sptl 1

SISTEM PENGAMAN SISTEM PENGAMAN TENAGA LISTRIK TENAGA LISTRIK

SISTEM PENGAMAN SISTEM PENGAMAN TENAGA LISTRIK TENAGA LISTRIK

WAHYUDIWAHYUDITeknik Elektro ITSTeknik Elektro ITS

SISTEM PENGAMAN TENAGA LISTRIK

MATERI• Gangguan2 pada sistem tenaga listrik• Pengertian, Fungsi dan Persyaratan Rele Pengaman• Klasifikasi Rele Pengaman• Alat bantu rele pengaman• Pengaman Pada Sistem Tenaga Listrik • Penggunaan Rele Pengaman pada sistem tenaga Rele Arus Lebih/Over current relay ( 50,51,51G,51N,64 ) Rele arah/directional relay ( 67 ) Rele jarak/Distance relay ( 21 ) Rele Differensial/Differential relay ( 87 ) dsb• Setting dan koordinasinya dalam sistem tenaga listrik• Pengetanahan peralatan dan pengetahan sistem/netral• Hubungan sistem pengetanahan dengan sistem pengaman• Spesial problem

Daftar pustaka • M.Titarenko & I.Noskov “Protective Relaying in

Electric Power System “• Turan Gonen “Modern Power System Analysis”• Sunil S Rao “Swich gear and Protection “• GEC Alsthom “Protective Relays Application Guide“• R Wilheim and M Waters “Neutral Grounding in

High Voltage Transmission “• T.S.Hutauruk “Pengetahanan Netral Sistem Tenaga

dan Pengetanahan Peralatan “• Manual2 rele pengaman : - ABB - Siemens - MG - PLN - Fuji - Toshiba

- AEG dll

GANGGUAN 2 PADA GANGGUAN 2 PADA SISTEM TENAGA LISTRIK SISTEM TENAGA LISTRIK

GANGGUAN 2 PADA GANGGUAN 2 PADA SISTEM TENAGA LISTRIK SISTEM TENAGA LISTRIK


Gangguan2 pada sistem tenaga listrik

Sifat gangguan : - sementara/temporer - permanen Asal gangguan : - dari dalam - dari luar sistem

Gangguan arus lebih• Ganguan beban lebih I > I nom

• Gangguan hubung singkat - satu phasa ketanah - phasa – phasa - dua phasa ketanah - tiga phasa/simetri

Rumus – rumus gangguan hubung singkat

Gangguan hubung singkat simetri dan

phasa-phasa- Gangguan hubung singkat tiga phasa I hs = If 3ph = Vf/Z1 ( pu ) If 3ph = MVAf /V3 KV ( KA )

MVA fault = MVAb/Z1(pu)

- Gangguan hubung singkat phasa – phasa

If 2ph = 0,866 If 3ph

Gangguan jatuh tegangan

• Selisih tegangan pengiriman dengan tegangan penerimaan

Tergantung parameter saluran : R , L , C dan G serta pada beban

dan power faktor

Gangguan petir• Bunga api listrik(electrical discharge) diudara, antara

awan dengan awan atau awan dengan bumi / tanah - Merupakan gelombang berjalan - Tegangan lebih ( over voltage )

• Gelombang sambaran petir - Sambaran langsung mengenai ril dan atau

peralatan GI, tidak mungkin ditahan oleh isolasi yang ada - Sambaran induksi, awan menginduksikan muatan

listrik yang polaritasnya berlawanan dan menimbulkan muatan terikat pada peralatan serta terjadi pelepasan muatan dari awan, merupakan gelombang berjalan yang besarnya tergantung keadaan pelepasan antara 100 s/d 200 KV

- Sambaran dekat, gelombang berjalan yang datang ke peralatan GI dari sambaran petir pada saluran transmissi

Gangguan Surja Hubung

• Penutupan saluran tak serempak pada pemutus tiga phasa ( 2,76 pu )

• Penutupan kembali saluran dengan cepat( 2,5 sampai 4,25 pu)

• Pelepasan beban akibat gangguan (1,1 sampai 1,2 pu)• Penutupan saluran yang semula tidak masuk sistem

jadi masuk sistem (1,5 pu)• Switching transformator yaitu terpotongnya arus

pembangkitan pada transformator ( 2,75 pu )• Switching reaktor & kapasitor untuk pengaturan

tegangan sistem ( 2,5 pu )

Jadi tegangan lebih akibat proses switching berkisar antara 1,1 pu sampai 4,25 pu

Pengertian dan Pengertian dan Fungsi Rele Fungsi Rele PengamanPengaman

Pengertian dan Pengertian dan Fungsi Rele Fungsi Rele PengamanPengaman


Rele Pengaman

S E N S IN GE L E M E N T

C O M P AR IS O NE L E M E N T

C O N TR O LE L E M E N T

A

B

I

TR IP / S IG N AL S E T

R E L E

G AN G G U AN R E L E PE M U TU S

Peralatan listrik yang dirancang untuk mulai pemisahan bagian sistem tenaga listrik atau untuk mengoperasikan signal bila terjadi gangguan

BLOK DIAGRAM

Untuk menjamin keandalan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan sbb :

-Kecepatan BereaksiSaat mulai ada gangguan sampai

pelepasan pemutus (CB), dimana kadang-kadang diperlukan kelambatan waktu :

top = tp + tcb top= waktu total tp = waktu bereaksi dari unit rele tcb= waktu pelepasan CB

Kecepatan pemutus arus gangguan dapat mengurangi kerusakan serta menjaga stabilitas operasi mesin-mesin

Syarat-syarat rele pengaman

-Kepekaan Operasi ( sensitivity )Kemampuan rele pengaman untuk memberikan respon bila merasakan gangguan.

-Selektif ( selectivity )Kemampuan rele pengaman untuk menentukan titik dimana gangguan muncul dan memutuskan rangkaian dengan membuka CB terdekat.

Ks = Ihsmin/Ipp

Ihs min = arus hubung singkat minimum Ipp = arus pick-up pada sisi primer trafo arus

-Keandalan ( reliability )Jumlah rele yang bekerja atau mengamankan terhadap jumlah gangguan yang terjadi. Keandalan rele yang baik adalah 90-99 %

-EkonomisPenggunaan rele selain memenuhi syarat diatas, juga harus disesuaikan dengan harga peralatan yang diamankan.

Didalam penerapan rele perlu diperhatikan beberapa kondisi sistem

tenaga listrik

• Daya terbalik : arus dan tegangan gangguan berubah dengan berubahnya arah daya.

• Sistem pentanahan netral : arus dan tegangan berubah dengan berubahnya sistem pentanahan.

• Rangkaian ganda ( double circuit ) dan bercabang ditengah : pada saluran multi circuit sejajar perlu diperhatikan impedansi urutan nolnya karena pengaruh pentanahan rangkaian lain yang mempengaruhi perubahan arus urutan nol sehingga mempengaruhi kemampuan rele jarak disamping arus gangguan mengalir kedaerah luar perlindungan dan berpengaruh pada rele arah.

Pemilihan macam rele pengaman yang dipergunakan

• Tipe dan rating peralatan • Tingkat kepentingan peralatan • Lokasi atau letak peralatan dalam sistem

tenaga• Kemungkinan terjadinya gangguan • Harga peralatan

Fungsi Rele Pengaman

• Membunyikan alarm, menutup rangkaian trip dari pemutus rangkaian untuk membebaskan peralatan dari gangguan yang terjadi.

• Membebaskan bagian yang bekerja tidak normal

• Membebaskan dengan segera bagian yang terganggu

• Melokalisir akibat dari gangguan• Memberikan petunjuk atas lokasi serta

macam dari gangguan• Penghematan ± 0,5 – 2 %

FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PERENCANAAN DAN KONSTRUKSI RELE

-Karakteristik rele bekerja atas dasar tanggapan thdp jenis gangguan-Daerah Penyetelan variabel setting rele-Spesifikasi rele sesuai dengan negara pemakai -Ketahanan terhadap effek transient-Konstruksi rele harus kompak, sederhana dan mempermudah pemeliharaan -Pengawatan dan pengaturan terminal sehingga mudah testing dan pencarian gangguan -Modifikasi disesuaikan dengan kondisi

Klasifikasi Rele Klasifikasi Rele PengamanPengaman

Klasifikasi Rele Klasifikasi Rele PengamanPengaman


Klasifikasi rele pengaman• Berdasarkan prinsip kerja

–rele elekromagnetik –rele induksi –rele moving coil -rele elektronik –rele elektrodinamik –rele polarisasi –rele thermis –rele digital dll

• Berdasarkan besaran yang diukur arus, tegangan, daya, impedansi, reaktansi, frekwensi, dsb dibedakan atas rele2 yang bekerja bila -diatas besaran yang ditentukan( over ) -dibawah besaran yang ditentukan ( under ) -arah aliran daya ( directional )

• Berdasarkan cara penyambungannya -

rele seri -rele shunt -rele seri dan shunt

• Berdasarkan cara kerja element kontrol –direct acting (langsung) –indirect acting (tidak langsung )

• Berdasarkan cara menghubungkan sensing element -rele primer –rele secondair, diperlukan CT dan atau PT

• Berdasarkan tugasnya -rele utama, elemen utama dalam sistem pengamanan, berhubungan langsung dengan besaran yang diamankan –rele bantu,elemen pembantu yang bertugas memperbanyak kontak, menjalankan signal dan lainnya

• Berdasarkan waktu bekerjanya rele –tanpa kelambatan waktu –dengan kelambatan waktu

Peralatan Bantu Rele Peralatan Bantu Rele Pengaman Pengaman

Peralatan Bantu Rele Peralatan Bantu Rele Pengaman Pengaman


Peralatan Transformator

Transformator ada dua macam yaitu :• Transformator Tenaga• Transformator Peralatan

– alat bantu pengukuran - alat bantu pengaman

Transformator Peralatan ada dua macam yaitu

• Transformator arus ( CT )• Transformator tegangan ( PT )

NameplatePeralatanTransformator • Angka transformasi• Rating dari arus – arusnya• Rating tegangan• Rating daya (VA)• Rating frekuensi secara umum peralatan

transformator adalah per phasa

Klas peralatan Transformator :Transformator tegangan : 3P ; 6P (pengaman)

0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3 (pengukuran)

Transformator arus : 5P ; 10P (pengaman)

0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1,5 ; 3 ; 5 (pengukuran)

Transformator tegangan : 10 ; 15 ; 25 ; 30 ; 50 ; 75 ; 100 ; 150 ;200 ; 300 ; 400 ;500 VA

Transformator arus : 2,5 ; 5 ; 10 ; 15 ; 30 VADiatas 30 VA untuk penggunan yang khusus

Kapasitas peralatan transformator

Standart Primer/Sekunder

• Sekunder CT : 5 A atau 1 A• Primer CT : 10 ; 12,5 ; 15 ; 20 ; 25 ; 30 ; 40 ;

50 ; 60 ; 75 ; 100 ; 150 ; 200 ; 250 ; 300 ; 400 ; 500 ; 600 ; 800 ; 1000 ; 1200 ; 1500 ; 2000 ; 2500 ; 3000 ; 4000 ; 5000 A

• Sekunder PT : 100 V; 110 V;100/V3 ; 110/V3 V• Primer PT : sesuai dengan tegangan sistem

3100

Rangkaian CT Terhubung Bintang

Rangkaian CT Terhubung Delta

Sumation CT

Pengaruh – pengaruh yang ada pada transformator arus - impedansi beban- frekuensi- sudut phasa sekunder

Pengaruh – pengaruh yang ada pada transformator tegangan - perubahan tegangan- frekuensi- arus sekunder (VA)- power faktor sekunder

Circuit breaker ( CB ) kontak-kontak otomatis yang dapat memutuskan rangkaian dalam keadaan normal maupun gangguan dan selalu dilengkapi rele pengaman

MVA breaking = k MVA fault k = konstanta yang besarnya tergantung tegangan dan berapa cycle CB trip

Macam – macam CB : -Air break CB - Minimum OCB - Air blast CB - Vacum CB - Oil CB - SF6 CB

Disconnecting Switch ( DS ) peralatan yang berfungsi untuk memisahkan rangkaian dalam keadaan tidak ada beban

DS dan CB saling interlock yang fungsinya untuk menjamin tidak ada kesalahan urutan operasi

Pengaman Pada Pengaman Pada SistemSistemTTenaga Listrikenaga Listrik

Pengaman Pada Pengaman Pada SistemSistemTTenaga Listrikenaga Listrik


Daerah Pengaman pada Sistem Tenaga Listrik

Penempatan peralatan pengaman pada Stator, Rotor dan Prime Mover

Abnormal Condition Protection Remarks

Incipient faults below oil level

resulting in decomposition of oil,

faults between phases and between

phase and ground

Buchholz relay sounds

alarm (Gas actuated relay)

Buchholz relay used for

transformer of rating 500 KVA

and above

1. Buchholz relay trips the

circuit breaker

Buchholz relay too slow and less

sensitive

Large internal faults phase to phase,

phase to ground, below oil level

2. Merz Price percentage

differential protection

3. High speed high set

overcurrent relay

Merz Price percentage

differential protection used for

transformers of and above 5

MVA

1. Merz Price percentage

differential protection

For transformer of and above 5

MVA

Earth faults 2. Earth fault relay a. Instantaneous Restricted

E.F. Relay

b. Time lag E.F Relay

1. Graded time lag over

current relay

Protection of distribution

transformer Through faults

2. H.V Fuses Small distribution transformer up

to 500 KVA

Overloads

1. Thermal overload relay

2. Temperature relays

sound alarm

Generally temperature indicators

are provided on the transformers.

Temp. increase is indicated on

control board also. Fans started

at certain temp.

Table Power Transformer Protection

Abnormal Condition Protection Remarks

1. Horn gaps Not favoured for important

transformer

High Voltage Surges due lightning,

switching

2. Lightning arresters In addition to L.A.s for incoming

lines

Only fuses for earth fault protections and phase fault

protection. Overload protection generally not

provided Small distribution transformer

For more important transformers of about 500 KVA

Over current relays

Instantaneous earth fault relays

Transformers in important locations ratings 500

KVA and above

Restricted earth fault protection

Over urrent protection

Buchholz relay

Lanjutan tabel power transformer protection

Protection of Generator

Transformer together

Generator-transformer overall differential protection*

Generator protection Generator differential protection*

Stator earth fault protection*

Negative phase sequence protection against-

unbalanced loading***

Inter-turn fault protection

Reverse power protection

Field failure protection**

Rotor earth fault protection

Temperature sensors in slots***

Overcurrent relays in stator and rolar circuits

Lightning arrester for generator overvolatage protection

Protection of unit

auxiliary transformer

Differential protection*

Restricted earth fault protection*

Buchholz relay

Overcurrent protection

Winding and oil temperature sensors

Protection of main

transformer

HV overcurrent protection*

HV Restricted earth fault protection*

Buchholz relay

Winding and oil temperature sensors

Lightning arresters on HV side

Table Protection of Large Generator Transformer Unit

Protection of Generator

Transformer together

Generator-transformer overall differential protection*

Preventive measures

sound alarm on control

panel

Continous monitoring of outlet temperature of gaseous

or liquid coolants

Flow monitors

Low noiler pressure alarm/trip

Lubrication oil failure

Emergency trip

Low vacuum

* Trip generator c.b., close throttle valves, open field c.b.,open auxiliary c.b

** Close emergency throttle valves main c.b. opened only after operation of

interlocking reverse power relay

*** Trip main circuit breaker only

Lanjutan tabel Generator-Transformer Protection

Abnormal

condition

Alternate forms of protections

from which choice is made

Remarks

Overload - Overload release

- Thermal overload relays

- Inverse overcurrent relays

- Miniature circuit breaker

with built in trip

- overload protection givem for

almost all motors

Phase fault and

earth faults

- HRC fuses

- High set instantaneous

overcurrent relays

- Differential protection

- Differential protection

becomes economical for

motors above about 1200

HP. Below this high set

instantaneous protection is

preferred

Undervoltage - undervoltage release

- undervoltage relays

- undervoltage release

incorporated every

starter

- undervoltage relays used

in certain applications

Unbalanced

Voltage

- Negative phase sequence

relay

- only in special

applications

Reverse phase

sequence

- Phase reversal relays

- Generally at support point

- Prevents reverse of running

Protection Chart for Induction Motors

Abnormal

condition

Alternate forms of protections

from which choice is made

Remarks

Single Phasing - Usual thermal overload

relays

- Special single phase

preventer

- Recently developed

static single phasing

devices becoming

popular

Stalling - thermal relays

- Instantaneous O.C Relays

Rotor Faults - Instantaneous overcurrent

relays

- only for motors

Lanjutan Tabel Protection for Induction Motors

sptl 1

Engineering