BAB II

KAJIAN TEORI

A. Sistem Proteksi

1. Pengertian Sistem Proteksi

Sistem proteksi adalah suatu pengamanan terhadap peralatan listrik pada

sistem tenaga listrik yang diakibatkan adanya gangguan teknis, gangguan alam,

kesalahan operasi, dan penyebab-penyebab lainnya. Adapun peralatan listrik yang

diamankan seperti generator, transformator, jaringan listrik, dan lain sebagainya

terhadap kondisi abnormal dari sistem itu sendiri. Kondisi abnormal yang dimaksud

adalah:

a. Hubung singkat

b. Tegangan lebih/kurang

c. Beban lebih

d. Arus Lebih

e. Frekuensi sistem turun/naik

Pada dasarnya semua konstruksi jaringan listrik tidak ada yang benar-benar

aman dari gangguan, baik itu gangguan dari dalam sistem itu sendiri maupun

gangguan dari luar sistem. Gangguan tersebut merupakan potensi yang sangat

merugikan sistem jaringan tenaga listrik maupun untuk transformator tersebut, maka

perlu dipasang sistem proteksi baik.

Sistem proteksi memiliki fungsi sebagai berikut:

a. Mencegah atau membatasi kerusakan pada jaringan beserta peralatannya

b. Menjaga keselamatan umum

11

12

c. Meningkatkan kontinuitas pelayanan

Pada sistem jaringan 20 KV hal yang terpenting pada sistem proteksi selain

alat proteksi itu sendiri adalah sistem pentanahannya juga dan merupakan bagian

yang tidak terpisahkan dalam sistem proteksi itu sendiri. Misalnya ada gangguan fasa

yang bocor ke tanah, maka bila sistem pentanahan tidak sesuai dengan sistem

jaringan yang diproteksi, maka alat proteksi tidak akan bekerja dengan benar,

sehingga dapat merusak peralatan jaringan maupun membahayakan keselamatan

manusia.

Sistem pentanahan pada kenyataan di PLN terdapat beberapa pola, sehingga

sistem proteksinya juga berbeda-beda. Pada perencanaan konstruksi jaringan tenaga

listrik untuk menentukan komponen jaringan, misalnya penghantar harus

dipertimbangkan besarnya arus gangguan hubung singkat ketanah dan selanjutnya

sistem proteksi yang sesuai, sehingga tujuan membangun konstruksi jaringan listrik

yang aman dan menguntungkan dapat tercapai.

2. Pengertian Rele Proteksi

Rele adalah suatu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengatur /

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

perubahan lain.

3. Perangkat Sistem Proteksi.

Proteksi terdiri dari seperangkat peralatan yang merupakan sistem yang

terdiri dari komponen-komponen berikut :

13

a. Relay, sebagai alat perasa untuk mendeteksi adanya gangguan yang

selanjutnya memberi perintah trip kepada Pemutus Tenaga (PMT).

b. Trafo arus sebagai alat yang mentransformasikan besaran listrik primer dari

sistem yang diamankan ke rele (besaran listrik sekunder).

c. Trafo tegangan sebagai alat yang mentransformasikan besaran listrik primer

dari sistem yang diamankan ke rele (besaran listrik sekunder).

d. Pemutus Tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian system yang terganggu.

e. Batere beserta alat pengisi (batere charger) sebagai sumber tenaga untuk

bekerjanya rele, peralatan bantu triping.

f. Pengawatan (wiring) yang terdiri dari sisrkit sekunder (arus dan/atau

tegangan), sirkit triping dan sirkit peralatan bantu.

Secara garis besar bagian dari rele proteksi terdiri dari tiga bagian utama,

seperti pada blok diagram dibawah ini :

Gambar 2.1 Blok Diagram Utama Rele Proteksi

14

Masing-masing elemen/bagian mempunyai fungsi sebagai berikut :

a. Elemen pengindera.

Elemen ini berfungsi untuk merasakan besaran-besaran listrik, seperti arus,

tegangan, frekuensi, dan sebagainya tergantung rele yang dipergunakan. Pada bagian

ini besaran yang masuk akan dirasakan keadaannya, apakah keadaan yang diproteksi

itu mendapatkan gangguan atau dalam keadaan normal, untuk selanjutnya besaran

tersebut dikirimkan ke elemen pembanding.

b. Elemen pembanding.

Elemen ini berfungsi menerima besaran setelah terlebih dahulu besaran itu

diterima oleh elemen pengindera untuk membandingkan besaran listrik pada saat

keadaan normal dengan besaran arus kerja rele.

c. Elemen pengukur/penentu.

Elemen ini berfungsi untuk mengadakan perubahan secara cepet pada besaran

ukurnya dan akan segera memberikan isyarat untuk membuka PMT atau

memberikan sinyal.

Pada sistem proteksi menggunakan rele proteksi sekunder digambarkan

sebagai berikut :

15

Gambar 2.2 Rangkaian Rele Proteksi Sekunder

Transformator arus ( CT ) berfungsi sebagai alat pengindera yang merasakan

apakah keadaan yang diproteksi dalam keadaan normal atau mendapat gangguan.

Sebagai alat pembanding sekaligus alat pengukur adalah rele, yang bekerja setelah

mendapatkan besaran dari alat pengindera dan membandingkan dengan besar arus

penyetelan dari kerja rele.

Apabila besaran tersebut tidak setimbang atau melebihi besar arus

penyetelannya, maka kumparan rele akan bekerja menarik kontak dengan cepat atau

dengan waktu tunda dan memberikan perintah pada kumparan penjatuh (trip-coil)

untuk bekerja melepas PMT. Sebagai sumber energy penggerak adalah sumber arus

searah atau batere.

4. Fungsi dan Peranan Rele Proteksi

Maksud dan tujuan pemasangan rele proteksi adalah untuk mengidentifikasi

gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang

16

masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian yang masih sehat dari kerusakan

atau kerugian yang lebih besar, dengan cara :

a. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat

membahayakan peralatan atau sistem.

b. Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang

mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan

instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau

dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat

beroperasi.

c. Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya.

d. Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang tbaik kepada

konsumen.

e. Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.

5. Syarat-syarat Rele Proteksi

Dalam perencanaan sistem proteksi, maka untuk mendapatkan suatu sistem

proteksi yang baik diperlukan persyaratan-persyaratan sebagai berikut :

a. Sensitif.

Suatu rele proteksi bertugas mengamankan suatu alat atau suatu bagian

tertentu dari suatu sisitem tenaga listrik, alat atau bagian sisitem yang termasuk

dalam jangkauan pengamanannya. Rele proteksi 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

17

bagian sistem yang sehat dalam hal ini tidak boleh terbuka.

b. Selektif.

Selektivitas dari rele 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. Rele 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.

c. Cepat.

Makin cepat rele proteksi bekerja, tidak hanya dapat memperkecil

kemungkinan akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan meluasnya

akibat yang ditimbulkan oleh gangguan.

d. Andal.

Dalam keadaan normal atau sistem yang tidak pernah terganggu rele proteksi

tidak bekerja selama berbulan-bulan mungkin bertahun-tahun, tetapi rele proteksi

bila diperlukan harus dan pasti dapat bekerja, sebab apabila rele gagal bekerja dapat

mengakibatkan kerusakan yang lebih parah pada peralatan yang diamankan atau

mengakibatkan bekerjanya rele lain sehingga daerah itu mengalami pemadaman yang

lebih luas. Untuk tetap menjaga keandalannya, maka rele proteksi harus dilakukan

pengujian secara periodik.

e. Ekonomis.

Dengan biaya yang sekecilnya-kecilnya diharapkan rele proteksi mempunyai

kemampuan pengamanan yang sebesarbesarnya.

18

f. Sederhana.

Perangkat rele proteksi disyaratkan mempunyai bentuk yang sederhana dan

fleksibel.

6. Penyebab Terjadinya Kegagalan Proteksi

Jika proteksi bekerja sebagaimana mestinya, maka kerusakan yang parah

akibat gangguan mestinya dapat dihindari/dicegah sama sekali, atau kalau gangguan

itu disebabkan karena sudah adanya kerusakan (insulation break down di dalam

peralatan), maka kerusakan itu dapat dibatasi sekecilnya.

Proteksi yang benar harus dapat bekerja cukup cepat, selektif dan andal

sehingga kerusakan peralatan yang mungkin timbul akibat busur gangguan atau pada

bagian sistem /peralatan yang dilalalui arus gangguan dapat dihindari dan kestabilan

system dapat terjaga.

Sebaliknya jika proteksi gagal bekerja atau terlalu lambat bekerja, maka arus

gangguan ini berlangsung lebih lama, sehingga panas yang ditimbulkannya dapat

mengakibatkan kebakaran yang hebat, kerusakan yang parah pada peralatan instalasi

dan ketidak stabilan sistem.

Tangki trafo daya yang menggelembung atau jebol akibat gangguan biasanya karena

kegagalan kerja atau kelambatan kerja proteksi. Kegagalan atau kelambatan kerja

proteksi juga akan mengakibatkan bekerjanya proteksi lain disebelah hulunya

(sebagai remote back up) sehingga dapat mengakibatkan pemadaman yang lebih luas

atau bahkan runtuhnya system (collapse).

Kegagalan atau kelambatan kerja proteksi dapat disebabkan antara lain oleh :

a. Relenya telah rusak atau tidak konsisten bekerjanya.

19

b. Setelan (setting) relenya tidak benar(kurang sensitif atau kurang cepat)

c. Baterenya lemah atau kegagalan sistem DC supply sehingga tidak mampu

mengetripkan PMT-nya.

d. Hubungan kotak kurang baik pada sirkit tripping atau terputus.

e. Kemacetan mekanisme tripping pada PMT-nya karena kotor, karat, patah

atau meleset.

f. Kegagalan PMT dalam memutuskan arus gangguan yang bisa disebabkan

oleh arus gangguanya terlalu besar melampaui kemampuan pemutusan

(interrupting capability), atau kemampuan pemutusannya telah menurun, atau

karena ada kerusakan.

g. Kekurang sempurnaan rangkaian sistem proteksi antara lain adanya hubungan

kontak yang kurang baik.

h. Kegagalan saluran komunikasi tele proteksi.

i. Trafo arus terlalu jenuh.

7. Pembagian Daerah Proteksi

Suatu sistem tenaga listrik dibagi kedalam sesi-sesi yang dibatasi oleh PMT

(Pemutus Tenaga). Tiap seksi memiliki rele pengaman dan memiliki daerah

pengamanan (Zone of Protection). Bila terjadi gangguan, maka rele akan bekerja

mendeteksi gangguan dan PMT akan trip. Gambar dibawah ini akan menjelaskan

tentang konsep pembagian daerah proteksi.

20

Gambar 2.3 Pembagian Daerah Sistem Proteksi

Keterangan:

1. Overall Diifferential Relay

- Pengaman utama generator – transformator

2. Over Current Relay 

- Pengaman cadangan lokal generator – transformator

- Pengaman cadangan jauh bus A

3. Pengaman Bus

- Pengaman utama bus A

4. Distance Relay Zone I dan PLC di A1

- Pengaman utama saluran A-B

5. Distance Relay Zone II di A1

- Pengaman utama bus B

21

- Pengaman cadangan jauh sebagian Transformator di B

6. Distance Relay Zone III di A1

- Pengaman cadangan jauh Transformator di B sampai ke bus C

7. Diifferential Transformator

- Pengaman utama transformator

8. Over Current Relay di sisi 150 KV

- Pengaman cadangan lokal Transformator

- Pengaman cadangan jauh bus C

9. Over Current Relay di sisi 20 KV

- Pengaman utama bus C

- Pengaman cadangan jauh saluran C-D

10. Over Current Relay di C1

- Pengaman utama saluran C-D

- Pengaman cadangan jauh saluran D-E

11. Over Current Relay di D

- Pengaman utama saluran D-E

- Pengaman cadangan  jauh seksi berikutnya.

22

Pada gambar 2.3 daerah proteksi pada sistem tenaga listrik dibuat bertingkat

dimulai dari pembangkitan, gardu induk, saluran distribusi primer sampai ke beban.

Garis putus-putus menunjukkan pembagian sistem tenaga listrik ke dalam beberapa

daerah proteksi. Masing-masing daerah memiliki satu atau beberapa komponen

sistem daya disamping dua buah pemutus rangkaian. Setiap pemutus dimasukkan ke

dalam dua daerah proteksi berdekatan.

Batas setiap daerah menunjukkan bagian sistem yang bertanggung jawab

untuk memisahkan gangguan yang terjadi di daerah tersebut dengan sistem lainnya.

Aspek penting lain yang harus diperhatikan dalam pembagian daerah proteksi adalah

bahwa daerah yang saling berdekatan harus saling tumpang tindih (overlap), hal ini

dimaksudkan agar tidak ada sistem yang dibiarkan tanpa perlindungan. Pembagian

daerah proteksi ini bertujuan agar daerah yang tidak mengalami gangguan tetap dapat

beroperasi dengan baik sehingga dapat mengurangi daerah pemadaman.

8. Pengelompokan Sistem Proteksi

Berdasarkan daerah pengamanannya sistem proteksi dibedakan menjadi :

a. Proteksi pada Generator

Proteksi pada generator bertujuan untuk mengamankan generator dari

gangguan abnormal yang mungkin terjadi. Biasanya proteksi pengaman diletakkan

pada generator dan didaerah dekat transformator.

23

b. Proteksi pada Transformator

Proteksi pada transformator adalah sistem pengaman yang digunakan untuk

mengamankan transformator. Sistem pengaman yang digunakan bertujuan untuk

mengamankan transformator dan daerah sekitarnya.

c. Proteksi pada Transmisi

Proteksi pada transmisi maksudnya adalah sistem proteksi yang digunakan

untuk mengamankan saluran transmisi dan peralatannya dari gangguan dan pada

jaringan transmisi terdapat banyak jenis pengaman yang diletakkan karena paling

besar gangguan terjadi pada saluran transmisi akibat letaknya yang tidak aman

terkhusus dari gangguan petir.

d. Proteksi pada Distribusi

Proteksi pada Distribusi maksudnya adalah sistem pengamanan yang

dilakukan untuk mengamankan jaringan Distribusi dan peralatan-peralatannya agar

kontinuitas pelayanan energi listrik dapat berjalan dengan baik.

9. Pembagian Tugas Dalam Sistem Proteksi

Dalam sistem proteksi pembagian tugas dapat diuraikan menjadi :

a. Proteksi utama, berfungsi untuk mempertinggi keandalan, kecepatan kerja,

dan fleksibilitas sistem    proteksi dalam melakukan proteksi terhadap sistem

tenaga.

b. Proteksi pengganti, berfungsi jika proteksi utama menghadapi kerusakan atau

kegagalan untuk mengatasi gangguan yang terjadi.

24

c. Proteksi tambahan, berfungsi untuk pemakaian pada waktu tertentu, sebagai

pembantu proteksi utama pada daerah tertentu yang dibutuhkan.

B. Gangguan Pada Sistem Penyaluran

Jaringan tenaga listrik yang terganggu harus dapat segera diketahui dan

dipisahkan dari bagian jaringan lainnya secepat mungkin dengan maksud agar

kerugian yang lebih besar dapat dihindarkan.

Gangguan pada jaringan tenaga listrik dapat terjadi diantaranya pada

pembangkit, jaringan transmisi atau di jaringan distribusi. Penyebab gangguan

tersebut tersebut dapat diakibatkan oleh gangguan sistem dan non sistem.

1. Gangguan Sistem

Gangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik seperti

pada generator, trafo, SUTT, SKTT dan lain sebagainya. Gangguan sistem dapat

dikelompokkan sebagai gangguan permanen dan gangguan temporer. Gangguan

temporer adalah gangguan yang hilang dengan sendirinya bila PMT terbuka,

misalnya sambaran petir yang menyebabkan flash over pada isolator SUTT. Pada

keadaan ini PMT dapat segera dimasukan kembali, secara manual atau otomatis

dengan AutoRecloser. Gangguan permanen adalah gangguan yang tidak hilang

dengan sendirinya, sedangkan untuk pemulihan diperlukan perbaikan, misalnya

kawat SUTT putus.

25

2. Gangguan Non Sistem

PMT terbuka tidak selalu disebabkan oleh terjadinya gangguan pada sistem,

dapat saja PMT terbuka oleh karena rele yang bekerja sendiri atau kabel kontrol yang

terluka atau oleh sebab interferensi dan lain sebagainya. Gangguan seperti ini disebut

gangguan bukan pada sistem, selanjutnya disebut gangguan non-sistem.

Jenis gangguan non-sistem antara lain :

a. Kerusakan komponen rele

b. Kabel kontrol terhubung singkat

c. Interferensi / induksi pada kabel kontrol.

C. Gangguan Hubung Singkat

Gangguan hubung singkat merupakan jenis gangguan yang terjadi pada

system tenaga listrik yang secara keseluruhan disebabkan oleh beberapa faktor,

antara lain:

- Putusnya kawat fasa pada jaringan transmisi/distribusi

- Akibat ayunan pohon yang tertiup angin sehingga menyentuh kawat fasa

transmisi/distribusi.

- Rusaknya isolator pada saluran transmisi/distribusi,

- Back flashover antara tiang ke kawat fasa transmisi/distribusi sesaat setelah

tiang tersambar petir.

Gangguan hubung singkat terdiri dari beberapa jenis, yaitu:

- Gangguan hubung singkat 3 fasa

- Gangguan hubung singkat 2 fasa

- Gangguan hubung singkat 2 fasa ke tanah

26

- Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah.

Sesungguhnya hampir setiap gangguan hubung singkat melalui suatu nilai

tahanan gangguan yang terbentuk oleh arcing (RARC). Tetapi dalam analisa hubung

singkat selalu perhitungan arus gangguan hubung singkat dengan menganggap

tahanan gangguan adalah nol untuk memudahkan perhitungan, karena kesulitan

untuk menetukan besarnya RARC yang sebetulnya.

Untuk menghitung arus gangguan hubung singkat digunakan rumus umum

yaitu rumus Hukum Ohm, yaitu:

I=VZ

Dimana :

I = Arus yang mengalir pada hambatan Z (Ampere)

V = Tegangan sumber (Volt)

Z = Impedansi jaringan, nilai ekivalen dari saluran impedansi didalam jaringan dari

sumber tegangan sampai titik gangguan (Ohm).

Dengan mengetahui besarnya tegangan sumber dan nilai impedansi tiap

komponen jaringan, serta bentuk konfigurasinya didalam sistem, maka besarnya arus

gangguan hubung singkat dapat dihitung dengan rumus diatas. Yang membedakan

antara gangguan hubung singkat 3 fasa, 2 fasa, 2 fasa ke tanah ataupun 1 fasa ke

tanah adalah impedansi yang terbentuk sesuai dengan macam gangguan hubung

singkat itu sendiri, yaitu:

Z untuk gangguan 3 fasa : Z = Z1

27

Z untuk gangguan 2 fasa : Z = Z1 + Z2 + Zf

Z untuk gangguan 2 fasa ke tanah : Z = Z1 + Z2

Z untuk gangguan 1 fasa ke tanah : Z = Z1 + Z2 + Z0

Dimana:

Z1 = Impedansi urutan positif

Z2 = Impedansi urutan negative

Z0 = Impedansi urutan nol

Zf = Impedansi gangguan

1. Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa

Dalam pembahasan gangguan 3 fasa, arus gangguannya dihitung dengan

rumus sebagai berikut :

I 3 fasa=E fasa

Z1

2. Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa

Arus gangguan dua fasa dapat dihitung dengan menggunakan rumus tersebut

yaitu :

I 2 fasa=E AB

Z1+Z2+Z f

3. Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa Ke Tanah

Arus gangguan dua fasa ke tanah dapat dihitung dengan menggunakan rumus

tersebut yaitu :

28

I 2 fasa=E AB

Z1+Z2

4. Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa Ke Tanah

Arus hubung singkat 1 fasa dirumuskan, dimana,

I 0=I 1=I 2=EA

Z1+Z2+Z0

I fasa=I 1+ I 2+ I 0

maka

I fasa=3 EA

Z1+Z2+Z0

D. Over Current Relay (OCR)

Over Current Relay adalah suatu rele pengindera yang berfungsi sebagai

proteksi terhadap perubahan parameter arus yang sangat besar dan terjadi pada waktu

yang cepat, yang disebabkan oleh hubung singkat. Pada proteksi arus lebih ini, rele

akan pick-up jika besar arus melebihi nilai setting.

Elemen dasar dari proteksi arus lebih adalah rele arus. Proteksi arus lebih

meliputi proteksi terhadap gangguan hubung singkat yang dapat berupa gangguan

hubung singkat fasa-fasa, satu fasa ke tanah serta hubung singkat antar fasa. Jika arus

gangguan mengalir melalui tanah, gangguan ini disebut gangguan hubung singkat ke

tanah dan rele yang digunakan disebut proteksi hubung tanah (Ground Fault Relay).

Pada proteksi transformator daya, OCR digunakan sebagai tambahan bagi

rele differensial untuk memberikan tanggapan terhadap gangguan luar. OCR yang

29

digunakan adalah OCR tanpa perlambatan waktu, OCR dengan karakteristik waktu

yang berbanding terbalik dengan besar arus dan OCR dengan komponen arah.

OCR terdapat beberapa karakteristik waktu yang dikelompokkan menjadi tiga

jenis yaitu:

1. Instantaneous Relay

Rele ini memberikan perintah trip pada pemutus tenaga (PMT) pada saat

terjadi gangguan hubung singkat dan besar arus gangguannya mencapai arus

settingnya (Is) dan jangka waktu kerja rele mulai pick up sampai rele bekerja sangat

singkat tanpa tunda waktu (20 ms - 60 ms).

PMT

CT

I > In

Gambar 2.4 Rangkaian Trip Instantaneous Relay

t

I

I t

30

In

Gambar 2.5 Grafik Instantaneous Relay

Rele ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan rele

arus lebih dengan karakteristik yang lain.

2. Definite Time Relay

Rele ini akan memberikan perintah trip pada PMT pada saat terjadi gangguan

hubung singkat dan besar arus gangguannya mencapai setting (IS) dan jangka waktu

kerja rele mulai pick up sampai rele kerja diperpanjang dengan waktu tertentu tidak

tergantung besarnya arus yang mengerjakan rele.

Kumparan Trip

PMT

CT

I > Is

Gambar 2.6 Rangkaian Trip Definite Time Relay

t

I t

31

Is

Gambar 2.7 Grafik Definite Time Relay

3. Inverse Relay

Rele ini akan memberikan perintah trip pada PMT pada saat terjadi gangguan

bila arus gangguan mencapai nilai settingnya (IS) dan jangka waktu kerja rele mulai

pick up sampai kerja rele diperpanjang berbanding terbalik dengan besarnya arus

gangguan. Inverse relay dapat kita lihat pada gambar dibawah ini.

PMT Kumparan Trip

CT

I > Is

Gambar 2.8 Rangkaian Trip Inverse Relay

t

ts

ts

32

Is

Gambar 2.9 Grafik Inverse Relay

Karakteristik ini bermacam-macam dan setiap pabrik dapat membuat

karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga

kelompok :

a. Standart inverere

b. Very inverse

c. Extremely inverse

Pada rele ini sumbu tegak merupakan waktu dalam detik dan sumbu datar

adalah berapa kali besarnya arus gangguan yang melewati rele terhadap arus

penyetelannya (n x Iset). Penyetelan waktu ditunjukkan dengan kurva yang sering

digunakan disebut dengan TMS (Time Multiple Setting) yang dirumuskan

berdasarkan SPLN 2005 sebagai berikut:

TMS=( I f Max

Is )α

−1

kx t

Keterangan :

TMS : Time Multiple Setting / karakteristik kerja rele yang diinginkan sesuai dengan

hasil perhitungan (detik)

I f Max : Arus Gangguan Maksimum (Ampere)

Is : Arus Settingan (Ampere)

33

k : konstanta perbandingan

t : waktu kerja rele (detik)

α : eksponensial (konstanta Over Current Relay Standart Inverse)

Untuk masing-masing dari jenis OCR memiliki nilai konstanta yang berbeda,

antara lain seperti tabel dibawah ini:

Tabel 2.1 Karakteristik OCR

No. Deskripsi K C Α1. Definite Time - 0-100 -2. Standart Inverse 0,14 0 0,023. Very Inverse 13,5 0 14. Extremely Inverse 80 0 25. Long time Inverse 120 0 1

Keterangan :

k = konstanta perbandingan, besarnya tegantung dari pabrik pembuatnya.

α = eksponensial (konstanta Over Current Relay Standart Inverse)

c = konstanta.

E. Pemutus Tenaga (PMT)

Pemutus tenaga (PMT) atau lebih dikenal dengan istilah Circuit Breaker

(CB) merupakan suatu piranti saklar mekanik yang secara otomatis akan membuka

atau memutuskan rangkaian listrik apabila terjadi ketidaknormalan pada suatu sistem

tanpa adanya kerusakan.Pemutus tenaga terdiri atas kontak-kontak yang dialiri arus

listrik atau lebih dikenal dengan elektroda. Pada kondisi normal eletroda-elektroda

tersebut dalam kondisi terhubung, sebaliknya pada kondisi abnormal maka elektroda-

34

elektroda akan terpisah dan memutuskan hubungan listrik dari satu sisi ke sisi yang

lainnya (PT. PLN, 2005a).

Berdasarkan IEV (International Electrotechnical Vocabulary) 441-14-20

disebutkan bahwa Circuit Breaker (CB) atau Pemutus Tenaga (PMT) merupakan

peralatan saklar/switching mekanis, yang mampu menutup, mengalirkan dan

memutus arus beban dalam kondisi normal serta mampu menutup, mengalirkan

(dalam periode waktu tertentu) dan memutus arus beban dalam spesifik kondisi

abnormal/gangguan seperti kondisi short circuit/hubung singkat. Fungsi utamanya

adalah sebagai alat pembuka atau penutup suatu rangkaian listrik dalam kondisi

berbeban, serta mampu membuka atau menutup saat terjadi arus gangguan (hubung

singkat) pada jaringan atau peralatan lain.

Klasifikasi Pemutus Tenaga dapat dibagi atas beberapa jenis, antara lain

berdasarkan tegangan rating/nominal, jumlah mekanik penggerak, media isolasi, dan

proses pemadaman busur api jenis gas SF6.

1. Berdasarkan Besar/Kelas Tegangan

a. PMT tegangan rendah (Low Voltage) Dengan range tegangan 0.1 s/d 1 kV 

b. PMT tegangan menengah (Medium Voltage) Dengan range tegangan 1 s/d

35 Kv

c. PMT tegangan tinggi (High Voltage) Dengan range tegangan 35 s/d 245 kv

d. PMT tegangan extra tinggi (Extra High Voltage) Dengan range tegangan

lebih besar dari 245 kV 

2. Berdasarkan Jumlah Mekanik Penggerak/Tripping Coil

35

a. PMT Single Pole, PMT type ini mempunyai mekanik penggerak pada

masing-masing pole, umumnya PMT jenis ini dipasang pada bay penghantar

agar PMT bisa reclose satu fasa.

b. PMT Three Pole PMT jenis ini mempunyai satu mekanik penggerak untuk

tiga fasa, guna menghubungkan fasa satu dengan fasa lainnya di lengkapi

dengan kopel mekanik, umumnya PMT jenis ini di pasang pada bay trafo

dan bay kopel serta PMT 20 kV untuk distribusi.

3. Berdasarkan media isolasi

a. Pemadam busur api dengan gas SF6

Menggunakan gas SF6 sebagai media pemadam busur api yang timbul pada

waktu memutus arus listrik. Sebagai isolasi, gas SF6 mempunyai kekuatan dielektrik

yang lebih tinggi dibandingkan dengan udara dan kekuatan dielektrik ini bertambah

seiring dengan pertambahan tekanan.

Umumnya PMT jenis ini merupakan tipe tekanan tunggal (single pressure

type), dimana selama operasi membuka atau menutup PMT, gas SF6 ditekan

ke dalam suatu tabung/silinder yang menempel pada kontak bergerak.

Pada waktu pemutusan, gas SF6 ditekan melalui nozzle dan tiupan ini yang

mematikan busur api.

36

Gambar 2.10 PMT Pemadam Busur Api Gas SF6

b. Pemadam busur api dengan oil / minyak

Menggunakan minyak isolasi sebagai media pemadam busur api yang timbul

pada saat PMT bekerja membuka atau menutup.

Jenis PMT dengan minyak ini dapat dibedakan menjadi :

PMT menggunakan banyak minyak (bulk oil)

PMT menggunakan sedikit minyak (small oil)

PMT jenis ini digunakan mulai dari tegangan menengah 6 kV sampai tegangan

ekstra tinggi 425 kV dengan arus nominal 400 A sampai 1250 A dengan arus

pemutusan simetris 12 kA sampai 50 kA.

37

Gambar 2.11 PMT Bulk oil

c. Pemadam busur api dengan udara hembus / air blast

PMT ini menggunakan udara sebagai media pemadam busur api dengan

menghembuskan udara ke ruang pemutus. PMT ini disebut juga sebagai PMT Udara

Hembus (Air Blast).

Gambar 2.12 PMT Udara Hembus / Air Blast

38

d. Pemadam busur api dengan Hampa Udara (Vacuum)

Ruang hampa udara mempunyai kekuatan dielektrik (dielektrik strength)

yang tinggi dan sebagai media pemadam busur api yang baik. Saat ini, PMT jenis

vacuum umumnya digunakan untuk tegangan menengah (24KV).

Jarak (gap) antara kedua katoda adalah 1 cm untuk 15 kV dan bertambah 0,2

cm setiap kenaikan tegangan 3 kV. Untuk pemutus vacuum tegangan tinggi,

digunakan PMT jenis ini dengan dihubungkan secara serie.

Ruang kontak utama (breaking chambers) dibuat dari bahan antara lain

porcelain, kaca atau plat baja yang kedap udara. Ruang kontak utamanya tidak dapat

dipelihara dan umur kontak utama sekitar 20 tahun. Karena kemampuan ketegangan

dielektrikum yang tinggi maka bentuk pisik PMT jenis ini relatip kecil.

Gambar 2.13 PMT dengan Hampa Udara (Vacuum)

F. Trafo Arus

1. Pengertian Trafo Arus

39

Trafo Arus (Current Transformator) yaitu peralatan yang digunakan untuk

melakukan pengukuran besaran arus pada intalasi tenaga listrik disisi primer (TET,

TT dan TM) yang berskala besar dengan melakukan transformasi dari besaran arus

yang besar menjadi besaran arus yang kecil secara akurat dan teliti untuk keperluan

pengukuran dan proteksi.

2. Fungsi Trafo Arus

Fungsi dari trafo arus adalah:

a. Mengkonversi besaran arus pada sistem tenaga listrik dari besaran primer

menjadi besaran sekunder untuk keperluan pengukuran sistem metering

dan proteksi

b. Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer, sebagai

pengamanan terhadap manusia atau operator yang melakukan

pengukuran.

c. Standarisasi besaran sekunder, untuk arus nominal 1 Ampere dan 5

Ampere

Secara fungsi trafo arus dibedakan menjadi dua yaitu:

a. Trafo arus pengukuran

1) Trafo arus pengukuran untuk metering memiliki ketelitian tinggi

pada daerah kerja (daerah pengenalnya) 5% - 120% arus nominalnya

tergantung dari kelasnya dan tingkat kejenuhan yang relatif rendah

dibandingkan trafo arus untuk proteksi.

2) Penggunaan trafo arus pengukuran untuk Amperemeter, Watt-meter,

VARh-meter, dan cos meter.

Pengukuran

V

I

Proteksi

Gambar 2.14 Kurva kejenuhan CT untuk Pengukuran dan Proteksi

40

b. Trafo arus proteksi

1) Trafo arus untuk proteksi, memiliki ketelitian tinggi pada saat terjadi

gangguan dimana arus yang mengalir beberapa kali dari arus

pengenalnya dan tingkat kejenuhan cukup tinggi.

2) Penggunaan trafo arus proteksi untuk relai arus lebih (OCR dan

GFR), relai beban lebih, relai diferensial, relai daya dan relai jarak.

3) Perbedaan mendasar trafo arus pengukuran dan proteksi adalah pada

titik saturasinya seperti pada kurva saturasi dibawah ini :

4) Trafo arus untuk pengukuran dirancang supaya lebih cepat jenuh

dibandingkan trafo arus proteksi sehingga konstruksinya mempunyai

luas penampang inti yang lebih kecil.

A2

CT Proteksi

A1

CT Pengukuran

Gambar 2.15. Luas Penampang Inti Trafo Arus

41

3. Jenis Trafo Arus

a. Jenis trafo arus menurut tipe kontruksi dan pasangannya.

1) Tipe Konstruksi

a) Tipe cincin (ring / window type)

b) Tipe cor-coran cast resin (mounded cast resin type)

c) Tipe tangki minyak (oil tank type)

d) Tipe trafo arus bushing

2) Tipe Pasangan.

a) Pasangan dalam (indoor)

b) Pasangan luar (outdoor)

b. Jenis trafo arus berdasarkan konstruksi belitan primer.

1) Sisi primer batang (bar primary) dan

Gambar 2.16. Bar Primary

Gambar 2.17 Wound Primary

42

2) Sisi tipe lilitan (wound primary).

c. Jenis trafo arus berdasarkan konstruksi jenis inti.

1) Trafo arus dengan inti besi

43

Trafo arus dengan inti besi adalah trafo arus yang umum digunakan, pada

arus yang kecil (jauh dibawah nilai nominal) terdapat kecenderungan kesalahan dan

pada arus yang besar (beberapa kali nilai nominal) trafo arus akan mengalami

saturasi.

2) Trafo arus tanpa inti besi

Trafo arus tanpa inti besi tidak memiliki saturasi dan rugi histerisis,

transformasi dari besaran primer ke besaran sekunder adalah linier di seluruh

jangkauan pengukuran, contohnya adalah koil rogowski (coil rogowski).

d. Jenis trafo arus berdasarkan jenis isolasi.

Berdasarkan jenis isolasinya, trafo arus dibagi menjadi beberapa kelompok,

yaitu:

1) Trafo arus kering

Trafo arus kering biasanya digunakan pada tegangan rendah, umumnya

digunakan pada pasangan dalam ruangan (indoor).

2) Trafo arus Cast Resin

Trafo arus ini biasanya digunakan pada tegangan menengah, umumnya

digunakan pada pasangan dalam ruangan (indoor), misalnya trafo arus tipe cincin

yang digunakan pada kubikel penyulang 20 kV.

3) Trafo arus isolasi minyak

Gambar 2.18 Trafo Arus Pemasangan Luar Ruangan

44

Trafo arus isolasi minyak banyak digunakan pada pengukuran arus tegangan

tinggi, umumnya digunakan pada pasangan di luar ruangan (outdoor) misalkan trafo

arus tipe bushing yang digunakan pada pengukuran arus penghantar tegangan 70 kV

dan 150 kV.

4) Trafo arus isolasi SF6 / Compound

Trafo arus ini banyak digunakan pada pengukuran arus tegangan tinggi,

umumnya digunakan pada pasangan di luar ruangan (outdoor) misalkan trafo arus

tipe top-core.

e. Jenis trafo arus berdasarkan pemasangan

Berdasarkan lokasi pemasangannya, trafo arus dibagi menjadi dua kelompok,

yaitu:

1) Trafo arus pemasangan luar ruangan (outdoor).

Trafo arus pemasangan luar ruangan memiliki konstruksi fisik yang kokoh,

isolasi yang baik, biasanya menggunakan isolasi minyak untuk rangkaian elektrik

internal dan bahan keramik/porcelain untuk isolator ekternal.

Gambar 2.19 Trafo Arus Pemasangan Dalam Ruangan

45

2) Trafo arus pemasangan dalam ruangan (indoor).

Trafo arus pemasangan dalam ruangan biasanya memiliki ukuran yang lebih

kecil dari pada trafo arus pemasangan luar ruangan, menggunakan isolator dari bahan

resin.

4. Komponen Trafo Arus

a. Tipe cincin (ring / window type) dan Tipe cor-coran cast resin (mounded

cast resin type)

Gambar 2.20 CT tipe cincin

46

Keterangan :

1. Terminal utama (primary terminal)

2. Terminal sekunder (secondary terminal)

3. Kumparan sekunder (secondary winding)

CT tipe cincin dan cor-coran cast resin biasanya digunakan pada kubikel

penyulang (tegangan 20 kV dan pemasangan indoor). Jenis isolasi pada CT cincin

adalah Cast Resin.

b. Tipe Tangki

Gambar 2.21 Komponen CT tipe cincin

47

Keterangan :

1 Bagian atas Trafo arus (transformator head).

2 Peredam perlawanan pemuaian minyak (oil resistant expansion bellows).

3 Terminal utama (primary terminal).

4 Penjepit (clamps).

5 Inti kumparan dengan belitan berisolasi utama (core and coil assembly with

primary winding and main insulation).

6 Inti dengan kumparan sekunder (core with secondary windings).

7 Tangki (tank).

8 Tempat terminal (terminal box).

9 Plat untuk pentanahan (earthing plate).

Jenis isolasi pada trafo arus tipe tangki adalah minyak. Trafo arus isolasi

minyak banyak digunakan pada pengukuran arus tegangan tinggi, umumnya

Gambar 2.22 Komponen CT tipe tangki

48

digunakan pada pasangan di luar ruangan (outdoor) misalkan trafo arus tipe bushing

yang digunakan pada pengukuran arus penghantar tegangan 70 kV, 150 kV dan 500

KV.