BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Jaringan Distribusi
Jaringan Pada Sistem Distribusi tegangan menengah (Primer 20kV) dapat
dikelompokkan menjadi lima model, yaitu Jaringan Radial, Jaringan hantaran penghubung (Tie Line), Jaringan Lingkaran (Loop), Jaringan Spindel dan Sistem Gugus
atau Kluster. a. Jaringan Radial Sistem distribusi dengan pola Radial seperti Gambar 2.1 Adalah sistem distribusi yang paling sederhana dan ekonomis. Pada sistem ini terdapat beberapa penyulang yang menyuplai beberapa gardu distribusi secara radial.
Gambar 2.1Konfigurasi Jaringan Radial [5]
Dalam penyulang tersebut dipasang gardu-gardu distribusi untuk konsumen. Gardu distribusi adalah tempat dimana trafo untuk konsumen dipasang.Bisa dalam bangunan beton atau diletakan diatas tiang. Keuntungan dari sistem ini adalah sistem ini tidak rumit dan lebih murah dibanding dengan sistem yang lain.
7
8
Namun keandalan sistem ini lebih rendah dibanding dengan sistem lainnya.
Kurangnya keandalan disebabkan karena hanya terdapat satu jalur utama yang menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama tersebut mengalami gangguan,
maka seluruh gardu akan ikut padam. Kerugian lain yaitu mutu tegangan pada gardu distribusi yang paling ujung kurang baik, hal ini dikarenakan jatuh tegangan terbesar
ada diujung saluran. b. Jaringan Hantaran Penghubung (Tie Line)
Sistem distribusi Tie Line seperti Gambar 2.2 digunakan untuk pelanggan penting yang
tidak boleh padam (Bandar Udara, Rumah Sakit, dan lain lain).
Gambar 2.2Konfigurasi Jaringan Hantaran Penghubung [5]
Sistem ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan tambahan Automatic Change Over Switch / Automatic Transfer Switch, setiap penyulang terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu penyulang mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke penyulang lain. c. Jaringan Lingkar (Loop) Pada Jaringan Tegangan Menengah Struktur Lingkaran (Loop) seperti Gambar 2.3 dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga dengan demikian
9
tingkat keandalannya relatif lebih baik.
Gambar 2.3Konfigurasi Jaringan Loop [5]
d. Jaringan Spindel Sistem Spindel seperti pada Gambar 2.4 adalah suatu pola kombinasi jaringan dari pola Radial dan Ring. Spindel terdiri dari beberapa penyulang (feeder) yang tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut berakhir pada sebuah Gardu Hubung (GH).
10
Gambar 2.4 Konfigurasi Jaringan Spindel [5]
Pada sebuah spindel biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif dan sebuah penyulang cadangan (express) yangakan dihubungkan melalui gardu hubung. Pola Spindel biasanya digunakan pada
jaringan
tegangan
menengah (JTM) yang
menggunakan kabel tanah/saluran kabel tanah tegangan menengah (SKTM). Namun pada pengoperasiannya, sistem Spindel berfungsi sebagai sistem Radial. Di dalam sebuah penyulang aktif terdiri dari gardu distribusi yang berfungsi untuk mendistribusikan tegangan kepada konsumen baik konsumen tegangan rendah (TR) atau tegangan menengah (TM). e. Sistem Gugus atau Sistem Kluster Konfigurasi Gugus seperti pada Gambar 2.5 banyak digunakan untuk kota besar yang mempunyai kerapatan beban yang tinggi. Dalam sistem ini terdapat Saklar Pemutus Beban, dan penyulang cadangan.
11
Gambar 2.5Konfigurasi Sistem Kluster [5]
2.2 Trafo Arus Trafo arus digunakan untuk menurunkan arus yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi untuk keperluan pengukuran dan proteksi. Kumparan primer trafo arus dihubungkan seri dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan alat ukur atau rele proteksi. Biasanya peralatan ukur atau rele proteksi membutuhkan arus 1 A atau 5 A. Trafo arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,005 s/d 1,2 kali arus yang akan diukur, sedangkan trafo arus untuk proteksi harus mampu bekerja lebih dari 10 kali arus pengenalnya. Perbedaan mendasar antara trafo arus untuk pengukuran dan trafo trafo arus untuk proteksi adalah pada kurva magnetisasinya. Level kejenuhan trafo arus untuk proteksi lebih tinggi dibanding level kejenuhan trafo arus untuk pengukuran. Karakteristik CT untuk pengukuran: a. Teliti untuk daerah kerja 5% - 120 % In b. Cepat jenuh FS rendah c. Penandaan hanya menunjukan klasnya, contoh klas 0.5 atau klas 1.0
12
Karakteristik CT untuk proteksi:
a. Harus mampu bekerja >10 x arus pengenalnya b. Level kejenuhan tinggi
c. Membutuhkan arus 1 A atau 5 A
2.2.1 Konstruksi dan Prinsip kerja Trafo Arus
Gambar 2.6 Rangkaian Konstruksi Trafo Arus [5]
Prinsip kerja trafo arus sama dengan trafo daya satu fasa. Jika pada kumparan primer mengalir arus I1, maka pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet sebesar N1.I1. Gaya gerak magnet ini mempruduksi fluks pada inti, kemudian membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) pada kumparan sekunder. Jika terminal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2 , arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N1I1 pada kumparan sekunder. Bila trafo tidak mempunyai rugi-rugi (trafo ideal) berlaku persamaan[5] :
....................(2.1) Keterangan:
N1 : jumlah lilitan primer
I1 : arus primer
N2 : jumlah lilitan sekunder
I2 : arus sekunder
13
Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik 2.3 Jenis
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 amtar fasa.Untuk keadaan pelayanan penyaluran tenaga listrik ke pelanggan maka
jaringan distribusi perlu dilengkapi dengan alat pengaman.
Bila ditinjau dari segi lamanya waktu gangguan, maka gangguan pada sistem
distribusi tenaga listrik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:
1. Gangguan sementara (gangguan temporer) 2. Gangguan permanen (gangguan stationer) Untuk gangguan temporer (gangguan sementara) ditandai dengan normalnya kerja sistem sebuah pengaman dimasukkan (menutup) kembali.Sedangkan 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. Sedangkan gangguan yang bersifat temporer, penyebab gangguan akan hilang dengan sendirinya setelah pengaman jatuh/trip. Gangguan yang bersifat permanen bisa disebabkan karena adanya kerusakan peralatan sistem tenaga listrik, sehingga gangguan ini baru bisa diatasi setelah kerusakan pada peralatan tersebut sudah diperbaiki.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.
14
Ditinjau dari macam gangguannya, maka gangguan hubung singkat dapat
dibedakan menjadi
1. Gangguan hubung singkat simetris
2. 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. Gangguan hubung singkat akan mengakibatkan arus lebih pada fasa yang terganggu, dimana arus gangguan tersebut mempunyai harga
yang jauh lebih besar dari rating arus maksimum yang diijinkan pada peralatan. Arus
hubung singkat ini dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik jika pengaman tidak segera bekerja.Gangguan-gangguan yang lain jika terjadi berulang-ulang bisa mengakibatkan terjadinya kerusakan isolasi maupun peralatan pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik dan hal ini akhirnya dapat mengakibatkan terjadinya hubung singkat. 2.3.1 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Gangguan hubung singkat tiga fasa adalah gangguan hubung singkat yang berupa hubungan pendek antara ketiga fasanya. Didapat persamaan sebagai berikut[6]: I f 3
V ( Ampere) ......................................................... (2.2) Z
Dimana: I = Arus gangguan 3 fasa V= Tegangan fasa netral sistem 20 kV = Z = Impedansi urutan positif (Z1 eq)
20.000 √3
= Vph
15
`
IA A
Ea 20 Kv
IB a).
b).
B
Z1
IC
Ihs
C
Gambar 2.7 Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa (a), Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa (b). [5]
Arus gangguan hubung singkat 3 fasa bila dibandingkan dengan gangguan hubung singkat yang lain, mempunyai arus gangguan yang paling besar. 2.3.2 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa 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[6] :
I f 2
V ..........................................................................(2.2) Z
Dimana: I = Arus gangguan 2 fasa V = Tegangan fasa-fasa sistem 20 kV = 20.000 = Vph-ph Z = Jumlah impedansi urutan positif (Z1 eq) dan impedansi urutan negatif ( Z2 eq)
16
Sehingga tidak hanya gangguan 3 fasa, gangguan hubung singkat 2 fasa juga dihitung
untuk lokasi gangguan yang diasumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75%, 100% panjang penyulang. Dalam hal ini dianggap nilai Z1 eq = Z2 eq, sehingga arus gangguan
hubung singkat 2 fasa diatas dapat disederhanakan menjadi [6] :
I f 2
Vph ph ...............................................................(2.3) 2 xZ1 eq
IA
A
Ea 20 Kv
IB
a).
b).
B
Ihs
Z1 IC C
Z2
Gambar 2.8 Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa (a), Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa (b).[5]
Arus hubung singkat dua fasa lebih kecil daripada arus gangguan hubung singkat tiga fasa. Faktor-faktor yang dapat menyebabkan terjadinya gangguan pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik antara lain: 1. 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,
17
terutama pada musim hujan. Gangguan yang disebabkan oleh petir ini sangat
berbahaya karena dapat merusak isolasi peralatan. 2. Surja Hubung Yang dimaksud dengan surja hubung adalah kenaikan tegangan pada saat
dilangsungkannya pemutusan arus oleh PMT. Kenaikan tegangan yang disebabkan oleh adanya gangguan surja hubung ini dapat merusak isolasi peralatan .
3. 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. 4. 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. 5. Isolator yang Rusak Isolator yang rusak akibat tersambar petir atau usia yang sudah tua dapat menyebabkan terjadinya gangguan antar fasa atau gangguan dari fasa ke tanah. 6. Daun-daun atau Sampah yang Menempel Pada Isolator Daun-daun atau sampah yang terbang terbawa angin dan kemudian menempel pada isolator akan mengakibatkan jarak bebas berkurang sehingga dapat menyebabkan terjadinya loncatan bunga api. Hal ini dapat menyebabkan terjadinya gangguan antar fasa atau gangguan dari fasa ke tanah. 7. Kerusakan Mekanis dari Peralatan 8. Turunnya Kekuatan Dielektris dari Isolasi Sistem
18
2.4
Peralatan Proteksi
Gangguan pada jaringan distribusi tenaga listrik sebagian besar merupakan gangguan hubung singkat, yang menimbulkan arus listrik cukup besar. Semakin besar
sistemnya, semakin besar pula arus gangguannya. Arus gangguan yang besar bila tidak segera dihilangkan akan merusak
peralatan yang dilalui arus gangguan. Untuk melepaskan daerah yang terganggu
diperlukan alat pengaman. Di sini jelas bahwa alat pengaman bertujuan untuk melepaskan atau membuka sistem yang terganggu sehingga arus gangguan ini akan padam. Untuk memenuhi tujuan tersebut maka diperlukan sistem proteksi.
Yang dimaksud dengan sistem proteksi tenaga listrik adalah suatu sistem
pengaman kepada peralatan-peralatan listrik dan saluran terhadap kondisi abnormal. Sistem proteksi diperlukan untuk menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat gangguan. Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat. Disamping itu dengan bekerjanya sistem proteksi maka daerah yang terganggu bisa dilokalisir sehingga dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen, dan juga untuk mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik. Suatu sistem proteksi terdiri dari beberapa komponen peralatan yang membentuk satu rangkaian yang masing-masing komponen mempunyai tugas sesuai dengan fungsinya.Komponen peralatan pada sistem pengaman adalah sebagai berikut: 1. Circuit Breaker/Pemutus Tenaga 2. Rele 3. Trafo Arus (CT) 4. Trafo Tegangan (PT) 5. Kabel Kontrol 6. Baterai
19
Rele Pengaman ( Rele Arus Lebih ) 2.4.1
Rele pengaman adalah suatu peralatan yang direncanakan untuk dapat merasakan atau mengukur adanya gangguan atau mulai merasakan adanya ketidak normalan
pada peralatan atau bagian sistem tenaga listrik dan segera 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).
Rele pengaman dapat merasakan atau melihat 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, kemudian mengambil keputusan untuk seketika ataupun dengan perlambatan waktu membuka PMT ataupun hanya memberi tanda tanpa membuka PMT. PMT harus mempunyai kemampuan untuk memutus arus hubung singkat maksimum yang melewatinya dan juga harus mampu menutup rangkaian dalam keadaan hubung singkat dan kemudian membuka kembali. PMT biasanya dipasang pada generator, trafo daya, saluran transmisi, saluran distribusi dan sebagainya supaya masing-masing bagian sistem dapat dipisahkan sedemikian rupa sehingga sistem lainnya tetap beroperasi secara normal. Pada sistem tegangan menengah dan tegangan rendah adakalanya sekering digunakan sebagai rele dan pemutus tenaga bersamaan. Disamping tugas di atas, rele juga berfungsi menunjukkan lokasi dan macam gangguannya.Dengan data tersebut memudahkan analisa dari gangguannya. Dalam beberapa hal rele hanya memberi tanda adanya gangguan atau kerusakan, jika dipandang gangguan atau kerusakan tersebut tidak segera membahayakan.
20
Dari uraian di atas maka rele pengaman 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 yang lain yang tidak terganggu di dalam sistem tersebut serta mencegah meluasnya gangguan.
d) Memperkecil bahaya bagi manusia.
Sistem pengaman yang baik harus mampu: a) Melakukan koordinasi dengan sistem pengaman yang lain b) Mengamankan peralatan dari kerusakan yang lebih luas akibat gangguan c) Membatasi kemungkinan terjadinya kecelakaan d) Secepatnya membebaskan pemadaman karena gangguan e) Membatasi daerah pemadaman akibat gangguan f) Mengurangi frekuensi pemutusan permanen karena gangguan
Syarat-syarat rele proteksi untuk melaksanakan fungsi-fungsi di atas maka rele pengaman harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: 1. Dapat diandalkan ( Reliable) Dalam keadaan normal atau sistem yang tidak pernah terganggu rele proteksitidak bekerja selama berbulan-bulan mungkin bertahun-tahun, tetapi rele proteksi bila diperlukan harus dan pasti dapat bekerja, sebab apabila rele gagal bekerja dapat mengakibatkan kerusakan yang lebih parah pada peralatan yang diamankan atau mengakibatkan bekerjanya rele lain sehingga daerah itu mengalami pemadaman yang lebih luas.Untuk tetap menjaga keandalannya, maka rele proteksi harus dilakukan pengujian secara periodik.
21
2. Selektif
Selektivitas dari rele proteksi adalah suatu kualitas kecermatan pemilihan dalam mengadakan pengamanan. Bagian yang terbuka dari suatu sistem oleh karena
terjadinya gangguan harus sekecil mungkin, sehingga daerah yang terputus menjadi lebih kecil.
Rele proteksi hanya akan bekerja selama kondisi tidak normal atau gangguan yang
terjadi didaerah pengamanannya dan tidak akan bekerja pada kondisi normal atau pada keadaan gangguan yang terjadi diluar daerah pengamanannya. 3. Cepat
Makin cepat rele proteksi bekerja, tidak hanya dapat memperkecil kemungkinan akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan meluasnya akibat yang ditimbulkan oleh gangguan. 4. Peka (Sensitif) Rele pengaman harus cepat merasakan adanya arus gangguan yang melebihi arus settingnya. Rele dikatakan peka (sensitif) apabila dapat bekerja dengan masukan dari besaran yang dideteksi kecil. Jadi rele dapat bekerja pada awal kejadian gangguan atau dengan kata lain gangguan dapat diatasi pada awal kejadian. Hal ini memberi keuntungan dimana kerusakan peralatan yang diamankan akibat gangguan menjadi kecil. Namun demikian relai harus stabil, yang artinya rele harus dapat membedakan antara arus gangguan dan arus beban maksimum . 5. Ekonomis dan sederhana Penggunaan rele pengaman harus dipertimbangkan sisi ekonomisnya tanpa mempengaruhi fungsi rele tersebut. 2.4.2 Pengertian Rele Arus Lebih Rele arus lebih adalah suatu rele yang bekerjanya berdasarkan kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengamanan tertentu dan dalam jangka waktu tertentu, sehingga rele ini dapat dipakai sebagai pola pengaman arus lebih. Rele ini pada dasarnya
22
mengamankan adanya arus lebih yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat atau
beban lebih. Rele 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. Rele arus lebih akan memberi isyarat kepada PMT (Pemutus Tenaga) bila terjadi gangguan hubung singkat untuk membuka rangkaian sehingga
kerusakan alat akibat gangguan dapat dihindari. Pengamanan dengan menggunakan rele arus lebih mempunyai beberapa keuntungan yaitu :
a) Dapat mengamankan arus lebih yang terjadi karena hubung singkat atau beban
lebih. b) Dapat berfungsi sebagai pengaman utama dan juga merupakan pengaman cadangan. c) Harganya relatif murah. Adapun beberapa kerugian atau kekurangan pengamanan dengan menggunakan rele arus lebih adalah : a) Untuk jaringan dengan sirkuit ganda tanpa dilengkapi dengan rele arah tidak dapat selektif. b) Untuk jaringan yang interkoneksi tidak dapat sebagai pengaman utama, karena sukar untuk dapat selektif bila tidak dilengkapi dengan relai arah. Dengan demikian pemakaian relai arus lebih pada sistem pada sistem tenaga listrik umumnya digunakan pada : a) Jaringan tegangan menengah atau saluran transmisi. b) Jaringan sub-transmisi radial. c) Pengaman untuk motor-motor tegangan menengah yang kecil. d) Pengaman cadangan untuk generator, motor yang besar, transformator daya, jaringan transmisi tegangan tinggi.
23
e) Bila dilengkapi dengan rele arah dapat digunakan sebagai pengaman saluran
transmisi sirkuit ganda dan pengaman gangguan tanah sampai tegangan ekstra tinggi. 2.4.3 Fungsi Rele Arus Lebih
Pemakaian rele arus lebih pada sistem tenaga listrik dapat difungsikan sebagai :
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. 2.4.4 Cara Kerja Rele Arus Lebih Rele arus lebih adalah suatu rele proteksi yang dikerjakan oleh suatu besaran arus gangguan akibat hubung singkat yang mengalir pada rangkaian kumparan geraknya. Apabila besarnya arus yang dideteksi melebihi batas penyetelannya, maka akan bekerja (Pick Up), kemudian dalam waktu tertentu akan memberikan perintah trip ke PMT untuk mengeliminir gangguan tersebut. Prinsip kerja rele arus lebih yang bekerja berdasarkan besaran arus lebih akibat adanya gangguan hubung singkat dan memberikan perintah trip ke PMT sesuai dengan karakteristik waktunya. Pada gambar di bawah ini diberikan contoh gambar rangkaian rele arus lebih waktu sesaat pada SUTM.
24
CT
Ib
PMT
CT
CT
Ir R
S
Ir
Ir trip coil
T
OCR
+
-
Batere
Gambar 2.9 Rangkaian Rele Arus Lebih. [2]
Pada kondisi normal arus beban (Ib) mengalir pada SUTM dan oleh trafo arus besaran arus ini ditransformasikan ke besaran sekunder (Ir). Arus Ir mengalir pada kumparan rele, tetapi karena arus ini masih lebih kecil dari pada suatu harga yang ditetapkan (penyetelan), maka rele tidak bekerja. Bila terjadi gangguan hubung singkat, arus Ib akan naik dan menyebabkan arus Ir naik pula. Apabila arus Ir naik melebihi suatu harga yang telah ditetapkan (diatas penyetelan) maka rele akan bekerja dan memberikan perintah trip coil untuk bekerja dan membuka PMT, sehingga SUTM yang terganggu dipisahkan dari jaringan. 2.4.5 Jenis Rele Arus Lebih Berdasarkan karakteristik arus terhadap waktu kerja, rele arus lebih terbagi atas beberapa jenis, antara lain: 2.4.5.1 Rele Arus Lebih Karakteristik Waktu Sesaat/Moment (Instantaneous). Adalah rele yang bekerja seketika. Setiap arus pick-up, maka rele akan langsung memberi perintah pada CB untuk memutus sirkit pada saat itu juga. Biasanya rele ini dipakai bersama dengan rele arus lebih karakteristik lainnya,
25
misalnya rele arus lebih karakteristik waktu terbalik. Keuntungan pemakaian rele
seketika akan tampak jelas pada saluran panjang atau trafo daya, yang disuplai oleh pembangkitan yang besar. Untuk gangguan didekat rele, dimana arus
gangguan sangat besar, waktu pemutusannya akan seketika, sehingga peralatan yang dilindungi menjadi aman dari kerusakan t
I
I(Ampere) Im
Gambar 2.10 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Seketika (Instantaneous).[2]
2.4.5.2 Rele Arus Lebih Karakteristik Waktu Tertentu(Definite Time) Karakteristik
arus
waktu
definite
time
(waktu
tertentu)
waktu
pemutusannya tetap, besar arus gangguan tidak mempengaruhi kecepatan pemutusan. Sehingga rele jenis ini cocok dipakai pada sistem tenaga listrik yang arus gangguannya sangat bervariasi akibat perubahan kapasitas pembangkitan. Selain itu pula rele ini sangat aik digunakan pada jaringan yang panjang, dimana gangguan pada seksi tersebut baik diujung maupun dipangkalnya, diamankan dengan waktu kerja yang tetap, tetapi rele jenis ini tidak cocok dipakai pada jaringan yang mempunyai seksi didepannya, karena bila dikoordinasikan dengan baik, maka rele didekat sumber pembangkit/trafo daya akan memiliki waktu kerja rele yang sama, padahal arus gangguannya semakin besar.
26
t
I
t
ts I(Ampere)
Is
Gambar 2.11 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time).[2]
2.4.5.3 Rele Arus Lebih Karakteristik Waktu Terbalik (Invers Time) Adalah rele arus lebih yang mempunyai elemen pengukur waktu dependent terhadap arus yang dideteksi. Besarnya waktu kerja rele berbanding terbalik dengan besarnya arus gangguan yang dideteksi, makin besar arus gangguan, maka makin cepat waktu kerja rele dan sebaliknya. t
I t I(Ampere) Is
Gambar 2.12 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Time).[2]
27
Terdapat 4 macam karakteristik Rele Inverse, yaitu :
a. Standard Inverse, yaitu karakteristik yang menunjukan perbandingan
antara besar arus dengan waktu kerja rele yang standard, ditulis
dengan rumus[1]: 𝑡=
0,14 I 0,02 Is
𝑥 TMS
−1
Gambar 2.13 Kurva Karakteristik Waktu Standard Inverse[1]
28
b. Very Inverse, yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus dengan waktu kerja rele yang lebih cepat/tinggi dari
standard invers, ditulis dengan rumus[1]:
𝑡=
13,5 I Is
−1
x TMS
Gambar 2.14 Kurva Karakteristik Waktu Very Inverse
[1]
29
c. Extremely Inverse, yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus dengan waktu kerja rele yang lebih cepat/tinggi dari
standard dan very invers, ditulis dengan rumus[1]:
𝑡=
80 𝐼 2 𝐼𝑠
𝑥 TMS
−1
[1]
Gambar 2.15 Kurva Karakteristik Waktu Extremely Inverse
30
d. Long Time Invers, yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus dengan waktu kerja rele yang lebih lambat/rendah
diantara karakteristik yang lain, ditulis dengan rumus[1]:
𝑡=
120 𝐼 𝐼𝑠
𝑥 TMS
−1
Gambar 2.16 Kurva Karakteristik Waktu Long Time Invers[1]
31
Parameter Pada Rele Arus Lebih 2.4.5.5
1.
I Pick Up – Ip
Ip = Arus kerja ( Arus Pick Up ).
Adalah arus minimum yang menyebabkan rele 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 rele
In adalah besarnya kemampuan rele untuk dialiri arus secara terus menerus. 4. I sett = Arus setting rele Isett adalah besarnya suatu harga penetapan arus kerja rele sesuai dengan yang diharapkan rele harus pick-up. 5.
Im = Arus moment / arus kerja sesaat
Im adalah besarnya suatu harga penetapan arus kerja rele sesuai yang diharapkan rele harus bekerja sesaat (instantaneous). 6.
I sett (time delay) = waktu tunda
I sett atau waktu tunda adalah periode waktu yang sengaja diberikan pada rele untuk memperlambat trip ke PMT sejak relai itu pick-up. Waktu tunda ini dimaksudkan untuk koordinasi dengan rele lainnya. 7.
TMS = Time multiple setting
TMS adalah besarnya kelipatan waktu tunda (t sett). 8.
Starting
Adalah suatu tanda bahwa rele pick-up atau merasakan adanya suatu besaran arus yang sama dengan atau lebih besar dari I sett.
32
9.
Trip
Adalah suatu tanda bahwa rele bekerja dan telah memberi perintah
pada tripping
coil untuk bekerja melepas kontak PMT.
2.5
Setelan Rele Arus Lebih
2.5.1
Setelan Arus Untuk Waktu Tunda ( I>)
I>set
=
Ks Kd
x In
.......................................................................(2.4)
= 0,8 x I HS 2 ...............................................................(2.5)
I>set
Iset diambil dari nilai terkecil diantara persamaan (2.4) dan (2.5) Iset
= Arus setting (Ampere)
KS
= Faktor Keamanan (Isetmin= 0,1, ISetmax= 0,2)
KD
= Faktor arus kembali (Definite = 0,8 s/d 0,9, Inverse = 1) 2.5.2
Setelan Arus Untuk Instantaneous ( I>>)
0,8 x I HS 2 < I set < I
HS 3
…………………………..........................(2.6)
Iset < Ikemampuan kabel ……………….............…..............................(2.7) Iset diambil dari nilai terkecil diantara persamaan (2.6) dan (2.7) 2.5.3
𝑇×
Setelan TMS
𝐼 𝐹𝑎𝑢𝑙𝑡 𝐼 𝑠𝑒𝑡
0,02
0,14
−1
…………………………………………………….(2.8)
33
OCR SEPAM T20 2.6 Rele
2.6.1 Layar Display Digital
Gambar 2.17 Tampilan Rele Sepam T20
Keterangan gambar : 1. LED hijau : SEPAM on 2. LED merah : steadily on 3. LED indikator 4. Label Indentifikasi indikator LED 5. LCD screen 6. Tombol tampilan switchgear dan network diagnosis data 7. Tombol untuk menampilkan pengukuran 8. Display alarm 9. Tombol enter dan reset 10. Tombol kursor up dan clear 11. Tombol kursor down dan LED test 12. Tombol penyetelan proteksi 13. Tombol penyetelan parameter rele sepam T20 14. Tombol password 15. Port untuk keneksi ke PC
34
2.6.2 Lampu Indikator (LED)
Gambar2.23 Indikator Lampu Rele Sepam T20
Gambar 2.18 Indikator Lampu Rele Sepam T20
Keterangan gambar :
1.
On
: Tanda bahwa rele sudah menyala/on
2.
: Tanda bahwa rele belum siap digunakan
3. I>51
: Tanda lampu OCR dengan menggunakan setelan time delay
4. I>>51
: Tanda lampu OCR menggunakan setelan instantanous
5. I>51N
: Tanda lampu GFR dengan menggunakan setelan time delay
6. I>>51N
: Tanda lampu GFR menggunakan setelan instantanous
7. EXT
: Tanda lampu saat keluar/mematikan Rele
8.
: Tanda lampu pada saat rele trip
9.
: Tanda lampu pada saat rele tidak trip
35
2.6.3 Output Rele SEPAM T20
O1
Adalah output rele yang berfungsi sebagai kontak trip
O2
Adalah output rele yang berfungsi sebagai Closhing Inhibition
O3 Adalah output rele yang memiliki fungsi sebagai indikasi output
O4
Adalah output rele yang berfungsi sebagai indikator watchdog
Terminal 1 dan 2 untuk supply 220 V AC Terminal 17 untuk pentanahan
Gambar2.19 Output Rele
36
2.6.4 Terminal-Terminal Rele SEPAM T20
Gambar 2.20 Terminal Rele Sepam T20
Di dalam rele Sepam T20 ini mempunyai 1 terminal input, 1terminal output, dan 2 buah terminal komunikasi untuk mini scada. Pada terminal input yang juga digambarkan pada bagian B digunakan untuk memasukan arus dari CT di jaringan, sedangkan terminal output yang juga digambarkan pada bagian A digunakan sebagai sumber tegangan Rele ini dan juga untuk penyetelan rele tersebut. Pada bagian A terdapat 15 terminal dengan fungsi yang berbeda, untuk terminal no 1 dan 2 berfungsi untuk sumber tegangan rele . Sedangkan untuk terminal no 7 sampai dengan no 15 digunakan untuk seting rele, terminal no 17 untuk grounding rele dan terminal no 18 dan 19 untuk zero ct. Pada bagian C dan D digunakan untuk komunikasi yang terdapat pada scada sehingga memerlukan peralatan yang lain untuk menunjang komunikasi tersebut.
37
2.6.5
Prosedur Penyetelan OCR SEPAM T20 Tabel 2.1 Prosedur Setelan Rele
1. Pastikan rele tidak dalam keadaan
terkunci agar dapat melakukan
penyetelan rele, dengan menekan tombol
pada rele kemudian
setelah muncul tampilan seperti
gambar di samping tekan tombol
4x kemudian pilih ‘apply’ untuk mengaktifkan rele.
2. Masuk ke menu ‘General Setting’ dengan menekan tombol
pada
rele, dan setelan frekuensi, bahasa, mode set A, B atau A+B.
3. Untuk melakukan setelan OCR dengan Iset 0,2 tekan tombol dan pastikan 50/51 1A on, Curve untuk jenis karakteristik, Threshold untuk Iset, Delay untuk TMS. Setting Iset/Threshold menggunakan tombol up
dan down
sesuai setelan yang diinginkan.
38
4. Untuk setelan OCR Time Delay lakukan pada mode 50/51 1A, sedang kan untuk setelan
instantaneous lakukan setelan pada mode 50/51 2A.
Untukn pindah mode ke 50/51 2A tekan tombol
