Gardu induk (GI) merupakan sebuah komponen dalam sistem tenaga listrik yang digunakan sebagai tempat meningkatkan tegangan menengah yang dibangkitkan generator menjadi tegangan transmisi. Setelah dekat dengan daerah-daerah yang menggunakan energi listrik tegangan diturunkan juga dalam gardu induk. Menurut Abdul Kadir menyatakan, “Menyalurkan energi listrik melalui jarak-jarak yang jauh harus dilakukan dengan tegangan yang tinggi untuk memperkecil kerugian-kerugian yang terjadi, baik rugi-rugi energi, maupun penurunan tegangan”. (Abdul Kadir, 1998:1).
Selain dari pada itu menurut Djiteng Marsudi mengatakan, “Setiap GI sesungguhnya merupakan pusat beban untuk suatu daerah pelanggan tertentu”. ( Djiteng Marsudi 2006:5)
Gambar 3.1 Gardu induk pasang luar
3.1.1 Pengertian Gardu Induk
Gardu Induk adalah suatu instalasi yang terdiri dari peralatan listrik yang berfungsi untuk:
1. Transformasi tenaga listrik tegangan tinggi yang satu ke tegangan tinggi yang lainnya atau tegangan menengah.
2. Pengukuran, pengawasan operasi serta pengaturan pengamanan dari sistem tenaga listrik.
3. Pengaturan daya ke gardu-gardu induk lain melalui tegangan tinggi dan gardu-gardu induk distribusi melalui feeder tegangan menengah.
3.1.2 Klasifikasi Gardu Induk menurut penempatan peralatan Menurut penempatan peralatan, Gardu Induk dapat di klasifikasikan:
1. Gardu Induk pasang dalam
Gardu Induk dimana semua peralatan (switch gear, isolator dan lain sebagainya) dipasang di dalam gedung atau ruang tertutup.
2. Gardu Induk pasang luar
Gardu Induk dimana semua peralatan (switch gear, isolator dan lain sebagainya) di tempatkan pada udara terbuka.
3. Gardu Induk setengah pasang dalam dan setengah pasang luar
Gardu Induk ini adalah merupakan paduan dari Gardu Induk Pasang dalam dan Gardu Induk pasang luar.
4. Gardu Induk bawah tanah
Gardu ini biasa digunakan di pusat kota atau pada gedung pencakar langit. 5. GIS (Gas Insulated Substation)
Gardu Induk dimana semua peralatan dimasukan dalam kompartemen yang berisi gas untuk isolasi.
3.1.3 Anatomi Sistem Gardu Induk 1. Trafo Tenaga
Trafo Tenaga berfungsi untuk menyalurkan tenaga atau daya dari tegangan tinggi ke tegangan menengah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan).
2. Peralatan sisi primer a. Lightning Arrester
b. Spark Rod
Spark Rod berfungsi sebagai pengaman peralatan terhadap tegangan lebih.
c. Pemutus tenaga (PMT)
Pemutus tenaga (PMT) berfungsi untuk memutuskan hubungan tenaga listrik dalam keadaan gangguan maupun dalam keadaan berbeban dengan proses yang cepat. Pemutusan tenaga listrik dalam keadaan gangguan akan menimbulkan arus yang relative besar, pada saat tersebut PMT bekerja sangat berat. Bila kondisi peralatan PMT menurun karena kurangnya pemeliharaan, sehingga tidak sesuai dengan daya yang diputuskan, maka PMT akan rusak (meledak).
d. Pemisah (PMS) - Pemisah tanah
Berfungsi untuk mengamankan peralatan dari sisa tegangan yang timbul sesudah SUTT diputuskan, atau induksi tegangan dari penghantar, hal ini perlu untuk keamanan dari orang yang bekerja pada instalasi.
- Pemisah peralatan
Berfungsi untuk mengisolasikan peralatan listrik dari peralatan yang bertegangan. Semua pemisah dioperasikan tanpa beban.
e. CurrentTransformer (CT)
Berfungsi untuk menurunkan arus besar pada tegangan tinggi menjadi arus kecil pada tegangan rendah untuk keperluan pengaman (proteksi) dan pengukuran (metering)
f. Potential Transformer (PT)
g. Busbar
Busbar atau bay penghantar berfungsi sebagai titik pertemuan atau hubungan trafo-trafo tenaga, SUTT – SUTT dan peralatan listrik lainnya untuk menerima dan menyalurkan tenaga atau daya listrik.
3. Peralatan sisi sekunder
Peralatan sisi sekunder sama dengan peralatan sisi primer. 4. Peralatan Control Room
Digunakan untuk mengontrol pelayanan gardu induk dari suatu tempat dari dalam gedung kontrol yang terdiri dari:
a. Panel kontrol
Jenis panel kontrol yang ada dalam gardu induk terdiri dari:
- Panel kontrol utama, terdiri dari panel instrumen dan panel operasi. Pada panel instrumen terpasang alat-alat ukur dan indikator gangguan, dari panel ini alat-alat dapat diawasi dalam keadaan sedang beroperasi. Pada panel operasi terpasang sakelar operasi dari PMT, PMS serta lampu indikator posisi sakelar dan diagram bay penghantar.
Diagram bay penghantar, sakelar dan lampu indikator diatur letak dan hubungannya sesuai dengan rangkaian yang sesungguhnya sehingga keadaannya dapat dilihat dengan mudah.
- Panel rele, pada panel ini terpasang pengaman untuk SUTT, rele pengaman untuk trafo dan sebagainya. Bekerjanya rele dapat diketahui dari penunjukan pada rele itu sendiri dan pada indikator gangguan di panel kontrol utama.
- Panel pemakaian sendiri, pada panel ini digunakan sebagai penunjang listrik yang digunakan untuk keperluan operasi gardu induk.
b. Telekomunikasi (SCADATEL)
c. Batere
Sumber tenaga untuk sistem kontrol dan proteksi selalu harus mempunyai keandalan dan stabilitas tinggi, maka batere dipakai sebagai sumber tenaga kontrol dan proteksi di dalam gardu induk. Peranan batere sangat penting karena saat terjadi gangguan batere digunakan sebagai backup tenaga listrik untuk menggerakan alat proteksi dan kontrol.
d. Rectifier
Rectifier atau Charger adalah suatu rangkaian alat listrik untuk mengubah arus listrik bolak- balik (AC) menjadi arus searah (DC) . Umumnya Rectifier yang terpasang di Gardu berfungsi untuk mengisi muatan baterai, memasok daya secara kontinu ke beban dan menjaga baterai agar tetap dalam kondisi penuh.
5. Peralatan lain.
a. PetersonCoil dan Resistor
Digunakan sebagai pentanahan titik netral yang berfungsi untuk menyalurkan arus gangguan phase ke tanah pada sistem. Arus yang melalui pentanahan merupakan besaran ukur untuk alat proteksi.
b. Kapasitor
Kapasitor berfungsi untuk memperbaiki faktor kerja dan tegangan dari jaringan tenaga listrik.
c. Reaktor
Reaktor berfungsi untuk mengurangi atau membatasi arus hubung singkat dan arus switching dalam jaringan tenaga listrik.
3.2 Sistem Proteksi
Sistem proteksi bertujuan untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian yang terganggu dengan bagian yang tidak terganggu atau bagian yang masih sehat dari kerusakan dan kerugian yang lebih besar.
seperti generator, bus bar, transformator, saluran udara tegangan tinggi, saluran kabel bawah tanah, dan lain sebagainya terhadap kondisi abnormal operasi sistem tenaga listrik tersebut (J. Soekarto, 1985).
Sistem proteksi pada gardu induk terdiri dari peralatan yang disusun menjadi sebuah sistem, antara lain: Relai, sebagai alat perasa untuk mendeteksi adanya gangguan untuk selanjutnya memberi perintah trip kepada PMT, trafo arus dan trafo tegangan berfungsi sebagai pengindra besaran listrik primer dari sistem yang diamankan ke relai (besaran listrik sekunder), pemutus tenaga (PMT) digunakan untuk memisahkan bagian listrik yang terganggu.
3.2.1 Pembagian daerah Proteksi
Pembagian daerah proteksi pada gardu induk dapat ditunjukan pada (Gambar 3.2). Batas-batas daerah proteksi diberlakukan karena terdapat bermacam jenis peralatan dan perbedaan karakteristik pada pengoperasian sistem proteksi
Pada pembagian daerah proteksi tersebut dapat dibagi menjadi beberapa bagian, antara lain:
a. Proteksi trafo tenaga dan penyulang b. Proteksi busbar atau kopel
c. Proteksi Penghantar
d. Proteksi Reaktor dan kapasitor
3.2.2 Jenis gangguan pada gardu induk
Pada dasarnya sebuah gangguan pada sistem tenaga listrik mempunyai sebab, dapat terjadi karena gangguan pada sistem dan gangguan non sistem. Gangguan pada jaringan tenaga listrik dapat juga terjadi pada bagian pembangkit, transmisi, dan distribusi. Jaringan tenaga listrik yang terganggu harus dapat segera diketahui dan dipisahkan dari bagian lainnya secepat mungkin agar kerugian yang lebih bear dapat terhindarkan.
A. Gangguan sistem
Gangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik seperti pada generator, transformator, SUTT, SKTT dan lain sebagainya. Gangguan sistem dapat dikelompokkan sebagai gangguan permanen dan ganguan temporer. Gangguan temporer adalah gangguan yang dapat hilang dengan sendirinya setelah PMT terbuka, misalnya sambaran petir yang menyebabkan flash over pada isolator SUTT. Pada keadaaan tersebut PMT dapat dimasukan kembali, secara manual atau otomatis dengan auto recloser. Gangguan permanen adalah gangguan yang tidak hilang dengan sendirinya, sedangankan pemulihan diperlukan perbaikan (trobel pada peralatan).
B. Gangguan non sistem
PMT terbuka tidak selalu disebabkan oleh terjadinya gangguan pada sistem, dapat juga PMT terbuka akibat relai yang bekerja sendiri atau kabel kontrol yang terbuka atau oleh sebab intervensi dan lain sebagainya. Gangguan seperti ini disebut gangguan non sistem .
b. Kabel kontrol terhubung singkat
c. Intervensi atau induksi pada kabel kontrol
3.2.3 Syarat-syarat sistem proteksi A. Sensitif
Suatu relai proteksi bertugas mengamankan suatu alat atau bagian tertentu dari sistem tenaga listrik yang masuk dalam jangkauan pengamanannya. Relai proteksi harus mempunyai sifat sensitif dengan gangguan yang terjadi dengan rangsangan minimum dan bila perlu hanya hanya mengetripkan pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian yang terganggu, sedangkan bagian yang sehat tidak boleh terganggu dan terbuka. B. Selektif
Selektifitas dari relai proteksi adalah suatu kualitas kecermatan pemilihan dalam penanganan pengamanan. Bagian yang terbuka dari suatu sistem karena terjadinya gangguan harus sekecil mungkin, sehingga daerah yang terputus menjadi lebih kecil.
Relai proteksi hanya akan bekerja selama kondisi tidak normal atau gangguan yang terjadi didaerah pengamanannya dan tidak akan bekerja pada kondisi normal atau pada gangguan yang terjadi diluar daerh pengamanannya. C. Cepat
Makin cepat relai proteksi bekerja, tiak hanya dapat memperkecil kemungkinan akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan meluasnya akibat yang ditimbulkan oleh gangguan.
D. Andal
E. Ekonomis
Dengan biaya yang sekecil-kecilnya diharapkan relai proteksi mempunyai kemampuan pengamanan yang sebesar-besarnya.
F. Sederhana
Perangkat relai proteksi disyaratkan mempunyai bentuk sederhana dan fleksibel.
3.2.4 Klasifikasi pengaman A. Pengaman utama
Pengaman utama adalah sistem proteksi yang prioritas bekerjanya untuk mengamankan gangguan atau menghilangkan kondisi tidak normal pada sistem tenaga listrik. Sistem proteksi tersebut bekerja saat terjadinya gangguan dalam kawasan yang harus dilindunginya. (IEC 15-05-025)
Ciri-ciri pengaman utama:
a. Waktu bekerjanya sangat cepat (basic time) atau tidak ada waktu tunda (time delay)
b. Tidak bisa dikoordinasikan dengan relai proteksi lainnya (independen) c. Daerah kerjanya terbatas.
B. Pengaman cadangan
Pengaman cadangan (back up) adalah suatu sistem proteksi yang dirancang untuk bekerja ketika terjadi gangguan pada sistem tetapi tidak dapat diamankan atau tidak terdeteksinya dalam kurun waktu tertentu karena kerusakan atau ketidakmampuan proteksi yang lain (proteksi utama) untuk mentriger PMT yang tepat. Sebagai pengganti bagi proteksi utama pada waktu proteksi utama gagal atau tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya. (IEC 16-05-030)
Ciri-ciri pengaman Backup:
b. Relai pengaman cadangan harus dikoordinasikan dengan relai proteksi pengaman cadangan lainnya disisi lain.
c. Secara sistem, proteksi cadangan terpisah dari proteksi utama.
3.2.5 Penyebab terjadinya kegagalan proteksi
Kegagalan atau kelambatan kerja proteksi dapat disebabkan antara lain: a. Relai telah rusak sehingga bekerja tidak konsisten.
b. Setelan relai tidak benar (kurang sensitif atau kurang cepat).
c. Baterai lemah atau kegagalan sistem DC suply sehingga tidak mampu mengetripkan PMT-nya.
d. Hubungan kontak kurang baik pada sirkit triping atau terputus.
e. Kemacetan mekanisme tripping pada PMT-nya karena kotor, karat, patah atau meleset.
f. Kegagalan PMT dalam memutuskan arus gangguan yang disebabkan oleh arus gangguannya terlalu besar melampaui kemampuan pemutusan (interupting capability), atau kemampuan pemutusannya telah menurun. g. Kurang sempurnanya rangkaian sistem proteksi antara lain adanya hubungan
kontak yang kurang baik.
h. Kegagalan saluran komunikasi teleproteksi. i. Trafo arus terlalu jenuh.
3.2.6 Perangkat sistem proteksi
Proteksi terdiri dari seperangkat peralatan yang merupakan sistem yang terdiri dari komponen-komponen berikut :
a. Relay, sebagai alat perasa untuk mendeteksi adanya gangguan yang selanjutnya memberi perintah trip kepada Pemutus Tenaga (PMT).
b. Trafo arus dan trafo tegangan sebagai alat yang mentransfer besaran listrik primer dari sistem yang diamankan ke rele (besaran listrik sekunder).
c. Pemutus Tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu. d. Batere beserta alat pengisi (batere charger) sebagai sumber tenaga untuk
e. Pengawatan (wiring) yang terdiri dari sisrkit sekunder (arus dan/atau tegangan), sirkit triping dan sirkit peralatan bantu.
Secara garis besar bagian dari relai proteksi terdiri dari tiga bagian utama, seperti pada blok diagram (gambar 3.3).
Gambar 3.3 Blok diagram utama rele proteksi
Masing-masing elemen/ bagian mempunyai fungsi sebagai berikut: a. Elemen pengindra
Elemen ini berfungsi untuk merasakan besaran-besaran listrik, seperti arus, tegangan, frekuensi, dan sebagainya tergantung relai yang dipergunakan. Pada bagian ini besaran yang masuk akan dirasakan keadaannya, apakah keadaan yang diproteksi itu mendapatkan gangguan atau dalam keadaan normal, untuk selanjutnya besaran tersebut dikirimkan ke elemen pembanding.
b. Elemen pembanding
Elemen ini berfungsi menerima besaran setelah terlebih dahulu besaran itu diterima oleh elemen oleh elemen pengindera untuk membandingkan besaran listrik pada saat keadaan normal dengan besaran arus kerja relai.
c. Elemen penentu
Pada sistem proteksi menggunakan relai proteksi sekunder, digambarkan pada (gambar 3.4). Transformator arus (CT) berfungsi sebagai alat pengindra yang merasakan apakah keadaan yang diproteksi dalam keadaan normal atau mendapat gangguan.
Gambar 3.4 Rangkaian relai proteksi sekunder.
3.2.7 Fungsi dan peranan relai proteksi
Maksud dan tujuan pemasangan relai proteksi adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian yang masih sehat dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar, dengan cara :
a. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat membahayakan peralatan atau sistem.
b. Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi.
c. Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya.
d. Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang terbaik kepada konsumen.
3.3 Transformator Tenaga
Transformator Daya adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga atau daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya.Dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator dapat dikatakan jantung dari transmisi dan distribusi.Dalam kondisi ini suatu transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (kalau bisa secara terus menerus tanpa berhenti).Mengingat kerja keras dari satu transformator seperti itu, maka cara pemeliharaan juga dituntut sebaik mungkin.Oleh karena itu transformator harus dipelihara dengan menggunakan sistem dan peralatan yang benar,baik dan tepat.Untuk itu regu pemeliharaan harus mengetahui bagian-bagian transformator dan bagian-bagian mana yang perlu diawasi melebihi bagian lainnya.
Berdasarkan tegangan operasinya dapat dibedakan menjadi transformator 500/150 kV dan 150/70 kV biasa disebut Interbus Transformer (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.
Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti : 1. Transformator Mesin (Pembangkit)
2. Transformator Gardu Induk 3. Transformator Distribusi
Inti besi digunakan sebagai media jalannya flux yang timbul akibat induksi arus bolak-balik pada kumparan yang mengelilingi inti besi sehingga dapat menginduksi kembali ke kumparan yang lain. Dibentuk dari lempengan-lempengan besi tipis berisolasi yang disusun sedemikian rupa.
Gambar 3.5 Inti besi pada transformator tenaga
2. Kumparan transformator
Belitan terdiri dari batang tembaga berisolasi yang mengelilingi inti besi, dimana saat arus bolak-balik mengalir pada belitan tembaga tersebut, inti besi akan terinduksi dan menimbulkan flu magnetik.
Gambar 3.6 Kumparan tembaga pada transformator
3. Bushing
Gambar 3.7 Bushing pada transformator tenaga
4. Tangki Konservator
Saat terjadinya kenaikan suhu operasi pada transformator, minyak isolasi akan memuai sehingga volumenya bertambah, sebaliknya saat terjadi penurunan suhu operasi, maka minyak akan menyusut dan volume minyak akan turun. Konservator digunakan untuk menampung minyak pada saat transformator mengalami kenaikan suhu.
Gambar 3.8 Tangki konservator pada transformator tenaga
B. Peralatan Bantu 1. Pendingin
isolasi kertas pada transformator. Oleh karena itu pendingin yang efektif sangat diperlukan.
Minyak isolasi transformator selain merupakan media isolasi juga berfungsi sebagai pendingin. Pada saat minyak bersirkulasi, panas yang berasal dari belitan akan dibawa oleh minyak sesuai jalur sirkulasinya dan akan diinginkan pada sirip-sirip radiator. Adapun proses pendinginan ini dapat dibantu oleh adanya kipas dan pompa sirkulasi guna meningkatkan efisiensi pendinginan.
Gambar 3.9 Radiator pada transformator tenaga tenaga
2. Tap Changer
Kesetabilan tegangan dalam suatu jaringan merupakan salah satu hal yang dinilai sebagai kualitas tegangan. Transformator tenaga dituntut memiliki nilai tegangan output yang stabil sedangkan besarnya tegangan
input tidak selalu sama. Dengan mengubah banyaknya belitan pada sisi
Keterangan:
1. Kompartemen diverterswitch
2. Selektorswitch
Gambar 3.10 OLTC pada Trafo tenaga
3. Alat Pernafasan (DehydrationBreather)
Seiring dengan naik turunnya volume minyak di konservator akibat pemuaian dan penyusutan minyak, volume udara di dalam konservator pun akan bertambah dan berkurang. Penambahan atau pembuangan udara dalam konservator akan berhubungan dengan udara luar. Agar minyak isolasi transformator tidak terkontaminasi oleh kelembaban dan oksigen dari luar maka udara yang akan masuk ke dalam konservator akan difilter melalui silicagel.
Gambar 3.11 Alat pernafasan transformator dengan silica gel.
C. Peralatan Proteksi
Suhu pada transformator yang sedang beroperasi akan dipengaruhi oleh kualitas tegangan jaringan, losses pada trafo itu sendiri dan suhu lingkungan. Suhu operasi yang tinggi akan mengakibatkan rusaknya isolasi kertas pada transformator.
Untuk mengetahui suhu operasi dan indikasi ketidaknormalan suhu operasi pada transformator digunakan relai termal. Relai termal ini terdiri dari sensor suhu berupa thermocouple, pipa kapiler dan meter penunjukan.
Gambar 3.12 Bagian-bagian relai suhu
b. Relai Bucholtz tangki utama
Pada saat transformator mengalami gangguan internal yang berdampak kepada suhu yang sangat tinggi dan pergerakan mekanis didalam transformator, maka akan timbul tekanan aliran minyak yang besar dan pembentukan gelembung gas yang mudah terbakar. Tekanan minyak maupun gelembung gas ini akan dideteksi oleh relaibucholtz sebagai indikasi telah terjadinya gangguan internal.
c. Relai tekanan lebih tangki utama
Relai tekanan lebih ini didesain sebagai titik terlemah saat tekanan di dalam trafo muncul akibat gangguan. Dengan menyediakan titik terlemah maka tekanan akan tersalurkan melalui suddenpreasure dan tidak akan merusak bagian lainnya pada main tank.
Gambar 3.14 Relai tekanan lebih tangki utama atau relaisuddenpressure
d. Relai tekanan lebih OLTC (Jansen)
Sama halnya seperti relaibucholtz yang memanfaatkan tekanan minyak dan gas yang terbentuk sebagai indikasi adanya ketidaknormalan atau gangguan, hanya relai ini digunakan untuk memproteksi kompartemen OLTC. Rele ini juga dipasang pada pipa saluran yang menghubungkan kompartemen OLTC dengan konservator.
2. Peralatan proteksi elektrik a. Relai diferensial
Gambar 3.15 Contoh relai diferensial dan diagram rangkainnya.
b. Relai gangguan fasa ke tanah terbatas (REF)
Relai restrictedearthfault (REF) merupakan salah satu proteksi utama pada transformator yang prinsip kerjanya sama dengan diferensial relai, perbedaannya REF dipergunakan untuk pengamanan transformator terhadap gangguan fasa ke tanah, khususnya paling dekat dengan titik bintang transformator. REF dipasang pada belitan transformator dengan konfigurasi Y yang ditanahkan.
REF terdiri dari 2 jenis:
1. REF jenis low impedance, parameter kerjanya adalah arus minimum.
2. REF jenis High impedance, parameter kerjanya adalah tegangan minimum ataupun arus minimum.
c. Relai arus lebih (OCR)
Merupakan relai Pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada Jaringan Tegangan tinggi, Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator tenaga. Relai ini berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan phasa-phasa.
Jenis Relai Arus Lebih:
2. Relai Cepat; digunakan dalam kombinasi dengan relai definit/invers apabila diperlukan waktu kerja yang lebih cepat misalnya jika terjadi gangguan dengan arus hubung singkat besar.
3. Relai Definit; bekerjanya tidak tergantung kepada besarnya arus hubung singkat yang melaluinya. Waktu kerjanya disetel tertentu dan biasanya dikoordinasikan dengan waktu kerja pengaman didepan dan dibelakangnya.
Gambar 3.16 Relai arus lebih
d. Relai gangguan ke tanah (GFR)
Relai hubung tanah merupakan relai Pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan Tegangan tinggi,Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator tenaga.
berfungsi lebih mengamankan NGR. Pola dan skema proteksi dapat dilihat pada (Gambar 3.17 dan gambar 3.18).
Gambar 3.17 Pola proteksi pada Gardu Induk 150/20 kV.
3.4 Relai Diferensial
Relai diferensial mempunyai sifat antara lain: - Sangat selektif dan cepat
- Sebagai pengaman utama
- Tidak dapat digunakan sebagai pengaman cadangan
- Daerah pengamanannya dibatasi oleh pemasangan trafo arus (CT) B. Aplikasi Relai diferensial
Relai diferensial digunakan sebagai pengaman utama untuk: - Transformator tenaga
- Busbar
3.4.1 Relai proteksi diferensial unbias
Prinsip kerja relai proteksi diferensial adalah membandingkan dua vektor arus atau lebih yang masuk ke relai (lihat gambar 3.19) apa bila pada sisi primer trafo arus(CT1) dialiri arus I1, maka pada sisi primer trafo arus (CT2) akan mengalir arus I2, pada saat yang sama sisi sekunder kedua trafo arus (CT1 dan CT2), akan mengalir arus i1 dan i2 yang besarnya tergantung dari rasio yang terpasang, jika besarnya i1 = i2 maka relai tidak bekerja, karena tidak ada selisih arus (∆i = 0), tetapi jika besarnya arus i1 ≠ i2 maka relai akan bekerja, karena adanya selisih arus (∆i ≠ 0). Selisih arus ini disebut arus diferensial. arus inilah yang menjadi dasar bekerjanya relai diferensial.
Gambar 3.19 Gambar sederhana relai diferensial unbias
Agar relai diferensial dalam kondisi normal (tidak terjadi gangguan) relai tidak bekerja, maka persyaratannya adalah sebagai berikut :
1. CT 1 danCT2 (maupun ACT nya) harus mempunyai rasio sedemikian sehingga besar arus i1 = i2
2. Sambungan dan polaritas CT1 dan CT2 maupun ACT nya harus benar.
3.4.2 Relai proteksi diferensial bias (Percentage Relay Diferential)
Pada saat kondisi normal (tidak ada gangguan) didalam daerah pengamanan, ada kemungkinan muncul arus tidak seimbang (∆i’) sehingga relai pengaman salah kerja. Penyebab timbulnya arus tidak seimbang (∆i’) lihat (Gambar 3.20), dapat disebabkan oleh :
- Karakteristik kelengkungan magnetik dari CT1 dan CT2, terutama pada arus hubung singkat yang besar yang menyebabkan arus sekunder tidak lagi linier terhadap arus primer karena kejenuhan CT.
Gambar 3.20 Karakteristik dari trafo arus
Dengan melihat adanya perbedaan arus (∆i’) diantara kedua CT yang terpasang, dibuatlah relai diferensial jenis persentase yang mempunyai karakteristik kerja mengikuti kemungkinan terjadi ∆i’. Untuk mencegah arus gangguan (IF) yang besar diluar daerah pengamanannya maka pada relai diferensial dipasang kumparan penahan (restrain) pada kedua sisinya dapat dilihat dalam (gambar 3.20), kumparan penahan inilah yang menahan relai tidak bekerja apa bila terjadi arus gangguan yang besar, karena makin besar arus gangguan yang melewati relai makin besar pula kopel penahan yang dihasilkan oleh kumparan penahan sehingga relai tidak bekerja.
Torsi penahan akan membuat kontak pemutus relai diferensial persentase tetap pada posisi membuka. Torsi penahan tersebut sebanding dengan jumlah vektoris arus-arus masuk dan keluar.
Penjelasan : Pada saat gangguan Io min dapat diabaikan :
Io2 = KR2. IR2 KR2 =
KR = Faktor restraint yang dinyatakan dalam persen = 10, 20, 30, 40, 50%
3.4.3 Kerja Proteksi relai diferensial jika terjadi gangguan a. Jika terjadi gangguan didalam daerah pengamanannya
gangguan mengalir pada titik gangguan sehingga pada CT2 tidak ada arus yang mengalir, maka disisi sekunderr CT2 tidak ada arus yang mengalir (i2=0) yang mengakibatkan i1 ≠ i2 (1 ≠ 0) sehingga relai diferensial bekerja .
Gambar 3.22 Relai diferensial jika terjadi ganguan didalam daerah pengamanan
b. Jika terjadi gangguan diluar daerah pengamanan
Gambar 3.23 relai diferensial jika terjadi gangguan diluar daerah pengamanannya.
3.4.4 Seting relai diferensial sebagai pengaman transformator daya Untuk menyetel atau menyetting relai diferensial diperlukan :
a. Data peralatan yang diperlukan untuk menyetel relai diferensial adalah sebagai berikut :
- Trafo daya meliputi : Daya nominal, sistem tegangan dan vektor grup. (Sambungan trafo arus)
- Trafo arus (CT): meliputi: Rasio CT
- Trafo arus bantu (ACT) meliputi: Rasio ACT - Type relai diferensial yang digunakan.
b. Perhitungan relai diferensial :
- Menghitung Arus nominal trafo daya dari sisi primer dan sisi sekunder : In = MVA Trafo/ 3.VL (Tergantung wektor group trafo)
- Menghitung besar arus sekunder CT yang terpasang pada sisi primer dan sekunder trafo daya :
i’S CT = IS/IP X In trafo
- Menghitung Arus sekunder ACT ( arus yang menuju relai) i”SACT = arus secunder CT X rasio ACT X 3
Daerah kerja diferensial, adalah lebih besar dari ∆i.
Sedangkan penyetelan V% (faktor restrain) digunakan untuk memilih kecuraman karakteristik, dimana untuk penyetelan V% tergantung dari besarnya arus gangguan diluar daerah pengamanan.
3.4.5 Karakteristik relai diferensial
(Gambar 3.24) menunjukan karakteristik persentage diferensial, bila terjadi arus gangguan yang besar akan menimbulkan perbedaan arus (∆i’), tetapi relai tidak bekerja.
Gambar 3.24 Karakteristik persentase diferensial
Kecuraman Karakteristik (slope) dapat diatur dengan memilih KR ( V% ) dan Iomin dinyatakan dalam g%, besarnya Io min diyatakan dalam persen dari arus nominal relai (In).g% yang menunjukan arus kerja minimum hal ini dimaksud untuk mengatasi keadaan :
- Ketidak seimbangan antara arus i1 dan i2. - Ketidak seimbangan antara CT bantu. - Arus magnetisasi.
Sedangkan V% adalah untuk mengantisipasi besaran arus kerja relai (I),
yang disebabkan oleh kejenuhan CT1 dan CT2. jika terjadi gangguan diluar (eksternal) transformator.
Tabel 3.1 Komposisi arus saat trafo daya dienergise atau gangguan
KOMPONEN
ARUS ARUS INRUSH ARUS GANGGUAN SIKLUS
KE 1 SIKLUSKE 21 SIKLUSKE 3 TIDAK JENUHCT JENUHCT
DC 58 58 58 38 0
HARMONISA
KE 1 100 100 100 100 100 HARMONISA
KE 2 62 63 65 9 4
HARMONISA
KE 3 25 28 30 4 32
HARMONISA
KE 4 4 5 7 7 9
HARMONISA
