BAB III PROTEKSI OVER CURRENT RELAY (OCR) DAN GROUND FAULT RELAY (GFR)
3.1.
Relai Proteksi Pada Transformator Daya Dan Penyulang
3.1.1.
Definisi Relai Proteksi Tujuan utama dari sistem tenaga listrik adalah penyaluran tenaga listrik
yang mempunyai mutu dan keandalan yang tinggi dan ketika terjadi gangguan dapat meminimalkan akibat dari gangguan tersebut, seperti kehilangan daya, tegangan turun dan tegangan lebih. Karena gangguan tidak dapat dihindari maka untuk mencegahnya atau mengurangi akibat dari gangguan tersebut digunakan relai pengaman. Definisi relai proteksi menurut The Institute Of Electrical And Electronic Engineering (IEEE) adalah suatu peralatan elektrik yang didesain untuk mengartikan kondisi masukan pada keadaan tertentu, setelah kondisi tersebut dispesifikasikan, yang ditujukan untuk memberi respon yang dapat menyebabkan pengoperasian kontak didalam suatu kesatuan rangkaian listrik. Kondisi masukan biasanya berupa sinyal listrik, mekanik, atau besaran lainnya.
27
28 Komponen
dari
relai
dapat
berupa
electromechanic,
solid
state/electrostatic dan digital numeric. Pada awalnya relai yang digunakan menggunakan tipe elektromekanik lalu beralih ke tipe elektrostatik dan sekarang menggunakan teknologi relai digital numerik. Relai elektrostatik dan digital numerik digunakan dalam tegangan yang rendah, relai ini memiliki keuntungan dibanding jenis elektromekanik antara lain keakuratan waktu, kepekaan frekuensi dan sistem logika pemecahan terhadap masalah yang rumit. Sedangkan relai elektromekanik memiliki kekurangan antara lain kurang akurat, sensitif dan sulit untuk dites dan dirawat.
Gambar 3.1 Blok Diagram Relai
Selain relai proteksi digunakan peralatan-peralatan pendukung yang dapat membebaskan sistem dari bagian yang terganggu, antara lain : 1. Trafo Arus (CT) dan/atau Trafo Tegangan (PT) yaitu untuk meneruskan arus dan/atau tegangan dengan perbandingan tertentu dari kumparan primer ke kumparan sekunder. 2. Pemutus Tenaga (PMT) yaitu sebagai pemutus arus gangguan di dalam sirkit tenaga atau untuk melepaskan bagian sistem yang terganggu (fault clearing). PMT menerima perintah untuk membuka (sinyal trip) dari relai proteksi. 3. Battere (aki) yaitu sebagai sumber tenaga untuk mentrip PMT dan catu daya untuk relai utama dan relai bantu.
29
Keterangan : PMS
= Pemisah
PMT
= Pemutus tenaga
R
= Relai
PT
= Trafo Tegangan
CT
= Trafo Arus
TC
= Trip Coil
F
= Fuse
B
= Battre
Gambar 3.2 Hubungan Komponen Sistem Proteksi
Relai menggunakan besaran listrik yang dihubungkan dengan sistem tenaga listrik melalui trafo arus dan/atau trafo tegangan. Peralatan ini memberikan perlindungan dari tegangan yang tinggi pada sistem tenaga listrik dan mengurangi medan magnet pada kumparan sekunder untuk dihubungkan dengan relai.
Gambar 3.3 Hubungan Relai Dalam Sistem Tenaga Listrik Pada gambar diatas dalam kondisi normal PMT menutup dan daya dapat disalurkan, apabila terjadi gangguan maka relai akan merasakan gangguan tersebut melalui trafo arus dan/atau trafo tegangan dan akan memberikan sinyal kepada PMT untuk membuka dengan bantuan battre, sehingga penyaluran daya terhenti.
30
PMT harus dapat segera membuka apabila mendapat sinyal dari relai untuk membuka, kejadian ini harus berlangsung dalam waktu yang sangat singkat untuk mengurangi akibat dari gangguan tersebut.
3.1.2.
Fungsi Relai Proteksi Relai proteksi mempunyai fungsi antara lain : 1. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya pada bagian sistem yang diamankannya. 2. Memisahkan bagian yang terganggu dari bagian sistem yang masih beroperasi dengan cara memerintahkan trip kepada PMT yang bersangkutan. 3. Memberitahukan adanya gangguan kepada operator, yaitu dengan cara membunyikan alarm dan menyalakan lampu tanda gangguan. 4. Relai proteksi mutakhir dapat memberi informasi jarak lokasi gangguan dan letak gangguan.
3.1.3.
Syarat Utama Relai Proteksi Suatu relai poteksi harus memiliki beberapa syarat-syarat utama antara
lain :
1. Kepekaan (Sensitivity) Relai harus cukup peka, sehingga selalu dapat mendeteksi adanya gangguan di daerah pengamanannya meskipun dalam kondisi yang memberikan rangsangan minimum.
31 2. Keandalan (Reliability) Keandalan dapat dibagi atas : -
Keandalan (Dependability) Pengaman harus dapat diandalkan kemampuan bekerjanya. Tidak boleh gagal bekerja, bila memang harus bekerja (ada gangguan di daerah pengamanannya).
-
Keamanan (Security) Pengaman tidak boleh salah bekerja, yaitu bekerja yang tidak semestinya harus bekerja, misalnya karena lokasi gangguan diluar daerah pengamanannya/sama sekali tidak ada gangguan atau kerja yang terlalu cepat/terlalu lambat yang dapat mengakibatkan pemadaman yang sebenarnya tidak perlu terjadi.
-
Ketersediaan (Availability) Ketersediaan peralatan pengaman diartikan dengan kondisi siap kerja. Kondisi ini dinyatakan dalam rasio (perbandingan) antara waktu siap kerja relai pengaman dengan waktu total operasinya. Sistem proteksi yang baik dilengkapi dengan kemampuan mendeteksi terpitusnya sirkit trip, sirkit sekunder arus, sirkit sekunder tegangan
serta hilangnya tegangan searah, dan dapat
memberikan alarm sehingga dapat segera diperbaiki.
3.
Selektifitas Pengaman harus dapat memisahkan bagian yang terganggu sekecil mungkin, yaitu hanya seksi yang terganggu yang termasuk dalam daerah pengamanan utamanya, jadi relai harus dapat membedakan apakah
32 gangguan berada di daerah pengamanannya atau di luar daerah pengamanannya.
4.
Kecepatan Untuk memperkecil akibat gangguan maka bagian yang terganggu harus dipisahkan secepat mungkin dari bagian sistem lainnya. Untuk menciptakan selektifitas mungkin suatu pengaman terpaksa diberi waktu tunda (time delay), namun waktu tunda itu pun harus secepat mungkin/seperlunya. Selain mengurangi kerusakan akibat gangguan hubung singkat, kecepatan relai pengaman juga dapat memperkecil pengaruh ketidakstabilan sistem. Waktu total pembebasan gangguan (total fault clearing time) adalah waktu sejak munculnya gangguan sampai dengan bagian yang terganggu benar-benar terpisah dari bagan sistem lainnya.
ttotal = tstart + td + tPMT Dimana
.......................................................... (3.1)
: ttotal = waktu total pembebasan gangguan tstart
= waktu start relai (waktu kerja tanpa waktu tunda)
td
= waktu tunda relai untuk koordinasi
tPMT = waktu pemutusan arus gangguan PMT Disamping syarat-syarat tersebut diatas, terdapat empat faktor utama yang mempengaruhi kerja dari relai antara lain :
1. Faktor ekonomi. 2. Karakteristik dari relai dan sistem tenaga listrik.
33 3. Lokasi dari pemisah dan pengaman (PMT) dan peralatan-peralatan lain yang berfungsi sebagai masukan (CT/PT). 4. Tingkat dari gangguan.
3.1.4.
Tipe Proteksi Ada kemungkinan suatu sistem proteksi gagal bekerja karena kegagalan
komponennya. Misalnya kegagalan/kelemahan battre, terputusnya rangkaian trip, gangguan pada PMT, kerusakan relai dsb. Oleh karena itu sistem harus dilengkapi oleh proteksi utama (main protection) dan proteksi cadangan (backup protection), dimana setiap tipe ini mempunyai fungsi dan cara kerja masing-masing :
1. Proteksi Utama Proteksi utama adalah proteksi yang akan bekerja pertama dan membebaskan gangguan pada bagian yang diamankan secepat mungkin. Keandalan yang dijaga 100 % tidak hanya dari skema proteksi tetapi juga dari CT, PT dan PMT. Selain itu sistem proteksi tidak dapat dijamin dengan hanya pemasangan proteksi utama saja, oleh karena itu diperlukan suatu proteksi cadangan.
2. Proteksi Cadangan Proteksi Cadangan ini akan bekerja, jika proteksi utama gagal bekerja. Pengaman cadangan dibagi menjadi : •
Pengaman Cadangan Lokal (Local Back up)
•
Pengaman Cadangan Jarak Jauh (Remote Back up)
•
Pengaman Kegagalan PMT (CB Failure Protection)
34
Pengaman cadangan lokal terletak ditempat yang sama dengan pengaman utamanya, sedangkan pengaman cadangan jarak jauh terletak di seksi sebelah hulunya. Suatu relai dapat berfungsi ganda yaitu sebagai pengaman bagi seksinya sendiri dan sekaligus sebagai pengaman cadangan jauh bagi seksi berikutnya. Dalam hal ini pasti terjadi tumpang tindih (overlapping) antara daerah pengaman utama dengan daerah pengaman cadangan pada seksi yang sama atau dengan seksi sebelah hulunya. Hal ini berarti gangguan yang terjadi pada daerah pengaman utama akan dideteksi baik oleh pengaman utama maupun pengaman cadangannya. Untuk menghindari terpisahnya kedua seksi secara bersamaan, maka pengaman cadangan diberi waktu tunda (time delay). PMT dapat gagal bekerja, misalnya karena lemahnya battere, terputusnya rangkaian trip, gangguan mekanis pada PMT, atau kegagalan dalam memutuskan arus meskipun kontaknya sudah bergerak kearah membuka. Pengaman kegagalan PMT mendeteksi arus gangguan pada PMT yang seharusnya sudah terbuka. Jika arus masih ada, yang berarti terjadi kegagalan PMT, pengaman kegagalan PMT ini mentrip semua PMT terdekat disebelah hulunya yang mensuplai arus gangguan. Cara mendeteksi kegagalan PMT dapat dilakukan oleh relai arus lebih yang mendeteksi masih adanya arus setelah PMT tersebut ditrip oleh relai proteksinya. Jadi pengaman kegagalan PMT ini baru bisa bekerja setelah menerima sinyal trip dari relai proteksinya untuk start. Jika relai pengaman utama dan pengaman cadangan lokalnya gagal, pengaman
35 kegagalan PMT ini juga akan lumpuh karena sinyal trip dari relai proteksinya sebagai persyaratan untuk start tidak diterimanya, maka dalam hal ini menjadi tugas relai pengaman cadangan jauh untuk mengamankannya.
3.2
Jenis –Jenis Relai Proteksi Pada Transformator Daya Gangguan pada sistem tenaga listrik tidak dapat dihindari oleh karena itu
untuk mencegah kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik khususnya transformator daya digunakan relai pengaman. Jenis-jenis relai pengaman yang pada umumnya digunakan pada transformator daya antara lain : 1. Relai Bucholz Apabila terdapat gangguan di dalam transformator yang berkembang secara perlahan-lahan, maka akan menghasilkan panas setempat dalam hal ini maka bahan isolasi padat maupun cair akan terurai menghasilkan gas yang dapat menyala. Gas ini akan naik ke atas transformator dan mengalir ke konservator kemudian barhenti di relai bucholz. Relai bucholz akan memberikan alarm/sinyal bila jumlah gas telah mencapai keadaan tertentu.
2. Relai Tekanan Mendadak Pada transformator tanpa konservator, trip dengan relai bucholz tidak dapat digunakan sebagai gantinya digunakan relai tekanan mendadak. Relai ini dipasang di tangki dan bekerja dengan pertolongan membran, membran akan terdefleksi dengan adanya tekanan. Karena terjadi perbedaan tekanan minyak dibawah diafragma terdapat lubang untuk
36 menyamakan tekanan diantara kedua sisinya sehingga tidak peka terhadap tekanan dan hanya peka terhadap kenaikan tekanan yang mendadak.
3. Relai Suhu Transformator daya dengan kapasitas 5 MVA keatas memiliki beberapa cara pendinginan antara lain ONAN (Oil Natural Air Natural), ONAF (Oil Natural Air Force), OFAF (Oil Force Air Force). Agar operasi transformator ini efisien maka pada beban rendah beroperasi dengan pendinginan alamiah atau udara paksa dengan sebagian kipas yang berputar. Kemudian apabila bebannya bertambah dan suhunya naik maka kipas lainnya akan berputar. Untuk mengatur kipas yang beroperasi digunakan relai suhu yang didasarkan pada termometer dengan beberapa kontak yang dimanfaatkan untuk mengoperasikan kipas, memberi sinyal atau alarm.
4. Relai Differensial Relai differensial berfungsi sebagai pengaman hubung singkat yang terjadi di dalam transformator. Relai ini
mempunyai daerah kerja
diantara dua transformator arus (CT) dengan membandingkan arus yang masuk dan keluar dari transformator, dimana perbandingan dan sambungannya diatur sehingga pada keadaan beban normal atau gangguan diluar daerah pengamanannya relai ini tidak bekerja. Relai ini hanya akan bekerja apabila terdapat gangguan di dalam daerah
37 pengamanannya yang akan mengakibatkan ketidakseimbangan diantara arus yang masuk dan arus yang keluar dari CT.
5. Relai Gangguan Tanah Terbatas Relai ini hanya mendeteksi terhadap gangguan fasa ke tanah yang terjadi didalam transformator dimana belitannya terhubung bintang yang titik netralnya
dibumikan.
Prinsip
kerja
relai
ini
didasarkan
atas
ketidakseimbangan arus antara arus sisa dari ketiga CT pada saluran dengan CT pada netral transformator.
6. Relai Arus lebih Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat antar fasa baik di dalam daerah transformator maupun diluar daerah transformator seperti di penyulang. Untuk menghasilkan selektifitas yang baik maka relai ini harus dikoordinasikan dengan relai-relai yang lain.
7. Relai Arus Hubung Tanah Ralai ini merupakan relai arus lebih yang mendeteksi gangguan fasa ke tanah. Relai ini mendeteksi arus urutan nol yang akan timbul apabila terjadi gangguan fasa ke tanah. Relai gangguan satu fasa ke tanah terletak di rangkaian sekunder trafo arus di ketiga fasanya. Jadi arus yang diukur adalah arus penjumlahan dari arus ketiga fasanya. Arus ini disebut arus sisa (residual current).
38 3.3.
Jenis Pengaman Arus Lebih
3.3.1.
Pengaman Beban Lebih Beban lebih mungkin tidak tepat disebut sebagai gangguan. Namun
karena beban lebih adalah suatu keadaan abnormal yang apabila dibiarkan terus berlangsung dapat membahayakan peralatan, jadi harus diamankan. Beban lebih dapat terjadi pada trafo atau pada saluran karena konsumen yang dipasoknya memang terus meningkat, atau karena adanya manuver/perubahan aliran beban di jaringan setelah adanya gangguan.
Beban yang berlebihan dapat menyebabkan panas yang berlebihan pula. Dari jenis bahan isolasinya, suhu yang melebihi batas suhu kerja dari suatu peralatan tersebut dapat merusak isolasi atau setidak-tidaknya proses penuaan berlangsung lebih cepat, sehingga umurnya menjadi lebih pendek. Suatu alat listrik dapat dibebani tanpa melebihi batas suhu kerja isolasinya jika kondisi awalnya dibawah batas suhu kerja tersebut, sebab kenaikan suhu berlangsung relatif lambat (fungsi eksponensial) tergantung dari konstanta waktu (time constant) dari peralatan tersebut.
Gangguan pada sistem pendingin dapat menyebabkan kenaikan suhu yang berlebihan meskipun bebannya masih dibawah nominalnya. Dalam hal demikian trafo akan mengalami perpendekan umur. Panas yang berlebihan pada beberapa kabel yang terpasang paralel dapat terjadi karena jaraknya satu sama lain terlalu dekat meskipun bebannya dibawah nominal. Akibatnya sama yaitu perpendekan umur atau cepat rusak.
39 Karena pengaman beban lebih pada dasarnya menghindari kenaikan suhu alat yang belebihan, maka dapat digunakan pengaman suhu lebih, yaitu relai suhu (temperature relay).
3.3.2.
Pengaman Hubung Singkat (Dua Fasa, Tiga Fasa) Hubung singkat dapat terjadi antar fasa (dua fasa atau tiga fasa) atau
antara satu fasa ke tanah, dan dapat bersifat sementara atau permanen. Gangguan yang bersifat permanen misalnya hubung singkat pada kabel, belitan trafo atau generator karena tembusnya isolasi padat. Disini pada titik gangguan memang terjadi kerusakan yang permanen. Peralatan yang terganggu tersebut bisa dioperasikan kembali setelah bagian yang rusak diperbaiki atau diganti. Penyebab gangguan permanen antara lain penuaan isolasi, kerusakan mekanis isolasi, tegangan lebih dsb. Gangguan yang bersifat sementara tidak mempunyai kerusakan secara permanen di titik gangguan, misalnya flashover antara penghantar fasa dan tanah/tiang karena sambaran petir, dahan pohon yang menyambar konduktor karena tertiup angin, atau burung/binatang lain yang terbang/merayap mendekati konduktor fasa dsb. Pada gangguan ini yang tembus (break down) adalah isolasi udaranya, oleh karena itu tidak ada kerusakan yang permanen. Setelah arus gangguannya terputus, misalnya karena terbukanya PMT oleh relai pengamannya, peralatan atau saluran yang terganggu tersebut siap dioperasikan kembali. Arus gangguan hubung singkat dua fasa lebih kecil daripada arus hubung singkat tiga fasa. Jika tahanan gangguan diabaikan, maka arus hubung singkat dua fasa kira-kira ½ √3 kali arus gangguan hubung singkat tiga fasa.
40 Untuk mengatasi gangguan hubung singkat dapat digunakan relai sebagai pengaman gangguan hubung singkat, relai ini dialiri oleh arus fasa, oleh karena itu disebut juga relai fasa. Karena dialiri arus fasa maka nilai settingnya (ISet) harus lebih besar dari arus beban maksimum supaya relai tidak trip oleh arus beban maksimum. Relai gangguan hubung singkat tidak dapat berfungsi sebagai pengaman beban lebih dengan akurat, yaitu tidak bisa mendeteksi beban lebih yang masih rendah (kurang dari 1,5 kali nilai settingnya) tetapi biasanya akan trip terlalu cepat untuk beban lebih yang lebih besar.
3.3.3. Pengaman Gangguan Satu Fasa Ke Tanah Relai gangguan satu fasa tanah terletak di rangkaian sekunder trafo arus di ketiga fasanya. Jadi arus yang diukur adalah arus penjumlahan dari arus ketiga fasanya. Arus ini disebut arus sisa (residual current), atau arus urutan nol yang memang baru muncul ketika ada gangguan tanah. Karena relai mendeteksi arus urutan nol maka relai gangguan tanah tidak dilalui arus beban dan tidak dialiri arus gangguan hubung singkat antar fasa.
3.4.
Prinsip Dasar Penyetelan Relai OCR dan GFR trafo dan penyulang
3.4.1. Setting OCR pada penyulang 20 kV a.
Arus kerja minimum Fungsi OCR pada penyulang adalah sebagai pengaman utama penyulang terhadap gangguan hubung singkat fasa-fasa eksternal yaitu gangguan pada jaringan TM. OCR pada penyulang di koordinasikan dengan OCR
41 pada incoming trafo yang berfungsi sebagai pangaman cadangan apabila OCR pada penyulang gagal bekerja.
CT1 300/1
OCR/GFR
Y Y CT2 2000/5
OCR/GFR
150/20 Kv 60 mVA 12,5 %
OCR/GFR
CTP 600/5
Gambar 3.4 Daerah Kerja Proteksi OCR Penyulang Setting arus kerja berdasarkan arus beban penyulang: Is1
=
1,2 x Ibeban
................................... (3.32)
Setting arus kerja berdasarkan kemampuan peralatan terkecil (CT,kabel, PMT) Is2
=
1,2 x In peralatan terkecil
Maka dipilih nilai tekecil Is
=
............................
(3.33)
:
{ Is1.(Is1
Sehingga didapat rumus dalam besaran sekunder: Iset Is x
A (sekunder)
................................... (3.34)
42 b.
Waktu dan karakteristik kerja Setting waktu kerja TMS harus memperhatikan ketahanan peralatan dalam daerah kerjanya (kabel) terhadap besaran arus gangguan yang terjadi. Untuk menjamin peralatan tersebut tahan terhadap gangguan maksimum, maka waktu kerja dipilih antara 0,2-0,5 detik untuk gangguan maksimum. Gangguan maksimum dipilih untuk gangguan fasa-fasa yang terjadi pada pangkal penghantar di dekat busbar TM. Untuk fleksibilitas dalam mengkoordinasikan dengan relai penyulang di GI dan GH, maka dipilih karakteristik waktu kerja jenis normal/standar invers, maka setting time dial dapat dipilih sesuai kurva yang dipilih: Untuk kurva standar inverse(SI) didapat rumus:
TMS
Ihs , Is 1 o, 14
t
…………………
(3.35)
dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut: TMS
o, 14
Ihs , 1 Is
t
…………………
(3.36)
Dimana :Ihs = Hubung singkat maksimum dua fasa di pangkal penyulang / di dekat busbar TM Is = Setting arus kerja dalam Ampere primer t
= Waktu kerja 0,2-0,5 detik
43 3.4.2. Setting GFR pada penyulang 20 kV a.
Arus kerja minimum gangguan tanah Fungsi GFR pada penyulang adalah sebagai pengaman utama penyulang terhadap gangguan hubung singkat fasa-tanah eksternal yaitu gangguan pada jaringan TM. Setting arus kerja berdasarkan arus beban penyulang: Isg1
=
(0,2 – 0,3) x Ibeban
.....................
(3.37)
Setting arus kerja pada peralatan terkecil (CT, PMT, NGR dan kabel), adalah: Isg2
=
(0,2 – 0,3) x In Peralatan terkecil
.....................
(3.38)
Maka dipilih nilai terkecil: Igs
=
{ Isg1.( Isg1
Sehingga didapat dalam besaran sekunder: Iset g Isg x
..........................................
(3.39)
Tap value setting sesuai range yang ada pada relai adalah: tapg b.
..........................................
(3.40)
Setting waktu dan karakteristik kerja Setting waktu kerja TMS harus memperhatikan ketahanan peralatan dalam daerah kerjanya (kabel) terhadap besaran arus gangguan yang terjadi. Untuk menjamin peralatan tersebut tahan terhadap gangguan maksimum, maka waktu kerja dipilih antara 0,2-0,5 detik untuk gangguan maksimum. Untuk kurva standar inverse(SI) didapat rumus: Ihs , 1 TMSg Is tg o, 14
..........................................
(3.41)
44 dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut: TMSg
o, 14
Ihs Is
,
1
…………………
tg
(3.42 )
Dimana : Ihs = Hubung singkat maksimum satu fasa di busbar 20 KV Isg = Setting arus kerja GFR dalam Ampere primer t
= Waktu kerja yang di inginkan 0,2-0,5 detik
3.4.3. Setting OCR pada sisi skunder trafo (incoming) Arus kerja minimum Fungsi OCR incoming dalah sebagai pengaman cadangan trafo tenaga terhadap gangguan hubung singkat fasa-fasa eksternal yaitu gangguan pada jaringan TM. Namun demikian gangguan-gangguan yang besar (gangguan di busbar sisi TM) atau dekat sekali dengan trafo tenaga harus secepat mungkun dieleminir sehingga tidak berdampak yang lebih serius pada trafo tenaga CT1 300/1
OCR/GFR
Y Y
a.
CT2 2000/5
OCR/GFR
150/20 Kv 60 mVA 12,5 %
OCR/GFR
CTP 600/5
Gambar 3.5 Daerah kerja proteksi OCR incoming
45 Setting arus kerja berdasarkan kemampuan trafo: Is1
=
1,2 x Inominal trafo
................................ (3.43)
Setting arus kerja berdasarkan kemampuan peralatan terkecil (CT,kabel, PMT) Is2
=
1,2 x In peralatan terkecil
Maka dipilih nilai tekecil Is
=
.................................. (3.44)
:
{ Is1.(Is1
Sehingga didapat rumus dalam besaran sekunder:
Iset Is x b.
A (sekunder)
................................... (3.45)
Waktu dan karakteristik kerja Setting waktu kerja TMS harus memperhatikan ketahanan trafo terhadap besaran arus gangguan yang terjadi. Untuk menjamin trafo tahan terhadap gangguan maksimum, maka waktu kerja dipilih antara 0,7 -1 detik untuk gangguan maksimum. Gangguan maksimum dipilih untuk gangguan fasafasa yang terjai pada busbar TM. Untuk fleksibilitas dalam mengkoordinasikan dengan relai penyulang di GI dan GH, maka dipilih karakteristik waktu kerja jenis normal/standar invers, maka setting time dial dapat dipilih sesuai kurva yang dipilih: Untuk kurva standar inverse(SI) didapat rumus:
TMS
Ihs , Is 1
................................. (3.46) t o, 14 dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut: TMS
o, 14 ......... t Ihs , Is 1
............................
(3.47)
46 Dimana : Ihs = Hubung singkat maksimum dua fasa di busbar TM
c.
Is
= Setting arus kerja dalam Ampere primer
t
= Waktu kerja 0,7 – 1 detik
Arus momen (high set) Setting arus moment adalah untuk mengantisipasi terjadi gangguan yang sangat besar pada busbar TM dan dikhawatirkan trafo tenaga tidak tahan terlalu lama sesuai setting kurva waktunya, maka pada kindisi seperti itu gangguan harus segera dieleminir seketika atau lebih cepat yaitu dengan high set. Setelan arus high set di incoming dapat diaktifkan bila setelan waktunya dapat diatur, tetapi bila setelan waktu high set tersebut tidak dapat diatur maka tidak diaktifkan. Arus kerja moment maksimum: Imomen = 0,8 x 0,5 x (In trafo x (1/Zt(pu)) .
....................
(3.48)
.................................
(3.49)
Setting waktu kerja: Tmomen = 0,3 – 0,5 detik (definite)
3.4.4. Setting GFR pada sisi sekunder trafo (Incoming) a.
Arus kerja minimum gangguan tanah Fungsi GFR incoming adalah sebagai pengaman cadangan trafo tenaga terhadap gangguan hubung singkat satu fasa ketanah eksternal yaitu gangguan pada jaringan TM. Setting arus kerja pada gangguan trafo: Isg1
=
(0,2 – 0,3) x Inom trafo MV
.....................
(3.50)
47 Setting arus kerja pada peralatan terkecil (CT, PMT, NGR dan kabel), adalah: Isg2
=
(0,2 – 0,3) x In Peralatan terkecil
.....................
(3.51)
Maka dipilih nilai terkecil: Igs
=
{ Isg1.( Isg1
Sehingga didapat dalam besaran sekunder: Iset g Isg x
..........................................
(3.52)
Tap value setting sesuai range yang ada pada relai adalah: tapg b.
..........................................
(3.53)
Setting waktu dan karakteristik kerja Setting waktu kerja TMS harus memperhatikan ketahanan NGR terhadap besaran arus gangguan yang akan terjadi. Untuk menjamin NGR dengan tahanan 40Ω, dalam waktu 5 detik, maka waktu kerja dipilih antara 1-4 detik untuk gangguan maksimum. Untuk fleksibilitas dalam mengkoordinasikan dengan relai penyulang di GI dan GH, maka dipilih karakteristik waktu kerja jenis invers atau definite time. Tahanan rendah, NGR 40 Ohm, 300 A, 10 detik. Jenis
: relai gangguan tanah
karakteristik
: standard invers
Setelan arus
: 0,2-0,3 x In NGR
Setelan waktu
: ≤ 40 % x ketahanan termis NGR, pada if=300 A
Setelan arus high set : tidak diaktifkan Tahanan rendah, NGR 12 Ohm, 1000 A, 10 detik.
48 Jenis
: relai gangguan tanah
karakteristik
: standard invers
Setelan arus
: (0,2 – 0,3) x In Trafo
Setelan waktu
: 1 detik untuk Hbs maks. = 1000 A
Setelan arus high set : tidak diaktifkan Pentanahan langsung (solid) Jenis
: relai gangguan tanah tidak berarah
karakteristik
: standard invers
Setelan arus
: maksimum 0,4 X arus nominal trafo
Setelan waktu
: maks 0,7 detik untuk gangguan di bus 20 kV
Setelan arus high set : maks 3 x In trafo Setelan waktu highest : waktu tunda 300ms untuk pola kaskade dan instant untuk pola non-kaskade. Untuk kurva standar inverse(SI) didapat rumus: Ihs ,
1 TMSg Is tg o, 14
…………….……
(3.54)
dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut: TMSg
o, 14
Ihs Is
,
1
tg
…………….……
(3.55)
Dimana : Ihs = Hubung singkat maksimum satu fasa di busbar 20 KV Isg = Setting arus kerja GFR dalam Ampere primer t
= Waktu kerja yang di inginkan 0,7 – 1,2 detik
49 c.
Setting arus momen (high set) Setelan moment hanya dipakai pada system pentanahan langsung (solid grounded), sedangkan dalam system pentanaha dengan tahanan tinggi / rendah, setting momen tidak diperlukan karena arus hubung singkat satu fasa relative lebih kecil dan aman terhadap ketahanan trafo tenaga.
3.4.5. Setting OCR pada sisi primer trafo 150 KV Aris kerja minimum Fungsi OCR incoming adalah sebagai pengaman cadangan ke-dua trafo tenaga terhadap gangguan hubung singkat fasa-fasa eksternal yaitu gangguan pada jaringan TM.
CT1 300/1
OCR/GFR
Y Y
a.
CT2 2000/5
OCR/GFR
150/20 Kv 60 mVA 12,5 %
OCR/GFR
CTP 600/5
Gambar 3.6 Daerah kerja proteksi OCR sisi 150 kV Setting arus kerja berdasarkan kemampuan trafo: Is1
= 1,2 x Inom trafo 150
.................................
(3.56)
50 Dalam besaran sekunder:
Iset Is x
!
A (sekunder)
.....................
(3.57)
.................................
(3.58)
Tap value setting range yang ada pada relai:
tap b.
Waktu dan karakteristik kerja untuk kurva standar inverse (SI) didapat rumus: Ihs , Is 1
TMS
o, 14
t
.................................
(3.59)
dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut: o, 14 ......... t Ihs , Is 1
TMS
............................
(3.60)
Dimana : Ihs = Hubung singkat maksimum dua fasa di busbar TM
c.
Is
= Setting arus kerja dalam Ampere primer
t
= Waktu kerja 1,2 – 1,5 detik
Arus momen (high set) Setting arus primer ini untuk mengantisipasi bila terjadi gangguan yang sangat besar pada bagian primer trafo (sisi 150kV), walaupun ada pengamanan trafo, tetapi high set ini dapat membantu mengamankan trafo tersebut. Im k1 x
Dimana : K1 Xt
!
$ . !
................................
(3.61)
= Konstanta waktu untuk periode 1/12 cycle K1=1,5 = Impedansi hubungan singkat trafo
In150 = Arus nominal trafo sisi 150 kv
51 Tipikal setting momen trafo sisi 150 kV Im
= 8 x Iset
.................................
(3.62)
atau, diblok jika menggunakan redundant protection.
3.4.6. Setting GFR pada sisi primer trafo 150 kV a.
Arus kerja minimum Fungsi GFR netral adalah sebagai pengaman cadangan kedua trafo tenaga terhadap gangguan hubung singkat satu fasa internal maupun gangguan eksternal. Karena akan mengalir kontribusi arus urutan nol pada saat terjadi hubungsingkat satu fasa di sisi 150 kV yang besarnya tergantung pada jarak lokasi gangguan dengan posisi trafo. Oleh karena itu perlu adanya penentuan waktu kerja GFR pada sisi primer trafo harus dikoordinasikan dengan waktu kerja relai di penghantar. Setting arus kerja GFR untuk trafo dengan delta winding Is
= ( 0,5 – 0,7 ) x Inom trafo 150 kV
.....................
(3.63)
Setting arus kerja GFR yang tidak dilengkapi delta winding Is
= 0,2 x Inom trafo 150 kV
.....................
(3.64)
.....................
(3.65)
.....................
(3.66)
Arus dalam besaran sekunder, dibagi CT Iset Is x
A (sekunder)
!
Tap value setting range yang ada pada relai: tap b.
Setting waktu dan karakteristik kerja untuk kurva standar inverse(SI) Ihs , Is 1 didapar rumus: TMSg tg o, 14
…………….……
(3.67)
52 dan rumus untuk menghitung waktu kerja aktual adalah sebagai berikut: TMSg
o, 14
Ihs Is
,
1
tg
…………….……
(3.68)
Dimana : Ihs = Hubung singkat maksimum satu fasa di busbar 150 kV Isg = Setting arus kerja dalam Ampere primer t
= Waktu kerja yang di inginkan 1,0 – 1,5 detik
