Jurnal Ampere licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License

## Pengaruh Pengaturan Rele Jarak Terhadap Proteksi Utama pada Penghantar SUTET 500kV
Moh. Wahyu Aminullah 1 , Dyah Utari Yusa Wardhani 2*
1Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Tridinanti, Indonesia 2Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Politeknik Negeri Sriwijaya, Indonesia
*e-mail: 1 m.wahyuaminullah@gmail.com , 2 dyah.utari.yusa@polsri.ac.id

## ABSTRAK
SUTET  500  kV  Muara  Enim  merupakan  Saluran  Udara  Tegangan  Ekstra  Tinggi  menuju  Gardu  Induk Tegangan  Ekstra  Tinggi  500  kV  New  Aur  Duri.  Saluran  transmisi  ini  berkapasitas  2  x  500  MVA. Pemasangan  Distance  Relay  pada  GITET  500  kV  Muara  Enim  berperan  penting  sebagai  proteksi  pada pengoperasian tersebut. Tujuan Penelitian ini adalah melakukan perhitungan nilai setting Distance Relay yang  sangat  diperlukan  dalam  pengoperasian  untuk  meminimalisir  penghantar  yang  mengalami kegagalan  sistem  proteksi.  Data  perhitungan  pengaturan  Rele  jarak  meliputi  saluran  penghantar, perbandingan Trafo arus dan Trafo daya. Kapasitas daya 500 MVA terpasang pada Transformator. Hasil perhitungan  menunjukkan  pada  Saluran  UdaraTegangan  Ekstra  Tinggi  500  kV  dengan  panjang  saluran 271,37  km  dari  Muara  Enim  ke  New  Aur  Duri  memiliki  arus  hubung  singkat  terbesar    7.375  A  yang merupakan  arus  hubung  singkat  satu  fasa  ke  tanah.  Setelah  arus  trafo  diturunkan  menghasilkan  Setting distance relay sebesar 1,8 A
Kata kunci: Pengaturan Rele, Rele Jarak, Saluran Transmisi, Arus Hubung Singkat, Proteksi

## Effect of Distance Relay Settings on Main Protection on 500kV SUTET Conductors

## ABSTRACT
SUTET 500 kV Muara Enim is an Extra High Voltage Air Line to the New Aur Duri 500 kV Extra High Voltage Substation. This transmission line has a capacity of 2 x 500 MVA. Installation of Distance Relay on  GITET  500  kV  Muara  Enim  plays  an  important  role  as  protection  in  this  operation. The  purpose of this study is to calculate the value of the Distance Relay setting which is very necessary in operation to minimize  conductors  that  experience  failure  of  the  protection  system.  The  calculation  data  for  the distance relay setting includes the delivery line, the comparison of the current transformer and the power transformer. 500 MVA power capacity installed in Transformer. The calculation results show that the 500 kV Extra High Voltage Air Line with a line length of 271.37 km from Muara Enim to New Aur Duri has the largest short-circuit current of 7.375 A which is a single-phase short-circuit current to ground. After the transformer current is lowered, it produces a distance relay setting of 1.8 A.
Keywords: Relay Setting, Distance Relay, Transmission line, Short circuit current, Protection
Correspondence  author  :  Dyah  Utari  Yusa  Wardhani,  Program  Studi  Teknik  Elektro, Fakultas Teknik, Politeknik Negeri Sriwijaya, Indonesia.
E-Mail: dyah.utari.yusa@polsri.ac.id
Jurnal Ampere licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License

## I. PENDAHULUAN
Sistem transmisi merupakan sistem penyaluran energi listrik dari satu tempat menuju tempat lain,  misalnya  dari  stasiun  pembangkit  menuju  gardu  induk.  Rele  jarak  ( distance  relay ) berfungsi  sebagai  pengaman  pada  saluran  transmisi.  Hal  ini  karena  kemampuannya  yang mempermudah  mencari  titik  ketika  ada  gangguan[1].  Pembangunan  SUTET  500  kV  Muara Enim yang berlokasi di Desa Pagar Dewa, Muara Enim dan GITET 500 kV New Aur Duri yang berlokasikan di Desa Bertam, Muaro Jambi untuk menunjang suplai listrik di Sumatera Selatan. Panjang lintasan Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi 500 kV menuju Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi  500 kV New Aur Duri  sekitar lebih kurang 271,37 km.
Rele  Jarak  merupakan  sebagai  proteksi  pada  penghantar.  Perhitungan  nilai setting  Relay Distance diperlukan pada pengoperasiannya sehingga dapat meminimalisir  kegagalan proteksi [2].  Tujuan  Penelitian  ini  adalah  mengetahui  pengaruh  pengaturan  rele  jarak  dan  melakukan perhitungan nilai setting Relay Distance yang sangat diperlukan dalam pengoperasian sehingga dapat meminimalisir kegagalan proteksi pada penghantar.

## Sistem Proteksi Rele Jarak
Rele  jarak  merupakan  perangkat  pengaman  saluran  transmisi  yang  praktis  lebih  baik dibandingkan dengan rele arus lebih. Hal ini dikarenakan rele jarak tidak terpengaruh oleh besar arus gangguan, perubahan sumber daya, dan konfigurasi jaringan. Keunggulan system proteksi rele jarak meliputi system proteksi non unit yang murah dan dapat diandalkan [3]. Kinerja  rele  jarak  dapat  diukur  dari  tingkat  akurasi  capaian  dan  waktu  kerja  rele.  Akurasi capaian  merupakan  perbandingan  nilai  aktual  capaian  dalam  ohm  dengan  nilai  setelan impedansi rele yang dinyatakan dalam ohm.

## Trafo Arus
Trafo  Arus  merupakan  peralatan  yang  digunakan  untuk  pengukuran  besaran  arus  pada instalasi  tenaga  listrik  pada  sisi  primer  (Tegangan  Ekstra  Tinggi,  Tegangan  Tinggi  dan Tegangan  Menengah)  berskala  besar  dengan  melakukan  transformasi  dari  besaran  arus  yang besar menjadi besaran arus yang kecil.[4].

## Trafo Tegangan
Sistem proteksi Ekstra High Voltage pada Trafo tegangan menggunakan jenis kapasitif trafo tegangan  yang  memiliki  inti  dan  kapasitas  sesuai  dengan  kebutuhan  sistem  proteksi. Penerapannya dipasang pada setiap bay penghantar sehingga dapat menjaga kehandalan sistem proteksi[5].

## Rele Jarak
Rele jarak merupakan rele impedansi. Prinsip dasar pengukuran proteksi jarak adalah dengan membandingkan  hasil  pengukuran  tegangan  dan  arus  yang  mengalir  pada  saluran  tersebut. Pengoperasian  rele  ini  tergantung  pada  besarnya  arus  atau  daya  dalam  rangkaian  terproteksi. Relai jarak pada dasarnya adalah ohmmeter dan beroperasi setiap kali impedansi zona lindung turun di bawah nilai yang telah ditentukan sebelumnya[6].
System  impedence  ratio (SIR)  merupakan  perbandingan  antara  impedansi  sumber  dibelakang titik rele dengan impedansi saluran yang diproteksi.
SIR = Z S /Z L (1)
Jurnal Ampere licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License

## Zona Proteksi
Pendekatan  adaptif  untuk  pengaturan  zona  ketiga  rele  jarak.  Metode  ini  menggunakan pendekatan dekomposisi mode variasi untuk menguraikan sinyal arus akhir lokal menjadi mode yang  berbeda.  Sinyal  yang  diekstraksi  dari  mode  ketiga  digunakan  untuk  menghitung  indeks energi. Impedansi semu dan indeks energi digunakan untuk mendeteksi gangguan simetris dan asimetris di zona ketiga rele jarak[7].
Proteksi  jarak  dalam  jaringan  transmisi  rentan  terhadap  malfungsi  selama  power  swing. Relai jarak memiliki fungsi Pemblokiran Ayunan Daya yang mencegah relai beroperasi selama ayunan  daya.  Namun,  selama  ayunan  daya,  relai  akan  dapat  mengidentifikasi  dan  menghapus kesalahan  apapun[8].  Algoritma  optimasi  yang  disebut  algoritma  siklus  air  tingkat  penguapan yang  dimodifikasi  diusulkan    untuk  menemukan  solusi  optimal  untuk  masalah  koordinasi  rele arus lebih terarah [9].
Sistem  pengujian  saluran  transmisi  overhead  400  kV  disimulasikan  dalam  Paket MATLAB/SIMULINK  dan  pemodelan  numerik  diimplementasikan  dalam  MATLAB  untuk mengevaluasi  efektivitas  algoritma  yang  diusulkan.  Teknik  yang  diusulkan  diuji  di  bawah beberapa kondisi stres yang mungkin menghadapi relai jarak konvensional[10].
Metode pengaturan yang ditingkatkan dari IED pelindung jarak untuk saluran transmisi seri- kompensasi.  Metode  pengaturan  konvensional  ditingkatkan  melalui  studi  kesalahan  yang komprehensif menggunakan perangkat lunak PSS/E. Dibandingkan dengan relai komersial yang menggunakan  kombinasi  elemen  arus  lebih  arah  fase  dan  elemen  tegangan  dengan  fungsi proteksi  jaraknya  sendiri  untuk  perlindungan  saluran  kompensasi  seri  sehingga  metode pengaturan  yang  diusulkan  dapat  melindungi  saluran  kompensasi  seri  secara  efektif  dan sederhana[11].
Tegangan pada rangkaian impedansi tertutup merupakan tegangan open circuit pada sistem tenaga  tersebut.  Titik  R  merupakan  lokasi  rele.  I R dan  V R merupakan  arus  dan  tegangan  yang diukur dan dirasakan oleh rele. Z S merupakan impedansi sumber dan Z L merupakan impedansi sesuai dengan posisi mereka terhadap rele.
V R =I R .Z L
(2)
I R (3)
V R = (4)
Prinsip  dasar  proteksi  jarak  berdasarkan  karakteristik  pengukuran  jarak  gangguan  yang  dapat disetel atas lebih dari satu zona proteksi. Misalnya Zona 1 dengan waktu trip sesaat , kemudian proteksi Zona 2, Zona 3, dan seterusnya berturut-turut dengan waktu trip yang lebih lambat.
Zona Proteksi terbagi atas : 1. Penyetelan Zona 1
Zona 1 merupakan daerah proteksi rele jarak yang paling penting dan kritis dibanding zona proteksi  lain.  Akurasi  pengukuran  terhadap  daerah  proteksi  Zona  1  sepanjang  saluran  harus dilakukan  dengan  tingkat  ketelitian  dan  kecepatan  kerja  yang  tinggi.  Cakupan  daerah  proteksi rele  elektromekanikal    maupun  rele  static  dapat  dilakukan  hingga  80%  Panjang  saluran.  Rele jarak  numerik  menggunakan  cakupan  proteksi  yang  dapat  disetel  sampai  85%.  Margin keamanan  dibuat  sebesar  15-20%  sehingga  dapat  memastikan  proteksi  Zona  1  tidak  akan bekerja pada zona capaian lebih saluran yang diproteksi.
Jurnal Ampere licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License
2. Penyetelan Zona 2
Zona 2 meliputi daerah proteksi rele mulai ujung akhir proteksi Zona 1 hingga sisa saluran yang tidak tercakup termasuk sebagian saluran berikutnya. Setelan capaian rele proteksi Zona 2 harus dibuat minimal 120% dari impedansi saluran yang dilindungi.
3. Penyetelan Zona 3
Elemen  proteksi  Zona  3  dapat  disetel  sebagai  proteksi  cadangan  terhadap  kemungkinan kegagalan elemen proteksi pada Zona 1 dan 2. Dalam prakteknya elemen proteksi zona 3 sering disetel  tanpa  elemen  arah  sehingga  cakupan  proteksi  dapat  diperluas  untuk  mengamankan gangguan di belakang rele ( Sebagai cadangan)[12].

## Gambar 1. Zona Proteksi rele jarak
Distance  relay dilengkapi  dengan  teleproteksi  berfungsi  mengirim  dan  menerima  sinyal  dari gardu  induk  yang  satu  ke  gardu  induk  lain  untuk  dapat  memberikan  perintah  trip  seketika [6] . Hal  ini  bertujuan  untuk  bekerja  selektif  dan  instant  pada  daerah  proteksi. Permissive Underreach  Transfer  Trip  Scheme (PUTT)  merupakan  pola  teleproteksi  secara    umum  yang digunakan.

## II. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  dilakukan  pengaturan  rele  jarak  pada  penghantar  SUTET  500kV. Adalapun prosedur pengaturan relejarak dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Prosedur Pengaturan Rele Jarak
Jurnal Ampere licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License
1. Sistem 500 kV Muara Enim menuju New Aur Duri
Pada  setting  rele jarak  ini menggunakan  3  zona  dalam  menghitung  nilai  impedansi saluran dan  jarak  jangkauannya.  Pembagian  zona  meliputi  Rele  jarak  Zona  1,  Rele  jarak  Zona  2,dan Rele jarak Zona 3.
2. Perhitungan Rele Jarak
a. Menentukan  Perbandingan  CT  dan  PT.  Menentukan  impedansi  sisi  sekunder  (Z S ) dengan cara  mengetahui nilai perbandingan antara Trafo Arus  dan Trafo Tegangan.
b. Perhitungan Impedansi urutan positif, negatif,  dan nol
c. Perhitungan nilai Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah
d. Menghitung Setelan Rele Jarak
Rele jarak pada penelitian ini merupakan rele jarak yang berlokasi pada SUTET Muara Enim dengan  bay  penghantar  500  kV  arah  ke  GITET  New  Aur  Duri.  Prinsip  pengukuran  rele  jarak adalah membandingkan  arus gangguan yang dirasakan oleh rele terhadap tegangan dititik atau lokasi rele yang terpasang sehingga impedansi saluran transmisi dari lokasi rele hingga ke titik gangguan dapat diukur.
a. Rele Jarak Zona 1
Rele jarak Zona 1 dapat disetel 80% dari panjang saluran yang diproteksi. Hal ini dilakukan dengan  pertimbangan  margin  keamanan  15-20%  jika  adanya  kesalahan  masih  dalam  batas toleransi. Adapun menghitung impedansi zona 1 menggunakan persamaan sebagai berikut:
Z 1 = 80% x Z AB (5)
Dimana : Z 1 = Zona 1 Z AB = Impedansi saluran yang diproteksi
1) Rele Jarak Zona 2
Rele  jarak  proteksi  Zona  2  disetel  120%  dari  impedansi  saluran  yang  dilindungi.  Cakupan proteksi Zona 2 meliputi sisa saluran transmisi yang tidak dapat diamankan pada Zona 1. Zone 2 harus di setel dengan waktu tunda. Umumnya waktu penundaan pada Zona 2  berkisar antara 0,2 - 0,3 S, tetapi waktu yang lebih lama mugkin diperlukan jika Zona 2 mencapai yang lebih lambat dari perlindungannya. Hal ini bertujuan  menjaga rele tidak trip secara mendadak.
b. Rele Jarak Zona 3
Zona  3  dapat  berfungsi  sebagai  proteksi  cadangan  untuk  transmisi  berikutnya.  Hal  ini dilakukan  pada  penyetelan  zona  3  sehingga  ujung  seluruh  saluran  dapat  tercapai  dan menghindari terjadi overlapping. Jangkauan ini biasanya diatur ke 1,2 kali impedansi line.
3. Arus Hubung Singkat
a. Arus Hubung Singkat 1 fasa ke tanah
b. Arus Gangguan 2 fasa
c. Arus Gangguan 3 fasa
d. Menentukan Letak Gangguan
Jarak Gangguan  = I 𝑚𝑝𝑒𝑑𝑎𝑛𝑠 i 𝑦𝑎𝑛 g 𝑑 i 𝑏𝑎𝑐𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑒 𝑥 𝑃𝑇 /CT 𝑥 𝐿 1
Jurnal Ampere licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License
Z 𝐿 1

## 4. Konversi Nilai Notasi Fasor
Mengacu pada tabel beban hasil perhitungan yang sesuai dengan kebutuhan PLN dan setelah itu akan  ditambahkan  margin  10%  dari  kapasitas  yang  telah  dihitung.  Berdasarkan  hasil perhitungan diatas maka didapatkan kapasitas yang diperlukan untuk baterai 48V DC.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN( TIMES NEW ROMAN 11 PT CAPITAL BOLD)
Adapun  penghantar  yang  digunakan  saluran  transmisi  500  kV  Muara  Enim  menuju  New  Aur Duri  adalah  ACSR/AS  450-A1/SA1A-54/7  dengan  panjang  saluran  sepanjang  271,37  km. Berikut besar impedansi saluran jenis kabel tesebut:
Tabel 1. Data jenis penghantar yang digunakan SUTET Muara Enim – New Aur Duri
Penghantar Transmisi Tipe konduktor Impedansi Saluran (Ω/km) Panjang Saluran (km) SUTET 500kV Muara Enim- GITET 500kV New Aur Duri 4 x ACSR/AS450- A1/SA1A-54/7 0,01803 + j0,2383 271,37 GITET 500kV New Aur Duri- Sumsel 8 2 x ACSR/AS 450- A1/SA1A-54/7 0,0142 + j0,174 243,43

## Tabel 2. Data Trafo
Ratio Rating Tegangan Trafo Arus 4000/1 A 500 kV Trafo Daya 500000/1 A 500 kV Tabel 3. Hasil Perhitungan Setting Relay Distance Per Zona Relay per Zona Z sebenarnya (Ω/km) Z impedansi Sekunder/Z Hasil (Ω) 1 0,01803 + j0,2383 64,85 2 0,01803 + j0,2383 97,28 3 0,0142 + j0,2745 181,42
Jurnal Ampere licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License
Gambar 3. Grafik Impedance Reach – Current Phase – Earth Faults

## IV. KESIMPULAN
Hasil perhitungan menunjukkan arus hubung singkat terbesar pada Saluran Udara Tegangan Ekstra  Tinggi  500  kV  Muara  Enim  menuju  New  Aur  Duri  dengan  panjang  saluran  transmisi sebesar 271,37 km adalah arus hubung singkat satu fasa ke tanah sebesar 7.374,9 A. Selanjutnya untuk  arus hubung singkat dua fasa sebesar 4.382,76 A, dan arus hubung singkat 3 fasa sebesar 4.456,7  A  .  Sedangkan    pengaturan  rele  jarak  menghasilkan  1,8  A  melalui  nilai  arus  hubung singkat  satu  fasa  ke  tanah  setelah  diturunkan  dengan  arus  trafo  maksimum.  Hal  ini menunjukkan bahwa untuk rele yang akan dipasang berkapasitas 5 A.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  H. Samaulah, Dasar-dasar Sistem Proteksi Tenaga Listrik. Palembang: Universitas Sriwijaya, 2004.
[2]  C. C. E. M. Trickey, Protective Relay Aplication Guide Third Edition . England: GEA Measurement, 1987.
[3]  B. Pandjaitan, Praktik-praktik Proteksi Sistem Tenaga Listrik . Yogyakarta: Andi, 2013.
[4]  PT. PLN (Persero) Pusat, Buku Pedoman Pemeliharaan Transformator Arus . Jakarta, 2014.
[5]  PT.  PLN  (Persero)  Pusat, Buku  Pedoman  Proteksi  dan  Kontrol  Penghantar. Jakarta:  Pusat Pendidikan Latihan, 2014.
[6]  V. K. M. and R. Mehta, Principles of Powers System . S. Chand & Company Ltd, 2015.
[7]  K. Venkatanagaraju, M. Biswal, and R. C. Bansal, “Adaptive distance relay algorithm to detect and discriminate third zone faults from system stressed conditions,” Int. J. Electr. Power Energy Syst. , vol. 125, no. June 2020, p. 106497, 2021.
[8]  L. M. A. El-Sayed, D. K. Ibrahim, M. I. Gilany, and A. F. El’Gharably, “Enhancing distance relay performance  using  wide-area  protection  for  detecting  symmetrical/unsymmetrical  faults  during power swings,” Alexandria Eng. J. , vol. 61, no. 9, pp. 6869–6886, 2022.
[9]  A. Korashy, S. Kamel, E. H. Houssein, F. Jurado, and F. A. Hashim, “Development and application of evaporation rate water cycle algorithm for optimal coordination of directional overcurrent relays,” Expert Syst. Appl. , vol. 185, no. July, p. 115538, 2021.
[10]  I.  B.  M.  Taha,  A.  E.  ELGelaby,  E.  S.  Ahmed,  and  H.  A.  Abd  el-Ghany,  “Generalized  voltage estimation of TCSC-compensated transmission lines for adaptive distance protection,” Int. J. Electr. Power Energy Syst. , vol. 130, no. February, p. 107018, 2021.
Jurnal Ampere licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License
[11]  W. S. Seo, M. S. Kim, S. H. Kang, J. S. Yoon, and C. H. Hwang, “An improved setting method of the  distance  protective  IEDs  for  series-compensated  transmission  lines  based  on  a  case  study approach,” Electr. Power Syst. Res. , vol. 188, no. October 2019, p. 106554, 2020.
[12]  SPLN T5 002 - 2, Pola Proteksi Saluran Transmisi 275 & 500 kV . Jakarta.