## PEMILIHAN RELAI PROTEKSI ANTI ISLANDING UNTUK PEMBANGKIT TERSEBAR

## Adrianti
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas e-mail: adrianti@ft.unand.ac.id
Abstrak — Dalam aturan penyambungan pembangkit tersebar (PT) ke grid di berbagai negara, terdapat aturan  bahwa  jika  grid  terputus  dari  jaringan  distribusi  ( islanding ),  PT  harus  segera  diputuskan  dari jaringan. Hal ini dilakukan  untuk  mencegah bahaya  yang ditimbulkan oleh operasi islanding yang tidak direncanakan. Bahaya tersebut antara lain: peralatan proteksi yang ada akan gagal mendeteksi gangguan, penyambungan kembali grid tanpa sinkronisasi, bahaya tersengat listrik pada pekerja, serta tegangan dan frekuensi yang dihasilkan tidak terkontrol. Ada beberapa pilihan relai anti islanding yang dapat digunakan. Relai-relai anti islanding ini memiliki cara deteksi yang berbeda satu dengan lainnya, sehingga perlu dipilih metoda yang paling sesuai. Sensitivitas sebuah relai akan tergantung teknologi pembangkitan yang dimiliki oleh PT. Karena itu diusulkan sebuah metoda pemilihan relai anti islanding yang didasarkan tidak hanya dari  teknologi  pembangkitan  yang  digunakan,  tapi  juga  kapasitas  PT  dan  biaya  yang  harus  dikeluarkan untuk  pengadaan  proteksi  tersebut.  Aplikasi  metoda  yang  diusulkan  pada  kasus  PT  dengan  teknologi generator  sinkron  menunjukkan  bahwa  metoda  ini  berhasil  memilih  peralatan  yang  sesuai,  yaitu  relai ROCOF.  Walaupun  pada  awal  analisa  ada  kekhawatiran  relai  ini  tidak  cukup  sensitif  akibat  kedekatan keluaran  PT  dengan  beban  maksimum,  namun  dengan  analisa  yang  lebih  detail  diperoleh  relai  ROCOF cocok untuk diaplikasikan.

## Kata Kunci : Proteksi anti islanding, Pembangkit tersebar dan ROCOF
Abstract — Regulation of grid connected distributed generation (DG) in various countries states that in the event of disconnection of the grid, DG(s) must be disconnected from the distribution networks. This because an  unplanned  islanding  can  cause  several  hazard  such  as:  failure  of  protection  relays  to  detect  faults, unsynchronized  grid  connection,  electrocute  risk  for  electrical  workers  and  uncontrolled  voltage  and frequency in the network. There several anti-islanding protection with different detection methods that can be choose. Therefore, a suitable protection must be selected carefully. Sensitivity of anti-islanding relays are influenced by DG’s generation technology. In this paper, a method to select an anti-islanding protection is proposed. The selection is based on DG’s capacity, generating technology and cost. The proposed method has  been  applied  to  a  case  study  of  synchronous  machine  DG.  At  the  beginning  there  is  a  doubt  that  a ROCOF protection may not be a suitable choice because DG’s capacity quite closed to the maximum load in the network. But, after a rigorous analysis it shows that ROCOF protection can be applied to the DG with good sensitivity
Keywords : Anti-islanding protection, Distributed Generation and ROCOF
Copyright © 2017 JNTE. All rights reserved

## 1. PENDAHULUAN
Idealnya  pembangkit  tersebar  (PT)  dapat meningkatkan  keandalan  di  sistem  distribusi dengan  memberikan  suplai  daya  ke  beban  di jaringan  distribusi  saat  gardu  induk  (grid) terputus.  Grid  umumnya  terputus  karena beroperasinya peralatan proteksi guna memutuskan  gangguan.  Tetapi  kemampuan meningkatkan keandalan ini masih belum dapat dicapai karena operasi pembangkit tersebar saat grid  terputus  dapat  menimbulkan  masalah-
masalah  yang  masih  belum  berhasil  dicarikan solusinya. Masalah-masalah tersebut antara lain: dapat  membahayakan  pekerja  jika  mereka mengira  jaringan  distribusi  tidak  dialiri  listrik, peralatan  proteksi  di  jaringan  distribusi  tidak dirancang/disetting untuk kondisi grid terputus, sehingga  ada  kemungkinan  gangguan  yang terjadi  tidak  terdeteksi,  ada  kemungkinan terjadinya  penyambungan  grid  kembali  yang tidak  disinkronisasi  dengan  PT,  selain  itu, tegangan dan frekuensi yang dihasilkan mungkin tidak  berada  dalam  nilai  yang  diizinkan  karena
tidak ada grid yang mengontrol [1].
Untuk mencegah operasi PT saat kondisi grid terputus  (yang  dikenal  juga  dengan  istilah islanding ),  maka  saat  grid  terputus,  PT  harus dilepaskan dari jaringan distribusi. Di Indonesia, hal  itu  diatur  dalam  keputusan  direksi  PLN tentang  Pedoman  Penyambungan  Pembangkit Listrik Energi Terbaharukan ke Sistem Distribusi PLN [2]. Dalam aturan tersebut, tidak disebutkan  jenis  peralatan/relai  yang  harus dipasang sebagai proteksi anti islanding . Hanya disebutkan bahwa dalam waktu 2 detik sejak grid terputus,  PT  harus  sudah  diputuskan  dari jaringan.
Ada  berbagai  poteksi anti islanding yang tersedia.  Karena  itu,  perlu  dilakukan  pemilihan peralatan  proteksi anti islanding yang  sesuai untuk  PT  yang  akan  dihubungkan  ke  jaringan PLN. Mengingat sensitivitas dan stabilitas suatu relai anti islanding sangat  ditentukan  oleh teknologi  pembangkitan  yang  digunakan  oleh PT,  pemilihan  jenis  relai  yang  tepat  menjadi penentu keberhasilan proteksi anti islanding [3]. Selain teknologi pembangkitan, hal lain yang juga  berpengaruh  terhadap  pemilihan  relai adalah  biaya  pengadaan  dan  pemasangan  relai. Karena,  menurut  [2]    penyediaan  peralatan proteksi anti  islanding ini  dibebankan  kepada pemilik  PT.  Jika  kapasitas  PT  cukup  kecil, pengadaan  peralatan  proteksi  yang  mahal  tentu dipandang tidak ekonomis.
Dalam tulisan ini akan dibahas berbagai jenis relai anti  islanding yang  ada  disertai  prinsip kerjanya.  Kemudian  dilanjutkan  dengan  usulan metoda pemilihan relai yang sesuai dengan PT. Sebuah contoh aplikasi metoda untuk pemilihan relai  diketengahkan.  Tulisan  diakhiri  dengan kesimpulan dan saran.

## 2. RELAI ANTI ISLANDING
Teknologi yang digunakan untuk mendeteksi kondisi  grid  terputus  secara  garis  besar  dapat dibedakan  atas  2  macam  yaitu  metoda  yang memanfaatkan  pengukuran  lokal  dan  metoda yang  membutuhkan  komunikasi.  Metoda  yang memanfaatkan  pengukuran  lokal  membuat keputusan  trip  atau  tidak  (grid  terputus  atau tidak)  berdasarkan  parameter  yang  diukur  di dekat PT. Sedangkan metoda yang membutuhkan  komunikasi  membuat  keputusan trip berdasarkan informasi yang dikirim dari grid [1].
Metoda  yang  menggunakan  komunikasi biasanya  lebih  akurat  dibandingkan  metoda pengukuran  lokal,  tetapi  biaya  peralatannya lebih  mahal.  Jika  kapasitas  daya  PT  yang  akan diproteksi  cukup  kecil,  maka  penggunaan metoda yang membutuhkan komunikasi menjadi tidak ekonomis.
Untuk  meningkatkan  keakuratan  metoda yang memanfaatkan pengukuran lokal, dilakukan  perbaikan  dengan  metoda  aktif. Metoda  aktif  yaitu  pengukuran  lokal  yang dilakukan setelah melakukan suatu aksi pada PT, misalnya  dengan  menaikkan  atau  menurunkan daya keluaran PT. Jadi metoda pengukuran lokal dapat  diklasifikasikan  atas  dua  metoda  yaitu metoda pasif dan metoda aktif [1].

## 2.1. Metoda Pasif
Metoda  pasif  hanya  memanfaatkan  hasil pengukuran lokal di dekat PT untuk mendeteksi grid  telah  terlepas.  Metoda  pasif  umumnya cocok  digunakan  untuk  PT  yang  tidak  dapat menghasilkan  daya  reaktif,  yaitu  pembangkit yang  tidak  menggunakan  generator  sinkron[4]. Dengan hilangnya sumber daya reaktif dari grid, kondisi  islanding  hanya  akan  berhasil  bertahan jika  PT  dapat  memberikan  suplai  daya  reaktif. Akibatnya  pada  PT  yang  bukan  bergenerator sinkron,  akan  terjadi  penurunan  tegangan  dan juga frekuensi secara cepat. Penurunan ini akan dideteksi  oleh  relai  under/over  frekuensi  dan (atau) relai under/over voltage sehingga PT akan dilepas  dari  sistem.  Namun  waktu  yang diperlukan oleh relai frekuensi dan tegangan ini dapat  lebih  lama  dari  batasan  2  detik  yang ditetapkan  PLN,  sehingga  kadang  diperlukan relai  proteksi  yang  lebih  cepat  dan  memang dirancang  khusus  untuk  mendeteksi islanding . Relai-relai itu adalah sebagai berikut:
1. ROCOF. ROCOF  adalah  singkatan  dari Rate  of Change  of  Frequency .  Relai  ROCOF  bekerja jika perubahan frekuensi (df/dt)  yang dirasakan lebih  besar  dari  setting.  Prinsip  kerja  relai ROCOF dapat dijelaskan dengan menggunakan Gambar 1. Saat jaringan distribusi terhubung ke grid, grid akan mengirim/menerima daya ke/dari jaringan  distribusi  tergantung  perbandingan keluaran    PT  (G PT )  dan  konsumsi  beban  lokal (L). Jika Grid terputus karena beroperasinya CB, maka  frekuensi  di  jaringan  distribusi  akan berubah.  Perubahan  frekuensi  tergantung  pada
besar  ketidakseimbangan  antara  daya  yang dikeluarkan    PT  dan  beban  lokal  saat  grid terputus. Makin besar ketidakseimbangan makin besar  perubahan  frekuensi.  Jika  daya  keluaran PT lebih besar dari beban lokal, maka frekuensi akan naik dan sebaliknya jika daya keluaran PT lebih kecil dari beban lokal, maka frekuensi akan turun.

## Gambar 1. Proteksi ROCOF
Permasalahan timbul jika keluaran PT sama dengan beban lokal saat grid terputus, sehingga tidak akan terjadi perubahan frekuensi dan relai ROCOF  akan  gagal  mendeteksi  terjadinya islanding . Demikian juga pada saat keluaran PT hanya  sedikit  berbeda  dengan  beban  lokal dimana  perubahan  frekuensi  yang  terjadi  lebih rendah  dari  setting  relai  ROCOF.  Kondisi islanding yang tak terdeteksi ini disebut zona tak terdeteksi  seperti  yang  diilustrasikan  pada Gambar 2. Zona tak terdeteksi dapat diperkecil dengan cara menurunkan setting. Semakin kecil setting, semakin sempit zona islanding yang tak terdeteksi.
Gambar 2. Zona  ROCOF  gagal  mendeteksi islanding [4] Peningkatan sensitivitas relai ROCOF dengan  membuat  setting  yang  lebih  rendah menimbulkan  permasalahan  stabiltas  relai. Setting  yang  rendah  membuat  relai  trip  untuk berbagai  perubahan  frekuensi  yang  terjadi  di
sistem  yang  bukan  merupakan  kejadian islanding .  Misalnya  generator  berkapasitas cukup  besar  terlepas  dari  sistem,  sistem kehilangan beban atau gangguan hubung singkat di jaringan distribusi.
Karena  itu  diperlukan  kompromi  antara sensitivitas  dan  stabilitas  relai  ROCOF. Kompromi akan cenderung ke arah stabilitas jika kapasitas  PT  yang  menggunakan  relai  ROCOF di  sistem  tenaga  semakin  signifikan.  Misalnya, jika  sebuah  pembangkit  terlepas,  perubahan frekuensi  yang  dihasilkannya  dapat  memicu terlepasnya PT-PT yang ada di jaringan-jaringan distribusi  sistem  tersebut.  Hal  ini  akan memperburuk kondisi kekurangan
pembangkitan  dan  tentunya  stabiltas  sistem tenaga  dan  dapat  memicu  blackout.  Mengingat pentingnya  menjaga  sekuriti  sistem  tenaga, maka relai ROCOF dibuat tidak terlalu sensitif. Seperti  kondisi  di  Inggris,  dimana  setting  relai ROCOF telah dinaikkan dari 0,125Hz/s menjadi 0,5-1 Hz/s [5]
Ada  berbagai measuring  windows yang digunakan oleh relai ROCOF untuk menghitung perubahan  frekuensi  (df/dt),  biasanya  antara  2 cycles sampai  100 cycles [6].  Sebagai  ilustrasi, perhitungan  df/dt  untuk  3 cycles  measuring windows adalah [4]:
𝑑𝑓 𝑑𝑡 = 𝑓 𝑛 −𝑓 𝑛−3 𝑡 3 𝑐𝑦𝑐𝑙𝑒𝑠 (1)
Dimana: 𝑓 𝑛 = frekuensi saat cycle ke n (Hz) 𝑓 𝑛−3 = frekuensi saat cycle ke n-3
𝑡 3 𝑐𝑦𝑐𝑙𝑒𝑠 = waktu untuk 3 cycles (detik)
2. Vector Shift
Relai Vector  Shift (VS)  bekerja berdasarkan pergeseran  fasa  tegangan  yang  terjadi  saat islanding.  Penjelasan  cara  kerja  relai  VS diilustrasikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian ekivalen PT yang diproteksi dengan relai VS [7]
Pada  Gambar  3,  sebuah  PT  melayani  beban dan terhubung ke grid. Pada generator PT terjadi drop  tegangan  karena  arus  generator  yang melewati X d , reaktansi generator. Sehingga ada perubahan  sudut  (θ)  antara  tegangan  internal generator E i dan tegangan terminal generator V T , seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4a.
Gambar 4.  Phasor tegangan internal dan terminal generator. (a). Sebelum grid terlepas. (b). Setelah grid terlepas [7]
Saat  grid  terlepas  (kondisi  islanding),  PT akan  menaikkan  (menurunkan)  daya  keluaran untuk  mengimbangi  kebutuhan  beban  lokal, sehingga  generator  akan  dipercepat  atau diperlambat. Akibatnya beda sudut fasa (θ) akan diperbesar  (diperkecil)  karena  perubahan  arah dari tegangan terminal, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
Jika  tegangan  terminal  generator  terus diamati,  maka  akan  diperoleh  perubahan tegangan seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 5.  Titik  A  merupakan  saat  dimana  terjadinya islanding.  Setelah  titik  A,  sudut  fasa  tegangan yang terjadi berubah sebesar Δθ.
Gambar 5. Perubahan  sudut  fasa  tegangan terminal generator PT (θ)
Seiring  dengan  perubahan  sudut  fasa tegangan, waktu untuk satu cycle akan berubah dari waktu kondisi normal sebelumnya. Dengan membandingkan  waktu  untuk  tiap  cycle  akan ekivalen dengan membandingkan sudut fasa tiap cycle.  Saat  terjadi islanding ,  waktu  satu  cycle
dapat  bertambah  panjang  atau  bertambah pendek, sebanding dengan defisit atau kelebihan daya yang terjadi di jaringan.
Jika perubahan sudut yang terjadi lebih besar dari  setting,  maka  relai  VS  akan  trip.  Tetapi berdasarkan  penelitian  di  [4]  relai  VS  tidak cukup  sensitif  untuk  mendeteksi  islanding  jika PT  menggunakan  generator  sinkron  dengan ketidakseimbagan daya saat islanding 10% atau kurang.  Untuk  kondisi  ini,  relai  ROCOF memiliki sensitifitas yang lebih baik.

## 2.2. Metoda Aktif
Metoda  aktif  untuk  mendeteksi  kodisi islanding dilakukan  dengan  cara  memberikan gangguan  (perturbation)  atau  perubahan  ke jaringan  distribusi  secara  periodik,  kemudian memonitor  efek  yang  dihasilkan.  Jika  saat  itu grid  terhubung  maka  tidak  ada  perubahan (frekuensi/tegangan) yang terjadi, karena efeknya  diserap  oleh  sistem  tenaga  yang  relatif besar  dibandingkan  gangguan  yang  diberikan. Akan tetapi jika grid telah terputus, maka akan ada  perubahan  pada  parameter  jaringan  akibat gangguan  (perturbation)  yang  diinjeksikan tersebut.
Metoda aktif dapat mengatasi masalah zona tak  terdeteksi  yang  dialami  metoda  aktif.  Akan tetapi metoda aktif dapat menimbulkan permasalahan  kualitas  listrik  pada  sistem. Metoda yang berdasarkan prinsip deteteksi aktif ini  antara  lain:  inter  harmonic  injection,  sandia voltage  shift,  change  of  output  power periodically,  automatic  phase  shift,  sandia frequency  shift,  slip  mode  frequency  shift  dan impedance  detection  [1].  Metoda  ini  umumnya masih belum dalam bentuk relai yang tersedia di pasaran. Untuk mengatasi permasalahan kualitas listrik akibat injeksi secara periodic dari metoda aktif  ini,  beberapa  penelitian  menawarkan metoda hybrid, yaitu gabungan metoda pasif dan metoda aktif. Di saat metoda pasif berada pada zona  tak  terdeteksi,  maka  metoda  aktif  mulai bekerja dengan injeksinya [8].
2.3. Metoda yang Memanfaatkan Komunikasi Dengan
komunikasi, grid dapat mengirimkan  informasi  kejadian  grid  terputus kepada  relai  sehingga  relai  beroperasi  untuk memutus PT dari jaringan. Metoda ini lebih baik sensitivitas  dan  stabilitasnya  dari  pada  metoda lokal, tetapi butuh peralatan yang mahal. Metoda ini  memanfaatkan  saluran  komunikasi  seperti:
kanal komunikasi yang disewa, gelombang radio atau  microwave,  power  line  carier  atau  kawat komunikasi [9].

## 3. PENGARUH KAPASITAS
DAN

## TEKNOLOGI PT DALAM PEMILIHAN PROTEKSI ANTI ISLANDING
Hal yang paling menentukan pemilihan relai anti islanding adalah  kapasitas  PT.  PT berkapasitas  dibawah  200KVA  biasanya  akan sulit  untuk  mempertahankan  operasi islanding karena  kekurangan  suplai  daya  untuk  beban  di jaringan.  Sehingga  untuk  PT  dengan  kapasitas ini  kondisi islanding akan  langsung  terdeteksi oleh  relai under-frekuensi ,  relai under-voltage atau  relai reverse  power [9]  yang  ada  di  PT tersebut. Jadi tidak diperlukan relai khusus untuk mendeteksi terjadinya islanding .
Untuk  PT  yang  kapasitasnya  lebih  dari  200 KVA,  jenis  proteksinya  akan  dipengaruhi  oleh teknologi  pembangkitan  yang  digunakan  dan juga  kemungkinan  PT  dapat  melayani  beban lokal (kapasitas PT cukup untuk melayani beban pada waktu tertentu).

## 3.1. PT dengan Teknologi Generator Sinkron
Generator  sinkron  umumnya  digunakan pada  PT  hidro  dan  termal.  Karena  generator sinkron memiliki kemampuan untuk membangkitkan daya reaktif, sehingga  kondisi islanding dapat  bertahan  selama  daya  keluaran PT cukup dekat dengan daya beban di jaringan. Karena  itu  dibutuhkan  peralatan  khusus  untuk mendeteksi  kondisi islanding .  Berdasarkan uraian  pada  bagian  2,  proteksi anti  islanding yang  paling  sensitif  dan  stabil  adalah  yang memanfaatkan  telekomunikasi.  Akan  tetapi biaya untuk proteksi ini sangat mahal dan hanya akan cukup ekonomis jika diterapkan pada PT- PT  yang  berkapasitas  besar.  Untuk  PT  yang berkapasitas  cukup  kecil  dapat  dipilih  metoda pasif  ataupun  metoda  hybrid.  Metoda  hybrid menjanjikan  performa  yang  lebih  baik  dari metoda pasif karena zona tak terdeteksinya dapat dibuat sangat kecil atau bahkan tidak ada. Akan tetapi metoda tersebut baru dalam taraf ide dan belum  tersedia  di  pasaran.  Di  lapangan,  sejauh ini relai anti islanding metoda pasif yang paling sensitif  adalah  relai  ROCOF,  walau  ada permasalahan  sensitivitasnya  seperti  yang dibahas  pada  bagian  2.1.  a.  Biasanya  dengan menggunakan  setting  0,4  Hz/s,  relai  ROCOF
masih  dapat  mendeteksi  islanding  yang  terjadi saat  ketidakseimbangan  daya  PT  dan  beban minimum 10% [4].

## 3.2. PT  dengan  Teknologi Doubly  Fed Induction Machine
Doubly  Fed  Induction  Generator atau DFIG  adalah  jenis  generator  yang  biasanya digunakan pada pembangkit listrik tenaga angin. Pada PT dengan generator ini, kondisi islanding akan  mudah  sekali  terdeteksi  karena islanding akan  menyebabkan  perubahan  tegangan  dan frekuensi yang sangat signifikan walaupun daya keluaran  PT  cukup  dekat  dengan  beban  di jaringan  [4].  Sehingga,  penambahan  peralatan proteksi  anti islanding sebenarnya  tidak  terlalu dibutuhkan karena relai under/over-voltage dan under/over  frequency akan  dengan  mudah mendeteksi islanding dalam waktu kurang dari 2 detik.

## 3.3. PT dengan Teknologi DC Inverter link
Pada  PT  dengan  teknologi  DC  Inverter, misalnya  pada photovoltaic umumnya  tidak dapat  bertahan  dalam  kondisi islanding karena tidak  adanya  sumber  daya  reaktif  yang dihasilkan pembangkit. Ketidakseimbangan daya reaktif antara PT ini dan beban di jaringan, memicu  perubahan  frekuensi  yang  lebih  besar dari  pada  ketidakseimbangan  daya  aktif. Sehingga islanding akan lebih mudah terdeteksi. Untuk  ketidakseimbangan  daya  reaktif  sebesar 5%  antara  pembangkitan  dan  beban  saat islanding ,  setting  maksimal  relai  ROCOF  yang masih  dapat  mendeteksi islanding adalah 0,5Hz/s,  sedangkan  untuk  ketidakseimbangan daya aktif 5% adalah 0,3 Hz/s untuk jenis relai ROCOF dari produsen tertentu [4].

## 4. METODA PEMILIHAN RELAI ANTI ISLANDING
Pada  penelitian  ini  diusulkan  suatu  metoda (flowchart) yang dapat dipakai dalam pemilihan relai  anti islanding yang  paling  sesuai  dengan mempertimbangkan  teknologi  pembangkitan yang  digunakan,  daya  keluaran  PT  dan  kurva beban yang ada di jaringan distribusi. Kapasitas PT  juga  menjadi  landasan  pemilihan,  karena untuk  PT  dengan  kapasitas  kecil,  penggunaan relai yang mahal akan sulit direalisasikan karena pertimbangan  ekonomi.  Pemilihan  didasarkan pada aturan PLN yang memberikan batas waktu
2  detik  setelah  grid  terputus,  PT  harus  terlepas dari jaringan [2].
Metoda  yang  diusulkan  dapat  dilihat  pada Gambar  6.  Pada  PT  yang  tidak  menggunakan generator  sinkron,  kondisi islanding akan  sulit bertahan karena tidak adanya daya reaktif yang dihasilkan  pembangkit,  sehingga  penurunan tegangan  dan  frekuensi  akan  terjadi  dan menyebabkan islanding lebih  mudah  dideteksi. Sehingga  metoda  pasif  sudah  memadai  sebagai proteksi anti islanding . Bahkan khusus bagi PT dengan  generator  DFIG,  tidak  diperlukan proteksi khusus bagi anti islanding, karena relai over/under  voltage dan over/under  frekuensi yang  ada  di  PT  sudah  memadai  untuk mendeteksi kondisi islanding .
Untuk  PT  dengan  generator  sinkron, islanding akan  dapat  bertahan  jika  generator mampu  melayani  daya  beban.  Akibatnya pemilihan  proteksi  anti  islanding  menjadi  lebih rumit.  Metoda  komunikasi  merupakan  metoda proteksi anti islanding yang paling sensitif dan stabil  bagi  PT  bergenerator  sinkron.  Hambatan yang menghalangi penggunaan proteksi metoda komunikasi  adalah  biayanya  yang  tinggi. Sehingga,  jika  kapasitas  PT  tidak  cukup  besar, maka pembelian proteksi ini akan membuat PT tidak  ekonomis.  Sehingga  metoda hybrid akan menjadi pilihan yang disarankan.
Pada flowchart ditunjukkan bahwa jika PT menggunakan  generator  sinkron  akan  dicek dengan blok pengambilan keputusan apakah PT dapat  melayani  beban  lokal  secara  mandiri? Untuk  menjawab  pertanyaan  tersebut  perlu dilakukan  analisa  keseimbangan  daya  aktif  dan reaktif  beban  terhadap  keluaran  PT  seperti diilustrasikan pada Gambar 2. Umumnya, untuk perbedaan  (ketidaksetimbangan)  daya  minimal 10%,  relai  akan  berhasil  mendeteksi  kondisi islanding.  Untuk  mengecek  ketidakseimbangan keluaran PT terhadap beban sebesar ± 10%, pada Gambar  2,  diplot  keluaran  PT  lebih  besar  10% atau  lebih  kecil  10%  dari  kapasitas  PT  yang ditunjukkan  oleh  kurva  di  atas  dan  di  bawah kurva  keluaran  PT.  Lama  waktu  dimana  relai tidak mendeteksi islanding (zona tak terdeteksi) ditunjukkan oleh Δt 1 , Δt 2 , Δt 3 dan Δt 4 . Jika waktu operasi Circuit Breaker adalah 0,3 detik, dan PT harus sudah diputus dari jaringan dalam waktu 2 detik  sejak  grid  terputus  maka  lama  zona  tak terdeteksi  yang  diizinkan  adalah  1,7  detik. Sehingga jika zona tak terdeteksi lebih besar dari 1,7  detik,  proteksi  metoda  pasif  tersebut  tidak
memenuhi  persyaratan  waktu  yang  ditetapkan PLN.
Relai anti  islanding metoda  pasif  yang disarankan pada flowchart hanya relai ROCOF. Karena  relai  ROCOF  adalah  relai  metoda  aktif yang  paling  sensitif  yang  tersedia  di  pasaran hingga saat ini [4].

## 5. PENERAPAN METODA PEMILIHAN RELAI ANTI ISLANDING PADA PT.
Metoda  pemilihan  relai anti  islanding yang diusulkan  diaplikasikan  pada  sebuah  jaringan distribusi yang memiliki sebuah PT bergenerator sinkron yang datanya diambil dari [10]. Diagram satu garis sistem distribusi tersebut ditunjukkan pada Gambar 7.
Data  beban  maksimum  dan  kapasitas  PT ditunjukkan pada Tabel 1. Terlihat bahwa daya aktif  dan  reaktif  maksimum  yang  dibutuhkan beban  di jaringan  sedikit  lebih tinggi  dari  daya aktif  dan  reaktif  keluaran  dari  PT.  Tetapi  ada kemungkinan  bahwa  suatu  waktu  kebutuhan beban  sama  dengan  keluaran  PT.  Saat keseimbangan  daya  inilah,  relai  metoda  pasif akan  gagal  mendeteksi  kondisi  grid  terputus. Karena  itu,  dibutuhkan  informasi  perubahan beban  per  jam  yang  biasanya  diberikan  oleh grafik kurva beban.
Tabel 1.   Data daya beban maksimum dan daya keluaran PT Bus/Pembangkit kW kVar Bus 4 854.25 529.42 Bus 5 794.75 492.54 Bus 6 382.5 237.05 Bus 8 55.25 34.24 Total beban 2086.75 1293.25 Keluaran  PT 1800 871.78
Jika  diasumsikan  siklus  turun  naik  beban di jaringan tersebut dengan mengambil pola kurva beban pada [11], maka variasi kebutuhan beban akan direpresentasikan oleh kurva berwarna biru pada  gambar  8.  Kurva  beban  tersebut  dibuat dengan cara menghitung persentase daya beban tiap  jam  terhadap  beban  puncak  (beban maksimum) pada [11]. Persentase tersebut dikali dengan  total  beban  maksimum  di  Tabel  1,  dan digunakan untuk memplot kurva beban di sistem yang dianalisa. Pada Gambar 8 juga diplot kurva keluaran PT yang konstan sebesar 1800 KW.
Gambar 6. Flowchart metoda pemilihan relai anti islanding

## Gambar 7. Jaringan distribusi dengan sebuah PT
[10]
Dari  Gambar  8,  terlihat  keluaran  PT berpotongan dengan kurva beban sebanyak dua kali  dalam  satu  hari.  Yaitu  saat  sebelum  dan sesudah  waktu  beban  puncak.  Jika  perbedaan antara daya beban dan keluaran PT cukup kecil, relai  metoda  pasif  dapat  gagal  mendeteksi kondisi islanding .  Lama islanding tidak terdeteksi  (zona  tak  terdetaksi)  adalah  Δt 1 dan Δt 2 ,  yaitu  durasi  dimana  ketidakseimbangan daya mencapai 10% keluaran PT. Nilai titik-titik waktu  dimana  terjadi  perpotongan  kurva keluaran 110% dan 90% PT dengan kurva beban dihitung dengan metoda interpolasi menggunakan  software  Microsoft  Excell.  Hasil perhitungan ditunjukkan pada Tabel 2.
Gambar 8. Kurva daya aktif beban dan keluaran daya aktif PT
Dari Tabel 2, terlihat bahwa durasi islanding tidak dapat dideteksi oleh relai cukup lama, yaitu 28,12 menit dan 124,69 menit. Jauh lebih besar dari angka 1,7 detik yang didasarkan pada aturan
PLN. Tabel 2.   Lama Waktu Ketidakseimbangan Daya  Aktif  Keluaran  PT  terhadap Beban ≤ 10% Waktu (menit) Δt 1 28,12 Δt 2 124,69
Sensitifitas  relai  ROCOF  tidak  hanya ditentukan  oleh  ketidakseimbangan  daya  aktif, tetapi  juga  ketidakseimbangan  daya  reaktif. Walaupun  saat  grid  terlepas  daya  aktif  PT seimbang  dengan  daya  aktif  beban,  tetapi  daya reaktifnya tidak, maka perubahan frekuensi tetap akan terjadi. Demikian pula sebaliknya.  Karena kurva keluaran daya reaktif PT perlu dibandingkan  dengan  kurva  kebutuhan  daya reaktif  jaringan,  maka  kurva  daya  reaktif  perlu diplot, seperti terlihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Kurva  daya  reaktif  beban  dan keluaran daya reaktif PT.
Pada  Gambar  9,  ketidakseimbangan  daya  ≤ 10% (zona tak terdeteksi) berdurasi Δt 1 dan Δt 2 . Zona  tak  terdeteksi  karena  keseimbangan  daya reaktif  Δt 1 terjadi  dalam  waktu  yang  hampir bersamaan dengan zona tak terdeteksi daya aktif (Gambar  8)  yaitu  sekitar  pukul  17.  Sedangkan Δt 2 terjadi pada waktu yang berbeda. Pada kurva daya aktif (Gambar 8), Δt 2 terjadi  antara  pukul 20 lebih sampai pukul 22 lebih, sedangkan pada kurva  daya  reaktif  (Gambar  9)  pada  pukul  23 sampai  pukul  6  lebih.  Saat  terjadi islanding karena kesetimbangan daya aktif pada waktu Δt 2 pada  Gambar  8,  daya  reaktif  tidak  cukup setimbang. Permintaan beban akan daya reaktif jauh lebih besar dari pada keluaran PT (gambar
9),  sehingga  kondisi  islanding  tidak  akan bertahan tanpa terdeteksi.
Untuk mengklarifikasi apakah keseimbangan daya  aktif  Δt 1 terjadi  pada  waktu  yang bersamaan dengan waktu terjadinya keseimbangan daya reaktif, maka perlu dilakukan  intrapolasi  waktu  kejadian  dengan menggunakan Microsoft Excell.
Hasil interpolasi diperlihatkan pada Table 3.
Tabel 3.   Waktu Terjadinya Ketidakseimbangan Daya  Aktif  Keluaran  PT  terhadap Beban ≤ 10% Daya Mulai (jam:menit:detik) Berakhir (jam:menit:detik) Aktif 17:27:54 17:55:59 Reaktif 17:00:00 17:22:33
Dari  data  pada  Tabel  3,  terlihat  zona  tak terdeteksi  untuk  daya  aktif  terjadi  setelah  zona tak  terdeteksi  daya  reaktif  telah  berakhir. Sehingga saat dimana zona tak terdeteksi untuk daya aktif bersamaan dengan zona tak terdeteksi daya  reaktif  tidak  terjadi.  Akibatnya  relai ROCOF akan selalu berhasil mendeteksi kondisi islanding .  Jadi  untuk  PT  dalam  kasus  ini,  relai ROCOF  dapat  digunakan  untuk  mendeteksi kondisi islanding .

## 6. KESIMPULAN
Sebuah metoda pemilihan relai anti islanding bagi  pembangkit  tersebar  telah  diusulkan. Pemilihan  relai  didasarkan  kepada  kapasitas pembangkit,  teknologi  pembangkitan  yang digunakan  dan  sisi  ekonomis  relai  terhadap kapasitas  PT.  Metoda  juga  didasarkan  pada persyaratan  proteksi  anti islanding yang diterapkan  dalam  peraturan  PLN.  Dari  contoh aplikasi  metoda,  terlihat  bahwa  metoda  sudah berhasil  memilih  relai  yang  sesuai  bagi  sebuah PT  bergenerator  sinkron.  Pada  penelitian selanjutnya akan dibahas pemilihan setting relai yang tidak hanya menitikberatkan pada sensitifitas  relai  tetapi  juga  stabilitas  relai terhadap  kejadian  bukan islanding yang mengubah parameter di jaringan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didanai dalam kegiatan penelitian dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik,
Universitas Andalas
No. 105/UN.16.09.D/PL/2017

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A.  M.  Massoud,  K.  H.  Ahmed,  S.  J. Finney,  and  B.  W.  Williams,  "Harmonic distortion-based island detection technique  for  inverter-based  distributed generation," IET  Renewable  Power
Generation, vol. 3, pp. 493-507, 2009.
[2] Pedoman  Penyambungan  Pembangkit Listrik  Energi  Terbarukan  ke  Sistem Distribusi PLN, PT. PLN, 2014.
[3] A.  Dysko,  A.  MacKay,  and  G.  Burt, "Neutral Voltage Displacement Protection
Requirement  for  DG,"  University  of Strathclyde, Glasgow 2010. [4] University of Strathclyde, "Recommendations for Setting of Loss of Mains Protection Relays," Energy
Networks Association, London 2009.
[5] A.  Dysko,  I.  Abdulhadi,  X.  Li,  and  C. Booth,  "Assessment  of  Risk  Resulting from  the  Adjustment  of  ROCOF  Based Loss of Mains Protection Settings, Phase I
"  University  of  Strathclyde,  Glasgow 2013.
[6] N.  Jenkins,  R.  Allan,  P.  Crossley,  D. Kirschen,  and  G.  Strbac, Embedded Generation vol.  31.  London:  The Institution of Engineering
and
Technology, 2008.
[7] W. Freitas, X. Wilsun, C. M. Affonso, and H. Zhenyu, "Comparative analysis between ROCOF and vector surge relays for  distributed  generation  applications," IEEE  Transactions  on  Power  Delivery, vol. 20, pp. 1315-1324, 2005.
[8] P. Mahat, Z. Chen, and B. Bak-Jensen, "A hybrid islanding detection technique using average  rate  of  voltage  change  and  real power  shift," IEEE  Transactions  on Power  Delivery, vol.  24,  pp.  764-771, 2009.
[9] S. P. Chowdhury, S. Chowdhury, T. Chui Fen,  and  P.  A.  Crossley,  "Islanding protection  of  distribution  systems  with distributed generators - A comprehensive survey report," in 2008 IEEE Power and Energy  Society  General  Meeting  - Conversion  and  Delivery  of  Electrical
Energy  in  the  21st  Century ,  Pittsburgh, 2008, pp. 1-8. [10]  Adrianti and N.
Mukhlisiah, "Rekonfigurasi  Relai  Proteksi  Setelah
Penambahan  Pembangkit  Tersebar  pada
Jaringan  Distribusi," Jurnal  Nasional Teknik Elektro, vol. 6, Juli 2017.
[11]  D. A. Sari, "Peramalan Kebutuhan Beban Jangka  Pendek  Menggunakan  Jaringan Syaraf  Tiruan  Backpropagation,"  S1, Teknik  Elektro,  Universitas  Diponegoro,
Semarang, 2006.

## Biodata Penulis
Adrianti , menyelesaikan pendidikan S1 dan S2 di  Universitas  Sriwijaya  dan  Institut Teknologi  Bandung.  S3  diselesaikannya tahun  2015  di  University  of  Strathclyde, Glasgow, Inggris. Saat ini bekerja sebagai dosen di jurusan Teknik Elektro, Universitas Andalas. Minat penelitiannya adalah  proteksi  sistem  tenaga,  keandalan sistem  tenaga,  pembangkit  tersebar  dan analisa gangguan.