SYARAT-SYARAT DAN APLIKASI RELAY PROTEKSI

A. Definisi Relay Proteksi

Relai adalah suatu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengatur

memasukan suatu rangkaian listrik (rangkaian trip atau alarm) akibat adanya

perubahan lain.

B. Syarat-syarat Relay Proteksi

Dalam perencanaan sistem proteksi, maka untuk mendapatkan suatu sistem pro

teksi yang baik diperlukan persyaratan-persyaratan sebagai berikut :

1. Sensitif (Sensitivity)

Pada prinsipnya relay proteksi harus mampu mendeteksi adanya

gangguan yang terjadi di daerah pengamanannya dan harus cukup sensitif

untuk mendeteksi gangguan tersebut dengan rangsangan minimum dan bila

perlu hanya mentripkan pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian

sistem yang terganggu, sedangkan bagian sistem yang sehat dalam hal ini tidak

boleh terbuka.

2. Selektif (Selectivity)

Selektivitas dari relay proteksi adalah suatu kualitas kecermatan

pemilihan dalam mengadakan pengamanan. Bagian yang terbuka dari suatu

sistem oleh karena terjadinya gangguan harus sekecil mungkin, sehingga

daerah yang terputus menjadi lebih kecil. Relay proteksi hanya akan bekerja

selama kondisi tidak normal atau gangguan yang terjadi didaerah

pengamanannya dan tidak akan bekerja pada kondisi normal atau pada keadaan

gangguan yang terjadi diluar daerah pengamanannya.

3. Cepat (Speed Of Operation)

Makin cepat relay proteksi bekerja, tidak hanya dapat memperkecil

kemungkinan akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan

meluasnya akibat yang ditimbulkan oleh gangguan.

Nama : Agusta Surya Laksmana

NIM : 1104405039

4. Handal (Reliability)

Sebuah rele proteksi harus selalu berada pada kondisi yang mampu

melakukan pengamanan pada daerah yang diamankan.

Keandalan memiliki 3 aspek, antara lain :

• Dependability, adalah kemampuan suatu sistem rele untuk beroperasi dengan

baik dan benar. Pada prinsipnya pengaman harus dapat diandalkan bekerjanya

(dapat mendetaksi dan melepaskan bagian yang terganggu), tidak boleh gagal

bekerja. Dengan kata lain dependability-nya harus tinggi.

• Security, adalah tingkat kepastian suatu sistem relai untuk tidak salah dalam

bekerja. Salah kerja, misalnya lokasi gangguan berada di luar pengamanannya,

tetapi salah kerja mengakibatkan pemadaman yang seharusnya tidak perlu

terjadi.

• Availability, adalah perbandingan antara waktu di mana pengaman dalam

keadaan siap kerja (actually in service) dan waktu total operasinya.

5. Ekonomis (Ekonomic)

Dengan biaya yang sekecilnya-kecilnya diharapkan relay proteksi

mempunyai kemampuan pengamanan yang sebesar-besarnya.

6. Sederhana (Simplicity)

Perangkat relay proteksi disyaratkan mempunyai bentuk yang

sederhana dan fleksibel. namun tetap mampu bekerja sesuai dengan tujuannya.

C. Beberapa Jenis dan Fungsi Relay proteksi

No Nama Relay Fungsi Relay

1 Relay jarak (distance relay) Untuk mendeteksi gangguan 2 fasa atau

3 fasa di muka generator sampai batas

jangkauannya.

2 Relay periksa sinkron Pengaman Bantu generator untuk

mendeteksi persaratan sinkronisasi

(parallel).

3 Relay tegangan kurang (under Mendeteksi turunnya tegangan sampai

voltage relay) dibawah harga yang di izinkan (relay ini

bekerja apabila sebelum rele loss of field

bekerja)

4 Relay daya balik (reverse power

relay)

Untuk mendeteksi daya balik, sehingga

mencegah generator bekerja sebagai

motor.

5 Relay kehilangan medan penguat Untuk mendeteksi kehilangan medan

penguat generator.

6 Relay fasa urutan negatif Untuk mendeteksi arus urutan negatif

yang disebabkan oleh beban tidak

seimbang pada batas-batas yang tidak

diizinkan

7 Relay arus lebih seketika (over

current relay instanteneous)

Untuk mendeteksi besaran arus yang

melebihi batas yang ditentukan dalam

waktu seketika.

8 Relay arus lebih dengan waktu

tunda (time over current relay)

Untuk mendeteksi besaran arus yang

melebihi batas dalam waktu yang

diizinkan.

9 Relay penguat lebih (over

excitation relay)

Untuk mendeteksi penguat lebih pada

generator.

10 Relay tegangan lebih 1. bila terpasang di titik netral generator

atau trafo tegangan yang di hubungkan

segitiga terbuka untuk mendeteksi

gangguan stator hubungan tanah.

2. bila terpasang pada terminal generator

untuk mendeteksi tegangan lebih.

11 Relay keseimbangan tegangan

(voltage balanced relay)

Untuk mendeteksi hilangnya tegangan

dari trafo tegangan pengatur tegtangan

otomatis (AVR dan relay).

12 Relay waktu (time delay) Untuk memperlambat waktu.

13 Relay stator gangguan tanah (stator

ground fault relay)

Untuk mendeteksi kondisi a sinkron

pada generator yang sudah paralel

dengan sistem.

14 Relay kehilangan sinkronisasi (out

of step relay)

Untuk mendeteksi kondisi a sinkron

pada generator yang sudah paralel

dengan sistem.

15 Relay pengunci (lock out relay) Untuk menerima signal trip dari relay-

relay proteksi dan kemudian

meneruskan signal trip ke PMT, alarm

dan peralatan lain serta mengunci.

16 Relay frekuensi (frekuensi relay) Mendeteksi besaran frekuensi

rendah/lebih di luar harga yang

diizinkan.

17 Relay diferensial (diferensial

relay)

Untuk mendeteksi gangguan hubungan

singkat pada daerah yang diamankan.

D. Aplikasi Beberapa Relay Proteksi

Relay Proteksi diaplikasikan pada beberapa peralatan seperti Tranformator,

Generator dan juga Saluran Transmisi

Aplikasi Pada Saluran Transmisi

1. Relay Jarak

Relai jarak adalah relay proteksi yang diaplikasikan pada saluran

transmisi sebagai pengaman utama (main protection) pada Suatu sistem

transmisi, baik SUTT maupun SUTET, dan sebagai cadangan atau backup

untuk seksi didepan. Relai jarak bekerja dengan mengukur besaran impedansi

(Z), dan transmisi dibagi menjadi beberapa daerah cakupan pengamanan yaitu

Zone-1, Zone-2, dan Zone-3, serta dilengkapi juga dengan teleproteksi (TP)

sebagai upaya agar proteksi bekerja selalu cepat dan selektif didalam daerah

pengamanannya

Relai jarak akan bekerja dengan cara membandingkan impedansi

gangguan yang terukur dengan impedansi setting, dengan ketentuan:

a. Bila harga impedansi ganguan lebih kecil dari pada impedansi seting relai

maka relai akan trip.

b. Bila harga impedansi ganguan lebih besar daripada impedansi setting

relai maka relai akan tidak trip.

Beberapa Sifat Relay jarak :

a. Dapat menentukan arah letak gangguan

b. Gangguan didepan relai akan bekerja.

c. Gangguan dibelakang relai tidak akan bekerja

d. Dapat menentukan letak gangguan.

e. Gangguan di dalam daerahnya relai akan bekerja.

f. Gangguan diluar daerahnya relai tidak akan bekerja.

g. Dapat membedakan gangguan dan ayunan daya.

2. Relai Hubung Tanah

Merupakan Relai proteksi yang diaplikasikan pada saluran transmisi

yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan Tegangan

tinggi, Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator tenaga.

Jika dalam transmisi tenaga listrik terjadi hubung singkat antara kabel

fasa dengan tanah, maka rele hubung tanah akan langsung bekerja dalam waktu

yang sangat singkat, sehingga sistem menjadi aman karena tidak terjadi

kerusakan yang sangat banyak.

Aplikasi pada Transformator

1. Relay Differensial

Relay differensial adalah relay proteksi yang diaplikasikan pada

transformator untuk mengamankan trafo dari gangguan hubung singkat yang

terjadi didalam daerah pengamanan trafo relay ini bekerja dengan cara

membandingkan arus yang masuk dan arus yang keluar.

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa dalam kondisi arah arus Ip dan

Is adalah berlawanan dan mempunyai besar yang sama maka relay differensial

tidak dialiri arus. Relay ini bekerja apabila terjadi perbedaan arus antara sisi

primer dan sisi sekunder. Perbedaan arus tersebu disebabkan oleh gangguan

yang terdapat didaerah pengamanan trafo

2. Buchollz Relay

Buchollz Relay berfungsi untuk mengamankan trafo dari gangguan

internal trafo yang menimbulkan gas dimana gas tersebut timbul akibat adanya

hubung singkat di dalam trafo atau akibat busur di dalam trafo.

 

Cara kerja adalah gas yang timbul di dalam trafo akan mengalir melalui pipa

dan tekanan gas ini akan mengerjakan relay dalam 2 tahap, yaitu :

Mengerjakan alarm (bucholz 1st) pada kontak bagian atas (1).

Mengerjakan perintah trip ke PMT pada kontak bagian bawah (2).

Analisa gas yang timbul pada relay bucholz adalah sebagai berikut :

H2 dan C2H2 menunjukkan adanya busur api pada minyak antara bagian

bagian konstruksi

H2, C2H2 dan CH4 menunjukkan adanya busur api sehingga isolasi

phenol terurai, misalnya terjadi gangguan pada sadapan

H2, C2H4 dan C2H2 menunjukkan adanya pemanasan pada sambungan

inti.

H2, C2H, CO2 dan C3H4 menunjukkan adanya pemanasan setempat pada

lilitan inti.

3. Relay Arus lebih

Relay Arus lebih berfungsi untuk melindungi trafo dari gangguan

hubung singkat antar fasa di dalam maupun di luar daerah pengaman trafo.

relay ini bekerja dengan prinsip instant, yaitu relay tersebut akan bekerja

seketika ketika terdeteksi adanya arus gangguan. Sehingga dengan cepat dapat

mengamankan trafo dan peralatan lain dari kerusakan.Relay arus lebih

biasanya di beri kode relay 51 dan dipasang pada sisi primer dan sisi sekunder

trafo.

4. Relay Tekanan Lebih

Relay Tekanan lebih digunakan pada transformator untuk melindungi

trafo dari gangguan tekanan berlebih yang disebabkan oleh gangguan di dalam

trafo. terdapat 2 jenis yaitu :

a. Type Membran

Berupa plat tipis yang di desain sedemikian rupa yang akan pecah

apabila menerima tekanan melebiihi desainnya. Membrane ini hanya

sekali pakai sehingga jika pecah harus diganti yang baru.

b. Type Valve

Berupa suatu katup yang ditekan oleh sebuah pegas yang di desain

sedemikian rupa sehingga apabila terjadi tekanan di dalam trafo melebihi

tekanan pegas maka akan membuka dan membuang tekanan keluar

bersama sama sebagian minyak.

Apabila tekanan di dalam trafo sudah turun atau lebih kecil dari tekanan

pega maka valve akan menutup kembali. Berikut ini adalah Ilustrasi dari

Rele Tekanan Lebih :

1. Relay body

2. Equalizer

3. Metal bellows

4. Manual relief valve

5. Microswitch

6. Connection terminals

7. Terminal box

Aplikasi pada generator

1. Relay Kehilangan Medan Penguat Rotor

Adalah Relay proteksi yang diaplikasikan pada generator untuk

mendeteksi hilangnya medan penguat pada rotor yang mengakibatkan

generator kehilangan sinkronisasi dan berputar di luar kecepatan sinkronnya

sehingga generator beroperasi sebagai generator asinkron. Daya reaktif yang

diambil dari sistem ini akan dapat melebihi rating generator sehingga

menimbulkan overload pada belitan stator dan menimbulkan overheat yang

menimbulkan penurunan tegangan generator. Hilangnya medan penguat rotor

dapat dideteksi dengan kumparan yang dipasang paralel dengan main exciter

dan kumparan rotor generator. Pada kumparan ini akan mengalir arus yang

apabila nilainya kurang dari arus setting yang diinginkan, maka akan membuat

Relay mengeluarkan sinyal alarm atau trip.

2. Relay Kehilangan Sinkronisasi (Out of Synchronism Relay)

Relay proteksi yang diaplikasikan pada generator untuk mendeteksi

peristiwa lepasnya sinkronisasi pada generator yang sedang beroperasi yang

disebabkan oleh generator yang beroperasi melampaui batas stabilnya. Yang

dimaksud dengan stabilitas adalah kemampuan sistem untuk kembali bekerja

normal setelah mengalami sesuatu seperti perubahan beban, switching, dan

gangguan lain. Gangguan tersebut akan berdampak pada tidak sinkron-nya

tegangan generator dan sistem. Untuk mengamankan generator yang

berkapasitas beban besar terhadap peristiwa ayunan beban dari kondisi tak

sinkron digunakan Relay lepas sinkron. Relay ini mendeteksi besar impedansi

(arus dan tegangan sistem). Apabila kondisi sistem akan memasuki impedansi

generator maka Relay tersebut akan mengaktifkan Relay untuk trip PMT

generator. Relay impedansi merupakanbackup bagi Relay ini.

3. Relay Gangguan Frekuensi

Relay gangguan frekuensi adalah relay proteksi yang diaplikasikan

pada generator untuk mendeteksi adanya perubahan frekuensi dalam nilai yang

besar secara tiba – tiba. Kisaran frekuensi yang diijinkan adalah ±3% sampai

±7% dari nilai frekuensi nominal. Penurunan frekuensi disebabkan oleh adanya

kelebihan permintaan daya aktif di jaringan atau kerusakan regulator frekuensi.

Frekuensi yang turun menyebabkan naiknya arus magnetisasi pada generator

yang akan menaikkan temperatur. Pada turbin uap, hal tersebut akan mereduksi

umur blade pada rotor. Kenaikan frekuensi disebabkan oleh adanya penurunan

permintaan daya aktif pada jaringan atau kerusakan regulator frekuensi.

Frekuensi yang naik akan menyebabkan turunnya nilai arus magnetisasi pada

generator yang akan menyebabkan generator kekurangan medan penguat.

Sensor Relay frekuensi dipasang pada tiap fasa yang keluar dari generator.

4. Relay Tegangan Lebih

Pada generator yang besar umumnya menggunakan sistem pentanahan

netral melalui transformator dengan tahanan di sisi sekunder. Sistem

pentanahan ini dimaksudkan untuk mendapatkan nilai impedansi yang tinggi

sehingga dapat membatasi arus hubung singkat agar tidak menimbulkan bahaya

kerusakan pada belitan dan saat terjadi gangguan hubung singkat stator ke

tanah. Arus hubung singkat yang terjadi di sekitar titik netral relatif kecil

sehinga sulit untuk dideteksi oleh Relay differensial. Dengan dipasang

transformator tegangan, arus yang kecil tersebut akan mengalir dan

menginduksikan tegangan pada sisi sekunder transformator. Untuk mengatasi

hal tersebut digunakan Relay pendeteksi tegangan lebih yang dipasang pada sisi

sekunder transformator tegangan. egangan yang muncul pada sisi sekunder

transformator tegangan akan membuat Relay tegangan berada pada kondisi

mendeteksi apabila perubahan tegangan melebihi nilai settingnya dan generator

akan trip. Rangkaian ini sangat baik karena dapat membatasi aliran arus nol

yang mengalir ke dalam generator ketika terjadi hubung singkat fasa ke tanah

di sisi tegangan tinggi transformator tegangan. Akan tetapi karena efek

kapasitansi pada kedua belitan transformator dapat menyebabkan adanya arus

bocor urutan nol yang dapat mengaktifkan Relay tegangan lebih di sisi netral

generator. Dengan demikian Relay tegangan lebih yang dipasang harus

mempunyai waktu tunda yang dapat dikoordinasikan dengan Relay di luar

generator. Adapun penyebab overvoltage adalah sebagai berikut:

Kegagalan AVR.

Kesalahan operasi sistem eksitasi.

Pelepasan beban saaat eksitasi dikontrol secara manual.

Pemisahan generator dari sistem saat islanding.