DASAR-TEORI-RELE

5/12/2018 DASAR-TEORI-RELE - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dasar-teori-rele-55a4d2b46abed 1/8

Laboratorium Simulasi Sistem Tenaga Listrik.B 103

DASAR TEORI

SISTEM PROTEKSI

DASAR-DASAR PENGAMAN SISTEM TENAGA LISTRIK

a. Pengertian Pengaman

Sistem pengaman tenaga listrik merupakan sistem pengaman pada

peralatanperalatan yang terpasang pada sistem tenaga listrik, seperti

generator, busbar, transformator, saluran udara tegangan tinggi, saluran

kabel bawah tanah, dan lain sebagainya terhadap kondisi abnormal

operasi sistem tenaga listrik tersebut.

Fungsi Pengaman

Kegunaan sistem pengaman tenaga listrik, antara lain untuk :1) Mencegah kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga

listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang

tidak normal.

2) Mengurangi kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga

listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang

tidak normal.

3) Mempersempit daerah yang terganggu sehingga gangguan

tidak melebar pada sistem yang lebih luas.

4) Memberikan pelayanan tenaga listrik dengan keandalan danmutu tinggi kepada konsumen.

5) Mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh

tenaga listrik.

Daerah Pengamanan

Di dalam pengaman sistem tenaga listrik, seluruh komponen

harus diamankan dengan tetap menekankan selektivitas kerja

peralatan/relay pengaman. Untuk mencapai hal ini, sistem tenaga listrik

dibagi menjadi daerah-daerah (zona) pengaman seperti terlihat pada

Gambar 2.6 berikut ini :

Semester Genap 2009-2010

91




Gambar 1. Daerah Pengamanan Pada Sistem Tenaga Listrik

Keterangan :1 = Zone Generator 4 = Zone Transmisi

2 = Zone Transformator Step-Up 5 = Zone Transformator Step-Down

3 = Zone Busbar 6 = Zone Beban

Setiap daerah pengamanan pada umumnya terdiri atas satu atau

lebih elemen sistem tenaga listrik. Misalnya generator, busbar,

transformator, transmisi, dan lainlain. Agar seluruh sistem tenaga listrik

dapat diamankan, maka harus ada daerah yang tumpang-tindih

(overlap). Artinya ada elemen sistem yang diamankan oleh dua daerah pengamanan. Setiap daerah pengaman dijaga oleh relay yang sesuai

dengan karakteristik peralatan yang diamankan. Pada umumnya yang

menjadi batas pengamanan antar daerah pengamanan ialah trafo arus

yang mencatu ke relay.

Persyaratan Relay Pengaman

Pada sistem tenaga listrik, relay memegang peran yang sangat

vital. Pengaman berkualitas yang baik memerlukan relay pengaman

yang baik juga. Untuk itu ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhioleh relay pengaman, seperti tersebut berikut ini :

1. Keterandalan ( Reliability)

Pada kondisi normal (tidak ada gangguan) relay tidak bekerja.

Jika terjadi gangguan maka relay tidak boleh gagal bekerja dalam

mengatasi gangguan. Kegagalan kerja relay dapat mengakibatkan alat

yang diamankan rusak berat atau gangguannya meluas sehingga daerah

yang mengalami pemadaman semakin luas. Relay tidak boleh salah

kerja, artinya relay yang seharusnya tidak bekerja, tetapi bekerja. Hal ini

menimbulkan pemadaman yang tidak seharusnya dan menyulitkananalisa gangguan yang terjadi. Keandalan relay pengaman ditentukan

dari rancangan, pengerjaan, beban yang digunakan, dan perawatannya.

2. Selektivitas (Selectivity)

Selektivitas berarti relay harus mempunyai daya beda

(discrimination), sehingga mampu dengan tepat memilih bagian yang

terkena gangguan. Kemudian relay bertugas mengamankan peralatan.

Relay mendeteksi adanya gangguan dan memberikan perintah untuk

membuka pemutus tenaga dan memisahkan bagian yang terganggu.

Bagian yang tidak terganggu jangan sampai dilepas dan masih





beroperasi secara normal, sehingga tidak terjadi pemutusan pelayanan.

Jika terjadi pemutusan hanya terbatas pada daerah yang terganggu.

3. Sensitivitas (Sensitivity)

Relay harus mempunyai kepekaan yang tinggi terhadap besaran

minimal (kritis) sebagaimana direncanakan. Relay harus dapat bekerja

pada awalnya terjadinya gangguan. Oleh karena itu, gangguan lebih

mudah diatasi pada awal kejadian. Hal ini memberi keuntungan dimana

kerusakan peralatan yang harus diamankan menjadi kecil. Namun

demikian, relay juga harus stabil.

4. Kecepatan Kerja

Relay pengaman harus dapat bekerja dengan cepat. Jika adagangguan, misalnya isolasi bocor akibat adanya gangguan tegangan

lebih terlalu lama sehingga peralatan listrik yang diamankan dapat

mengalami kerusakan. Namun demikian, relay tidak boleh bekerja

terlalu cepat (kurang dari 10 ms). Disamping itu, waktu kerja relay tidak

boleh melampaui waktu penyelesaian kritis (critical clearing time). Pada

sistem yang besar atau luas, kecepatan kerja relay pengaman mutlak

diperlukan karena untuk menjaga kestabilan sistem agar tidak terganggu.

Hal ini untuk mencegah relay salah kerja karena transient akibat surja

petir.5. Ekonomis

Satu hal yang harus diperhatikan sebagai persyaratan relay

pengaman adalah masalah harga atau biaya. Relay tidak akan

diaplikasikan dalam sistem tenaga listrik, jika harganya sangat mahal.

Persyaratan reliabilitas, sensitivitas, selektivitas dan kecepatan kerja

relay hendaknya tidak menyebabkan harga relay tersebut menjadi mahal.

2. Relay Arus Lebih (OCR)

Relay arus lebih adalah relay yang bekerja terhadap arus lebih, iaakan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya ( I set ).

Prinsip kerjanya adalah pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat

yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan

bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut

dengan setting.

Macam-macam karakteristik relay arus lebih :

a. Relay waktu seketika (Instantaneous relay)

Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus

yang mengalir melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu


93




beberapa mili detik (10 – 20 ms). Dapat kita lihat pada gambar 2

dibawah ini.

Gambar 2 Karakteristik relay waktu seketika

Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan

relay arus lebih dengan karakteristik yang lain.

b. Relay arus lebih waktu tertentu (Definite time relay)

Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat

terjadi gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan

melampaui settingnya (Is), dan jangka waktu kerja relay mulai pick up

sampai kerja relay diperpanjang dengan waktu tertentu tidak tergantung

besarnya arus yang mengerjakan relay, lihat gambar 3. dibawah ini.

Gambar 3 Karakteristik relay waktu definite

c. Relay arus lebih waktu terbalik

Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung

dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin

kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam-macam. Setiap pabrik

dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya





dibedakan dalam tiga kelompok : standar invers, very inverse,

extreemely inverse.

Gambar 4 Karakteristik relay waktu Inverse

Pada relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara

lain:

• Pengamanan hubung singkat fasa

Relay mendeteksi arus fasa. Oleh karena itu, disebut pula “Relay

fasa”. Karena pada relay tersebut dialiri oleh arus fasa, maka

settingnya (Is) harus lebih besar dari arus beban maksimum.

Ditetapkan Is = 1,2 x In (In = arus nominal peralatan terlemah).

• Pengamanan hubung tanahArus gangguan satu fasa tanah ada kemungkinan lebih kecil dari

arus beban, ini disebabkan karena salah satu atau dari kedua hal

berikut:

Gangguan tanah ini melalui tahanan gangguan yang masih cukup

tinggi. Pentanahan netral sistemnya melalui impedansi/tahanan

yang tinggi, atau bahkan tidak ditanahkan Dalam hal demikian,

relay pegaman hubung singkat (relay fasa) tidak dapat mendeteksi

gangguan tanah tersebut. Supaya relay sensitive terhadap gangguan

tersebut dan tidak salah kerja oleh arus beban, maka relay dipasangtidak pada kawat fasa melainkan kawat netral pada sekunder trafo

arusnya. Dengan demikian relay ini dialiri oleh arus netralnya,

berdasarkan komponen simetrisnya arus netral adalah jumlah dari

arus ketiga fasanya. Arus urutan nol dirangkaian primernya baru

dapat mengalir jika terdapat jalan kembali melalui tanah (melalui

kawat netral)


95




Gambar 5 Sambungan relay GFR dan 2 OCR

3. Relay Differensial

Relay differensial merupakan suatu relay yang prinsip kerjanya

berdasarkan kesimbangan (balance), yang membandingkan arus-arus

sekunder transformator arus (CT) terpasang pada terminal-terminal

peralatan atau instalasi listrik yang diamankan. Penggunaan relay

differensial sebagai relay pengaman, antara lain pada generator,

transformator daya, bus bar, dan saluran transmisi. Relay differensial

digunakan sebagai pengaman utama (main protection) pada

transformator daya yang berguna untuk mengamankan belitan

transformator bila terjadi suatu gangguan. Relay ini sangat selektif dan

sistem kerjanya sangat cepat.

Prinsip Kerja Dari Relay Differensial

Sebagaimana disebutkan diatas, Relay differensial adalah suatu

alat proteksi yang sangat cepat bekerjanya dan sangat selektif

berdasarkan keseimbangan (balance) yaitu perbandingan arus yang

mengalir pada kedua sisi trafo daya melalui suatu perantara yaitu trafo

arus (CT). Dalam kondisi normal, arus mengalir melalui peralatan listrik

yang diamankan (generator, transformator dan lain-lainnya). Arus-arus

sekunder transformator arus, yaitu I1 dan I2 bersikulasi melalui jalur IA.

Jika relay pengaman dipasang antara terminal 1 dan 2, maka dalam

kondisi normal tidak akan ada arus yang mengalir melaluinya. Dapat

dilihat pada gambar 6 dibawah ini :


96




Gambar 6 Pengawatan dasar relay differensial

Jika terjadi gangguan diluar peralatan listrik peralatan listrik yang

diamankan (external fault ), maka arus yang mengalir akan bertambah

besar, akan tetapi sirkulasinya akan tetap sama dengan pada kondisi

normal, sehingga relay pengaman

tidak akan bekerja untuk gangguan luar tersebut. Jika gangguan terjadi

didalam (internal fault ), maka arah sirkulasi arus disalah satu sisi akan

terbalik, menyebabkan

keseimbangan pada kondisi normal terganggu, akibatnya arus ID akan

mengalir melalui relay pengaman dari terminal 1 menuju ke terminal 2.

Selama arus-arus sekunder transformator arus sama besar, maka tidak

akan ada arus yang mengalir melalui kumparan kerja (operating coil )relay pengaman, tetapi setiap gangguan (antar fasa atau ke tanah) yang

mengakibatkan sistem keseimbangan terganggu, akan

menyebabkan arus mengalir melalui Operating Coil relay pengaman,

maka relai pengaman akan bekerja dan memberikan perintah putus

(tripping ) kepada circuit breaker (CB) sehingga peralatan atau instalasi

listrik yang terganggu dapat diisolir dari sistem tenaga listrik. Seperti

gambar 7 dibawah ini :

Gambar 7 Sistem Pengamanan Relay Differensial


97




Karakteristik operasi dari relay yang demikian diberikan pada gambar 8

dibawah ini :

Gambar 8 Karakteristik Operasi Dari Sebuah Relay Differensial

Didalam relay ini kumparan kerjanya dihubungkan dengan titik

tengah kumparan penahan (peredam), total jumlah impedansi belitan

didalam kumparan peredam sama dengan jumlah ampere belitan yang

ada pada kedua ½ bagian kumparan yaitu , yang memberikan

rata-rata arus peredam sebesar didalam belitan N.

Untuk gangguan luar I1 dan I2 semakin besar dan karenanya kopel

peredam bertambah besar yang bisa mencegah kesalahan operasi. Ratio

arus perendaman rata-rata dari arus operasi differensial persentasenya

bisa ditetapkan, maka relay tersebut dinamakan relay differensial dengan

persentase. Relay tersebut juga disebut relay differensial bias, sebab

relay ini dilengkapi dengan flux tambahan. Persentase relay differensial

bias memiliki karakteristik pick-up yang semakin tinggi. Karena

besarnya arus yang lewat semakin bertambah,


98

Documents

DASAR-TEORI-RELE