BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik Pada Gardu Induk (GI), energi listrik didistribusikan melalui penyulangpenyulang yang berupa saluran udara atau saluran kabel tanah. Pada penyulang distribusi ini terdapat gardu-gardu distribusi. Fungsi dari Gardu Distribusi ini adalah menurunkan Tegangan Distribusi Primer menjadi Tegangan Rendah (JTR). Konsumen tenaga listrik disambung dari JTR melalui Saluran Rumah (SR). Dari SR, tenaga listrik masuk ke Alat Pembatas dan Pengukur (APP) terlebih dahulu sebelum memasuki instalasi rumah milik konsumen. APP berfungsi membatasi daya dan mengukur pemakaian tenaga listrik oleh konsumen. Sistem Distribusi merupakan semua bagian peralatan sistem tenaga listrik yang mendistribusikan energi listrik dari gardu induk hingga KWh meter di konsumen dengan mutu yang memadai. Sistem Distribusi berfungsi sebagai pembagi atau penyalur tenaga listrik ke pelanggan, dan merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan, karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui jaringan distribusi. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik besar dengan tegangan dari 11 kv sampai 24 kv dinaikan tegangannya oleh gardu induk dengan transformator penaik tegangan menjadi 70 kv,154kv, 220kV atau 500kV kemudian disalurkan melalui saluran transmisi. Tujuan menaikkan tegangan ialah untuk memperkecil kerugian daya listrik pada saluran transmisi, dimana dalam hal ini kerugian daya adalah sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir ( ). Dengan daya yang sama bila nilai tegangannya diperbesar, maka arus yang mengalir semakin kecil sehingga kerugian daya juga akan kecil pula. Dari saluran transmisi, tegangan diturunkan lagi menjadi 20 kv dengan transformator penurun tegangan pada gardu induk distribusi, kemudian dengan sistem tegangan tersebut penyaluran tenaga listrik dilakukan oleh saluran distribusi primer. Dari saluran distribusi primer inilah gardu-gardu distribusi 5

2 6 mengambil tegangan untuk diturunkan tegangannya dengan trafo distribusi menjadi sistem tegangan rendah, yaitu 220/380 Volt. Selanjutnya disalurkan oleh saluran distribusi sekunder ke konsumen-konsumen. Dengan ini jelas bahwa sistem distribusi merupakan bagian yang penting dalam sistem tenaga listrik secara keseluruhan. Gambar 2.1 Sistem Penyaluran Tenaga Listrik Pada sistem penyaluran daya jarak jauh, selalu digunakan tegangan setinggi mungkin, dengan menggunakan trafo-trafo step-up. Nilai tegangan yang sangat tinggi ini (HV,UHV,EHV) menimbulkan beberapa konsekuensi antara lain: berbahaya bagi lingkungan dan mahalnya harga perlengkapan-perlengkapannya, selain menjadi tidak cocok dengan nilai tegangan yang dibutuhkan pada sisi beban. Maka, pada daerah-daerah pusat beban tegangan saluran yang tinggi ini diturunkan kembali dengan menggunakan trafo-trafo step-down. Akibatnya, bila ditinjau nilai tegangannya, maka mulai dari titik sumber hingga di titik beban, terdapat bagian-bagian saluran yang memiliki nilai tegangan berbeda-beda. 2.2 Pengelompokan Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Untuk kemudahan dan penyederhanaan, maka jaringan distribusi di kelompokan menjadi beberapa kelompok, yaitu: Daerah I : Bagian pembangkitan (Generation) Daerah II : Bagian penyaluran (Transmission), bertegangan tinggi (HV, UVH, EHV) Daerah III : Bagian Distribusi Primer, bertegangan menengah (6 atau 20kV). Daerah IV : Bagian Distribusi sekunder (pada beban/konsumen), Instalasi, bertegangan rendah.

3 7 Gambar 2.2 Pembagian Tegangan Sistem Tenaga Listrik Berdasarkan pembatasan-pembatasan tersebut, maka diketahui bahwa porsi materi Sistem Distribusi adalah Daerah III dan IV, yang pada dasarnya dapat dikelasifikasikan menurut beberapa cara, bergantung dari segi apa klasifikasi itu dibuat. Dengan demikian ruang lingkup Jaringan Distribusi adalah: 1) SUTM, terdiri dari : Tiang dan peralatan kelengkapannya, konduktor dan peralatan perlengkapannya, serta peralatan pengaman dan pemutus. 2) SKTM, terdiri dari : Kabel tanah, indoor dan outdoor termination dan lainlain. 3) Gardu trafo, terdiri dari : Transformator, tiang, pondasi tiang, rangka tempat trafo, LV panel, pipa-pipa pelindung, Arrester, kabel-kabel, transformer band, peralatan grounding, dan lain-lain.

4 8 4) SUTR dan SKTR, terdiri dari : sama dengan perlengkapan / material pada SUTM dan SKTM. Yang membedakan hanya dimensinya. 2.3 Klasifikasi Saluran Distribusi Tenaga Listrik Secara umum, saluran tenaga Listrik atau saluran distribusi dapat diklasifikasikan sebagai berikut: Menurut nilai tegangannya: a) Saluran distribusi Primer, Terletak pada sisi primer trafo distribusi, yaitu antara titik Sekunder trafo substation (Gardu Induk) dengan titik primer trafo distribusi. Saluran ini bertegangan menengah 20 kv. Jaringan listrik 70 kv atau 150 kv, jika langsung melayani pelanggan, bisa disebut jaringan distribusi. b) Saluran Distribusi Sekunder, Terletak pada sisi sekunder trafo distribusi, yaitu antara titik sekunder dengan titik cabang menuju beban Menurut bentuk tegangannya: a) Saluran Distribusi DC (Direct Current) menggunakan sistem tegangan searah. b) Saluran Distribusi AC (Alternating Current) menggunakan sistem tegangan bolak-balik Menurut jenis/tipe konduktornya: a) Saluran udara, dipasang pada udara terbuka dengan bantuan penyangga (tiang) dan perlengkapannya, dan dibedakan atas: b) Saluran kawat udara, bila konduktornya telanjang, tanpa isolasi pembungkus. c) Saluran kabel udara, bila konduktornya terbungkus isolasi. d) Saluran Bawah Tanah, dipasang di dalam tanah, dengan menggunakan kabel tanah (ground cable). e) Saluran Bawah Laut, dipasang di dasar laut dengan menggunakan kabel laut (submarine cable).

5 Menurut susunan (konfigurasi) salurannya: a) Saluran Konfigurasi horizontal, bila saluran fasa terhadap fasa yang lain/terhadap netral, atau saluran positif terhadap negatif (pada sistem DC) membentuk garis horisontal. b) Saluran Konfigurasi Vertikal, bila saluran-saluran tersebut membentuk garis vertikal c) Saluran konfigurasi Delta, bila kedudukan saluran satu sama lain membentuk suatu segitiga (delta) Menurut Susunan Rangkaiannya Dari uraian diatas telah disinggung bahwa sistem distribusi di bedakan menjadi dua yaitu sistem distribusi primer dan sistem distribusi sekunder Jaringan Sistem Distribusi Primer Sistem distribusi primer digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini dapat menggunakan saluran udara, kabel udara, maupun kabel tanah sesuai dengan tingkat keandalan yang diinginkan dan kondisi serta situasi lingkungan. Saluran distribusi ini direntangkan sepanjang daerah yang akan di suplai tenaga listrik sampai ke pusat beban. Terdapat bermacam-macam bentuk rangkaian jaringan distribusi primer, yaitu: a) Jaringan Distribusi Radial, dengan model: Radial tipe pohon, Radial dengan tie dan switch pemisah, Radial dengan pusat beban dan Radial dengan pembagian phase area. b) Jaringan distribusi ring (loop), dengan model: Bentuk open loop dan bentuk Close loop. c) Jaringan distribusi Jaring-jaring (NET) d) Jaringan distribusi spindle e) Saluran Radial Interkoneksi

6 Jaringan Sistem Distribusi Sekunder Sistem distribusi sekunder digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu distribusi ke beban-beban yang ada di konsumen. Pada sistem distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak digunakan ialah sistem radial. Sistem ini dapat menggunakan kabel yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi. Sistem ini biasanya disebut sistem tegangan rendah yang langsung akan dihubungkan kepada konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatanperalatan sbb: Papan pembagi pada trafo distribusi. Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder). Saluran Layanan Pelanggan (SLP) (ke konsumen/pemakai). Alat Pembatas dan pengukur daya (kwh meter) serta fuse atau pengaman pada pelanggan. FCO Gambar 2.3 Hubungan Tegangan Menengah ke Tegangan Rendah dan Konsumen

7 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik Jenis gangguan utama dalam saluran distribusi tenaga listrik adalah gangguan hubung singkat. Gangguan hubung singkat ini terjadi sebagai akibat dari tembusnya bahan isolasi, kesalahan teknis, polusi debu, dan pengaruh alam di sekitar saluran distribusi tenaga listrik, sehingga ada arus yang mengalir dari fasa ke tanah atau antar fasa. Jaringan distribusi berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik ke pelanggan. Untuk keandalan pelayanan penyaluran tenaga listrik ke pelanggan maka jaringan distribusi perlu dilengkapi dengan alat pengaman. Bila ditinjau dari segi lamanya waktu gangguan, maka gangguan pada saluran distribusi tenaga listrik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu : a) Gangguan sementara ( gangguan temporer ) b) Gangguan permanen ( gangguan stationer ) Untuk gangguan temporer (gangguan sementara) ditandai dengan normalnya kerja sistem setelah pengaman dimasukkan (menutup) kembali. Sedangkan gangguan permanen (gangguan stationer) ditandai dengan jatuhnya pengaman setelah dimasukkan kembali, dan biasanya dilakukan sampai tiga kali. Pada gangguan permanen, pengaman bisa bekerja normal kembali setelah gangguan tersebut bisa diatasi. Sedangkan gangguan yang bersifat temporer, penyebab gangguan akan hilang dengan sendirinya setelah pengaman jatuh/trip. Gangguan yang bersifat permanen bisa disebabkan karena adanya kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik, sehingga gangguan ini baru bisa diatasi setelah kerusakan pada peralatan tersebut sudah diperbaiki. Gangguan temporer yang terjadi berulang-ulang dapat menyebabkan timbulnya kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik dan hal ini dapat pula menimbulkan gangguan yang bersifat permanen sebagai akibat adanya kerusakan peralatan tersebut. Ditinjau dari macam gangguannya, maka gangguan hubung singkat dapat dibedakan menjadi a) Gangguan hubung singkat tiga fasa b) Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah

8 12 c) Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah d) Gangguan hubung singkat antar fasa (dua fasa) Dari empat jenis gangguan tersebut dapat dibedakan menjadi dua kelompok gangguan, yaitu : a) Gangguan hubung singkat simetris. b) Gangguan hubung singkat tidak simetris. Yang termasuk dalam gangguan hubung singkat simetris adalah gangguan hubung singkat tiga fasa, sedangkan gangguan yang lainnya termasuk gangguan hubung singkat tidak simetris. Gangguan hubung singkat akan mengakibatkan arus lebih pada fasa yang teganggu, dimana arus gangguan tersebut mempunyai harga yang jauh lebih besar dari rating arus maksimum yang diijinkan pada peralatan. Arus hubung singkat ini dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik jika pengaman tidak segera bekerja. Gangguan-gangguan yang lain jika terjadi berulang-ulang bisa mengakibatkan terjadinya kerusakan isolasi maupun peralatan pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik dan hal ini akhirnya dapat mengakibatkan terjadinya hubung singkat Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Gangguan hubung singkat tiga fasa adalah gangguan hubung singkat yang berupa hubungan pendek antara ketiga fasanya. Didapat persamaan sebagai berikut: Ea I f 3φ = ( Ampere)... (2.1) Z 1 Dimana: Ea = V LL ( ) 3 Volt...(2.2)

9 13 Gambar 2.4 (a) Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa (b) Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa Arus gangguan hubung singkat 3 fasa bila dibandingkan dengan gangguan hubung singkat yang lain, mempunyai arus gangguan yang paling besar Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa Gangguan hubung singkat dua fasa adalah gangguan hubung singkat yang berupa hubungan pendek antara satu fasa dengan fasa yang lain. Apabila hubung singkat terjadi pada fasa a dan b akan didapat persamaan dibawah: Eab I ( Ampere f ) 2 φ =...(2.3) Z + Z 1 2 Gambar 2.5 (a) Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa (b) Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa

10 Gangguan Hubung Singkat 1 phasa ke Tanah Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah adalah gangguan hubung singkat yang berupa hubungan pendek antara satu fasa dengan tanah. Apabila hubung singkat terjadi pada fasa a akan didapat persamaan dibawah[8]: Ampere... (2.4) Dengan: I HS 1Ф = arus hubung singkat 1 phasa ke tanah (Ampere) V ph = tegangan phasa netral sistem 20 kv (Volt) Z1 eq = impedansi ekivalen urutan positif (Ohm) Z2 eq = impedansi ekivalen urutan negatif (Ohm) Z0 eq = impedansi ekivalen urutan nol (Ohm) Gambar 2.6 (a) Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah, (b) Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa Ke tanah Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah adalah gangguan hubung singkat yang berupa hubungan pendek dua fasa yang terhubung ke tanah. Apabila hubung singkat terjadi pada fasa a dan b akan didapat persamaan sebagai berikut :

11 15 Dengan: I f2ø-e E a Z 1 Z 2 Z 0 Ampere...(2.5) = Arus yang mengalir pada setiapfasa sewaktu terjadi gangguan hubung singkat di suatu titik di dalam sistem (Ampere) = Tegangan tiap fasa terhadap netral sistem (Volt) = Impedansi urutan positif = Impedansi urutan negatif = Impedansi urutan nol Arus gangguan satu fasa ke tanah hampir selalu lebih kecil daripada arus gangguan hubung singkat tiga fasa, bahkan mungkin lebih kecil dari arus beban nominalnya, sebab gangguan tanah hampir selalu melalui tahanan gangguan, misalnya beberapa Ohm, yaitu tahanan pembumian kaki tiang, dalam hal flashover dengan tiang atau kawat tanah. Di samping itu untuk sistem dengan pembumian melalui tahanan, tahanan pembumian netral sistem itu juga akan membatasi arus gangguan satu fasa ke tanah. 2.5 Faktor-faktor Penyebab Terjadinya Gangguan Faktor-faktor yang dapat menyebabkan terjadinya gangguan pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik antara lain : a) Surja Petir. Mengingat saluran transmisi dan distribusi tersebar luas dan panjang membentang serta beroperasi pada kondisi tempat yang cuacanya berbedabeda, maka kemungkinan terjadinya gangguan yang disebabkan oleh petir besar sekali, terutama pada musim hujan. Gangguan yang disebabkan oleh petir ini sangat berbahaya karena dapat merusak isolasi peralatan. b) Surja Hubung. Yang dimaksud dengan surja hubung adalah kenaikan tegangan pada saat dilangsungkan pemutusan arus oleh PMT. Kenaikan tegangan yang disebabkan oleh adanya gangguan surja hubung ini dapat merusak isolasi peralatan.

12 16 Biasanya sering terjadi pada saat musim penghujan. Gangguan ini sangat dipengaruhi oleh kondisi cuaca yang berbeda-beda di suatu tempat. Gangguan yang disebabkan oleh petir ini sangat berbahaya karena dapat merusak isolasi dari peralatan. c) Polusi Debu. Debu-debu yang menempel pada isolator, bila udara lembab maka debu tersebut merupakan konduktor yang dapat menyebabkan terjadinya loncatan bunga api yang pada akhirnya dapat menyebabkan gangguan hubung singkat fasa ke tanah. d) Adanya pohon-pohon yang tidak terawat. Pohon-pohon yang dekat dengan saluran transmisi dan distribusi bila tidak terawat dan rantingnya masuk ke daerah bebas saluran transmisi dan distribusi, hal ini dapat mengakibatkan terjadinya gangguan hubung singkat fasa ke tanah. e) Isolator yang rusak. Isolator yang rusak karena sambaran petir atau karena usia yang sudah tua bisa menyebabkan terjadinya gangguan hubung singkat antar fasa atau gangguan hubung singkata dari fasa ke tanah. f) Daun-daun/sampah yang menempel pada Isolator. Daun-daun/sampah yang terbang terbawa angin dan kemudian menempel pada isolator akan mengakibatkan jarak bebas berkurang sehingga dapat mengakibatkan terjadinya loncatan bunga api. Hal ini bisa mengakibatkan terjadinya gangguan hubung singkat antar fasa atau gangguan hubung singkat dari fasa ke tanah. g) Angin kencang Terjadinya angin kencang, sehingga menimbulkan gesekan pohon dengan jaringan listrik. h) Kesadaran masyarakat yang kurang Misalnya bermain layang-layang dengan menggunakan benang yang bisa dilalui aliran listrik. Ini sangat berbahaya jika benang tersebut mengenai jaringan listrik.

13 17 i) Kualitas peralatan atau material yang kurang baik Misalnya pada JTR yang memakai Twested Cable dengan mutu yang kurang baik, sehingga isolasinya mempunyai tegangan tembus yang rendah, mudah mengelupas dan tidak tahan panas. Hal ini juga akan menyebabkan hubung singkat antar phasa. j) Pemasangan jaringan yang kurang baik Pemasangan konektor pada JTR yang memakai TC, apabila pemasangannya kurang baik akan menyebabkan timbulnya bunga api dan akan menyebabkan kerusakan phasa yang lainnya. Akibatnya akan terjadi hubung singkat. k) Terjadinya hujan, adanya sambaran petir, karena terkena galian (kabel tanah), umur jaringan (kabel tanah) sudah tua yang mengakibatkan pengelupasan isolasi dan menyebabkan hubung singkat dan sebagainya. 2.6 Sistem Proteksi Pengertian Sistem Proteksi Sistem proteksi merupakan sistem yang bekerja mengamankan peralatan yang berada di dalamnya pada saat terjadinya suatu gangguan. Sistem pengaman yang baik harus mampu : a. Melakukan koordinasi dengan sistem pengaman yang lain. b. Mengamankan peralatan dari kerusakan yang lebih luas akibat gangguan. c. Membatasi kemungkinan terjadinya kecelakaan. d. Membatasi daerah pemadaman akibat gangguan Tujuan Sistem Proteksi Gangguan sistem distribusi tenaga listrik hampir seluruhnya merupakan gangguan hubung singkat, yang akan menimbulkan arus yang cukup besar, semakin besar sistemnya, semakin besar juga arus gangguannya. Arus gangguan yang besar bila tidak segera dihilangkan akan merusak peralatan yang dilalui arus gangguan. Untuk melepaskan daerah yang terganggu diperlukan alat pengaman. Disini dapat dilihat bahwa pengaman bukan untuk meniadakan, tetapi bertujuan untuk melepas atau membuka sistem yang terganggu, sehingga arus gangguan ini akan padam.

14 Relay Proteksi Pengertian Relay Proteksi Relay proteksi atau relay pengaman adalah suatu peralatan elektrik maupun magnetik yang dirancang untuk mendeteksi adanya suatu gangguan atau merasakan adanya kondisi tidak normal yang mungkin terjadi pada peralatan atau bagian sistem tenaga listrik. Jika kondisi abnormal tersebut terjadi maka relay pengaman secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem normal. Di samping itu relay juga berfungsi untuk menunjukkan lokasi dan macam gangguannya sehingga memudahkan evaluasi pada saat terjadi gangguan. Relay proteksi dapat mendeteksi adanya gangguan pada peralatan yang diamankan dengan mengukur besaran-besaran listrik yang diterimanya dan membandingkan antara besaran pada saat kondisi normal dengan besaran pada saat kondisi gangguan. Besaran-besaran yang berubah harganya pada kondisi gangguan tersebut misalnya arus, tegangan, daya, sudut fasa, impedansi, frekuensi, dan lain sebagainya. Relay secara otomatis akan membuka pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan peralatan atau bagian dari sistem yang terganggu dan memberikan isyarat berupa lampu dan alarm (bel) yang menandakan pada sistem telah terjadi gangguan Fungsi Relay Proteksi Relay pengaman adalah susunan peralatan yang direncanakan untuk dapat merasakan atau mengukur adanya gangguan atau 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).

15 19 Relay pengaman dapat merasakan atau melihat adanya gangguan pada peralatan yang diamankan dengan mengukur atau membandingkan besaranbesaran yang diterimanya misalnya arus, tegangan, daya, sudut fase, frekuensi, impedansi dan sebagainya dengan besaran yang telah ditentukan, kemudian mengambil keputusan untuk seketika ataupun dengan perlambatan waktu membuka PMT ataupun hanya memberi tanda tanpa membuka PMT. PMT harus mempunyai kemampuan untuk memutus arus hubung singkat maksimum yang melewatinya dan juga harus mampu menutup rangkaian dalam keadaan hubung singkat dan kemudian membuka kembali. PMT biasanya dipasang pada generator, trafo daya, saluran transmisi, saluran distribusi dan sebagainya supaya masing-masing bagian sistem dapat dipisahkan sedemikian rupa sehingga sistem lainnya tetap beroperasi secara normal. Pada sistem tegangan menengah dan tegangan rendah adakalanya sekering digunakan sebagai relay dan pemutus tenaga bersamaan. Disamping tugas di atas, relay juga berfungsi menunjukkan lokasi dan macam gangguannya. Dengan data tersebut memudahkan analisa dari gangguannya. Dalam beberapa hal relay hanya memberi tanda adanya gangguan atau kerusakan, jika dipandang gangguan atau kerusakan tersebut tidak segera membahayakan. Dari uraian di atas maka relay pengaman pada sistem tenaga listrik berfungsi untuk : a) Merasakan, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta memisahkan secepatnya sehingga sistem lainnya tidak terganggu dan dapat beroperasi secara normal. b) Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan atau bagian sistem yang terganggu. c) Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem yang lain yang tidak terganggu di dalam sistem tersebut serta mencegah meluasnya gangguan. d) Memperkecil bahaya bagi manusia atau operator e) Menunjukan lokasi dan macam gangguan.

16 20 Sistem pengaman yang baik harus mampu : a) Melakukan koordinasi dengan sistim pengaman yang lain b) Mengamankan peralatan dari kerusakan yang lebih luas akibat gangguan c) Membatasi kemungkinan terjadinya kecelakaaan d) Secepatnya membebaskan pemadaman karena gangguan e) Membatasi daerah pemadaman akibat gangguan f) Mengurangi frekuensi pemutusan permanen karena gangguan Persyaratan Relay Proteksi Relay proteksi dirancang dan dibuat untuk merasakan adanya gangguan pada bagian suatu sistem tenaga listrik yang kemudian secara otomatis akan membuka Pemutus Tenaga. Relay proteksi harus memenuhi persyaratan sebagai berikut : 1. Dapat diandalkan ( Reliable ) Dalam keadaan normal (tidak ada gangguan) relay tidak boleh bekerja. Tetapi bila suatu saat terjadi gangguan yang mengharuskan relay bekerja, maka relay tidak boleh gagal bekerja untuk mengatasi gangguan tersebut. Kegagalan kerja relay dapat mengakibatkan kerusakan yang berat bagi alat atau sistem yang diamankan atau gangguan menjadi meluas sehingga daerah yang mengalami pemadaman akan meluas. Disamping itu relay tidak boleh salah bekerja, sehingga menimbulkan pemadaman yang tidak seharusnya ataupun menyulitkan analisa gangguan yang terjadi. Dalam hal ini yang harus dapat diandalkan tidak hanya relaynya sendiri tetapi mulai dari trafo arus, trafo tegangan serta rangkaiannya, baterai serta pemutus tenaganya. 2. Selektif Relay bertugas mengamankan peralatan atau bagian sistem dalam daerah pengamannya. Letak PMT (Pemutus Tenaga) sedemikian rupa sehingga setiap bagian dari sistem dapat dipisahkan. Maka tugas relay adalah mendeteksi adanya gangguan yang terjadi pada daerah pengamanannya dan memberi perintah untuk membuka PMT (Pemutus Tenaga) untuk memisahkan bagian dari sistem pada daerah yang terganggu. Dengan demikian bagian sistem

17 21 lainnya yang tidak terganggu jangan sampai dilepas, dan masih beroperasi normal sehingga tidak terjadi pemutusan pelayanan. Dengan kata lain pengamanan dinyatakan selektif bila relai dan PMT (Pemutus Tenaga) yang bekerja hanyalah pada daerah yang terganggu saja. 3. Responsif Relay pengaman harus dapat bekerja dengan cepat dan segera setelah merasakan adanya gangguan pada sistem. 4. Sensitif Relay pengaman harus cepat merasakan adanya arus gangguan yang melebihi arus settingnya. Relay dikatakan peka (sensitif) apabila dapat bekerja dengan masukan dari besaran yang dideteksi kecil. Jadi relay dapat bekerja pada awal kejadian gangguan atau dengan kata lain gangguan dapat diatasi pada awal kejadian. Hal ini memberi keuntungan dimana kerusakan peralatan yang diamankan akibat gangguan menjadi kecil. Namun demikian relay harus stabil, yang artinya relay harus dapat membedakan antara arus gangguan dan arus beban maksimum. 5. Ekonomis dan sederhana Penggunaan relay pengaman harus dipertimbangkan sisi ekonomisnya tanpa mempengaruhi fungsi relay tersebut. 2.8 Relay Arus Lebih Pengertian Relay Arus Lebih Proteksi arus lebih adalah proteksi terhadap perubahan parameter arus yang sangat besar dan terjadi pada waktu yang cepat, yang disebabkan oleh hubung singkat. Pada proteksi arus lebih ini, relay akan pick-up jika besar arus melebihi nilai seting (Tjahjono, 2000). Elemen dasar dari proteksi arus lebih adalah relay arus. Proteksi arus lebih meliputi proteksi terhadap gangguan hubung singkat yang dapat berupa gangguan hubung singkat phasa-phasa, satu phasa ke tanah serta hubung singkat antar phasa. Proteksi terhadap hubung singkat antar phasa dikenal sebagai proteksi arus lebih dan relay yang digunakan disebut relay arus lebih (over current relay). Jika arus gangguan mengalir melalui tanah,

18 22 gangguan ini disebut gangguan hubung singkat ke tanah dan relay yang digunakan disebut proteksi hubung tanah (ground fault relay). Pada proteksi transformator daya, relay arus lebih digunakan sebagai tambahan bagi relay differensial untuk memberikan tanggapan terhadap gangguan luar. Relay arus lebih yang digunakan adalah relay arus lebih tanpa perlambatan waktu, relay arus lebih dengan karakteristik waktu yang berbanding terbalik dengan besar arus dan relay arus lebih dengan komponen arah Jenis Relay Arus Lebih Berdasarkan karakteristik arus terhadap waktu kerja, relay arus lebih terbagi atas beberapa jenis, antara lain: 1) Relay Arus Lebih Karakteristik Waktu Sesaat/Moment (Instantaneous) Adalah relay arus lebih yang tidak dilengkapi dengan elemen pengukur waktu, sehingga apabila suatu kumparan bekerja, maka dalam waktu seketika mengirim perintah trip ke PMT. Gambar 2.7 Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Seketika (Instantaneous). 2) Relai Arus Lebih Karakteristik Waktu Tertentu (Definite Time) Adalah relay arus lebih yang mempunyai elemen pengukur waktu yang independent, yaitu tidak tergantung kepada besarnya arus gangguan yang

19 23 dideteksi. Jadi waktu kerjanya selalu tetap (konstan), untuk setiap arus gangguan yang berbeda. Gambar 2.8 Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time). 3) Relay Arus Lebih Karakteristik Waktu Terbalik (Invers Time) Adalah relay arus lebih yang mempunyai elemen pengukur waktu dependent terhadap arus yang dideteksi. Besarnya waktu kerja relay berbanding terbalik dengan besarnya arus gangguan yang dideteksi, makin besar arus gangguan, maka makin cepat waktu kerja relai dan sebaliknya. Gambar 2.9 Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Time) Terdapat 4 macam karakteristik Relay Inverse yaitu : 1) Standard Inverse Time (SIT), yaitu karakteristik yang menunjukan perbandingan antara besar arus dengan waktu kerja relai yang standard, ditulis dengan rumus:

20 24 2) Very Inverse (VIT), yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus dengan waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari standard invers, ditulis dengan rumus: 3) Extremely Inverse Time (EIT), yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus dengan waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari standard dan very invers, ditulis dengan rumus: 4) Ultra Inverse Time (UIT), yaitu karakteristik yang menunjukkan perbandingan antara besar arus dengan waktu kerja relai yang lebih lambat/rendah diantara karakteristik yang lain, ditulis dengan rumus:

21 25 (a) (b) (c) Gambar 2.10 Kurva karakteristik waktu Invers (a) Standard Inverse Time (SIT) (b) Very Inverse Time (VIT) (c) Extremely Inverse Time (EIT) (d) Ultra Inverse Time (UIT) (d)

22 Relay Gangguan Tanah/ Ground Fault Relay (GFR) Ground Fault Relay biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah dan jaringan tegangan rendah atau saluran distribusi untuk melindungi trafo dan saluran distribusi. Relay ini berfungsi untuk mendeteksi arus sisa dari hasil masing-masing arus fasa dan netralnya. Penggunaan sensor arus dapat dilakukan dengan satu buah CT yang melingkari seluruh fasa (3 fasa). Prinsip kerja relay ini adalah mendeteksi arus urutan nol, karena setiap gangguan tanah menghasilkan arus urutan nol. Jika tidak ada gangguan tanah atau pada kondisi normal,arus yang melewati relay adalah penjumlahan vektor arus tiga fasa, yang dalam titik netral Star seimbang adalah sama dengan nol, sehingga relay tidak bekerja. Tetapi jika terjadi gangguan tanah, maka terjadi arus urutan nol yang mengalir ke relay dan menghasilkan operasi pengaman terhadap gangguan. Seperti pada formula berikut: I0 = I1+ I2+ I3 Gambar 2.11 Relay Gangguan Tanah (GFR)

23 Setting dan Koordinasi Relay Arus Lebih Pertimbangan Umum Hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan setting relay arus lebih adalah sebagai berikut : 1) Arus kerja minimum relay harus lebih besar dari arus beban maksimum dan lebih kecil dari arus gangguan hubung singkat terkecil, yaitu arus gangguan hubung singkat dua fasa di ujung seksi. 2) Penentuan setting dari seksi yang paling ujung dan secara bertahap dilakukan untuk seksi-seksi berikutnya kearah sumber. Untuk menentukan setting waktu relay perlu diketahui beda waktu koordinasi minimum yang di perbolehkan sesuai dengan spesifikasi relay dan pemutus daya yang dipakai. 3) Pada saat melakukan setting waktu relay invers, lakukanlah pada saat arus gangguan maksimum karena untuk arus yang lebih kecil waktu kerja relay akan lebih besar Parameter Seting Arus Lebih Setting Arus Untuk Waktu Tunda ( I>) (1) Iset = 1/3 k k S D x In......(2.1) (2) Iset = 0,8 x I HS 1Φ... (2.2) Iset diambil dari nilai terkecil antara persamaan (2.1) dan persamaan (2.2) = 1,1 In = Arus beban nominal Setting Arus Untuk Instantaneous ( I>>) Di sisi down stream (hilir) maka : Φ < < HS (1) I HS 2 min I SET1 I 3Φ min... (2.3) (2) I SET < I kemampuank abel 2... (2.4)

24 28 Iset diambil dari nilai terkecil diantara persamaan (2.3) dan (2.4) Di sisi Up stream (hulu) maka : I SetInst = 0,8 x I HS3Ø max di downstream... (2.5) Setting to> to> =... (2.6) 2.11 Relay SEPAM 1000 Gambar 2.12 Skema Fungsional dan koneksi relay SEPAM 1000

25 29 AS (1A) 1-2 Power Supply 48V/125V 3-4 Alarm contact (tripping on fault or loss of auxiliary supply) 5-6 closing coil 7-8 tripping coil AS (1B) 1 2 Watch dog (default adressing) 3 4 (a) (b) (c) Gambar 2.13 (a) Display Relay SEPAM 1000 (b) Tampak depan relay SEPAM 1000 (c) Tampak Belakang Relay SEPAM 1000

26 Trafo arus / Current Transformer (CT) Trafo arus adalah trafo yang menghasilkan arus pada sisi sekunder dimana besarnya sesuai dengan ratio dan arus primernya. Trafo arus umumnya terdiri dari sebuah inti besi yang dililiti oleh konduktor kawat tembaga. Output dari skunder biasanya adalah 1 atau 5 ampere, ini ditunjukan dengan ratio yang dimiliki oleh Trafo arus tersebut. Trafo arus dalam sistem tenaga listrik digunakan untuk keperluan pengukuran dan proteksi Klasifikaasi Trafo Arus Klasifikasi trafo arus dibedakan menurut tipe konstruksinya dan pemasangannya. a) Berdasarkan tipe konstruksi Tipe cincin (Ring/Windows type) Tipe corcoran cast resin (mounded cast resin type) Tipe tanki minyak (oil tank type) Tipe trafo arus bushing b) Berdasarkan pemasangannya Pemasangan dalam (indoor) Pemasangan luar (outdoor) Rating Trafo Arus a) Rating beban : - Rating dari beban dimana akurasi masih bisa dicapai - Dinyatakan dalam VA - Umumnya bernilai 2,5 ; 5 ; 7,5 ; 10 ; 15 ; 30 VA b) Rating arus kontinu : -Biasanya pada batas arus primer - Nilai arus yang diijinakan mengalir secara kontinu di sisi primer dengan sekunder dibebani nominal c) Rating arus sesaat : - Biasanya dalam batas waktu 0,5 ; 1 ; 2 ; atau 3 detik - Tidak merusak CT - Ditentukan dengan sekunder dihubung singkat d) rating arus sekunder : - Umumnya bernilai 1 ; 2 ; atau 5 Ampere.

27 Accuracy Limit Factor (ALF) ALF disebut juga faktor kejenuhan inti Contoh : Transformator arus 200/1A dengan ALF 5 Maka batas akurasi < 5 x 200 A = 1000 A Kelas CT Pengukuran Tabel 2.1 Kelas CT Pengukuran Kelas ± Kelas Rasio % beban Pergeseran fasa dalam menit pada % beban 20 < % In < < % In < < % In < < % In < 120 0,1 0,2 0, ,2 0,35 0, ,5 0,75 0, , Kelas CT Proteksi a) Kelas P Dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut : 15 VA 10 P 20 Dimana : 15 VA = Rating beban CT sebesar 15 VA 10 P = Kelas proteksi, kesalahan 10% pada rating batas akurasi 20 = Accuracy Limit Factor (ALF), batas akurasi CT sampai dengan 20 kali rating Tabel 2.2 Kelas CT Proteksi Kelas % Kesalahan rasio pada 100 % In Pergeseran fasa pada % In (menit) Komposit Error 5P ± 1 ± P ± 3 10 b) Kelas TPX, TPY, TPZ