Kata Pengantar
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya kepada kami sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini. Terima kasih kami ucapkan kepada pihak-pihak yang telah membantu kami dalam penulisan dan penyusunan makalah ini, khususnya kepada : 1. Allah SWT yang telah memberikan kami rahmat, nikmat, serta hidayaNya, sehingga kami bisa menyelesaikan tugas ini dengan baik 2. Ainur Rofiq Nansur, ST. MT. selaku dosen mata kuliah bahan dan piranti kami, yang telah memberi banyak bimbingan serta masukan kepada kami. 3. Orang tua kami, yang telah memberikan dorongan dan semangat kepada kami untuk menyelesaikan makalah ini. 4. Serta semua rekan yang ikhlas memberikan bantuan kepada kami dalam penyusunan makalah ini. Dalam penulisan makalah ini, kami menyadari akan banyaknya ketidaksempurnaan dalam penyusunan dan penulisan isi materi pembahasan kali ini. Oleh karena itu, kritik kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan untuk dapat dijadikan pelajaran dan perbaikan bagi diri kami. Demikian yang dapat kami sampaikan.Semoga bantuan dan kebaikan para rekan sekalian dapat diterima oleh Allah SWT dan mendapat balasan yang sesuai dengan amal kebaikannya.Akhir kata, kami berharap semoga penulisan makalah ini dapat memberikan manfaat dan dapat dijadikan tambahan pengetahuan bagi semua pembaca. Amien.
Surabaya, 10 Oktober 2013
Penulis
1|D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
Daftar Isi
Kata pengan p engantar tar ······························ ····························································· ······························································· ································ 1 Daftar isi ······························· ······························································· ································································ ····································· ····· 2 Bab 1. Pendahuluan ······················································································· 3 1.1.Latar belakang ·················································································· 3 1.2. Tujuan ··························································································· 3 Bab 2. Pembahasan ································ ································································ ······················································ ······················ 4 2.1. Rele proteksi ···················································································· 4 2.2. Rele diferensial diferen sial ································ ································································ ················································· ················· 6 2.3. Prinsip kerja rele diferensial ································································· 7 2.4. Karakteristik rele diferensial ································································ 12 Bab 3. Penutup ································································································ 14 3.1. Kesimpulan ···················································································· 14 Daftar pustaka………………………………… Daftar pustaka………………………………………………………............................................ …………………….............................................15 .15
2|D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG Rele diferensial merupakan jenis dari rele proteksi. Rele proteksi yaitu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu sua tu peralatan p eralatan listrik dari akibat gangguan, gan gguan, atau dengan kata lain yaitu untuk:
Menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat gangguan.
Membatasi daerah yang terganggu sekecil mungkin.
Memberikan pelayanan penyaluran tenaga listrik dengan mutu dan keandalan yang tinggi. Banyak fungsi dan penggunaan rele diferensial yang belum banyak kita mengerti yang
antara lain terdapat pada trafo daya dan hampir di seluruh proteksi sistem tenaga seperti generator, motor, busbar, jalur transmisi, kapasitor, reaktor maupun kombinasi diantaranya. Banyak sebagian dari teman-teman kita belum mengetahui secara detail apa itu rele diferensial, apa fungsinya, bagaimana cara kerjanya, bagaimana karakteristiknya, dsb. Maka darisitulah saya membuat makalah ini agar semua teman-teman kita serta orang-orang yang belum tahu bisa mudah mengerti dan memahami tentang rele diferensial .
1.2
3|D
TUJUAN
Memahamkan siswa tentang rele proteksi.
Memahamkan siswa tentang rele diferensial.
Memahamkan siswa tentang prinsip kerja rele diferensial.
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
BAB 2 PEMBAHASAN
2.1
RELE PROTEKSI Rele proteksi yaitu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu
peralatan listrik dari akibat gangguan, atau dengan kata lain yaitu untuk:
Menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat gangguan.
Membatasi daerah yang terganggu sekecil mungkin.
Memberikan pelayanan penyaluran tenaga listrik dengan mutu dan keandalan yang tinggi. Jenis-jenis rele proteksi :
4|D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
5|D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
2.2
RELE DIFERENSIAl Rele Diferensial ( Differential Relay) Relay) merupakan salah satu bagian dari sebuah sistem proteksi dan mengambil tempat sebagai sistem proteksi utama. Berdasarkan namanya dapat dibayangkan bahwa rele ini bekerja berdasarkan adanya suatu perbedaan (different ). ). Secara sederhana rele diferensial bekerja dengan membandingkan dua atau lebih masukan arus (dalam hal ini bukan hanya besarannya saja, tetapi termasuk juga sudutnya). Arus yang dibandingkan adalah arus yang masuk ke dalam dan keluar dari wilayah yang diproteksi oleh rele. Jika perbedaannya bernilai nol, maka diasumsikan tidak ada gangguan internal. Begitupun sebaliknya jika perbedaannya tidak bernilai nol maka terdapat sebuah gangguan internal. Ilustrasi pada Gambar 1 dapat secara sederhana menggambarkan sebuah rele differensial dalam mengamankan sebuah trafo daya.
Penggunaan rele diferensial tidak hanya terbatas pada trafo daya saja, tetapi dapat diaplikasikan di hampir seluruh proteksi sistem tenaga seperti generator, motor, busbar, jalur transmisi, kapasitor, reaktor maupun kombinasi diantaranya. Namun, tulisan ini lebih menjurus kepada rele diferensial pada proteksi trafo tenaga. Fungsi dari rele diferensial pada sebuah trafo adalah sebagai pengaman utama terhadap gangguan hubung singkat baik antara kumparan trafo maupun antara kumparan dengan main tank . Karena berada sistem proteksi utama, maka rele ini bekerja secara instan. Pada operasi normal sebuah rele diferansial hanya akan melihat gangguan di dalam wilayah kerjanya dan tidak berpengaruh apabila terdapat gangguan dari luar. Hal ini dikarenakan vektor arus ketika terjadi gangguan eksternal tidak mengalami perubahan beda fasa, yaitu sebesar 180 derajat yang berarti dalam perhitungan fasor akan saling meniadakan.
6|D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
2.3
PRINSIP KERJA RELE DIFERENSIAL Proteksi relai diferensial bekerja dengan prinsip keseimbangan arus (current balance).
Prinsip ini berdasarkan hukum kirchhoff yaitu membandingkan jumlah arus masuk ke primer (Ip) sama dengan jumlah arus yang keluar kelu ar dari sekunder (IS). (Kadarisman,No Year: 8-20). Dimana: Id = Arus Diferensial (A) Ip = Arus Sisi Masuk (A) Is = Arus Sisi Keluar (A) Gambar 2. menunjukkan relai diferensial dalam keadaan arus normal, dimana Ip dan Is sama besar dan berlawanan arah
I d = I p + I s = 0 Ampe Ampere I dif = I P + IS = 0 Ampere Ampere
Maka tidak ada tegangan yang melintasi coil relay dan tidak ada arus yang mengalir pada relai tersebut, sehingga relai diferensial tidak bekerja. (Jlewis, Blackburn, Blackburn, 2004: 10).
7|D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
Gangguan Diluar Daerah yang Dilindungi
Pada gangguan diluar (eksternal) daerah proteksi relai diferensial (diluar kedua trafo arus), relai diferensial tidak akan bekerja, karena I p dan I s sama besar dan berlawanan arah ( Id Id = Ip + Is = 0 Ampere, Ampere, Idif = I P + I S = 0 Ampere), Ampere), seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3. berikut. (J lewis, 2003:10).
8|D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
Gangguan Didalam Daerah yang Dilindungi
Untuk gangguan didalam (internal) daerah proteksi relai diferensial (diantara kedua trafo arus), I arus), I p dan I dan I s searah. 0 Ampere Id = Ip + Is > 0 Ampere + I S > 0 Ampere 0 Ampere Idif = I P + I Karena arus akan menuju titik gangguan, sehingga relai diferensial akan bekerja, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
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 aka n ada arus yang mengalir melalui kumparan kerja (operating coil) relay pengaman , tetapi setiap gangguan
9|D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
(antar fasa atau ke tanah) yang mengakibatkan sistem keseimbangan terganggu, akan menyebabkan arus mengalir melalui Operating Coil relay pen gaman, maka relai pengaman akan bekerja dan memberikan perintah putus (tripping) kepada circuit breaker (CB) sehingga peralatan atau instalasi listrik yang terganggu dapat diisolir dari sistem tenaga listrik. Seperti gambar dibawah ini :
Dalam kondisi normal maupun dalam kondisi gangguan eksternal nilai Ir (umumnya juga di sebut Ioperasi atau Iops) adalah nol. Namun, pada kenyataanya kondisi ini jarang dan bahkan mungkin sangat sulit untuk dicapai. Hal ini dapat disebabkan oleh rugi-rugi (losses (losses)) dalam wilayah yang diproteksi atau adanya perbedaan dari dua buah CT yang menjadi acuan pembacaan arusnya. Pada proteksi trafo daya ketidakseimbangan arus ini dapat disebabkan oleh beberapa hal, yaitu : 1. Pengaruh kejenuhan dari CT dan ACT Kejenuhan dari sebuah CT maupun dari ACT dapat mengakibatkan pembacaan arus oleh rele menjadi kacau. 2. Pengaruh tap ACT, ACT atau Auxilary Current Transformer merupakan sebuah perangkat yang dibutuhkan untuk menyamakan arus sisi sekunder dari dua CT apabila memilki nilai rasio yang tidak sama. Umumnya tap ACT telah ditentukan oleh pabrik dan bersifat tidak dapat dirubah nilainya.
10 | D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
Sehingga ada kemunkinan nilai tap ACT mempunyai harga yang kurang sesuai kenyataan pembebanan. 3. Pengaruh dari tap changer Kehadiran OLTC (On Load Tap Changer) pada sebuah trafo daya dapat menciptakan peluang perbandingan transformasi yang berubah-ubah dalam keadaan operasi. Sedangkan posisi tap dari ACT akan selalu tetap yang menyebabkan munculnya arus sirkulasi pada rele diferensial. 4. Pengaruh dari proses pemasukan trafo daya ke jaringan Ketika sebuah trafo daya dimasukkan ke jaringan, maka akan menimbulkan arus awal eksitasi (inrush current) yang nilainya sangat besar dan mengalir pada salah satu sisi di mana trafo di masukkan.
11 | D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
2.4 KARAKTERISTIK RELE DIFERENSIAL Karakteristik diferensial dibuat sejalan dengan Unbalances current (Iμ), untuk menghindari terjadinya kesalahan kerja. Kesalahan kerja disebabkan karena CT ratio mismatch, adanya pergeseran fasa akibat belitan transformator tenaga terhubung (Y) – (Δ).
Perubahan tap tegangan (perubahan posisi tap changer ) pada transformator tenaga oleh On Load Tap Changer (OLTC) yang menyebabkan CT mismatch juga ikut berubah. Kesalahan akurasi CT, Perbedaan kesalahan CT di daerah jenuh (Saturasi CT), dan Inrush dan Inrush current pada saat transformator energize energize menimbulkan unbalances current (Iμ) yang bersifat transient. Untuk mengatasi masalah unbalance current (Iμ) pada relai diferensial caranya dengan menambahkan kumparan yang menahan bekerjanya relai di daerah Iμ. Kumparan ini di sebut Restraining Coil , sedangkan kumparan yang mengerjakan relai tersebut di sebut Operating Coil Operating Coil . Arus diferensial didapat dari menjumlahkan komponen arus sekunder perfasa di belitan 1 (|1 I (|1 I
I |) secara vector perfasa.
Jika arus berlawanan dalam arti yang satu menuju relai dan yang lainnya meninggalkan relai, maka akan saling mengurangi dan sebaliknya jika arus searah berarti yang kedua-duanya menuju atau meninggalkan relai, maka akan saling menjumlahkan. Arus penahan (restrain (restrain)) didapat dari arus maksimal komponen arus sekunder I
12 | D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
I |)
Slope didapat dengan membagi antara komponen arus diferensialdengan arus penahan. Slope 1 akan menentukan arus diferensial dan arus penahan pada saat kondisi normal dan memastikan sensitifitas relai pada saat gangguan internal dengan arus gangguan yang kecil. Sedangkan Slope 2 berguna supaya relai tidak kerja oleh gangguan eksternal yang berarus sangat besar sehingga salah satu CT mengalami men galami saturasi (diset dengan de ngan slope lebih dari 50%).
Pada Gambar 6. halaman berikut merupakan karakteristik relai diferensial. Daerah di atas kurva adalah daerah kerja relai diferensial, sedangkan pada daerah di bawah kurva, relai tidak akan bekerja. (Anderson Anvenue, 2001:214-300)
13 | D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
BAB 3 PENUTUP
3.1. KESIMPULAN Rele proteksi yaitu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu peralatan listrik dari akibat gangguan, atau dengan kata lain yaitu untuk:
Menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat gangguan.
Membatasi daerah yang terganggu sekecil mungkin.
Memberikan pelayanan penyaluran tenaga listrik dengan mutu dan keandalan yang tinggi Rele Diferensial ( Differential Differential Relay) Relay ) merupakan salah satu bagian dari sebuah system proteksi dan mengambil tempat sebagai sistem proteksi utama. Berdasarkan namanya dapat dibayangkan bahwa rele ini bekerja berdasarkan adanya suatu perbedaan (different (different ). ). Secara sederhana rele diferensial bekerja dengan membandingkan dua atau lebih masukan arus (dalam hal ini bukan hanya besarannya saja, tetapi termasuk juga sudutnya). Arus yang dibandingkan adalah arus yang masuk ke dalam dan keluar dari wilayah yang diproteksi oleh rele. Jika perbedaannya bernilai nol, maka diasumsikan tidak ada gangguan internal. Begitupun sebaliknya jika perbedaannya tidak bernilai nol maka terdapat sebuah gangguan internal.
14 | D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
DAFTAR PUSTAKA Anderson Anvenue, Markham, Ontario “Transformer “Transformer Management Relay Instruction Manual ” GE Power Management. Canada . 2001. Anderson Anvenue, Markham, Ontario “ T60 Transformer Management Relay UR Series Instruction Manual ” GE Power Management. Canada . 2003. J lewis, Blackburn “ Protective Relaying Principles And Applications”second Applications”second edition. edition. 2004 Kadarisman, Pribadi,“ Diktat Pribadi,“ Diktat Kuliah Sistem Proteksi “. Sukmawidjaja, Maula. 1995. Edisi ke-2. ke-2. “Teori Soal Dan Penyelesaian Analisa Analisa Sistem Tenaga Listrik II”. Jakarta: Jurusan Teknik Elektro, Universitas Trisakti. PT PLN (Persero) (2009), Buku (2009), Buku Petunjuk Batasan Operasi dan Pemeliharaan Penyaluran Tenaga Listrik Transformator Tenaga. Tenaga. Jakarta PT PLN (Persero) P3B dan PT PLN (Persero) UDIKLAT SEMARANG, BUKU SEMARANG, BUKU TEORI Pelatihan O&M Relai Proteksi Relai Proteksi Gardu Induk .
Refrensi :
http://kuli-listrik.blogspot.com/2011/08/rele-diferensial-pada-trafo-tenaga.html
15 | D
I F F E R E N T I A L
R E L A Y
