kuliah 5 - ocr and efr

10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 1

FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D

OVERCURRENT & EARTH FAULTPROTECTION

Kuliah Minggu ke-5



INTRODUKSI• Proteksi overcurrent (OC) harus dibedakan dari proteksi beban lebih (overload),

dimana proteksi overload lebih ditekankan pada kemampuan termal dari peralatan.

• Tujuan proteksi OC adalah mendeteksi gangguan hubung singkat, dan memberi signal untuk membuka circuit breaker (CB) untuk mengisolasi bagian yang terganggu dari sistem. Karena itu proteksi OC harus diskriminatif, yaitu sedapat mungkin hanya mengisolasi bagian yang terganggu saja, dan membiarkan bagian sistem lainnya tetap beroperasi normal.

• Diskriminasi dapat dilakukan dengan arus, atau waktu, atau kombinasi arus + waktu.

beban

beban

beban

beban

Untuk meminimalkan pemadaman, usahakan relai yang terdekat dengan lokasi gangguan bekerja lebih dulu.

F1 F2

F3



PENGAMAN LEBUR (FUSE)

arus

waktu

10 ms

pendekatan :I2t = konstan

Prospective fault current

pre-arc time

total operating time

Kelebihan :- Sederhana- Dapat sangat cepat- Membatasi energi gangguan h.s.

Kekurangan :- Memerlukan koordinasi- Kurang sensitif untuk gangguan EF- Satu fasa- Karakteristik tidak dapat diubah- Perlu diganti



10 100 1.000 10.000 A0,01

0,1

1,0

10

100

1000

10.000

50A

80A

63A

100A

Prospective current [rms]

Pre-

arci

ng t

ime

(sec

onds

)

Karakteristik typicalpengaman lebur (fuse).Lihat buku manual/publikasi dari pabrik pembuat



Fuse A Fuse B

major fuserated current = IFA

minor fuserated current = IFB

Jika tidak ada arcing, arus rating dari minor fuse dapat 90% dari major fuse dan masih dapat diperoleh diskriminasi. Namun pada kenyataannya akan ada arcing time, karena pada umumnya sirkit bersifat induktif. ‘Rule of thumb’ sederhana untuk grading adalah IFA=2 x IFB

Perlu diperhatikan :

• Total I2t : minor fuse• Pre-arcing I2t : major fuse

Gunakan diagram ‘bullrush’ dari pabrik !

MINOR MAJOR

I2tTOTAL

PRE-ARC

DISKRIMINASI DENGAN FUSE



OVERCURRENT RELAYS (OCR)DATA YANG DIPERLUKAN UNTUK PENYETELAN RELAI :

1. Diagram-satu-garis dari sistem tenaga yang menggambarkan jenis dan rating setiap relai proteksi yang ada, termasuk CT yang digunakan

2. Peta impedansi dalam ohm, atau p.u., dari semua trafo, mesin dan feeder

3. Nilai maksimum dan minimum dari arus hubung singkat yang mungkinmelewati setiap relai proteksi

4. Arus start yang diperlukan motor-motor, dan waktu start serta waktu stall dari motor induksi

5. Arus beban puncak yang melewati relai proteksi

6. Kurva yang menggambarkan laju peluruhan arus h.s. yang diberikan oleh generator

7. Kurva karakteristik CT



TRIP OCR OCR OCR

EFR

ALTERNATIF PEMASANGAN OCR / EFR

EFR OCR OCR

EFR

• Speed : seketika (instantaneous), atau ditunda (delayed)• Diskriminasi : Setting arus, setting waktu, setting arus dan waktu• Biaya : biasanya lebih murah d/p jenis proteksi lain yang lebih

canggih



Instantaneous OCR (50):AB

• Mengandalkan perbedaan level arus h.s. pada lokasi yang berbeda• Setting arus dipilih sedemikian sehingga hanya relai yang terdekat dengan

gangguan yang bekerja• Permasalahan : Level arus h.s. di F1 dan F2 pada dasarnya sama, karena itu tidak

dapat menciptakan diskriminasi

50 50

F1F2

• Waktu kerja relai tidak tergantung besar arus h.s.• Relai yang paling jauh dari sumber bekerja dengan waktu paling singkat• Permasalahan : Waktu kerja paling lama terjadi pada relai yang terdekat sumber

dimana level arus h.s.-nya justru paling besar

51 51

AB

0.5 sec0.9 sec

Definite (Independent) Time OCR (51):



KARAKTERISTIK KERJA OCR

DEFINITE TIME OCR(INDEPENDENT)

INVERSE TIME OCR

IS (Setting arus)

arus

Wak

tu

Wak

tu

arusIS (Setting arus)

IDMT *)

*) Inverse Definite Minimum Time



Prosedur Dasar

• Setting relai arus lebih, atau over current relay (OCR), pertama-tama ditetapkan untuk memperoleh waktu kerja yang paling cepat untuk arus hubung singkat maksimum, kemudian di-cek apakah waktu kerja masih memuaskan untuk arus hubung singkat minimum.

• Disarankan untuk menggambar/membuat plot karakteristik kerja OCR-OCR yang terhubung serie (termasuk fuse - jika ada), dengan menggunakan satu skala yang sama.

• Skala yang sama misalnya menggunakan arus pada voltage base yangterendah, atau gunakan voltage yang paling dominan sebagai base.

• Gunakan OCR dengan karakteristik-kerja yang sama untuk OCR-OCR yang terhubung serie

• Pastikan bahwa OCR yang terjauh dari sumber mempunyai setting arus yang lebih kecil atau paling tidak sama dengan OCR di belakangnya.



2 10 20

1

10

100

0.1

STANDARD INVERSE

VERY INVERSE

EXTREMELY INVERSE

LONG TIME SBEF

3

Standard IDMT :

Very Inverse :

Extremely Inverse :

Long Time SBEF :1I

120t

1I80

t

1I5,13

t

1I14,0

t

2

02,0

−=

−=

−=

−=

dimana t = waktu (seconds), dan I = arus (perkalian dari Plug Setting)

Karakteristik pada arus < 2x Plug Setting tidak dijamin pabrik

2



STANDARD INVERSE TIME

Dipergunakan secara luas di semua tegangan sistem, sebagai proteksi back-up pada sistem EHV, dan sebagai proteksi utama pada sistem distribusi MV.

Secara umum, OCR dengan karakteristik ini dipakai bila :

• Tidak ada keperluan koordinasi dengan jenis proteksi lain di bagian yang lebih hilir dari sistem, seperti fuse, relai termal untuk trafo, motor, dsb.

• Level arus h.s. pada ujung yang jauh dan tempat yang dekat sumber tidak banyak berbeda.

• Arus inrush tidak besar. Walau pada dasarnya relai tidak dapat diset diatas arus inrush ini, namun arus inrush ini harus cepat mengecil ke nilai yang lebih kecil d/p setting arus sebelum relai bekerja.



VERY INVERSE TIME

OCR dengan karakteristik jenis ini biasanya dipakai untuk memperoleh selektivitas waktu yang lebih besar, dan bila besar arus h.s. dimanapun tidak banyak bervariasi dengan kondisi sistem.

Jenis ini terutama sangat cocok untuk situasi dimana terdapat penurunan arus h.s. yang besar jika menjauh dari sumber.

Kurva inverse yang lebih terjal memberikan interval time grading yang lebih besar. Waktu kerja relai kira-kira menjadi dua kali untuk pengurangan arus dari sekitar 7 ke 4 x setting arus. Hal ini memungkinkan penggunaan time multiplier yang sama untuk beberapa relai yang serie.



TERMINOLOGI : PLUG SETTING MULTIPLIER (PSM)Hanya ada dua setting yang harus dilakukan terhadap OCR, yaitu : setting arus, dan ‘time multiplier setting’

Secara historis dimana OCR merupakan relai elektromekanis (yaitu induction disk), setting arus dilakukan dengan menancapkan ‘plug’ pada lubang-lubang board yang biasanya terdiri dari 7 step. Jika plug ini dicabut, tap tertinggi secara otomatis akan terpilih, hal ini memungkinkan perubahan setting dilakukan dalam kondisi berbeban tanpa takut open circuit pada sirkit CT.

Pada relai digital terdapat fasilitas setting arus yang lebih halus, dilakukan dengan switch digital atau key pad di relai. Key pad ini dipakai untuk memilih setting dari sistem menu yang diprogram ke dalam relai.

Ada bermacam range untuk setting arus, dan kita biasanya menggunakan range sebagai persentase dari rating CT, misalnya 50-200%, atau 10-40%. Jika CT mempunyai rating (sekunder) 5 A, maka setting range 50-200% berarti current range 2,5 – 10 A. Jika rating arus CT adalah 1 A, maka range 50-200% berarti range 0,5 – 2 A.



TERMINOLOGI : TIME MULTIPLIER SETTING (TMS)Pada relai elektromekanis (yaitu induction disk), ‘time multiplier setting’ berupa penyetelan mekanis dari kontak gerak dan dikalibrasi dari 0,1 – 1,0. Penyetelan ini hanya mengubah jarak yang ditempuh oleh disk untuk menutup kontak.

TMS ini memberikan faktor pengali terhadap waktu kerja relai pada arus 10x plug setting.

Sebagai contoh, apabila relai bekerja dalam 3 detik pada arus 10x plug settingdan pada TMS = 1, maka relai akan bekerja dalam 0,3 detik jika TMS diset 0,1.

Perhatikan bahwa relasi ini hanya benar untuk arus sebesar 10x plug setting, sedangkan untuk arus-arus lain kita sebaiknya melihat kurva karakteristik yang dibuat pabrik.



Karakteristik inverse time dari OCR biasanya digambar pada kertas log-log, dimana sumbu Y = second dan sumbu X = arus yang dinyatakan dengan ‘kelipatan dari plug seting’.

Contoh : CT ratio 500/5A, setting range OCR 50 – 200% (2,5 – 10A), arus h.s. primer 5000 A. Jika relai diset 100% (yaitu 5 A), maka :

Arus h.s. sekunder = (5/500) x 5000 A = 50 A.

Arus ini adalah 10 kali setting arus.

Dari kurva dapat dilihat bahwa jika arus = 10x setting à relai akan bekerja dalam 3 detik (asumsi TMS = 1).

Jika arus h.s. adalah 7500 A primer, atau 75 A sekunder, maka arus ini = 15x setting à relai akan bekerja dalam waktu sekitar 2,5 detik (asumsi TMS=1).



10.0

2 10 20

0.6

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

1.2

2.4

1.8

3.0

8.0

6.0

4.0

2.0

TMS

4 6 8

OP

ER

ATI

NG

TIM

E (

seco

nd

s)

CURRENT (Multiples of Plug Setting)

• TMS bukan setting waktu dalam second

• Merupakan faktor pengali terhadap karakteristik kerja dasar OCR

• Untuk grading :

Waktu kerja yang diperlukan

= TMS xWaktu kerja pada TMS = 1

TMS = Waktu kerja yang diperlukan

Waktu kerja pd TMS=1

STANDARD INVERSE



PEMILIHAN SETTING ARUS

• Biasanya diset > arus beban penuh maksimum IFL• Diberikan toleransi 10% untuk error• Diberikan toleransi tambahan untuk relai reset bila gangguan h.s. diisolir

oleh CB di sisi yang lebih hilir

Setting arus (pick-up current)

Arus drop off

RI

.I FLS 11>

dimana R = ratio drop-off/ pick-up.Nilai R pada OCR modern adalah sekitar 0,9 – 0,95



KOORDINASI RELAI IDMT

R2R1

• Lakukan diskriminasi pada arus h.s. maksimum. Jika ini erpenuhi, maka OCR akan diskriminatif untuk semua arus h.s < h.s. maksimum.

• Setting arus OCR di sisi hulu harus lebih besar d/p setting arus OCR pada sisi hilir

51 51

Grading margin

Max Fault LevelI (Log)

T(Log)

IS2 IS2



GRADING MARGIN

SECARA TRADISIONAL :• CB 0.10 sec• Relay overshoot 0.05 sec• Error 0.15 sec• Safety Margin 0.10

• TOTAL 0.40 sec

Atau gunakan formula :S0CB

CTr tttt100

EE2MARGIN +++

+=

dimana :Er = relay timing errorECT = error trafo arust = waktu kerja relai terdekat lokasi gangguantCB = CB interuupting timet0 = relay overshoot timetS = safety margin



CONTOHAB

51 51

200/5A 100/5A

IS=5A IS=5A, TMS = 0.05

IF MAX = 1400 A

Koordinasikan relai di B dengan relai di A, kedua relai adalah jenis IDMT.

RELAI A : Setting 5 A (sek) atau 100 A (pri). IFMAX = 1400 A = 14 x setting (PSM = 14). Dari kurva, waktu kerja relai pada arus = 14xsetting dan TMS=0.05 adalah 0.13 sec.

Relai B : Setting 5 A (sek) atau 200 A (pri). IFMAX = 1400 A = 7 x setting.

Waktu kerja relai pada arus = 7x setting dan TMS = 1 adalah 3.6 sec.

Waktu kerja yang diinginkan = 0.13 + 0.4 = 0.53 sec, karena itu TMS = 0.53/3.6 = 0.147 à Pilih TMS = 0.15



KOORDINASI OCR DAN FUSE

FUSE

RELAY

OCR

FUSE

TIM

E

CURRENT

IFMAX

tRMIN = 0.15 sec

• Gunakan Extremely Inverse atau Very Inverse untuk koordinasi dgn Fuse

• Setting OCR harus 3 – 4 x dari fuse rating untuk menjamin koordinasi

• Margin = 0.4xwaktu kerja fuse + 0.15 sec meliputi seluruh daerah kerja relay dan fuse



PERTIMBANGAN UNTUK TRAFO DELTA - STAR

• Gangguan fasa-fasa di sisi Y menimbulkan arus dengan distribusi 2:1:1 di sisi delta

• Harus memakai sebuah OCR pada setiap fasa

• Harus dipastikan adanya current grading margin yang cukup antara sisi Y (pada 0,866 x level arus 3 fasa), dan relay pada sisi delta (pada arus 3 fasa).

I866.0X2E3

X2E

It

N

tY === −φφ−φ

2I

3I

I Y ==∆ILINE = I



515151

HV2 HV1 LV

HV2

HV1LV

IF(LV) IF(HV)1.2IF(LV)



EARTH FAULT PROTECTION

• Arus hubung singkat ke tanah mungkin kecil

• Sensitivitas dan speed mungkin tidak dapat dipenuhi oleh OCR fasa

• Gunakan relay terpisah untuk deteksi gangguan tanah

• EFR mengukur zero sequence current

• Karena itu dapat diset < arus beban

• Solid grounded : Setting ~ 30% (EFR biasanya mempunyai range 20 - 80%)

• Resistance grounded : < 30% (biasanya antara 10 – 40%)

• Karena setting arus yang rendah, diperlukan jumlah lilitan yang banyak pada EFR agar diperoleh torque yang cukup (khusus relai elektromekanis). Lilitan banyak à kawat lebih kecil à impedansi relai lebih besar



OCR

OCR

OCR

EFR

V

Tegangan V yang timbul pada EFR akan mengenai sirkit CT di fasa B dan C, karena itu CT ini ikut ‘menelan’ magnetizing current (disamping CT fasa A). Akibatnya setting efektif dari EFR adalah :

IEFF = CT ratio (ISETTING + 3 IMAG)

Besar IMAG dapat dilihat pada kurva magnetisasi CT, yaitu IMAG dibaca untuk tegangan eksitasi V yang timbul pada pada posisi setting. Contoh, relai 3 VA pada setting 0.25A menghasilkan tegangan V = 12 volt.

A

B

C

kuliah 5 - ocr and efr

Documents