BAB III

BAB III
PROTEKSI OVER CURRENT RELAY (OCR) DAN GROUND FAULT
RELAY (GFR)
3.1.
Relai Proteksi Pada Transformator Daya Dan Penyulang
3.1.1.
Definisi Relai Proteksi
Tujuan utama dari sistem tenaga listrik adalah penyaluran tenaga listrik
yang mempunyai mutu dan keandalan yang tinggi dan ketika terjadi gangguan
dapat meminimalkan akibat dari gangguan tersebut, seperti kehilangan daya,
tegangan turun dan tegangan lebih. Karena gangguan tidak dapat dihindari maka
untuk mencegahnya atau mengurangi akibat dari gangguan tersebut digunakan
relai pengaman.
Definisi relai proteksi menurut The Institute Of Electrical And Electronic
Engineering (IEEE) adalah suatu peralatan elektrik yang didesain untuk
mengartikan kondisi masukan pada keadaan tertentu, setelah kondisi tersebut
dispesifikasikan, yang ditujukan untuk memberi respon yang dapat menyebabkan
pengoperasian kontak didalam suatu kesatuan rangkaian listrik. Kondisi masukan
biasanya berupa sinyal listrik, mekanik, atau besaran lainnya.
27
28
Komponen
dari
relai
dapat
berupa
electromechanic,
solid
state/electrostatic dan digital numeric. Pada awalnya relai yang digunakan
menggunakan tipe elektromekanik lalu beralih ke tipe elektrostatik dan sekarang
menggunakan teknologi relai digital numerik.
Relai elektrostatik dan digital numerik digunakan dalam tegangan yang
rendah, relai ini memiliki keuntungan dibanding jenis elektromekanik antara lain
keakuratan waktu, kepekaan frekuensi dan sistem logika pemecahan terhadap
masalah yang rumit. Sedangkan relai elektromekanik memiliki kekurangan antara
lain kurang akurat, sensitif dan sulit untuk dites dan dirawat.
Gambar 3.1 Blok Diagram Relai
Selain relai proteksi digunakan peralatan-peralatan pendukung yang
dapat membebaskan sistem dari bagian yang terganggu, antara lain :
1. Trafo Arus (CT) dan/atau Trafo Tegangan (PT) yaitu untuk meneruskan
arus dan/atau tegangan dengan perbandingan tertentu dari kumparan
primer ke kumparan sekunder.
2. Pemutus Tenaga (PMT) yaitu sebagai pemutus arus gangguan di dalam
sirkit tenaga atau untuk melepaskan bagian sistem yang terganggu (fault
clearing). PMT menerima perintah untuk membuka (sinyal trip) dari
relai proteksi.
3. Battere (aki) yaitu sebagai sumber tenaga untuk mentrip PMT dan catu
daya untuk relai utama dan relai bantu.
29
Keterangan :
PMS
= Pemisah
PMT
= Pemutus tenaga
R
= Relai
PT
= Trafo Tegangan
CT
= Trafo Arus
TC
= Trip Coil
F
= Fuse
B
= Battre
Gambar 3.2 Hubungan Komponen Sistem Proteksi
Relai menggunakan besaran listrik yang dihubungkan dengan sistem
tenaga listrik melalui trafo arus dan/atau trafo tegangan. Peralatan ini memberikan
perlindungan dari tegangan yang tinggi pada sistem tenaga listrik dan mengurangi
medan magnet pada kumparan sekunder untuk dihubungkan dengan relai.
Gambar 3.3 Hubungan Relai Dalam Sistem Tenaga Listrik
Pada gambar diatas dalam kondisi normal PMT menutup dan daya dapat
disalurkan, apabila terjadi gangguan maka relai akan merasakan gangguan
tersebut melalui trafo arus dan/atau trafo tegangan dan akan memberikan sinyal
kepada PMT untuk membuka dengan bantuan battre, sehingga penyaluran daya
terhenti.
30
PMT harus dapat segera membuka apabila mendapat sinyal dari relai
untuk membuka, kejadian ini harus berlangsung dalam waktu yang sangat singkat
untuk mengurangi akibat dari gangguan tersebut.
3.1.2.
Fungsi Relai Proteksi
Relai proteksi mempunyai fungsi antara lain :
1. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya pada
bagian sistem yang diamankannya.
2. Memisahkan bagian yang terganggu dari bagian sistem yang masih
beroperasi dengan cara memerintahkan trip kepada PMT yang
bersangkutan.
3. Memberitahukan adanya gangguan kepada operator, yaitu dengan cara
membunyikan alarm dan menyalakan lampu tanda gangguan.
4. Relai proteksi mutakhir dapat memberi informasi jarak lokasi gangguan
dan letak gangguan.
3.1.3.
Syarat Utama Relai Proteksi
Suatu relai poteksi harus memiliki beberapa syarat-syarat utama antara
lain :
1. Kepekaan (Sensitivity)
Relai harus cukup peka, sehingga selalu dapat mendeteksi adanya
gangguan di daerah pengamanannya meskipun dalam kondisi yang
memberikan rangsangan minimum.
31
2. Keandalan (Reliability)
Keandalan dapat dibagi atas :
-
Keandalan (Dependability)
Pengaman harus dapat diandalkan kemampuan bekerjanya. Tidak
boleh gagal bekerja, bila memang harus bekerja (ada gangguan di
daerah pengamanannya).
-
Keamanan (Security)
Pengaman tidak boleh salah bekerja, yaitu bekerja yang tidak
semestinya harus bekerja, misalnya karena lokasi gangguan diluar
daerah pengamanannya/sama sekali tidak ada gangguan atau kerja
yang terlalu cepat/terlalu lambat yang dapat mengakibatkan
pemadaman yang sebenarnya tidak perlu terjadi.
-
Ketersediaan (Availability)
Ketersediaan peralatan pengaman diartikan dengan kondisi siap
kerja. Kondisi ini dinyatakan dalam rasio (perbandingan) antara
waktu siap kerja relai pengaman dengan waktu total operasinya.
Sistem proteksi yang baik dilengkapi dengan kemampuan
mendeteksi terpitusnya sirkit trip, sirkit sekunder arus, sirkit
sekunder tegangan
serta hilangnya tegangan searah, dan dapat
memberikan alarm sehingga dapat segera diperbaiki.
3.
Selektifitas
Pengaman harus dapat memisahkan bagian yang terganggu sekecil
mungkin, yaitu hanya seksi yang terganggu yang termasuk dalam daerah
pengamanan utamanya, jadi relai harus dapat membedakan apakah
32
gangguan berada di daerah pengamanannya atau di luar daerah
pengamanannya.
4.
Kecepatan
Untuk memperkecil akibat gangguan maka bagian yang terganggu harus
dipisahkan secepat mungkin dari bagian sistem lainnya.
Untuk menciptakan selektifitas mungkin suatu pengaman terpaksa diberi
waktu tunda (time delay), namun waktu tunda itu pun harus secepat
mungkin/seperlunya. Selain mengurangi kerusakan akibat gangguan
hubung singkat, kecepatan relai pengaman juga dapat memperkecil
pengaruh ketidakstabilan sistem.
Waktu total pembebasan gangguan (total fault clearing time) adalah
waktu sejak munculnya gangguan sampai dengan bagian yang terganggu
benar-benar terpisah dari bagan sistem lainnya.
ttotal = tstart + td + tPMT
Dimana
.......................................................... (3.1)
: ttotal = waktu total pembebasan gangguan
tstart
= waktu start relai (waktu kerja tanpa waktu tunda)
td
= waktu tunda relai untuk koordinasi
tPMT = waktu pemutusan arus gangguan PMT
Disamping syarat-syarat tersebut diatas, terdapat empat faktor utama
yang mempengaruhi kerja dari relai antara lain :
1. Faktor ekonomi.
2. Karakteristik dari relai dan sistem tenaga listrik.
33
3. Lokasi dari pemisah dan pengaman (PMT) dan peralatan-peralatan lain
yang berfungsi sebagai masukan (CT/PT).
4. Tingkat dari gangguan.
3.1.4.
Tipe Proteksi
Ada kemungkinan suatu sistem proteksi gagal bekerja karena kegagalan
komponennya. Misalnya kegagalan/kelemahan battre, terputusnya rangkaian trip,
gangguan pada PMT, kerusakan relai dsb. Oleh karena itu sistem harus dilengkapi
oleh proteksi utama (main protection) dan proteksi cadangan (backup protection),
dimana setiap tipe ini mempunyai fungsi dan cara kerja masing-masing :
1. Proteksi Utama
Proteksi utama adalah proteksi yang akan bekerja pertama dan
membebaskan gangguan pada bagian yang diamankan secepat mungkin.
Keandalan yang dijaga 100 % tidak hanya dari skema proteksi tetapi
juga dari CT, PT dan PMT. Selain itu sistem proteksi tidak dapat dijamin
dengan hanya pemasangan proteksi utama saja, oleh karena itu
diperlukan suatu proteksi cadangan.
2. Proteksi Cadangan
Proteksi Cadangan ini akan bekerja, jika proteksi utama gagal bekerja.
Pengaman cadangan dibagi menjadi :
•
Pengaman Cadangan Lokal (Local Back up)
•
Pengaman Cadangan Jarak Jauh (Remote Back up)
•
Pengaman Kegagalan PMT (CB Failure Protection)
34
Pengaman cadangan lokal terletak ditempat yang sama dengan
pengaman utamanya, sedangkan pengaman cadangan jarak jauh terletak
di seksi sebelah hulunya. Suatu relai dapat berfungsi ganda yaitu sebagai
pengaman bagi seksinya sendiri dan sekaligus sebagai pengaman
cadangan jauh bagi seksi berikutnya. Dalam hal ini pasti terjadi tumpang
tindih (overlapping) antara daerah pengaman utama dengan daerah
pengaman cadangan pada seksi yang sama atau dengan seksi sebelah
hulunya.
Hal ini berarti gangguan yang terjadi pada daerah pengaman utama akan
dideteksi baik oleh pengaman utama maupun pengaman cadangannya.
Untuk menghindari terpisahnya kedua seksi secara bersamaan, maka
pengaman cadangan diberi waktu tunda (time delay).
PMT dapat gagal bekerja, misalnya karena lemahnya battere,
terputusnya rangkaian trip, gangguan mekanis pada PMT, atau
kegagalan dalam memutuskan arus meskipun kontaknya sudah bergerak
kearah membuka. Pengaman kegagalan PMT mendeteksi arus gangguan
pada PMT yang seharusnya sudah terbuka. Jika arus masih ada, yang
berarti terjadi kegagalan PMT, pengaman kegagalan PMT ini mentrip
semua PMT terdekat disebelah hulunya yang mensuplai arus gangguan.
Cara mendeteksi kegagalan PMT dapat dilakukan oleh relai arus lebih
yang mendeteksi masih adanya arus setelah PMT tersebut ditrip oleh
relai proteksinya. Jadi pengaman kegagalan PMT ini baru bisa bekerja
setelah menerima sinyal trip dari relai proteksinya untuk start. Jika relai
pengaman utama dan pengaman cadangan lokalnya gagal, pengaman
35
kegagalan PMT ini juga akan lumpuh karena sinyal trip dari relai
proteksinya sebagai persyaratan untuk start tidak diterimanya, maka
dalam hal ini menjadi tugas relai pengaman cadangan jauh untuk
mengamankannya.
3.2
Jenis –Jenis Relai Proteksi Pada Transformator Daya
Gangguan pada sistem tenaga listrik tidak dapat dihindari oleh karena itu
untuk mencegah kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik khususnya
transformator daya digunakan relai pengaman. Jenis-jenis relai pengaman yang
pada umumnya digunakan pada transformator daya antara lain :
1. Relai Bucholz
Apabila terdapat gangguan di dalam transformator yang berkembang
secara perlahan-lahan, maka akan menghasilkan panas setempat dalam
hal ini maka bahan isolasi padat maupun cair akan terurai menghasilkan
gas yang dapat menyala. Gas ini akan naik ke atas transformator dan
mengalir ke konservator kemudian barhenti di relai bucholz. Relai
bucholz akan memberikan alarm/sinyal bila jumlah gas telah mencapai
keadaan tertentu.
2. Relai Tekanan Mendadak
Pada transformator tanpa konservator, trip dengan relai bucholz tidak
dapat digunakan sebagai gantinya digunakan relai tekanan mendadak.
Relai ini dipasang di tangki dan bekerja dengan pertolongan membran,
membran akan terdefleksi dengan adanya tekanan. Karena terjadi
perbedaan tekanan minyak dibawah diafragma terdapat lubang untuk
36
menyamakan tekanan diantara kedua sisinya sehingga tidak peka
terhadap tekanan dan hanya peka terhadap kenaikan tekanan yang
mendadak.
3. Relai Suhu
Transformator daya dengan kapasitas 5 MVA keatas memiliki beberapa
cara pendinginan antara lain ONAN (Oil Natural Air Natural), ONAF
(Oil Natural Air Force), OFAF (Oil Force Air Force). Agar operasi
transformator ini efisien maka pada beban rendah beroperasi dengan
pendinginan alamiah atau udara paksa dengan sebagian kipas yang
berputar. Kemudian apabila bebannya bertambah dan suhunya naik
maka kipas lainnya akan berputar. Untuk mengatur kipas yang
beroperasi digunakan relai suhu yang didasarkan pada termometer
dengan beberapa kontak yang dimanfaatkan untuk mengoperasikan
kipas, memberi sinyal atau alarm.
4. Relai Differensial
Relai differensial berfungsi sebagai pengaman hubung singkat yang
terjadi di dalam transformator. Relai ini
mempunyai daerah kerja
diantara dua transformator arus (CT) dengan membandingkan arus yang
masuk dan keluar dari transformator, dimana perbandingan dan
sambungannya diatur sehingga pada keadaan beban normal atau
gangguan diluar daerah pengamanannya relai ini tidak bekerja. Relai ini
hanya akan bekerja apabila terdapat gangguan di dalam daerah
37
pengamanannya yang akan mengakibatkan ketidakseimbangan diantara
arus yang masuk dan arus yang keluar dari CT.
5. Relai Gangguan Tanah Terbatas
Relai ini hanya mendeteksi terhadap gangguan fasa ke tanah yang terjadi
didalam transformator dimana belitannya terhubung bintang yang titik
netralnya
dibumikan.
Prinsip
kerja
relai
ini
didasarkan
atas
ketidakseimbangan arus antara arus sisa dari ketiga CT pada saluran
dengan CT pada netral transformator.
6. Relai Arus lebih
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap
gangguan hubung singkat antar fasa baik di dalam daerah transformator
maupun diluar daerah transformator seperti di penyulang. Untuk
menghasilkan selektifitas yang baik maka relai ini harus dikoordinasikan
dengan relai-relai yang lain.
7. Relai Arus Hubung Tanah
Ralai ini merupakan relai arus lebih yang mendeteksi gangguan fasa ke
tanah. Relai ini mendeteksi arus urutan nol yang akan timbul apabila
terjadi gangguan fasa ke tanah. Relai gangguan satu fasa ke tanah
terletak di rangkaian sekunder trafo arus di ketiga fasanya. Jadi arus
yang diukur adalah arus penjumlahan dari arus ketiga fasanya. Arus ini
disebut arus sisa (residual current).
38
3.3.
Jenis Pengaman Arus Lebih
3.3.1.
Pengaman Beban Lebih
Beban lebih mungkin tidak tepat disebut sebagai gangguan. Namun
karena beban lebih adalah suatu keadaan abnormal yang apabila dibiarkan terus
berlangsung dapat membahayakan peralatan, jadi harus diamankan. Beban lebih
dapat terjadi pada trafo atau pada saluran karena konsumen yang dipasoknya
memang terus meningkat, atau karena adanya manuver/perubahan aliran beban di
jaringan setelah adanya gangguan.
Beban yang berlebihan dapat menyebabkan panas yang berlebihan pula.
Dari jenis bahan isolasinya, suhu yang melebihi batas suhu kerja dari suatu
peralatan tersebut dapat merusak isolasi atau setidak-tidaknya proses penuaan
berlangsung lebih cepat, sehingga umurnya menjadi lebih pendek. Suatu alat
listrik dapat dibebani tanpa melebihi batas suhu kerja isolasinya jika kondisi
awalnya dibawah batas suhu kerja tersebut, sebab kenaikan suhu berlangsung
relatif lambat (fungsi eksponensial) tergantung dari konstanta waktu (time
constant) dari peralatan tersebut.
Gangguan pada sistem pendingin dapat menyebabkan kenaikan suhu
yang berlebihan meskipun bebannya masih dibawah nominalnya. Dalam hal
demikian trafo akan mengalami perpendekan umur. Panas yang berlebihan pada
beberapa kabel yang terpasang paralel dapat terjadi karena jaraknya satu sama lain
terlalu dekat meskipun bebannya dibawah nominal. Akibatnya sama yaitu
perpendekan umur atau cepat rusak.
39
Karena pengaman beban lebih pada dasarnya menghindari kenaikan
suhu alat yang belebihan, maka dapat digunakan pengaman suhu lebih, yaitu relai
suhu (temperature relay).
3.3.2.
Pengaman Hubung Singkat (Dua Fasa, Tiga Fasa)
Hubung singkat dapat terjadi antar fasa (dua fasa atau tiga fasa) atau
antara satu fasa ke tanah, dan dapat bersifat sementara atau permanen.
Gangguan yang bersifat permanen misalnya hubung singkat pada kabel,
belitan trafo atau generator karena tembusnya isolasi padat. Disini pada titik
gangguan memang terjadi kerusakan yang permanen. Peralatan yang terganggu
tersebut bisa dioperasikan kembali setelah bagian yang rusak diperbaiki atau
diganti. Penyebab gangguan permanen antara lain penuaan isolasi, kerusakan
mekanis isolasi, tegangan lebih dsb.
Gangguan yang bersifat sementara tidak mempunyai kerusakan secara
permanen di titik gangguan, misalnya flashover antara penghantar fasa dan
tanah/tiang karena sambaran petir, dahan pohon yang menyambar konduktor
karena tertiup angin, atau burung/binatang lain yang terbang/merayap mendekati
konduktor fasa dsb.
Pada gangguan ini yang tembus (break down) adalah isolasi udaranya,
oleh karena itu tidak ada kerusakan yang permanen. Setelah arus gangguannya
terputus, misalnya karena terbukanya PMT oleh relai pengamannya, peralatan
atau saluran yang terganggu tersebut siap dioperasikan kembali.
Arus gangguan hubung singkat dua fasa lebih kecil daripada arus
hubung singkat tiga fasa. Jika tahanan gangguan diabaikan, maka arus hubung
singkat dua fasa kira-kira ½ √3 kali arus gangguan hubung singkat tiga fasa.
40
Untuk mengatasi gangguan hubung singkat dapat digunakan relai
sebagai pengaman gangguan hubung singkat, relai ini dialiri oleh arus fasa, oleh
karena itu disebut juga relai fasa. Karena dialiri arus fasa maka nilai settingnya
(ISet) harus lebih besar dari arus beban maksimum supaya relai tidak trip oleh arus
beban maksimum.
Relai gangguan hubung singkat tidak dapat berfungsi sebagai pengaman
beban lebih dengan akurat, yaitu tidak bisa mendeteksi beban lebih yang masih
rendah (kurang dari 1,5 kali nilai settingnya) tetapi biasanya akan trip terlalu cepat
untuk beban lebih yang lebih besar.
3.3.3. Pengaman Gangguan Satu Fasa Ke Tanah
Relai gangguan satu fasa tanah terletak di rangkaian sekunder trafo arus
di ketiga fasanya. Jadi arus yang diukur adalah arus penjumlahan dari arus ketiga
fasanya. Arus ini disebut arus sisa (residual current), atau arus urutan nol yang
memang baru muncul ketika ada gangguan tanah. Karena relai mendeteksi arus
urutan nol maka relai gangguan tanah tidak dilalui arus beban dan tidak dialiri
arus gangguan hubung singkat antar fasa.
3.4.
Prinsip Dasar Penyetelan Relai OCR dan GFR trafo dan penyulang
3.4.1. Setting OCR pada penyulang 20 kV
a.
Arus kerja minimum
Fungsi OCR pada penyulang adalah sebagai pengaman utama penyulang
terhadap gangguan hubung singkat fasa-fasa eksternal yaitu gangguan
pada jaringan TM. OCR pada penyulang di koordinasikan dengan OCR
41
pada incoming trafo yang berfungsi sebagai pangaman cadangan apabila
OCR pada penyulang gagal bekerja.
CT1
300/1
OCR/GFR
Y
Y
CT2
2000/5
OCR/GFR
150/20 Kv
60 mVA
12,5 %
OCR/GFR
CTP
600/5
Gambar 3.4 Daerah Kerja Proteksi OCR Penyulang
Setting arus kerja berdasarkan arus beban penyulang:
Is1
=
1,2 x Ibeban
................................... (3.32)
Setting arus kerja berdasarkan kemampuan peralatan terkecil (CT,kabel,
PMT)
Is2
=
1,2 x In peralatan terkecil
Maka dipilih nilai tekecil
Is
=
............................
(3.33)
:
{ Is1.(Is1<Is2) + Is2.(Is2<Is1 } (A primer)
Sehingga didapat rumus dalam besaran sekunder:
Iset Is x
A (sekunder)
................................... (3.34)
42
b.
Waktu dan karakteristik kerja
Setting waktu kerja TMS harus memperhatikan ketahanan peralatan dalam
daerah kerjanya (kabel) terhadap besaran arus gangguan yang terjadi.
Untuk menjamin peralatan tersebut tahan terhadap gangguan maksimum,
maka waktu kerja dipilih antara 0,2-0,5 detik untuk gangguan maksimum.
Gangguan maksimum dipilih untuk gangguan fasa-fasa yang terjadi pada
pangkal penghantar di dekat busbar TM.
Untuk fleksibilitas dalam mengkoordinasikan dengan relai penyulang di
GI dan GH, maka dipilih karakteristik waktu kerja jenis normal/standar
invers, maka setting time dial dapat dipilih sesuai kurva yang dipilih:
Untuk kurva standar inverse(SI) didapat rumus:
TMS Ihs ,
Is 1
o, 14
t
…………………
(3.35)
dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut:
TMS o, 14
Ihs ,
1
Is
t
…………………
(3.36)
Dimana :Ihs = Hubung singkat maksimum dua fasa di pangkal penyulang
/ di dekat busbar TM
Is = Setting arus kerja dalam Ampere primer
t
= Waktu kerja 0,2-0,5 detik
43
3.4.2. Setting GFR pada penyulang 20 kV
a.
Arus kerja minimum gangguan tanah
Fungsi GFR pada penyulang adalah sebagai pengaman utama penyulang
terhadap gangguan hubung singkat fasa-tanah eksternal yaitu gangguan
pada jaringan TM.
Setting arus kerja berdasarkan arus beban penyulang:
Isg1
=
(0,2 – 0,3) x Ibeban
.....................
(3.37)
Setting arus kerja pada peralatan terkecil (CT, PMT, NGR dan kabel),
adalah:
Isg2
=
(0,2 – 0,3) x In Peralatan terkecil
.....................
(3.38)
Maka dipilih nilai terkecil:
Igs
=
{ Isg1.( Isg1<Isg2) + Isg2.(Isg2<Isg1)}
Sehingga didapat dalam besaran sekunder:
Iset g Isg x
..........................................
(3.39)
Tap value setting sesuai range yang ada pada relai adalah:
tapg b.
..........................................
(3.40)
Setting waktu dan karakteristik kerja
Setting waktu kerja TMS harus memperhatikan ketahanan peralatan dalam
daerah kerjanya (kabel) terhadap besaran arus gangguan yang terjadi.
Untuk menjamin peralatan tersebut tahan terhadap gangguan maksimum,
maka waktu kerja dipilih antara 0,2-0,5 detik untuk gangguan maksimum.
Untuk kurva standar inverse(SI) didapat rumus:
Ihs ,
1
TMSg Is
tg
o, 14
..........................................
(3.41)
44
dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut:
TMSg o, 14
Ihs
Is ,
1
…………………
tg
(3.42 )
Dimana : Ihs = Hubung singkat maksimum satu fasa di busbar 20 KV
Isg = Setting arus kerja GFR dalam Ampere primer
t
= Waktu kerja yang di inginkan 0,2-0,5 detik
3.4.3. Setting OCR pada sisi skunder trafo (incoming)
Arus kerja minimum
Fungsi OCR incoming dalah sebagai pengaman cadangan trafo tenaga
terhadap gangguan hubung singkat fasa-fasa eksternal yaitu gangguan
pada jaringan TM. Namun demikian gangguan-gangguan yang besar
(gangguan di busbar sisi TM) atau dekat sekali dengan trafo tenaga harus
secepat mungkun dieleminir sehingga tidak berdampak yang lebih serius
pada trafo tenaga
CT1
300/1
OCR/GFR
Y
Y
a.
CT2
2000/5
OCR/GFR
150/20 Kv
60 mVA
12,5 %
OCR/GFR
CTP
600/5
Gambar 3.5 Daerah kerja proteksi OCR incoming
45
Setting arus kerja berdasarkan kemampuan trafo:
Is1
=
1,2 x Inominal trafo
................................ (3.43)
Setting arus kerja berdasarkan kemampuan peralatan terkecil (CT,kabel,
PMT)
Is2
=
1,2 x In peralatan terkecil
Maka dipilih nilai tekecil
Is
=
.................................. (3.44)
:
{ Is1.(Is1<Is2) + Is2.(Is2<Is1 } (A primer)
Sehingga didapat rumus dalam besaran sekunder:
Iset Is x
b.
A (sekunder)
................................... (3.45)
Waktu dan karakteristik kerja
Setting waktu kerja TMS harus memperhatikan ketahanan trafo terhadap
besaran arus gangguan yang terjadi. Untuk menjamin trafo tahan terhadap
gangguan maksimum, maka waktu kerja dipilih antara 0,7 -1 detik untuk
gangguan maksimum. Gangguan maksimum dipilih untuk gangguan fasafasa yang terjai pada busbar TM.
Untuk fleksibilitas dalam mengkoordinasikan dengan relai penyulang di
GI dan GH, maka dipilih karakteristik waktu kerja jenis normal/standar
invers, maka setting time dial dapat dipilih sesuai kurva yang dipilih:
Untuk kurva standar inverse(SI) didapat rumus:
TMS Ihs ,
Is 1
................................. (3.46)
t
o, 14
dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut:
TMS o, 14
.........
t
Ihs ,
Is 1
............................
(3.47)
46
Dimana : Ihs = Hubung singkat maksimum dua fasa di busbar TM
c.
Is
= Setting arus kerja dalam Ampere primer
t
= Waktu kerja 0,7 – 1 detik
Arus momen (high set)
Setting arus moment adalah untuk mengantisipasi terjadi gangguan yang
sangat besar pada busbar TM dan dikhawatirkan trafo tenaga tidak tahan
terlalu lama sesuai setting kurva waktunya, maka pada kindisi seperti itu
gangguan harus segera dieleminir seketika atau lebih cepat yaitu dengan
high set. Setelan arus high set di incoming dapat diaktifkan bila setelan
waktunya dapat diatur, tetapi bila setelan waktu high set tersebut tidak
dapat diatur maka tidak diaktifkan.
Arus kerja moment maksimum:
Imomen = 0,8 x 0,5 x (In trafo x (1/Zt(pu)) .
....................
(3.48)
.................................
(3.49)
Setting waktu kerja:
Tmomen = 0,3 – 0,5 detik (definite)
3.4.4. Setting GFR pada sisi sekunder trafo (Incoming)
a.
Arus kerja minimum gangguan tanah
Fungsi GFR incoming adalah sebagai pengaman cadangan trafo tenaga
terhadap gangguan hubung singkat satu fasa ketanah eksternal yaitu
gangguan pada jaringan TM.
Setting arus kerja pada gangguan trafo:
Isg1
=
(0,2 – 0,3) x Inom trafo MV
.....................
(3.50)
47
Setting arus kerja pada peralatan terkecil (CT, PMT, NGR dan kabel),
adalah:
Isg2
=
(0,2 – 0,3) x In Peralatan terkecil
.....................
(3.51)
Maka dipilih nilai terkecil:
Igs
=
{ Isg1.( Isg1<Isg2) + Isg2.(Isg2<Isg1)}
Sehingga didapat dalam besaran sekunder:
Iset g Isg x
..........................................
(3.52)
Tap value setting sesuai range yang ada pada relai adalah:
tapg b.
..........................................
(3.53)
Setting waktu dan karakteristik kerja
Setting waktu kerja TMS harus memperhatikan ketahanan NGR terhadap
besaran arus gangguan yang akan terjadi. Untuk menjamin NGR dengan
tahanan 40Ω, dalam waktu 5 detik, maka waktu kerja dipilih antara 1-4
detik untuk gangguan maksimum.
Untuk fleksibilitas dalam mengkoordinasikan dengan relai penyulang di
GI dan GH, maka dipilih karakteristik waktu kerja jenis invers atau
definite time.
Tahanan rendah, NGR 40 Ohm, 300 A, 10 detik.
Jenis
: relai gangguan tanah
karakteristik
: standard invers
Setelan arus
: 0,2-0,3 x In NGR
Setelan waktu
: ≤ 40 % x ketahanan termis NGR, pada if=300 A
Setelan arus high set : tidak diaktifkan
Tahanan rendah, NGR 12 Ohm, 1000 A, 10 detik.
48
Jenis
: relai gangguan tanah
karakteristik
: standard invers
Setelan arus
: (0,2 – 0,3) x In Trafo
Setelan waktu
: 1 detik untuk Hbs maks. = 1000 A
Setelan arus high set : tidak diaktifkan
Pentanahan langsung (solid)
Jenis
: relai gangguan tanah tidak berarah
karakteristik
: standard invers
Setelan arus
: maksimum 0,4 X arus nominal trafo
Setelan waktu
: maks 0,7 detik untuk gangguan di bus 20 kV
Setelan arus high set : maks 3 x In trafo
Setelan waktu highest : waktu tunda 300ms untuk pola kaskade dan instant
untuk pola non-kaskade.
Untuk kurva standar inverse(SI) didapat rumus:
Ihs ,
1
TMSg Is
tg
o, 14
…………….……
(3.54)
dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut:
TMSg o, 14
Ihs
Is ,
1
tg
…………….……
(3.55)
Dimana : Ihs = Hubung singkat maksimum satu fasa di busbar 20 KV
Isg = Setting arus kerja GFR dalam Ampere primer
t
= Waktu kerja yang di inginkan 0,7 – 1,2 detik
49
c.
Setting arus momen (high set)
Setelan moment hanya dipakai pada system pentanahan langsung (solid
grounded), sedangkan dalam system pentanaha dengan tahanan tinggi /
rendah, setting momen tidak diperlukan karena arus hubung singkat satu
fasa relative lebih kecil dan aman terhadap ketahanan trafo tenaga.
3.4.5. Setting OCR pada sisi primer trafo 150 KV
Aris kerja minimum
Fungsi OCR incoming adalah sebagai pengaman cadangan ke-dua trafo
tenaga terhadap gangguan hubung singkat fasa-fasa eksternal yaitu
gangguan pada jaringan TM.
CT1
300/1
OCR/GFR
Y
Y
a.
CT2
2000/5
OCR/GFR
150/20 Kv
60 mVA
12,5 %
OCR/GFR
CTP
600/5
Gambar 3.6 Daerah kerja proteksi OCR sisi 150 kV
Setting arus kerja berdasarkan kemampuan trafo:
Is1
= 1,2 x Inom trafo 150
.................................
(3.56)
50
Dalam besaran sekunder:
Iset Is x
!
A (sekunder)
.....................
(3.57)
.................................
(3.58)
Tap value setting range yang ada pada relai:
tap b.
Waktu dan karakteristik kerja untuk kurva standar inverse (SI) didapat
rumus:
Ihs ,
Is 1
TMS o, 14
t
.................................
(3.59)
dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut:
o, 14
.........
t
Ihs ,
Is 1
TMS ............................
(3.60)
Dimana : Ihs = Hubung singkat maksimum dua fasa di busbar TM
c.
Is
= Setting arus kerja dalam Ampere primer
t
= Waktu kerja 1,2 – 1,5 detik
Arus momen (high set)
Setting arus primer ini untuk mengantisipasi bila terjadi gangguan yang
sangat besar pada bagian primer trafo (sisi 150kV), walaupun ada
pengamanan trafo, tetapi high set ini dapat membantu mengamankan trafo
tersebut.
Im k1 x
Dimana : K1
Xt
!
$. !
................................
(3.61)
= Konstanta waktu untuk periode 1/12 cycle K1=1,5
= Impedansi hubungan singkat trafo
In150 = Arus nominal trafo sisi 150 kv
51
Tipikal setting momen trafo sisi 150 kV
Im
= 8 x Iset
.................................
(3.62)
atau, diblok jika menggunakan redundant protection.
3.4.6. Setting GFR pada sisi primer trafo 150 kV
a.
Arus kerja minimum
Fungsi GFR netral adalah sebagai pengaman cadangan kedua trafo tenaga
terhadap gangguan hubung singkat satu fasa internal maupun gangguan
eksternal. Karena akan mengalir kontribusi arus urutan nol pada saat
terjadi hubungsingkat satu fasa di sisi 150 kV yang besarnya tergantung
pada jarak lokasi gangguan dengan posisi trafo. Oleh karena itu perlu
adanya penentuan waktu kerja GFR pada sisi primer trafo harus
dikoordinasikan dengan waktu kerja relai di penghantar.
Setting arus kerja GFR untuk trafo dengan delta winding
Is
= ( 0,5 – 0,7 ) x Inom trafo 150 kV
.....................
(3.63)
Setting arus kerja GFR yang tidak dilengkapi delta winding
Is
= 0,2 x Inom trafo 150 kV
.....................
(3.64)
.....................
(3.65)
.....................
(3.66)
Arus dalam besaran sekunder, dibagi CT
Iset Is x
A (sekunder)
!
Tap value setting range yang ada pada relai:
tap b.
Setting waktu dan karakteristik kerja untuk kurva standar inverse(SI)
Ihs ,
Is 1
didapar rumus:
TMSg tg
o, 14
…………….……
(3.67)
52
dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut:
TMSg o, 14
Ihs
Is ,
1
tg
…………….……
(3.68)
Dimana : Ihs = Hubung singkat maksimum satu fasa di busbar 150 kV
Isg = Setting arus kerja dalam Ampere primer
t
= Waktu kerja yang di inginkan 1,0 – 1,5 detik