8/7/2019 03_PRINSIP_A4

1/5

3. Prinsip Operasi Relay Proteksi

3.1 Pengantar

Tujuan proteksi sistem tenaga adalah untuk mendeteksi gangguan dan kondisi abnormal dari sistem. Relay harus

sanggup mengevaluasi perubahan parameter sistem dan bertindak bila diperlukan. Masalah dasar dari proteksi sistem

tenaga adalah membedakan yang mana yang tergolong gangguan/ kondisi abnormal dan yang mana yang tidak.

Untuk saat ini yang disebut normal adalah bila gangguan terjadi diluar daerah proteksi. Aspek ini merupakanhal terpenting dalam menentukan security dari sistem proteksi.

Bidang relay proteksi sudah berumur 70 80 tahun yang berawal dari: Relay elektromagnetik Relay statik yang dimulai pada tahun 1950

Relay numeric, berkembang bersama dengan perkembangan komputer

3.2 Pendeteksian GangguanPada umumnya, hubung singkat menyebabkan arus membesar dan tegangan menurun, selain parameter lain yang

turut berubah antara lain:

Sudut antara arus dan tegangan

Komponen harmonisa Daya aktif dan reaktif Frekuensi

Oleh karenanya relay-relay dapat dibagi berdasarkan kategori parameter yang dideteksi dan cara relay-relay tersebut

mendeteksi.

3.2.1 Pendeteksian berdasarkan suatu nilai tertentu (Level detection)Pada bagian ini dikenal istilah over dan under

Untuk over : bila parameter input lebih besar dari level yang ditentukan maka relay akan pick-up.

Untuk under : bila parameter input lebih kecil dari level yang ditentukan maka relay akan pick-up.

3.2.2 Magnitude comparisonSistem ini membandingkan dua atau lebih besar parameter input ke relay, dari sumber parameter tersebut (lihat gambar3.1). Relay yang terlihat pada gambar dibawah dikenal dengan nama current balance relay.

Relay

Gambar 3.1 magnitude comparison

I1

I2

i1

i2

Apabila satu line putus, maka pengaliran arus akan seperti pada gambar 3.1 dimana:

i1 =0 dan i2 = i

i1 i2 = iBila i ini lebih besar dari isettingmaka relai akanpick up.

3.2.3 Differensial ComparisonSistem ini membandingkan dua atau lebih parameter input sejenis ke relay (gambar 3.2), bila:

i diff = i1 i2Jika

i diff > i setting maka relay akan pick up

8/7/2019 03_PRINSIP_A4

2/5

Prinsip Operasi Relai Proteksi 12

IPeralatan yangdiproteksi

Fault

Operating

CoilI1 I2

3.2.4 Phase angle comparisonTipe ini membandingkan, sudut antara dua besaran bolak balik (lihat gambar 3.3). Berdasarkan besar IF dan sudut

antara IF dan V maka dapat ditentukan apakah relay pick-up atau tidak.

fault

IF

IF

IB

IB

IF

IF

IB

IB

V

V

keterangan :

IF = arus gangguan/fault

IB = arus beban

VT = voltage transformer

CT = current transformer

Gambar 3.3 Phase Angle Comparison

CT

VT

3.2.5 Distance measurementRelay ini bekerja dengan membandingkan besar parameter tegangan dan arus input ke relay. Jenis relay ini juga akan

dibahas lebih lanjut dibagian lain.

3.2.6 Pilot relayingRelay ini bekerja berdasarkan input informasi dari remote relay yang berpasangan dengannya, juga akan dibahas lebih

lanjut di bagian selanjutnya.

3.2.7 Harmonic contentRelay ini bekerja dengan memanfaatkan tipe dan besar harmonik yang muncul pada saat gangguan dan dibandingkan

dengan kondisi normal.

3.2.8 Frequency sensingRelay ini bekerja berdasarkan besar perubahan frekuensi dari frekuensi normal sistem (50 Hz atau 60 Hz).

3.3 Prinsip relay elektromekanikTipe relay elektromekanik adalah jenis relay yang segala parameter yang diterimanya diubah menjadi parameter

gaya dimana relay ini terdiri dari komponen:

Operating coil Moving part Contact point

Pada relay ini pengukuran dilakukan dengan membandingkan antara gaya operasi dan gaya lawan. Persamaan dasar

dari untuk memahami prinsip kerja relay elektromekanik adalah:

Ro FFF = atau Ro TTT =

Gambar 3.2 Differential Comparison

8/7/2019 03_PRINSIP_A4

3/5

Prinsip Operasi Relai Proteksi 13

dimana:

Fo = gaya operasi dari relay (operating force)

FR = gaya lawan (restraining force)

To = momen operasi

TR = momen lawan

Relay dikatakan operates bila F atau T lebih besar dari nol . Dalam hal ini dikenal istilah sebagai berikut:

Pick-up : jika F > 0 atau T > 0 dimana moving partmulai bergerak atau berpindah dari posisi awal namunstatus kontak belum berubah dari sebelumnya. (lihat gambar jenis-jenis elektromekanik). Operates : jika F > 0 atau T > 0 namun disini status kontak sudah berubah dari sebelumnya misalnya dari

posisi tertutup menjadi terbuka atau sebaliknya (close open atau open close).

Berdasarkan besar parameter input untuk gaya penggerak, dibagi atas:

1. Satu parameter, besaran penggerak dapat berupa besaran arus atau tegangan saja.Jika menggunakan parameter arus, maka persamaan momennya adalah:

2

2

1 KIKT = Sedangkan persamaan momen jika menggunakan parameter tegangan adalah:

2

2

1 KVKT =

2. Dua parameter yaitu arus dan tegangan, sehingga persamaan momennya menjadi:

21 cos KVIKT = atau 2211 cos kIIkT =

3. Relai dengan beberapa operating coil sehingga terbentuk persamaan umum:

4

2

3

2

21 cos kVkIkVIkT ++= dimana: T = momen operasi

V = tegangan

I = arus

kn = konstanta

= sudut antara tegangan dan arus = sudut antara I1 dan I2

Sedangkan berdasarkan konstruksinya, relay elektromekanik terdiri atas:

1. Tipe gaya tarik elektromaknetik(attracted armature type) antara lain:1.1 hinged armature1.2plunger1.3polarized moving iron1.4 balanced beam

2. Tipe induksi elektromagnetik(elektromagnetic induction type)2.1 shaded pole2.2 watthour meter2.3 single and double induction loop

a. Plunger Type b. Hinged Armature Type

8/7/2019 03_PRINSIP_A4

4/5

Prinsip Operasi Relai Proteksi 14

c. Balanced Beam Type d. Polarized moving iron Type

Gambar 3.4 Relai tipe gaya elektromagnetik

Gambar 3.5 Relai tipe induksi elektromagnetik

a. Shaded Pole Type

b. Wattmetric typec. Induction Cup Relay

3.4 Relay statik (static relay/solid state relay)Relay statik adalah relay listrik yang responnya dibentuk oleh atau secara elektronik/magnetik/optik tanpa ada

komponen yang bergerak.

Meskipun pada defenisi di atas tercantum tanpa komponen yang bergerak, akan tetapi masih banyak relay statik pada

bagian yang berhubungan dengan output-nya masih memakai komponen yang elektromekanikal, kecuali pada akhir-

akhir ini dengan berkembangnya komponen elektronika daya ( power elektronic) maka pada output stage-nya pun

dipakai peralatan/ komponen solid state.

Pada gambar 3.5 memperlihatkan diagram blok relay statik yang disederhanakan, yaitu:

1. Bagian sekunder dari transformator instrumen/tranduscer2. Bagian penyearah (rectifier) berfungsi menyearahkan besaran-besaran operasi.3. Rangkaian pengukuran (relay measuring circuit), yang terdiri dari:

8/7/2019 03_PRINSIP_A4

5/5

Prinsip Operasi Relai Proteksi 15

Comparator yang membandingkan informasi yang masuk apakah merupakan parameter yang sesuai ataubukan.

Level detector yang mendeteksi seberapa besar parameter terukur pada saat gangguan, dibandungkandengan level yang telah ditentukan.

Filter, berfungsi untuk hanya meneruskan besaran yang tepat dan memisahkan besaran dengan harmonisalain dari yang telah ditentukan. (mem-filter harmonisa-harmonisa parameter sesuai dengan fungsinya)

Voltage stabilizer untuk membuat tegangan akan diukur menjadi stabil .

4. amplifier berfungsi memperkuat sinyal yang akan diterima oleh bagian output, karena signal yang keluar darilevel detector pada umumnya sudah lemah, sehingga untuk dapat menggerakkan komponen output perludiperkuat..

5. Komponen Output (Output device), Bagian ini yang meneruskan signal yang telah diperkuat ke trip circuit.6. Rangkaian trip (trip circuit) adalah suatu rangkaian yang menghubungkan sumber dc dengan tripping coil.

3.5 Relay numerikPada relay elektromekanik, pengukuran (measurement) dilakukan dengan membandingkan besar torsi operasi

terhadap operasi lawan (operating torque vs restraining torque) dan pada relay statik pengukuran dilakukan dengan

membandingkan besaran operasi yang telah disearahkan dan dikonversikan ke besaran tegangan, terhadap besaran

referensi yang juga berupa tegangan.

Tetapi pada relay numerik, pengukuran atau lebih tepatnya peng-analisis-an besaran input, dilakukan pada

prosesor. Untuk kedua tipe awal, hanya mempunyai output berupa sinyal pertanda atau trip sedangkan pada relay

numeric output-nya selain sinyal pertanda dan trip, juga sebagai data logger dan event dan fault recorder serta kontrol.

Gambar 3.6 memperlihatkan diagram blok sederhana dari relai numeric.

input

unit

Analog/Digital

Converter

Micro

Processor

data request

and display

data logger

CT

VT

CB

trip coil

Gambar 3.7 Blok diagram relay numerik

Controller

Sumber dc

Rangkaian

trip

transducer

2 3 4 5

Gambar 3.6 blok diagram relay statik