DASAR-TEORI-RELE

Laboratorium Simulasi Sistem Tenaga Listrik.B 103

DASAR TEORI SISTEM PROTEKSI DASAR-DASAR PENGAMAN SISTEM TENAGA LISTRIK a. Pengertian Pengaman Sistem pengaman tenaga listrik merupakan sistem pengaman pada peral peralata atanpe nperal ralata atan n yang yang terpas terpasang ang pada pada sistem sistem tenaga tenaga listri listrik, k, sepert sepertii generator, busbar, transformator, saluran udara tegangan tinggi, saluran kabel kabel bawah bawah tanah, tanah, dan lain lain sebaga sebagainy inyaa terhad terhadap ap kondis kondisii abnorm abnormal al operasi sistem tenaga listrik tersebut. Fungsi Pengaman Kegunaan sistem pengaman tenaga listrik, antara lain untuk : 1) Menc Menceg egah ah keru kerusa saka kan n pera perala lata tan-p n-per eral alat atan an pada pada sist sistem em tena tenaga ga listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal. 2) Mengur Mengurang angii kerusak kerusakan an perala peralatan tan-pe -peral ralata atan n pada siste sistem m tenaga tenaga listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal. 3) Memp Memper erse semp mpit it daer daerah ah yang yang terg tergan angg ggu u sehi sehing ngga ga gang ganggu guan an tidak melebar pada sistem yang lebih luas. 4) Memb Member erik ikan an pela pelaya yana nan n tena tenaga ga list listri rik k deng dengan an kean keanda dala lan n dan dan mutu tinggi kepada konsumen. 5) Meng Mengam aman anka kan n manu manusi siaa dari dari baha bahaya ya yang yang diti ditimb mbul ulka kan n oleh oleh tenaga listrik. Daerah Pengamanan Di dalam pengaman sistem tenaga listrik, seluruh komponen har harus diam diamaanka nkan deng dengaan teta tetap p mene meneka kank nkaan sele selekt ktiv ivit itaas kerj kerjaa peralatan/relay pengaman. Untuk mencapai hal ini, sistem tenaga listrik dibagi menjadi daerah-daerah (zona) pengaman seperti terlihat pada Gambar 2.6 berikut ini :

Semester Genap 2009-2010

91


Gambar 1. Daerah Pengamanan Pada Sistem Tenaga Listrik

Keterangan : 1 = Zone Generator 2 = Zone Transformator Step-Up 3 = Zone Busbar

4 = Zone Transmisi 5 = Zone Transformator Step-Down 6 = Zone Beban

Setiap daerah pengamanan pada umumnya terdiri atas satu atau lebi lebih h elem elemen en sist sistem em tena tenaga ga list listri rik. k. Misa Misaln lnya ya gene genera rato tor, r, busb busbar ar,, transformator, transmisi, dan lainlain. Agar seluruh sistem tenaga listrik dapa dapatt diam diaman anka kan, n, maka maka haru haruss ada ada daer daerah ah yang yang tump tumpan angg-ti tind ndih ih (overlap). Artinya ada elemen sistem yang diamankan oleh dua daerah penga pengaman manan. an. Setiap Setiap daerah daerah pengam pengaman an dijaga dijaga oleh oleh relay relay yang yang sesuai sesuai dengan karakteristik peralatan yang diamankan. Pada umumnya yang menjadi batas pengamanan antar daerah pengamanan ialah trafo arus yang mencatu ke relay. Persyaratan Relay Pengaman Pada sistem tenaga listrik, relay memegang peran yang sangat vital. Pengaman berkualitas yang baik memerlukan relay pengaman yang baik juga. Untuk itu ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhi oleh relay pengaman, seperti tersebut berikut ini : 1. Keterandalan ( Reliability) Pada kondisi normal (tidak (tidak ada gangguan) gangguan) relay tidak bekerja. Jika Jika terj terjad adii gang ganggu guan an maka maka rela relay y tida tidak k bole boleh h gaga gagall beke bekerj rjaa dala dalam m mengatasi gangguan. Kegagalan kerja relay dapat mengakibatkan alat yang diamankan rusak berat atau gangguannya meluas sehingga daerah yang yang mengal mengalami ami pemada pemadaman man semaki semakin n luas. luas. Relay Relay tidak tidak boleh boleh salah salah kerja, artinya relay yang seharusnya tidak bekerja, tetapi bekerja. Hal ini menimb menimbulk ulkan an pemada pemadaman man yang yang tidak tidak seharu seharusny snyaa dan menyul menyulitk itkan an analisa gangguan yang terjadi. Keandalan relay pengaman ditentukan dari rancangan, pengerjaan, beban yang digunakan, dan perawatannya. 2. Selektivitas (Selectivity) Sele Selekt ktiv iviitas tas bera berart rtii rela relay y harus arus memp mempun unya yaii daya aya beda beda (discrimination), sehingga mampu dengan tepat memilih bagian yang terkena gangguan. Kemudian relay bertugas mengamankan peralatan. Relay Relay mendet mendeteks eksii adanya adanya ganggu gangguan an dan member memberika ikan n perint perintah ah untuk untuk membuk membukaa pemutu pemutuss tenaga tenaga dan memisa memisahka hkan n bagian bagian yang yang tergan terganggu ggu.. Bagi Bagian an yang yang tida tidak k terg tergan angg ggu u jang jangan an samp sampai ai dile dilepa pass dan dan masi masih h Semester Genap 2009-2010

92


beroperasi secara normal, sehingga tidak terjadi pemutusan pelayanan. Jika terjadi pemutusan hanya terbatas pada daerah yang terganggu. 3. Sensitivitas ( Sensitivity) Relay harus mempunyai kepekaan yang tinggi terhadap besaran minimal (kritis) sebagaimana direncanakan. Relay harus dapat bekerja pada pada awalny awalnyaa terjad terjadiny inyaa ganggu gangguan. an. Oleh Oleh karena karena itu, itu, ganggu gangguan an lebih lebih mudah diatasi pada awal kejadian. Hal ini memberi keuntungan dimana keru kerusa saka kan n pera perala lata tan n yang yang haru haruss diam diaman anka kan n menj menjad adii keci kecil. l. Namu Namun n demikian, relay juga harus stabil. 4. Kecepatan Kerja Relay pengaman harus dapat bekerja dengan cepat. Jika ada ganggu gangguan, an, misaln misalnya ya isolas isolasii bocor bocor akibat akibat adanya adanya ganggu gangguan an tegang tegangan an lebih lebih terlal terlalu u lama lama sehing sehingga ga perala peralatan tan listri listrik k yang yang diaman diamankan kan dapat dapat mengal mengalami ami kerusa kerusakan kan.. Namun Namun demiki demikian, an, relay relay tidak tidak boleh boleh bekerj bekerjaa terlalu cepat (kurang dari 10 ms). Disamping itu, waktu kerja relay tidak boleh melampaui waktu penyelesaian kritis ( critical clearing time). Pada sistem yang besar atau luas, kecepatan kerja relay pengaman mutlak diperlukan karena untuk menjaga kestabilan sistem agar tidak terganggu. Hal ini untuk mencegah relay salah kerja karena transient akibat surja petir. 5. Ekonomis Satu Satu hal yang yang harus harus diperh diperhati atikan kan sebaga sebagaii persya persyarat ratan an relay relay pe penga ngaman man ada adalah lah masa masala lah h harg hargaa ata atau biaya iaya.. Rela Relay y tid tidak akan kan diaplikasikan dalam sistem tenaga listrik, jika harganya sangat mahal. Persyarat Persyaratan an reliabilita reliabilitas, s, sensitivita sensitivitas, s, selektivita selektivitass dan kecepatan kecepatan kerja relay hendaknya tidak menyebabkan harga relay tersebut menjadi mahal. 2. Rela Relay y Aru russ Le Lebi bih h (OCR OCR) Relay arus lebih adalah relay yang bekerja terhadap arus lebih, ia akan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya ( I set ). Prinsip kerjanya adalah pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang yang mend mendet etek eksi si besa besara ran n arus arus yang yang mela melalu luii suat suatu u jari jaring ngan an deng dengan an bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting. Macam-macam karakteristik relay arus lebih : a. Relay waktu seketika (Instantaneous relay) Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu Semester Genap 2009-2010

93


beb beber erap apaa mili mili deti detik k (10 (10 – 20 ms). ms). Dapa Dapatt kita kita liha lihatt pada pada gamb gambar ar 2 dibawah ini.

Gambar 2 Karakteristik relay waktu seketika

Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan relay arus lebih dengan karakteristik yang lain. b. Relay arus lebih waktu tertentu (Definite time relay) Rela Relay y ini ini akan akan memb member erik ikan an peri perint ntah ah pada pada PMT PMT pada pada saat saat terj terjaadi gang ganggu guaan hubu hubung ng singk ingkaat dan dan bes besarny arnyaa arus arus gang ganggu guan an melampaui settingnya (Is), dan jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relay diperpanjang dengan waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay, lihat gambar 3. dibawah ini.

Gambar 3 Karakteristik relay waktu definite

c. Relay arus lebih waktu terbalik Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam-macam. Setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya Semester Genap 2009-2010

94


dibe dibeda daka kan n dala dalam m tiga tiga kelo kelomp mpok ok : stan standa darr inve invers rs,, very very inve invers rse, e, extreemely inverse.

Gambar 4 Karakteristik relay waktu Inverse

Pada relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara lain: Pengamanan Pengamanan hubung singkat fasa • Relay mendeteksi arus fasa. Oleh karena itu, disebut pula “Relay fasa fasa”. ”. Kare Karena na pada pada rela relay y ters terseb ebut ut dial dialir irii oleh oleh arus arus fasa fasa,, maka maka settingnya (Is) harus lebih besar dari arus beban maksimum. Ditetapkan Is = 1,2 x In (In = arus nominal peralatan terlemah). Pengamanan Pengamanan hubung tanah • Arus gangguan satu fasa tanah ada kemungkinan lebih kecil dari arus beban, ini disebabkan karena salah satu atau dari kedua hal berikut: Gangguan tanah ini melalui tahanan gangguan yang masih cukup tinggi. tinggi. Pentan Pentanaha ahan n netral netral sistem sistemnya nya melalu melaluii impeda impedansi nsi/ta /tahan hanan an yang yang tinggi tinggi,, atau atau bahkan bahkan tidak tidak ditana ditanahka hkan n Dalam Dalam hal demiki demikian, an, relay pegaman hubung singkat (relay fasa) tidak dapat mendeteksi gangguan tanah tersebut. Supaya relay sensitive terhadap gangguan tersebut dan tidak salah kerja oleh arus beban, maka relay dipasang tidak pada kawat fasa melainkan kawat netral pada sekunder trafo arusny arusnya. a. Dengan Dengan demikia demikian n relay relay ini dialir dialirii oleh oleh arus arus netral netralnya nya,, berdasarkan komponen simetrisnya arus netral adalah jumlah dari arus ketiga fasanya. Arus urutan nol dirangkaian primernya baru dapat mengalir jika terdapat jalan kembali melalui tanah (melalui kawat netral)


95


Gambar 5 Sambungan relay GFR dan 2 OCR 3. Relay Differensial Relay Relay differ differens ensial ial merupa merupakan kan suatu suatu relay relay yang yang prins prinsip ip kerjan kerjanya ya berdasark berdasarkan an kesimbanga kesimbangan n (balance), yang yang memban membandin dingka gkan n arus-a arus-arus rus sekund sekunder er transf transform ormato atorr arus arus (CT) (CT) terpas terpasang ang pada pada termin terminalal-ter termin minal al per peral alat atan an atau atau inst instal alas asii list listri rik k yang yang diam diaman anka kan. n. Peng Penggu guna naan an rela relay y diff differ eren ensi sial al seba sebaga gaii rela relay y peng pengam aman an,, anta antara ra lain lain pada pada gene genera rato tor, r, transformator daya, bus bar, dan saluran transmisi. Relay differensial main prot protec ecti tion on) pada digunakan sebagai pengaman utama ( main tran transf sfor orma mato torr daya daya yang yang berg bergun unaa untu untuk k meng mengam aman anka kan n beli belita tan n transformator bila terjadi suatu gangguan. Relay ini sangat selektif dan sistem kerjanya sangat cepat. Prinsip Kerja Dari Relay Differensial Sebagaimana disebutkan diatas, Relay differensial adalah suatu alat alat prot protek eksi si yang yang sang sangat at cepa cepatt beke bekerj rjan anya ya dan dan sang sangat at sele selekt ktif if berda berdasar sarkan kan keseim keseimban bangan gan (balance) yait yaitu u perb perban andi ding ngan an arus arus yang yang mengalir pada kedua sisi trafo daya melalui suatu perantara yaitu trafo arus (CT). Dalam kondisi normal, arus mengalir melalui peralatan listrik yang diamankan (generator, transformator dan lain-lainnya). Arus-arus sekunder transformator arus, yaitu I1 dan I2 bersikulasi melalui jalur IA. Jika relay pengaman dipasang antara terminal 1 dan 2, maka dalam kondisi normal tidak akan ada arus yang mengalir melaluinya. Dapat dilihat pada gambar 6 dibawah ini :


96


Gambar 6 Pengawatan dasar relay differensial Jika Jika terjad terjadii ganggu gangguan an diluar diluar perala peralatan tan listri listrik k perala peralatan tan listri listrik k yang yang diamankan (external fault ), ), maka arus yang mengalir akan bertambah besar, akan tetapi sirkulasinya akan tetap sama dengan pada kondisi normal, sehingga relay pengaman tidak akan bekerja untuk gangguan luar tersebut. Jika gangguan terjadi didalam (internal fault ), ), maka arah sirkulasi arus disalah satu sisi akan terbalik, menyebabkan keseimbangan pada kondisi normal terganggu, akibatnya arus ID akan mengalir melalui relay pengaman dari terminal 1 menuju ke terminal 2. Selama arus-arus sekunder transformator arus sama besar, maka tidak akan ada arus yang mengalir melalui kumparan kerja ( operating coil ) relay pengaman, tetapi setiap gangguan (antar fasa atau ke tanah) yang mengakibatkan sistem keseimbangan terganggu, akan menyebabkan arus mengalir melalui Operating Coil relay pengaman, maka maka relai relai pengam pengaman an akan akan bekerj bekerjaa dan member memberika ikan n perinta perintah h putus putus circuit breaker (CB) sehingga peralatan atau instalasi (tripping ) kepada circuit breaker listrik yang terganggu dapat diisolir dari sistem tenaga listrik. Seperti gambar 7 dibawah ini :

Gambar 7 Sistem Pengamanan Relay Differensial Semester Genap 2009-2010

97


Karakteristik operasi dari relay yang demikian diberikan pada gambar 8 dibawah ini :

Gambar 8 Karakteristik Operasi Dari Sebuah Relay Differensial

Didalam relay ini kumparan kerjanya dihubungkan dengan titik tengah tengah kumparan kumparan penahan penahan (peredam), (peredam), total jumlah jumlah impedansi impedansi belitan didalam kumparan peredam sama dengan jumlah ampere belitan yang ada pada kedua ½ bagian kumparan yaitu , yang memberikan rata-rata arus peredam sebesar

didalam belitan N.

Untu Untuk k gang ganggu guan an luar luar I1 dan dan I2 sema semaki kin n besa besarr dan dan kare karenan nanya ya kope kopell peredam bertambah besar yang bisa mencegah kesalahan operasi. Ratio arus perendaman rata-rata dari arus operasi differensial persentasenya bisa ditetapkan, maka relay tersebut dinamakan relay differensial dengan perse persenta ntase. se. Relay Relay terseb tersebut ut juga juga disebu disebutt relay relay differ differens ensial ial bias, bias, sebab sebab relay ini dilengkapi dengan flux tambahan. Persentase relay differensial bia biass memi memili liki ki kara karakt kter eris isti tik k pick pick-u -up p yang yang sema semaki kin n ting tinggi gi.. Kare Karena na besarnya arus yang lewat semakin bertambah,


98

DASAR-TEORI-RELE

Recommend Documents