bab ii landasan teori

 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Klasifikasi Saluran Distribusi Tenaga Listrik
Secara umum, saluran tenaga Listrik atau saluran distribusi dapat
diklasifikasikan sebagai berikut:
1. Menurut nilai tegangan
a.
Saluran distribusi Primer, Terletak pada sisi primer trafo distribusi,
yaitu antara titik Sekunder trafo substation (Gardu Induk) dengan
titik primer trafo distribusi. Saluran ini bertegangan menengah 20
kV. Jaringan listrik 70 kV atau 150 kV, jika langsung melayani
pelanggan, bisa disebut jaringan distribusi.
b.
Saluran Distribusi Sekunder, Terletak pada sisi sekunder trafo
distribusi, yaitu antara titik sekunder dengan titik cabang menuju
beban
2. Menurut bentuk tegangannya:
a.
distribusi AC (Alternating Current) menggunakan sistem tegangan
bolak-balik.
b.
Saluran distribusi AC (Direct Current) mengggunakan sistem
tegangan bolak-balik.
3. Menurut jenis/tipe konduktornya:
a.
Saluran udara, dipasang pada udara terbuka dengan bantuan
penyangga (tiang) dan perlengkapannya, dan dibedakan atas:

Saluran kawat udara, bila konduktornya telanjang, tanpa
terbungkus isolasi.

Saluran kabel udara, bila konduktornya terbungkus isolasi.

Saluran bawah tanah, dipsang didalam tanah, dengan
menggunakan kabel tanah (graound cable).
5
6
4. Menurut susunan (konfigurasi) salurannya:
a.
lain/terhadap netral, atau saluran positif terhadap negatif (pada
sistem DC) membentuk garis horisontal.
b.
Saluran Konfigurasi horizontal, bila saluran fasa terhadap fasa yang
Saluran Konfigurasi Vertikal, bila saluran-saluran tersebut
membentuk garis vertikal
c.
Saluran konfigurasi Delta, bila kedudukan saluran satu sama lain
membentuk suatu segitiga (delta).
5. Menurut Susunan Rangkaiannya
Dari uraian diatas telah disinggung bahwa sistem distribusi di bedakan
menjadi dua yaitu sistem distribusi primer dan sistem distribusi
sekunder.
a. Jaringan Sistem Distribusi Primer
Sistem distribusi primer digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik
dari gardu induk distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini dapat
menggunakan saluran udara, kabel udara, maupun kabel tanah sesuai
dengan tingkat keandalan yang diinginkan dan kondisi serta situasi
lingkungan. Saluran distribusi ini direntangkan sepanjang daerah
yang akan di suplai tenaga listrik sampai ke pusat beban.
Terdapat bermacam-macam bentuk rangkaian jaringan distribusi
primer, yaitu:
1. Jaringan Distribusi Radial, dengan model: Radial tipe pohon,
Radial dengan tie dan switch pemisah, Radial dengan pusat beban
dan Radial dengan pembagian phase area.
2. Jaringan distribusi ring (loop), dengan model: Bentuk open loop
dan bentuk Close loop.
3. Jaringan distribusi Jaring-jaring (NET)
4. Jaringan distribusi spindle
5. Saluran Radial Interkoneksi
7
b. Jaringan Sistem Distribusi Sekunder
Sistem distribusi sekunder digunakan untuk menyalurkan tenaga
listrik dari gardu distribusi ke beban-beban yang ada di konsumen.
Pada sistem distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak
digunakan ialah sistem radial. Sistem ini dapat menggunakan kabel
yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi. Sistem ini biasanya
disebut sistem tegangan rendah yang langsung akan dihubungkan
kepada konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatanperalatan sbb:
1. Papan pembagi pada trafo distribusi.
2. Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder).
3. Saluran Layanan Pelanggan (SLP) (ke konsumen/pemakai).
4. Alat Pembatas dan pengukur daya (kWh meter) serta fuse atau
pengaman pada pelanggan.
Keterangan:
PMS= Pemisah
TD= Trafo Distribusi
PMT= Pemutus
SU= Saklar Utama
FCO= Fuse Cut Out
SC= Saklar Cabang
FC= Fuse Cabang
Gambar 2.1 Komponen Sistem Distribusi
Sistem proteksi harus bekerja mengamankan peralatan yang berada
di dalam sistem tenaga listrik pada saat terjadinya suatu gangguan. Peralatan
proteksi merupakan peralatan yang mengidentifikasi gangguan dan
memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang tidak
8
terganggu serta mengamankan bagian yang tidak terganggu dari kerusakan
atau kerugian yang lebih besar.
2.2 Konfigurasi Radial [8]
Gardu induk energi listrik
didistribusikan melalui penyulang-
penyulang yang berupa saluran udara atau saluran kabel tanah. Pada
penyulang distribusi ini
terdapat gardu-gardu distribusi. Fungsi gardu
distribusi ini menurunkan tegangan distribusi primer menjadi tegangan
rendah (JTR). Konsumen tenaga listrik tersambung dari JTR melalui saluran
rumah. Dari saluran rumah , tenaga listrik masuk ke alat pembatas dan
pengukur (APP) terlebih dahulu sebelum memasuki instalasi rumah milik
konsumen. Secara umum bentuk fisik sistem distribusi terdiri dari beberapa
bagian yaitu:
a.
Gardu Induk, yaitu berfungsi menerima tenaga listrik dari jaringan sub
transmisi ( bertegangan 500KV, 150KV, atau 70KV) dan menurunkan
tegangannya menjadi tegangan jaringan primer.
b.
Jaringan distribusi primer, yaitu berfungsi menyalurkan energi listrik
dari gardu induk ke trafo-trafo distribusi dimana tegangan kerjanya
adalah 20KV.
c.
Gardu Hubung, yaitu berfungsi sebagai penghubung (titik temu) dua
atau lebih jaringan primer.
d.
Trafo Distribusi, yaitu berfungsi menurunkan tegangan dari distribusi
primer (20KV) menjadi tegangan untuk distribusi sekunder (220
V/380V).
e.
Jaringan Distribusi sekunder, yaitu Jaringan yang meyalurkan tenaga
Listrik dari trafo distribusi sampai pelanggan dimana tegangan kerjanya
adalah 220V/380V. Gambar berikut ini tentang sistem distribusi.
9
Jaringan Tegangan Menengah (JTM)
Gardu Induk
Sekering TM
Trafo Distribusi
Saklar TR
Sekering TR
Jaringan Tegangan rendah (JTR)
Sambungan Rumah
Pelanggan
Gambar 2.2 Sistem Distribusi
Konfigurasi Jaringan Radial yang dipasok dari satu tempat/gardu
induk, umumnya merupakan saluran udara tegangan menengah (SUTM),
Konfigurasi jaringan Radial merupakan sistem yang paling sederhana
dibandingkan dengan sistem lainnya. Jaringan distribusi radial ini
menyalurkan tenaga listrik melalui satu atau lebih titik pengisian ( feeder )
yang dihubungkan dengan saluran langsung ke titik penggunaan
(peralatan). Dibandingkan dengan bentuk jaringan distribusi lainnya,
bentuk jaringan radial ini merupakan bentuk jaringan distribusi sederhana,
terutama ditinjau dari penggunaannya, namun kemungkinan terjadinya
padam sangat besar yang biasanya disebabkan oleh gangguan trafo
distribusi atau salurannya.
Keuntungan Konfigurasi Jaringan Radial:
1. Pengoperasiannya Mudah
2. Mudah dalam mencari gangguan
3. Lebih Sederhana
4. Biaya Relatif Murah
10
Kerugian Sistem Primer Radial:
1. Tingkat kontinuitas pelayanan sistem ini rendah, seperti bila terjadi
gangguan pada salah satu titik pengisian dapat mengakibatkan
terputusnya pelayanan tenaga pada peralatan-peralatan yang terhubung,
sampai perbaikkan selesai.
2. Nilai Drop tegangan sangat besar terutama pada saluran yang paling
jauh dari penyulangnya.
20 kV
PMT
Feeder / Penyulang JTM
I
CB
Fuse Cut Out / FCO
GI
PMT
70/20 kV
PMT
Feeder / Penyulang JTM
II
CB
Gambar 2.3 Radial Primer
2.3. Bentuk-bentuk Konfigurasi Radial
[8]
2.3.1 Radial Murni
Sistem ini merupakan dasar dimana setiap saluran dari titik sumber
dan berakhir disetiap titik beban. Antara titik sumber dan titik beban hanya
ada satu jalur penghubung.
BEBAN
PEMBANGKIT
Gambar 2.4 Radial Murni
11
2.3.2 Radial Pohon
Sistem ini hampir sama dengan sistem radial murni, namun pada
radial pohon hanya ada satu saluran utama ( main feeder ) keluar dari
penyulang gardu induk. Kemudian bercabang-cabang ( lateral feeder ) dan
bercabang- cabang lagi ( sub-lateral feeder ) hingga kebeban atau
konsumen.
Main feeder
Lateral Feeder
Lateral Fuse
Gambar 2.5 Radial Pohon
2.4. Penyulang Distribusi Tenaga Listrik
Pada sistem distribusi 20 kV pasokan daya listrik didapat dari
penyaluran 150 kV atau 70 kV melalui trafo tenaga yang terpasang di gardu
induk. Dan besarnya kapasitas trafo bervariasi antara 5,10,20,30, sampai 60
MVA. Dan keluaran trafo dihubungkan ke bus 20 kV pada gardu-gardu
induk yang kemudian didistribusikan ke masing-masing penyulang 20 kV
ke konsumen-konsumen dengan mnenggunakan saluran udara tegangan
menengah (SUTM) atau saluran kabel tegangan menengah (SKTM). Dan
biasanya di Indonesia pemakaian saluran udara tegangan menengah lebih
dominan oleh sebab itu sering terjadi gangguan hubung singkat baik itu
12
gangguan antar fasa atau gangguan fasa dengan tanah. Ketika terjadi
gangguan, sistem proteksi dapat mencegah terjadinya kerugian yang lebih
besar, dan dapat bekerja melokalisasi gangguan tersebut.
Penyulang distribusi 20 kV PLN diamankan dari gangguan arus hubung
singkat dengan menggunakan over current relay (OCR), Sesuai dengan
pertumbuhan kelistrikan di Indonesia, maka PLN tidak saja berusaha
memenuhi permintaan daya yang meningkat, akan tetapi PLN memperbaiki
TMP. Sejalan dengan itu, perlu dikembangkan suatu cara penilaian terhadap
TMP atau diperlukan penentuan TMP.
Menurut kamus besar bahasa Indonesia, mutu adalah sekumpulan
atibut yang memberikan kepuasan pada pelanggan. Apabila ditinjau secara
etimologi, maka penentuan TMP penyulang ini harus dilihat dari sisi
pelanggan sebagai pengguna tenaga listrik. Mutu pelayanan antara lain
tegantung lamanya pemadaman dan kerapnya pemadaman yang terjadi.
Untuk dapat memenuhi mutu pelayanan tersebut, maka diperlukan data atau
laporan tentang sebab-sebab pemadaman (trip) pada penyulang.
2.5. Gangguan Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik
2.5.1 Jenis Gangguan
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 antar fasa. Jaringan distribusi
berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik ke pelanggan. Untuk keandalan
pelayanan penyaluran tenaga listrik ke pelanggan maka jaringan distribusi
perlu dilengkapi dengan alat pengaman.
Bila ditinjau dari segi lamanya waktu gangguan, maka gangguan
pada saluran distribusi tenaga listrik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :
13
a. sementara ( gangguan temporer )

Gangguan
sementara
(gangguan
temporer)
ditandai
dengan
normalnya kerja sistem setelah pengaman dimasukkan (menutup)
kembali.

Pada gangguan yang bersifat temporer, penyebab gangguan akan
hilang dengan sendirinya setelah pengaman jatuh/trip.

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.
b.
Gangguan permanen ( gangguan stationer )
 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.
Gangguan yang bersifat permanen bisa disebabkan karena adanya
kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik, sehingga gangguan ini baru
bisa diatasi setelah kerusakan pada peralatan tersebut sudah diperbaiki.
Ditinjau dari macam gangguannya, maka gangguan hubung singkat
dapat dibedakan menjadi :
a. Gangguan hubung singkat tiga fasa.
b. Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah.
c. Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah.
d. Gangguan hubung singkat antar fasa ( dua fasa ).
Dari empat jenis gangguan tersebut dapat dibedakan menjadi dua
kelompok gangguan, yaitu :
a. Gangguan hubung singkat simetris.
b. Gangguan hubung singkat tidak simetris.
14
Yang termasuk dalam gangguan hubung singkat simetris adalah
gangguan hubung singkat tiga fasa, sedangkan gangguan yang lainnya
termasuk gangguan hubung singkat tidak simetris.
2.5.2 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa [7]
Gangguan hubung singkat tiga fasa adalah gangguan hubung singkat
yang berupa hubungan pendek antara ketiga fasanya. Didapat persamaan
sebagai berikut :
I f 3 
V
( Ampere) ..................................................................(2.1) [ 7]
Z1
Dengan :
I f 3 = Arus gangguan 3 Fasa
V
= Tegangan Fasa netral sistem 20 kV =
=Vph
Z1 = Impedansi urutan positif
Gambar 2.6 Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa (a), Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung
Singkat 3 Fasa (b).
15
2.5.5 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa [7]
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 :
I f 2 
V
( Ampere) .........................................................(2.3) [7]
Z1  Z 2
Oleh karena Z1 = Z2 dan I f 3  3
V
..................................(2.4) [7]
Z1
\
Maka: I f 2 
I f 3
2
 3 .....................................................................(2.5) [7]
Gambar 2.7 Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa (a), Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung
Singkat 2 Fasa (b).
2.1.1.4 Gangguan Hubung Singkat 1 phasa ke Tanah [7]
Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah adalah gangguan
hubung singkat yang berupa hubungan pendek antara satu fasa dengan
tanah. Apabila hubung singkat terjadi pada fasa a akan didapat persamaan
dibawah :
I HS 1 
3  Vph
..........................................................(2.6) [7]
Z1eq  Z 2eq  Z 0eq
16
Dimana :
I HS 1Ф = arus hubung singkat 1 phasa ke tanah (Ampere)
V ph = tegangan phasa netral sistem 20 kV (Volt)
Z1 eq = impedansi ekivalen urutan positif (Ohm)
Z2 eq = impedansi ekivalen urutan negatif (Ohm)
Z0 eq = impedansi ekivalen urutan nol (Ohm)
Gambar 2.8 Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah (a), Rangkaian Ekivalen Gangguan
Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah (b).
Arus gangguan satu fasa ke tanah hampir selalu lebih kecil daripada
arus gangguan hubung singkat tiga fasa, bahkan mungkin lebih kecil dari
arus beban nominalnya, sebab gangguan tanah hampir selalu melalui
tahanan gangguan, misalnya beberapa Ohm, yaitu tahanan pembumian kaki
tiang, dalam hal flashover dengan tiang atau kawat tanah. Di samping itu
untuk sistem dengan pembumian melalui tahanan, tahanan pembumian
netral sistem itu juga akan membatasi arus gangguan satu fasa ke tanah.
2.6
Transformator Tenaga
Transformator (trafo) tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik
yang berfungsi untuk mentransformasikan tegangan listrik dari tegangan
tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (menyalurkan tenaga/daya
listrik). Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti yang terbuat
17
dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan
kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio
jumlah lilitan pada kedua kumparan. Biasanya kumparan terbuat dari kawat
tembaga yang dibelit di seputar “kaki” inti transformator.
Gambar 2.9 Tipe Kumparan Transformator
Berdasarkan
tegangan
operasinya
dapat
dibedakan
menjadi
transformator 500/150 kV dan 150/70 kV yang biasa disebut dengan
Interbus Transformator (IBT). Transformator 150/20 kV dan 70/20 kV
disebut juga trafo distribusi. Titik netral transformator ditanahkan sesuai
dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan /proteksi, sebagai contoh
transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV
dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan rendah atau tahanan
tinggi atau langsung di sisi netral 20 kV nya.
Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti.
a.
Transformator mesin (pembangkit).
b.
Transformator gardu induk.
c.
Transformator distribusi.
Transformator dapat juga dibagi menurut kapasitas dan tegangan
seperti.
a.
Transformator besar.
b.
Transformator sedang.
c.
Transformator kecil.
18
2.6.1 Kontruksi Bagian-Bagian Transformator
Transformator terdiri dari:
a. Bagian Utama
1. Inti besi.
2. Kumparan Transformator
3. Minyak Transformator
4. Bushing.
5. Tangki Konsservator
b. Peralatan Bantu.
1. Pendingin.
2. Perubahan Tap (Tap Changer).
3. Alat pernapasan (Dehydrating Breather).
4. Indikator-indikator: Thermometer, permukaan minyak.
c. Peralatan Proteksi.
1. Relai Bucholz.
2. Pengaman tekanan lebih (Explosive Membran)/Bursting Plate.
3. Relai tekanan lebih (Sudden Pressure Relay).
4. Relai pengaman tangki.
d. Peralatan Tambahan Untuk Pengaman Trafo.
1. Pemadam kebakaran (Transformator-transformator besar).
2. Relai Differensial (Differential Relay).
3. Relai arus lebih (Over Current Relay).
4. Relai hubung tanah (Ground Fault Relay).
5. Relai thermis (Thermal Relay).
6. Arrester.
2.7
MCB (Mini Circuit Breaker)
MCB adalah suatu rangkaian pengaman yang dilengkapi dengan
komponen thermis (bimetal) untuk pengaman beban lebih dan juga
dilengkapi relai elektromagnetik untuk pengaman hubung singkat. MCB
19
banyak digunakan untuk pengaman sirkit satu fasa dan tiga fasa.
Keuntungan menggunakan MCB, yaitu :
1. Dapat memutuskan rangkaian tiga fasa walaupun terjadi hubung singkat
pada salah satu fasanya.
2. Dapat digunakan kembali setelah rangkaian diperbaiki akibat hubung
singkat atau beban lebih.
3. Mempunyai respon yang baik apabila terjadi hubung singkat atau beban
lebih.
Pada MCB terdapat dua jenis pengaman yaitu secara thermis dan
elektromagnetis, pengaman thermis berfungsi untuk mengamankan arus
beban lebih sedangkan pengaman elektromagnetis berfungsi untuk
mengamankan jika terjadi hubung singkat. Pengaman thermis pada MCB
memiliki prinsip yang sama dengan thermal overload yaitu menggunakan
dua buah logam yang digabungkan (bimetal), pengamanan secara thermis
memiliki kelambatan, ini bergantung pada besarnya arus yang harus
diamankan, sedangkan pengaman elektromagnetik menggunakan sebuah
kumparan yang dapat menarik sebuah angker dari besi lunak. MCB dibuat
hanya memiliki satu kutub untuk pengaman satu fasa, sedangkan untuk
pengaman tiga fasa biasanya memiliki tiga kutub dengan tuas yang
disatukan, sehingga apabila terjadi gangguan pada salah satu kutub maka
kutub yang lainnya juga akan ikut terputus.
Berdasarkan penggunaan dan daerah kerjanya, MCB dapat
digolongkan menjadi 5 jenis ciri yaitu :
1. Tipe Z (rating dan breaking capacity kecil)
Digunakan untuk pengaman rangkaian semikonduktor dan trafo-trafo
yang sensitive terhadap tegangan.
2. Tipe K (rating dan breaking capacity kecil)
Digunakan untuk mengamankan alat-alat rumah tangga.
3. Tipe G (rating besar) untuk pengaman motor.
4. Tipe L (rating besar) untuk pengaman kabel atau jaringan.
5. Tipe H untuk pengaman instalasi penerangan bangunan.
20
(a)
MCB 1Fasa
(b) MCB 3 Fasa
Gambar 2.10 MCB (Miniatur Circuit Breaker)
2.8
Faktor Penyebab Gangguan [10]
Faktor-faktor yang dapat menyebabkan terjadinya gangguan pada
sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik antara lain :
a. 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, terutama pada musim hujan.
Gangguan yang disebabkan oleh petir ini sangat berbahaya karena dapat
merusak isolasi peralatan.
b. Surja Hubung
Yang dimaksud dengan surja hubung adalah kenaikan tegangan
pada saat dilangsungkan pemutusan arus oleh PMT. Kenaikan tegangan
yang disebabkan oleh adanya gangguan surja hubung ini dapat merusak
isolasi peralatan.
c. Polusi Debu
Debu-debu yang menempel pada isolator, bila udara lembab
maka debu tersebut merupakan konduktor yang dapat menyebabkan
21
terjadinya loncatan bunga api yang pada akhirnya dapat menyebabkan
gangguan hubung singkat fasa ke tanah.
d. 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.
e. Isolator yang rusak
Isolator yang rusak karena sambaran petir atau karena usia yang
sudah tua bisa menyebabkan terjadinya gangguan hubung singkat antar
fasa atau gangguan hubung singkata dari fasa ke tanah.
f. Daun-daun/sampah yang menempel pada isolator
Daun-daun/sampah yang terbang terbawa angin dan kemudian
menempel pada isolator akan mengakibatkan jarak bebas berkurang
sehingga dapat mengakibatkan terjadinya loncatan bunga api. Hal ini
bisa mengakibatkan terjadinya gangguan hubung singkat antar fasa atau
gangguan hubung singkat dari fasa ke tanah.
2.9
Relai Proteksi [10]
2.9.1 Pengertian Relai Proteksi
Relai proteksi atau relai pengaman adalah susunan peralatan yang
berfungsi untuk mendeteksi atau merasakan adanya gangguan atau mulai
merasakan adanya ketidaknormalan pada peralatan atau bagian sistem
tenaga listrik.
Relai proteksi dapat mendeteksi atau merasakan adanya gangguan pada
peralatan yang diamankan dengan mengukur atau membandingkan besaranbesaran yang diterimanya, misalnya arus, tegangan, daya, sudut fase,
frekuensi, impedansi dan sebagainya dengan besaran yang telah ditentukan.
Relai secara otomatis membuka Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit
Breaker (CB) untuk memisahkan peralatan atau bagian dari sistem yang
22
terganggu dan memberi isyarat berupa lampu atau alarm (bel) yang
menandakan sistem telah terjadi gangguan.
2.9.2
Fungsi Relai Proteksi
Dari uraian di atas maka relai proteksi 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 lain yang tidak
terganggu di dalam sistem tersebut serta mencegah meluasnya gangguan.
d. Memperkecil bahaya bagi manusia.
2.9.3 Syarat-syarat Relai Proteksi
Relai proteksi dirancang untuk dapat merasakan atau mengukur
adanya gangguan atau mulai merasakan adanya ketidak normalan pada
peralatan atau bagian sistem tenaga listrik. Maka dari itu relai proteksi harus
memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
a. Dapat diandalkan ( Realiable )
Dalam keadaan normal ( tidak ada gangguan ) relai tidak boleh bekerja.
Tetapi bila suatu saat terjadi gangguan yang mengharuskan relai bekerja,
maka relai tidak boleh gagal bekerja untuk mengatasi gangguan tersebut.
Disamping itu relai tidak boleh salah bekerja, sehingga menimbulkan
pemadaman yang tidak seharusnya ataupun menyulitkan analisa
gangguan yang terjadi. Relai pengaman diharapkan mempunyai jangka
waktu pemakaian yang lama.
23
b. Selektif
Relai bertugas mengamankan peralatan atau bagian sistem dalam daerah
relai dan PMT yang bekerja hanyalah pada daerah yang terganggu saja.
c. Waktu kerja relai cepat ( Responsif )
Relai pengaman harus dapat bekerja dengan cepat segera setelah
pengamanannya. Dengan kata lain pengamanan dinyatakan selektif bila
merasakan adanya gangguan pada sistem guna mengurangi kerusakan
yang lebih parah dari peralatan atau bagian sistem yang terganggu.
d. Peka ( Sensitif )
Relay harus dapat bekerja dengan kepekaan yang tinggi, artinya harus
cukup sensiitif terhadap gangguan didaerahnya meskipun gangguan
tersebut minimum.
e. Ekonomis dan sederhana
Penggunaan rele pengaman harus dipertimbangkan sisi ekonomisnya
tanpa mempengaruhi fungsi relai tersebut.
2.10 Relai Arus Lebih (OCR) [10]
2.10.1 Definisi Relai Arus Lebih
Relai arus lebih adalah suatu relai yang bekerjanya berdasarkan
kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengamanan tertentu dan dalam
jangka waktu tertentu, sehingga relai ini dapat dipakai sebagai pola
pengaman arus lebih. Relai ini pada dasarnya mengamankan adanya arus
lebih yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat atau beban lebih.
Relai 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. Relai arus lebih akan memberi isyarat kepada
PMT bila terjadi gangguan hubung singkat untuk membuka rangkaian
sehingga kerusakan alat akibat gangguan dapat dihindari.
24
2.10.2
Fungsi Relai Arus Lebih
Pemakaian rele arus lebih pada sistem tenaga listrik dapat
difungsikan sebagai berikut :
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.
2.10.3
Jenis Relai Arus Lebih
2.10.3.1
Relai
arus
lebih
waktu
seketika
(moment-
instantaneous)
Relai ini akan memberi perintah kepada Pemutus Tenaga
(PMT ) pada saat terjadi gangguan bila arus gangguan besarnya
melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai mulai
pick-up sampai kerja relai sangat singkat tanpa penundaan waktu
yaitu 20 – 60 ms.
Gambar 2.11 Relai Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Kerja Seketika
25
Keterangan Gambar 2.11 :
CB
: circuit breaker / PMT
C : relai arus lebih
CT
: current transformer
top : waktu operasi
TC
: tripping coil
Ip : arus setelan relai
CT adalah peralatan proteksi yang berpungsi untuk
menurunkan tegangan pada sisi sekunder. Sedangkan TC berfungsi
sebagai pelepas engkol CB saat terjadi gangguan hubung singkat.
Pada gambar 2.11 (b) terlihat bahwa waktu kerja relai sangat cepat
tanpa penundaan waktu. Relai jenis ini biasanya dikombinasikan
dengan relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja terbalik
atau dengan relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja
tertentu.
2.10.3.2. Relai arus lebih waktu tertentu (definite time)
Relai ini akan memberi perintah kepada Pemutus Tenaga
(PMT ) pada saat terjadi gangguan bila besarnya arus gangguan
melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai mulai pickup sampai kerja relai waktunya ditunda dengan harga tertentu tidak
dipengaruhi oleh besarnya arus gangguan.
Gambar 2.12 Relai Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Kerja Tertentu
26
Keterangan Gambar 2.12 :
CB
: circuit breaker / PMT
CT
: current transformer
Ip : arus setelan (arus kerja)
TC
: tripping coil
T : relai waktu tunda.
C
: relai arus lebih
A : relai bantu
S
: relai sinyal
top : waktu operasi
Pada gambar 2.12 (b) terlihat bahwa waktu kerja relai tidak
tergantung dengan besarnya arus gangguan. Pebedaan relai ini denga
relai waktu kerja seketika adalah pada lamanya waktu kerja, dimana
pada relai arus kerja seketika waktu kerjanya sangat cepat tanpa
penundaan waktu sedangkan pada relai waktu kerja tertentu ada
penundaan waktu. Namun pada kedua relai arus lebih di atas
lamanya waktu kerja tidak tergantung pada besarnya arus gangguan
2.10.3.3 Relai arus lebih berbanding terbalik ( inverse )
Relai ini akan memberi perintah kepada Pemutus Tenaga
(PMT ) pada saat terjadi gangguan bila besarnya arus gangguan
melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai mulai
pick-up sampai kerja relai waktu tundanya berbanding terbalik
dengan besarnya arus gangguan.
Gambar 2.13 Relai Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Kerja Tertentu
27
Keterangan Gambar 2.13 :
CB
: circuit breaker / PMT
C : relai arus lebih
CT
: current transformer
T : relai waktu tunda
TC
: tripping coil
Relai arus lebih jenis ini lamanya waktu kerja tergantung
pada besarnya arus gangguan. Pada gambar 2.13 ( b ) terlihat
bahwa makin besar arus gangguan yang dirasakan oleh relai arus
lebih dengan karakteristik waktu kerja terbalik maka waktu
kerjanya makin cepat.
Terdapat 4 macam karakteristik Relai Inverse yaitu :

Standard Normal Inverse [6]
Yaitu karakteristik yang menunjukan perbandingan antara
besar arus dengan waktu kerja relai yang standard, aflikasi
relai standard normal Inverse biasanya digunakan untuk
pengaman hubung singkat 2 fasa karena kerja relai
Standard Normal Inverse ada penundaan waktu.ditulis
dengan rumus:
t

0,14
tms
I 1
0 , 02
Very Inverse [6]
Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara
besar arus dengan waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi
dari standard invers, aflikasi relai Very Inverse biasanya
digunakan untuk pengaman hubung singkat 2 fasa sama
dengan Standard Normal Inverse cuma yang membedakan
Very Inverse dan Standard Normal Inverse cara kerjanya
lebih cepat Very Inverse,ditulis dengan rumus :
t
13,5
tms
I 1
28

Extremely Inverse [6]
Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara
waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari standard dan
very
invers,
relai
karakteristik
Extremely
Inverse
diaplikasikan untuk gangguan hubung singkat yang besar
dari hubungsingkat 1 fasa dan 2 fasa, yaitu hubung singkat
3 fasa. Karakteristis Extremely Inverse kerjanya sangat
cepat tanpa penundaan waktu. ditulis dengan rumus :
t

120
tms
I 1
Long Time Inverse [6]
Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara
besar
arus
dengan
lambat/rendah
waktu
diantara
kerja
relai
karakteristik
yang
yang
lebih
lain,
diaplikasikan untuk gangguan hubungsingkat 1 fasa karena
arus
gangguan
hubungsingkat
1
fasa
relatif
kecil
dibandingkan hubung singkat 2 fasa dan 3 fasaditulis
dengan rumus :
t
80
tms
I 1
2
29
Gambar 2.14 Kurva karakteristik waktu Inverse
Untuk menampilkan karakteristik arus pungsi waktu
ditampilkan menggunakan kurva semi log time sehingga
hasil pengujian dapat penampilkan log time invers sampai
lebih 600 detik dan extremely invers dengan satu detik itu
bisa dalam kurva.
2.10.4 Beberapa Parameter pada Relai Arus Lebih
1. I Pick Up – Ip
Ip = Arus kerja ( Arus Pick Up ).
Adalah arus minimum yang menyebabkan relai bekerja atau pick-up.
2. I reset ( Ir atau Id)
30
Id = Ir = arus kembali (arus drop-off/Id, arus reset/Ir)
Adalah arus maksimum yang menyebabkan rele kembali tidak
bekerja.
3. In = Arus minimum relai
In adalah besarnya kemampuan relai untuk dialiri arus secara terus
menerus.
4. I set = Arus setelan relai
Iset adalah besarnya suatu harga penetapan arus kerja relai sesuai
dengan yang diharapkan relai harus pick-up.
5.Im = Arus moment/arus kerja sesaat
Im adalah besarnya suatu harga penetapan arus kerja relai sesuai
yang diharapkan relai harus bekerja sesaat (instantaneous).
6. I sett (time delay) = waktu tunda
I sett atau waktu tunda adalah periode waktu yang sengaja diberikan
pada relai untuk memperlambat trip ke PMT sejak relai itu pick-up.
Waktu tunda ini dimaksudkan untuk koordinasi dengan relai lainnya.
7. TMS / Ko = Time multiple setelan
TMS / Ko adalah besarnya kelipatan waktu tunda ( t set ), istilah ini
hanya terdapat pada relai dengan karakteristik inverse time.
8. Starting
Adalah suatu tanda bahwa relai pick-up atau merasakan adanya suatu
besaran arus yang sama dengan atau lebih besar dari I set.
9. Trip
Adalah suatu tanda bahwa relai bekerja dan telah memberi perintah
pada tripping coil untuk bekerja melepas kontak PMT.
31
2.11 Setelan Relai Arus Lebih
Hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan setelan relai arus
lebih adalah sebagai berikut :
1.
Arus kerja minimum relai harus lebih besar dari arus beban maksimum
dan lebih kecil dari arus gangguan hubung singkat terkecil, yaitu arus
gangguan hubung singkat dua fasa di ujung seksi.
2.
Penentuan setelan dari seksi yang paling ujung dan secara bertahap
dilakukan untuk seksi-seksi berikutnya kearah sumber. Untuk
menentukan setelan waktu relai perlu diketahui beda waktu koordinasi
minimum yang di perbolehkan sesuai dengan spesifikasi relai dan
pemutus daya yang dipakai.
3.
Pada saat melakukan setelan waktu relai inverse, lakukanlah pada uan
maksimum karena untuk arus yang lebih kecil waktu kerja relai akan
lebih besar.
2.11.3 Setelan Arus Untuk Waktu Tunda ( I>) [6]
(1) Iset =
kS
x In...………….……………….….….........(2.7)
kD
(2)Iset=0,8xI HS 2 ………………………………….…………(2.8)
 Iset diambil dari nilai terkecil diantara persamaan (2.7) dan (2.8)
k S = 1,1  1,2
In = Arus beban nominal
k D > 80 %
2.11.2
Setelan Arus Untuk Instantaneous ( I>>) [6]
Di sisi down stream (hilir) maka :
(1) I HS 2 min  I SET1  I HS 3 min ………………………........(2.9)
(2) I SET 2  I kemampuankabel ……………………………………...(2.10)
32
 Iset diambil dari nilai terkecil diantara persamaan (2.9) dan
(2.10)
Di sisi Up stream (hulu) maka :
I SetInst = 1,2 x I HS 3 max didownstream …………………...(2.11)
2.11.3 Setelan TMS [6]
t  ((
Tms 
I fault
) 0,02  1)
I set
0,14
2.12 Relai OCR MCGG 53
2.12.1 Konstruksi
Gambar 2.15 Konstruksi Relai OCR MCGG53
Keterangan :
1. Identifikasi Relai
11. Setelan TMS
33
2. Tombol Reset
12. Setelan Instantaneous
3. Kurva Karateristik
13. Kontak Input 1
4. Nilai Kurva Karakteristik 14. Kontak Input 2
5. Phasa
15. Kontak Input 3
6. Led Instantaneous
16. Suplay 110v DC
7. Led Time Delayed
17. Kontak gangguan phasa time delayed
8. Led I pick Up
18. Kontak gangguan phasa instantaneous
9. Setelan Arus Relai
19. Kontak ganguan phasa-tanah time delayed
10. Kurva Karakteristik
20. Kontak ganguan phasa-tanah instantaneous
2.12.2
Wiring Relai OCR MCGG 53
PMT
OCR
R
GFR
E
P1
T
S1
OCR
CT
S2
P2
2 buah OCR
1 buah GFR
Gambar 2.16 Wiring Relai OCR/GFR tipe 53 Pada Jaringan Tenaga Listrik
34
2.12.3
Metode Setelan OCR MCGG 53
2.12.3.1 Setelan Arus Waktu Tunda
……………………………………………(2.13) [6]
Keterangan :
I
In

= Nilai setelan pada relai
= Besar setelan arus relai hasil perhitungan
= Arus nominal relai pada nameplate ( In =
5Amp )
Tujuh switch biru paling atas digunakan untuk mengatur
setelan sensitivitas arus yang dibutuhkan. Setiap switch dapat
diposisikan ke kiri atau kanan, tingkat pengaturan dapat
ditunjukkan secara horizontal sama seperti switch, ke kiri atau
kanan dari switch.
2.12.3.2 Pemilihan Kurva Karakteristik [6]
Tiga switch hitam diposisikan pada kelompok atas yaitu
digunakan untuk memilih kurva waktu yang diperlukan dari
empat pilihan kurva waktu inverse dan tiga kurva waktu
definite. Persamaan kurva karakteristik tercantum di bawah
ini. Saklar kedelapan kombinasi pengaturan relay ke dalam mode
“trip test”.
35
Dimana I adalah rasio yang diterapkan saat ini untuk pengaturan arus Is.
36
2.12.3.3 Setelan TMS [6]
xt=

……………………………………………………… (2.14)
Swith setelan TMS berupa enam switch biru diposisikan di
bagian bawah kelompok switch bagian atas. Waktu yang diberikan
oleh masing-masing operasi karakteristik time delay harus
dikalikan dengan waktu pengali untuk memberikan operasi yang
aktual. Pengaturan ini diperoleh dengan menambahkan nilai-nilai
yang ditunjukkan dari pengaturan switch itu sendiri dan ditandai
oleh x t = Σ.
2.12.3.4 Setelan Arus Instantaneous [6]
Iinst=

xIs………………………………………………… (2.15)
Keterangan :  = Nilai setelan pada relai
Iinst
= Besar setelan arus Instantaneous hasil perhitungan
Is
= Besar setelan arus Time Delay hasil perhitungan
Kelompok yang terpisah lebih rendah dari enam switch biru
digunakan untuk memilih yang pengaturan arus instantaneous antara
1xIs
dan
31xIs. Pengaturan
yang
dipilih
diperoleh
dengan
menambahkan nilai-nilai yang ditunjukkan oleh pengaturan switch
tersebut. Nilai ini dikalikan dengan pengaturan arus time delay untuk
memberikan hasil pengoperasian arus instantaneous. Jika elemen
instantaneous tidak diperlukan, maka semua switch harus diset ke
kiri ( penunjukan nol ), atau saklar bawah harus diset ke kanan
(penunjukan tak hingga). Contoh setelan OCR MCGG 53:
37
Arus nominal pada nameplate : In = 0.5
Iset = 1.2A
Kurva karakteristik = Standard Inverse
TMS = 0.5 x Setelan arus instantaneous = 12A