6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Transformator Daya

(1)

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Transformator Daya

Transformator ini merupakan suatu alat listrik statis, yang dipergunakan

untuk memindahkan daya dari satu rangkaian ke rangkaian lain dengan mengubah

tegangan tanpa mengubah frekuensi.

Dalam bentuknya yang paling sederhana transformator terdiri atas dua

kumparan dan satu induktansi mutual.Kumparan primer adalah yang menerima

daya, dan kumparan sekunder tersambung pada beban.Kedua kumparan dibelit

pada suatu inti yang terdiri atas material magnetik berlaminasi.

Landasan fisik transformator adalah induktansi mutual (timabal balik)

antara kedua rangkaian yang dihubungkan oleh suatu fluks magnetik bersama

yang melewati suatu jalur dengan reluktansi rendah. Kedua kumparan memiliki

induktansi mutual yang tinggi. Jika satu kumparan disambung pada suatu sumber

tegangan bolak balik, suatu fluks bolak balik, suatu fluks bolak balik terjadi di

dalam inti bereliminasi ,yang sebagian besar akan mengait pada kumparan

lainnya,dan di dalamnya akan terinduksi suatu gaya-gerak-listrik(ggl) sesuai

dengan hukum-hukum induksi elektromagnetik Faraday, yaitu:

E =M. 𝑑𝑖

𝑑𝑡 ... (2.1)

1

dimana :

E = gaya gerak listrik yang diinduksikan

M = induktansi mutual

Bilamana rangkaian sekunder ditutup,suatu arus akanmengalir dan dari kumparan dengan demikian energy listrik dipindah(sepenuhnya secaraMagnetik) primer ke kumparan sekunder

1

Abdul Kadir, “Transformator Daya”, Transmisi Tenaga Listrik, 1996, hal.43 dan 44.

(2)

7

Gambar 2.1 Transformator2

Transformator dibuat dengan sebuah kumparan primer kumparan primer

dan satu atau lebih kumparansekunder.Kumparan sekunder yang kedua dapat dinamakanlilitan tertier(berarti”ketiga”),dan sekunderketiga dapat dinamakan lilitan kuartener( berarti”keempat”).Tetapi lebih biasa menamakan lilitan tersebut sesuai fungsi atau tegangannya jadi,sebuah transformator dapat dikatakan

mempunyai sebuah primer,sebuah sekunder tegangan tinggi.

Untuk menghasilkan sebuah Transformator yang mempunyai efisiensi

tinggidanjumlah lilitan miimum,maka kumparan primer dan sekundernya

dililitkan pada suatu inti besi atau bahan lainnya yang mempunyai permeabilitas

yang tinggi.Hasilnya,jika transformator bekerja,maka pada inti besi tersebut akan

dihasilkan medan magnetik yangbergerak secara rapat.3

2.2 Proteksi Transformator Daya

Relay pengaman transformator daya harus dapat mendeteksi adanya

sumber gangguan yang beradadi dalam maupun di luar transformator yang berada

di daerah pengamannya. Di samping itu adanya gangguan di luar daerah

pengamannya bila rele yang terkait tidak bekerja salah satu rele pada

transformator harus bekerja.

2

Abdul Kadir, “Transformator Daya”, Transmisi Tenaga Listrik, 1996, hal.43 dan 44.

3

(3)

8

Pengaman transformator daya pada gambar 2.2 pada umumnya meliputi :

Gambar 2.2 Pengaman Transformator Daya4

2.2.1 Relay Buchholz

Transformator daya kesemuanya menggunakan minyak transformator sebagai

bahan isolasidan juga sebagai bahan pendingin perantara. Minyak isolasi

komposisinya terutama dari hidrokarbon dari jenis paraffin( 𝐶2𝐻2_𝑛+ 2 ) dengan tiruan dari kompon aromatik. Terutama isolasi padat yang terdapat pada

transformator, pengatur tegangan, reaktor dan sebagainya, dasarnya ialah senyawa

dari selulosa ( 𝐶6 𝐻10𝑂5 ) dan air , kemudian biasanya ditambah adaftif organik

supaya stabil.Bahan ini akan terurai karena dua macam proses yaitu bila terjadi

pemanasan ataupun karena busur listrik.Relay untuk mengamankan hal ini ialah

relay buchholz.5

Apabila gangguan dalam transformator berkembang secara perlahan – lahan,

maka panas yang dihasilkan adalah 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 dan berhenti di relay

buchholz.

4_{Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”,}

Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004, hal.103 dan 104.

5

(4)

9

2.2.2 Relay Suhu Lilitan6

Untuk mengamankan terhadap suhu yang berlebihan bila terjadi beban

lebih, kerusakan sistem pendingin ataupun untuk mengatur kipas yang beroperasi

diperlukan relay suhu.

Instrumen kedua yang sering digunakan untuk mengatur suhu lilitan

dengan pemanasan bayangan.Dalam hal ini tabung isi air raksa ditempatkan pada

kantong spesial dalam minyak panas dekat sisi atas transformator.Tabung

diletakkan disekitar pemanas kecil yang dihubungkan dengan transformator arus

yang mendapat sumber arus dari kumparan lilitan transformator.Instrumen ini

menunjukkan suhu minyak sisi atas transformator ditambah suhu akibat

pertambahan beban transformator. Dua buah instrumen pengukur suhu lilitan

umumnya dipasang di transformator dengan dua buah kotak air raksa. Sebuah

untuk menstart kipas angin serta pompa sirkulasi minyak dan alarm, sedang

sabuah lagi digunakan untuk alarm dan mengetrip pemutus beban sisi sekunder.

Penyetelan tipikal instrumen ini adalah : Alarm 110° Trip 125°

2.2.3 Relay Diferensial7

Berdasarkan survei kebeberapa perusahaan listrik, relay diferensial digunakan

sebagai pengaman hubung singkat untuk transformator daya tiga fasa dimulai

pada 5000 KVA ke atas, sedangkan berdasarkan standar PLN no 51 bagian C,

relay ini digunakan mulai kapasitas 30 MVA ke atas. Dalam hal ini relay

diferensial yang digunakan ialah relay diferensial persentase.

Relay diferensial memberi perintah untuk membuka kedua pemutus beban

dan memberi sinyal serta alarm. Jika relay buchholz mendeteksi semua gangguan

yang terjadi di dalam minyak, tetapi terdapat kemungkinan terjadi flashover diatas

minyak pada bushing, walaupun praktis semua gangguan jenis ini mengandung

gangguan tanah, tetapi pada umumnya pada transformator yang besar diperlukan

pengaman persen diferensial dengan kecepatan tinggi yang akan mendeteksi

Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004, hal.108.

7

(5)

10

terjadinya flashover dan juga menghilangkan gangguan yang besar lainnya lebih

cepat dari pada relay buchholz.

Hal-hal yang perlu dipertimbangkan pada pengaman diferensial transformator

adalah :

1. Penentuan rasio dari trafo arus.

2. Sambungan relay diferensial.

3. Penentuan tiap sadapan trafo arus pembantu.

4. Penentuan mismatch.

5. Penentuan setting.

2.2.4 Relay Arus Lebih

Relay akan pick up bila arus yang melalui relay melebihi setting relay.

Relay arus lebih pada pengaman transformator juga digunakan sebagai pengaman

cadangan terhadap gangguan di dalam maupun diluar daerah pengaman. Bila relay

tersebut di sisi primer maka dapat berfungsi seperti yang dinyatakan di atas, tetapi

untuk relay arus lebih yang ada pada sisi sekunder hanyaah sebagai pengaman

cadangan dipenyulangnya8.

Penyebab arus lebih adalah :

1. Beban Lebih.

2. Arus Hubung Singkat.9

2.2.5 Relay Gangguan Tanah (Pengaman Tangki Tanah)

Pengaman tangki ini juga dikenal sebagai pengaman Howard. Jika tangki

transformator diisolasi dengan tanah dimana tahanan isolasinya minimum 10 ohm,

relay gangguan tanah dapat diperlengkapi dengan sambungan relay arus lebih

pada sekunder transformator arus, sedang sisi primernya dihubungkan antara

tangki dan tanah, lihat gambar 2.3.

9

(6)

11

Untuk menjaga supaya tidak terjadi kesalahan kerja waktu terjadi gangguan

di luar daerah pengamannya, maka disarankan setting 30% dari arus gangguan ke

tanah minimum.10

Gambar 2.3Karakteristik Pengaman Lebur11

2.3 Gangguan Pada Transformator Daya

Gangguan yang berpengaruh terhadap kerusakan transformator todak

hanya karena adanya gangguan didalam transformator atau di dalam daerah

pengaman transformator, tetapi juga adanya di luar daerah pengaman.12

2.3.1 Gangguan di luar daerah pengamannya

Gangguan di luar daerah pengamanan transformator daya ini sering terjadi

dan dapat merupakan beban lebih, hubung singkat satu fasa ke tanah maupun

gangguan antar fasa. Gangguan ini pada daerah ini mempunyai pengaruh terhadap

transformator ini, sehingga transformator harus dilepaskan/dipisahkan bila

gangguan tersebut terjadi setelah waktu tertentu untuk memberi kesempatan

pengamanan daerah yang terganggu bekerja. Kondisi beban lebih yang berlanjut

10

Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004, hal.109.

11

Ibid, hal. 95.

12

(7)

12

dapat dideteksi dengan relay thermal atau termometer yang memberi sinyal

sehingga dapat mengatur ataupun mengadakanmanipulasi jaringan sehingga beban

berkurang, tetapi bila perlu diputuskan suplainya.

Untuk kondisi gangguan diluar daerahnya misalnya gangguan hubung

singkat pada rel atau gangguan hubung singkat di saluran keluarnya, maka relay

arus lebih dengan perlambatan waktu atau sekring digunakan sebagai

pengamannya.Koordinasi yang baik untuk pengaman cadangan transformator ini

perlu diciptakan terhadap pengaman daerah berikutnya yang terkait.Pengaman

utama dari transformator ini dibuat sedemikian rupa sehingga tidak boleh bekerja

terhadap gangguan tersebut di atas.13

2.3.2 Gangguan di daerah pengamannya

Pengaman utama transformator daya ditujukan sebagai pengaman di dalam

daerah pengamanannya. Gangguan di dalam sangat serius dan selalu ada resiko

terjadinya kebakaran; gangguan dalam dapat digolongkan menjadi dua kelompok,

yaitu :14

 Kelompok (a)

Gangguan listrik akan dengan segera menyebabkan kerusakan yang serius

tetapi pada umumnya dapat dideteksi oleh adanya arus atau tegangan yang tidak

seimbang, diantaranya :

1. Gangguan satu fasa atau antar fasa pada sisi tegangan tinggi atau tegangan

rendah di terminal luar.

2. Gangguan satu fasa atau antar fasa pada lilitan sisi tegangan tinggi atau

tegangan rendah.

3. Hubung singkat antar lilitan di sisi tegangan tinggi atau tegangan rendah.

4. Gangguan tanah pada lilitan tersier, atau hubung singkat antar bekitan di

lilitan tersier.

14

(8)

13  Kelompok (b)

Apa yang dinamakan gangguan “incipien” ialah suatu gangguan yang dimulai gangguan yang kecil atau tidak berarti, namun secara lambat akan menimbulkan

kerusakan. Gangguan ini tidak dapat dideteksi adanya tegangan atau bertambah

besarnya arus pada ujung lilitan. Yang ternasuk gangguan lilitan ini ialah :15

1. Sambungan secara elektris dari konduktor jelek dan gangguan inti misalnya

tembusnya lapisan isolasi inti serta baut atau ring klem kurang kencang, yang

akan menimbulkan busur yang terbatas pada minyak.

2. Gangguan sistem pendingin, yang akan menyebabkan pemanasan lebih

walaupun bebannya belum mencapai nominal.

3. Sehubungan butir 2 adalah kemungkinan kurang minyak atau

tersumbatnyaaliran minyak sehingga menimbulkan pemanasan setempat pada

lilitan.

4. Gangguan dari pengatur tegangan dan pembagian beban yang tidak baik antara

transformator yang bekerja paralel, yang akan menyebabkan pemanasan lebih

karena adanya arus sirkulasi.

Secara umum untuk gangguan pada kelompok (a) sangat penting bahwa

peralatan yang terganggu harus secepat mungkin dipisahkan setelah terjadi

gangguan, tidak hanya untuk membatasi kerusakan transformator daya tersebut

tetapi juga membatasi lama waktu tegangan sistem turun. Bila tegangan turun

telalu lama dapat menimbulkan hilangnya sinkronisasi antar mesin, bila hal ini

terjadi arus lebih yang besar akan muncul karena adanya lepas sinkron dari unit

pembangkit sehingga akan ada relay yang salah kerja menyebabkan gangguan

yang beruntun. Gangguan pada kelompok (b) tidak merupakan hal yang serius

pada masa gangguan incipient, tetapi dapat menjadi gangguan yang parah

tergantung dari waktu, maka juga harus dihilangkan secepat mungkin. Dalam hal

bila pengaman untuk kelompok (a) tidak mampu mengamankan gangguan pada

(9)

14

kelompok (b), maka pengaman untuk kelompok (b) tidak perlu mendeteksi

gangguan pada terminal dan untuk menghilangkan gangguan tidak perlu secepat

seperti gangguan pada kelompok (a).Inilah merupakan filosofo dasar pengamanan

transformator daya, dan ini artinya bahwa pengamanan kelompok (a) dan

kelompok (b) bukan merupakan alternatif tetapi saling mendukung.16

2.4 Trafo Arus

Trafo arus atau current transformer adalah peralatan padasistem tenaga

listrik yang berupa trafo yang digunakan untuk pengukuranarus yang besarnya hingga

ratusan ampere dan arus yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Di samping untuk

pengukuran arus, trafo arus juga digunakan untuk pengukuran daya dan energi,

pengukuran jarak jauh,dan relay proteksi. Kumparan primer trafo dihubungkan

seri dengan rangkaian atau jaringan yang akan diukur arusnya sedangkan kumparansekunder

dihubungkan dengan meter atau dengan rele proteksi.

Gambar 2.4 Rangkaian Trafo Arus17

Prinsip kerja trafo arus sama dengan trafo daya satu fasa. Bila

padakumparan primer mengalir arus 𝐼1, maka pada kumparan timbul gaya

gerak magnet sebesar𝑁1 𝐼1Gaya gerak ini memproduksi fluks pada inti, dan fluks ini

membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Bilaterminal

kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus

𝐼1. Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet 𝑁₂𝐼₂padakumparan sekunder. Pada

17

(10)

15

trafo arus biasa dipasang burden pada bagiansekunder yang berfungsi sebagai

impedansi beban, sehingga trafo tidak benar-benar short circuit. Apabila trafo

adalah trafo ideal, maka berlakupersamaan :

𝑁1𝐼1 =𝑁2𝐼2 ... (2.2)18 𝐼1

𝐼2 = 𝑁2/𝑁1... (2.3)

19

Dimana :

𝑁1 :Jumlah belitan kumparan primer 𝑁2: Jumlah belitan kumparan primer

𝐼1 : Arus kumparan primer

𝐼2 : Arus kumparan sekunder

2.5 Pemutus Tenaga

Circuit breaker (CB) atau pemutus tanaga (PMT) merupakan peralatan

saklar/switching mekanis,yang mampu menutup,mengalirkan dan memutus arus

beban dalam kondisi normal serta mampu menutup,mengalirkan (dalam periode

waktu tertentu) dan memutus arus beban dalam spesifik kondis

abnormal/gangguan seperti kondisi short circuit/hubung singkat.

Fungsi utamanya adalah sebagai alat pembuka atau penutup suatu

rangkaian listrik dalam kondisi berbeban,serta mampu membuka atau menutup

saat terjadi arus gangguan (hubung singkat) pada jaringan atau peralatan lain.

2.6Syarat-Syarat Relay Pengaman

Syarat-syarat agar peralatan relay pengaman dapat dikatakan bekerja dengan

baik dan benar adalah :20

1. Cepat Bereaksi

Relay harus cepat bereaksi / bekerja bila sistem mengalami gangguan atau kerja

abnormal.Kecepatan bereaksi dari relay adalah saat relay muIai merasakan adanya

18

Sigit Dwi Anggoro, “Trafo Arus” , Scribd, 2000, hal. 1.

19

Ibid

20

(11)

16

gangguan sampai dengan pelaksanaan pelepasan circuit breaker (C.B) karena

komando dari relay tersebut. Waktu bereaksi ini harus diusahakan secepat

mungkin sehingga dapat menghindari kerusakan pada alat serta membatasi

daerah yang mengalami gangguan / kerja abnormal. Mengingat suatu sistem

tenaga mempunyai batas-batas stabiIitas serta kadang-kadang gangguan sistem

bersifat sementara, maka relay yang semestinya bereaksi dengan cepat kerjanya

perlu diperlambat (time delay). 2. Selektif

Yang dimaksud dengan selektif disini adalah kecermatan pemilihan dalam

mengadakan pengamanan, dimana haI ini menyangkut koordinasi pengamanan

dari sistem secara keseluruhan.Untuk rnendapatkan keandalan yang tinggi, maka

relay pengaman harus mempunyai kemampuan selektif yang baik. Dengan

demikian, segala tindakannya akan tepat dan akibatnya gangguan dapat dieliminir

menjadi sekecil mungkin.

3. Peka / Sensitif

Relay harus dapat bekerja dengan kepekaan yang tinggi, artinya harus cukup

sensitif terhadap gangguan didaerahnya meskipun gangguan tersebut minimum,

selanjutnya memberikan jawaban / response .

4. Andal / ReliabiIity

Keandalan relay dihitung dengan jumlah relay bekerja / mengamankan daerahnya

terhadap jumlah gangguan yang terjadi. Keandalan relay dikatakan cukup baik

bila mempunyai harga : 90 % - 99 %. Misal, dalam satu tahun terjadi gangguan

sebanyak 25 X dan relay dapat bekerja dengan sempurna sebanyak 23 X, maka :

keandaIan relay = 23

25× 100 % = 92 %

Keandalan dapat di bagi 2 :

1) dependability : relay harus dapat diandalkan setiap saat.

2) security : tidak boleh salah kerja / tidak boleh bekerja yang bukan

seharusya bekerja.

5. Sederhana / simplicity

Makin sederhana sistem relay semakin baik, mengingat setiap peraIatan /

(12)

17

maksudnya kemungkinan terjadinya kerusakan kecil (tidak sering mengalami

kerusakan).

6. Murah / economy

Relay sebaiknya yang murah, tanpa meninggaIkan persyaratan-persyaratan yang

telah tersebut di atas.)

 Sederhana dan Ekonomis

Untuk mendapatkan penyetelan yang memenuhi semua kriteria atas

adakalanya sulit dicapai, yaitu terutama antara selektif dan cepat sehingga

adakalanya harus diadakan kompromi.

Kita sadari pula bahwa sistem pengaman tidak dapat sempurna walaupun

sudah diusahakan pemilihan jenis relay yang baik dan penyetelan yang baik, tetapi

nasih sering gagal bekerja.

Hal yang menimbulkan kegagalan pengaman dapat dikelompokkan sebagai

berikut :21

1. Kegagalan pada relay itu sendiri.

2. Kegagalan suplai arus dan/atau tegangan ke relay tegangannya rangkaian

suplai ke relay dari trafo tersebut terbuka atau terhubung singkat.

3. Kegagalan sistem suplai arus searah untuk triping pemutus tenaga. Hal ini

dapat disebabkan baterai lemah karena kurang perawatan.

4. Kegagalan pada pemutus tenaga. Kegagalan ini dapat disebabkan karena

kumparan trip tidak menerima suplai, kerusakan mekanis ataupun kegagalan

pemutusan arus karena besarnya arus hubung singkat melampaui kemampuan

dari pemutusan tenaganya.

Karena adanya kemungkinan kegagalan pada 17ystem pengaman maka

harus dapat di atasi yaitu dengan penggunaan pengaman cadangan (Back up

Protection).

21

(13)

18

Dengan demikian pengamanan menurut fungsinya dapat dikelompokkan

menjadi beberapa yaitu :

1. Pengaman utama yang pada umumnya selektif dan cepat, dan malah jenis

mempunyai sifat selektif mutlak misalnya relay diferensial.

2. Pengaman cadangan, umumnya mempunyai perlambatan waktu hal ini untuk

memberikan kesempatan kepada pengaman utama bekerja lebih dahulu, dan

jika pengaman utama gagal, baru pengaman cadangan bekerja dan relay ini

tidak seselektif pengaman utama.

Pada pengaman cadangan dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu:

1. Pengaman cadangan setempat, yang berfungsi menginformasikan adanya

gangguan tersebut kepada seluruh pemutus tenaga (PMT) yang terkait dengan

kegagalan sistem pengaman sehingga pemutus tenaganya tidak membuka.

2. Pengaman cadangan remote.

Dalam hal ini bila terdapat kegagalan suatu pengaman maka pengaman di

sisihulunya harus dapat mendeteksi kemudian bekerja dengan suatu

perlambatan waktu.

Di samping hal di atas pada sistem pengamanan kita kenal apa yang disebut

daerah pengaman (Protection Zone), dalam hal ini semua komponen peralatan

dalam sistem tenaga listrik harus termasuk di dalam daerah pengamanan, sehingga

tidak ada daerah yang mati. Dalam menetukan kaidah penyetelan relay, kesemua

hal di atas menjadi suatu pertimbangan. Mengingat pada sistem distribusi

pengamanannya hanyalah relay arus lebih maka setiap relay berfungsi sebagai

pengaman utama di daerahnya dan sebagai pengaman cadangan di seksi

berikutnya. Sehingga jangkauan relay ini harus dapat mencapaisatu seksi

berikutnya dalam keadaan gangguan yang minimum.22

(14)

19

2.7 Prinsip Dasar Kerja Relay

Untuk merencanakan maupun mengevaluasi cara kerja sistem, perlulah

kita mengetahui cara kerja/prinsip dasar kerja relay beserta sifat – sifatnya. Semua

relay mempunyai input berupa besaran (arus atau tegangan) atau beberapa besaran

input.

Pada pembahasan selanjutnya, disini adalah response pada beberapa

besaran listrik yang menggerakkannya.

 Pengertian – pengertian

Relay disebut beroperasi/bekerja bila kontak – kontak yang terdapat pada

relay tersebut bergerak membuka atau menutup dari suatu kondisi mula (tertutup

atau terbuka).

Kontak – kontak yang mempunyai posisi tertutup pada kondisi belum

bekerja dan kemudian relay bekerja sehingga mengakibatkan kontak – kontak

tersebut membuka, maka kontak – kontak tersebut dinamakan kontak terbuka dan

sesuai dengan standar internasional diberi simbol “a” contact, untuk yang

sebaliknya disebut contact. Sebagai ilustrasi dapat dijelaskan seperti pada gambar

berikut ini.

Gambar 2.5 Gambar Rangkaian Relay Kontak Terbuka23

Pada gambar 2.5 rangkaian KL terbuka, maka relay “Ry” dalam kondisi

Sistem Proteksi Tenaga Listrik,

(15)

20

deenergize, sehingga rangkaian X-Y terbuka karena kontak relay Ry adalah kontak terbuka (“a”).

Gambar 2.6 Gambar Rangkaian Relay Kontak Tertutup24

Demikian pula untuk rangkaian pada gambar 2.5 bila rangkaian SR terbuka,

maka relay Ry dalam kondisi deenergize, sehingga rangkaian m-n tertutup, karena kontak relay Ry adalah kontak tertutup (“b”).

Bila relay mulai bekerja untuk membuka kontak “b” atau menutup kontak “a” disebut “pick up” dan harga besaran terkecil yang menentukan kerja tersebut yang didapatkan dari nol terus dinaikkan secara perlahan – lahan sampai suatu harga tertentu sehingga relay bekerja disebut harga “pick up”.

Sedangkan bila relay mulai bekerja untuk menutup kontak “b” atau bergerak untuk berhenti pada posisi kontak “b” disebut “reset”, dan harga terbesar yang menyebabkan relay tersebut bergerak dengan cara memperkecil besaran

input secara perlahan –lahan “reset”.

Bila suatu relay mulai bekerja untuk membuka kontak “a” tap bukan reset, disebut “drops out”, harga terbesar sehingga drops out terjadi disebut harga “drops out”.

(16)

21

2.8 Jenis – Jenis Relay Proteksi

2.8.1 Relay arah (Directional Relay)

Pada dasarnya relay ini menggunakan prinsip dasar induksi dengan satu

besaran input, terlihat bahea gaya/torsi tergantung dari hubungan relatif sudut

phasa antara 𝐼₁ dan 𝐼2 .

Untuk relay jenis 𝐼1 didapat dari sumber yang berlainan dengan sumber 𝐼₂ .Pada

relay arah induksi ini besaran input terdiri dari :25

1. Besaran penggerak – arus.

2. Besaran pembanding (referensi atau polarizing) – arus atau tegangan.

Persyratan relay arah yang harus dipenuhi yaitu :26

 Waktu kerja relay harus cepat; 20 – 40 ms.

 Relay harus dapat pick up pada daya yang kecil. Relay harus masih dapat pick up dengan arah yang betul pada tegangan yang rendah (2,6 V).

 Konsumsi dari kumparan tegangan dan arus harus sekecil mungkin pada keadaan normal sehingga beban dari CT/PT tetap kecil.

 Relay harus mempunyai harga perbandingan drop out dan pick up (kd) tinggi, yaitu kd = 0,9 – 1.

 Relay arah tidak boleh bekerja sendiri kalau rangkaian tegangan hilang dan kumparan arus dialiri arus.

 Relay arah sebaiknya sederhana. konstruksinya, sehingga dapat diandalkan dalam operasinya dan berukuran kecil.

2.8.2 Relay diferensial

Relay diferensial mempunyai bentuk yang bermacam – macam tergantung

dari peralatan yang diamankan. Pengertian diferensial itu sendiri mengandung

unsur membedakan satu dengan lainnya semua besaran yang masuk ke relay.

Batasan relay diferensial menurut Mason adalah sebagai berikut :

Sistem Proteksi Tenaga Listrik,

2004,hal.26.

26

(17)

22

Relay diferensial adalah suatu relay yang bekerja bila ada perbedaan vektor

dari dua besaran listrik atau lebih yang melebihi besaran yang telah

ditentukan.

Dengan demikian setiap jenis relay, bila dihubungkan dengan cara tertentu

dapat dibuat bekerja seperti relay diferensial. Dengan kata lain tidak begitu

banyak susunan relay yang telah dihubungkan dengan satu cara tertentu dalam

sirkuit yang membuat relay tersebut bekerja sebagai suatu relay diferensial

Jenis relay diferensial yaitu :27

 Relay Arus Diferensial

Relay ini menggunakan besaran – besaran arus yang masuk dan yang keluar

dari peralatan yang diamankan untuk dibandingkan di dalam sirkuit diferensial.

Setiap perbedaan arus digunakan untuk menggunakan relay tersebut. Dengan

demikian arus masing – masing fasa dibandingkan.

 Relay Persentase Diferensial

Relay diferensial mempunyai ciri kerja yang hampir sama dengan relay

arus diferensial, hanya saja rangkaian diferensialnya melalui kumparan penahan

(restraining coil).

Sifat pengaman dengan relay diferensial yaitu :28

 Sangat efektif dan cepat, tidak perlu dikoordinasi dengan relay lain.

 Sebagai pengaman utama.

 Tidak dapat digunakan sebagai pengaman cadangan untuk seksi/daerah berikutnya.

 Daerah pengamannya dibatasi oleh pasangan trafo arus dimana relay diferensial dipasang.

Penggunaan relay diferensial adalah sebagai berikut :

 Pengaman generator.

27

Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik,

2004,hal.36,37,dan 39.

28

(18)

23  Pengaman trafo daya.

 Pengaman motor – motor yang kapasitasnya besar.

 Pengaman saluran transmisi yang pendek

2.8.3 Relay jarak

Jenis rele yang paling menarik dan banyak dibicarakan terdapat pada jenis

group relay jarak dalam relay jarak, terdapat keseimbangan antara tegangan dan

arus, dam perbandingannya dinyatakan dalam impedansi – impedansi yang

merupakan ukuran listrik untuk jarak suatu saluran transmisi. Dan relay jarak

disebut juga relay impedansi.

Pada umumnya yang disebut impedansi dapat berupa tahanan resistansi

saja (R), reaktansi (X) atau kombinasi dari keduanya. Dalam terminologi relay

pengaman, impedansi relay mempunyai karakteristik yang berhubungan dengan

seluruh komponen impedansi.29

Hal – hal yang mempengaruhi ketelitian relay jarak yaitu :30

 Penyetelan 𝑍_𝐿 didasarkan pada impedansi saluran yang diamankan, maka ketelitiannya dipengaruhi oleh data SUTT nya.

 Pengukuran dilakukan pada sisi sekunder dari CT/PT, sehingga sangat dipengaruhi oleh ketelitian dari CT/PT nya.

 Ketelitian dari relay sendiri.

Kesalahan/ketelitian dari sistem pengaman relay jarak karena hal – hal tersebut

diatas pada umumnya diambil 10 – 15%.

Disamping hal – hal tersebut diatas, masih terdapat hal – hal lainnya yaitu :

 Adanya tahanan busur.

 Karakteristik dari relay.

 Adanya kapasitor pada saluran transmisi.

 Adanya mutual coupling pada gangguan satu phasa ke tanah.

29

Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004, hal. 41 dan 42.

30

(19)

24

2.8.3.1 Jenis relay impedansi

Telah dibicarakan bahwa jenis relay impedansi berhubungan dengan

seluruh elemen impedansi. Torsi yang dihasilkan oleh elemen arus diseimbangkan

dengan torsi hasil dari elemen tegangan.

Elemen arus menghasilkan torsi positif (pick up) sedangkan elemen

tegangan menghasilkan torsi negatif (reset), sehingga impedansi dapat dikatakan sebagai “Relay arus lebih tegangan penahan” (Voltage restrained over current).

Gambar 2.7 Karakteristik Waktu Relay Impedansi31

Unit Arah :

Guna mengetahui letak gangguan agar selektifitas terpenuhi, maka “relay impedansi” dilengkapi dengan “relay unit arah” yang terhubung secara seri dengan relay imepdansi. Sehingga beban tidak akan trip karena di blok oleh relay

arah.

2.8.3.2 Relay reaktansi

Unit relay reaktansi didalam relay jarak jenis reaktansi ini mempunyai

pengaruh suatu elemen arus lebih yang membangkitkan torsi positif dan elemen

arah arus tegangan yang dapat melawan atau membantu elemen arus lebih, yang

mana semua itu tergantung dari pada sudut fasa antara arus dengan tegangan.

(20)

25

Berikut adalah karakteristik dari relay reaktansi :

Gambar 2.8 Karakteristik Relay Reaktansi32

2.8.4 Relay arus lebih

Relay arus lebih adalah suatu relay yang bekerjanya didasarkan adanya

kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengamanan tertentu dan dalam jangka

waktu tertentu, sehingga relay ini dapat dipakai sebagai pola pengamanan arus

lebih.

Keuntungan dan fungsi Relay Arus Lebih :

 Sederhana dan murah.

 Mudah penyetelannya.

 Merupakan relay pengaman utama dan cadangan.

 Mengamankan gangguan hubung singkat antar fasa maupun hubung singkat satu fasa ke tanah dan dalam beberapa hal dapat digunakan sebagai pengaman

beban lebih (overload).

 Pengamanan utama pada jaringan distribusi dan sub transmisi radial.

 Pengamanan cadangan untuk generator, trfo tenaga dan saluran transmisi

32

(21)

26

Prinsip kerjanya :

 Elektro mekanis

 Statik

2.8.5 Relay tegangan

Relay ini bekerja dengan menggunakan tegangan sebagai besaran ukur,

disini relay akan bekerja jika tegangan yang terdeteksi melebihi/dibawah tegangan

settingnya. Oleh karena itu relay tegangan diklasifikasikan dalam 2 jenis yaitu :33

1. Relay Tegangan Lebih (Over Voltage Relay = OVR) .

Bekerja berdasarkan kenaikan tegangan mencapai/melebihi nilai settingnya.

2. Relay Tegangan Kurang (Under Voltage Relay = UVR) Bekerja berdasarkan

turunnya tegangan mencapai/dibawah nilai settingnya.

Aplikasi relay tegangan :34

1. Over Voltage Relay (OVR) adalah pengaman tegangan lebih pada sistem pembangkit maupun jaringan, yaitu sebagai pengaman gangguan tanah

(pergeseran titik netral) pada jaringan yang disuplai dari trafo tenaga dimana

titik netral nya ditanahkan melalui tahanan tinggi atau sistem mengambang.

2. Under Voltage Relay (UVR) berfungsi mencegah starting motor bila suplai tegangan turun, dan dalam pengaman sistem dapat dikombinasikan dengan

relay frekuensi kurang.

Prinsip kerja relay tegangan :

Prinsip/azas kerja relay tegangan yang banyak digunakan adalah :

 Elektromekanik (induksi piringan)

 Elektronik/statik

Prinsip kerja relay tegangan tipe elektro mekanik adalah tegangan

yangdipasang pada relay akan menimbulkan arus pada kumparan utama, dan

33

34

(22)

27

bilamana arus ini melampaui harga tertentu maka akan menghasilkan torsi pada

piringan yang dapat berputar dapat menutup kontaknya. Jarak kontak dapat diatur,

yang berfungsi untuk memilih karakteristik relay (Time dial) atau Time Multiple

Setting (TMS).

2.8.6 Relay frekuensi

Frekuensi merupakan salah satu parameter yang dapat menunjukkan

keadaan yang tidak normal pada suatu sistem tenaga listrik. Berkurangnya daya

pembangkit akan mengakibatkan turunnya putaran pembangkit dan turunnya

frekuensi sistem, keadaan ini mutlak perlu dihindari sebab akan menganggu

kestabilan dari sistem tenaga listrik, hal ini dapat diatasi dengan memasang

pengaman khusus yaitu relay frekuensi menurun.

Pemilihan relay ini perlu ditinjau kemampuannya dan ada beberapa yang

perlu diperhatikan dan dipertimbangkan.35

1. Bagi relay pengaman sangat penting untuk mengetahui keadaan tidak

normaldan kemudian mengamankannya dengan memperhatikan kemampuan

untuk kembali kekeadaan semula/normal secara otomatis.

2. Kemampuan selektif suatu keadaan normal harus segera kembali kekeadaan

normalnya dengan cara pelepasan beban seminimum mungkin setelah

gangguan terjadi.

3. Kepekaan relay harus bekerja sedemikian telitinya sehingga pada keadaan

bagaimanapun kekurangan pembangkitan dapat dirasakan dan dengan

kecepatan kerja tertentu.

4. Waktu kerja. Dalam hal tertentu relay harus bekerja dalam waktu singkat dan

dalam keadaan lain relay dapat juga bekerja dalam waktu tertunda (time

delay), yang mana semua ini ditentukan oleh keadaan sistem dan kecepatan

kerja dari alat – lat pada sistem tersebut.

35

(23)

28

Pada umumnya relay frekuensi ini digunakan untuk :

 Mendeteksi frekuensi sistem tenaga listrik atau generator.

 Menjaga frekuensi sistem tenaga atau generator pada suatu harga tertentu.

 Melepaskan beban lebih bila frekuensi turun di bawah harga yang telah

disetting.

2.9 Bagian Umum Dari Suatu Relay Pengaman

Relay pengaman umumnya terdiri dari tiga bagian seperti pada gambar berikut :

Gambar 2.9 Bagian Umum Dari Suatu Pengaman36

1. Bagian perasa (sensing element)

Pada bagian ini, perubahan dari besaran ukur yang dirasakan selanjutnya

diteruskan ke bagian pembanding.

2. Bagian pembanding (comparing element)

Yang akan membandingkan dan menentukan apakah besaran ukur itu masih

dalam keadaan normal atau tidak.

3. Bagian kontrol

Pada bagian ini pembukaan circuit breaker (PMT) atau pemberi tanda/signal

diatur dan dilaksanakan.

2.10 Relay Arus Lebih

Relay arus lebih adalah relay yang bekerja berdasarkan arus, yang mana relay ini

akan bekerja apabila terjadi arus yang melampaui batas tertentu yang telah

36

Bagian

perasa

Bagian

pembanding

Bagian

(24)

29

ditetapkan yang disebut arus kerja atau arus setting relay. Relay arus lebih

mempunyai bermacam-macam karakteristik kerja arus waktu kerjanya, maka relay

arus lebih dapat dibedakan atas beberapa jenis yaitu :

2.10.1 Relayarus lebih seketika (moment)

Relay arus lebih dengan karakteristik waktu kerja seketika(moment) ialah

jika jangka waktu relay mulai saat rele arus pick up sampai selesainya kerja relay

sangat singkat (20~100 ms),yaitu tanpa penundaan waktu rele ini umumnya di

kombinasikan dengan relay arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu(definite

time) atau waktu terbalik(inverse time)dan hanya dalam beberapa hal berdiri

sendiri secara khusus.37

Gambar 2.10 Karakteristik Instantaneous Relay38

2.10.2 Definite time relay (Waktu Tunda Relay)

Relay arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu ialah jika jangka

waktu mulai rele arus pick up sampai selesainya kerja relay di perpanjang dengan

nilai tertentu dan tidak tergantung dari besarnya arus yang menggerakkan.

Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004, hal. 53 dan 54.

38

(25)

30

Gambar 2.11Karakteristik Defenite Time Relay39

2.10.3 Inverse time relay (Relay Waktu Terbalik)

Relay dengan karakteristik waktu terbalik adalah jika jangka waktu mulai

rele arus pick up sampai selesainya kerja rele diperpanjang dengan besrnya nilai

yang berbanding terbalik dengan arus yang menggerakkannya.Bentuk

perbandingan terbalik dari waktu arus ini sangat bermacam-macam tetapi dapat

digolongkan menjadi:

1. Standart inverse (normaly inverse). 2. Very inverse.

3. Extermely inverse.

Gambar 2.12 Karakteristik Invers Time Relay40

39

Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004, hal. 54.

40

(26)

31

2.11 Perhitungan Arus Gangguan

Untuk menghitung impedansi dalam persen atau per unit dapat dihitung

dengan persamaan berikut :

𝑍=〖 (Impedansi (%) × [Tegangan (kv )]2

Daya MVA × 100 ... (2.4)

41

Bila impedansi komponen-komponen adalah 𝑧1,𝑧2, dan 𝑧0 arus gangguan

adalah 𝐼1𝑓,𝐼2𝑓, dan 𝐼0𝑓 , tegangan gangguan adalah 𝐸1𝑓, 𝐸2𝑓 dan 𝐸0𝑓 , serta

tegangan fasa sebelum gangguan adalah 𝐸𝑎₁ , maka tegangan dan arus komponen

simetris dinyatakan oleh rumus-rumus seperti tertera di bawah ini :

𝐼1𝑓 = 𝐼_𝑓 = 𝐸𝑎1

𝑍1 ... (2.5)

42

2.12 Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat

Impedansi yang digunakan adalah impedansi urutan positif ekivalen Z1.

Tegangannya adalah V fasa. Perhitungan arus gangguan hubung singkat 3 fasa

dapat dihitung dengan menggunakan rumus

I_{f 3fasa} = V

Z_1eq =

20000 3

Z_1eq ... (2.6)

43

Dimana :

I_f3fasa = Arus Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa

V = Tegangan Fasa-Netral

Z1eq = Impedansi Z1 Ekivalen

41

Dr.A.Arismunandar dan Dr.S.Kuwahara, “Cara Menghitung Hubung Singkat”, Teknik Tenaga Listrik Jilid II, 1993, hal. 71.

42

Ibid, hal. 73.

43

(27)

32

2.13 Perhitungan Setting Relay Arus Lebih

Pada tahap berikutnya,hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat

dipergunakan untuk menentukan nilai setelan arus lebih,terutama nilai setelan

TMS (Time Multiple Setting),dari relay arus lebih dengan karekteristik

invers.Disampiing itu setelan nilai relay diperoleh,nilai-nilai arus gangguan

hubung singkat pada setiap lokasi gangguan yang diasumsikan dipakai untuk

memeriksa relay arus lebih.

2.13.1 Arus setting

Perhitungan relay dalam menentukan besarnya arus setting dan waktu

harus terlebih dahulu diketahui besar arus nominal saluran ( 𝐼_𝑁 ) yang ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

𝐼𝑁 = 𝑃

3 ×𝑉...(2.7) 44

Dimana :

P = Daya Nominal

V = Tegangan pada jaringan

Sesuai british standar untuk rele invers biasa di setting 1,05 – 1.3 x

Ibeban.Rumus yang digunakan untuk menghitung setelan arus pada sisi primer

yaitu :

𝐼𝑠𝑒𝑡(𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟) = 1,05 x Ibeban ... (2.8)

45

Setelah mendapatkan nilai setelan arus sisi primer,untuk mendapatkan

nilai setelan sekunder yang di setkan pada rele arus lebih,maka harus dihitung

dengan menggunakan data rasio trafo arus yang terpasang di penyulang

tersebut,yaitu sebagai beikut:

44

Ir.Wahyudi Sarimun,N.,M.T., “Fuse Untuk Pengaman Trafo Tenaga”, Proteksi Sistem Distribusi Tenaga Listrik, 2012, hal. 219.

45

(28)

33 𝐼𝑠𝑒𝑡(𝑠𝑒𝑘𝑢𝑛𝑑𝑒𝑟) = 𝐼𝑠𝑒𝑡(𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟) x

1

𝑅𝑎𝑠𝑖𝑜𝐶𝑇 ... (2.9)

46

Dimana :

Iset (primer) = Arus yang disetting di primer

Iset (sekunder) = Arus yang disetting di sekunder

Rasio CT = Setting trafo yang dipasang dipenyulang

2.13.2 Setting waktu (TMS)

Waktu operasi rele merupakan waktu operasi yang dibutuhkan rele untuk

memutuskan pemutus tenaga setelah arus gangguan yang masuk ke rele melalui

transformator arus melebihi arus penyetelan.Hubungan untuk arus dan waktu

untuk beberapa kareteristik ditunjukkan dalam persamaan berikut:

tms = 𝑡 𝐼𝑓𝑎𝑢𝑙𝑡

𝐼𝑠𝑒𝑡

0,02

−1

0,14 ... (2.10)

47

Dimana :

t = Waktu (penyulang = 02-0,4 detik)

Waktu (Trafo = 0,7-1 detik)

Ifault = Arus Gangguan

Iset = Arus Setting

46

Ir.Yanuar Hakim,Msc. ,“Koordinasi Relay Arus Lebih Dan Ground”, Feeder Protection, 2003, hal. 29.

47