9

BAB II URAIAN UMUM

2.1 Sistem Kelistrikan Panel Utama Tegangan Rendah (PUTR) PUTR adalah panel induk, terdapat dua masukan yaitu sumber dari PLN

dan Genset. Dahulu sebuah proses kontrol dilakukan oleh seorang operator, lalu berkembang dengan menggunakan kontrol relay. Kebutuhan berkembang dari tahun ke tahun sehingga produk-produk otomasi dapat ditemukan. Pada panel PUTR ini, untuk mendapatkan sistem otomasi maka di kelompokkan menjadi tiga , yaitu :

1. Panel Kontrol Genset (PKG) PKG merupakan salah satu sistem yang ada di dalam PUTR, dan ada

juga yang berdiri sendri di luar PUTR. Dalam panel ini didalmnya terdapat sistem AMF (Automatis Main Failur), dan juga mengatur seluruh operasiolnal genset serta memproteksi genset jika terjadi gangguan . AMF berfungsi untuk mengoperasionalkan (Start/Stop) Genset secara otomatis maupun manual. Pada AMF terdapat module yang berfungsi menggantikan operator memerintahkan Genset untuk Run (beroperasi) apabila supply utama dari PLN padam, dan memerintahkan Genset untuk Stop apabila supply utama PLN kembali normal.

2. Panel Saklar Perpindahan Otomatis (ATS) Panel ATS berfungsi untuk memindahkan / mentransfer beban dari

supply utama PLN ke Genset pada saat PLN padam dan mengembalikan beban yang diambil alih Genset ke PLN bila supply PLN kembali normal.

10

Untuk itu mengapa diperlukan Panel PKG/AMF, agar semua pengontrolan otomatis dapat terpenuhi.

3. Panel Tumpuk Kapasitor (Capacitor Bank) Panel Tumpuk Kapasitor berfungsi untuk memperbaiki faktor daya

dari beban (load), karena pada umumnya beban-beban yang digunakan adalah beban induktif. Sebuah sumber Listrik AC mengeluarkan energi listrik dalam bentuk energi aktif (dinyatakan dalam kW) dan energi reaktif (dinyatakan dalam kVAR). Penjumlahan secara vector dari kedua daya tersebut akan menghasilkan daya nyata (dinyatakan dalam kVA). Gambar berikut menunjukkan hubungan antara ketiga daya tersebut.

Q C = D ay a R eak tif (K V A R )

P = D ay a A k tif (K W )

S = D ay a N y ata (K V A )

Gambar 2-1. Hubungan antara daya aktif, reaktif dan daya nyata

Faktor daya (cos ) adalah perbandingan antara daya aktif (kW) dengan daya nyata (kVA). Rangkaian jaringan dengan factor daya yang jelek sangat merugikan PLN, karena jika faktor daya rendah, maka harus digunakan kabel-kabel supply dan aparatur yang lebih besar. Oleh karena

11

itu PLN mengharuskan semua industri yang menggunakan jasa PLN harus memiliki faktor daya pada jaringan tidak kurang dari 0,85 induktif.

Suatu jaringan dikatakan mempunyai faktor daya yang baik jika harga faktor daya mendekati satu. Dari gambar-3 dapat kita lihat bahwa untuk mendapatkan faktor daya (cos ) mendekati 1, berarti besar sudut harus kita buat mendekati 0, karena nilai dari cos 0 adalah 1.

Untuk mendapatkan besar sudut mendekati 0 berarti besar sudut daya reaktif ( Q ) harus dibuat mendekati 0, dimana jika hal ini terpenuhi berarti besarnya daya aktif akan sama dengan daya nyata (dari gambar-3 dapat dilihat bahwa P = S x cos , berarti jika cos = 1, maka P = S).

Dengan demikian berarti daya yang dibatasi oleh PLN terhadap pihak industri sebagai pengguna jasa PLN adalah daya nyata (VA) , bukan daya aktif (Watt). Itu berarti jika suatu jaringan memiliki faktor daya yang jelek, maka persediaan daya aktifnya akan semakin kecil.

Selain itu pemasangan kapasitor dapat menghindari masalah seperti : trafo kelebihan beban (overload), sehingga memberikan tambahan daya yang tersedia, voltage drop pada line ends, kenaikan arus/suhu pada kabel, sehingga mengurangi rugi-rugi. Untuk pemasangan Capacitor Bank diperlukan komponen berupa kapasitor dengan jenis yang cocok dengan kondisi jaringan, regulator untuk pengaturan daya tumpuk kapasitor secara otomatis, kontaktor untuk switching kapasitor dan pemutus tenaga untuk proteksi tumpuk kapasitor.

12

Cara menghitung daya reaktif (Qc ) yang diperlukan untuk suatu sistem kompensasi. Metode ini digunakan agar dengan cepat bisa menentukan Qc. Bebrapa cara untuk menentukan daya reaktif (Qc) : 1. Metode setitiga daya

Metode ini menggunakan rumus segitiga daya. Data yang diperlukan adalah daya beban total dan faktor daya (cos ). Contoh :

Sebuah instalasi pabrik memiliki faktor daya 0,4 unutuk beban puncak 100 kw. Untuk meningkatkan faktor daya menjadi 0,98 diperlukan daya capasitor sebesar ?

Penyelesaian: Unutk menentukan daya capasitor yang dibutuhkan menggunakan

rumus sebagai berikut : . IVS .. (2.1)

. . CosIVP ... (2.2) . . SinIVQ ... (2.2)

22 2 P - S Q ... (2.3) target)Tan - awal (Tan P Qc ... (2.4)

Dimana : S : Daya semu (VA) P : Daya aktip (Watt) Q : Daya reaktip (Var) V : Tegangan (Volt)

13

Qc : Daya Capasitor yang dibutuhkan (Var) Cos : Faktor daya

Perhitungan : awal . . CosIVP

I . V S 0,4 x S 100 kw 22 2 P - S Q

22 2 100 - 250 Q

922 Q awal in . SSQ

S / Q awal in S 229 / 250 awal in S

0,92 awal in S awal Cos / awal in awal Tan S 0,4 / 0,92 awal Tan

3,2 awal Tan

target . . CosIVP I . V S 0,98 x S 100 kw

kva 102 0,98 / 100 S 22 2 P - S Q

22 2 100 - 102 Q

20 Q targetin . SSQ

14

S / Q target in S 102 / 20 target in S

0,2 target in S target Cos taeget / in target Tan S

0,98 / 0,2 target Tan 0,205 target Tan

target)Tan - awal (Tan P Qc

,205)0- ,3l2( kw 100 Qc 2.09 . kw 100 Qc

var 209 kQc 2. Metode sederhana

Metode ini digunakan agar dengan cepat bisa menentukan Qc. Angka yang harus diingat 0,84 untuk setiap kw beban. Yaitu diambil dari :

Perkiraan rata-rata faktor daya suatu instalasi : 0,65 Faktor daya yang diinginkan : 0,95 Maka dari table cos didapat angka : 0,84 Contoh :

Untuk menghindari denda PLN suatu instalasi dengan beban 100 kW memerlukan daya reaktif (Qc) sebesar := 0,84 x 100 = 84 kvar

P x 0,84 Qc .. (2.5) kw 100 x 0,84 Qc

15

kvar 84 Qc 3. Metode kwitansi PLN

Metode ini memerlukan data dari kwitansi PLN selama satu periode (misalnya satu tahun). Kemudian data perhitungan diambil dari pembayaran denda kvarh yang tertinggi. Data lain yang diperlukan adalah jumlah waktu pemakaian. Contoh:

Suatu pabrik yang beroprasi 8 jam/hari, membayar denda pemakaian kvar tertinggi pada tahun yang lalu untuk 63504 kvarh. Maka diperlukan capasitor bank dengan daya :

pemakaianWaktu nggiKvar terti Qc .. (2.6)

kvar 265 30/bulan x jam 8kvar 63504 Qc

4. Metode cos Metode ini menggunakan table cos . Data yang diperlukan adalah daya beban total dan faktor daya (cos ). Contoh : Sebuah instalasi pabrik memiliki faktor daya 0,7 unutuk beban puncak 600 kw. Untuk meningkatkan faktor daya menjadi 0,98 diperlukan daya capasitor sebesar :

16

Tabel 2-1. Table cos .

Dari table didapat angka : 0,82 Maka daya reaktif yang diperlukan :

P x 0,82 Qc . (2.6) kvar 249 kw 600 x 0,82 Qc

17

2.2 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik 2.2.1 Faktor-Faktor Penyebab Gangguan

Sistem tenaga listrik merupakan suatu sistem yang melibatkan banyak komponen dan sangat kompleks. Oleh karena itu, ada beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya gangguan pada sistem tenaga listrik, antara lain sebagai berikut. 1. Faktor Manusia

Faktor ini terutama menyangkut kesalahan atau kelalaian dalam memberikan perlakuan pada sistem. Misalnya salah menyambung rangkaian, keliru dalam mengkalibrasi suatu piranti pengaman, dan sebagainya. 2. Faktor Internal

Faktor ini menyangkut gangguan-gangguan yang berasal dari sistem itu sendiri. Misalnya usia pakai (ketuaan), keausan dan sebagainya. Hal ini bisa mengurangi sensitivitas rele proteksi, juga mengurangi daya isolasi peralatan listrik lainnya. 3. Faktor Eksternal

Faktor ini meliputi gangguan-gangguan yang berasal dari lingkungan sekitar sistem. Misalnya cuaca, gempa bumi, banjir, dan sambaran petir.

2.2.2 Jenis Gangguan Jika ditinjau dari sifat dan penyebabnya, jenis gangguan dapat

dikelompokkan sebagai berikut : 1. Hubung singkat.

18

Hubung singkat adalah terjadinya hubungan penghantar bertegangan atau penghantar tidak bertegangan secara langsung tidak melalui media (resistor/beban) yang semestinya sehingga terjadi aliran arus yang tidak normal (sangat besar). Hubung singkat merupakan jenis gangguan yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik, terutama pada saluran udara 3 fasa. Semua komponen peralatan listrik selalu diisolasi dengan isolasi padat, cair (minyak), udara gas, dan sebagainya. Namun karena usia pemakaian, keausan, tekanan mekanis, dan sebab lainnya, maka kekuatan isolasi pada peralatan listrik bisa berkurang atau bahkan hilang sama sekali. Hal ini akan mudah menimbulkan hubung singkat.

Pada bahan isolasi padat atau cair, gangguan hubung singkat biasanya mengakibatkan busur api sehingga menimbulkan kerusakan yang tetap dan gangguan ini disebut gangguan permanen. Pada isolasi udara yang biasanya terjadi pada saluran udara tegangan menengah atau tinggi, jika terjadi busur api dan setelah padam tidak menimbulkan kerusakan, maka gangguan ini disebut gangguan temporer. Arus hubung singkat yang begitu besar sangat membahayakan peralatan.

Gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi pada sistem tenaga listrik 3 fasa adalah sebagai berikut : Hubung singkat tiga fasa, Tiga fasa ke tanah,

19

Fasa ke fasa, Satu fasa ke tanah, Dua fasa ke tanah Fasa ke fasa dan pada waktu bersamaan dari fasa ke tiga dengan

tanah, Dua jenis gangguan yang pertama menimbulkan arus gangguan

hubung singkat simetris sedangkan empat jenis gangguan terakhir menimbulkan arus gangguan tidak simetris. 2. Beban lebih (OverLoad)

Beban lebih merupakan gangguan yang terjadi akibat konsumsi energi listrik melebihi energi listrik yang dihasilkan pada pembangkit. Gangguan beban lebih sering terjadi terutama pada generator dan transformator daya. Arus lebih ini dapat menimbulkan pemanasan yang berlebihan sehingga bisa menimbulkan kerusakan pada isolasi. 3. Tegangan Lebih (OverVoltage)

Tegangan lebih merupakan suatu gangguan akibat tegangan pada sistem tenaga listrik lebih besar dari yang seharusnya. Gangguan tegangan lebih dapat terjadi karena kondisi eksternal dan internal. Kondisi Internal: Hal ini terutama karena isolasi akibat perubahan

yang mendadak dari kondisi rangkaian atau karena resonansi. Misalnya operasi hubung pada saluran tanpa beban, perubahan yang mendadak, operasi pelepasan pemutus tenaga yang mendadak akibat hubung singkat pada jaringan, kegagalan isolasi, dan

20

sebagainya. Kondidi Eksternal: Kondisi eksternal terutama akibat adanya

sambaran petir. 4. Daya Balik (ReversePower)

Daya balik merupakan suatu gangguan yang terjadi pada generator-generator yang bekerja paralel. Pada kondisi normal generator-generator tersebut secara paralel akan bekerja secara serentak dalam membangkitkan tenaga listrik. Namun karena sesuatu sebab misalnya terjadi gangguan pada penggerak mula maka generator dapat berubah fungsi menjadi motor. 5. Gangguan stabilitas.

Generator yang tersambung pada sistem (bekerja pararel) bekerja serempak satu sama lainnya. Karena salah satu sebab misalnya terjadinya perubahan beban yang terjadi mendadak, terjadinya hubung singkat yang terlalu lama, maka akan terjadi ayunan putaran rotor sebagian dari generator pada sistem tersebut (lebih cepat atau lebih lambat dari putaran sinkron). Hal ini dapat mengakibatkan sebagian generator menjadi motor dan sebagian berbeban lebih dan hal ini berayun (bergantian), gangguan ini disebut gangguan stabilitas. Kejadian ini akan terjadi pada sistem tegangan tinggi atau ekstra tinggi yang telah luas misalnya pada sistem di Jawa. Gangguan ini harus segera diatasi, dengan cara melepas generator yang terganggu ataupun melepas daerah yang terjadi hubung singkat secepat mungkin, karena

21

dapat membahayakan generator itu sendiri atau membahayakan sistemnya.

2.3 Rele Proteksi 2.3.1 Pengertian Rele Proteksi

Pada saat terjadi gangguan pada sistem tenaga listrik, misalnya adanya arus lebih, tegangan lebih, dan sebagainya, maka perlu diambil suatu tindakan untuk mengatasi kondisi gangguan tersebut. Jika dibiarkan, gangguan itu akan meluas ke seluruh sistem sehingga bisa merusak semua peralatan sistem tenaga listrik yang ada. Untuk mengatasi hal tersebut, mutlak diperlukan suatu sistem pengaman yang andal. Salah satu komponen yang penting untuk pengaman tenaga listrik adalah rele proteksi.

Rele proteksi adalah susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan listrik yang bisa membahayakan atau tidak diinginkan. Jika bahaya itu muncul maka rele proteksi akan segera otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal. Rele proteksi dapat mengetahui adanya gangguan pada peralatan yang perlu diamankan dengan mengukur atau membandingkan besaran-besaran yang diterimanya, misalnya arus tegangan, daya, sudut fase frekuensi impedansi dan sebagainya sesuai dengan besaran yang telah ditentukan. Alat tersebut kemudian akan mengambil keputusan seketika

22

atau dengan perlambatan waktu untuk membuka pemutus tenaga atau hanya memberikan tanda tanpa membuka pemutus tenaga. Pemutus tenaga dalam hal ini harus mempunyai kemampuan untuk memutus arus hubung singkat maksimum yang melewatinya dan harus mampu menutup rangkaian dalam keadaan hubungan singkat yang kemudian membuka kembali. Disamping itu rele juga berfungsi untuk menunjukkan lokasi dan macam gangguannya. Berdasarkan data dari rele maka akan memudahkan kita dalam menganalisis gangguannya. 2.3.2 Fungsi Rele

Pada prinsipnya rele proteksi yang dipasang pada sistem tenaga listrik mempunyai 3 macam fungsi, yaitu

1. Merasakan, mengukur, dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta memisahkan secepatnya;

2. Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan yang terganggu;

3. Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem yang lain yang tidak terganggu didalam sistem tersebut serta dapat beroperasi normal. Rele proteksi tidak mengantisipasi atau mencegah terjadinya

gangguan yang pertama, tetapi untuk gangguan berikutnya. Sebab rele proteksi bekerja hanya setelah terjadi gangguan. Suatu pengecualian untuk rele Bucholf yang digunakan untuk proteksi trafo daya. Rele ini bekerja karena terjadinya akumulasi gas yang terjadi di dalam minyak

23

transformator akibat panas yaang dibangkitkan dan dekomposisi isolasi minyak trafo atau isolasi padat lainnya.

2.3.3 Persyaratan Rele Proteksi Pada sistem tenaga listrik, rele memegang peran yang sangat vital.

Pengaman berkualitas yang baik memerlukan rele proteksi yang baik juga. Untuk itu ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhi oleh rele pengaman, seperti tersebut berikut ini.

1. Kepekaan (Sensitivity) Rele harus mempunyai mempunyai kepekaan yang tinggi terhadap

besaran minimal (kritis) sebagaimana direncanakan. Rele harus dapat bekerja pada awal terjadinya gangguan. Oleh karena itu, gangguan lebih mudah diatasi pada awal kejadian. Hal ini memberi keuntungan dimana kerusakan peralatan yang harus diamankan menjadi kecil. Namun demikian, rele juga harus stabil, artinya Rele harus dapat membedakan antara arus gangguan atau arus

beban maksimum Pada saat transformator daya dihubungkan ke sistem, rele tidak

boleh bekerja karena adanya arus inrush, yang besarnya seperti arus gangguan, yaitu 3-5 kali arus beban maksimum;

Rele harus dapat membedakan adanya gangguan atau ayunan beban.

24

2. Keandalan (Reliability) Pada kondisi normal atau tidak ada gangguan, mungkin selama

berbulan-bulan atau lebih rele tidak bekerja. Seandainya suatu saat terjadi gangguan maka rele tidak boleh gagal bekerja dalam mengatasi gangguan tersebut. Kegagalan kerja rele dapat mengakibatkan alat yang diamankan rusak berat atau gangguannya meluas sehingga daerah yang mengalami pemadaman semakin luas.

Rele tidak boleh salah kerja, artinya rele yang seharusnya tidak bekerja, tetapi bekerja. Hal ini menimbulkan pemadaman yang tidak seharusnya dan menyulitkan analisa gangguan yang terjadi. Keandalan rele proteksi ditentukan dari rancangan, pengerjaaan, beban yang digunakan dan perawatannya.

Dalam hal ini yang harus dapat diandalkan tidak hanya relainya sendiri tetapi mulai dari trafo arus, trafo tegangan serta rangkaiannya, baterai serta pemutus bebannya, keandalan relai pengaman ditentukan mulai dari rancangan, pengerjaan, bahan yang digunakan dan perawatannya. Khusus pada relainya sendiri untuk relai elektro-magnetis bahan yang digunakan harus berkwalitas baik, hal ini didapat dengan cara pengujiannya dilakukan secara menyeluruh (semua komponen).

Oleh karena itu setelah operasi untuk mendapatkan keandalan yang tinggi diperlukan perawatan, dalam hal ini perlu adanya pengujian secara periodik, untuk menentukan apakah karakteristik relai masih

25

tetap atau memerlukan penyetelan kembali. Catatan tentang hasil pengujian pada saat ini perlu dibandingkan dengan hasil pengujian periode yang lalu, hal ini untuk menentukan karakteristik relai apakah stabil atau tidak sehingga dapat menentukan keandalan relai.

Keandalan relay dikatakan cukup baik bila mempunyai harga : 90 s/d 99 %. Misalnya dalam satu tahun terjadi gangguan sebanyak 25x dan relay dapat bekerja dengan sempurna sebanyak 23x, maka :

Keandalan rele = %100sempurnadengan bekerja Rele xguanBanyakgang

. (2.6)

Keandalan relai = %92%1002523 x

3. Selektivitas (Selectivity) Selektivitas berarti rele harus mempunyai daya beda terhadap

bagian yang terganggu, sehingga mampu dengan tepat memilih bagian dari sistem tenaga listrik yang terkena gangguan. Kemudian rele bertugas mengamankan peralatan atau bagian sistem dalam jangkauan pengamanannya. Tugas rele untuk mendeteksi adanya gangguan yang terjadi pada daerah pengamanannya dan memberikan perintah untuk membuka pemutus tenaga dan memisahkan bagian yang terganggu. Letak pemutus tenaga sedemikian rupa sehingga setiap bagian dari sistem dapat dipisahkan. Dengan demikian bagian dari sistem lainnya yang tidak terganggu jangan sampai dilepas dan masih beroperasi secara normal, sehingga tidak terjadi pemutusan pelayanan. Jika terjadi pemutusan atau pemadaman hanya terbatas pada daerah yang

26

terganggu. Contoh zona proteksi rele ditunjukkan pada gambar berikut. 4. Kecepatan Kerja Relai pengaman harus dapat bekerja dengan cepat karena : Kerusakan peralatan yaitu tembusnya isolasi dapat disebabkan

karena terjadinya tegangan lebih terlalu lama ataupun rusak terbakar karena dialiri gangguan yang terlalu lama. Dengan demikian relai pengaman harus bekerja dengan cepat..

Tidak boleh melampaui waktu penyelesaian kritis (critical clearing time).

Untuk sistem yang telah besar kecepatan kerja relai pengaman diperlukan karena untuk menjaga kestabilan sistem agar tidak terganggu. Gangguan fase tiga lebih berpengaruh pada kemampuan sistem untuk mempertahankan kestabilan, sehingga waktu penyelesaian gangguan harus secepatnya diselesaikan dibandingkan dengan bantuan fase satu tanah.

Gangguan hubung singkat yang tetap akan menyebabkn tegangan jatuh dan mengganggu industri. Namun demikian relai tidak boleh bekerja terlalu cepat (kurang dari 10 ms). Dalam hal ini arester di beri kesempatan kerja lebih dulu. Disamping itu bila dikehendaki waktu kerja relai diperlambat sehubungan masalah selektifitas, maka relai tersebut harus dilengkapi alat untuk memperlambat waktu kerja yaitu relai waktu.

Dengan demikian relai pengaman ini harus bekerja secepatnya

27

namun pengamanan harus lebih selektif. Relai harus cepat bereaksi / bekerja bila sistem mengalami gangguan atau kerja abnormal,

cbpop ttt .. (2.7) Di mana :

top = total waktu yang dipergunakan untuk memutuskan hubungan tp = waktu bereaksinya rele

tcb = waktu yang dipergunakan untuk pelepasan CB Pada umumnya untuk top sekitar 0,1 detik

5. Ekonomis Satu hal penting yang harus diperhatikan sebagai persyaratan rele

proteksi adalah masalah harga atau biaya. Rele tidak akan diaplikasikan didalam sistem tenaga listrik, jika harganya sangat mahal. Persyaratan reliabilitas, sensitivitas, selektivitas, dan kecepatan kerja rele tidak menyebabkan harga rele tersebut menjadi mahal.

2.4 Kode Dan Lambang Rele Proteksi Dalam single-line diagram (diagram garis tunggal) suatu sistem instalasi,

maka akan kita jumpai kode-kode angka maupun symbol proteksi pada keterangan gambarnya, hal ini dimaksudkan untuk mempermudah kita dalam membuat penamaan suatu peralatan. Masing masing peralatan proteksi tersebut dalam rangkaian satu garis digambarkan dalam bentuk lambang / kode. Berikut adalah Kode da lambang rele Proteksi berdasarkan standar ANSI C37-2 dan IEC 60617:

28

Nama Rele Kode ANSI Lambang IEC

Over Speed Relay 12

Under Speed Relay 14

Distance Relay 21

Over Temperature Relay 26

Under Voltage Relay 27

Over voltage Relay 59

Directional Overpower Relay 32

Negative Sequence Relay 46

Negative Sequence Voltage Relay 47

Thermal Relay 49

29

Instantaneous Overcurrent Relay 50

Inverse TimeOvercurrent Relay 51

Inverse Time Earth Fault Overcurrent Relay 50G

Definite Time Earth Fault Overcurrent Relay 51N

Voltage Restrained/controlled Overcurrent Relay 51V

Power Factor Relay 55

Neutral Point Displacement relay 59

Earth fault Relay 64

Directional Overcurrent Relay 67

Directional EarthFault Relay 67N

30

Phase Angle Relay 78

Autoreclose Relay 79

Underfrequency Relay 81U

Overfrequency relay 81O

Differential Relay 87

Table 2-2. Kode dan lambang rele proteksi 2.5 Klasifikasi Rele Proteksi

Klasifikasi klasifikasi relai pengaman yaitu : 1. Berdasarkan prinsip kerja

Relai elekromagnetik Relai induksi Relai moving coil Relai elektronik Relai elektrodinamik Relai polarisasi Relai thermis Relai digital

31

2. Berdasarkan kontruksinya : Tipe angker tarikan Tipe batang seimbang Tipe cakram induksi Tipe kumparan bergerak

3. Berdasarkan besaran yang diukur : Relai tegangan Relai arus Relai impedansi Relai frekuensi

4. Berdasarkan cara penyambungannya Relai seri Relai shunt Relai seri dan shunt

5. Berdasarkan cara kerja elemen kontrol Direct acting (langsung), kontrol elemen bekerja langsung

memutuskan aliran Indirect acting (tidak langsung), kontrol elemen hanya digunakan

untuk menutup kontak suatu peralatan lain digunakan memutus aliran

6. Berdasarkan cara menghubungkan sensing elemen Relai primer Relai sekunder, diperlukan CT dan atau PT

32

7. Berdasarkan tugasnya Relai utama, elemen utama dalam sistem pengamanan, berhubungan

langsung dengan besaran yang diamankan Relai bantu,elemen pembantu yang bertugas memperbanyak kontak,

menjalankan signal dan lainnya 8. Berdasarkan waktu bekerjanya rele

Tanpa kelambatan waktu Dengan kelambatan waktu

2.6 Relai arus lebih Relai arus lebih berfungsi merasakan adanya arus lebih dan kemudian

memberi perintah kepada pemutus beban untuk membuka. Relai arus lebih ini umumnya digunakan pada sistem tegangan rendah sampai tegangan tinggi.

Pengamanan dengan menggunakan relai arus lebih mempunyai bebrapa keuntungan yaitu:

1. Pengamanannya sederhana. 2. Dapat sebagai pengaman utama dan berfungsi juga sebagai pengaman

cadangan. 3. Harganya relatif murah.

2.7 Relai Kesalahan Pentanahan Relai pengaman gangguan penghubung singkat fasa ke tanah tergantung

dari besarnya arus gangguan tanah, sedang besarnya arus gangguan tanah sangat dipengaruhi oleh sistem pertanahannya.

Besarnya arus gangguan tanah (Io) adalah :

33

20 kV

800/5 A CB

1

OCR

F

nZZZZEI 30210

.. (2.8)

Dimana Z1, Z2 dan Z0 masing-masing merupakan total nlai impedansi urutan positif, negatif dan nol sistem dilihat dari titik gangguan ke sumber Zn merupakan impedansi pertanahannya, dan E merupakan tegangan fase Zn dapat merupakan tak terhingga besarnya, bila sistem tersebut tidak ditanahkan (pertanahan mengambang), Rn bila diketanahkan melalui reaktansi atau kumparan Petersen dan nol kalau sistem diketanahkan langsung.

Karena arus gangguan hubung singkat fase satu ke tanah dapat kecil sekali sampai besar sekali tergantung sistem pentanahannya maka gangguan ini selanjutnya di sebut gangguan tanah.

Bila arus gangguan tanah relatif kecil disarankan yang digunakan untuk penjumlahan arus ialah dengan trafo arus teroidal, hal ini untuk menghindari salah kerja karena kesalahan trafo arus. 2.8 Komponen-komponen Sistem Proteksi

Sistem proteksi terdiri dari : 1. Transformator instrument (CT dan PT) 2. Rele proteksi 3. Pemutus tenaga (CB, PMT)

Gambar 2-2. Diagram garis tunggal komponen sistem proteksi

34

2.8.1 Transformator Instrument

Transformator instrument berfungsi untuk memonitor arus atau tegangan dan menurunkan besar kedua besaran tersebut ke suatu nilai yang sesuai untuk keperluan rele proteksi.

1. Klas-klas peralatan transformator yaitu : Transformator Tegangan :

o 3P ; 6P (pengaman) o 0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3 (pengukuran)

Transformator arus : o 5P ; 10P (pengaman) o 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1,5 ; 3 ; 5 (pengukuran)

2. Kapasitas peralatan transformator yaitu : Transformator Tegangan : 10 ; 15 ; 25 ; 30 ; 50 ; 75 ; 100 ; 150 ;

200 ; 300 ; 400 ; 500 VA Transformator arus : 2,5 ; 5 ; 10 ; 15 ; 30 VA

Di atas 30VA untuk penggunaan yang khusus 3. Standar ratio primer dan sekunder :

Transformator Tegangan : o Primer PT : sesuai dengan tegangan sistem o Sekunder PT : 100 V; 110 V;100/V3 ; 110/V3 V

Transformator arus : o Primer CT : 10 ; 15 ; 20 ; 25 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 75 ; 100 ;

35

150 ; 200 ; 250 ; 300 ; 400 ; 500 ; 600 ; 800 ; 1000 ; 1200 ; 1500 ; 2000 ; 2500 ; 3000 ; 4000 ; 5000 A ; 6000 A

o Sekunder CT : 1 A atau 5 A 4. Pengaruh pengaruh yang ada pada transformator arus :

Impedansi beban Frekuensi Sudut phasa sekunder

5. Pengaruh pengaruh yang ada pada transformator tegangan : Perubahan tegangan Frekuensi Arus sekunder (VA) Power faktor sekunder

2.8.2 Rele Proteksi Rele proteksi berfungsi untuk membandingkan besar arus atau

tegangan yang diterimanya dari trafo instrument dengan nilai setelannya. Jika sinyal input melebihi nilai setelan rele, maka rele akan trip dan memberikan sinyal ke suatu pemutus tenaga. 2.8.3 Pemutus tenaga (PMT)

Pemutus tenaga (PMT) ataui lebih dikenal dengan istilah asingnya circuit breaker merupakan suatu piranti sakelar magnetik yang secara otomatis akan membuka atau memutuskan rangkaian listrik apabila terjadi ketidaknormalan pada sistem tanpa adanya kerusakan.

36

2.8.3.1 Cara Pemadaman Busur Ada dua metode untuk memadamkan busur yang terjadi pada

pemutus tenaga: 1. Metode Tahanan Tinggi

Pada metode ini menggunakan suatu tahanan atau (resistant) yang dimasukkan pada rangkaian dimana busur didinginkan secara simultan. Hal ini dengan cepat akan mengurangi besarnya arus hingga pada suatu nilai tertentu busur akan hilang.

2. Metode Arus Nol Metode arus nol memanfaatkan sifat dari arus bolak-balik yang akan mencapai harga nol untuk setiap periode. Pada saat akan mencapai nol, maka celah antara kontak akan mengandung banyak ion dan elektron sehingga dengan mudah dapat dibreakdown oleh tegangan pukul sehingga busur akan tetap ada. Prosses ini akan berlangsung berulang-ulang. Oleh karena itu, jelaslah bahwa dengan adanya busur, maka ruang di antara elektroda akan terionisasi, menjadi ion dan elektron.

2.8.3.2 Syarat-Syarat Pemutus Tenaga Ada beberapa syarat yang harus dipenuhi oleh pemutus

tenaga agar bisa bekerja dengan baik, antara lain sebagai berikut : 1. Kemampuan menutup dan dialiri

Mampu menutup dan mampu dialiri arus beban penuh dalam waktu lama.

37

2. Bekerja Secara Otomatis Membuka secara otomatis untuk membuka beban atau beban lebih.

3. Bekerja Cepat Harus dapat memutuskan rangkaian dengan cepat, jika terjadi hubung singkat.

4. Tahan pada tegangan rangkaian Celah (gap) yang ada harus tahan terhadap tegangan rangkaian , bila kontak membuka.

5. Dapat dialiri arus hubung singkat Mampu dialiri arus hubung singkat sampai gangguan hilang.

6. Mampu memutus arus magnetisasi transformator Mampu memutuskan arus magnetisasi transformator atau jaringan dan arus pemuatan (charging current).

7. Tahan terhadap situasi dan kondisi Mampu menahan efek busur kontak, gaya elektromagnetik atau kondisi panas yang tinggi akibat hubung singkat

2.8.3.3 Istilah-Istilah Dalam Pemutus Tenaga 1. Waktu Kerja (operating time) : Merupakan waktu yang

diperlukan pemutus tenaga unutk bekerja, yaitu waktu yang diperlukan untuk membuka kontak (memutuskan rangkaian).

2. Waktu Busur (arcing time) : Waktu awal pemutusan kontak pemutus tenaga sampai padamnya busur yang terjadi.

38

3. Waktu Putus Total (total breaking time) : Merupakan penjumlahan antara waktu kerja dengan waktu busur.

4. Tegangan Pukul (restriking voltage) : Merupakan tegangan pada terminal masing-masing kutub dan pada pemutus tenaga , terjadi setelah pemutusan.

5. Tegangan Kembali (recovery Voltage) : Merupakan tegangan yang ada pada kontak-kontak pemutus tenaga setelah terjadinya pemadaman busur. Besarnya tegangan kembali biasanya sama dengan tegangan fase netral.

6. Tingkat Kenaikan Tegangan Pukul (rate of rise restriking voltage) : Merupakan suatu tingkatan yang ditunjukan dalam volt per mikrodetik. Tingkat kenaikannya menunjukkan kenaikan tegangan pukul.

7. Frekuensi asli (natural Frequency) : Frekuensi dari suatu rangkaian adalah frekuensi dimana rangkaian akan berosilasi apabila hal tersebut bisa dilakukan.

8. In (Rated Current) : Arus rating kontinyu/arus nominal pada CB.

9. Icu (Rated Ultimate Breaking Capacity) : Kemampuan CB untuk dapat memutuskan arus hubung singkat maksimum tanpa menyebabkan kerusakan/meleleh pada contact contacnya.

10. FLC Full Load Current : Arus kontinyu beban tanpa

39

menyebabkan CB trip. 11. Trip unit

L : Long Time Trip Function o Pick Up LTPU ( Dalam Ampere) / Ir/ Irth / 51 (ANSI

CODE) : Disetting diatas arus beban FLC. Dari contoh gambar switch dibawah range Ir adalah 0.2 1 kali In CB. Jika terjadi overload/ beban lebih dan arus yang mengalir melebihi Ir yang telah diset maka berdasarkan LTD CB akan ope/trip. Misal : FLC motor = 1000 A. In pada CB = 2000 A. Maka Ir misalnya disetting = 0,5 X In = 2000 A

Gambar 2-3. Setting Pick Up LTPU / Ir/ Irth / 51 (ANSI CODE)

o Delay LTD ( Dalam Second)/ tr : Fungsi delay digunakan untuk memberikan ruang pada overcurrent yang tidak berbahaya atau normal untuk tetap dapat mengalir. Misalnya arus inrush saat starting motor atau saat energizing transformers tanpa menyebabkakn ACB trip/open.

40

Referensi untuk menentukan tr adalah perkalian dengan Ir. Range pada contorh gambar dibawah adalah 2.2 27 dalam seconds.

Gambar 2-4. Setting Delay LTD / tr

S : Short Time Trip Function o Pick Up STPU (Ampere) / Isd /51(ANSI CODE) :

Digunakan jika terjadi hubung singkat/short circuit yang nilainya kecil. Setting STPU lebih tinggi dibandingkan LTPU. Bekerja berdasarkan funsgi inverse dimana semakin besar arus maka semakin cepat waktu trippingnya. Selain itu untuk menjaga selektivitas sistem proteksi adalah dengan memberikan setelan waktu yang pendek agar memberikan kesempatan pada CB sisi downstream untuk mengisolasi gangguan sehingga tidak mentripkan CB sisi upstream. Ring setting pada contoh switch trip unit dibawah ini adalah antara 1.5 10 kali Ir.

41

Gambar 2-5. Setting Pick Up STPU / Isd /51(ANSI CODE)

o Delay STD ( dalam second) / tsd : Settingan waktu tsd terkait dengan settingan arus pick up STPU diatas untuk menjamin selektivitas koordinasi antara CB.

Gambar 2-6. Setting Delay STD / tsd

I : Instantaneous / Ii/ 50 (ANSI CODE) Digunakan untuk mentripkan CB tanpa waktu tunda dengan ring 2 40 kali Ir. Interupsi seketika ini terjadi ketika arus lebih short circuit yang sangat besar terjadi, sehingga meminimalisasikan dampak kerusakan pada sistem elektrikal dan peralatan (motor, kabel, CB, Switchgear).

42

Gambar 2-7. Instantaneous / Ii/ 50 (ANSI CODE).

G : Ground Fault/ Ig/ 50/51 N (ANSI CODE) Penambahan fungsi dari trip unit untuk mendeteksi arus hubung singkat ke tanah yang nilainya lebih kecil dibandingkan short circuit non hubung tanah.

Gambar 2-8. : Ground Fault/ Ig/ 50/51 N (ANSI CODE)

2.8.3.4 Kapasitas Pemutus Tenaga Kapasitas pemutusan dari pemutus tenaga diartikan sebagai

arus yang dapat diputuskan oleh pemutus tenaga pada tegangan

43

tertentu. Kapasitas pemutusan biasanya diubah dalam ke dalam besaran daya (MVA). 1. Arus pemutusan simetris

Arus simetris ini merupakan harga rms komponen AC dari arus yang diputuskan oleh pemutus tenaga .

2. Arus pemutusan asimetris Arus pemutusan asimetris merupakan harga rms dari kombinasi komponen AC dan DC dari arus yang dapat dipuituskan pada tegangan tertentu oleh satu kutub (pole) dari pemutus tenaga.

2.8.3.5 Jenis-Jenis Pemutus Tenaga 1. MCB (Miniatur Circuit Breaker)

MCB adalah suatu rangkaian pengaman yang dilengkapi dengan komponen thermis (bimetal) untuk pengaman beban lebih dan juga dilengkapi relay elektromagnetik untuk pengaman hubung singkat.

MCB banyak digunakan untuk pengaman sirkit satu fasa dan tiga fasa. Keuntungan menggunakan MCB, yaitu : 1. Dapat memutuskan rangkaian tiga fasa walaupun terjadi

hubung singkat pada salah satu fasanya. 2. Dapat digunakan kembali setelah rangkaian diperbaiki akibat

hubung singkat atau beban lebih. 3. Mempunyai respon yang baik apabila terjadi hubung singkat

atau beban lebih.

44

Pada MCB terdapat dua jenis pengaman yaitu secara thermis dan elektromagnetis, pengaman termis berfungsi untuk mengamankan arus beban lebih sedangkan pengaman elektromagnetis berfungsi untuk mengamankan jika terjadi hubung singkat.

Pengaman thermis pada MCB memiliki prinsip yang sama dengan thermal overload yaitu menggunakan dua buah logam yang digabungkan (bimetal), pengamanan secara thermis memiliki kelambatan, ini bergantung pada besarnya arus yang harus diamankan, sedangkan pengaman elektromagnetik menggunakan sebuah kumpa- ran yang dapat menarik sebuah angker dari besi lunak.

MCB dibuat hanya memiliki satu kutub untuk pengaman satu fasa, sedangkan un- tuk pengaman tiga fasa biasanya memiliki tiga kutub dengan tuas yang disatukan, sehingga apabila terjadi gangguan pada salah satu kutub maka kutub yang lainnya juga akan ikut terputus.

Berdasarkan penggunaan dan daerah kerjanya, MCB dapat digolongkan menjadi 5 jenis ciri yaitu : 4. Tipe Z (rating dan breaking capacity kecil) Digunakan untuk

pengaman rangkaian semikonduktor dan trafo-trafo yang sen- sitif terhadap tegangan.

45

5. Tipe K (rating dan breaking capacity kecil) Digunakan untuk mengamankan alat-alat rumah tangga.

6. Tipe G (rating besar) untuk pengaman motor. 7. Tipe L (rating besar) untuk pengaman kabel atau jaringan. 8. Tipe H untuk pengaman instalasi penerangan bangunan 2. MCCB (Mold Case Circuit Breaker)

MCCB merupakan salah satu alat pengaman yang dalam proses operasinya mem- punyai dua fungsi yaitu sebagai pengaman dan sebagai alat untuk penghubung.

Jika dilihat dari segi pengaman, maka MCCB dapat berfungsi sebagai pengaman gangguan arus hubung singkat dan arus beban lebih. Pada jenis tertentu pengaman ini, mempunyai kemampuan pemutusan yang dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan. 3. ACB (Air Circuit Breaker)

ACB (Air Circuit Breaker) merupakan jenis circuit breaker dengan sarana pemadam busur api berupa udara. ACB dapat digunakan pada tegangan rendah dan tegangan menengah. Udara pada tekanan ruang atmosfer digunakan sebagai peredam busur api yang timbul akibat proses switching maupun gangguan. 4. OCB (Oil Circuit Breaker)

Oil Circuit Breaker adalah jenis CB yang menggunakan minyak sebagai sarana pemadam busur api yang timbul saat terjadi gangguan. Bila terjadi busur api dalam minyak, maka minyak yang

46

dekat busur api akan berubah menjadi uap minyak dan busur api akan dikelilingi oleh gelembung-gelem- bung uap minyak dan gas.

Gas yang terbentuk tersebut mempunyai sifat thermal conductivity yang baik dengan tegangan ionisasi tinggi sehingga baik sekali digunakan sebagi bahan media pemadam loncatan bunga api. 5. VCB (Vacuum Circuit Breaker)

Vacuum circuit breaker memiliki ruang hampa udara untuk memadamkan busur api, pada saat circuit breaker terbuka (open), sehingga dapat mengisolir hubungan setelah bunga api terjadi, akibat gangguan atau sengaja dilepas. Salah satu tipe dari circuit breaker adalah recloser. Recloser hampa udara dibuat untuk memutus- kan dan menyambung kembali arus bolak-balik pada rangkaian secara otomatis. Pada saat melakukan pengesetan besaran waktu sebelumnya atau pada saat recloser dalam keadaan terputus yang kesekian kalinya, maka recloser akan terkunci (lock out), sehingga recloser harus dikembalikan pada posisi semula secara manual. 6. SF6CB (Sulfur Circuit Breaker)

SF6 CB adalah pemutus rangkaian yang menggunakan gas SF6 sebagai sarana pemadam busur api. Gas SF6 merupakan gas berat yang mem- punyai sifat dielektrik dan sifat mema- damkan busur api yang baik sekali. Prinsip pemadaman busur apinya adalah Gas

47

SF6 ditiupkan sepanjang busur api, gas ini akan mengambil panas dari busur api tersebut dan akhirnya padam. Rating tegangan CB adalah antara 3.6 KV 760 KV.

2.8.3.6 Komponen Tambahan Pada Pemutus Tenaga Agar dapat di otomatiskan maka pemutus tenaga perlu

dilengkapi dengan Motor Mekanis (M), Under Voltage Trip (UVT), Closing Coil (CC), Shunt Trip (SHT). 1. Motor Mekanis (M)

Motor mekanis pada pemutus tenaga berfungsi sebagai pengganti pompa manual (handle), Motor mekanis akan bekerja bila mendapat sumber tegangan dan akan berhenti apabila tekanan udara yang dibutuhkan oleh breaker sudah terpenuhi.

2. Under Voltage Trip (UVT) Under voltage trip pada pemutus tenaga berfungsi sebagai kontrol, dimana digunakan untuk men-tripkan pemutus tenaga. Apabila UVT tidak diberi tegangan maka pemutus tenaga tidak akan bisa di onkan, selalu dalam kondisi trip, pemutus tenaga hanya bisa di hidupkan dengan terlebih dahulu memberi tegangan pada UVT.

3. Shunt Trip (SHT) Shunt Trip pada pemutus tenaga berfungsi sebagai kontrol, dimana digunakan untuk men-tripkan pemutus tenaga. SHT

48

pada dasar merupakan kebalikan dari UVT. Bila SHT diberi tegangan maka breaker akan trip, sehingga pada kondisi pemutus tenaga hidup tidak boleh diberi tegangan kecuali memang bermaksud untuk men-trip breaker.

4. Closing Coil (CC) Closing Coil pada pemutus tenaga berfungsi sebagai kontrol breaker, dimana digunakan untuk menghidupkan breaker. Apabila CC diberi tegangan, dengan terlebih dahulu memberi tegangan pada UVT (apabila UVT dan CC diberi tegangan bersamaan maka mekanisme pada breaker akan memblocking sehingga breaker tidak dapat dihidupkan) maka breaker dapat dihidupkan dari posisi off.