I-1

BAB II

LANDASAN TEORI

Pada bab ini membahas landasan teori yang terkait dengan judul tugas akhir.

Adapun landasan teori yang terkait dengan pada bab mengenai jaringan distribusi

tegangan menengah, proteksi sistem tenaga listrik, relai pengaman arus lebih,fungsi

utama relai pengaman, jenis – jenis relai proteksi dan jenis relai berdasarkan

karakteristik waktu.

2.1 Sistem Proteksi [7]

Secara umum pengertian sistem proteksi yaitu cara untuk mencegah

kerusakan peralatan terhadap gangguan, sehingga kelangsungan penyaluran tenaga

listrik dapat dipertahankan.

2.1.1 Definisi Sistem Proteksi

Pada sistem tenaga listrik, sistem proteksi adalah perlindungan atau isolasi

pada bagian yang memungkinkan akan terjadi gangguan atau bahaya. Tujuan utama

proteksi adalah untuk mencegah terjadinya gangguan atau memadamkan gangguan

yang telah terjadi dan melokalisirnya, dan membatasi pengaruh-pengaruhnya,

biasanya dengan mengisolir bagian-bagian yang terganggu tanpa mengganggu

bagian-bagian yang lain.

Sistem proteksi merupakan suatu sistem yang terdiri dari satu atau lebih

peralatan proteksi, transformator pengukuran, pengawatan (wiring), rangkaian

tripping, catu daya dan sistem komunikasi bilan tersedia.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-2

2.1.2 Fungsi Sistem Proteksi

Fungsi Proteksi adalah memisahkan bagian sistem yang terganggu

sehingga bagian sistem lainnya dapat terus beroperasi dengan cara sebagai

berikut:

1) Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya pada bagian

sistem yang diamankannya (fault detection ).

2) Melepaskan bagian sistem yang terganggu (fault clearing ).

3) Memberitahu operator adanya gangguan dan lokasinya (announciation)

2.1.3 Zona Proteksi

Zona proteksi adalah bagian dari jaringan sistem tenaga, dimana telah

diaplikasikan proteksi tertentu.

Zona proteksi membagi sistem tenaga listrik menjadi zona-zona tertentu

yang setiap zona tersebut dibatasi oleh PMT (seperti pada gambar II.1). Pembagian

zona tersebut berfungsi untuk membatasi luasnya sistem yang terputus saat

gangguan. Pada zona perbatasan, zona proteksi harus tumpang tindih (overlap)

sehingga tidak ada bagian dari sistem yang tidak beroperasi.

1

2

3

4

P1

B

P2A C

D

E

Gambar II. 1. Pembagian Daerah Proteksi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-3

2.2 Pengamanan Utama dan Cadangan

Setiap proteksi pasti memiliki pengaman utama dan cadangan. Keduanya

saling berkaitan untuk kontribusi menjaga peralatan supaya lebih aman.

2.2.1 Proteksi Utama [3]

Proteksi Utama adalah pertahanan terdepan dari sistem dimana gangguan

di daerah proteksi dari suatu relai dapat diatasi secepat mungkin. Untuk relai

proteksi utama harus bekerja secara cepat dalam pemutusan beban untuk mulai

terjadinya gangguan sampai selesainya pembukaan yaitu 20-40 ms dan waktu

pembukaan pemutus beban 40-60 ms.

2.2.2 Proteksi Cadangan

Proteksi cadangan adalah proteksi yang akan bekerja ketika gangguan

pada sistem tenaga listrik tidak dapat dibebaskan/diisolasi oleh proteksi utama

(SPLN T5.002-1:2010).

Proteksi cadangan akan bekerja jika proteksi utama gagal bekerja, selain

itu juga melindungi daerah pengaman berikutnya. Relai cadangan mempunyai

penundaan waktu yang cukup panjang yaitu 20-100 ms sehingga memungkinkan

proteksi utama bekerja terlebih dahulu. Ciri-ciri pengaman cadangan :

1) Waktu kerjanya lebih lambat atau ada waktu tunda (time delay), untuk memberi

kesempatan kepada pengaman utama bekerja lebih dahulu

2) Relai pengaman cadangan harus dikoordinasikan dengan relai proteksi

pengamanan cadangan lainnya di sisi lain.

3) Secara sistem, proteksi cadangan terpisah dari proteksi utama

2.3 Perangkat Sistem Proteksi [10]

Gangguan pada jaringan distribusi tenaga listrik sebagian besar merupakan

gangguan hubung singkat, yang menimbulkan arus listrik cukup besar. Semakin

besar sistemnya, semakin besar pula arus gangguannya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-4

Arus gangguan yang besar bila tidak segera dihilangkan akan merusak

peralatan yang dilalui arus gangguan. Untuk melepaskan daerah yang terganggu

diperlukan alat pengaman. Di sini jelas bahwa alat pengaman bertujuan untuk

melepaskan atau membuka sistem yang teganggu sehingga arus gangguan ini akan

padam. Untuk memenuhi tujuan tersebut maka diperlukan sistem proteksi.

Yang dimaksud dengan sistem proteksi tenaga listrik adalah suatu suatu

sistem pengamanan kepada peralatan-peralatan listrik dan saluran terhadap kondisi

abnormal. Sistem proteksi diperlukan untuk menghindari ataupun untuk

mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat gangguan. Semakin cepat reaksi

perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikitlah pengaruh

gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat. Disamping itu dengan bekerjanya

sistem proteksi maka daerah yang terganggu bisa dilokalisir sehingga dapat

memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen, dan

juga untuk mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.

Suatu sistem proteksi terdiri dari beberapa komponen peralatan yang

membentuk satu rangkaian yang masing-masing komponen mempunyai tugas

sesuai dengan fungsinya. Sistem proteksi terdiri dari beberapa komponen peralatan

yang membentuk satu rangkaian yang masing-masing komponen mempunyai tugas

sesuai dengan fungsinya. Komponen peralatan pada sistem pengaman adalah

sebagai berikut :

1) Circuit Breaker/Pemutus tenaga

Circuit Breaker atau pemutus tenaga adalah peralatan listrik yang berfungsi

menghubungkan atau memutuskan rangkaian listrik dalam keadaan normal atau

tidak normal yang dilengkapi alat pemadam busur api.

Ketika terjadi gangguan atau keadaan tidak normal, CB sebagai saklar

otomatis harus dapat memisahkan bagian yang terganggu dengan bagian yang tidak

terganggu. Proses pengoperasian CB ini menggunakan suatu rangkaian trip

(tripping coil) yang mendapat sinyal dari relai pengaman.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-5

2) Relay

Relay proteksi suatu alat yang mengawasi keadaan sebuah rangkaian dan

memberikan perintah untuk membuka rangkaian saat kondisi tidak normal . Relay

proteksi harus bekerja sesuai dengan yang diharapkan dengan waktu yang cepat

sehingga tidak akan mengakibatkan kerusakan, ataupun kalau suatu peralatan

terjadi kerusakan secara dini telah diketahui, dari uraian tersebut maka relay

proteksi pada sistem tenaga listrik berfungsi untuk :

a) Merasakan, mengukur dan menetukan bagian sistem yang terganggu serta

memisahkan secepatnya sehingga sistem lain yang tidak terganggu dapat

beroperasi secara normal.

b) Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan yang terganggu.

c) Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem yang lain yang tidak

terganggu di dalam sisem tersebut serta mencegah meluasnya gangguan.

d) Memperkecil bahaya bagi manusia.

3) Trafo Arus (Current Transformator)

Trafo arus berfungsi untuk untuk menurunkan arus. Pada umumnya arus

nominal sekunder trafo arus adalah 5A atau 1A.

Trafo arus dalam sistem tenaga listrik digunakan untuk keperluan

pengukuran dan proteksi, batas kejenuhan trafo arus untuk proteksi lebih tinggi dari

pada trafo arus untuk pengukuran.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-6

B

H

Untuk Proteksi

Untuk Pengukuran

Gambar II. 2. Kurva BH transformator arus untuk proteksi dan pengukuran

4) Trafo Tegangan (Potential Transformator)

Trafo tegangan adalah trafo satu fasa step-down yang mentransformasi

tegangan tinggi atau tegangan menengah ke suatu tegangan rendah yang layak

untuk perlengkapan indikator, alat ukur, relay, dan alat sinkronisasi. Hal ini

dilakukan atas pertimbangan harga dan bahaya yang dapat ditimbulkan tegangan

tinggi. Tegangan perlengkapan seperti indikator, meter, dan relay dirancang sama

dengan tegangan terminal sekunder trafo tegangan.

5) Sumber Tegangan DC

Untuk menjaga stabilitas sistem proteksi dibutuhkan sumber tenaga yang

mempunyai keandalan dan stabilitas yang tinggi. Karena persyaratan tersebut maka

dipakai baterai sebagai sumber arus searah yang dipakai untuk menyuplai daya ke

relai proteksi agar relai tersebut dapat mengolah informasi yang diterima dan

memberikan perintah trip ke PMT. Hal ini penting agar tidak terjadi kegagalan

proteksi yang diakibatkan tidak tersedianya sumber tenaga (out of service).

Untuk kebutuhan operasi relai dan kontrol di PLN sendiri, terdapat dua

sistem catu daya pasokan arus searah yaitu DC 110 V dan DC 220 V. Catu daya

DC bersumber dari rectifier dan baterai yang terpasang pada instalasi secara paralel

dengan beban, sehingga dalam operasionalnya disebut sistem DC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-7

6) Pengawatan (Wiring)

Setelah semua elemen-elemen sistem proteksi diatas terpenuhi maka

dibutuhkan suatu elemen terakhir sebagai unsur penyempurna dari semua aspek

diatas yang berfungsi mengintegrasikan semua elemen tersebut dan membentuk

suatu sistem proteksi. Elemen penting tersebut yaitu pengawatan (wiring).

CT

PT

Batere

Relai

TC ( Tripping Coil )

CB

Gambar II. 3. Komponen peralatan pada sistem pengaman

Pada gambar II.3 memperlihatakan sistem pengaman pada sistem tenaga

listrik. Bila terjadi gangguan pada saluran maka CT dan PT akan memberikan

indikasi adanya gangguan kepada relai dan relai akan merasakan adanya gangguan

tersebut. Kemudian relai akan bekerja sehingga kontak relai menutup dan

menghubungkan Triping coil dengan batere kemudian Circuit Breaker membuka.

2.4 Syarat-Syarat Sistem Proteksi [2]

Sistem proteksi harus memenuhi syarat sebagai berikut :

1) Kepekaan (Sensitifitas)

Sistem proteksi harus mampu mendeteksi sekecil apapun

ketidaknormalan sistem dan beroperasi dibawah nilai minimum gangguan.

Pada prinsipnya relai harus cukup peka terhadap gangguan di kawasan

pengamanannya, termasuk kawasan pengamanan cadangan-jauhnya,

meskipun dalam kondisi yang memberikan deviasi yang minimum.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-8

2) Selektifitas (Selectivity)

Sistem proteksi harus mampu menentukan daerah kerjanya dan atau

fasa yang terganggu secara tepat. Zona proteksi harus tepat dan memadai

untuk memastikan bahwa hanya bagian yang terganggu yang dipisahkan

dari sistem pada saat terjadi gangguan atau kondisi abnormal.

Pengamanan sedemikian disebut pengamanan yang selektif. Jadi relai

harus dapat membedakan apakah :

a) Gangguan terletak di kawasan pengamanan utamanya dimana ia harus

bekerja cepat

b) Gangguan terletak di bagian berikutnya dimana ia harus bekerja dengan

waktu tunda (sebagai pengaman cadangan) atau menahan diri untuk

trip.

c) Gangguannya diluar daerah pengamanannya, atau sama sekali tidak ada

gangguan, dimana ia harus tidak bekerja sama sekali.

Untuk relai-relai, yang didalam system terletak secara seri, dikoordinir

dengan mengatur peningkatan waktu (time grading) atau peningkatan

setting arus (current grading), atau gabungan dari keduanya.

Untuk itulah relai di buat dengan bermacam-macam jenis dan

karakteristiknya.Dengan pemilihan jenis dan karakteristik relai yang tepat,

spesifikasi trafo arus yang benar, serta penentuan setting relai yang

terkoordinir dengan baik, selektifitas yang baik dapat diperoleh.

3) Kecepatan

Untuk memperkecil kerusakan/ kerugian akibat gangguan, maka

bagian yang terganggu harus dipisahkan secepat mungkin dari bagian sistem

lainnya. Waktu total pembebasan sistem dari gangguan adalah waktu sejak

munculnya gangguan, sampai bagian yang terganggu benar-benar terpisah

dari bagian sistem lainnya. Kecepatan itu penting untuk : Menghindari

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-9

kerusakan secara thermis pada peralatan yang dilalui arus gangguan serta

membatasi kerusakan pada alat yang terganggu.

1) Mempertahankan kestabilan sistem

2) Membatasi busur api pada gangguan disaluran udara yang akan berarti

memperbesar kemungkinan berhasilnya penutupan balik PMT dan

mempersingkat dead time (interval waktu buka dan tutup)

4) Keandalan

Kemungkinan suatu sistem proteksi dapat bekerja benar sesuai fungsi

yang diinginkan dalam kondisi dan jangka waktu tertentu.

Proteksi diharapkan bekerja pada saat kondisi yang diharapkan

terpenuhi dan tidak boleh bekerja pada kondisi yang tidak diharapkan.

(SPLN T5.002-1:2010). Keandalan sistem proteksi terbagi menjadi tiga

yaitu :

a) Keterpercayaan (Dependability) yaitu keandalan kemampuan dalam

bekerja. Pada prinsipnya pengaman harus dapat diandalkan bekerjanya

(dapat mendeteksi dan melepaskan bagian yang terganggu), tidak boleh

gagal bekerja.

b) Keterjaminan (Security) yaitu tingkat kepastian untuk tidak salah kerja.

Salah kerja adalah kerja yang semestinya tidak harus kerja, misalnya

karena lokasi gangguan di luar lokasi pengamanya atau sama sekali tidak

ada gangguan atau kerja yang terlalu cepat atau terlalu lambat. Salah

kerja mengakibatkan pemadaman yang sebenarnya tidak perlu terjadi.

Jadi pada prinsipnya pengaman tidak boleh salah kerja, dengan kata lain

security-nya harus tinggi.

c) Availability yaitu perbandingan antara waktu dimana pengaman dalam

keadaan berfungsi/siap kerja dan waktu total dalam operasinya.

5) Ekonomis [7]

Sistem pengaman peralatan juga harus mempertimbangkan sisi

ekonomis dari pemasangan peralatan pengaman tersebut. Karena itu tidak

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-10

semua peralatan harus dilengkapi dengan pengaman yang lengkap karena

harga peralatan pengaman juga harus diperhitungkan tanpa menghilangkan

efektivitas penyaluran daya listrik. Sisi ekonomis perlu dipertimbangkan

setelah aspek teknik telah terpenuhi untuk kelayakan operasi peralatan.

2.5 Relai Pengaman [8]

Relai pengaman adalah susunan peralatan yang direncanakan untuk dapat

merasakan atau mengukur adanya gangguan atau mulai merasakan adanya ketidak

normalan pada peralatan atau bagian sistem tenaga listrik dan segera secara

otomatis membuka Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) untuk

memisahkan peralatan atau bagian dari sistem yang terganggu dan memberi isyarat

berupa lampu atau alarm (bel). Disamping itu maka relai pengaman pada sistem

tenaga listrik berfungsi untuk :

1) Merasakan, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta

memisahkan secepatnya sehingga sistem lainnya tidak terganggu dan dapat

beroperasi secara normal.

2) Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan atau bagian sistem yang

terganggu.

3) Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem yang lain yang tidak

terganggu di dalam sistem tersebut serta mencegah meluasnya gangguan.

4) Memperkecil bahaya bagi manusia.

Selain relai pengaman memiliki fungsi, sistem pengaman juga harus memiliki

sistem yang baik yaitu :

1) Melakukan koordinasi dengan sistim pengaman yang lain

2) Mengamankan peralatan dari kerusakan yang lebih luas akibat gangguan

3) Membatasi kemungkinan terjadinya kecelakaaan

4) Secepatnya membebaskan pemadaman karena gangguan

5) Membatasi daerah pemadaman akibat gangguan

6) Mengurangi frekuensi pemutusan permanen karena gangguan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-11

2.5.1. Klasifikasi Relai [2]

Beberapa macam relai yang ada kita dapat membedakan menurut

klasifikasinya sebagai berikut :

1) Berdasarkan prinsip Kerjanya:

a) Relai elektro-magnetis; tarikan dan induksi

b) Relai termis

c) Relai eIektronis

2) Berdasarkan Konstruksinya:

a) Tipe angker tarikan

b) Tipe batang seimbang

c) Tipe cakram induksi

d) Tipe kap induksi

e) Tipe kumparan yang bergerak

f) Tipe besi yang bergerak

3) Berdasarkan Besaran yang Diukur

a) Relai tegangan

b) Relai arus

c) Relai impedansi

d) Relai frekwensi

4) Berdasarkan cara kerja kontrol elemen :

a) Direct acting : kontrol elemen bekerja langsung memutuskan aliran.

b) Indirect acting : kontrol elemen hanya digunakan untuk menutup

kontak suatu peralatan lain digunakan memutus rangkaian / aliran.

5) Berdasarkan karakteristiknya :

a) Instantaneous, yaitu relai arus lebih yang tidak mempunyai waktu

tunda/waktu kerja sesaat.

b) Definite time delay, yaitu relai yang bekerjanya dengan kelambatan

waktu.

c) Inverse, yaitu relai dimana waktu tundanya mempunyai karakteristik

tergantung pada besarnya arus gangguan.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-12

6) Berdasarkan fungsinya :

a) Relai arus lebih, berfungsi mendeteksi kelebihan arus yang mengalir di

zona proteksinya.

b) Relai diferensial, berfungsi membandingkan arus sekunder CT yang

terpasang di terminal listrik dan akan aktif jika ada perbedaan pada arus

sirkulasi.

c) Relai arah, berfungsi mengenali perbedaan fasa antar arus atau antara

arus dan tegangan dan dapat mengenali arah arus gangguan.

d) Relai jarak,berfungsi untuk membaca impedansi pada suatu zona apakah

sesuai dengan nilai setting.

e) Relai gangguan tanah, berfungsi untuk mendeteksi gangguan ke tanah

dengan mengukur arus residu tanah.

2.6 Fungsi Umum Relai Pengaman

1) Untuk menentukan dengan segera pemutusan atau penutupan

pelayanan penyaluran setiap elemen sistem tenaga listrik bila

mendapatkan gangguan atau kondisi kerja yang abnormal, yang dapat

mengakibatkan kerusakan pada peralatan atau mempengaruhi sistem

yang masih beroperasi normal.

2) Untuk mengetahui letak dan jenis gangguan, sehingga dari pengaman

ini dapat dipakai untuk pedoman perbaikan peralatan yang rusak.

2.7 Relai Arus Lebih [2]

2.7.1 Pengertian Relai Arus Lebih

Relai arus lebih adalah suatu relai yang bekerja berdasarkan adanya

kenaikan arus yang melebihi nilai pengamanan tertentu (setting/setelan arus dan

waktu tertentu).

Over Current Relay ( OCR ) ini berfungsi untuk memproteksi peralatan

listrik terhadap arus lebih yang disebabkan oleh gangguan arus hubung singkat

atau dapat pula dikatakan bahwa relai ini berfungsi merasakan adanya arus lebih

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-13

dan kemudian memberi perintah/isyarat kepada PMT untuk membuka rangkaian

apabila terjadi gangguan hubung singkat sehingga kerusakan alat akibat

gangguan dapat dihindari. Selain itu Over Current Relay juga berfungsi untuk

mengamankan transformator dari arus yang melebihi dari arus yang dibolehkan

lewat dari transformator tersebut.

Umumnya Over Current Relay digunakan pada jaringan tegangan

menengah atau saluran transmisi, jaringan sub-radial, pengaman untuk motor-

motor tegangan menengah yang kecil, pengaman cadangan (untuk transformator

daya, generator, motor yang besar, jaringan transmisi tegangan tinggi), bila

dilengkapi dengan relai arah dapat digunakan sebagai pengaman saluran

transmisi sirkuit ganda dan pengaman gangguan tanah sampai tegangan ektra

tinggi, hanya disini yang membedakan adalah fungsi dari relai tersebut. Adapun

yang dimaksud fungsi disini adalah :

1) Berfungsi sebagai pengaman utama (Main Protection) sebagai pengaman

utama SUTM / SKTM bertujuan untuk :

a) Mencegah kerusakan SUTM/SKTM dari gangguan hubung singkat.

b) Membatasi luas daerah terganggu (pemadaman sekecil mungkin).

c) Berfungsi sebagai pengaman cadangan (Backup Protection).

2) Sebagai pengaman cadangan trafo atau SUTT bertujuan sama dengan

yang diatas yaitu mencegah kerusakan trafo atau SUTT dari gangguan

hubung singkat dan membatasi luas daerah terganggu (pemdaman)

sekecil mungkin, hanya bekerja apabila pengaman utama di peralatan

tersebut tidak bekerja. Selain itu OCR dijadikan pengaman cadangan

karena untuk mengkoordinasi sulit untuk mendapatkan selektifitas yang

baik. Pengaman yang menggunakan OCR mempunyai beberapa

keuntungan yaitu :

a) Dapat mengamankan arus lebih yang terjadi karena hubung singkat

atau beban lebih.

b) Penyetelannya mudah untuk jaringan radial.

c) Pengamannya sederhana.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-14

d) Dapat sebagai pengaman utama dan berfungsi juga sebagai pengaman

cadangan.

e) Harganya relatif murah.

Adapun beberapa kerugian/kekurangan pengaman dengan menggunakan

OCR adalah untuk jaringan dengan sirkuit ganda tanpa dilengkapi dengan relai

arah tidak dapat selektif. Untuk jaringan yang interkoneksi tidak dapat sebagai

pengaman utama, karena sukar untuk dapat selektif bila tidak dilengkapi dengan

relai arah.

2.7.2 Prinsip Kerja Relai Arus Lebih

Prinsip kerja relai arus lebih adalah berdasarkan adanya arus lebih yang

dirasakan oleh relai, baik disebabkan adanya gangguan hubung singkat atau

overload (beban lebih) untuk kemudian memberikan perintah trip ke PMT sesuai

dengan karakteristik waktunya.

Gambar II. 4. Rangkaian Pengawatan OCR

Cara kerjanya dapat diuraikan sebagai berikut :

1) Pada kondisi normal arus beban (Ib) mengalir pada SUTM/SKTM dan oleh trafo

arus besaran arus ini ditransformasikan ke besaran sekunder (Ir). Arus Ir

mengalir pada kumparan relai tetapi karena arus ini masih lebih kecil daripada

suatu harga yang ditetapkan (setting), maka relai tidak bekerja.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-15

2) Bila terjadi gangguan hubung singkat, arus Ib akan naik dan menyebabkan arus

Ir naik pula, apabila arus Ir naik melebihi suatu harga yang telah ditetapkan

(diatas setting) maka relai akan bekerja dan memberikan perintah trip pada

tripping coil untuk bekerja dan membuka PMT, sehingga SUTM/SKTM yang

terganggu dipisahkan oleh jaringan.

2.7.3 Setting OCR

2.7.3.1 Setting Waktu (TD/TMS)

Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat, selanjutnya digunakan

untuk menentukan nilai setelan waktu (TD/TMS). Rumus untuk menentukan nilai

setelan waktu bermacam-macam sesuai dengan desain pabrik pembuatan relai.

Dalam hal ini ada yang menggunakan standar ANSI atau IEC.

Gambar II. 5. Kurva/ Karakteristik Invers standar IEC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-16

Terdapat 4 macam karakteristik relay inverse menurut standar IEC yaitu :

a) Standard Normal Inverse

Yaitu karakteristik yang menunjukan perbandingan antara besar arus

dengan waktu kerja relai yang standard, ditulis dengan rumus :

t = 0,14

𝐼0,02−1tms ..................................................................(2.1)

b) Very inverse

Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus

dengan waktu kerja Relai yang lebih cepat/tinggi dari standard inverse, ditulis

dengan rumus :

t = 13,5

𝐼−1tms ......................................................................(2.2)

c) Extremely inverse

Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus

dengan waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari standard inverse dan very

inverse, ditulis dengan rumus :

t = 80

𝐼2−1tms ....................................................................(2.3)

d) Long Time Inverse

Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus

dengan waktu kerja relai yang lebih lambat/rendah diantara karakteristik yang lain,

ditulis dengan rumus :

t = 120

𝐼−1tms ................................................................(2.4)

Terdapat 5 macam karakteristik relay inverse menurut standar ANSI/ IEEE yaitu :

[7]

a) Short Time Inverse

Karakteristik ini digunakan untuk sistem yang membutuhkan waktu

pemutusan gangguan yang cepat dimana koordinasi relai tidak , ditulis dengan

rumus:

tp = TD (0.00262 + 0.00342

𝑀0.02−1) .................................(2.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-17

b) Moderately inverse

Yaitu karakteristik yang menunjukan perbandingan antara besar arus

dengan waktu kerja relai yang standard, ditulis dengan rumus:

tp = 𝑇𝐷(0.0226 +0.0104

𝑀0,02−1)..........................................(2.6)

c) Inverse

Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus

dengan waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari short-timeinverse dan

moderately inverse, ditulis dengan rumus :

tp = TD (0.18 + 5.95

𝑀2−1)...........................................(2.7)

d) Very inverse

Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus

dengan waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari moderately inverse dan

inverse, ditulis dengan rumus :

tp = TD (0.0963 + 3.88

𝑀2−1) .................................(2.8)

e) Extremely inverse

Yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus dengan

waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari inverse dan very inverse, ditulis

dengan rumus :

tp = TD (0.0352 + 5.67

𝑀2−1) ...................................................(2.9)

Keterangan :

M = 𝐼 𝑢𝑗𝑖

𝐼 𝑠𝑒𝑡

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-18

Gambar II. 6. Kurva karakteristik waktu inverse ANSI

2.7.4 Sambungan Relai Arus Lebih

Relai arus lebih untuk gangguan antar fasa yaitu gangguan 3 fasa atau

2 fasa, digunakan 3 buah relai arus lebih atau 2 buah relai arus lebih. Relai arus

lebih dapat juga digunakan sebagai pengaman gangguan fasa-tanah seperti pada

gambar dibawah ini.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-19

Gambar II. 7. Sambungan Tipe 3 OCR + 1 GFR

Gambar II. 8. Sambungan Tipe 2 OCR + 1 GFR

Relai ini bekerja dengan membaca input berupa besaran arus kemudian

membandingankandengan nilai setting, apabila nilai arus yang terbaca oleh relai

melebihi nilai setting, maka releakan mengirim perintah trip (lepas) kepada

Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker(CB) setelah tunda waktu yang

diterapkan pada setting.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-20

2.7.5 Jenis Relai Berdasarkan Karakteristik Waktu [3]

2.7.5.1 Relai Arus Lebih Waktu Seketika (Instantaneous Relay)

Adalah relai arus lebih yang tidak mempunyai waktu tunda/ waktu kerja

sesaat. Relai bekerja pada gangguan yang paling dekat dengan lokasi dimana relai

terpasang.

Bus-bar

TC

DC

A

CT

P

R

PMT

I

Ir

IIr

t

Gambar II. 9. Relai Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Kerja Seketika

Keterangan :

P : pegas TC : triping coil CT : current transformer

R : relai A : alarm

Dari kurva karakteristik diatas, ketika OCR merasakan ada arus

gangguan sebesar apapun gangguan tersebut, maka OCR akan men-trip-kan PMT

secara seketika/instant tanpa adanya setting waktu.

2.7.5.2 Relai Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Relay)

Adalah relai dimana waktu tundanya tetap, tidak tergantung pada

besarnya arus gangguan. Jika arus gangguan telah melebihi arus settingnya

berapapun besarnya arus gangguan relai akan bekerja dengan waktu yang tetap.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-21

Gambar II. 10. Relai Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Kerja Tertentu

Keterangan :

CB : circuit breaker / PMT top : waktu operasi

CT : current transformer Ip : arus setting (arus kerja)

TC : tripping coil T : relai waktu tunda

C : relai arus lebih A : relai bantu

S : relai sinyal

Dari kurva karakteristik diatas, ketika OCR merasakan ada arus

gangguan yang lebih besar dari arus setting, maka OCR akan men-trip-kan PMT

sesuai dengan setting waktu yang telah diatur. Besarnya arus gangguan tidak

mempengaruhi waktu kerja OCR.

2.7.5.3 Relai Arus Lebih Waktu Berbanding Terbalik (Inverse Relay)

Adalah relai dimana waktu tundaya mempunyai karakteristik tergantung

pada besarnya arus gangguan. Sehingga semakin besar arus gangguan maka waktu

kerja relai akan semakin cepat, arus gangguan berbanding terbalik dengan waktu

kerja relai.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-22

Gambar II. 11. Relai Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Berbanding Terbalik

Keterangan :

CB : circuit breaker / PMT C : relai arus lebih

CT : current transformer T : relai waktu tunda

TC : tripping coil

Dari kurva karakteristik diatas, ketika OCR merasakan ada arus

gangguan yang lebih besar dari arus setting, maka OCR akan men-trip-kan PMT

sesuai dengan setting waktu yang telah diatur. Semakin besar arus gangguan

tersebut maka waktu kerjanya semakin cepat.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-23

2.7.6 Relai Hubung Tanah (Ground Fault Relay) [2]

Relai hubung tanah yang lebih dikenal sebagai GFR pada dasarnya

mempunyai prinsip kerja sama dengan relai arus lebih (OCR) namun memiliki

perbedaan dalam kegunaannya. Bila relai OCR mendeteksi adanya hubungan

singkat antara fasa, maka GFR mendeteksi adanya hubung singkat ke tanah.

Dibawah ini merupakan gambar rangkaian pengawatan GFR.

2.7.7 Prinsip Kerja GFR (Ground Fault Relay)

Pada kondisi normal beban seimbang Ir, Is, It sama besar sehingga pada

kawat netral tidak timbul arus dan relai hubung tanah tidak dialiri arus. Bila terjadi

ketidak seimbangan arus atau terjadi gangguan hubung singkat ke tanah, maka akan

timbul arus urutan nol pada kawat netral, sehingga relai hubung tanah akan bekerja.

2.8 Prinsip Dasar Perhitungan Penyetelan Arus (IS)

2.8.1 Batas penyetelan minimum relay arus lebih

Batas penyetelan minimum dinyatakan bahwa relai arus tidak boleh

bekerja pada saat terjadi beban maksimum, sehingga:

Is = Kfk

Kd × Imaks ...........……………………………… (2.10)

Gambar II. 12. Pengawatan GFR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-24

dimana:

Is = Penyetelan arus

Kfk = Faktor keamanan, mempunyai nilai antara 1,1 ≈ 1.2

Kd = Faktor arus kembaIi, Id antara 0,7sampai dengan 0,9 untuk relai definite

Ip = 1,0 untuk relai inverse

Imaks = Arus maksimum yang diijinkan pada peralatan yang diamankan, dimana

pada umumnya diambil nilai arus nominalnya.

2.8.2 Batas penyetelan maksimum relai arus lebih

Batas penyetelan maksimum relai arus lebih adalah bahwa relai harus

bekerja bila terjadi gangguan hubung singkat pada rel seksi berikutnya.

Gambar II. 13. Jaringan Listrik Terbagi dalam 3 Zone Pengaman

Relai yang terdapat di A merupakan pengaman utama zone AB, sebagai

pengaman cadangan untuk zone berikutnya (BC dan C). Batas penyetelan

maksimumnya adalah:

Is≈ Ihs_2fasa pada pembangkitan minimum

Cara penyetelan arus relaiarus lebih definite. Penyetelan arus Is:

Is = k . In ........................................................(2.11)

dimana:

k = suatu konstanta perbandingan, harganya tergantung dari pabrik pembuat relai,

umumnya nilainya adalah 0,6 ≈ 1,4 atau 1,0 ≈ 2,0

In = arus nominal, dapat merupakan dua nilai yang merupakan kelipatannya.

Misalnya 2,5 A atau 5,0 A ; 1,0 A atau 2,0 A dan seterusnya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-25

2.9 Prinsip Dasar Perhitungan Penyetelan Waktu

Penyetelan arus pada relai arus lebih pada umumnya didasarkan pada

penyetelan batas minimumnya, dengan demikian adanya gangguan hubung singkat

di beberapa seksi berikutnya, relai arusnya akan bekerja. Untuk mendapatkan

pengamanan yang selektif, maka penyetelan waktunya dibuat secara bertingkat.

Selain hal itu persyaratan lain yang harus dipenuhi adalah bahwa pengamanan

sistem secara keseluruhan harus rnasih bekerja secepat mungkin, akan tetapi masih

selektif.

2.9.1 Relai arus lebih definite time

Gambar II. 14. Prinsip Dasar Penyetalan Waktu Sistem Radial

Karena untuk penyetelan arus lebih pada umumnya didasarkan pada batas

minimum, maka adanya gangguan di titik F terdapat kemungkinan:

If di F > Ip di A > Ip di B > Ip di C

Dengan demikian seluruh relay di A, B dan C akan pick-up. Untuk

mendapatkan pengamanan yang selektif, maka:

tA > tB > tC

Karena pada relai arus lebih definite time waktu kerja relai tidak dipengaruhi

oleh besarnya arus, maka untuk mendapatkan pengamanan yang baik, yang paling

penting adalah menentukan beda waktu (tingkat waktu, ∆ t) antara 2 tingkatan

pengamanan. Jadi penyetelan waktu pada rangkaian gambar II.15 di bawah ini:

tc = t1............................................................(2.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-26

tb = t2 = t1 + ∆ t...........................................(2.13)

ta = t3 = t1 + 2 ∆ t.........................................(2.14)

Gambar II. 15. Karakteristik Arus-Waktu Relai Definite Jaringan

1) Relai arus lebih inverse

Syarat untuk men-setting waktu (dalam hal ini adaIah Td / Time delay atau

TMS/Time Multiple Setting) dari relai arus Iebih dengan karakteristik waktu

berbalik, harus diketahui data berikut:

a) Besarnya arus hubung singkat pada setiap seksi.

b) Penyetelan/setting arusnya Is.

c) Kurva karakteristik relai yang dipakai.

Ketentuan-ketentuan yang berlaku pada relai waktu tertentu, berlaku pula

pada penyetelan relai ini, yaitu bahwa kerja relai secara keseluruhan harus cepat

bereaksi, tetapi harus tetap selektif. Sehingga waktu kerja relai untuk dua seksi

yang berurutan pada lokasi gangguan yang sama harus mernpunyai beda waktu ∆ t

minimum 0,4 ≈ 0,5 detik.

Adapun untuk ternpat/lokasi gangguan yang berlainan pada satu jaringan

(maksudnya untuk satu pengamanan), maka relai akan bekerja sesuai dengan arus

perkaliannya.

2.10 Parameter Relai Arus Lebih

Beberapa parameter pada relai arus lebih sebagai penunjang penggunaan

relai arus lebih yaitu :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-27

1) I Pick Up – Ip

Ip = Arus kerja ( Arus Pick Up ) adalah arus minimum yang

menyebabkan relai bekerja atau pick-up.

2) I reset ( Ir atau Id)

Id = Ir = arus kembali (arus drop-off/Id, arus reset/Ir) adalah arus

maksimum yang menyebabkan relai kembali tidak bekerja.

3) In = Arus minimum relai

In adalah besarnya kemampuan relai untuk dialiri arus secara terus

menerus.

4) I set = Arus setelan relai

Iset adalah besarnya suatu harga penetapan arus kerja relai sesuai

dengan yang diharapkan relai harus pick-up.

5) Im = Arus moment/arus kerja sesaat

Im adalah besarnya suatu harga penetapan arus kerja relai sesuai yang

diharapkan relai harus bekerja sesaat (instantaneous).

6) I sett (time delay) = waktu tunda

I sett atau waktu tunda adalah periode waktu yang sengaja diberikan

pada relai untuk memperlambat trip ke PMT sejak relai itu pick-up. Waktu

tunda ini dimaksudkan untuk koordinasi dengan relai lainnya.

7) TMS / Ko = Time multiple setelan

TMS / Ko adalah besarnya kelipatan waktu tunda ( t set ), istilah ini

hanya terdapat pada relai dengan karakteristik inverse time.

8) Starting

Starting adalah suatu tanda bahwa relai pick-up atau merasakan adanya

suatu besaran arus yang sama dengan atau lebih besar dari I set.

9) Trip

Trip adalah suatu tanda bahwa relai bekerja dan telah memberi

perintah pada tripping coil untuk bekerja melepas kontak PMT.