6
Penyebab gangguan pada sistem distribusi dapat berasal dari gangguan dalam sistem sendirinya dan gangguan dari luar. Penyebab gangguan dari dalam antara lain: 1
Tegangan lebih dan arus tak normal
2.
Pemasangan tidak baik
3.
Penuaan
4.
Beban lebih
5.
Kegagalan kerja peralatan pengaman
Penyebab gangguan dari luar untuk saluran kabel tegangan menengah ( SKTM ) antara lain: 1. Angin yang menyebabkan dahan / ranting pohon mengenai SUTM. 2. Surja petir 3. Kaegagalan atau kerusakan peralatan pada saluran 4. Hujan dan Cuaca 5. Binatang dan benda – benda lain.
2.2.2
Gangguan SKTM Macam gangguan pada SKTM sifatnya permanen, dimana untuk
membebaskannya diperlukan tindakan perbaikan atau menyingkirkan gangguan tersebut, sehingga gangguan ini menyebabkan pemutusan tertutup. Penyebab gangguan dari dalam antara lain adalah : 1. Tegangan lebih dan arus tak normal 2. Pemasangan tidak baik 3. Penuaan
7
4. Beban lebih 5. Kegagalan kerja peralatan pengaman Penyebab dari luar antara lain : 1. Gangguan mekanis karena pekerjaan saluran lain 2. Surja petir lewat saluran udara 3. Binatang Gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi di dalam jaringan (sistem kelistrikan) ada 3, yaitu: 1. Gangguan hubung singkat 3 fasa 2. Gangguan hubung singkat 2 fasa, dan 3. Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah Dari ketiga macam gangguan hubung singkat di atas, arus gangguannya dihitung dengan menggunakan rumus umum (hukum ohm) yaitu : I=
Dimana
V ………………………………………( 1.1) Z
I = Arus yang mengalir pada hambatan Z. V= Tegangan sumber ( Volt ). Z= Impedansi jaringan, nilai ekivalen dari seluruh impedansi di dalam jaringan dari sumber tegangan sampai titik gangguan (Ω/km).
Dengan mengetahui besarnya tegangan sumber dan besarnya nilai impedansi tiap komponen jaringan serta bentuk konfigurasi jaringan di dalam
8
sistem, maka besarnya arus gangguan hubung singkat dapat dihitung dengan rumus di atas. Yang membedakan antara gangguan hubung singkat 3 fasa, 2 fasa dan 1 fasa ke tanah adalah impedansi yang terbentuk sesuai dengan macam gangguan itu sendiri dan tegangan yang memasok arus ke titik gangguan, impedansi yang terbentuk dapat ditunjukkan seperti berikut : Z untuk gangguan 3 fasa
Z = Z1
Z untuk gangguan 2 fasa
Z = Z1+ Z2
Z untuk gangguan 1 fasa ke tanah
Z = Z1+ Z2+ Z0
Dimana, Z1 = Impedansi urutan positif 3 fasa Z2 = Impedansi urutan negatif 2 fasa Z0 = Impedansi urutan nol 1 fasa
2.3
Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Perhitungan arus hubung singkat dari sistem 20 kV yang dipasok dari
gardu induk seperti pada gambar di bawah ini,
Gambar 2.1 Single line diagram gardu induk Untuk menghitung arus hubung singkat pada sistem diatas, pertama – tama hitung impedansi sumber ( reaktansi ) dalam hal ini diambil dari data
9
hubung singkat pada bus 150 kV , kedua menghitung reaktansi trafo tenaga, ketiga menghitung impedansi penyulang.
2.3.1 Menghitung Impedansi Sumber Untuk menghitung impedansi sumber maka data yang diperlukan adalah data hubung singkat pada bus primer trafo. Xs =
kV 2 ………………………………………………………………( 1.2) MVA
Perlu diingat bahwa impedansi sumber ini adalah nilai ohm pada sisi 150 kV, karena arus gagguan hubung singkat yang akan dihitung adalah gangguan hubung singkat di sisi 20 kV, maka impedansi sumber tersebut harus dikonversikan dulu ke sisi 20 kV, sehingga pada perhitungan arus gangguan nanti sudah menggunakan sumber 20 kV. Untuk mengkonversikan impedansi yang terletak di sisi 150 KV, dilakukan dengan cara sebagai berikut : Xs (sisi 20 kV) =
kV 2 x Xs (sisi 150 kV) .....................................................( 1.3) MVA
2.3.2 Menghitung Reaktansi Trafo Xt (pada 100%) =
kV 2 ……………………………….………….( 1.4 ) MVA(trafo )
Nilai reaktansi trafo tenaga : Reaktansi urutan positif, negative (Xt1 = Xt2 ) Xt = Xt % x Xt (pada 100%) .................................................( 1.5) Reaktansi urutan nol (Xt0)
10
Reaktansi urutan nol ini didapat dengan memperhatikan data trafo tenaga itu sendiri yaitu dengan melihat kapasitas belitan delta yang ada dalam trafo itu : 1. Untuk trafo tenaga dengan hubungan belitan /Y dimana kapasitas belitan deta sama besar dengan kapasitas belitan Y, maka Xt0 = Xt1, 2. Untuk trafo tenaga dengan belitan Yyd dimana kapasitas belitan delta (d) biasanya sepertiga dari kapasitas belitan Y (belitan yang dipakai untuk menyalurkan daya, sedangkan belitan delta tetap ada di dalam tetapi tidak dikeluarkan kecuali satu terminal delta untuk ditanahkan), maka nilai Xt0=3Xt1, 3. Untuk trafo tenaga dengan hubungan YY dan tidak mempunyai belitan delta di dalamnya, maka besarnya Xt0 berkisar antara 9 s/d 14 Xt1.
2.3.3 Menghitung Impedansi Penyulang Menghitung impedansi penyulang, impedansi penyulang ini dihitung tergantung dari besarnya impedansi per meter penyulang yang bersangkutan, dimana besar nilainya ditentukan dari konsfigurasi tiang yang digunakan untuk jaringan SUTM atau dari jenis kabel tanah untuk jaringan SKTM. Dalam perhitungan disini diambil dengan impedansi Z = (R + jX) /km. Dengan demikian nilai impedansi penyulang untuk lokasi gangguan yang dalam perhitungan ini disimulasikan terjadi pada lokasi dengan jarak 0%, 25%, 50%, 75% dan 100% panjang penyulang.
11
2.3.4 Menghitung Impedansi Ekivalen Jaringan Perhitungan yang akan dilakukan disini adalah perhitungan besarnya nilai impedansi positif ( Z1 eq ), negative ( Z2 eq ), dan nol ( Z0 eq ) dari titik gangguan sampai ke sumber, sesuai dengan urutan di atas. Karena dari sumber ke titik gangguan impedansi yang terbentuk adalah tersambung seri, maka perhitungan Z1 eq dan Z2 eq dapat langsung menjumlahkan impedansi-impedansi tersebut. Sedangkan untuk perhitungan Z0
eq
dimulai dari
titik gangguan sampai ke trafo tenaga yang netralnya ditanahkan. Untuk menghitung Z0
eq
ini, diumpamakan trafo tenaga yang terpasang mempunyai
hubungan Yyd, dimana mempunyai nilai Xt0 = 3Xt1. Perhitungan Z1 eq dan Z2 eq : Z1 eq = Z2 eq
= Zs1 + Zt1 + Z1 penyulang
……………( 1.6 )
Karena lokasi gangguan diasumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75% dan 100% panjang penyulang, maka Z1
eq
(Z2
eq
) yang didapat juga pada lokasi
tersebut. Perhitungan Z0 eq : Z0 eq = Zt0 + 3RN + Z0 penyulang ……………………………( 1.7 ) Karena lokasi gangguan diasumsikan terjadi pada
25%, 50%, 75% dan
100% panjang penyulang, maka Z0 eq yang didapat juga pada lokasi tersebut. Setelah mendapatkan impedansi ekivalen sesuai dengan lokasi gangguan, selanjutnya perhitungan arus gangguan hubung singkat dapat dihitung dengan menggunakan rumus dasar seperti dijelaskan sebelumnya, hanya saja impedansi ekivalen mana yang dimasukkan ke dalam rumus dasar tersebut adalah tergantung dari hubung singkat 3 fasa, 2 fasa atau 1 fasa ke tanah.
12
2.3.5 Gangguan Hubung Singkat 3 fasa
Gambar 2.2 gangguan hubung singkat 3 fasa Kemungkinan terjadinya gangguan 3 fasa adalah putusnya salah satu kawat fasa yang letaknya paling atas pada transmisi atau distribusi, dengan konfigurasi kawat antar fasanya disusun secara vertikal. Kemungkinan terjadinya memang sangat kecil, tetapi dalam analisanya tetap harus diperhitungkan. Kemungkinan lain adalah akibat pohon yang cukup tinggi dan berayun sewaktu angin kencang, kemudian menyentuh ketiga kawat pada transmisi atau distribusi. Gangguan hubung singkat 3 fasa dapat dihitung dengan menggunakan rumus hukum ohm yaitu:: I= Dimana,
V Z
………………………………………………….…( 1.8 )
I = Arus gangguan hubung singkat 3 fasa V = Tegangan fasa-netral system 20 kV =
20000 3
= Vph
Z = Impedansi urutan positif ( Z1 eq ) Sehingga arus gagguan hubung singkat 3 fasa dapat dihitung sebagai berikut :
13
20000
I 3 fasa =
E fasa Z 1eq
=
V ph Z 1eq
=
3 Z 1eq
=
11547 Z 1eq
………………………( 1.9 )
2.3.6 Gangguan Hubung Singkat 2 fasa
Gambar 2.3 gangguan hubung singkat 2 fasa [6] Kemungkinan terjadinya gangguan 2 fasa disebabkan oleh putusnya kawat fasa tengah pada transmisi atau distribusi. Kemungkinan lainnya adalah dari rusaknya isolator di transmisi atau distribusi sekaligus 2 fasa. Gangguan seperti ini biasanya mengakibatkan 2 fasa ke tanah. Gangguan hubung singkat 2 fasa dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut: I= Dimana,
V Z
……………………………………………………( 1.10 )
I = Arus gangguan hubung singkat 2 fasa V = Tegangan fasa – fasa system 20 kV Z = Impedansi urutan positif ( Z1 eq ) dan urutan negative ( Z2 eq )
Sehingga arus gagguan hubung singkat 2 fasa dapat dihitung sebagai berikut : I 2 fasa =
V ph ph Z 1eq Z 2eq
=
20000 ………………….……( 1.11 ) Z 1eq Z 2eq
14
Seperti halnya gangguan 3 fasa, Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa juga dihitung untuk lokasi gangguan yang diasumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75% dan 100% panjang penyulang. Dalam hal ini dianggap nilai Z1eq = Z2eq, sehingga persamaan arus gangguan hubung singkat 2 fasa di atas dapat di sederhanakan menjadi : I 2 fasa =
V ph ph 2 * Z 1eq
……………………………………( 1.12 )
2.3.7 Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke tanah
Gambar 2.4 gangguan hubung singkat 1 fasa Kemungkinan terjadinya gangguan satu fasa ke tanah adalah back flashover antara tiang ke salah satu kawat transmisi dan distribusi. Sesaat setelah tiang tersambar petir yang besar walaupun tahanan kaki tiangya cukup rendah namun bisa juga gangguan fasa ke tanah ini terjadi sewaktu salah satu kawat fasa transmisi / distribusi tersentuh pohon yang cukup tinggi dll. I= Dimana,
V Z
……………………………………………………( 1.13 )
I = Arus gangguan urutan Nol = I0 V = Tegangan Fasa – Netral system 20 kV =
20000 3
= Vph
Z = Jumlah impedansi urutan Positif ( Z1 eq ) dan urutan Negatif
15
(Z2 eq ) dan Impedansi ururan Nol ( Z0 eq ) I1 fasa ke tanah = 3 x I0
………………………….......( 1.14 )
Sehingga arus gagguan hubung singkat 1 fasa ketanah dapat dihitung sebagai berikut :
I 1 fasa = 3xI0 =
=
3xV ph Z1eq Z 2eq Z 0eq
3x
=
Z 1eq
20.000
3 Z 2 eq Z 0 eq
34641,016 34641,016 = ……………( 1.15 ) Z1eq Z 2eq Z 0eq 2 xZ 1eq Z 0eq
Kembali sama halnya dengan perhitungan arus gangguan 3 Fasa dan 2 Fasa, Arus gangguan 1 Fasa ketanah juga dihitung untuk lokasi gangguan yang di asumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75% dan 100% panjang penyulang, sehingga dengan rumus terakhir diatas dapat dihitung besarnya arus gangguan 1 fasa ke tanah sesuai lokasi gangguannya. Dengan perhitungan arus gangguan hubung singkat ini, ( 3 Fasa, 2 Fasa dan 1 Fasa ke tanah), dapat digunakan untuk koordinasi Relai Proteksi Arus Lebih, terutama pada Over Current Relay ( OCR ) dari jenis Inverse, manfaatnya menjadi amat terasa karena waktu kerja Relai dapat diketahui untuk setiap lokasi gangguan. Lebih lanjut pada bab berikut akan dicoba menghitung nilai setelan Arus dan Waktu (Td atau Tms) dari Over Current Relay ( OCR ).
16
2.4
Pengertian dan Fungsi Pengaman
2.4.1
Pengertian Pengaman Sistem pengaman adalah cara untuk mencegah/membatasi kerusakan
peralatan terhadap gangguan, sehingga kelangsungan penyaluran tenaga listrik dapat dipertahankan salah satu alat pengaman yang digunakan adalah relai. Relai adalah suatu alat pengaman yang bekerja secara otomatis mengukur / memasukkan rangkaian listrik ( rangkaian trip atau alarm ) akibat adanya perubahan rangkain lain. 2.4.2
Fungsi Pengaman Fungsi sistem pengaman adalah :
1. Untuk menghindari atau mengurangi kerusakan akibat gangguan pada yang terganggu atau peralatan yang dilalui oleh arus gangguan 2. Untuk melokalisir
( mengisolir ) daerah gangguan menjadi sekecil
mungkin. 3. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalanyang tinggi kepada konsumen.
2.5. Persyaratan Kerja Sistem Pengaman Untuk memenuhi fungsi diatas, relai proteksi harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: 1. Selektif Suatu relai proteksi proteksi adalah bertugas mengamankan suatu alat atau bagian dari sistem tenaga listrik dalam jangkauan pengamannya.
17
Letak pemutus tenaga ( PMT ) sedemikian rupa sehingga setiap bagian dari sistem dapat dipisah-pisahkan. Maka tugas relai adalah mendeteksi adanya gangguan yang terjadi pada daerah pengamannya, dan memberi perintah untuk membuka PMT, dan memisahkan bagian dari sistem yang terganggu. Dengan demikian bagian sistem yang lain yang tidak terganggu dapat beroperasi dengan normal. Jika hal ini dapat direalisir, maka pengaman yang selektip. 2.
Dapat diandalkan Dalam keadaan normal, tidak ada gangguan relai tidak bekerja, mungkin berbulan – bulan atau bertahun - tahun. Tetapi bila pada suatu saat ada gangguan, maka ia harus bekerja, maka dalam hal ini relai tidak boleh gagal bekerja, karena pemadaman akan meluas. Disamping itu juga relai tidak boleh salah bekerja. Dalam hal yang harus dapat diandalkan bukan hanya relainya saja, tetapi juga komponen – komponen perangkat proteksi itu. Keadaan relai proteksi itu ditentukan mulai dari rencana, pengerjaan, bahan yang digunakan dengan pengawatannya. Oleh karena itu diperlukan perawatan yang dalam hal ini perlu adanya pengujian secara periodik.
3. Cepat Waktu kerja relai cepat, makin cepat relai bekerja, maka tidak hanya dapat memperkecil kerusakan akibat gangguan tetapi juga dapat memperkecil kemungkinan meluasnya gangguan. Adakalanya demi terciptanya selektivitasnya dikehendaki adanya penundaan waktu ( time delay ). Tetapi secara keseluruhan tetap
18
dikehendaki waktu kerja relai yang cepat. Jadi harus dapat memberikan selektivitas yang baik dengan waktu yang lebih cepat. 4. Peka Relai dikatakan peka bila dapat bekerja dengan masukan ( input ) dari besaran yang dideteksi adalah kecil. Jadi relai dapat bekerja pada awal kejadian gangguan.
2.6.
Pengertian Over Current Relay (OCR) Over Current Relay ( OCR ) adalah suatu relai yang bekerjanya
berdasarkan adanya kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengaman tertentu dalam jangka waktu tertentu, sehingga relai ini dapat dipakai sebagai pola pengaman arus lebih. Over Current Relay ( OCR ) ini berfungsi untuk memproteksi peralatan listrik terhadap arus lebih yang disebabkan oleh gangguan arus hubung singkat atau dapat pula dikatakan bahwa relai ini berfungsi merasakan adanya arus lebih dan kemudian memberi perintah/isyarat kepada PMT untuk membuka rangkaian apabila terjadi gangguan hubung singkat sehingga kerusakan alat akibat gangguan dapat dihindari. Selain itu Over Current Relay ( OCR ) juga berfungsi untuk mengamankan transformator dari arus yang melebihi dari arus yang dibolehkan lewat dari transformator tersebut. Umumnya Over Current Relay ( OCR ) digunakan pada jaringan tegangan menengah atau saluran transmisi, jaringan sub-radial, pengaman untuk motor-motor tegangan menengah yang kecil, pengaman cadangan (untuk transformator daya, generator, motor yang besar, jaringan transmisi tegangan tinggi), bila dilengkapi dengan relai arah
19
dapat digunakan sebagai pengaman saluran transmisi sirkuit ganda dan pengaman gangguan tanah sampai tegangan ektra tinggi, hanya disini yang membedakan adalah fungsi dari relai tersebut. Yang dimaksud fungsi disini adalah : 1. Berfungsi sebagai pengaman utama (Main Protection) Sebagai pengaman utama SUTM / SKTM bertujuan untuk : a. Mencegah kerusakan SUTM / SKTM dari gangguan hubung singkat. b. Membatasi luas daerah terganggu ( pemadaman sekecil mungkin ). c. Berfungsi sebagai pengaman cadangan (Back–up Protection). Sebagai pengaman cadangan trafo atau SUTT bertujuan sama dengan yang diatas yaitu mencegah kerusakan trafo atau SUTT dari gangguan hubung singkat dan membatasi luas daerah terganggu (pemdaman) sekecil mungkin, hanya bekerja apabila pengaman utama di peralatan tersebut tidak bekerja. Selain itu Over Current Relay ( OCR ) dijadikan pengaman cadangan karena untuk mengkoordinasi sulit untuk mendapatkan selektifitas yang baik. Pengaman yang menggunakan Over Current Relay ( OCR ) mempunyai beberapa keuntungan yaitu : a. Dapat mengamankan arus lebih yang terjadi karena hubung singkat atau beban lebih. b. Penyetelannya mudah untuk jaringan radial. c. Pengamannya sederhana. d. Dapat sebagai pengaman utama dan berfungsi juga sebagai pengaman cadangan. e. Harganya relatif murah.
20
Adapun beberapa kerugian/kekurangan pengaman dengan menggunakan Over Current Relay ( OCR ) adalah a. Untuk jaringan dengan sirkuit ganda tanpa dilengkapi dengan relai 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.
2.6.1
Jenis – jenis Relai
1) Jenis Relai berdasarkan fungsinya a. Over Load Relay b. Over Current Relay 2) Jenis Relai berdasarkan karakteristik waktu kerja a. Over Current Relay ( OCR ) seketika ( instantaneous) b. Over Current Relay ( OCR ) dengan waktu tertentu ( definite ) c. Over Current Relay ( OCR ) dengan waktu kerja terbalik ( invers ) Over Current Relay ( OCR ) dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah : 1. Over Current Relay ( OCR ) Inverse Adalah Over Current Relay ( OCR ) yang waktunya kerjanya tegantung dari arus gangguan. Relai ini akan memberikan perintah kepada PMT ( pemutus tenaga ) pada saat terjadi gangguan bila besar gangguannya melampaui arus penyetelannya dan jangka waktu relai ini mulai pick up sampai kerja waktunya diperpanjang berbanding terbailk dengan besarnya arus.
21
Sifat atau karakteristik dari relai inverse adalah relai baru akan bekerja bila yang mengalir pada relai tersebut melebihi besarnya arus setting ( Is) yang telah ditentukan. Dan lamanya waktu relai bekerja untuk memberikan komando trupping adalah paling lambat sesuai dengan waktu setting ( Ts) yang dipilih. Pada relai ini waktu bekerjanya ( T tripp ) tidak sama dengan waktu setting ( Ts ). Karena sangat tergantung dengan besarnya arus yang mengerjakan relai tersebut, sehingga makin besar arus yang mengerjakan relai tersebut maka makin cepat waktu kerja ( Ttrip) dari relai tersebut.
Gambar 2.5 Karakteristik Inverse Relai dapat dikelompokkan lagi menjadi empat kelompok, yaitu sebagai berikut : a. Standard Inverse b. Very Inverse c. Extremely Inverse d. Long Time Inverse 2. Over Current Relay ( OCR ) Definite Adalah Over Current Relay ( OCR ) yang waktu kerjanya tidak tergantung dari arus gangguan. Relai ini memberikan perintah kepada PMT ( Pemutus Tenaga ) pada saat terjadi gangguan bila besar gangguannya
22
melampaui arus penyetelannya, dan jangka waktu relai ini mulai pick up sampai kerja diperpanjang dengan waktu tidak tergantung besarnya arus. Sifat atau karakteristik dari relai definite adalah relai baru akan bekerja bila yang mengalir pada relai tersebut melebihi besarnya arus setting ( Is ) yang telah ditentukan. Dan lamanya selang waktu relai bekerja untuk memberikan komando tripping adalah sesuai dengan waktu setting ( Ts ) yang diinginkan. Pada relai ini waktu bekerjanya ( Ttripping = Ts ) tetap konstan, tidak dipengaruhi oleh besarnya arus yang mengerjakan relai tersebut.
Gambar 2.6 Karakteristik Definite 3. Over Current Relay ( OCR ) Instantaneous Adalah Over Current Relay ( OCR ) yang bekerja tanpa waktu tunda. Relai ini akan memberikan perintah kepada PMT ( Pemutus Tenaga ) pada saat terjadi gangguan bila besar arus gangguannya melampaui arus penyetelannya, dan jangka waktu kerja mulai pick up sampai kerja sangat singkat tanpa penundaan waktu ( 20 – 60 mdet). Karena
relai
ini
tanpa
perlambatan,
maka
koordinasi
untuk
mendapatkan selektifitas didasarkan tingkat beda arus. Adapun jangkauan relai ini karena bekerjanya seketika atau tanpa perlambatan waktu, supaya
23
selektif maka tidak boleh menjangkau pada keadaan arus gangguan maksimum.
Gambar 2.7 karakteristik Instantaneous
2.6.2. Prinsip Kerja Over Current Relay ( OCR ) Prinsip kerja Over Current Relay ( OCR ) yang bekerjanya berdasarkan besaran arus lebih akibat adanya gangguan hubung singkat dan memberikan perintah trip ke PMT sesuai dengan karakteristik waktunya sehingga kerusakan alat akibat gangguan dapat dihindari.
Gambar 2.8 Prinsip kerja Over Current Relay ( OCR ) 2.6.3
Perhitungan Koordinasi Over Current Relay ( OCR ) Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat, pada tahap selanjutnya
dipergunakan untuk menentukan nilai setelan arus lebih, terutama nilai setelan Tms (Time Multiple Setting) dari Over Current Relay ( OCR ) dari jenis inverse.
24
Di samping itu setelah nilai setelan relai didapatkan, nilai–nilai arus gangguan hubung singkat pada setiap lokasi gangguan yang diasumsikan dipakai untuk memeriksa kerja Over Current Relay ( OCR ), apakah masih dapat dinilai selektif atau nilai setelan harus diubah ke nilai lain yang memberikan kerja relai yang lebih selektif atau didapatkan kerja selektifias yang optimum (relai bekerja tidak terlalu lama tetapi menghasilkan selektifitas yang baik). Sedangkan untuk setelan Over Current Relay ( OCR ) dihitung di incoming trafo, artinya : 1. Untuk Over Current Relay ( OCR ) yang terpasang di penyulang dihitung berdasarkan arus beban maksimum yang mengalir di penyulang tersebut. 2. Untuk Over Current Relay ( OCR ) yang terpasang di incoming trafo dihitung berdasarkan arus nominal trafo tersebut. Relai inverse biasa diset sebesar 1,05 – 1,1 x Ibeban, sedangkan definit diset sebesar 1,2 – 1,3 x Ibeban. Persyaratan lain yang harus dipenuhi adalah bahwa penyetelan waktu minimum dari relai arus lebih (terutama di penyulang) tidak lebih kecil dari 0,3 detik. Pertimbangan ini diambil agar relai tidak sampai trip lagi akibat arus inrush dari trafo – trafo distribusi ketika penyulang PMT penyulang tersebut dimasukan.
2.6.4
Menghitung Setelan Over Current Relay ( OCR ) Untuk menghitung nilai setelan arus lebih dapat dilakukan dengan cara
sebagai berikut : Nilai Setelan relai penyulang 20 kV Iset(primer) = 1,05 x Ibeban
……………………………( 1.16 )
25
Nilai setelan tersebut adalah nilai primer. Untuk mendapatkan nilai setelan sekunder yang dapat disetkan pada Over Current Relay ( OCR ), maka dihitung dengan menggunakan data Ratio Trafo Arus yang terpasang di Penyulang tersebut yaitu sebagai berikut : Iset(sek) = Iset(primer) x
1 RatioCT
…………………………………( 1.17 )
Setelan Waktu/Time Multiple Setting ( Tms ) Setelan waktu standar inverse dihitung dengan menggunakan rumus kurva Waktu Vs Arus. Rumus ini bermacam – macam sesuai desain Pabrik pembuat Relai, dalam hal ini diambil rumus kurva Waktu Vs Arus dari Standard British, sebagai berikut : t=
0,14 xTms I fault I set
0 , 02
……………………………………………..( 1.18 )
1
Untuk mentukan nilai Tms yang akan disetelankan pada Over Current Relay ( OCR ) diambil pada angka arus gangguan ( Ifault ) sebesar arus gangguan 3 fasa pada lokasi gangguan berapa persen dari panjang penyulang dan waktu kerja Over Current Relay ( OCR ) di penyulang itu ( sesuai keterangan waktu tercepat di atas ) misal diambil selama 0.3 detik, maka nilai Tms yang akan disetkan pada Over Current Relay ( OCR ) adalah :
Tms =
I fault 0, 02 1 tx I set 0,14
………………………………….( 1.19 )
Nilai Setelan incoming 20 KV trafo tenaga
26
Untuk menentukan setelan relai arus lebih di sisi incoming 20 kV trafo, perlu dihitung terlebih dahulu arus nominal trafo tenaga itu yang datanya sesuai yang harus diketahui adalah Kapasitas, Tegangan, Impedansi, Ratio CT Arus nominal trafo pada sisi 20 KV :
kVA
In ( sisi 20 kV)
=
Iset (primer)
= 1,05 x Ibeban .........................................................( 1.21 )
kVx 3
........................................................( 1.20 )
Nilai setelan tersebut adalah nilai primer. Untuk mendapatkan nilai setelan sekunder yang dapat disetkan pada Over Current Relay ( OCR ), maka harus di hitung dengan menggunakan data rasio trafo arus yang terpasang di incoming 20 kV tersebut yaitu sebagai berikut : Iset (sekunder) = Iset (primer) x
1 RatioCT
……………………….……( 1.22 )
Setelan Waktu ( Tms) Setelan waktu relai standar inverse dengan menggunakan rumus kurva Waktu Vs Arus dalam hal ini juga diambil dari standar British, maka rumusnya : t=
0,14.Tms I fault I set
0 , 02
……………………………………….……( 1.23 )
1
Karena Tms Over Current Relay ( OCR ) di penyulang yang akan disetelankan pada Over Current Relay ( OCR ) nya diambil pada angka arus gangguan ( Ifault ) sebesar arus gangguan 3 fasa pada lokasi gangguan sebesar berapa persen dari panjang penyulang, maka perhitungan menentukan nilai Tms arus lebih di incoming juga harus berdasarkan besar arus gangguan hubung singkat 3 fasa dilokasi berapa persen dari panjang penyulang juga.
27
Sedangkan waktu kerja Over Current Relay ( OCR ) di incoming trafo 20 KV harus dibuat lebih lambat 0,4 – 0,5 detik dari waktu kerja relai di penyulang 20 kV (dari relai yang di sisi hilirnya). Besarnya beda waktu ini dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu : -
Kesalahan relai pada penyulang
: 0,2–0,3 detik
-
Waktu pembukaan PMT sampai hilangnya bunga api
: 0,1 detik
-
Over Shoot
: 0,05 detik
-
Faktor keamanan
: 0,05 detik
Selisih waktu kerja relai di incoming 20 kV ( sisi hulu ) lebih lama 0,4 detik dari waktu kerja relai di penyulang (sisi hilir) di sebut grading time, yang maksudnya agar relai di incoming 20 kV memberikan kesempatan relai di penyulang bekerja lebih dahulu. Dengan demikian bila memang gangguan hubung singkat terjadi penyulang tersebut, penyulang lain yang masih tersambung, sehingga beban di penyulang lain masih menyala. Untuk itu, nilai Tms yang akan disetelankan pada relai arus lebih di incoming 20 kV dihitung dengan menggunakan rumus yang sama :
Tms =
I fault 0, 02 1 tx I set 0,14
……………………………….……( 1.25 )
Dimana t = waktu setelan Over Current Relay ( OCR ) penyulang + waktu koordinasi Nilai setelan Tms yang didapat masih harus diuji lagi dengan arus gangguan yang lain seperti arus gangguan hubung singkat untuk lokasi gangguan 3 fasa yang terjadi di lokasi lain misalnya pada 25%, 50%, 75% dan 100%
28
panjang penyulang. Demikian juga untuk jenis gangguan hubung singkat 2 fasa yang besar arus gangguannya juga sudah dihitung. Dengan cara yang sama dihitung nilai Tms pada Ground Fault Relay ( GFR ) yang tentunya berdasarkan hasil perhitungan arus gangguan satu fasa ke tanah, sehingga dengan demikian lengkap sudah setelan relai yang diperlukan di dalam sistem penyaluran distribusi yang dipasok dari trafo tenaga gardu induk. Untuk penyulang lain dapat diulangi perhitungan seperti yang sudah dilakukan tetapi data yang dimasukkan bedanya hanya pada data penyulang, baik nilai impedansi per km nya atau panjangnya. 2.6.5
Pemeriksaan Selektifitas Kerja Over Current Relay ( OCR ) Hasil perhitungan setelan Over Current Relay ( OCR ) yang didapat pada
bab IV masih harus diperiksa apakah untuk nilai arus gangguan hubung singkat yang lain, waktu kerja Over Current Relay ( OCR ) yang terpasang di penyulang dan yang terpasang di incoming trafo tenaga 20 kV sudah bekerja selektif, tetapi masih harus diperiksa apakah memberikan beda waktu kerja (grading time) yang terlalu lama. Untuk Gradding Time yang terlalu lama, bila terjadi kegagalan kerja Over Current Relay ( OCR ) di penyulang, maka Over Current Relay ( OCR ) di incoming 20 kV dalam hal ini bekerja sebagai pengaman cadangan menjadi terlalu lama mengetripkan PMTnya sehingga bisa merusak trafo. Pemeriksaan ini dilakukan terutama pada Over Current Relay ( OCR ) jenis standar inverse, karena setelan waktu Tms pada Over Current Relay ( OCR ) jenis inverse bukan menunjukkan lamanya waktu kerja relai tersebut. Lamanya waktu kerja relai ini ditentukan oleh besarnya arus gangguan yang mengalir di
29
relai. Makin besar arus gangguan yang mengalir di relai, makin cepat kerja relai tersebut menutup kontaknya yang kemudian mentripkan PMT.
2.7
Ground Fault Relay (GFR) Gangguan satu fasa ke tanah sangat tergantung dari jenis pentanahan dan
sistemnya. Gangguan satu fasa ke tanah umumnya bukan merupakan hubung singkat melalui tahanan gangguan, sehingga arus gangguannya menjadi semakin kecil dan tidak bisa terdeteksi oleh Over Current Relay ( OCR ). Dengan demikian diperlukan relai pengaman gangguan tanah.
2.7.1 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) Sebagian besar gangguan hubung singkat yang terjadi adalah gangguan hubung singkat fasa ke tanah maka relai yang perlu digunakan adalah Ground Fault Relay ( GFR ). Untuk gangguan penggerak Ground Fault Relay ( GFR ) dipakai arus urutan nol serta tegangan urutan nol.Untuk sistem yang beroperasi dalam keadaan normal arus urutan nol tidak mengalir. Pada prinsipnya kerja Ground Fault Relay ( GFR ) dan Over Current Relay ( OCR ) sama namun karena besar arus gangguan tanah lebih kecil dibandingkan besar arus gangguan fasa maka digunakan Ground Fault Relay ( GFR ). Prinsip kerja Ground Fault Relay ( GFR ) yaitu pada kondisi normal dengan beban seimbang arus –arus fasa Ir, Is, dan It ( Ib) sama besar sehingga kawat netral tidak timbul arus dan relai gangguan tanah tidak dialiri arus. Namun bila terjadi ketidakseimbangan arus atau terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah maka
30
akan timbul arus urutan nol pada kawat netral. Arus urutan nol ini akan mengakibatkan Ground Fault Relay ( GFR ) bekerja. Untuk menentukan penyetelan ( setting ) Ground Fault Relay ( GFR ) terlebih dahulu diketahui besar arus hubung singkat yang mungkin terjadi, dan harus diketahui terlebih dahulu impedansi sumber, reaktansi trafo tenaga, dan impedansi penyulang. Dan setelah ketiga komponen yang telah disebutkan , baru dapat ditentukan total impedansi jaringan. Total impedansi jaringan inilah yang akan langsung digunakan dalam perhitungan arus hubung singkat. Dalam perhitungan arus hubung singkat satu fasa ke tanah sangat dipengaruhi oleh sistem pentanahan yang digunakan.
2.7.2 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Tanpa Pentanahan. Pada sistem ini arus gangguan satu fasa ke tanah relatif kecil namun terjadi pergeseran tegangan bila sistemnya menggunakan relai tegangan urutan nol. Maka relai ini tidak boleh bekerja bila terjadi pergeseran tegangan pada keadaan normal. Vo = 30% x V Dimana
Vo = Penyetelan relai tegangan urutan nol V = Tegangan nol
3.7.3
Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Pentanahan Langsung. Penyetelan untuk pengaman gangguan tanah pada sistem ini sama dengan
sistem pentanahan melalui tahanan rendah tetapi untuk sistem 3 fasa 4 kawat
31
harus dipertimbangkan adanya ketidakseimbangan yang minimum. Penyetelan relai gangguan tanah pada sistem ini adalah : Iset = ks x Ivb Dimana
Iset = Penyetelan arus gangguan tanah Ivb = Arus tidak seimbang yang mungkin terjadi Ks = Faktor keamanan, digunakan 1,2 – 1,5.
Karena pada jaringan ini arus gangguan cukup besar maka kriteria penyetelannya sama dengan relai gangguan antar fasa tetapi batas minimum dapat lebih kecil dari arus beban nominal.
2.7.3 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Pentanahan Melalui Tahanan Rendah 1.
Ground Fault Relay ( GFR ) pada SUTM Arus gangguan pada umumnya lebih kecil, hal ini karena gangguan tanah
melalui tahanan gangguan tanah maka penyetelan relai ini adalah : Iset = 10% x Io Dimana
Iset = Penyetelan arus relai Io
2.
= Arus gangguan terkecil ( ujung penyulang )
Ground Fault Relai ( GFR ) pada SKTM Pada jaringan SKTM saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah aka
mengalir arus kapasitif yang cukup besar termasuk pada penyulang yang tidak terganggu. Dengan diasumsikan saat menentukan penyetelan untuk batasan
32
minimum harus diperhitungkan bahwa relai tidak boleh bekerja pada saluran yang tidak terganggu. Penyetelannya sebagai berikut : Iset = ks x IsCE Dimana
Iset = Penyetelan arus IsCE = Arus kapasitif saluran yang terpanjang operasinya Ks
3.7.4
= Faktor keamanan digunakan 1,2 – 1,5.
Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Pentanahan Melalui Tahanan Tinggi. Pada sistem ini arus gangguan satu fasa ke tanah besarnya hanya 23 A dan
tidak jauh dengan kapasistansi ke tanah. Artinya arus kapasistansi ke tanah tidak dapat diabaikan terhadap arus resistif. Adapaun relai yang digunakan adalah relai gangguan tanah berarah. Relai ini sangat sensitif dengan karakteristik waktu tertentu. Relai ini mendapat suplai dari arus urutan nol tegangan urutan nol. Setelan minimum relai gangguan ini adalah 1 A. Jika Is minimum masih bisa menyebabkan relai bekerja adalah 1,25 x Iset. Maka tahanan gangguan Rf maksimum yang masih menyebabkan relai bekerja sekitar 8500 ohm. Jadi akibat sentuhan ranting pohon atau kawat putus menyentuh tanah diharapkan relai bekerja.
