18BAB 1 PENDAHULUANA.Latar BelakangKeandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung padasistem proteksi yang digunakan. Oleh sebab itu dalam perencangan suatu sistem tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisi-kondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem, melalui analisa gangguan.Pada dasarnya gangguan dapat terjadi karena kegagalan operasi peralatan dalam sistem, kesalahan manusia dan karena alam. Langkah yang dapat diambil untuk mencegah terjadinya gangguan antara lain dengan menggunakan isolasi yang baik, membuat koordinasi isolasi dan menghindarkan kesalahan operasi. Tetapi langkah langkah tersebut dibatasi oleh faktor ekonomis dan alam. Karenanya para engineer sepakat : gangguan boleh saja terjadi dan tidak dapat dihindari namun dampaknya harus diminimisasi.B. Identifikasi MasalahDalam pengerjaan makalah ini , permasalahan dibatasi antara lain :Pengertian Relay Arus Lebih.Fungsi Relay Arus Lebih.Jenis-jenis Relay Arus Lebih.Aplikasi Relay Arus Lebih pada pembangkit tenaga listrik.C. TujuanTujuan dari Makalah ini diharapkan dapat memberikan gambaran mengenai rele pengaman arus lebih serta penerapannya pada pembangkit tenaga listrik, sehingga dapat meminimalisir terjadinya gangguan serta menghindari kerugian akibat arus hubung singkat tersebut.Untuk selanjutnya diharapkan dapat memperoleh hasil proteksi optimal dan dapat digunakan sebagai salah satu acuan untuk penyelesaian kasus yang sama.BAB IILANDASAN TEORIPengertian OCR (OVER CURRENT RELAY) OCR (OVER CURRENT RELAY) atau Relay arus lebih adalah relay yang bekerja terhadap arus lebih, ia akan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya dan berfungsi Untuk mengamankan peralatan terhadap gangguan hubung singkat antar fase, hubung singkat satu fase ketanah dan dapat digunakan sebagai pengaman beban lebih, Sebagai pengaman utama pada jaringan distribusi dan sub-transmisi sistem radial, Sebagai pengaman cadangan generator, transformator daya dan saluran transmisi. Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting.Jenis relay arus lebihJenis relay arus lebih :Relay waktu seketika (Instantaneous relay) Relay arus lebih waktu tertentu (Definite time relay)Relay arus lebih waktu terbalik (Inverse Relay)Relay Waktu Seketika (Instantaneous relay)Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik (10 20 ms). Dapat kita lihat pada gambar dibawah ini.Gambar 1. Karakteristik Relay Waktu Seketika (Instantaneous Relay).Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan relay arus lebih dengan karakteristik yang lain.Relay arus lebih waktu tertentu (definite time relay)Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is), dan jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relay diperpanjang dengan waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay, lihat gambar dibawah ini.Gambar 2. Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time Relay).Relay arus lebih waktu terbalikRelay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam-macam dan setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok :Standar inversVery inverseExtreemely inverseGambar 3. Karakteistik Relay Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Relay).Pengaman Pada Relay Arus LebihPada relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara lain:Pengamanan hubung singkat fasa. Relay mendeteksi arus fasa. Oleh karena itu, disebut pula Relay fasa. Karena pada relay tersebut dialiri oleh arus fasa, maka settingnya (Is) harus lebih besar dari arus beban maksimum. Ditetapkan Is = 1,2 x In (In = arus nominal peralatan terlemah).Pengamanan hubung tanah. Arus gangguan satu fasa tanah ada kemungkinan lebih kecil dari arus beban, ini disebabkan karena salah satu atau dari kedua hal berikut:Gangguan tanah ini melalui tahanan gangguan yang masih cukup tinggi. Pentanahan netral sistemnya melalui impedansi/tahanan yang tinggi, atau bahkan tidak ditanahkan Dalam hal demikian, relay pengaman hubung singkat (relay fasa) tidak dapat mendeteksi gangguan tanah tersebut. Supaya relay sensitive terhadap gangguan tersebut dan tidak salah kerja oleh arus beban, maka relay dipasang tidak pada kawat fasa melainkan kawat netral pada sekunder trafo arusnya. Dengan demikian relay ini dialiri oleh arus netralnya, berdasarkan komponen simetrisnya arus netral adalah jumlah dari arus ketiga fasanya. Arus urutan nol dirangkaian primernya baru dapat mengalir jika terdapat jalan kembali melalui tanah (melalui kawat netral).Gambar 4. Sambungan Relay GFR dan 2 OCR.Prinsip dasar perhitungan penyetelan arusBatas penyetelan minimum relay arus lebih dinyatakan bahwa relay arus lebih tidak boleh bekerja pada saat terjadi beban maksimum, sehingga dapat ditulis suatu persamaan sebagai berikut :dengan : Is : penyetelan arus Kfk : faktor keamanan, antara 1,11,2Kd :faktor arus kembali Imaks : arus maksimum yang diijinkan pada peralatan yang diamankan (diambil nilai arus nominalnya)Batas penyetelan maksimum relay arus lebih Yang dimaksud batas penyetelan maksimum relay arus lebih adalah relay harus bekerja bila terjadi gangguan hubung singkat pada rel berikutnya. Gambar Jaringan listrik yang terbagi dalam 3 zoneRelay yang terdapat di A merupakan pengaman utama zone AB, sebagai pengaman cadangan untuk zone berikutnya AB dan C.Batas penyetelan maksimum :Is = Ihs 2 fase pada pembangkitan minimumCara penyetelan arusRelay arus lebih definitePenyetelan arus Is :dengan :k : konstanta perbandingan, besarnya tegantung dari pabrik pembuatnya, (umumnya 0,6 1,4 atau 1,0 2,0) In :arus nominal, dapat merupakan dua nilai yang merupakan kelipatannya. (misal 2,5 A atau 5,0 A;1,0 A atau 2,0 A dan seterusnya) Relay arus lebih inverseJenis relay ini penyetelan arus Is langsung dalam AmperPrinsip dasar perhitungan penyetelan waktuUntuk mendapatkan pengamanan yang selektif, maka penyetelan waktu dibuat bertingkat.Relay arus lebih Definite time Misal suatu jaringan sistem radial seperti pada gambar dibawah:Jika terjadi gangguan di titik F, maka untuk mendapatkan pengamanan yang selektif : tA > tB > tc. Karena pada reley arus lebih definite time waktu kerja relay tidak dipengaruhi oleh besarnya arus, maka untuk mendapatkan pengamanan yang baik perlu menentukan beda waktu ( tingkatan waktu t ) antara dua tingkatan pengaman. Jadi untuk penyetelan waktu pada rangkaian tersebut diatas adalah :tC= t1 tB = t2 = t1 + t tA= t3 = t1 + 2 tMisalkan suatu jaringan listrik radial seperti pada gambar berikut ini, seting waktu di bus D dipilih yang paling cepat, dengan waktu tD = 0,2 detik. Untuk menghindari agar relay tidak bekerja saat ada pemasukan beban baru, maka beban waktu dipilih sebesar 0,5 detik. Contoh gambar jaringan listrik sistem radial untuk penyetingan waktu relaySehingga relay akan bekerja dengan beda waktu sebagai berikut : tD = 0,2 detik tC = 0,2 detik + 0,5 detik = 0,7 detik tB = 0,2 detik + 2 x 0,5 detik = 1,2 detik tA = 0,2 detik + 3 x 0,5 detik = 1,7 detik Karakteristik arus waktunya sebagai berikut : Relay arus lebih InverseSyarat untuk setting wakktu ( TD / Time dial atau TMS/ Time Multiple setting ) dari relay arus lebih jenis ini, harus diketahui data-data sebagai berikut :Besarnya arus hubung singkat pada setiap bus Penyetelan / setting arusnya (IS)Kurve karakteristik relay yang dipakai Kerja relay secara keseluruhan harus cepat bereaksi dan selektif, sehingga waktu kerja relay untuk dua bus yang berurutan pada lokasi gangguan yang sama harus mempunyai beda waktu t minimum 0,4 s/d 0,5 detik.Adapun untuk tempat / lokasi gangguan yang berlainan pada satu rangkaian ( satu pengamanan ), maka relay akan bekerja sesuai dengan arus perkaliannya. BAB IIIPEMBAHASANAPLIKASI RELAY ARUS LEBIH PADA PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK/GENERATORBagian hulu dari sistem tenaga listrik adalah generator yang terdapat dipusat listrik dan digerakkan oleh mesin penggerak mula (prime mover). Mesin penggerak dalam pusat listrik berkaitan erat dengan instalasi mekanis dan instalasi listrik dari pusat listrik.Generator sebagai sumber energi listrik dalam sistem perlu diamankan jangan sampai mengalami kerusakan karena kerusakan generator akan sangat menggangu jalannya operasi system tenaga listrik. Oleh karenanya generator sedapat mungkin harus dilindungi terhadap semua gangguan yang dapat merusak generator.Tetapi dilain pihak dari segi selektifitas pengaman sistem diharapkan agar PMT generator tidak mudah trip terhadap gangguan dalam system, karena lepasnya generator dari sistem akan mempersulit jalannya operasi sistem tenaga listrik.PMT generator hanya boleh bekerja apabila ada gangguan yang tepat ada didepan generator, didalam generator atau pada mesin penggerak generator. Juga apabila terjadi kegagalan dari PMT yang ada di depan PMT generator, baru PMT generator boleh bekerja.Mengingat generator merupakan peralatan yang penting dan nilainya juga cukup mahal, maka diusahakan pengaruh gangguan dibatasi sampai sekecil mungkin. Antara lain dengan menditeksi keadaan gangguan secara tepat dan mengisolasikan mesin terhadap sistem yang sehat secara cepat. Gangguan pada generator antara lain dapat disebabkan oleh:a)Beban lebih (overload).b)Panas lebih (overheating) pada lilitan dan bearing.c)Tegangan lebih (overvoltage) dan kecepatan lebih.d)Kehilangan medan penguat (loss of field).e)Daya balik (motoring).f)Arus tidak seimbang (unbalance current) pada stator.g)Out of step.Sebagian besar gangguan di atas perlu dihilangkan dengan cara melepaskan generator terhadap sistem melalui pemutus tenaga utama (main circuit breaker) dan bila memungkinkan melepas pemutus tenaga medan penguat.Gambar. Bagan Generator dengan Mesin Penggerak dan Medan PenguatUntuk jenis gangguan tertentu selain cara di atas, mesin penggerak dihentikan beroperasi. Bila terjadi gangguan yang masih pada batas yang diizinkan biasanya sistem hanya memberikan peringatan saja. Menentukan tindakan seperti yang disebutkan di atas harus dilakukan secara cermat dan hati-hati, karena kesalahan dalam menentukan dapat mempengaruhi tingkat pelayanan yang baik.Klasifikasi Gangguan Pada Generator:Secara teknis, terdapat beberapa macam gangguan yang mungkin terjadi pada generator pembangkit tenaga listrik. Gangguan pada generator pembangkit tenaga listrik tersebut dapat diklasifikasikan seperti berikut ini :A.GANGGUAN LISTRIK/ELECTRICAL FAULTJenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul dan terjadi pada bagian-bagian listrik dari generator. Gangguan-gangguan tersebut antara lain :Hubung singkat 3 phasaTerjadinya arus lebih pada stator yang dimaksud adalah arus lebih yang timbul akibat terjadinya hubungan singkat 3 phasa/3 phase fault. Gangguan ini akan menimbulkan loncatan bunga api dengan suhu yang tinggi yang akan melelehkan belitan dengan resiko terjadinya kebakaran, jika isolasi tidak terbuat dari bahan yang anti api atau nonflammable.Hubung singkat 2 phasaGangguan hubung singkat 2 phasa/unbalance fault lebih berbahaya dibanding gangguan hubung singkat 3 phasa/balance fault, karena disamping akan terjadi kerusakan pada belitan akan timbul pula vibrasi pada kumparan stator. Kerusakan lain yang timbul adalah pada poros/shaft dan kopling turbin akibat adanya momen puntir yang besar.Stator hubung singkat 1 phasa ke tanah / stator ground faultKerusakan akibat gangguan 2 phasa atau antara konduktor kadang-kadang masih dapat diperbaiki dengan menyambung taping atau mengganti sebagian konduktor, tetapi kerusakan laminasi besi (iron lamination) akibat gangguan 1 phasa ke tanah yang menimbulkan bunga api dan merusak isolasi dan inti besi adalah kerusakan serius yang perbaikannya dilakukan secara total. Gangguan jenis ini meskipun kecil harus segera diproteksi.Rotor hubung tanah / field groundPadarotor generator yang belitannya tidak dihubungkan oleh tanah (ungrounded system). Bila salah satu sisi terhubung ke tanah belum menjadikan masalah. Tetapi apabila sisi lainnya terhubung ke tanah, sementara sisi sebelumnya tidak terselesaikan maka akan terjadi kehilangan arus pada sebagian belitan yang terhubung singkat melalui tanah. Akibatnya terjadi ketidakseimbangan fluksi yang menimbulkan vibrasi yang berlebihan serta kerusakan fatal pada rotor.Kehilangan medan penguat / Loss of excitationHilangnya medan penguat akan membuat putaran mesin naik, dan berfungsi sebagai generator induksi. Kondisi ini akan berakibat pada rotor dan pasak/slot wedges, akibat arus induksi yang bersirkulasi pada rotor. Kehilangan medan penguat dapat dimungkinkan oleh :a)Jatuhnya / trip saklar penguat (41AC)b)Hubung singkat pada belitan penguatc)Kerusakan kontak-kontak sikat arang pada sisi penguatd)Kerusakan pada sistem AVR6.Tegangan lebih / Over voltageTegangan yang berlebihan melampaui batas maksimum yang diijinkan dapat berakibat tembusnya (breakdown) design insulasi yang akhirnya akan menimbulkan hubungan singkat antara belitan. Tegangan lebih dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih/overspeed atau kerusakan pada pengatur tegangan otomatis/AVR.B.GANGGUAN MEKANIS/PANAS (MECHANICAL/THERMAL FAULT)Jenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul atau terjadi akibat adanya gangguan mekanik dan panas pada Generator, antara lain :Generator berfungsi sebagai motor (motoring)Motoring adalah peristiwa berubah fungsi generator menjadi motor akibat daya balik (reverse power). Daya balik terjadi disebabkan oleh turunnya daya masukkan dari penggerak utama (prime mover). Dampak kerusakan akibat peristiwa motoring adalah lebih kepada penggerak utama itu sendiri. Pada turbin uap, peristiwa motoring akan mengakibatkan pemanasan lebih pada sudut-sudutnya, kavitasi pada sudut-sudut turbin air, dan ketidak stabilan pada sudut turbin gas.Pemanasan lebih setempatPemanasan lebih setempat pada sebagian stator dapat dimungkinkan oleh :a)Kerusakan laminasib)Kendornya bagian-bagian tertentu di dalam generator seperti : pasak-pasak stator (stator wedges).3. Kesalahan paralelKesalahan dalam memparalel generator karena syarat-syarat sinkron tidak terpenuhi dapat mengakibatkan kerusakan pada bagian poros dan kopling generator, dan penggerak utamanya karena terjadinya momen puntir. Kemungkinan kerusakan lain yang timbul, kerusakan PMT dan kerusakan pada kumparan stator akibat adanya kenaikan tegangan sesaat.Gangguan pendingin statorGangguan pada media sistem pendingin stator (pendingin dengan media udara, hidrogen, atau air) akan menyebabkan kenaikan suhu belitan stator. Apabila suhu belitan melampaui batas ratingnya akan berakibat kerusakan belitan.C.GANGGUAN SISTEM (SYSTEM FAULT)Generator dapat terganggu akibat adanya gangguan yang dating/terjadi pada sistem. Gangguan-gangguan sistem yang terjadi umumnya adalah :1.Frekuensi operasi yang tidak normal (abnormal frequency operation)Perubahan frekuensi keluar dari batas-batas normal di sistem dapat berakibat ketidakstabilan pada turbin generator. Perubahan frekuensi sistem dapat dimungkinkan oleh tripnya unit-unit pembangkit atau penghantar (transmisi).2.Lepas sinkron (Loss of synhcron)Adanya gangguan di sistem akibat perubahan beban mendadak, switching, hubung singkat dan peristiwa yang cukup besar akan menimbulkan ketidakstabilan sistem. Apabila peristiwa ini cukup lama dan melampaui batas-batas ketidakstabilan generator, generator akan kehilangan kondisi paralel. Keadaan ini akan menghasilkan arus puncak yang tinggi dan penyimpangan frekuensi operasi yang keluar dari seharusnya sehingga akan menyebabkan terjadinya stress pada belitan generator, gaya puntir yang berfluktuasi serta resonansi yang akan merusak turbin generator. Pada kondisi ini generator harus dilepas dari sistem.3.Arus beban kumparan yang tidak seimbang (unbalance armature current)Pembebanan yang tidak seimbang pada sistem/adanya gangguan 1 phasa dan 2 phasa pada sistem yang menyebabkan beban generator tidak seimbang yang akan menimbulkan arus urutan negatif. Arus urutan negatif yang melebihi batas, akan mengiduksikan arus medan yang berfrekuensi rangkap yang arahnya berlawanan dengan putaran rotor akan menyebabkan adanya pemanasan lebih dan kerusakan pada bagian-bagian konstruksi rotor.BAB IV PENUTUPKesimpulanRelay arus lebih adalah suatu relay yang bekerjanya berdasarkan adanya kenaikan arus yang melewatinya. Suatu relay harus memenuhi syarat antara lain : cepat bereaksi, selektif, peka/ sensitif dan mempunyai keandalan/ reliability.Fungsi relay untuk menentukan dengan segera pemutusan / penutupan pelayanan penyaluran setiap elemen sistem tenaga listrik bila mendapatkan gangguan atau kondisi kerja yang abnormal, disamping itu relay harus bisa mengetahui letak dan jenis gangguan, sehingga dari pengaman ini dapat dipakai untuk pedoman perbaikan peralatan yang rusak.Saran DAFTAR PUSTAKAhttp://dunia-listrik.blogspot.comM.Titarenko & I.Noskov Protective Relaying in Electric Power System GEC Alsthom Protective Relays Application Guidehttp://anak-elektro-ustj.blogspot.com/2013/04/relay-proteksi-generator.htmlhttp://zebulonmanalu2010.blogspot.com/http://puballattack.blogspot.com/2013/07/sistem-pengaman-listrik-generator.htmlhttp://anak-elektro-ustj.blogspot.com/2013/03/sistem-proteksi-tenaga-listrik.html