BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Klasifikasi Saluran Distribusi Tenaga Listrik
Secara umum, saluran tenaga Listrik atau saluran distribusi dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
1. Menurut nilai tegangan
a. Saluran distribusi Primer, Terletak pada sisi primer trafo distribusi, yaitu antara titik Sekunder trafo substation (Gardu Induk) dengan titik primer trafo distribusi. Saluran ini bertegangan menengah 20 kV. Jaringan listrik 70 kV atau 150 kV, jika langsung melayani pelanggan, bisa disebut jaringan distribusi.
b. Saluran Distribusi Sekunder, Terletak pada sisi sekunder trafo distribusi, yaitu antara titik sekunder dengan titik cabang menuju beban
2. Menurut bentuk tegangannya:
a. distribusi AC (Alternating Current) menggunakan sistem tegangan bolak-balik.
b. Saluran distribusi AC (Direct Current) mengggunakan sistem tegangan bolak-balik.
3. Menurut jenis/tipe konduktornya:
a. Saluran udara, dipasang pada udara terbuka dengan bantuan penyangga (tiang) dan perlengkapannya, dan dibedakan atas: Saluran kawat udara, bila konduktornya telanjang, tanpa
terbungkus isolasi.
Saluran kabel udara, bila konduktornya terbungkus isolasi. Saluran bawah tanah, dipsang didalam tanah, dengan
menggunakan kabel tanah (graound cable).
4. Menurut susunan (konfigurasi) salurannya:
a. Saluran Konfigurasi horizontal, bila saluran fasa terhadap fasa yang lain/terhadap netral, atau saluran positif terhadap negatif (pada sistem DC) membentuk garis horisontal.
b. Saluran Konfigurasi Vertikal, bila saluran-saluran tersebut membentuk garis vertikal
c. Saluran konfigurasi Delta, bila kedudukan saluran satu sama lain membentuk suatu segitiga (delta).
5. Menurut Susunan Rangkaiannya
Dari uraian diatas telah disinggung bahwa sistem distribusi di bedakan menjadi dua yaitu sistem distribusi primer dan sistem distribusi
sekunder.
a. Jaringan Sistem Distribusi Primer
Sistem distribusi primer digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini dapat menggunakan saluran udara, kabel udara, maupun kabel tanah sesuai dengan tingkat keandalan yang diinginkan dan kondisi serta situasi lingkungan. Saluran distribusi ini direntangkan sepanjang daerah yang akan di suplai tenaga listrik sampai ke pusat beban. Terdapat bermacam-macam bentuk rangkaian jaringan distribusi primer, yaitu:
1. Jaringan Distribusi Radial, dengan model: Radial tipe pohon, Radial dengan tie dan switch pemisah, Radial dengan pusat beban dan Radial dengan pembagian phase area.
2. Jaringan distribusi ring (loop), dengan model: Bentuk open loop dan bentuk Close loop.
3. Jaringan distribusi Jaring-jaring (NET) 4. Jaringan distribusi spindle
5. Saluran Radial Interkoneksi
b. Jaringan Sistem Distribusi Sekunder
Sistem distribusi sekunder digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu distribusi ke beban-beban yang ada di konsumen. Pada sistem distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak digunakan ialah sistem radial. Sistem ini dapat menggunakan kabel yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi. Sistem ini biasanya disebut sistem tegangan rendah yang langsung akan dihubungkan kepada konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatan-peralatan sbb:
1. Papan pembagi pada trafo distribusi.
2. Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder). 3. Saluran Layanan Pelanggan (SLP) (ke konsumen/pemakai). 4. Alat Pembatas dan pengukur daya (kWh meter) serta fuse atau
pengaman pada pelanggan.
Keterangan:
PMS= Pemisah TD= Trafo Distribusi FC= Fuse Cabang
PMT= Pemutus SU= Saklar Utama
FCO= Fuse Cut Out SC= Saklar Cabang
Gambar 2.1 Komponen Sistem Distribusi
Sistem proteksi harus bekerja mengamankan peralatan yang berada di dalam sistem tenaga listrik pada saat terjadinya suatu gangguan. Peralatan proteksi merupakan peralatan yang mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang tidak
terganggu serta mengamankan bagian yang tidak terganggu dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar.
2.2 Konfigurasi Radial [8]
Gardu induk energi listrik didistribusikan melalui penyulang-penyulang yang berupa saluran udara atau saluran kabel tanah. Pada penyulang distribusi ini terdapat gardu-gardu distribusi. Fungsi gardu distribusi ini menurunkan tegangan distribusi primer menjadi tegangan rendah (JTR). Konsumen tenaga listrik tersambung dari JTR melalui saluran rumah. Dari saluran rumah , tenaga listrik masuk ke alat pembatas dan pengukur (APP) terlebih dahulu sebelum memasuki instalasi rumah milik konsumen. Secara umum bentuk fisik sistem distribusi terdiri dari beberapa bagian yaitu:
a. Gardu Induk, yaitu berfungsi menerima tenaga listrik dari jaringan sub transmisi ( bertegangan 500KV, 150KV, atau 70KV) dan menurunkan tegangannya menjadi tegangan jaringan primer.
b. Jaringan distribusi primer, yaitu berfungsi menyalurkan energi listrik dari gardu induk ke trafo-trafo distribusi dimana tegangan kerjanya adalah 20KV.
c. Gardu Hubung, yaitu berfungsi sebagai penghubung (titik temu) dua atau lebih jaringan primer.
d. Trafo Distribusi, yaitu berfungsi menurunkan tegangan dari distribusi primer (20KV) menjadi tegangan untuk distribusi sekunder (220 V/380V).
e. Jaringan Distribusi sekunder, yaitu Jaringan yang meyalurkan tenaga Listrik dari trafo distribusi sampai pelanggan dimana tegangan kerjanya adalah 220V/380V. Gambar berikut ini tentang sistem distribusi.
Pelanggan Sambungan Rumah
Saklar TR
Jaringan Tegangan rendah (JTR) Sekering TR
Trafo Distribusi Sekering TM Gardu Induk
Jaringan Tegangan Menengah (JTM)
Gambar 2.2 Sistem Distribusi
Konfigurasi Jaringan Radial yang dipasok dari satu tempat/gardu induk, umumnya merupakan saluran udara tegangan menengah (SUTM), Konfigurasi jaringan Radial merupakan sistem yang paling sederhana dibandingkan dengan sistem lainnya. Jaringan distribusi radial ini menyalurkan tenaga listrik melalui satu atau lebih titik pengisian ( feeder ) yang dihubungkan dengan saluran langsung ke titik penggunaan (peralatan). Dibandingkan dengan bentuk jaringan distribusi lainnya, bentuk jaringan radial ini merupakan bentuk jaringan distribusi sederhana, terutama ditinjau dari penggunaannya, namun kemungkinan terjadinya padam sangat besar yang biasanya disebabkan oleh gangguan trafo distribusi atau salurannya.
Keuntungan Konfigurasi Jaringan Radial: 1. Pengoperasiannya Mudah
2. Mudah dalam mencari gangguan 3. Lebih Sederhana
4. Biaya Relatif Murah
Kerugian Sistem Primer Radial:
1. Tingkat kontinuitas pelayanan sistem ini rendah, seperti bila terjadi gangguan pada salah satu titik pengisian dapat mengakibatkan terputusnya pelayanan tenaga pada peralatan-peralatan yang terhubung, sampai perbaikkan selesai.
2. Nilai Drop tegangan sangat besar terutama pada saluran yang paling jauh dari penyulangnya.
II I
70/20 kV GI
Fuse Cut Out / FCO
CB CB PMT Feeder / Penyulang JTM Feeder / Penyulang JTM PMT PMT 20 kV
Gambar 2.3 Radial Primer
2.3. Bentuk-bentuk Konfigurasi Radial [8] 2.3.1 Radial Murni
Sistem ini merupakan dasar dimana setiap saluran dari titik sumber dan berakhir disetiap titik beban. Antara titik sumber dan titik beban hanya ada satu jalur penghubung.
Gambar 2.4 Radial Murni
PEMBANGKIT BEBAN
2.3.2 Radial Pohon
Sistem ini hampir sama dengan sistem radial murni, namun pada radial pohon hanya ada satu saluran utama ( main feeder ) keluar dari penyulang gardu induk. Kemudian bercabang-cabang ( lateral feeder ) dan bercabang- cabang lagi ( sub-lateral feeder ) hingga kebeban atau konsumen.
Lateral Feeder Lateral Fuse
Main feeder
Gambar 2.5 Radial Pohon
2.4. Penyulang Distribusi Tenaga Listrik
Pada sistem distribusi 20 kV pasokan daya listrik didapat dari penyaluran 150 kV atau 70 kV melalui trafo tenaga yang terpasang di gardu induk. Dan besarnya kapasitas trafo bervariasi antara 5,10,20,30, sampai 60 MVA. Dan keluaran trafo dihubungkan ke bus 20 kV pada gardu-gardu induk yang kemudian didistribusikan ke masing-masing penyulang 20 kV ke konsumen-konsumen dengan mnenggunakan saluran udara tegangan menengah (SUTM) atau saluran kabel tegangan menengah (SKTM). Dan biasanya di Indonesia pemakaian saluran udara tegangan menengah lebih dominan oleh sebab itu sering terjadi gangguan hubung singkat baik itu
gangguan antar fasa atau gangguan fasa dengan tanah. Ketika terjadi gangguan, sistem proteksi dapat mencegah terjadinya kerugian yang lebih besar, dan dapat bekerja melokalisasi gangguan tersebut.
Penyulang distribusi 20 kV PLN diamankan dari gangguan arus hubung singkat dengan menggunakan over current relay (OCR), Sesuai dengan pertumbuhan kelistrikan di Indonesia, maka PLN tidak saja berusaha memenuhi permintaan daya yang meningkat, akan tetapi PLN memperbaiki TMP. Sejalan dengan itu, perlu dikembangkan suatu cara penilaian terhadap TMP atau diperlukan penentuan TMP.
Menurut kamus besar bahasa Indonesia, mutu adalah sekumpulan atibut yang memberikan kepuasan pada pelanggan. Apabila ditinjau secara etimologi, maka penentuan TMP penyulang ini harus dilihat dari sisi pelanggan sebagai pengguna tenaga listrik. Mutu pelayanan antara lain tegantung lamanya pemadaman dan kerapnya pemadaman yang terjadi. Untuk dapat memenuhi mutu pelayanan tersebut, maka diperlukan data atau laporan tentang sebab-sebab pemadaman (trip) pada penyulang.
2.5. Gangguan Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik 2.5.1 Jenis Gangguan
Jenis gangguan utama dalam saluran distribusi tenaga listrik adalah gangguan hubung singkat. Gangguan hubung singkat ini terjadi sebagai akibat dari tembusnya bahan isolasi, kesalahan teknis, polusi debu, dan pengaruh alam di sekitar saluran distribusi tenaga listrik, sehingga ada arus yang mengalir dari fasa ke tanah atau antar fasa. Jaringan distribusi berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik ke pelanggan. Untuk keandalan pelayanan penyaluran tenaga listrik ke pelanggan maka jaringan distribusi perlu dilengkapi dengan alat pengaman.
Bila ditinjau dari segi lamanya waktu gangguan, maka gangguan pada saluran distribusi tenaga listrik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :
a. sementara ( gangguan temporer )
Gangguan sementara (gangguan temporer) ditandai dengan normalnya kerja sistem setelah pengaman dimasukkan (menutup) kembali.
Pada gangguan yang bersifat temporer, penyebab gangguan akan hilang dengan sendirinya setelah pengaman jatuh/trip.
Gangguan temporer yang terjadi berulang-ulang dapat menyebabkan timbulnya kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik dan hal ini dapat pula menimbulkan gangguan yang bersifat permanen sebagai akibat adanya kerusakan peralatan tersebut.
b. Gangguan permanen ( gangguan stationer )
Gangguan permanen (gangguan stationer) ditandai dengan jatuhnya pengaman setelah dimasukkan kembali, dan biasanya dilakukan sampai tiga kali.
Pada gangguan permanen, pengaman bisa bekerja normal kembali setelah gangguan tersebut bisa diatasi.
Gangguan yang bersifat permanen bisa disebabkan karena adanya kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik, sehingga gangguan ini baru bisa diatasi setelah kerusakan pada peralatan tersebut sudah diperbaiki.
Ditinjau dari macam gangguannya, maka gangguan hubung singkat dapat dibedakan menjadi :
a. Gangguan hubung singkat tiga fasa.
b. Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah. c. Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah. d. Gangguan hubung singkat antar fasa ( dua fasa ).
Dari empat jenis gangguan tersebut dapat dibedakan menjadi dua kelompok gangguan, yaitu :
a. Gangguan hubung singkat simetris. b. Gangguan hubung singkat tidak simetris.
Yang termasuk dalam gangguan hubung singkat simetris adalah gangguan hubung singkat tiga fasa, sedangkan gangguan yang lainnya termasuk gangguan hubung singkat tidak simetris.
2.5.2 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa [7]
Gangguan hubung singkat tiga fasa adalah gangguan hubung singkat yang berupa hubungan pendek antara ketiga fasanya. Didapat persamaan sebagai berikut : ) ( 1 3 Ampere Z V If ...(2.1) [7] Dengan :
If3= Arus gangguan 3 Fasa
V = Tegangan Fasa netral sistem 20 kV = =Vph Z1 =Impedansi urutan positif
Gambar 2.6 Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa (a), Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa (b).
2.5.5 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa [7]
Gangguan hubung singkat dua fasa adalah gangguan hubung singkat yang berupa hubungan pendek antara satu fasa dengan fasa yang lain. Apabila hubung singkat terjadi pada fasa a dan b akan didapat persamaan dibawah : ) ( 2 1 2 Ampere Z Z V If ...(2.3) [7] Oleh karena Z1 = Z2 dan
1 3 3 Z V If ...(2.4) [7] \ Maka: 3 2 3 2 f f I I ...(2.5) [7] Gambar 2.7 Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa (a), Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung
Singkat 2 Fasa (b).
2.1.1.4 Gangguan Hubung Singkat 1 phasa ke Tanah [7]
Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah adalah gangguan hubung singkat yang berupa hubungan pendek antara satu fasa dengan tanah. Apabila hubung singkat terjadi pada fasa a akan didapat persamaan dibawah : eq Z eq Z eq Z Vph IHS 0 2 1 3 1 ...(2.6) [7]
Dimana : I HS 1Ф = arus hubung singkat 1 phasa ke tanah (Ampere) V ph = tegangan phasa netral sistem 20 kV (Volt) Z1 eq = impedansi ekivalen urutan positif (Ohm) Z2 eq = impedansi ekivalen urutan negatif (Ohm) Z0 eq = impedansi ekivalen urutan nol (Ohm)
Gambar 2.8 Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah (a), Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah (b).
Arus gangguan satu fasa ke tanah hampir selalu lebih kecil daripada arus gangguan hubung singkat tiga fasa, bahkan mungkin lebih kecil dari arus beban nominalnya, sebab gangguan tanah hampir selalu melalui tahanan gangguan, misalnya beberapa Ohm, yaitu tahanan pembumian kaki tiang, dalam hal flashover dengan tiang atau kawat tanah. Di samping itu untuk sistem dengan pembumian melalui tahanan, tahanan pembumian netral sistem itu juga akan membatasi arus gangguan satu fasa ke tanah.
2.6 Transformator Tenaga
Transformator (trafo) tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk mentransformasikan tegangan listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (menyalurkan tenaga/daya listrik). Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti yang terbuat
dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga yang dibelit di seputar “kaki” inti transformator.
Gambar 2.9 Tipe Kumparan Transformator
Berdasarkan tegangan operasinya dapat dibedakan menjadi transformator 500/150 kV dan 150/70 kV yang biasa disebut dengan Interbus Transformator (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 nya.
Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti. a. Transformator mesin (pembangkit).
b. Transformator gardu induk. c. Transformator distribusi.
Transformator dapat juga dibagi menurut kapasitas dan tegangan seperti. a. Transformator besar. b. Transformator sedang. c. Transformator kecil.
2.6.1 Kontruksi Bagian-Bagian Transformator
Transformator terdiri dari: a. Bagian Utama 1. Inti besi. 2. Kumparan Transformator 3. Minyak Transformator 4. Bushing. 5. Tangki Konsservator b. Peralatan Bantu. 1. Pendingin.
2. Perubahan Tap (Tap Changer).
3. Alat pernapasan (Dehydrating Breather).
4. Indikator-indikator: Thermometer, permukaan minyak. c. Peralatan Proteksi.
1. Relai Bucholz.
2. Pengaman tekanan lebih (Explosive Membran)/Bursting Plate. 3. Relai tekanan lebih (Sudden Pressure Relay).
4. Relai pengaman tangki.
d. Peralatan Tambahan Untuk Pengaman Trafo.
1. Pemadam kebakaran (Transformator-transformator besar). 2. Relai Differensial (Differential Relay).
3. Relai arus lebih (Over Current Relay). 4. Relai hubung tanah (Ground Fault Relay). 5. Relai thermis (Thermal Relay).
6. Arrester.
2.7 MCB (Mini Circuit Breaker)
MCB adalah suatu rangkaian pengaman yang dilengkapi dengan komponen thermis (bimetal) untuk pengaman beban lebih dan juga dilengkapi relai elektromagnetik untuk pengaman hubung singkat. MCB
banyak digunakan untuk pengaman sirkit satu fasa dan tiga fasa. Keuntungan menggunakan MCB, yaitu :
1. Dapat memutuskan rangkaian tiga fasa walaupun terjadi hubung singkat pada salah satu fasanya.
2. Dapat digunakan kembali setelah rangkaian diperbaiki akibat hubung singkat atau beban lebih.
3. Mempunyai respon yang baik apabila terjadi hubung singkat atau beban lebih.
Pada MCB terdapat dua jenis pengaman yaitu secara thermis dan elektromagnetis, pengaman thermis berfungsi untuk mengamankan arus beban lebih sedangkan pengaman elektromagnetis berfungsi untuk mengamankan jika terjadi hubung singkat. Pengaman thermis pada MCB memiliki prinsip yang sama dengan thermal overload yaitu menggunakan dua buah logam yang digabungkan (bimetal), pengamanan secara thermis memiliki kelambatan, ini bergantung pada besarnya arus yang harus diamankan, sedangkan pengaman elektromagnetik menggunakan sebuah kumparan yang dapat menarik sebuah angker dari besi lunak. MCB dibuat hanya memiliki satu kutub untuk pengaman satu fasa, sedangkan untuk pengaman tiga fasa biasanya memiliki tiga kutub dengan tuas yang disatukan, sehingga apabila terjadi gangguan pada salah satu kutub maka kutub yang lainnya juga akan ikut terputus.
Berdasarkan penggunaan dan daerah kerjanya, MCB dapat digolongkan menjadi 5 jenis ciri yaitu :
1. Tipe Z (rating dan breaking capacity kecil)
Digunakan untuk pengaman rangkaian semikonduktor dan trafo-trafo yang sensitive terhadap tegangan.
2. Tipe K (rating dan breaking capacity kecil)
Digunakan untuk mengamankan alat-alat rumah tangga. 3. Tipe G (rating besar) untuk pengaman motor.
4. Tipe L (rating besar) untuk pengaman kabel atau jaringan. 5. Tipe H untuk pengaman instalasi penerangan bangunan.
(a) MCB 1Fasa (b) MCB 3 Fasa
Gambar 2.10 MCB (Miniatur Circuit Breaker)
2.8 Faktor Penyebab Gangguan [10]
Faktor-faktor yang dapat menyebabkan terjadinya gangguan pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik antara lain :
a. Surja Petir
Mengingat saluran transmisi dan distribusi tersebar luas dan panjang membentang serta beroperasi pada kondisi tempat yang cuacanya berbeda-beda, maka kemungkinan terjadinya gangguan yang disebabkan oleh petir besar sekali, terutama pada musim hujan. Gangguan yang disebabkan oleh petir ini sangat berbahaya karena dapat merusak isolasi peralatan.
b. Surja Hubung
Yang dimaksud dengan surja hubung adalah kenaikan tegangan pada saat dilangsungkan pemutusan arus oleh PMT. Kenaikan tegangan yang disebabkan oleh adanya gangguan surja hubung ini dapat merusak isolasi peralatan.
c. Polusi Debu
Debu-debu yang menempel pada isolator, bila udara lembab maka debu tersebut merupakan konduktor yang dapat menyebabkan
terjadinya loncatan bunga api yang pada akhirnya dapat menyebabkan gangguan hubung singkat fasa ke tanah.
d. Adanya pohon-pohon yang tidak terawat
Pohon-pohon yang dekat dengan saluran transmisi dan distribusi bila tidak terawat dan rantingnya masuk ke daerah bebas saluran transmisi dan distribusi, hal ini dapat mengakibatkan terjadinya gangguan hubung singkat fasa ke tanah.
e. Isolator yang rusak
Isolator yang rusak karena sambaran petir atau karena usia yang sudah tua bisa menyebabkan terjadinya gangguan hubung singkat antar fasa atau gangguan hubung singkata dari fasa ke tanah.
f. Daun-daun/sampah yang menempel pada isolator
Daun-daun/sampah yang terbang terbawa angin dan kemudian menempel pada isolator akan mengakibatkan jarak bebas berkurang sehingga dapat mengakibatkan terjadinya loncatan bunga api. Hal ini bisa mengakibatkan terjadinya gangguan hubung singkat antar fasa atau gangguan hubung singkat dari fasa ke tanah.
2.9 Relai Proteksi [10]
2.9.1 Pengertian Relai Proteksi
Relai proteksi atau relai pengaman adalah susunan peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi atau merasakan adanya gangguan atau mulai merasakan adanya ketidaknormalan pada peralatan atau bagian sistem tenaga listrik.
Relai proteksi dapat mendeteksi atau merasakan adanya gangguan pada peralatan yang diamankan dengan mengukur atau membandingkan besaran-besaran yang diterimanya, misalnya arus, tegangan, daya, sudut fase, frekuensi, impedansi dan sebagainya dengan besaran yang telah ditentukan. Relai secara otomatis membuka Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) untuk memisahkan peralatan atau bagian dari sistem yang
terganggu dan memberi isyarat berupa lampu atau alarm (bel) yang menandakan sistem telah terjadi gangguan.
2.9.2 Fungsi Relai Proteksi
Dari uraian di atas maka relai proteksi pada sistem tenaga listrik berfungsi untuk :
a. Merasakan, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta memisahkan secepatnya sehingga sistem lainnya tidak terganggu dan dapat beroperasi secara normal.
b. Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan atau bagian sistem yang terganggu.
c. Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem lain yang tidak terganggu di dalam sistem tersebut serta mencegah meluasnya gangguan. d. Memperkecil bahaya bagi manusia.
2.9.3 Syarat-syarat Relai Proteksi
Relai proteksi dirancang untuk dapat merasakan atau mengukur adanya gangguan atau mulai merasakan adanya ketidak normalan pada peralatan atau bagian sistem tenaga listrik. Maka dari itu relai proteksi harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
a. Dapat diandalkan ( Realiable )
Dalam keadaan normal ( tidak ada gangguan ) relai tidak boleh bekerja. Tetapi bila suatu saat terjadi gangguan yang mengharuskan relai bekerja, maka relai tidak boleh gagal bekerja untuk mengatasi gangguan tersebut. Disamping itu relai tidak boleh salah bekerja, sehingga menimbulkan pemadaman yang tidak seharusnya ataupun menyulitkan analisa gangguan yang terjadi. Relai pengaman diharapkan mempunyai jangka waktu pemakaian yang lama.
b. Selektif
Relai bertugas mengamankan peralatan atau bagian sistem dalam daerah pengamanannya. Dengan kata lain pengamanan dinyatakan selektif bila relai dan PMT yang bekerja hanyalah pada daerah yang terganggu saja. c. Waktu kerja relai cepat ( Responsif )
Relai pengaman harus dapat bekerja dengan cepat segera setelah merasakan adanya gangguan pada sistem guna mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan atau bagian sistem yang terganggu. d. Peka ( Sensitif )
Relay harus dapat bekerja dengan kepekaan yang tinggi, artinya harus cukup sensiitif terhadap gangguan didaerahnya meskipun gangguan tersebut minimum.
e. Ekonomis dan sederhana
Penggunaan rele pengaman harus dipertimbangkan sisi ekonomisnya tanpa mempengaruhi fungsi relai tersebut.
2.10 Relai Arus Lebih (OCR) [10] 2.10.1 Definisi Relai Arus Lebih
Relai arus lebih adalah suatu relai yang bekerjanya berdasarkan kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengamanan tertentu dan dalam jangka waktu tertentu, sehingga relai ini dapat dipakai sebagai pola pengaman arus lebih. Relai ini pada dasarnya mengamankan adanya arus lebih yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat atau beban lebih. Relai arus lebih akan bekerja bila besarnya arus input melebihi suatu harga tertentu ( arus kerja ) yang dapat diatur dan dinyatakan menurut kumparan sekunder dari trafo arus. Relai arus lebih akan memberi isyarat kepada PMT bila terjadi gangguan hubung singkat untuk membuka rangkaian sehingga kerusakan alat akibat gangguan dapat dihindari.
2.10.2 Fungsi Relai Arus Lebih
Pemakaian rele arus lebih pada sistem tenaga listrik dapat difungsikan sebagai berikut :
1. Pengaman utama.
Rele pengaman sebagai pengaman utama adalah rele yang pertama kali merespon dan bertindak jika terjadi gangguan pada sistem.
2. Pengaman cadangan
Sedangkan sebagai pengaman cadangan, rele pengaman cadangan baru akan merespon dan bekerja jika rele pengaman utama gagal bekerja.
2.10.3 Jenis Relai Arus Lebih
2.10.3.1 Relai arus lebih waktu seketika (moment-instantaneous)
Relai ini akan memberi perintah kepada Pemutus Tenaga (PMT ) pada saat terjadi gangguan bila arus gangguan besarnya melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai mulai pick-up sampai kerja relai sangat singkat tanpa penundaan waktu yaitu 20 – 60 ms.
Gambar 2.11 Relai Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Kerja Seketika
Keterangan Gambar 2.11 :
CB : circuit breaker / PMT C : relai arus lebih CT : current transformer top : waktu operasi
TC : tripping coil Ip : arus setelan relai
CT adalah peralatan proteksi yang berpungsi untuk menurunkan tegangan pada sisi sekunder. Sedangkan TC berfungsi sebagai pelepas engkol CB saat terjadi gangguan hubung singkat. Pada gambar 2.11 (b) terlihat bahwa waktu kerja relai sangat cepat tanpa penundaan waktu. Relai jenis ini biasanya dikombinasikan dengan relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja terbalik atau dengan relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja tertentu.
2.10.3.2. Relai arus lebih waktu tertentu (definite time)
Relai ini akan memberi perintah kepada Pemutus Tenaga (PMT ) pada saat terjadi gangguan bila besarnya arus gangguan melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai mulai pick-up sampai kerja relai waktunya ditunda dengan harga tertentu tidak dipengaruhi oleh besarnya arus gangguan.
Gambar 2.12 Relai Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Kerja Tertentu
Keterangan Gambar 2.12 :
CB : circuit breaker / PMT top : waktu operasi
CT : current transformer Ip : arus setelan (arus kerja) TC : tripping coil T : relai waktu tunda. C : relai arus lebih A : relai bantu
S : relai sinyal
Pada gambar 2.12 (b) terlihat bahwa waktu kerja relai tidak tergantung dengan besarnya arus gangguan. Pebedaan relai ini denga relai waktu kerja seketika adalah pada lamanya waktu kerja, dimana pada relai arus kerja seketika waktu kerjanya sangat cepat tanpa penundaan waktu sedangkan pada relai waktu kerja tertentu ada penundaan waktu. Namun pada kedua relai arus lebih di atas lamanya waktu kerja tidak tergantung pada besarnya arus gangguan
2.10.3.3 Relai arus lebih berbanding terbalik ( inverse )
Relai ini akan memberi perintah kepada Pemutus Tenaga (PMT ) pada saat terjadi gangguan bila besarnya arus gangguan melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai mulai pick-up sampai kerja relai waktu tundanya berbanding terbalik dengan besarnya arus gangguan.
Gambar 2.13 Relai Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Kerja Tertentu
Keterangan Gambar 2.13 :
CB : circuit breaker / PMT C : relai arus lebih CT : current transformer T : relai waktu tunda
TC : tripping coil
Relai arus lebih jenis ini lamanya waktu kerja tergantung pada besarnya arus gangguan. Pada gambar 2.13 ( b ) terlihat bahwa makin besar arus gangguan yang dirasakan oleh relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja terbalik maka waktu kerjanya makin cepat.
Terdapat 4 macam karakteristik Relai Inverse yaitu : Standard Normal Inverse [6]
Yaitu karakteristik yang menunjukan perbandingan antara besar arus dengan waktu kerja relai yang standard, aflikasi relai standard normal Inverse biasanya digunakan untuk pengaman hubung singkat 2 fasa karena kerja relai Standard Normal Inverse ada penundaan waktu.ditulis dengan rumus:
Very Inverse [6]
Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus dengan waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari standard invers, aflikasi relai Very Inverse biasanya digunakan untuk pengaman hubung singkat 2 fasa sama dengan Standard Normal Inverse cuma yang membedakan Very Inverse dan Standard Normal Inverse cara kerjanya lebih cepat Very Inverse,ditulis dengan rumus :
tms I t 1 14 , 0 02 , 0 tms I t 1 5 , 13
Extremely Inverse [6]
Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari standard dan very invers, relai karakteristik Extremely Inverse diaplikasikan untuk gangguan hubung singkat yang besar dari hubungsingkat 1 fasa dan 2 fasa, yaitu hubung singkat 3 fasa. Karakteristis Extremely Inverse kerjanya sangat cepat tanpa penundaan waktu. ditulis dengan rumus :
Long Time Inverse [6]
Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus dengan waktu kerja relai yang lebih lambat/rendah diantara karakteristik yang lain, diaplikasikan untuk gangguan hubungsingkat 1 fasa karena arus gangguan hubungsingkat 1 fasa relatif kecil dibandingkan hubung singkat 2 fasa dan 3 fasaditulis dengan rumus : tms I t 1 80 2 tms I t 1 120
Gambar 2.14 Kurva karakteristik waktu Inverse
Untuk menampilkan karakteristik arus pungsi waktu ditampilkan menggunakan kurva semi log time sehingga hasil pengujian dapat penampilkan log time invers sampai lebih 600 detik dan extremely invers dengan satu detik itu bisa dalam kurva.
2.10.4 Beberapa Parameter pada Relai Arus Lebih 1. I Pick Up – Ip
Ip = Arus kerja ( Arus Pick Up ).
Adalah arus minimum yang menyebabkan relai bekerja atau pick-up.
2. I reset ( Ir atau Id)
Id = Ir = arus kembali (arus drop-off/Id, arus reset/Ir)
Adalah arus maksimum yang menyebabkan rele kembali tidak bekerja.
3. In = Arus minimum relai
In adalah besarnya kemampuan relai untuk dialiri arus secara terus menerus.
4. I set = Arus setelan relai
Iset adalah besarnya suatu harga penetapan arus kerja relai sesuai dengan yang diharapkan relai harus pick-up.
5.Im = Arus moment/arus kerja sesaat
Im adalah besarnya suatu harga penetapan arus kerja relai sesuai yang diharapkan relai harus bekerja sesaat (instantaneous).
6. I sett (time delay) = waktu tunda
I sett atau waktu tunda adalah periode waktu yang sengaja diberikan pada relai untuk memperlambat trip ke PMT sejak relai itu pick-up. Waktu tunda ini dimaksudkan untuk koordinasi dengan relai lainnya.
7. TMS / Ko = Time multiple setelan
TMS / Ko adalah besarnya kelipatan waktu tunda ( t set ), istilah ini hanya terdapat pada relai dengan karakteristik inverse time.
8. Starting
Adalah suatu tanda bahwa relai pick-up atau merasakan adanya suatu besaran arus yang sama dengan atau lebih besar dari I set.
9. Trip
Adalah suatu tanda bahwa relai bekerja dan telah memberi perintah pada tripping coil untuk bekerja melepas kontak PMT.
2.11 Setelan Relai Arus Lebih
Hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan setelan relai arus lebih adalah sebagai berikut :
1. Arus kerja minimum relai harus lebih besar dari arus beban maksimum dan lebih kecil dari arus gangguan hubung singkat terkecil, yaitu arus gangguan hubung singkat dua fasa di ujung seksi.
2. Penentuan setelan dari seksi yang paling ujung dan secara bertahap dilakukan untuk seksi-seksi berikutnya kearah sumber. Untuk menentukan setelan waktu relai perlu diketahui beda waktu koordinasi minimum yang di perbolehkan sesuai dengan spesifikasi relai dan pemutus daya yang dipakai.
3. Pada saat melakukan setelan waktu relai inverse, lakukanlah pada uan maksimum karena untuk arus yang lebih kecil waktu kerja relai akan lebih besar.
2.11.3 Setelan Arus Untuk Waktu Tunda ( I>) [6]
(1) Iset = D S k k x In...………….……….….…...(2.7) (2)Iset=0,8xIHS2……….…………(2.8)
Iset diambil dari nilai terkecil diantara persamaan (2.7) dan (2.8)
S
k = 1,1 1,2 In = Arus beban nominal
D
k > 80 %
2.11.2 Setelan Arus Untuk Instantaneous ( I>>) [6]
Di sisi down stream (hilir) maka :
(1)IHS2min ISET1 IHS3min………...(2.9) (2)ISET2 Ikemampuankabel ………...(2.10)
Iset diambil dari nilai terkecil diantara persamaan (2.9) dan (2.10)
Di sisi Up stream (hulu) maka :
SetInst I = 1,2 x IHS3maxdidownstream ………...(2.11) 2.11.3 Setelan TMS [6] 0,14 ) 1 ) (( 0,02 set fault I I t Tms 2.12 Relai OCR MCGG 53 2.12.1 Konstruksi
Gambar 2.15 Konstruksi Relai OCR MCGG53
Keterangan :
1. Identifikasi Relai 11. Setelan TMS
2. Tombol Reset 12. Setelan Instantaneous 3. Kurva Karateristik 13. Kontak Input 1 4. Nilai Kurva Karakteristik 14. Kontak Input 2
5. Phasa 15. Kontak Input 3
6. Led Instantaneous 16. Suplay 110v DC
7. Led Time Delayed 17. Kontak gangguan phasa time delayed 8. Led I pick Up 18. Kontak gangguan phasa instantaneous 9. Setelan Arus Relai 19. Kontak ganguan phasa-tanah time delayed 10. Kurva Karakteristik 20. Kontak ganguan phasa-tanah instantaneous
2.12.2 Wiring Relai OCR MCGG 53
PMT R E T OCR OCR GFR P1 P2 CT S1 S2 2 buah OCR 1 buah GFR
Gambar 2.16 Wiring Relai OCR/GFR tipe 53 Pada Jaringan Tenaga Listrik
2.12.3 Metode Setelan OCR MCGG 53 2.12.3.1 Setelan Arus Waktu Tunda
………(2.13) [6]
Keterangan :
= Nilai setelan pada relai
I = Besar setelan arus relai hasil perhitungan
In = Arus nominal relai pada nameplate ( In = 5Amp )
Tujuh switch biru paling atas digunakan untuk mengatur setelan sensitivitas arus yang dibutuhkan. Setiap switch dapat diposisikan ke kiri atau kanan, tingkat pengaturan dapat ditunjukkan secara horizontal sama seperti switch, ke kiri atau kanan dari switch.
2.12.3.2 Pemilihan Kurva Karakteristik [6]
Tiga switch hitam diposisikan pada kelompok atas yaitu digunakan untuk memilih kurva waktu yang diperlukan dari empat pilihan kurva waktu inverse dan tiga kurva waktu definite. Persamaan kurva karakteristik tercantum di bawah ini. Saklar kedelapan kombinasi pengaturan relay ke dalam mode “trip test”.
Dimana I adalah rasio yang diterapkan saat ini untuk pengaturan arus Is.
2.12.3.3 Setelan TMS[6]
xt=
……… (2.14)Swith setelan TMS berupa enam switch biru diposisikan di bagian bawah kelompok switch bagian atas. Waktu yang diberikan oleh masing-masing operasi karakteristik time delay harus dikalikan dengan waktu pengali untuk memberikan operasi yang aktual. Pengaturan ini diperoleh dengan menambahkan nilai-nilai yang ditunjukkan dari pengaturan switch itu sendiri dan ditandai oleh x t = Σ.
2.12.3.4 Setelan Arus Instantaneous [6]
Iinst=
xIs……… (2.15)Keterangan :
= Nilai setelan pada relaiIinst = Besar setelan arus Instantaneous hasil perhitungan Is = Besar setelan arus Time Delay hasil perhitungan
Kelompok yang terpisah lebih rendah dari enam switch biru digunakan untuk memilih yang pengaturan arus instantaneous antara 1xIs dan 31xIs. Pengaturan yang dipilih diperoleh dengan menambahkan nilai-nilai yang ditunjukkan oleh pengaturan switch tersebut. Nilai ini dikalikan dengan pengaturan arus time delay untuk memberikan hasil pengoperasian arus instantaneous. Jika elemen instantaneous tidak diperlukan, maka semua switch harus diset ke kiri ( penunjukan nol ), atau saklar bawah harus diset ke kanan (penunjukan tak hingga). Contoh setelan OCR MCGG 53:
Arus nominal pada nameplate : In = 0.5 Iset = 1.2A
Kurva karakteristik = Standard Inverse
TMS = 0.5 x Setelan arus instantaneous = 12A
