MAKALAH

RELAY TEGANGAN

DISUSUN OLEH : 1. GALIH TUNGGUL V. ( 3.22.13.3.07 / KE 3D )

2. KUKUH SWASITO W ( 3.22.13.3.10 / KE 3D )

3. NUR AZIZ WICAKSONO ( 3.22.13.3.15 / KE 3D )

4. RIZKI INDRAYANTO ( 3.22.3.13.17 / KE 3D )

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2015

Daftar Isi

BAB I Pendahuluan..................................................................................................................1

1.1 Latar Belakang....................................................................................................................11.2 Rumusan Masalah...............................................................................................................11.3 Tujuan.................................................................................................................................2

BAB II ISI.................................................................................................................................3

2.1 Pendahuluan........................................................................................................................3

2.2 Prinsip Kerja Dasar.............................................................................................................3

2.3 Rangkaian Rele Tegangan..................................................................................................5

2.3.1 Rangkaian masukan ...............................................................................................5

2.3.2 Rangkaian Pembanding Tegangan........................................................................6

2.3.3 Rangkaian Tunda ...................................................................................................8

2.3.4 Rangkaian Penggerak Rele Keluaran ....................................................................9

2.3.5 Rangkaian Catu Daya ..........................................................................................11

BAB III PENUTUP................................................................................................................13

3.1..................................................................................................................... KESIMPULAN

..........................................................................................................................................13

Daftar Pustaka.........................................................................................................................14

ii

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Keandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen

sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Oleh sebab itu dalam

perencangan suatu sistem tenaga listrik perlu dipertimbangkan kondisi-kondisi gangguan

yang mungkin terjadi pada sistem, melalui analisa gangguan.

Pada dasarnya gangguan dapat terjadi karena kegagalan operasi peralatan dalam

sistem,  kesalahan manusia dan karena alam. Langkah yang dapat diambil untuk

mencegah terjadinya gangguan antara lain dengan menggunakan isolasi yang baik,

membuat koordinasi isolasi dan menghindarkan kesalahan operasi. Tetapi  langkah –

langkah tersebut  dibatasi oleh faktor ekonomis dan alam. Karenanya para engineer

sepakat : gangguan boleh saja terjadi dan tidak dapat dihindari namun dampaknya harus

diminimisasi. Dari hasil analisa gangguan, dapat ditentukan sistem proteksi yang akan

digunakan, seperti: spesifikasi switchgear, rating circuit breaker (CB) serta penetapan

besaran-besaran yang menentukan bekerjanya suatu relay (setting relay) untuk keperluan

proteksi.

Salah satu gangguan yang dapat terjadi pada instalasi listrik adalah tegangan yang

tidak stabil, maka diperlukan suatu alat proteksi yaitu relay tegangan yang dapat

digunakan untuk meminimalisir gangguan pada konsumen.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latarbelakang diatas maka dapat dirumuskan rumusan masalah

sebagai berikut :

1. Pengertian relay tegangan.

2. Prinsip kerja dari relay tegangan.

3. Macam-macam rangkaian relay tegangan.

1

1.3 Tujuan

Berdasarkan rumusan masalah, adapun tujuan sebagai berikut :

1. Kita dapat mengetahui relay tegangan itu sendiri.

2. Kita dapat mengetahui prinsip kerja relay dalam suatu rangkaian.

3. Kita bisa mengetahui macam-macam rangkaian relay tegangan

2

BAB II

ISI

2.1 Pendahuluan

Salah satu hal yang harus dihindari pada pengoperasian peralatan listrik ialah

kelebihan tegangan (overvoltage) ataupun kekurangan tegangan (undervoltage).

Kelebihan tegangan hampir dapat dipastikan akan merusak setiap peralatan listrik. Hal

ini umumnya akan menyebabkan timbulnya panas yang belebihan sehingga dapat

menyebabkan terbakarnya peralatan listrik tersebut. Sebaliknya, kekurangan tegangan

belum tentu merusak peralatan listrik. Pada beberapa peralatan listrik seperti lampu pijar

ataupun peralatan lain yang bersifat resistip, kekurangan tegangan tidak akan

membahayakan peralatan tersebut. Tetapi bagi beberapa peralatan lain seperti motor

induksi, kekurangan tegangan dapat menyebabkan faktor daya (cos-ϕ) yang terlalu

rendah. Hal ini akan menyebabkan arus peralatan tersebut terlalu besar, sehingga

menimbulkan panas yang berlebihan dan pada akhirnya akan merusak peralatan tersebut.

Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan ini maka suatu panel distribusi

tegangan rendah umumnya dilengkapi dengan rele tegangan yang berfungsi untuk

memantau tegangan busbar. Jika nilai tegangan ini keluar dari batas-batas aman maka

rele ini akan membuka pemutus CB utama sehingga catuan daya ke panel tersebut akan

diputus. Selain rele tegangan panel ini juga dilengkapi dengan beberapa peralatan

proteksi lain, seperti rele arus lebih (OCR), monitor fasa (RCP) dan lain sebagainya.

Tulisan ini hanya membahas tentang rele tegangan.

2.2 Prinsip Kerja Dasar

Relay adalah saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian

dengan menggunakan kontrol dari rangkaian elektronik lain. Sebuah relay tersusun atas

kumparan, pegas, saklar (terhubung pada pegas) dan 2 kontak elektronik (normally close

dan normally open)

a)   Normally close (NC) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay tidak aktif atau

dapat dikatakan saklar dalam kondisi terbuka.

3

b) Normally open (NO) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay aktif atau dapat

dikatakan saklar dalam kondisi tertutup.

Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi

(solenoid) di dekatnya, Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena

adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup.

Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula

dan kontak saklar kembali terbuka.

Rele tegangan elektronik umumnya mendeteksi besarnya tegangan melalui trafo

tegangan atau yang lebih dikenal sebagai PT (potensial transformer). PT berfungsi untuk

menurunkan tegangan yang masuk ke rele dan sekaligus mengisolasi rele dari tegangan

rangkaian yang diukur. Masukan PT umumnya adalah 110V atau 220V sedangkan

keluarannya adalah tegangan yang berkisar antara 12V hingga 24V, tergantung dari

rangkaian yang digunakan. Tegangan keluaran PT ini selanjutnya dibandingkan dengan

dua tegangan acuan, sebut saja VA untuk tegangan acuan atas dan VB untuk tegangan

acuan bawah. Jika tegangan keluaran PT lebih besar dari VA maka rele keluaran

pertama akan diaktipkan. Sebaliknya jika tegangan keluaran PT lebih kecil dari VB

maka rele keluaran kedua yang akan diaktipkan.

Untuk memudahkan proses perbandingan maka besaran yang dibandingkan adalah

tegangan searah. Untuk itu maka tegangan keluaran PT harus terlebih dahulu diubah

menjadi tegangan searah.Besarnya tegangan searah yang dihasilkan selanjutnya

dibandingkan dengan tegangan acuan yang dapat diatur.

Agar dapat mengabaikan kelebihan atau kekurangan tegangan yang berlangsung

sesaat (transient), maka rele tegangan biasanya dilengkapi dengan rangkaian tunda

(delay) yang dapat menunda kerja kontak keluaran.Lamanya tundaan waktu dapat diatur,

umumnya berkisar antara 0 hingga 10 detik.

4

2.3 Rangkaian Rele Tegangan

Seperti telah disebutkan sebelumnya, rele tegangan lebih ini mendeteksi tegangan

melalui suatu PT. Agar sesuai dengan alat-alat ukur lain yang terpasang pada panel

generator maka tegangan masukan nominal dari rele tegangan umumnya adalah 110V

atau 220V. Karena rele ini hanya membutuhkan daya yang kecil maka PT yang

digunakan adalah PT yang berdaya sangat rendah, umumnya berkisar antara 2 sampai

5VA. Untuk menghemat biaya pembuatan maka seringkali PT yang sama digunakan

juga sebagai sumber daya bagi rangkaian elektronik yang digunakan. Untuk itu

digunakan PT dengan dua buah belitan sekunder yang terpisah.Rancangan yang dibahas

menggunakan dua buah trafo yang terpisah.Dengan demikian diharapkan agar tegangan

yang dipantau tidak dipengaruhi oleh pembebanan dari catudaya rangkaian elektronik.

2.3.1 Rangkaian masukan

Tegangan masukan diturunkan sekaligus diisolasi oleh trafo T1 dan

disearahkan oleh dioda D1 dan D2, seperti yang diperlihatkan pada gambar-1.

Gambar 1. Rangkaian masukan

Selanjutnya tegangan ini ditapis oleh kapasitor C1 untuk menghilangkan

kerut (ripple). Besarnya tegangan jepit dari C1 adalah :

VC 1≅Vm−I DC

4 fC

Dan Vm≅ √2 xV SEK

5

Dimana: VSEK : tegangan sekunder trafo

IDC : arus beban

F : frekuensi jalajala

C : kapasitansi C1 adalah tegangan sekunder dari trafo T1.

Sebelum diteruskan ke rangkaian pembanding, tegangan ini disesuaikan oleh

tahanan R1 dan R2 yang membentuk rangkaian pembagi tegangan reisitip.

Besarnya tegangan yang diterima pembanding adalah :

V S=R 2

R 1+R 2.V C 1

2.3.2 Rangkaian Pembanding Tegangan

Sebagai pembanding tegangan digunakan opamp yang mempunyai faktor

penguatan tegangan loop terbuka (AV) yang mendekati tak terhingga. Oleh karena

itu jika tegangan pada masukan tak-membalik sedikit lebih tinggi dari tegangan

pada masukan membaliknya maka keluaran pembanding akan jenuh tinggi dan

bernilai mendekati nilai VCC (tegangan catuan). Sebaliknya jika tegangan pada

masukan membalik sedikit lebih tinggi dari tegangan pada masukan tak-

membaliknya maka keluaran pembanding akan jenuh rendah sehingga tega-

ngannya mendekati nol. Rangkaian dari pembanding tegangan ini diperlihatkan

pada gambar-2.

6

Gambar 2. Rangkaian pembanding tegangan

Penguat A1 membandingkan tegangan VS yang dihubungkan ke masukan tak

membaliknya (non-inverting input) dengan tegangan acuan VA yang dihubungkan

ke masukan membaliknya (inverting input).Tegangan acuan VA adalah ambang

tegangan maksimum yang diperkenankan.

Tegangan ini diperoleh dari kontak geser (wiper) potensiometer VR1. Jika

VS > VA maka keluaran A1 akan jenuh positip sehingga tegangan keluaran A1

akan mendekati tegangan catu, yaitu 12VDC. Sebaliknya jika VS < VA maka

keluaran A1 akan jenuh negatip sehingga tegangan keluarannya akan mendekati

nol.

Penguat A2 membandingkan tegangan VS yang dihubungkan ke masukan

membaliknya dengan tegangan acuan VB yang dihubungkan ke masukan tak

membaliknya.Tegangan acuan VB adalah ambang tegangan minimum yang

7

diperkenankan.Tegangan ini diperoleh dari kontak geser potensiometer VR2. Jika

VS < VB maka keluaran A1 akan jenuh positip sehingga tegangan keluaran A2

akan mendekati tegangan catu. Sebaliknya jika VS > VB maka keluaran A2 akan

jenuh negatip sehingga tegangan keluarannya akan mendekati nol. Oleh karena itu

agar tegangan keluaran dari penguat A1 dan A2 mendekati nol maka besarnya

tegangan VS haruslah :

VB < VS < VA

Nilai tahanan R3, R4, VR1 dan VR2 ditentukan sedemikian rupa agar kisar

pengaturan VA memungkinkan kisar tegangan masukan dari 220V hingga 240V

dan kisar pengaturan VA memungkinkan kisar tegangan masukan dari 200V

hingga 220V.

2.3.3 Rangkaian Tunda

Agar dapat mengabaikan kenaikan atau penurunan tegangan yang berlaku

sesaat (transien), maka rele tegangan ini dilengkapi dengan rangkaian tunda.Untuk

itu maka keluaran dari rangkaian pembanding selain diteruskan ke rangkaian

penggerak rele keluaran, juga dilewatkan melalui suatu rangkaian tunda, seperti

yang diperlihatkan pada gambar-3.

Gambar 3. Rangkaian tunda

8

Rangkaian tunda ini terdiri dari VR3, C2 dan N1. Jika bernilai tinggi,

keluaran penguat A1 dan A2 masing-masing akan meng-enable gerbang N2 dan

N3. Selain itu, kedua keluaran ini juga akan mengisi kapasitor C2 melalui dioda

D3 dan D4 dan VR3.

Kapasitor C2 ini berfungsi untuk menunda pengaktipan (enable) gerbang-

gerbang N2 dan N3 melalui gerbang N1. Ketiga gerbang ini adalah gerbang AND

dari keluarga CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Tujuan

penggunaan CMOS adalah untuk mendapatkan nilai hambatan masukan yang

mendekati tak terhingga agar tidak membebani kapasitor C2. Lamanya tundaan

waktu adalah sama dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengisi kapasitor C2

agar tegangan jepitnya mencapai tegangan ambang (treshold) logika tinggi dari

gerbang N1. Lamanya tundaan waktu dapat dinyatakan sebagai :

tD≅ 0,7.VR3.C2 detik

Dengan mengatur nilai VR3 maka tundaan waktu ini dapat disesuaikan

dengan kebutuhan.

2.3.4 Rangkaian Penggerak Rele Keluaran

Rele tegangan yang dibahas mempunyai dua buah rele keluaran.Satu untuk

menyatakan tegangan lebih dan satu untuk menyatakan tegangan kurang.Masing-

masing rele ini digerakkan oleh suatu transistor bipolar, seperti yang diperlihatkan

pada gambar-4.

9

Gambar 4. Rangkaian penggerak rele keluaran

Jika keluaran A1 bernilai tinggi pada akhir tundaan waktu ini maka keluaran

gerbang N2 akan tinggi sehingga memberikan arus basis pada transistor Q1.

Besarnya arus basis ini adalah :

IB=V OH−V BE

R 6−

V BE

R 7

Dimana: VOH : Tegangan keluaran logika tinggi N2

VBE : Tegangan basis-emiter Q1

Hal ini akan menyebabkan Q1 menghantar sehingga pada kolektornya akan

mengalir arus sebesar :

IC = hFE.IB

dimana hFE adalah faktor penguatan arus searah dari transistor yang digunakan.

Arus kolektor ini akan menyebabkan rele RL1 bekerja.

10

Sebaliknya jika keluaran A2 yang bernilai tinggi pada akhir tundaan waktu

ini maka keluaran gerbang N3 yang akan tinggi sehingga memberikan arus basis

pada transistor Q2. Hal ini akan menyebabkan Q2 menghantar sehingga rele RL2

yang akan bekerja.

Dengan demikian maka akan tersedia satu kontak untuk tegangan lebih dan

satu kontak untuk tegangan kurang. Untuk mendapatkan sinyal yang menyatakan

keduanya maka untuk rele-rele RL1 dan RL2 dapat digunakan rele dengan dua

kontak, dimana kedua kontak tersebut dihubungkan paralel atau seri, tergantung

pada kebutuhan.

2.3.5 Rangkaian Catu Daya

Op-amp umumnya membutuhkan catudaya ganda yang berkisar antara

±6VDC hingga ±18VDC atau catudaya tunggal yang berkisar antara +12VDC

hingga +36VDC.Gerbang CMOS membutuhkan catudaya tunggal yang berkisar

antara +3VDC hingga +15VDC.Rele arus searah tersedia untuk tegangan-tegangan

6, 12, 24, 110, dan 220VDC.Agar dapat mencatu seluruh komponen yang

digunakan pada rangkaian maka catuan yang dipilih adalah +12VDC.Untuk itu

maka rele keluaran yang digunakan adalah rele dengan kumparan

12VDC.Tegangan catuan sebesar +12VDC dapat diperoleh dari catudaya yang

diperlihatkan pada gambar-7.Pada catudaya ini, tegangan jala-jala diturunkan oleh

trafo tegangan T2 ke nilai yang sesuai.Trafo ini sekaligus berfungsi untuk

mengisolasi rangkaian dari tegangan jala-jala.Selanjutnya tegangan sekunder dari

T2 disearahkan oleh pasangan dioda D7 dan D8 yang membentuk penyearah

gelombang penuh, untuk selanjutnya ditapis oleh kapasitor C3 untuk

menghilangkan kerut.Tegangan yang dihasilkan masih dipengaruhi oleh

pembebanan.Oleh karena itu untuk menstabilkan tegangan ini digunakan regulator

seri berupa suatu rangkaian terpadu atau IC (integrated circuit) tipe LM7812.

11

Gambar 5. Rangkaian catudaya

IC regulator ini akan mempertahankan tegangan keluarannya sebesar

+12VDC untuk tegangan masukan yang berkisar dari +14VDC hingga +35VDC.

Daya yang hilang atau disipasi daya pada regulator adalah :

PD ≅ (VIN – 12V).IL Watt

Dimana: PD : disipasi daya

VIN : tegangan masukan regulator

IL : arus beban

Disipasi daya ini akan diubah menjadi panas. Agar regulator tidak menjadi

terlalu panas maka panas ini harus dibuang dengan menggunakan pendingin atau

heatsink.Agar daya yang hilang tidak terlalu banyak maka VIN harus dibuat

serendah mungkin, namun dapat mengantisipasi turun naiknya VIN disebabkan

oleh perubahan arus beban dan turun naiknya tegangan jala-jala.

Keluaran dari regulator ini ditapis lebih lanjut oleh kapasitor C6 untuk

menghiangkan kerut sehingga pada keluaran regulator akan diperoleh tegangan

searah sebesar +12VDC yang benar-benar stabil dan bebas kerut.

Kapasitor C4 dan C5 berfungsi untuk menjamin agar IC regulator tidak

berosilasi, sesuai dengan yang dianjurkan oleh pabrik pembuatnya.

12

BAB III

PENUTUP

3.1 KESIMPULAN

1. Relay tegangan lebih adalah relay yang digunakan untuk memantau tegangan busbar.

Jika nilai tegangan ini keluar dari batas-batas aman maka rele ini akan membuka

pemutus CB utama sehingga catuan daya ke panel tersebut akan diputus.

2. Relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di

dekatnya, Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya

magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat

arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan

kontak saklar kembali terbuka.

3. Rangkaian relay tegangan terdiri dari Rangkaian Masukan, Rangkaian Pembanding

Tegangan, Rangkaian Tunda, Rangkaian Penggerak Relay Keluaran dan Rangkaian

Catu Daya.

13

DAFTAR PUSTAKA

http://einstenmuda.blogspot.co.id/2014/09/makalah-relay-pada-rangkaian.html

http://zebulonmanalu2010.blogspot.co.id/2012/06/normal-0-false-false-false-en-us-x-

none.html

http://dokumen.tips/documents/makalah-sistem-proteksi-transmisi-tenaga-listrik.html

14