makalah

MAKALAH PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK
“ Pengggunaan Over Current Relay Dalam System Tenaga Listrik “
OLEH :
NAMA
: TEMI TIMOTIUS D. NGEDI
NIM
: 1301132039
SEMESTER
: VII ( TUJUH)
PRODI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
DEPARTEMEN PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN
UNIVERSITAS NUSA CENDANA
2016
OVER CURRENT RELAY (OCR)
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kehadapan hadirat Tuhan Yang Maha Esa, oleh
karena rahmat dan anugerahnya saya masih bisa berkarya dan dapat menyelesaikan
makalah ini dengan baik
Adapun makalah ini dibuat untuk memenuhi syarat salah satu mata kuliah program S1 Universitas Nusa Cendana. makalah ini memuat tentang penggunaan relay arus
lebih dalam system tenaga listrik
Penulis juga mengucapkan limpah terimakasih kepada bapak Nur Salim, ST, MT
yang telah banyak membimbing kami dalam proses perkuliahan dan juga kepada
teman-teman seperjuangan dikelas kecil kami Listrik tenaga yang telah memberikan
support kepada Temi “si idiot gagal move on” ada Yuni “si jomblo akut”, Acos “anak
singa”, Ando Nagh Baun salah gaul, Mekoz “si kurus korban PHP” dan Mojen “si
Raja Malas”. 
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan makalah ini masih banyak kesalahan, oleh
Karena itu penulis sangat mengahargai setiap saran dan kritikan dari semua kalangan
selagi itu membangun.
Kupang, 27 Nop 2016
penulis
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
1
OVER CURRENT RELAY (OCR)
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................................. 1
DAFTAR ISI ......................................................................................................................... 2
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................................ 3
1.1.
Latar Belakang ........................................................................................................ 3
1.2.
Rumusan masalah ................................................................................................... 4
1.3.
Tujuan penulisan .................................................................................................... 4
1.4.
Manfaat penulisan .................................................................................................. 4
1.4.1.
Manfaat teoritis : ............................................................................................. 4
1.4.2.
Manfaat praktis : ............................................................................................ 4
BAB II PEMBAHASAN ......................................................................................................... 5
2.1.
Rele Arus Lebih....................................................................................................... 5
2.1.1.
Prinsip Kerja Rele Arus Lebih ...................................................................... 5
2.1.2.
Jenis-Jenis Relay Arus Lebih ......................................................................... 5
2.1.3.
Karakteristik Relay Arus Lebih .................................................................... 5
2.1.4.
Pengaman Pada Relay Arus Lebih ................................................................ 7
2.1.5.
Fungsi Dan Penggunaan ................................................................................. 8
2.2.
Perhitungan Koordinasi Rele Arus Lebih ............................................................ 8
2.2.1.
2.3.
Setelan Time Multiple Setting (TMS) ........................................................... 9
Perhitungan Setelan Rele Arus Lebih Dan TMS ............................................... 10
2.3.1.
Setelan Arus Lebih ........................................................................................ 10
2.3.2.
Setelan time multiple setting (TMS) ............................................................ 12
BAB III PENUTUP ............................................................................................................... 15
3.1.
Kesimpulan ............................................................................................................ 15
3.2.
Saran ...................................................................................................................... 15
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................ 16
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
2
OVER CURRENT RELAY (OCR)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada tahap awal perkembangan industri tenaga listrik, suatu system tenaga terdiri
dari sebuah generator kecil yang digunakan untuk memasok kebutuhan listrik
didaerah setempat. System demikian belum dilengkapi dengan system proteksi
dan biasanya diawasi langsung oleh operator. Pada waktu itu operatorlah yyang
bertindak untuk membuka pemutus daya apabila melihat ada kelainan atau
gangguan sehingga generator tersebut terhindar dari kerusakan. Namun seiring
dengan perkembangan jaringan system tenaga yang dari waktu ke waktu
semakin besar maka cara-cara demikian tidak lagi dipertahankan dan harus ada
cara-cara yang lebih efektif yang bisa di gunakan untuk memproteksi system dari
gangguan.
System proteksi pertama yang dilakukan untuk mengamankan system adalah
dengan menggunakan sekering. Kemudian disusul dengan menggunakan rele
beban
lebih
ataupun
tegangan
kurang
yang
kemudian
diikuti
oleh
berkembangnya system proteksi dengan rele arus lebih. Sebelum teknologi jenisjenis rele lain berkembang, rele arus lebih inilah rele proteksi yang pertama dan
paling sederhana yang banyak digunakan untuk memproteksi jaringan system
tenaga listrik.
Dalam perkembangan waktu rele proteksi ini kemudian berkembang mulai dari
penerapan sederhana menggunakan satu rele hingga beberapa rele yang diatur
secara bertingkat berdasarkan besarnya arus gangguan yang berbeda-beda sesuai
letak gangguan. Proteksi arus bertingkat ini dimaksudkan agar rele-rele tersebut
bisa mengatasi gangguan secara diskriminatif sesuai dengan letak gangguan.
Disamping itu factor lain yang perlu di perhatikan agar sebuah rele arus lebih
dapat bekerja secara tepat dan stabil maka perbedaan antara arus hubung singkat
minimum dengan arus beban maksimum harus cukup besar. Hal tersebut
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
3
OVER CURRENT RELAY (OCR)
diperlukan agar rele arus lebih tersebut tidak boleh bekerja terhadap arus beban
lebih maksimum.
Pada dasarnya rele arus lebih dapat diklasifikasikan atas dua kategori, yaitu rele
arus lebih biasa atau non-direksional dan rele arus lebih yang dilengkapi dengan
elemen arah.
1.2. Rumusan masalah
Adapun masalah yang diangkat berdasarkan latar belakang diatas adalah :
 Bagaimana Cara Kerja Rele Arus Lebih (OCR)?
 Karakteristik Rele Arus Lebih?
 Bagaimana Perhitungan Koordinasi Rele Arus Lebih Dalam System
Tenaga Listrik?
1.3. Tujuan penulisan
Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah :
 Mahasiswa Dapat Mengetahui Prinsip Kerja Dari Rele Arus Lebih Atau
Over Current Relay
 Mengetahui Karakteristik Dari Rele Arus Lebih
 Mengetahui Penggunaan Dan Setting Dari Rele Arus Lebih.
1.4. Manfaat penulisan
Manfaat dari penulisan makalh ini adalah sebagai berikut :
1.4.1. Manfaat teoritis :
Makalah ini diharapkan mampu memberikan sumbangan teoritis terkait Rele
arus lebih pada mahasiswa maupun khalayak umum yang berkecimpung
dalam bidang kelistrikan khususnya Listrik tenaga agar lebih memahami
tentang Rele arus lebih.
1.4.2. Manfaat praktis :
Dapat mengetahui prinsip kerja, penggunaan dan penyettingan rele arus lebih,
dan karakteristik dari rele arus lebih dalam system proteksi tenaga listrik.
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
4
OVER CURRENT RELAY (OCR)
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Rele Arus Lebih
Relay arus lebih (over current relay) adalah relay yang bekerja berdasarkan
adanya kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengaman tertentu dan jangka
waktu tertentu. Fungsi utama dari relay arus lebih ini adalah untuk merasakan
adanya arus lebih kemudian memberikan perintah kepada pemutus beban (PMT)
untuk membuka.
2.1.1. Prinsip Kerja Rele Arus Lebih
Relay arus lebih adalah relay yang bekerja terhadap arus lebih, ia akan bekerja
bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya (Iset) atau relay arus lebih
meruapakan pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang
pada jaringan tegangan tinggi, tegangan menengah juga pada pengaman
transformator tenaga.
Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus
yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang
boleh melewatinya disebut dengan setting.
2.1.2. Jenis-Jenis Relay Arus Lebih
 Non-directional
 Directional
 Kontrol tegangan
 Penahan tegangan
2.1.3. Karakteristik Relay Arus Lebih
a. Rele Waktu Seketika (Instantaneous Relay)
Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang
mengalir melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu
beberapa mili detik (10 – 20 ms). Dapat kita lihat pada gambar dibawah
ini.
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
5
OVER CURRENT RELAY (OCR)
Gambar 1. Karakteristik Relay Waktu Seketika (Instantaneous Relay)
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)
Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan
hubung singkat dan besarnya arus gangguan 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 dibawah ini.
Gambar 2. Karakteristik Relay Waktu Tertentu (Defenite Time Relay)
c. Relay arus lebih waktu terbalik (Inverse Time Relay)
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 dan setiap pabrik dapat
membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya
dibedakan dalam tiga kelompok :
 Standar invers
 Very inverse
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
6
OVER CURRENT RELAY (OCR)
 Extremely inverse
Gambar 3. Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Time
Relay)
2.1.4. Pengaman Pada Relay Arus Lebih
Pada relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara lain:
Pengamanan hubung singkat fasa. Relay mendeteksi arus fasa. Oleh
karena itu, disebut pula “Relay fasa”. Karena pada relay tersebut
dialiri oleh arus fasa, maka settingnya (Is) harus lebih besar dari arus
beban maksimum. Ditetapkan Is = 1,2 x In (In = arus nominal
peralatan terlemah).
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.
Pentanahan netral sistemnya melalui impedansi/tahanan yang tinggi, atau
bahkan tidak ditanahkan Dalam hal demikian, relay pengaman 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 arusnya. Dengan demikian relay ini dialiri oleh arus netralnya,
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).
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
7
OVER CURRENT RELAY (OCR)
Gambar 4. Sambungan Relay GFR dan 2 OCR
2.1.5. Fungsi Dan Penggunaan
Relay arus lebih tak berarah dan relay hubung tanah tak terarah atau cukup
disebut relay arus lebih dan relay hubung tanah. Relay ini berfungsi sebagai
pengaman terhadap gangguan arus hubung singkat fasa-fasa maupun fasa
tanah dan dapat digunakan sebagai :
 Pengaman utama penyulang (jaringan tegangan menengah).
 Pengaman cadangan pada trafo, generator dan transmisi.
 Pengamanan utama untuk sistem tenaga listrik yang kecil dan radial.
 Pengamanan utama motor listrik yang kecil.
2.2. Perhitungan Koordinasi Rele Arus Lebih
Pada tahap selanjutnya, hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat,
dipergunakan untuk nilai setelan arus lebih, terutama nilai setelan TMS (Time
Multiple Setting) dari rele arus lebih dengan karakteristik jenis inverse.
Disamping itu setelah nilai setelan rele diperoleh, nilai arus gangguan hubung
singakat pada setiap lokasi gangguan yang diasumsikan, dipakai untuk
memeriksa rele arus lebih itu, apakah masih dapat dinilai selektif atau nilai
setelan harus dirubah kenilai lain yang memberikan kerja rele yang lebih selektif,
atau didapatkan kerja selektifitas yang optimum (Rele bekerja tidak bekerja
terlalu lama tetapi menghasilkan selektifitas yang baik).
Sedangkan setelan arus dari rele arus lebih dihitung berdasarkan arus beban yang
mengalir dipenyulang atau incoming feeder, artinya :
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
8
OVER CURRENT RELAY (OCR)
a) Untuk rele arus lebih yang terpasang dipenyulang keluar(Outgoing
Feeder) dihitung berdasarkan arus beban maksimum (Beban Puncak)
yang mengalir dipenyulang tersebut.
b) Untuk rele arus lebih yang terpasang dipenyulang masuk (incoming
feeder) dihitung berdasarkan arus nominal transformator tenaga.
Sesuai british standard untuk :

Rele inverse biasa disett sebesar 1,05 s/d 1,3  IBeban,

Sedangkan rele definite disett sebesar 1,2 s/d 1,3  IBeban.
Persyaratan lain yang harus dipenuhi adalah penyetelan waktu minimum dari
rele arus lebih (terutama di penyulang) tidak lebih kecil dari 0,3 detik.
Pertimbangan ini diambil agar rele tidak sampai trip lagi akibat arus inrush
dari trafo distribusi yang memang sudah tersambung dijaringan distribusi,
sewaktu PMT penyulang tersebut dioperasikan.
2.2.1. Setelan Time Multiple Setting (TMS)
Setelan TMS dan setelan waktu rele pada jaringan distribusi menggunakan
standard inverse yang dihitung menggunakan rumus kurva waktu vs arus,
dalam hal ini juga diambil persamaan kurva arus waktu dari standard british,
sebagai berikut :
TMS =
IFault α
] −1]
t×[[
ISet
β
Dan
t=
PEND. TEKNIK ELEKTRO
β×TMS
IFault α
(
) −1
ISet
[email protected]
9
OVER CURRENT RELAY (OCR)
Dimana :
t
= Waktu Trip (Detik)
TMS = Time Multiple Setting (Tanpa Satuan)
Ifault
= Besarnya Arus Gangguan Hubung Singkat (Amp)

Setelan OCR (Inverse) diambil arus gangguan hubung singkat
terbesar.

Setelan GFR (Inverse) diambil arus gangguan hubung singkat
terkecil.
Iset
= Besarnya Arus Setting Sisi Primer (Amp)

Setelan OCR (inverse) diambil (BS) 1,05 s/d 1,3  IBeban

Setelan GFR (inverse) diambil 6% s/d 12%  Ifault hubung
singkat 1 fasa terkecil.
, 
= Konstanta.
Table 1 : Faktor  dan  tergantung pada kurva arus vs waktu
Nama Kurva


Standard Inverse
0,02
0,14
Very Inverse
1
13,2
Extremely Inverse
2
80
Long Inverse
1
120
2.3. Perhitungan Setelan Rele Arus Lebih Dan TMS
2.3.1. Setelan Arus Lebih
 Nilai Setelan Arus Rele Penyulang Keluar (Outgoing Feeder)
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
10
OVER CURRENT RELAY (OCR)
Sebagai contoh dalam perhitungan ini dimisalkan arus beban
penyulang adalah sebesar 280 Amp dan rasio trafo arus adalah 300 I 55 serta rele arus lebih yang digunakan adalh dengan karakteristik
normal (standard) Inverse.
Setelan arus lebih dapat dihitung sebagai berikut :
Iset (Primer)
= 1,05  Ibeban
= 1,05  280 Amp
= 294 Amp
Nilai setelan ini adalah nilai primer, untuk memperoleh nilai setelan
sekunder yang akan disetting pada rele arus lebih, maka harus dihitung
dengan menggunakan data rasio trafo arus yang terpasang dipenyulang
tersebut :
Iset (sekunder)
1
= ISet (sekunder) × Ratio CT
5
= 294× 300
= 4,9 Amp
 Nilai Setelan Relai Penyulang Masuk (Incoming Feeder) Dari Trafo
Untuk menentukan nilai setelan rele arus lebih disisi incoming feeder
trafo tenaga, perlu dihitung terlebih dahulu arus nominal trafo tenaga
tersebut. Sebagai berikut :
Data trafo :
Kapasitas trafo = 60 MVA
Tegangan trafo = 150/20 kV
Impedansi trafo = 12%
CT Ratio
= 2000/5-5 (pada sisi Incoming Feeder)
Maka arus nominal transformator tenaga pada sisi 20 kV :
IN (sisi 20KV)
=
=
PEND. TEKNIK ELEKTRO
kVAT
kV×√3
60.000
20×√3
[email protected]
11
OVER CURRENT RELAY (OCR)
= 1732,1 Amp
ISet (Sekunder)
= 1,05×IBeban
= 1,05×1732,1 Amp
= 4,55 Amp
Nilai setelan diatas adalah nilai primer, untuk memperoleh nilai
setelan sekunder yang dapt disetting pada rele arus lebih, maka harus
dihitung dengan menggunakan dat rasio trafo arus yang terpasang di
incoming 20KV tersebut. Yaitu sebagai berikut :
ISet (Sekunder)
1
= ISet (sekunder) × Ratio CT
5
= 1818,65× 2000
= 4,55 Amp
2.3.2. Setelan time multiple setting (TMS)
 Setelan Time Multiple Setting (TMS) Dipenyulang Keluar (Outgoing
Feeder)
Karena TMS rele arus lebih, pada pada penyulang yang akan disetting
pada rele arus lebihnya diambil pada angka arus gangguan hubung
singkat (IFault) sebesar arus gangguan 3 fasa atau arus gangguan 2 fasa
pada lokasi gangguan 1% depan GI untuk contoh ini diambil arus
gangguan 3 fasa = 128862,0 Amp (Lihat table 2) dan waktu kerja rele
arus lebih dipenyulang itu diambil selama 0,3 detik, maka nilai TMS
yang akan di setting pada rele arus lebih dengan karakteristik standar
inverse adalah :
0,02
I
t× [[ Fault
]
− 1]
ISet
TMS =
0,14
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
12
OVER CURRENT RELAY (OCR)
12862,0 0,02
0,3× [[ 294 ]
− 1]
TMS =
0,14
= 0,168 (dibulatkan = 0,17)
Dari persamaan diatas diperoleh waktu (t) sebagai berikut :
t=
0,162×0,14
12862,0 0,02
(( 294 )
− 1)
= 0,3 detik
 Setelan TMS Dipenyulang Masuk (Incoming Feeder)
Selisih waktu kerja rele di incoming 20kV (sisi hulu) lebih lama 0,4
detik dari waktu kerja rele dipenyulang keluar (sisi hilir) disebut
grading time, yang maksudnya rele incoming 20kV memberi
kesempatan rele dipenyulang bekerja terlebih dahulu, bila gangguan
hubung singkat terjadi dipenyulang tersebut penyulang itu saja yang
trip dan busbar 20kV masih bertegangan untuk memasok penyulang
lainnya yang masih tersambung sehingga beban dipeyulang lain masih
tetap beroperasi.
Karena koordinaasi rele antara penyulang masuk dan penyulang keluar
berada dititk 1% didepan GI, maka arus gangguan hubung singkat
(IFault) diambil arus gangguan didepan bus sebesar arus gangguan
hubung singkat 3 fasa pada lokasi gangguan 1% didepan GI = 12862,0
Amp (lihat table 2), maka nilai TMS yang akan disetting pada rele
arus lebih dengan karakteristik standard inverse, sebagai berikut :
0,02
I
t× [[ Fault
]
− 1]
ISet
TMS =
0,14
12862,0 0,02
]
− 1]
18181,65
= 0,2
0,14
(0,3 + 0,4)× [[
TMS =
Dari persamaan diatas diperoleh waktu (t) sebagai berikut :
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
13
OVER CURRENT RELAY (OCR)
t=
0,2×0,14
12862,0 0,02
(( 294 )
− 1)
= 0,7 detik
dari perhitungan diatas dan untuk mempermudah penglihatan dapat
dibuat table seperti berikut :
Tabel 2 : Setelan rele untuk OCR di :
Penyulang 20kV
Incoming feeder
(Penyulang Keluar)
Transformator tenaga
ISet primer = 294 Amp
ISet primer = 1818,65 Amp
ISet sekunder = 4,9 Amp
ISet sekunder = 4,55 Amp
TMS = 0,16
TMS = 0,2
t = 0,3 detik
t = 0,7 detik
Catatan :
 Bila penyulang keluar dari sumber (Gardu Induk) ada beberapa buah
penyulang perhitungan seperti yang sudah dilakukan diatas, dapat
diulangi tetapi data yang dimasukan adalah data penyulang yang akan
dihitung baik nilai impedansi per-km nya atau panjangnya, khusus
jaringan SUTM karena banyak percabangan diambil jaringan
terpanjang atau impedansi yang terbesar.
 Bila dipenyulang masuk (Incoming Feeder) digardu induk, koordinasi
waktu dan arusnya diambilarus gangguan hubung singkat 2 fasa atau 3
fasa terbesar dari bebrapa penyulang keluar.
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
14
OVER CURRENT RELAY (OCR)
BAB III
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penulisan dapat disimpulkan bahwa penggunaan relay arus
lebih atau over current relay mempunyai peran yang sangat penting dalam
memproteksi system tenaga listrik. Persyaratan yang harus dipenuhi adalah
penyetelan waktu minimum dari relay arus lebih (terutama dipenyulang) tidak
lebih kecil dari 0,3 detik. Pertimbangan ini diambil agar relay tidak sampai trip
lagi Inrush Current dari transformator distribusi yang memang sudah tersambung
dijaringan distribusi sewaktu PMT penyulang tersebut dioperasikan.
3.2. Saran
Bagi mahasiswa ataupun para peminat agar pada saat melakukan penyettingan
relay harus betul-betul memahami bagaimana cara perhitungan dan koordinasi
relay dan system proteksi lainnya, sehingga tidak terjadi kegagalan operasi pada
relay tersebut. Karena akan sangat fatal jika relay mengalami kegagalan operasi.
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
15
OVER CURRENT RELAY (OCR)
DAFTAR PUSTAKA
[1]Pandjaitan,bonar. 2012. Praktik-praktik proteksi system tenaga listrik.
Yogyakarta : Andi Offset
[2]Perhitungan setting dan koordinasi proteksi system distribusi. 2014.
PUSDIKLAT PT. PLN (Persero).
[3]http://dunia-listrik.blogspot.co.id/2009/04/proteksi-penyulang-kordinasirelay-arus.html
PEND. TEKNIK ELEKTRO
[email protected]
16