SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK Lightning Arrester

(1)

SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK

Generator

Transformator

Transmisi

Gardu Induk

(2)

DEFINISI

–

DEFINISI :

1. Proteksi sitem tenaga listrik adalah suatu proses

menjadikan Pembangkitan, Transmisi, Distribusi,

dan Pemanfaatan (konsumsi) enegi listrik se-aman

mungkin dari efek-efek kegagalan dan kejadian

yang menempatkan sistem tenaga pada risiko.

2.

(3)

terhadap peralatan-peralatan listrik, yang

terpasang pada sistem tenaga listrik tersebut. ???

Misalnya Generator, Transformator, Jaringan

Transmisi/distribusi dan lain-lain

terhadap kondisi abnormal dari sistem itu sendiri.

Yang di maksud dengan kondisi abnormal tersebut

antara lain dapat berupa :

a. Hubung singkat

b. Tegangan lebih/kurang

c. Beban lebih

(4)

Tujuan proteksi dan koordinasi sistem listrik

menurut ANSI/IEEE Std 242 1986/2001

Prinsip Utama :

Tujuan dari proteksi dan koordinasi sistem listrik

adalah :



Mencegah kecelakaan pada manusia



Meminimalisasi kerusakan pada peralatan

(5)

(6)

(7)

Relay proteksi pengaman sistem tenaga listrik antara

lain :

Penggunaan Relay dalam melayani pengamanan

system terutama terhadap kondisi abnormal yang

terjadi diantaranya

A. Pengamanan terhadap sambaran petir

- Kawat tanah

- Arrester

B. Pengamanan terhadap arus/teganggan lebih

- Relay

(8)

Tujuan dari sistem proteksi secara luas adalah

1. Mengidentifikasi gangguan, memisahkan bagian instalasi

yang terganggu dari bagian lain yang masih normal dan

sekaligus mengamankan instalasi dari kerusakan atau

kerugian yang lebih besar, serta memberikan informasi /

tanda bahwa telah terjadi gangguan, yang pada umumnya

diikuti dengan membukanya PMT.

2. Pemutus Tenaga ( PMT ) untuk memisahkan /

menghubungkan satu bagian instalasi dengan bagian

instalasi lain, baik instalasi dalam keadaan normal maupun

dalam keadaan terganggu. Batas dari bagian-bagian

(9)

1) Peka/sensitive

Relay harus dapat bekerja dengan kepekaan yang tinggi,artinya harus cukup sensitive terhadap gangguan di daerahnya meskipun gangguan tersebut

minimum,selanjutnya memberikan jawaban / response. 2) Andal/reliability

Keandalan relay dihitung dengan jumlah relay bekerja/mengamankan daerahnya terhadap jumlah gangguan yang terjadi.Keandalan relay dikatakan cukup baik bila mempunyai harga : 90-99%..Misalnya,dalam sutu tahun terjadi gangguan

sebanyak 25 x dan relay misal dapat bekerja dengan sempurna sebanyak 23 x ,maka keandalan relay

23 / 25 x 100 % = 92 % Keandalan dapat dibagi 2 :

Dependability : relay harus dapat diandalkan setiap saat

Security : tidak boleh salah kerja /tidak boleh bekerja yang bukan seharusnya bekerja.

3) Sederhana / simplicity

Makin sederhana sistem relay semakin baik,mengingat setiap peralatan /

komponen relay memungkinkan mengalami kerusakan.Jadi sederhana maksudnya kemungkinan terjadinya kerusakan kecil.

4) Murah / economy

(10)

Hal

–

hal yang menyebabkan

CB gagal

• Kerusakan Relay/Relay

• tidak bekerja

* Kerusakan pada VT

(11)

Relay adalah

Sebuah alat yang bertugas

menerima/mendeteksi besaran tertentu untuk kemudian

mengeluarkan perintah sebagai tanggapan (respons) atas

besaran yang dideteksinya.

Berdasarkan cara mendeteksi besaran:

a) Relay Primer; besaran yang dideteksi misalnya arus,

dideteksi secara langsung.

b) Relay Sekunder; besaran yang dideteksi, melalui alat-alat

bantu misalnya trafo arus/trafo tegangan

(12)

(13)

13

Klasifikasi Relay

Dari beberapa macam relay yang ada,dapatlah kita membedakannya menurut klasifikasinya sebagai berikut :

1. Berdasarkan prinsip kerjanya :

§ Relay Elektromagnetis.tarikan dan induksi § Relay Termis

§ Relay Elektronis

2. Berdasarkan konstruksinya § Tipe angker tarikan

3. Berdasarkan basaran yang diukur § Relay tegangan

§ Relay arus

§ Relay impedansi

(14)

3. Jenis-jenis Relay

Relay Arus Lebih

Merupakan rele Pengaman yang

bekerja karena adanya besaran arus

dan terpasang pada Jaringan Tegangan

tinggi, Tegangan menengah juga pada

pengaman Transformator tenaga. Rele

ini berfungsi untuk mengamankan

(15)

(16)

(17)

(18)

Saluran Udara Tegangan

Tinggi (SUTT)



Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) dan Saluran

Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) adalah

sarana instalasi tenaga listrik diatas tanah untuk

menyalurkan tenaga listrik dari Pusat Pembangkit

ke Gardu Induk (GI) atau dari GI ke GI lainnya

(antar GI).



SUTT/SUTET terdiri dari kawat/konduktor yang

(19)

Perlengkapan Gardu Induk



Busbar/Rel, Gardu Induk dengan

single busbar, Gardu Induk dengan

Doble busbar , Gardu Induk dengan

satu setengah / one half busbar,

Arrester, Transformator Instrumen,

Transformator Tegangan,

(20)

PMS & PMT

PMS terdiri dari Pemisah Engsel, Pemisah

Putar, Pemisah Siku, Pemisah Luncur

PMT terdiri : PMT dengan Media pemutus

menggunakan udara, PMT dengan Hampa

Udara, PMT dengan Media pemutus

(21)

Peralatan Pengaman

Terdiri dari : Lightning Arester ,

Aplikasi PLC, Komunikasi Suara,

Penggunaan Kanal

Suara,Teleproteksi Protection

(22)



Karena

peranannya

yang

sangat

(23)

Instalasi Listrik

Instalasi Listrik pada Transmisi Listrik

Secara umum, Transmisi listrik menyalurkan tenaga listrik arus bolak-balik tiga fasa melalui Tower .

Tegangan generator paling tinggi yang dapat dibangkitkan oleh pembangkit listrik adalah 23 kV.

Pada saat ini, dalam tingkat riset sedang dikembangkan generator yang dapat membangkitkan tegangan listrik sampai 150 kV.

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

Pusat pembangkit listrik yang sudah beroperasi secara komersial secara umum ditunjukkan pada Gambar.

Tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator sinkron dinaikkan dengan menggunakan transformator listrik sebelum dihubungkan pada rel (busbar) melalui pemutus tenaga (PMT).

Semua generator listrik yang menghasilkan energi listrik dihubungkan pada rel (busbar).

Begitu pula semua saluran keluar dari pusat listrik dihubungkan dengan rel pusat listrik.

(29)

Selain itu juga ada saluran (feeder) yang digunakan menyediakan tenaga listrik untuk keperluan pusat pembangkit sendiri yang digunakan untuk sumber tenaga listrik pada instalasi penerangan, mengoperasikan motor-motor listrik (motor listrik sebagai penggerak pompa air pendingin, motor listrik sebagai penggerak pendingin udara, motor listrik sebagai penggerak peralatan pengangkat, keperluan kelengkapan kontrol, dan lain-lain).

Pada pusat pembangkit listrik juga memiliki instalasi listrik dengan sumber tegangan listrik arus searah.

Sumber listrik arus searah pada pusat pembangkit tenaga listrik digunakan untuk menggerakkan peralatan mekanik pada pemutus tenaga (PMT) dan untuk lampu penerangan darurat.

(30)

Proteksi

Proteksi sitem tenaga listrik adalah suatu proses menjadikan Pembangkitan, Transmisi, Distribusi, dan Pemanfaatan

(konsumsi) enegi listrik seaman mungkin dari efek-efek kegagalan dan kejadian yang menempatkan sistem tenaga pada risiko.

Tidak mungkin kita menjadikan sistem tenaga listrik 100% aman (safe) atau 100% dapat diandalkan (reliable), karena biayanya akan sangat mahal.

(31)

Alat Proteksi Generator

Gangguan pada generator antara lain dapat disebabkan

oleh:

a. Hubung singkat (short-circuit) pada lilitan stator.

b. Beban lebih (overload).

c. Panas lebih (overheating) pada lilitan dan bearing.

d. Tegangan lebih (overvoltage) dan kecepatan lebih.

e. Kehilangan medan penguat (loss of field).

F. Arus tidak seimbang (unbalance current) pada stator.

g.RELAY Daya balik (motoring).

(32)

Empat faktor PENTING :

a.

Memilih jenis rele yang sesuai dengan jenis

gangguan yang mungkin timbul.

b. Mengkoordinasi penyetelan rele yang satu

dengan yang lainnya.

c. Mempertimbangkan segi produksi,

pemeliharaan generator dan pemeliharaan

peralatan pengamannya.

(33)

Pengaman generator secara garis besarnya terdiri dari :

a. Pengamanan terhadap gangguan di luar generator, yaitu

gangguan dalam system yang dihubungkan dengan

generator.

b.Pengamanan terhadap ganguan yang terjadi didalam

generator

(34)

A. Pengamanan Terhadap Gangguan Luar

Maka pengamanan generator terhadap gangguan luar generator yang utama adalah relay arus lebih.

(35)

PROTEKSI ARUS LEBIH - OCR

adalah perlindungan sistem dan

peralatan dari arus yang melebihi arus

nominalnya. Sedangkan tujuan

proteksi itu sendiri adalah untuk

mendiskriminasi bagian sistem atau

peralatan akibat gangguan yang

(36)

(37)

(38)

KORDINASI RELAY ARUS LEBIH

PMT.1

PMT.2

PMT.3

PMT.4

BUS 1

(39)

Besaran Pada Rele

-_{Arus Pick}–_{Up (I}

p)

harga arus minimum yang mengalir pada rele beroperasi, disebut juga arus operasi

-_{Arus drop out (I}

d)

harga maksimum dan arus yang mengalir pada rele yg menyebabkan rele tidak beroperasi

-_{Reset ratio (K}

d)

perbandingan antara arus drop out dan arus pick-up

K_d =

p I

d I

Harga Kd untuk beberapa jenis rele :

Rele elektromagnetik : 0,8 – 0,95 Rele induksi mendekati : 1,0

Rele statik : 0,9 - 1,0

(40)

Karakteristik

Rele Arus Lebih

Kurva rele pengaman digolongkan dalam beberapa karakteristik

• Arus lebih seketika (instantaneous)

• Arus lebih waktu tertentu (definite time)

• Arus lebih dengan waktu terbalik (inverse time)

• Kombinasi karakteristik waktu seketika dengan waktu tertentu

(41)

Karakteristik Arus Lebih Seketika

Karakteristik Arus Lebih Waktu tertentu

(42)

Persamaan Kurva Rele

Berdasar Standart IEC 255-3 dan BS 142

Karakteristik waktu arus terbalik disebut juga Inverse Definite Minimum Time (IDMT) dinyatakan dengan persamaan :

(43)

(44)

PROSEDUR KARAKTERISTIK

IDMT

Dilakukan atas dua stelan :

• Pertama : Menghitung arus gangguan

maksimum pada masing masing titik

rele



gangguan 3 fasa

• Menghitung Arus gangguan minimum

(45)

Prinsip dasar relay koordinasi terbagi dua, yaitu :

1 . Diskriminasi Waktu

–

Time Grading

Metoda ini bekerja berdasarkan waktu setting,

sehingga relay akan bekerja jika waktu setting

terpenuhi. Dibawah ini sistem distribusi radial

(46)

(47)

2. Diskriminasi Arus

Metoda ini bekerja

berdasarkan arus, hal ini

disebabkan karena besarnya

arus disetiap posisi/bagian

bervariasi.

Dengan metoda ini, semakin

besar arus gangguan yang

terjadi maka time trip nya pun

akan semakin pendek.

Dibawah ini merupakan kurva

karakterisrik diskriminasi

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

Studi Praktis 1

(56)

• Prosedur Kordinasi dgn menggunakan

relay dengan karakteristik IDMT

dilakukan atas dua setelan yaitu

1. Setelan Arus Kerja dan

2. Setelan Waktu Kerja

• Sesuai karakteristiknya waktu kerja

relay IDMT mengikuti waktu kerja

Inverse secara proporsional sesuai

level gangguan

• Dua elemen setelan reley jenis Invers

(57)

TMS

PMS

Adalah perbandingan antara arus primer

denngan setelan arus primer, atau sama dengan

perbandingan antara arus primer dengan

(58)

contoh

• Bila arus maksimum yg bisa terjadi pada lokasi

rele misalnya 3000 Amper, sedang rele disetel

kerja hanya 50 % dan rasio Trafo = 400/5



Jika di setel hanya 200 % pada rasio trafo arus yg

sama ,maka

(59)

Grafik 1 : Karakteristik umum Waktu – Arus dari Rele Standard IDMT

(60)

Pembahasan

Prosedur Kordinasi Grading arus dan waktu pada jaringan distribusi Radial : Prosedur Grading dimulai dari rele D: (paling ujung)

• Nilai TMS harus di setel pada kurva terendah , misal diambil TMS 0.1  lihat grafik no 1 karakteristik umum waktu – arus dari relay standard IDMT

• Jika arus beban pada gardu tdk lebih dari 100 Amper, kemudian setelan arus rele 50 % dari arus nominalnya, sehinggah nilai nya : 5 x 0.5=2.5 A pd Rasio trafo arus : 200/5 = 40

• Maka Nilai PMS adalah : 2000/(0.5x5x40) = 20.  lihat grafik 2 kurva Standard IEC 60255-4 ttg batas akurasi rele arus lebih IDMT.

Pada nilai PMS = 20 diperoleh waktu kerja yg diperoleh dari karakteristik rele (Tm) adalah = 2.2 detik

(61)

Grading Rele C :

• Harus di setel pada grading waktu standard yaitu 0.5 detik lebih lambat dari setelan waktu rele D sehingga setelan waktu aktual rele C pada harga arus 2000 A adalah 0.5 +0.22 = 0.72 detik. 

jadi nilai T = 0.72 detik

• Jika setelan arus pada rele c dibuat lebih tinggi adalah 100 % maka pada arus 2000 A nilai plug PMS menjadi 2000/(1.0x5x60)= 6.66 detik  dari kurva standar IDMT diperoleh waktu kerja

karakteristik (Tm)= 3.5 detik.

• Jadi Nilai TMS adalah : 0.72/3.5 = 0.21

• Kemudian Pada Gangguan deket C yg memberikan arus 3000 Amper dgn setelan 100 % maka setelan arus PMS menjadi :

3000//(1.0x5x60) =10  dari kurva standar IDMT diperoleh waktu kerja karakteristik (Tm)= 3.0 detik.

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

(68)

(69)

fuse Cb 50/51

Damage curve trafo

Damage curve

Motor stall time

(70)

B. Pengaman thd Gangguan Dalam Generator

Gangguan dalam generator secara garis besar ada 5 macam

yaitu:

a. Hubungan singkat antara fasa

b. Hubungan singkat fase ke tanah

c. Suhu tinggi

d. Penguat hilang

(71)

(72)

(73)

Selain “ELCB (GFCI)” dan “Oveload Heater” pada Motor Control,

Alat Proteksi Utama pemutus

Listrik adalah :

1.Circuit Breaker

& (atau)

(74)

1. Circuit Breaker (CB)

a). MCB (Miniatur Circuit Breaker) : bisa trip sendiri

b). MCCB (Molded Case Circuit Breaker) : bisa trip sendiri

c). ACB (Air Circuit Breaker) : ada yang bisa trip sendiri, ada yang dilengkapi Protective Relays

d). OCB (Oil Circuit Breaker) : dilengkapi Protective Relays

e). VCB (Vacuum Circuit Breaker) : dilengkapi Protective Relays

f). SF6CB (Sulfur Hexafluoride Circuit Breaker) : dilengkapi

(75)

a).MCB (Miniatur Circuit Breaker)

MCB berfungsi mengamankan arus hubung singkat (short circuit) dan pembatas daya (overload) , kerjanya berdasarkan dua kendali.

Kendali panas terbuat dari elemen dwilogam yang akan bekerja jika daya beban melebihi batas dan kendali elektromagnetik untuk arus hubung singkat akan bekerja jika arus yang mengalir

(76)

Berdasarkan penggunaan dan daerah kerjanya, MCB dapat digolongkan menjadi 5 jenis yaitu :

1. Tipe Z (rating dan breaking capacity kecil) :

Digunakan untuk pengaman rangkaian semikonduktor dan trafo-trafo yang sensitif terhadap tegangan.

2. Tipe K (rating dan breaking capacity kecil) :

Digunakan untuk mengamankan alat-alat rumah tangga.

(77)

Tunjukkan dan jelaskan

(78)

b). MCCB (Molded Case Circuit Breaker)

MCCB merupakan salah satu alat pengaman yang dalam proses operasinya mempunyai dua fungsi yaitu sebagai pengaman dan sebagai alat untuk penghubung.

Jika dilihat dari segi pengaman, maka MCCB dapat berfungsi sebagai pengaman gangguan arus hubung singkat dan arus beban lebih. Pada jenis tertentu pengaman ini, mempunyai kemampuan pemutusan yang dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan.

Keterangan : 1. Bodi dan tutup 2. Peredam busur api 3. Blok sambungan

(79)

c). ACB (Air Circuit Breaker)

ACB (Air Circuit Breaker) merupakan jenis circuit breaker dengan sarana pemadam busur api berupa udara. ACB dapat digunakan pada tegangan rendah dan tegangan menengah. Udara pada tekanan ruang atmosfer digunakan sebagai peredam busur api yang timbul akibat proses switching maupun gangguan.

Pengoperasian pada bagian mekanik ACB dapat dilakukan dengan bantuan solenoid motor ataupun pneumatik.

฀ LV-ACB:

Voltage = 250V dan 660V Current Rating = 800A-6300A Interrupting Rating = 45kA-170kA

฀ MV-ACB:

(80)

d). OCB (Oil Circuit Breaker)

Oil Circuit Breaker adalah jenis CB yang menggunakan minyak sebagai sarana pemadam busur api yang timbul saat terjadi gangguan.

Bila terjadi busur api dalam minyak, maka minyak yang dekat busur api akan berubah menjadi uap minyak dan busur api akan dikelilingi oleh gelembung-gelembung uap minyak dan gas.

(81)

e). VCB (Vacuum Circuit Breaker)

Vacuum circuit breaker memiliki ruang hampa udara untuk memadamkan busur api, pada saat circuit breaker terbuka (open), sehingga dapat mengisolir hubungan setelah bunga api terjadi, akibat gangguan atau sengaja dilepas.

(82)

f). SF6 CB

(Sulfur Hexafluoride Circuit Breaker)

SF6 CB adalah pemutus rangkaian yang menggunakan gas SF6 sebagai sarana pemadam busur api.

Gas SF6 merupakan gas berat yang mempunyai sifat dielektrik dan sifat memadamkan busur api yang baik sekali.

Prinsip pemadaman busur apinya adalah Gas SF6 ditiupkan sepanjang busur api, gas ini akan mengambil panas dari busur api tersebut dan akhirnya padam.

Rating

(83)

2.Fuse

Patron leburnya akan lebur jika ada arus yang besarnya jauh melampaui arus nominal pengaman tersebut , sehingga patron lebur/sekring tersebut putus dan tidak bisa digunakan lagi.

(84)

A fuse may be defined as a device that protects a circuit by fusing open its current-responsive element when an overcurrent or short-circuit current passes through it.

[Fuse bisa didefinisikan sebagai alat yang memproteksi circuit dengan cara membuka elemen respon arusnya, ketika arus lebih atau arus hubung singkat melewatinya].

(85)

Circuit Breakers as Fuses as

(86)

(87)