frekuensi
sistem dengan frekuensi setingnya bila frekuensi sistem lebih
kecil atau sama dengan frekuensi setingnya maka relay akan
bekerja
 Over Frequency Relay (OFR) Bila frekuensi sistem lebih besar
atau sama dengan frekwensi setingnya maka relai akan bekerja
 Load shedding adalah teknik pengontrolan atau pemutusan atau
pelepasan beban berdasarkan prioritas apabila terjadi gangguan

14.13. Under frequency load shedding design
Ada beberapa aspek yang terlibat dalam desain beban shedding
skema underfrequency yaitu :
 Salah satu aspek melibatkan desain beban underfrequency
shedding kriteria. Sebuah beban shedding kriteria melibatkan
pemilihan jumlah beban untuk dilepaskan, maka Banyaknya
beban yang dilepaskan, dan set point frekuensi untuk setiap
langkah.
 Aspek kedua, arsitektur skema, melibatkan lokasi di mana
frekuensi terdeteksi dan pemutus cara yang tersandung
menjatuhkan beban.
 Aspek ketiga, desain kontrol underfrequency, berkaitan dengan
desain yang sebenarnya dari frekuensi di bawah sirkuit relay
kontrol.

14.13.1. Under frequency load shedding criteria
 Operasi skema load shedding harus mampu recovery tanpa perlu
menjatuhkan beban baik pada saat steady state atau pada saat
transient.
 Selama kondisi overload, load shedding harus terjadi sebelum operasi
relay underfrequency yang diterapkan untuk perlindungan pembangkit.
14.13.2. Under frequency load shedding scheme architecture
 Load shedding lokal
 Distributed mirip dengan skema lokal
 Beban underfrequency
14.13.3. Under frequency control scheme design
Relay frekuensi tetap berfungsi atas dasar bahwa pengoperasian relay
terjadi ketika frekuensi turun di bawah pengaturan frekuensi tetap pada
relay. dirancang untuk beroperasi sangat cepat, akurat, andal, dan sangat
fleksibel dalam aplikasi.
Continued Under frequency load shedding design

14.14. Performance of under frequency load shedding schemes
Tujuan loadshedding adalah untuk menyeimbangkan beban
(permintaan pelanggan) dan pembangkit (kapasitas pembangkit
listrik) selama penurunan beban secara tiba-tiba dari unit
pembangkit. Jika pembangkit kelebihan beban akan menyebabkan
penurunan frekuensi (di bawah 60 Hertz) dan dikenal sebagai
underfrequency. skema perlindungan sistem yang secara otomatis
akan menjatuhkan beban ketika kondisi underfrequency terjadi. Hal
ini untuk menghindari blackout sistem, (UFLS) dirancang untuk
menstabilkan keseimbangan antara Pembangkitan dan beban
setelah terjadi pelepasan beban agar frekuensi tetap stabil.
14.15. Frequency relaying for industrial systems.
Tujuan loadshedding pada industri adalah untuk mengontrol beban
(motor-motor listrik) agar pelepasan / penurunan beban secara tiba-
tiba dapat terkontrol untuk mencegah gangguan frekuensi

14.16. Voltage collapse
Voltage Collapse adalah proses penurunan level tegangan sistem secara
kontinyu, awal penurunan secara perlahan kemudian bergerak secara
cepat (tidak terkendali)
Gejala utama voltage collapse (amir al-hinai 2000)
1. Sress pada sistem (besarnya daya aktif pada sistem)
2. Kurangnya sumber daya reaktif
3. Profil tegangan yang rendah
4. Tidak bekerjanya relay proteksi
Voltage collapse bukan merupakan kejadian tunggal, tetapi merupakan
suatu urutan peristiwa yang berawal dari instabilitas tegangan. Voltage
collapse dapat menyebabkan pemadaman total (blackout)
Voltage Collapse Mitigation December, 1996 Prepared by IEEE Power System Relaying
Committee, Substation Protection Subcommittee, Working Group K12 - M. Begovic
(Vice Chair), J. Bright, T. Domin, S. Easterday-McPadden, A. Girgis, W.

14.17. Voltage collapse mitigating techniques
 Power Capacitor: yang digunakan untuk memperbaiki faktor
daya untuk sistem listrik saat beban induktif, seperti yang
dinyatakan sebelumnya sebagian besar beban adalah beban
industri dan induktif di alam; hasil ini menurunkan faktor daya di
zona distribusi terdekat.
 Static Var Compensator: digunakan untuk memperbaiki Daya
reaktif dalam sistem tenaga, keseimbangan sangat penting.
Menjadi kombinasi kapasitor dan SVC reaktor dapat
menyuntikkan atau menyerap daya reaktif dinamis.
 Power System Stabilizer (PSS) merupakan suatu piranti yang
berfungsi untuk menjaga stabilitas sistem tenaga listrik (Grainger
dan Stevensson, 1994; Saadat, 1999).
AdvantageOf DG To Mitigate Voltage Collapse over Facts devices soumesh
Chatterjee & Sharmistha Sharma Vol. 2, Issue6, November- December 2012,
pp.1253-1257

14.18. Protection and control trip circuits
Example Protection and control trip circuits in travo

14.18. Protection and control trip circuits
Contoh Pengaman hubung singkat
 Relai ini mengamankan generator dari beban lebih atau
gangguan hubung singkat.
 PENGAMAN : OCR (51) -- untuk generator sedang dan besar
MCCB - - untuk generator kecil

Continued Protection and control trip circuits
Contoh Pengaman tegangan kurang

Continued Protection and control trip circuits
Contoh Pengaman tegangan lebih

14.20. Trip circuit devices
Adalah perangkat yang terhubung ke sirkuit kontrol yang berfungsi
melindungi elemen-elemen lain dalam rangkaian atau memberikan
logika dan melakukan tindakan yang diperlukan untuk sirkuit untuk
memberikan fungsi yang diinginkan. Perangkat tersebut termasuk
relay tambahan, pelindung lonjakan arus, target dan perangkat,
pemutus perjalanan kumparan, dan switch
14.20.1. Auxiliary relays
Relay Auxiliary digunakan dalam rangkaian kontrol untuk memulai
penutupan atau bukaan di jalur lain dari sirkuit kontrol.
14.20.2. Targeting and seal-in-device
Kebanyakan relay pelindung menggabungkan fitur penargetan yang
memberikan indikasi di lokasi relay yang relay telah dioperasikan
untuk perjalanan pemutus sirkuit terkait (s). Target memberikan
informasi berharga untuk menganalisis sifat ganguan

Continued Trip circuit devices
14.20.2. Targeting and seal-in-device

Continued Trip circuit devices
14.20.3. Switches and diodes
Switch dioperasikan secara manual dapat dihubungkan ke dalam
rangkaian. Switch tersebut dipasang untuk memotong relay, kontak,
atau bagian dari rangkaian untuk memfasilitasi pengujian atau
menghapus relay dari layanan setelah operasi.
Dioda digunakan dalam rangkaian untuk menyearahkan arus DC
mengalir dalam satu arah. Dioda dapat memfasilitasi memberikan
logika ke dalam sirkuit yang dinyatakan akan memerlukan
penggunaan relay tambahan.
14.20.4. Trip coils
Fungsi dari coil trip adalah untuk membuka kontak utama
pemutus,melepas kait atau membuka katup yang memungkinkan
pelepasan beberapa bentuk energi yang tersimpan yang digunakan
untuk memindahkan kontak

14.21. Trip circuit design
 Tegangan yang memadai harus dikirim ke kumparan trip (s) untuk
menjamin operasi breaker handal.
 Cukup arus DC harus tersedia untuk mengoperasikan target pada semua
relay yang telah beroperasi. Pengaturan tap yang tepat dan peringkat
kumparan harus dipilih untuk target.
 Arus yang ditarik oleh relay tambahan tidak harus menyebabkan
pengoperasian yang tidak benar atau kegagalan unit tersebut putus
dengan benar.
 Perlindungan terhadap lonjakan arus yang disebabkan oleh pengoperasian
berbagai kumparan yang ada di sirkuit kontrol harus diterapkan untuk
melindungi peralatan lain yang terhubung dalam rangkaian.
 Relay kumparan harus dihubungkan ke negatif bus DC . Hal ini diperlukan
untuk meminimalkan potensi kegagalan kumparan tersebut karena build-
up dari korosi. Coils yang langsung terhubung ke bus DC positif tunduk
terhadap korosi dengan adanya kelembaban.

14.22. Trip circuit monitoring and alarms
Pengawasan sirkuit kontrol harus
dipertimbangkan adalah sebagai berikut:
 kecukupan tegangan DC termasuk
tegangan rendah DC
 Hilangnya arus AC ke relaying utama
dan cadangan.
 Hilangnya saluran komunikasi
 Masalah Relay ketika fitur self-
checking yang tersedia tidak bekerja.
Topik ini akan dibahas lebih lengkap
pada bab 15

14.23. Special protection schemes
Skema perlindungan khusus diterapkan untuk mendeteksi kondisi
sistem normal dan untuk melakukan tindakan yang diperlukan untuk
mempertahankan operasi sistem yang dapat diterima. Kondisi sistem
normal yang skema tersebut memberikan perlindungan yang kondisi
yang dapat menyebabkan batas operasi sistem tenaga atau peringkat
fasilitas untuk dilampaui diidentifikasi. Kondisi yang kredibel.
Contoh
Schema load shedding yang dibahas sebelumnya adalah bentuk
skema perlindungan khusus dirancang untuk memberikan
perlindungan bagi sebagian besar sistem tenaga ketika kemampuan
untuk melanjutkan operasi pasca terjadi gangguan

14.24. Practical considerations-special protection schemes
Penerapan skema perlindungan khusus harus handal, ekonomis,
system harus lebih aman dan harus disiapkan oleh Instansi
(lembaga independen) yang kredibel.
Keputusan dibuat untuk menerapkan skema perlindungan khusus,
fokus insinyur listrik harus dapat memberikan perlindungan,
dukungan penuh untuk mengembangkan desain yang efektif dan
dapat diandalkan.

Bibliography:
 Berry, D.H., Brown, R.D., Redmond,
J.J., and Watson, W.,
Underfrequency Protection of the
Ontario Hydro System, CIGRE,
1970, paper 32–14.
 Dalziel, C.E. and Steinbach, E.W.,
Underfrequency protection of power
systems for system relief, load
shedding system splitting,
 IEEE Trans. Power Appar. Syst.,
PAS 78, 1959, pp. 1227–1238.
 IEEE Power System Relaying
Committee Working Group, A status
report on methods used for system
preservation during underfrequency
conditions,IEEE Trans. Power Appar.
Syst.
 IEEE Power System Relaying
Committee, Automatic reclosing of
transmission lines,IEEE Trans.
Power Appar. Syst., PAS 103, 1984,
pp. 234–245.
 Lokay, H.E. and Burtnyk, V.,
Application of underfrequency relay,
for automatic load shedding, IEEE
Trans. Power Appar. Syst., PAS 87,
1968, pp. 776–783.
 Power Systems Engineering
Committee, Proposed terms and
definitions for power system
stability,IEEE Trans. Power Appar.
Syst., PAS 101, 1982, pp. 1894–
1898.

LOGO
Thank You !
Top of Guidance and Advice.
May The Almighty God Protect Us All

protektive relay “Stability, Reclosing, Load Shedding, and Trip Circuit Design” by suparman

More Related Content

What's hot (20)

Similar to protektive relay “Stability, Reclosing, Load Shedding, and Trip Circuit Design” by suparman (20)

More from suparman unkhair (20)

Recently uploaded (19)

protektive relay “Stability, Reclosing, Load Shedding, and Trip Circuit Design” by suparman

Editor's Notes