bab ii landasan teori

 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Jaringan Distribusi
Jaringan Pada Sistem Distribusi tegangan menengah (Primer 20kV) dapat
dikelompokkan menjadi lima model, yaitu Jaringan Radial, Jaringan hantaran
penghubung
(Tie Line), Jaringan Lingkaran (Loop), Jaringan Spindel dan Sistem Gugus
atau Kluster.
a. Jaringan Radial
Sistem distribusi dengan pola Radial seperti Gambar 2.1 Adalah sistem distribusi
yang paling sederhana dan ekonomis. Pada sistem ini terdapat beberapa penyulang
yang menyuplai beberapa gardu distribusi secara radial.
Gambar 2.1Konfigurasi Jaringan Radial [5]
Dalam penyulang tersebut dipasang gardu-gardu distribusi untuk konsumen.
Gardu distribusi adalah tempat dimana trafo untuk konsumen dipasang.Bisa dalam
bangunan beton atau diletakan diatas tiang. Keuntungan dari sistem ini adalah sistem ini
tidak rumit dan lebih murah dibanding dengan sistem yang lain.
7
8
Namun keandalan sistem ini lebih rendah dibanding dengan sistem lainnya.
Kurangnya keandalan disebabkan karena hanya terdapat satu jalur utama yang
menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama tersebut mengalami gangguan,
maka seluruh gardu akan ikut padam. Kerugian lain yaitu mutu tegangan pada gardu
distribusi
yang paling ujung kurang baik, hal ini dikarenakan jatuh tegangan terbesar
ada diujung saluran.
b. Jaringan Hantaran Penghubung (Tie Line)
Sistem distribusi Tie Line seperti Gambar 2.2 digunakan untuk pelanggan penting yang
tidak boleh padam (Bandar Udara, Rumah Sakit, dan lain lain).
Gambar 2.2Konfigurasi Jaringan Hantaran Penghubung [5]
Sistem ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan tambahan
Automatic Change Over Switch / Automatic Transfer Switch, setiap penyulang
terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu penyulang
mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke penyulang lain.
c. Jaringan Lingkar (Loop)
Pada Jaringan Tegangan Menengah Struktur Lingkaran (Loop) seperti Gambar 2.3
dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga dengan demikian
9
tingkat keandalannya relatif lebih baik.
Gambar 2.3Konfigurasi Jaringan Loop [5]
d. Jaringan Spindel
Sistem Spindel seperti pada Gambar 2.4 adalah suatu pola kombinasi jaringan
dari pola Radial dan Ring. Spindel terdiri dari beberapa penyulang (feeder) yang
tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut berakhir pada sebuah
Gardu Hubung (GH).
10
Gambar 2.4 Konfigurasi Jaringan Spindel [5]
Pada sebuah spindel biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif dan sebuah
penyulang cadangan (express) yangakan dihubungkan melalui gardu hubung. Pola
Spindel biasanya digunakan pada
jaringan
tegangan
menengah (JTM) yang
menggunakan kabel tanah/saluran kabel tanah tegangan menengah (SKTM). Namun
pada pengoperasiannya, sistem Spindel berfungsi sebagai sistem Radial. Di dalam
sebuah penyulang aktif terdiri dari gardu distribusi yang berfungsi untuk
mendistribusikan tegangan kepada konsumen baik konsumen tegangan rendah (TR) atau
tegangan menengah (TM).
e. Sistem Gugus atau Sistem Kluster
Konfigurasi Gugus seperti pada Gambar 2.5 banyak digunakan untuk kota besar yang
mempunyai kerapatan beban yang tinggi. Dalam sistem ini terdapat Saklar
Pemutus Beban, dan penyulang cadangan.
11
Gambar 2.5Konfigurasi Sistem Kluster [5]
2.2 Trafo Arus
Trafo arus digunakan untuk menurunkan arus yang mengalir pada jaringan
tegangan tinggi untuk keperluan pengukuran dan proteksi. Kumparan primer trafo
arus dihubungkan seri dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya,
sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan alat ukur atau rele proteksi.
Biasanya peralatan ukur atau rele proteksi membutuhkan arus 1 A atau 5 A. Trafo
arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,005 s/d 1,2 kali arus yang akan
diukur, sedangkan trafo arus untuk proteksi harus mampu bekerja lebih dari 10 kali
arus pengenalnya. Perbedaan mendasar antara trafo arus untuk pengukuran dan trafo
trafo arus untuk proteksi adalah pada kurva magnetisasinya. Level kejenuhan trafo
arus untuk proteksi lebih tinggi dibanding level kejenuhan trafo arus untuk
pengukuran.
Karakteristik CT untuk pengukuran:
a. Teliti untuk daerah kerja 5% - 120 % In
b. Cepat jenuh FS rendah
c. Penandaan hanya menunjukan klasnya, contoh klas 0.5 atau klas 1.0
12
Karakteristik
CT untuk proteksi:
a. Harus mampu bekerja >10 x arus pengenalnya
b. Level kejenuhan tinggi
c. Membutuhkan arus 1 A atau 5 A
2.2.1 Konstruksi dan Prinsip kerja Trafo Arus
Gambar 2.6 Rangkaian Konstruksi Trafo Arus [5]
Prinsip kerja trafo arus sama dengan trafo daya satu fasa. Jika pada kumparan
primer mengalir arus I1, maka pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet
sebesar N1.I1. Gaya gerak magnet ini mempruduksi fluks pada inti, kemudian
membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) pada kumparan sekunder. Jika terminal
kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2 , arus
ini menimbulkan gaya gerak magnet N1I1 pada kumparan sekunder. Bila trafo tidak
mempunyai rugi-rugi (trafo ideal) berlaku persamaan[5] :
....................(2.1)
Keterangan:
N1 : jumlah lilitan primer
I1 : arus primer
N2 : jumlah lilitan sekunder
I2 : arus sekunder
13
Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik
2.3 Jenis
Jenis gangguan utama dalam saluran distribusi tenaga listrik adalah gangguan
hubung singkat.Gangguan hubung singkat ini terjadi sebagai akibat dari tembusnya
bahan isolasi,
kesalahan teknis, polusi debu, dan pengaruh alam di sekitar saluran
distribusi tenaga listrik, sehingga ada arus yang mengalir dari fasa ke tanah atau
amtar fasa.Untuk keadaan pelayanan penyaluran tenaga listrik ke pelanggan maka
jaringan distribusi perlu dilengkapi dengan alat pengaman.
Bila ditinjau dari segi lamanya waktu gangguan, maka gangguan pada sistem
distribusi tenaga listrik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:
1. Gangguan sementara (gangguan temporer)
2. Gangguan permanen (gangguan stationer)
Untuk gangguan temporer (gangguan sementara) ditandai dengan normalnya
kerja sistem sebuah pengaman dimasukkan (menutup) kembali.Sedangkan gangguan
permanen (gangguan stationer) ditandai dengan jatuhnya pengaman setelah
dimasukkan kembali, dan biasanya dilakukan sampai tiga kali.Pada gangguan
permanen, pengaman bisa bekerja normal kembali setelah gangguan tersebut bisa
diatasi. Sedangkan gangguan yang bersifat temporer, penyebab gangguan akan hilang
dengan sendirinya setelah pengaman jatuh/trip.
Gangguan yang bersifat permanen bisa disebabkan karena adanya kerusakan
peralatan sistem tenaga listrik, sehingga gangguan ini baru bisa diatasi setelah
kerusakan pada peralatan tersebut sudah diperbaiki.Gangguan temporer yang terjadi
berulang-ulang dapat menyebabkan timbulnya kerusakan pada peralatan sistem
tenaga listrik dan hal ini dapat pula menimbulkan gangguan yang bersifat permanen
sebagai akibat adanya kerusakan peralatan tersebut.
14
Ditinjau dari macam gangguannya, maka gangguan hubung singkat dapat
dibedakan menjadi
1. Gangguan hubung singkat simetris
2. Gangguan hubung singkat tidak simetris
Yang termasuk dalam gangguan hubung singkat simetris adalah gangguan
hubung singkat tiga fasa, sedangkan gangguan yang lainnya termasuk gangguan
hubung singkat tidak simetris. Gangguan hubung singkat akan mengakibatkan arus
lebih pada fasa yang terganggu, dimana arus gangguan tersebut mempunyai harga
yang jauh lebih besar dari rating arus maksimum yang diijinkan pada peralatan. Arus
hubung singkat ini dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan sistem tenaga
listrik jika pengaman tidak segera bekerja.Gangguan-gangguan yang lain jika terjadi
berulang-ulang bisa mengakibatkan terjadinya kerusakan isolasi maupun peralatan
pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik dan hal ini akhirnya dapat
mengakibatkan terjadinya hubung singkat.
2.3.1 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa
Gangguan hubung singkat tiga fasa adalah gangguan hubung singkat yang
berupa hubungan pendek antara ketiga fasanya. Didapat persamaan sebagai berikut[6]:
I f 3 
V
( Ampere) ......................................................... (2.2)
Z
Dimana:
I = Arus gangguan 3 fasa
V= Tegangan fasa netral sistem 20 kV =
Z = Impedansi urutan positif (Z1 eq)
20.000
√3
= Vph
15
`
IA
A
Ea
20 Kv
IB
a).
b).
B
Z1
IC
Ihs
C
Gambar 2.7
Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa (a), Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat 3
Fasa (b). [5]
Arus gangguan hubung singkat 3 fasa bila dibandingkan dengan gangguan
hubung singkat yang lain, mempunyai arus gangguan yang paling besar.
2.3.2 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa
Gangguan hubung singkat dua fasa adalah gangguan hubung singkat yang
berupa hubungan pendek antara satu fasa dengan fasa yang lain. Apabila hubung
singkat terjadi pada fasa a dan b akan didapat persamaan dibawah[6] :
I f 2 
V
..........................................................................(2.2)
Z
Dimana:
I = Arus gangguan 2 fasa
V = Tegangan fasa-fasa sistem 20 kV = 20.000 = Vph-ph
Z = Jumlah impedansi urutan positif (Z1 eq) dan impedansi urutan negatif ( Z2 eq)
16
Sehingga
tidak hanya gangguan 3 fasa, gangguan hubung singkat 2 fasa juga dihitung
untuk lokasi gangguan yang diasumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75%, 100% panjang
penyulang. Dalam hal ini dianggap nilai Z1 eq = Z2 eq, sehingga arus gangguan
hubung singkat 2 fasa diatas dapat disederhanakan menjadi [6] :
I f 2 
Vph  ph
...............................................................(2.3)
2 xZ1  eq
IA
A
Ea
20 Kv
IB
a).
b).
B
Ihs
Z1
IC
C
Z2
Gambar 2.8
Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa (a), Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat 2
Fasa (b).[5]
Arus hubung singkat dua fasa lebih kecil daripada arus gangguan hubung
singkat tiga fasa.
Faktor-faktor yang dapat menyebabkan terjadinya gangguan pada sistem
transmisi dan distribusi tenaga listrik antara lain:
1. Surja Petir
Mengingat saluran
transmisi dan distribusi tersebar luas dan panjang
membentang serta beroperasi pada kondisi tempat yang cuacanya berbeda-beda,
maka kemungkinan terjadinya gangguan yang disebabkan oleh petir besar sekali,
17
terutama
pada musim hujan. Gangguan yang disebabkan oleh petir ini sangat
berbahaya karena dapat merusak isolasi peralatan.
2. Surja
Hubung
Yang
dimaksud dengan surja hubung adalah kenaikan tegangan pada saat
dilangsungkannya pemutusan arus oleh PMT. Kenaikan tegangan yang disebabkan
oleh adanya gangguan surja hubung ini dapat merusak isolasi peralatan .
3. Polusi
Debu
Debu-debu yang menempel pada isolator, bila udara lembab maka debu tersebut
merupakan konduktor yang dapat menyebabkan terjadinya loncatan bunga api yang
pada akhirnya dapat menyebabkan gangguan hubung singkat fasa ke tanah.
4. Adanya Pohon-pohon yang Tidak Terawat
Pohon-pohon yang dekat dengan saluran transmisi dan distribusi bila tidak
terawat dan rantingnya masuk ke daerah bebas saluran transmisi dan distribusi,hal ini
dapat mengakibatkan terjadinya gangguan hubung singkat fasa ke tanah.
5. Isolator yang Rusak
Isolator yang rusak akibat tersambar petir atau usia yang sudah tua dapat
menyebabkan terjadinya gangguan antar fasa atau gangguan dari fasa ke tanah.
6. Daun-daun atau Sampah yang Menempel Pada Isolator
Daun-daun atau sampah yang terbang terbawa angin dan kemudian menempel
pada isolator akan mengakibatkan jarak bebas berkurang sehingga dapat
menyebabkan terjadinya loncatan bunga api. Hal ini dapat menyebabkan terjadinya
gangguan antar fasa atau gangguan dari fasa ke tanah.
7. Kerusakan Mekanis dari Peralatan
8. Turunnya Kekuatan Dielektris dari Isolasi Sistem
18
2.4
Peralatan Proteksi
Gangguan pada jaringan distribusi tenaga listrik sebagian besar merupakan
gangguan hubung singkat, yang menimbulkan arus listrik cukup besar. Semakin besar
sistemnya, semakin besar pula arus gangguannya.
Arus
gangguan yang besar bila tidak segera dihilangkan akan merusak
peralatan yang dilalui arus gangguan. Untuk melepaskan daerah yang terganggu
diperlukan alat pengaman. Di sini jelas bahwa alat pengaman bertujuan untuk
melepaskan
atau membuka sistem yang terganggu sehingga arus gangguan ini akan
padam. Untuk memenuhi tujuan tersebut maka diperlukan sistem proteksi.
Yang dimaksud dengan sistem proteksi tenaga listrik adalah suatu sistem
pengaman kepada peralatan-peralatan listrik dan saluran terhadap kondisi abnormal.
Sistem proteksi diperlukan untuk menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan
peralatan listrik akibat gangguan. Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang
digunakan maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan kepada kemungkinan
kerusakan alat. Disamping itu dengan bekerjanya sistem proteksi maka daerah yang
terganggu bisa dilokalisir sehingga dapat memberikan pelayanan listrik dengan
keandalan yang tinggi kepada konsumen, dan juga untuk mengamankan manusia
terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.
Suatu sistem proteksi terdiri dari beberapa komponen peralatan yang
membentuk satu rangkaian yang masing-masing komponen mempunyai tugas sesuai
dengan fungsinya.Komponen peralatan pada sistem pengaman adalah sebagai berikut:
1. Circuit Breaker/Pemutus Tenaga
2. Rele
3. Trafo Arus (CT)
4. Trafo Tegangan (PT)
5. Kabel Kontrol
6. Baterai
19
Rele Pengaman ( Rele Arus Lebih )
2.4.1
Rele pengaman adalah suatu peralatan yang direncanakan untuk dapat merasakan
atau mengukur
adanya gangguan atau mulai merasakan adanya ketidak normalan
pada peralatan
atau bagian sistem tenaga listrik dan segera secara otomatis membuka
Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) untuk memisahkan peralatan atau
bagian dari sistem yang terganggu dan memberi isyarat berupa lampu atau alarm
(bel).
Rele pengaman dapat merasakan atau melihat adanya gangguan pada peralatan
yang diamankan dengan mengukur atau membandingkan besaran-besaran yang
diterimanya misalnya arus, tegangan, daya, sudut, fase, frekuensi, impedansi, dan
sebagainya dengan besaran yang telah ditentukan, kemudian mengambil keputusan
untuk seketika ataupun dengan perlambatan waktu membuka PMT ataupun hanya
memberi tanda tanpa membuka PMT.
PMT harus mempunyai kemampuan untuk memutus arus hubung singkat
maksimum yang melewatinya dan juga harus mampu menutup rangkaian dalam
keadaan hubung singkat dan kemudian membuka kembali. PMT biasanya dipasang
pada generator, trafo daya, saluran transmisi, saluran distribusi dan sebagainya
supaya masing-masing bagian sistem dapat dipisahkan sedemikian rupa sehingga
sistem lainnya tetap beroperasi secara normal.
Pada sistem tegangan menengah dan tegangan rendah adakalanya sekering
digunakan sebagai rele dan pemutus tenaga bersamaan. Disamping tugas di atas, rele
juga berfungsi menunjukkan lokasi dan macam gangguannya.Dengan data tersebut
memudahkan analisa dari gangguannya. Dalam beberapa hal rele hanya memberi
tanda adanya gangguan atau kerusakan, jika dipandang gangguan atau kerusakan
tersebut tidak segera membahayakan.
20
Dari uraian di atas maka rele pengaman pada sistem tenaga listrik berfungsi
untuk:
a) Merasakan, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta
memisahkan secepatnya sehingga sistem lainnya tidak terganggu dan dapat
beroperasi secara normal.
b) Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan atau bagian sistem
yang terganggu.
c) Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem yang lain yang tidak
terganggu di dalam sistem tersebut serta mencegah meluasnya gangguan.
d) Memperkecil bahaya bagi manusia.
Sistem pengaman yang baik harus mampu:
a) Melakukan koordinasi dengan sistem pengaman yang lain
b) Mengamankan peralatan dari kerusakan yang lebih luas akibat gangguan
c) Membatasi kemungkinan terjadinya kecelakaan
d) Secepatnya membebaskan pemadaman karena gangguan
e) Membatasi daerah pemadaman akibat gangguan
f) Mengurangi frekuensi pemutusan permanen karena gangguan
Syarat-syarat rele proteksi untuk melaksanakan fungsi-fungsi di atas maka rele
pengaman harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:
1. Dapat diandalkan ( Reliable)
Dalam keadaan normal atau sistem yang tidak pernah terganggu rele proteksitidak
bekerja selama berbulan-bulan mungkin bertahun-tahun, tetapi rele proteksi bila
diperlukan harus dan pasti dapat bekerja, sebab apabila rele gagal bekerja dapat
mengakibatkan kerusakan yang lebih parah pada peralatan yang diamankan atau
mengakibatkan bekerjanya rele lain sehingga daerah itu mengalami pemadaman yang
lebih luas.Untuk tetap menjaga keandalannya, maka rele proteksi harus dilakukan
pengujian secara periodik.
21
2. Selektif
Selektivitas dari rele proteksi adalah suatu kualitas kecermatan pemilihan dalam
mengadakan pengamanan. Bagian yang terbuka dari suatu sistem oleh karena
terjadinya gangguan harus sekecil mungkin, sehingga daerah yang terputus menjadi
lebih kecil.
Rele proteksi hanya akan bekerja selama kondisi tidak normal atau gangguan yang
terjadi didaerah pengamanannya dan tidak akan bekerja pada kondisi normal atau
pada keadaan
gangguan yang terjadi diluar daerah pengamanannya.
3. Cepat
Makin cepat rele proteksi bekerja, tidak hanya dapat memperkecil kemungkinan
akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan meluasnya akibat yang
ditimbulkan oleh gangguan.
4. Peka (Sensitif)
Rele pengaman harus cepat merasakan adanya arus gangguan yang melebihi arus
settingnya. Rele dikatakan peka (sensitif) apabila dapat bekerja dengan masukan dari
besaran yang dideteksi kecil. Jadi rele dapat bekerja pada awal kejadian gangguan
atau dengan kata lain gangguan dapat diatasi pada awal kejadian. Hal ini memberi
keuntungan dimana kerusakan peralatan yang diamankan akibat gangguan menjadi
kecil. Namun demikian relai harus stabil, yang artinya rele harus dapat membedakan
antara arus gangguan dan arus beban maksimum .
5. Ekonomis dan sederhana
Penggunaan rele pengaman harus dipertimbangkan sisi ekonomisnya tanpa
mempengaruhi fungsi rele tersebut.
2.4.2 Pengertian Rele Arus Lebih
Rele arus lebih adalah suatu rele yang bekerjanya berdasarkan kenaikan arus yang
melebihi suatu nilai pengamanan tertentu dan dalam jangka waktu tertentu, sehingga
rele ini dapat dipakai sebagai pola pengaman arus lebih. Rele ini pada dasarnya
22
mengamankan
adanya arus lebih yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat atau
beban lebih. Rele arus lebih akan bekerja bila besarnya arus input melebihi suatu
harga tertentu (arus kerja) yang dapat diatur dan dinyatakan menurut kumparan
sekunder dari trafo arus. Rele arus lebih akan memberi isyarat kepada PMT (Pemutus
Tenaga) bila terjadi gangguan hubung singkat untuk membuka rangkaian sehingga
kerusakan alat akibat gangguan dapat dihindari.
Pengamanan dengan menggunakan rele arus lebih mempunyai beberapa
keuntungan
yaitu :
a) Dapat mengamankan arus lebih yang terjadi karena hubung singkat atau beban
lebih.
b) Dapat berfungsi sebagai pengaman utama dan juga merupakan pengaman
cadangan.
c) Harganya relatif murah.
Adapun beberapa kerugian atau kekurangan pengamanan dengan menggunakan
rele arus lebih adalah :
a) Untuk jaringan dengan sirkuit ganda tanpa dilengkapi dengan rele arah tidak
dapat selektif.
b) Untuk jaringan yang interkoneksi tidak dapat sebagai pengaman utama, karena
sukar untuk dapat selektif bila tidak dilengkapi dengan relai arah.
Dengan demikian pemakaian relai arus lebih pada sistem pada sistem tenaga
listrik umumnya digunakan pada :
a) Jaringan tegangan menengah atau saluran transmisi.
b) Jaringan sub-transmisi radial.
c) Pengaman untuk motor-motor tegangan menengah yang kecil.
d) Pengaman cadangan untuk generator, motor yang besar, transformator daya,
jaringan transmisi tegangan tinggi.
23
e) Bila dilengkapi dengan rele arah dapat digunakan sebagai pengaman saluran
transmisi sirkuit ganda dan pengaman gangguan tanah sampai tegangan ekstra
tinggi.
2.4.3 Fungsi
Rele Arus Lebih
Pemakaian rele arus lebih pada sistem tenaga listrik dapat difungsikan sebagai :
1. Pengaman
utama.
Rele pengaman sebagai pengaman utama adalah rele yang pertama kali merespon
dan bertindak jika terjadi gangguan pada sistem.
2. Pengaman cadangan
Sedangkan sebagai pengaman cadangan, rele pengaman cadangan baru akan
merespon dan bekerja jika rele pengaman utama gagal bekerja.
2.4.4 Cara Kerja Rele Arus Lebih
Rele arus lebih adalah suatu rele proteksi yang dikerjakan oleh suatu besaran
arus gangguan akibat hubung singkat yang mengalir pada rangkaian kumparan
geraknya. Apabila besarnya arus yang dideteksi melebihi batas penyetelannya, maka
akan bekerja (Pick Up), kemudian dalam waktu tertentu akan memberikan perintah
trip ke PMT untuk mengeliminir gangguan tersebut.
Prinsip kerja rele arus lebih yang bekerja berdasarkan besaran arus lebih akibat
adanya gangguan hubung singkat dan memberikan perintah trip ke PMT sesuai
dengan karakteristik waktunya.
Pada gambar di bawah ini diberikan contoh gambar rangkaian rele arus lebih
waktu sesaat pada SUTM.
24
CT
Ib
PMT
CT
CT
Ir
R
S
Ir
Ir
trip
coil
T
OCR
+
-
Batere
Gambar 2.9 Rangkaian Rele Arus Lebih. [2]
Pada kondisi normal arus beban (Ib) mengalir pada SUTM dan oleh trafo arus
besaran arus ini ditransformasikan ke besaran sekunder (Ir). Arus Ir mengalir pada
kumparan rele, tetapi karena arus ini masih lebih kecil dari pada suatu harga yang
ditetapkan (penyetelan), maka rele tidak bekerja.
Bila terjadi gangguan hubung singkat, arus Ib akan naik dan menyebabkan arus
Ir naik pula. Apabila arus Ir naik melebihi suatu harga yang telah ditetapkan (diatas
penyetelan) maka rele akan bekerja dan memberikan perintah trip coil untuk bekerja
dan membuka PMT, sehingga SUTM yang terganggu dipisahkan dari jaringan.
2.4.5 Jenis Rele Arus Lebih
Berdasarkan karakteristik arus terhadap waktu kerja, rele arus lebih terbagi atas
beberapa jenis, antara lain:
2.4.5.1 Rele Arus Lebih Karakteristik Waktu Sesaat/Moment (Instantaneous).
Adalah rele yang bekerja seketika. Setiap arus pick-up, maka rele akan
langsung memberi perintah pada CB untuk memutus sirkit pada saat itu juga.
Biasanya rele ini dipakai bersama dengan rele arus lebih karakteristik lainnya,
25
misalnya
rele arus lebih karakteristik waktu terbalik. Keuntungan pemakaian rele
seketika akan tampak jelas pada saluran panjang atau trafo daya, yang disuplai
oleh pembangkitan yang besar. Untuk gangguan didekat rele, dimana arus
gangguan sangat besar, waktu pemutusannya akan seketika, sehingga peralatan
yang dilindungi menjadi aman dari kerusakan
t
I
I(Ampere)
Im
Gambar 2.10 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Seketika (Instantaneous).[2]
2.4.5.2 Rele Arus Lebih Karakteristik Waktu Tertentu(Definite Time)
Karakteristik
arus
waktu
definite
time
(waktu
tertentu)
waktu
pemutusannya tetap, besar arus gangguan tidak mempengaruhi kecepatan
pemutusan. Sehingga rele jenis ini cocok dipakai pada sistem tenaga listrik yang
arus gangguannya sangat bervariasi akibat perubahan kapasitas pembangkitan.
Selain itu pula rele ini sangat aik digunakan pada jaringan yang panjang, dimana
gangguan pada seksi tersebut baik diujung maupun dipangkalnya, diamankan
dengan waktu kerja yang tetap, tetapi rele jenis ini tidak cocok dipakai pada
jaringan yang mempunyai seksi didepannya, karena bila dikoordinasikan dengan
baik, maka rele didekat sumber pembangkit/trafo daya akan memiliki waktu kerja
rele yang sama, padahal arus gangguannya semakin besar.
26
t
I
t
ts
I(Ampere)
Is
Gambar 2.11 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time).[2]
2.4.5.3 Rele Arus Lebih Karakteristik Waktu Terbalik (Invers Time)
Adalah rele arus lebih yang mempunyai elemen pengukur waktu dependent
terhadap arus yang dideteksi. Besarnya waktu kerja rele berbanding terbalik
dengan besarnya arus gangguan yang dideteksi, makin besar arus gangguan, maka
makin cepat waktu kerja rele dan sebaliknya.
t
I
t
I(Ampere)
Is
Gambar 2.12 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Time).[2]
27
Terdapat 4 macam karakteristik Rele Inverse, yaitu :
a. Standard Inverse, yaitu karakteristik yang menunjukan perbandingan
antara besar arus dengan waktu kerja rele yang standard, ditulis
dengan rumus[1]:
𝑡=
0,14
I 0,02
Is
𝑥 TMS
−1
Gambar 2.13 Kurva Karakteristik Waktu Standard Inverse[1]
28
b. Very Inverse, yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan
antara besar arus dengan waktu kerja rele yang lebih cepat/tinggi dari
standard invers, ditulis dengan rumus[1]:
𝑡=
13,5
I
Is
−1
x TMS
Gambar 2.14 Kurva Karakteristik Waktu Very Inverse
[1]
29
c. Extremely Inverse, yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan
antara besar arus dengan waktu kerja rele yang lebih cepat/tinggi dari
standard dan very invers, ditulis dengan rumus[1]:
𝑡=
80
𝐼 2
𝐼𝑠
𝑥 TMS
−1
[1]
Gambar 2.15 Kurva Karakteristik Waktu Extremely Inverse
30
d. Long Time Invers, yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan
antara besar arus dengan waktu kerja rele yang lebih lambat/rendah
diantara karakteristik yang lain, ditulis dengan rumus[1]:
𝑡=
120
𝐼
𝐼𝑠
𝑥 TMS
−1
Gambar 2.16 Kurva Karakteristik Waktu Long Time Invers[1]
31
Parameter Pada Rele Arus Lebih
2.4.5.5
1.
I Pick Up – Ip
Ip = Arus kerja ( Arus Pick Up ).
Adalah arus minimum yang menyebabkan rele bekerja atau pick-up.
2.
I reset ( Ir atau Id)
Id = Ir = arus kembali (arus drop-off / Id, arus reset / Ir).
Adalah arus maksimum yang menyebabkan rele kembali tidak bekerja.
3.
In = Arus minimum rele
In adalah besarnya kemampuan rele untuk dialiri arus secara terus menerus.
4. I sett = Arus setting rele
Isett adalah besarnya suatu harga penetapan arus kerja rele sesuai dengan yang
diharapkan rele harus pick-up.
5.
Im = Arus moment / arus kerja sesaat
Im adalah besarnya suatu harga penetapan arus kerja rele sesuai yang diharapkan rele
harus bekerja sesaat (instantaneous).
6.
I sett (time delay) = waktu tunda
I sett atau waktu tunda adalah periode waktu yang sengaja diberikan pada rele untuk
memperlambat trip ke PMT sejak relai itu pick-up. Waktu tunda ini dimaksudkan
untuk koordinasi dengan rele lainnya.
7.
TMS = Time multiple setting
TMS adalah besarnya kelipatan waktu tunda (t sett).
8.
Starting
Adalah suatu tanda bahwa rele pick-up atau merasakan adanya suatu besaran arus
yang sama dengan atau lebih besar dari I sett.
32
9.
Trip
Adalah suatu tanda bahwa rele bekerja dan telah memberi perintah
pada tripping
coil untuk bekerja melepas kontak PMT.
2.5
Setelan Rele Arus Lebih
2.5.1
Setelan Arus Untuk Waktu Tunda ( I>)
I>set
=
Ks
Kd
x In
.......................................................................(2.4)
= 0,8 x I HS 2 ...............................................................(2.5)
I>set
Iset diambil dari nilai terkecil diantara persamaan (2.4) dan (2.5)
Iset
= Arus setting (Ampere)
KS
= Faktor Keamanan (Isetmin= 0,1, ISetmax= 0,2)
KD
= Faktor arus kembali (Definite = 0,8 s/d 0,9, Inverse = 1)
2.5.2
Setelan Arus Untuk Instantaneous ( I>>)
0,8 x I HS 2 < I set < I
HS 3
…………………………..........................(2.6)
Iset < Ikemampuan kabel ……………….............…..............................(2.7)
Iset diambil dari nilai terkecil diantara persamaan (2.6) dan (2.7)
2.5.3
𝑇×
Setelan TMS
𝐼 𝐹𝑎𝑢𝑙𝑡
𝐼 𝑠𝑒𝑡
0,02
0,14
−1
…………………………………………………….(2.8)
33
OCR SEPAM T20
2.6 Rele
2.6.1 Layar Display Digital
Gambar 2.17 Tampilan Rele Sepam T20
Keterangan gambar :
1. LED hijau : SEPAM on
2. LED merah : steadily on
3. LED indikator
4. Label Indentifikasi indikator LED
5. LCD screen
6. Tombol tampilan switchgear dan network diagnosis data
7. Tombol untuk menampilkan pengukuran
8. Display alarm
9. Tombol enter dan reset
10. Tombol kursor up dan clear
11. Tombol kursor down dan LED test
12. Tombol penyetelan proteksi
13. Tombol penyetelan parameter rele sepam T20
14. Tombol password
15. Port untuk keneksi ke PC
34
2.6.2 Lampu Indikator (LED)
Gambar2.23 Indikator Lampu Rele Sepam T20
Gambar 2.18 Indikator Lampu Rele Sepam T20
Keterangan gambar :
1.
On
: Tanda bahwa rele sudah menyala/on
2.
: Tanda bahwa rele belum siap digunakan
3. I>51
: Tanda lampu OCR dengan menggunakan setelan time delay
4. I>>51
: Tanda lampu OCR menggunakan setelan instantanous
5. I>51N
: Tanda lampu GFR dengan menggunakan setelan time delay
6. I>>51N
: Tanda lampu GFR menggunakan setelan instantanous
7. EXT
: Tanda lampu saat keluar/mematikan Rele
8.
: Tanda lampu pada saat rele trip
9.
: Tanda lampu pada saat rele tidak trip
35
2.6.3 Output Rele SEPAM T20
O1
Adalah output rele yang berfungsi sebagai kontak trip
O2
Adalah output rele yang berfungsi sebagai
Closhing Inhibition
O3 Adalah output rele yang memiliki fungsi sebagai
indikasi output
O4
Adalah output rele yang berfungsi sebagai
indikator watchdog
Terminal 1 dan 2 untuk supply 220 V AC
Terminal 17 untuk pentanahan
Gambar2.19 Output Rele
36
2.6.4 Terminal-Terminal Rele SEPAM T20
Gambar 2.20 Terminal Rele Sepam T20
Di dalam rele Sepam T20 ini mempunyai 1 terminal input, 1terminal output,
dan 2 buah terminal komunikasi untuk mini scada. Pada terminal input yang juga
digambarkan pada bagian B digunakan untuk memasukan arus dari CT di jaringan,
sedangkan terminal output yang juga digambarkan pada bagian A digunakan sebagai
sumber tegangan Rele ini dan juga untuk penyetelan rele tersebut.
Pada bagian A terdapat 15 terminal dengan fungsi yang berbeda, untuk
terminal no 1 dan 2 berfungsi untuk sumber tegangan rele . Sedangkan untuk terminal
no 7 sampai dengan no 15 digunakan untuk seting rele, terminal no 17 untuk
grounding rele dan terminal no 18 dan 19 untuk zero ct.
Pada bagian C dan D digunakan untuk komunikasi yang terdapat pada scada
sehingga memerlukan peralatan yang lain untuk menunjang komunikasi tersebut.
37
2.6.5
Prosedur Penyetelan OCR SEPAM T20
Tabel 2.1 Prosedur Setelan Rele
1. Pastikan
rele tidak dalam keadaan
terkunci
agar dapat melakukan
penyetelan rele, dengan menekan
tombol
pada rele kemudian
setelah muncul tampilan seperti
gambar di samping tekan tombol
4x kemudian pilih ‘apply’
untuk mengaktifkan rele.
2. Masuk ke menu ‘General Setting’
dengan menekan tombol
pada
rele, dan setelan frekuensi, bahasa,
mode set A, B atau A+B.
3. Untuk melakukan setelan OCR
dengan Iset 0,2 tekan tombol
dan pastikan 50/51 1A on, Curve
untuk jenis karakteristik, Threshold
untuk Iset, Delay untuk TMS.
Setting Iset/Threshold menggunakan
tombol up
dan down
sesuai setelan yang diinginkan.
38
4. Untuk setelan OCR Time Delay
lakukan
pada mode 50/51 1A,
sedang
kan untuk setelan
instantaneous lakukan setelan pada
mode 50/51 2A.
Untukn
pindah mode ke 50/51 2A
tekan tombol