10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 1
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
OVERCURRENT & EARTH FAULTPROTECTION
Kuliah Minggu ke-5
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 2
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
INTRODUKSI• Proteksi overcurrent (OC) harus dibedakan dari proteksi beban lebih (overload),
dimana proteksi overload lebih ditekankan pada kemampuan termal dari peralatan.
• Tujuan proteksi OC adalah mendeteksi gangguan hubung singkat, dan memberi signal untuk membuka circuit breaker (CB) untuk mengisolasi bagian yang terganggu dari sistem. Karena itu proteksi OC harus diskriminatif, yaitu sedapat mungkin hanya mengisolasi bagian yang terganggu saja, dan membiarkan bagian sistem lainnya tetap beroperasi normal.
• Diskriminasi dapat dilakukan dengan arus, atau waktu, atau kombinasi arus + waktu.
beban
beban
beban
beban
Untuk meminimalkan pemadaman, usahakan relai yang terdekat dengan lokasi gangguan bekerja lebih dulu.
F1 F2
F3
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 3
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
PENGAMAN LEBUR (FUSE)
arus
waktu
10 ms
pendekatan :I2t = konstan
Prospective fault current
pre-arc time
total operating time
Kelebihan :- Sederhana- Dapat sangat cepat- Membatasi energi gangguan h.s.
Kekurangan :- Memerlukan koordinasi- Kurang sensitif untuk gangguan EF- Satu fasa- Karakteristik tidak dapat diubah- Perlu diganti
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 4
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
10 100 1.000 10.000 A0,01
0,1
1,0
10
100
1000
10.000
50A
80A
63A
100A
Prospective current [rms]
Pre-
arci
ng t
ime
(sec
onds
)
Karakteristik typicalpengaman lebur (fuse).Lihat buku manual/publikasi dari pabrik pembuat
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 5
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
Fuse A Fuse B
major fuserated current = IFA
minor fuserated current = IFB
Jika tidak ada arcing, arus rating dari minor fuse dapat 90% dari major fuse dan masih dapat diperoleh diskriminasi. Namun pada kenyataannya akan ada arcing time, karena pada umumnya sirkit bersifat induktif. ‘Rule of thumb’ sederhana untuk grading adalah IFA=2 x IFB
Perlu diperhatikan :
• Total I2t : minor fuse• Pre-arcing I2t : major fuse
Gunakan diagram ‘bullrush’ dari pabrik !
MINOR MAJOR
I2tTOTAL
PRE-ARC
DISKRIMINASI DENGAN FUSE
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 6
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
OVERCURRENT RELAYS (OCR)DATA YANG DIPERLUKAN UNTUK PENYETELAN RELAI :
1. Diagram-satu-garis dari sistem tenaga yang menggambarkan jenis dan rating setiap relai proteksi yang ada, termasuk CT yang digunakan
2. Peta impedansi dalam ohm, atau p.u., dari semua trafo, mesin dan feeder
3. Nilai maksimum dan minimum dari arus hubung singkat yang mungkinmelewati setiap relai proteksi
4. Arus start yang diperlukan motor-motor, dan waktu start serta waktu stall dari motor induksi
5. Arus beban puncak yang melewati relai proteksi
6. Kurva yang menggambarkan laju peluruhan arus h.s. yang diberikan oleh generator
7. Kurva karakteristik CT
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 7
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
TRIP OCR OCR OCR
EFR
ALTERNATIF PEMASANGAN OCR / EFR
EFR OCR OCR
EFR
• Speed : seketika (instantaneous), atau ditunda (delayed)• Diskriminasi : Setting arus, setting waktu, setting arus dan waktu• Biaya : biasanya lebih murah d/p jenis proteksi lain yang lebih
canggih
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 8
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
Instantaneous OCR (50):AB
• Mengandalkan perbedaan level arus h.s. pada lokasi yang berbeda• Setting arus dipilih sedemikian sehingga hanya relai yang terdekat dengan
gangguan yang bekerja• Permasalahan : Level arus h.s. di F1 dan F2 pada dasarnya sama, karena itu tidak
dapat menciptakan diskriminasi
50 50
F1F2
• Waktu kerja relai tidak tergantung besar arus h.s.• Relai yang paling jauh dari sumber bekerja dengan waktu paling singkat• Permasalahan : Waktu kerja paling lama terjadi pada relai yang terdekat sumber
dimana level arus h.s.-nya justru paling besar
51 51
AB
0.5 sec0.9 sec
Definite (Independent) Time OCR (51):
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 9
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
KARAKTERISTIK KERJA OCR
DEFINITE TIME OCR(INDEPENDENT)
INVERSE TIME OCR
IS (Setting arus)
arus
Wak
tu
Wak
tu
arusIS (Setting arus)
IDMT *)
*) Inverse Definite Minimum Time
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 10
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
Prosedur Dasar
• Setting relai arus lebih, atau over current relay (OCR), pertama-tama ditetapkan untuk memperoleh waktu kerja yang paling cepat untuk arus hubung singkat maksimum, kemudian di-cek apakah waktu kerja masih memuaskan untuk arus hubung singkat minimum.
• Disarankan untuk menggambar/membuat plot karakteristik kerja OCR-OCR yang terhubung serie (termasuk fuse - jika ada), dengan menggunakan satu skala yang sama.
• Skala yang sama misalnya menggunakan arus pada voltage base yangterendah, atau gunakan voltage yang paling dominan sebagai base.
• Gunakan OCR dengan karakteristik-kerja yang sama untuk OCR-OCR yang terhubung serie
• Pastikan bahwa OCR yang terjauh dari sumber mempunyai setting arus yang lebih kecil atau paling tidak sama dengan OCR di belakangnya.
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 11
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
2 10 20
1
10
100
0.1
STANDARD INVERSE
VERY INVERSE
EXTREMELY INVERSE
LONG TIME SBEF
3
Standard IDMT :
Very Inverse :
Extremely Inverse :
Long Time SBEF :1I
120t
1I80
t
1I5,13
t
1I14,0
t
2
02,0
−=
−=
−=
−=
dimana t = waktu (seconds), dan I = arus (perkalian dari Plug Setting)
Karakteristik pada arus < 2x Plug Setting tidak dijamin pabrik
2
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 12
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
STANDARD INVERSE TIME
Dipergunakan secara luas di semua tegangan sistem, sebagai proteksi back-up pada sistem EHV, dan sebagai proteksi utama pada sistem distribusi MV.
Secara umum, OCR dengan karakteristik ini dipakai bila :
• Tidak ada keperluan koordinasi dengan jenis proteksi lain di bagian yang lebih hilir dari sistem, seperti fuse, relai termal untuk trafo, motor, dsb.
• Level arus h.s. pada ujung yang jauh dan tempat yang dekat sumber tidak banyak berbeda.
• Arus inrush tidak besar. Walau pada dasarnya relai tidak dapat diset diatas arus inrush ini, namun arus inrush ini harus cepat mengecil ke nilai yang lebih kecil d/p setting arus sebelum relai bekerja.
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 13
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
VERY INVERSE TIME
OCR dengan karakteristik jenis ini biasanya dipakai untuk memperoleh selektivitas waktu yang lebih besar, dan bila besar arus h.s. dimanapun tidak banyak bervariasi dengan kondisi sistem.
Jenis ini terutama sangat cocok untuk situasi dimana terdapat penurunan arus h.s. yang besar jika menjauh dari sumber.
Kurva inverse yang lebih terjal memberikan interval time grading yang lebih besar. Waktu kerja relai kira-kira menjadi dua kali untuk pengurangan arus dari sekitar 7 ke 4 x setting arus. Hal ini memungkinkan penggunaan time multiplier yang sama untuk beberapa relai yang serie.
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 14
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
TERMINOLOGI : PLUG SETTING MULTIPLIER (PSM)Hanya ada dua setting yang harus dilakukan terhadap OCR, yaitu : setting arus, dan ‘time multiplier setting’
Secara historis dimana OCR merupakan relai elektromekanis (yaitu induction disk), setting arus dilakukan dengan menancapkan ‘plug’ pada lubang-lubang board yang biasanya terdiri dari 7 step. Jika plug ini dicabut, tap tertinggi secara otomatis akan terpilih, hal ini memungkinkan perubahan setting dilakukan dalam kondisi berbeban tanpa takut open circuit pada sirkit CT.
Pada relai digital terdapat fasilitas setting arus yang lebih halus, dilakukan dengan switch digital atau key pad di relai. Key pad ini dipakai untuk memilih setting dari sistem menu yang diprogram ke dalam relai.
Ada bermacam range untuk setting arus, dan kita biasanya menggunakan range sebagai persentase dari rating CT, misalnya 50-200%, atau 10-40%. Jika CT mempunyai rating (sekunder) 5 A, maka setting range 50-200% berarti current range 2,5 – 10 A. Jika rating arus CT adalah 1 A, maka range 50-200% berarti range 0,5 – 2 A.
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 15
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
TERMINOLOGI : TIME MULTIPLIER SETTING (TMS)Pada relai elektromekanis (yaitu induction disk), ‘time multiplier setting’ berupa penyetelan mekanis dari kontak gerak dan dikalibrasi dari 0,1 – 1,0. Penyetelan ini hanya mengubah jarak yang ditempuh oleh disk untuk menutup kontak.
TMS ini memberikan faktor pengali terhadap waktu kerja relai pada arus 10x plug setting.
Sebagai contoh, apabila relai bekerja dalam 3 detik pada arus 10x plug settingdan pada TMS = 1, maka relai akan bekerja dalam 0,3 detik jika TMS diset 0,1.
Perhatikan bahwa relasi ini hanya benar untuk arus sebesar 10x plug setting, sedangkan untuk arus-arus lain kita sebaiknya melihat kurva karakteristik yang dibuat pabrik.
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 16
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
Karakteristik inverse time dari OCR biasanya digambar pada kertas log-log, dimana sumbu Y = second dan sumbu X = arus yang dinyatakan dengan ‘kelipatan dari plug seting’.
Contoh : CT ratio 500/5A, setting range OCR 50 – 200% (2,5 – 10A), arus h.s. primer 5000 A. Jika relai diset 100% (yaitu 5 A), maka :
Arus h.s. sekunder = (5/500) x 5000 A = 50 A.
Arus ini adalah 10 kali setting arus.
Dari kurva dapat dilihat bahwa jika arus = 10x setting à relai akan bekerja dalam 3 detik (asumsi TMS = 1).
Jika arus h.s. adalah 7500 A primer, atau 75 A sekunder, maka arus ini = 15x setting à relai akan bekerja dalam waktu sekitar 2,5 detik (asumsi TMS=1).
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 17
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
10.0
2 10 20
0.6
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
1.2
2.4
1.8
3.0
8.0
6.0
4.0
2.0
TMS
4 6 8
OP
ER
ATI
NG
TIM
E (
seco
nd
s)
CURRENT (Multiples of Plug Setting)
• TMS bukan setting waktu dalam second
• Merupakan faktor pengali terhadap karakteristik kerja dasar OCR
• Untuk grading :
Waktu kerja yang diperlukan
= TMS xWaktu kerja pada TMS = 1
TMS = Waktu kerja yang diperlukan
Waktu kerja pd TMS=1
STANDARD INVERSE
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 18
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
PEMILIHAN SETTING ARUS
• Biasanya diset > arus beban penuh maksimum IFL• Diberikan toleransi 10% untuk error• Diberikan toleransi tambahan untuk relai reset bila gangguan h.s. diisolir
oleh CB di sisi yang lebih hilir
Setting arus (pick-up current)
Arus drop off
RI
.I FLS 11>
dimana R = ratio drop-off/ pick-up.Nilai R pada OCR modern adalah sekitar 0,9 – 0,95
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 19
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
KOORDINASI RELAI IDMT
R2R1
• Lakukan diskriminasi pada arus h.s. maksimum. Jika ini erpenuhi, maka OCR akan diskriminatif untuk semua arus h.s < h.s. maksimum.
• Setting arus OCR di sisi hulu harus lebih besar d/p setting arus OCR pada sisi hilir
51 51
Grading margin
Max Fault LevelI (Log)
T(Log)
IS2 IS2
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 20
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
GRADING MARGIN
SECARA TRADISIONAL :• CB 0.10 sec• Relay overshoot 0.05 sec• Error 0.15 sec• Safety Margin 0.10
• TOTAL 0.40 sec
Atau gunakan formula :S0CB
CTr tttt100
EE2MARGIN +++
+=
dimana :Er = relay timing errorECT = error trafo arust = waktu kerja relai terdekat lokasi gangguantCB = CB interuupting timet0 = relay overshoot timetS = safety margin
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 21
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
CONTOHAB
51 51
200/5A 100/5A
IS=5A IS=5A, TMS = 0.05
IF MAX = 1400 A
Koordinasikan relai di B dengan relai di A, kedua relai adalah jenis IDMT.
RELAI A : Setting 5 A (sek) atau 100 A (pri). IFMAX = 1400 A = 14 x setting (PSM = 14). Dari kurva, waktu kerja relai pada arus = 14xsetting dan TMS=0.05 adalah 0.13 sec.
Relai B : Setting 5 A (sek) atau 200 A (pri). IFMAX = 1400 A = 7 x setting.
Waktu kerja relai pada arus = 7x setting dan TMS = 1 adalah 3.6 sec.
Waktu kerja yang diinginkan = 0.13 + 0.4 = 0.53 sec, karena itu TMS = 0.53/3.6 = 0.147 à Pilih TMS = 0.15
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 22
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
KOORDINASI OCR DAN FUSE
FUSE
RELAY
OCR
FUSE
TIM
E
CURRENT
IFMAX
tRMIN = 0.15 sec
• Gunakan Extremely Inverse atau Very Inverse untuk koordinasi dgn Fuse
• Setting OCR harus 3 – 4 x dari fuse rating untuk menjamin koordinasi
• Margin = 0.4xwaktu kerja fuse + 0.15 sec meliputi seluruh daerah kerja relay dan fuse
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 23
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
PERTIMBANGAN UNTUK TRAFO DELTA - STAR
• Gangguan fasa-fasa di sisi Y menimbulkan arus dengan distribusi 2:1:1 di sisi delta
• Harus memakai sebuah OCR pada setiap fasa
• Harus dipastikan adanya current grading margin yang cukup antara sisi Y (pada 0,866 x level arus 3 fasa), dan relay pada sisi delta (pada arus 3 fasa).
I866.0X2E3
X2E
It
N
tY === −φφ−φ
2I
3I
I Y ==∆ILINE = I
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 24
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
515151
HV2 HV1 LV
HV2
HV1LV
IF(LV) IF(HV)1.2IF(LV)
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 25
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
EARTH FAULT PROTECTION
• Arus hubung singkat ke tanah mungkin kecil
• Sensitivitas dan speed mungkin tidak dapat dipenuhi oleh OCR fasa
• Gunakan relay terpisah untuk deteksi gangguan tanah
• EFR mengukur zero sequence current
• Karena itu dapat diset < arus beban
• Solid grounded : Setting ~ 30% (EFR biasanya mempunyai range 20 - 80%)
• Resistance grounded : < 30% (biasanya antara 10 – 40%)
• Karena setting arus yang rendah, diperlukan jumlah lilitan yang banyak pada EFR agar diperoleh torque yang cukup (khusus relai elektromekanis). Lilitan banyak à kawat lebih kecil à impedansi relai lebih besar
10/9/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 26
FT UI Jurusan Elektro – Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D
OCR
OCR
OCR
EFR
V
Tegangan V yang timbul pada EFR akan mengenai sirkit CT di fasa B dan C, karena itu CT ini ikut ‘menelan’ magnetizing current (disamping CT fasa A). Akibatnya setting efektif dari EFR adalah :
IEFF = CT ratio (ISETTING + 3 IMAG)
Besar IMAG dapat dilihat pada kurva magnetisasi CT, yaitu IMAG dibaca untuk tegangan eksitasi V yang timbul pada pada posisi setting. Contoh, relai 3 VA pada setting 0.25A menghasilkan tegangan V = 12 volt.
A
B
C
Top Related