Teknik Elektro
Politeknik Negeri Jakarta
◮ Introduction;
◮ Protection Devices:
◮ Fuse;
◮ Circuit Breaker;
◮ MCB: Miniature Circuit-Breaker; ◮ MCCB: Molded-case Circuit Breaker;
◮ Motor Protection;
◮ Overcurrent Protection; ◮ Overload Protection
◮ Other type of protection (e.g. Low voltage protectiion, etc)
◮ Earth-Leakage Circuit-Breaker (ELCB); ◮ Residual Current Device (RCD)
◮ Coordination of protection devices
◮ Current Transformer (CT) and Voltage Transformer (VT);
Apa yang dimaksudSistem Proteksi ?
Sistem proteksi adalah seni dan ilmu pengetahuan untuk mendekteksi gangguan pada komponen sistem daya dan mengisolasi komponen listrik;
Masalah dalam sistem daya termasuk:
1. Hubung singkat;
2. Kondisi Abnormal;
3. Kerusakan (kegagalan) peralatan.
Komponen apa yang perlu diproteksi ?
1. Generator;
2. Transformator, Reaktor;
3. Saluran (lines)
4. Buses;
◮ Disain sistem proteksi adalah salah satu aspek penting pada perencanaan dan operasi dari sistem tenaga listrik;
◮ Sistem proteksi adalah di disain untuk:
◮ mendeteksi dan me-remove gangguan;
◮ Proteksi manusia dan properti sekitar sistem daya; ◮ Proteksi peralatan, saluran, dll di sistem daya;
Mengapa arus hubung singkat perlu dihitung
◮ Untuk mendapatkan keandlan, koordinasi operasi, menjamin bahwa peralatan listrik dapat dilindungi dari kerusakan;
◮ Perlu menghitung arus hubungsingkat pada titik-titik kritis pada jaringan listrik;
Hal yang dipertimbangkan dalam menghitung arus hubung singkat
◮ Interupting Rating
maximum short-circuit current that a protective device can safely clear, under specified test conditions.
◮ Intertupting Capacity
Actual short circuit current that a protective device has been tested to interrupt.
Basic Rules
◮ Main Factors
◮ Over-current magnitude ◮ Duration
◮ Effect
◮ Forces (short-circuit)
◮ Thermal (short-circuits, overloading)
◮ Failure
◮ Short-circuit (most common) ◮ Overload
Electrcial Faults on Power System
◮ Phase Faults (characterized as):
◮ Phase to ground fault ◮ Phase to phase fault ◮ Phase-phase to ground fault ◮ Three phase fault
◮ Open Circuit Fault
◮ A pole of the circuit breaker is not fully closing
Electrcial Faults on Power System
◮ Interturn Fault
◮ Occurs in machines (e.g. Transformators, motors and generators);
◮ Due to the insulation breakdown between the turns of the same phase
◮ Causing an overvoltage or mechnical damge of the insulation; ◮ Machine is not smoothly working
◮ Overload
◮ Occur due to exceeding the maximum permissible load current through the winding, cables, transmission lines;
Hal yang diperlukan dalam peralatan proteksi
◮ Reliability
◮ Speed
◮ Selectivity
◮ Sensitivity
Reliability
◮ Ability to recognize a fault and implement output command for circuit control device
◮ Must operate at any failure
◮ Must not fail
because of: dust, shocks, corrosive, overvoltage, etc.
Speed
◮ Important mainly during short-circuit = reduce thermal effects (switch off speed must be adds)
tprotection+tswitch of f = 10..20 ms;
Selectivity
◮ The ability to locate and switch off the smallest part of the circuit with fault
Solution:
◮ Time stepping
longer times when closer to the power supply ◮ Current stepping
RISK
There are two ways can be at ristk
◮ Touching live parts of equipment or system that are intended to be live, this is called direct contact;
◮ Pengembangan teknologi fuse telah banyak dilakukan sejak penemuan model fuse pertamakali;
◮ Banyak tipe fuse telah digunakan untuk aplikasi tegandan rendah sampai tegangan moderate, ketika gangguan tidak selalu sering dan penggunaan circuit breaker kurang ekonomis;
Contoh Fuses Fuses dengan
Karakteristik:
◮ proteksi yang baik = dapat mengikuti kinerja yang diinginkan;
◮ Depependent characteristic = off time depends on the overcurrent;
◮ Lebih murah;
◮ Tidak diperlukan pemeliharaan;
◮ Bekerja secara otomatis, sementara circuit breaker memerlukan perangkat lain untuk kerja otomatis;
◮ Dapat memutus arus hubung singkat yang sangat tinggi tanpa mengeluarkan asap atau noise;
◮ Element fuse yang lebih kecil, memungkinkan dapat menekan pengaruh ”current limiting” saat hubung singkat;
◮ Kurva arus hubung singkat fuse (inverse time) memungkinkan untuk digunakan sebagai proteksi hubung singkat;
◮ Diperlukan waktu untuk proses normasilasi (perbaikan fuse);
◮ Untuk arus hubung singkat yang sangat besar, untuk
pemasangan fuse secara seri, diskriminasi kerja fuse tidak bisa dijamin kecuali pemilihan rating fuse sangat tinggi;
panas yang berlebih, tetapi ketika terjadi arus melebihi nilai nominalnya, elemen fuse harus cepat panas sampai melebihi titik leburnya dan kemudian memutus rangkaian yang dilindunginya. Untuk mendapatkan fungsi kerja yang baik, maka fuse perlu mempunyai fungsi kerja yang baik yaitu mempunyai elemen seperti berikut:
◮ Titik leleh rendah (misal: timah, timbel);
◮ Konduktivitas yang tinggi (misal: perak dan tembaga);
◮ Bebas dari korosi karena pengaruh oksidasi (misal: perak);
◮ Murah (misal: timah, timbel,dan tembaga).
Tidak semua bahan diatas dapat memenuhi semua karakteristik yang diinginkan oleh fuess.
Misal:
Adalah arus dimana fuse bisa bekerja tanpa overheating atau melebur. Ini tergantung pada kenaikan temperatur pada kontak fuse (fuse holder), material, dan kondisi sekitar.
Fusing Current:
Adalah arus minimum dimana element fuse melebur selanjutnya memutus rangkaian. Fusing current lebih besar dari current rating. Untuk element berbentuk bulat, hubungan antara Fusing currentI
dan diameterddinyatakan dengan:
I =kd3/2
◮ material dari elemen fuse;
◮ panjang - (jika lebih pendek), maka arus akan lebih besar sebab elemen yang pendek dapat melewatkan arus lebih cepat;
◮ diameter
◮ ukuran dan lokasi terminal
◮ kondisi sebelumnya
Fusing factor:
Adalah rasio dari ” fusing current” minimum terhadap ”current rating” dari elemen fuse yaitu:
Fusing Factor = Minimum fusing current / Current rating
Nilai selalu lebih besar dari 1:
◮ Jika nilai fusing factor lebih rendah, maka akan sulit mengindari kerusakan karena terjadinya overheating dan oxidasi pada rated current.
◮ Adalah nilai r.m.s. dari setengah loop pertama dari arus gangguan (seperti terlihat pada gambar halaman sebelumnya)
◮ Arus gangguan akan besar pada setengah gelombang pertama, tetapi hal ini cukup untuk meleburkan elemen fuse sebelum arus peak dicapai;
◮ Arus akan di putus pada titik cut off;
Cut-off Current:
◮ Adalah nilai maksimum arus gangguan yang dicapai sebelum elemen fuse melebur (melting);
◮ Pada saat gangguan, arus gangguan akan sangat besar pada 1/2 gelombang pertama (karena kondisi asymmetry);
Nilai cut off current tergantung pada: a). rating current; b) prospective current; c)asymmetry of short circuit current.
Outstanding feature of fuse action:
◮ Adalah melakukan pemutusan circuit tanpa menyentuh arus puncak pertama;
◮ Dapat menghindari panas yang tinggi dan pengaruh dari elektro-magnetik pada saat terjadi arus hubung singkat, karena arus maksimum dari hubung singkat sesuai dengan arus cut-off dari fuse.
Pre-arching time:
◮ Adalah waktu antara terjadinya gangguan dan kondisi cut-off;
◮ Ketika gangguan terjadi, maka arus gangguan akan naik dengan cepat dan menghasilkan efek panas pada element fuse;
Arching time:
Adalah waktu dari mulainya pre-arc sampai arching hilang.
Total operating time:
◮ Adalah gabungan waktu antara pre-arching time + arching time, memerlukan waktu sekitar 0.002 detik dibandingkan dengan CB yang membutuhkan waktu sekitar 0.2 detek;
◮ Kecepatan waktu triping merupakan kelebihan dari fuse;
◮ Fuse yang terpasang seri dengan CB akan putus terlebih dahulu pada saat gangguan hubungsingkat terjadi;
Breaking capacity:
Secara umum Fuse dapat dikelompokkan kedalam:
◮ Low voltage fuse;
◮ semi-enclosed rewireable fuse
◮ High rupturing capacity (H.R.C) cartridge fuse
◮ H.R.C. fuse with tripping device
◮ High voltage fuse
◮ Cartride type (sampai dengan 33 kV, breaking capacity 8700 A , 200 A)
◮ Liquid type (rated current sampe 100A, 132 kV, breaking capacity 6100A)
◮ Membatasi arus puncak gangguan maksimum;
◮ Mengurangi kerusakan mekanik:
◮ Mengurangi energi panas;
◮ CLF adalah baik untuk proteksi gangguan hubung singkat;
HRC with tripping dvice
Kemampuan mengalirkan arus dari elemen fuse tergantung pada
◮ bahan dari elemen;
◮ Penampang dari elemen (tergantung pada: panjang, permukaan dan lingkungan sekitar fuse);
◮ Ketika elemen mencapai temperatur yang konstan, maka Panas yang ditimbulankan/detik = panas yang hilang/detik (melalui: convection, radiation, and conduction);
◮ atau:
I2 ρl
(π/4)d2 = constant xdxl
I2 ∝d3
Fuse mempunyai penampang dengan radius 0.8 mm. Elemen akan putus pada arus 8A. Hitung penampang elemen jika diinginkan putus pada arus 1A.
