PENGUJIAN RELAI ARUS LEBIH / OVER CURRENT RELAY (OCR) DAN RELAI GANGGUAN TANAH / GROUND FAULT RELAY (GFR) PADA SISTEM DISTRIBUSI 2O KV

Transkripsi

1 Makalah Seminar Kerja Praktek PENGUJIAN RELAI ARUS LEBIH / OVER CURRENT RELAY (OCR) DAN RELAI GANGGUAN TANAH / GROUND FAULT RELAY (GFR) PADA SISTEM DISTRIBUSI 2O KV UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TRANSMISI DAN PDKB PT. PLN (PERSERO) SEMARANG Muhammad Rizki Kurniawan 1, Ir. Bambang Winardi, M. Kom 2 1 Mahasiswa dan 2 Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Kode Pos Telp. (024) , Fax. (024) rizki001@yahoo.co.id Abstrak Pada akhir-akhir ini, kebutuhan manusia akan penggunaan energi listrik semakin meningkat. Dengan meningkatnya kebutuhan akan energi listrik ini, maka akan meningkatkan pula kemampuan PLN untuk mensuplai energi listrik. Suplai energi listrik dengan daya yang besar memiliki perlakuan yang berbeda dengan suplai energi listrik dengan daya yang kecil. Oleh karenanya, dibutuhkan pula peralatan yang mampu menunjang pensuplai energi listrik untuk mengirimkan energi listrik tersebut menuju ke beban. Sistem tersebut dinamakan dengan sistem distribusi dan sistem transmisi energi listrik. Disamping itu diperlukan juga kehandalan sistem agar penyaluran tenaga listrik dapat berjalan dengan baik, khususnya dalam hal ini adalah kehandalan system proteksi pada Gardu Induk. Salah satu yang perlu dilakukan dalam meningkatkan kehandalan sistem proteksi pada sistem distribusi adalah pemeliharaan rutin pada relai. Salah satu pemeliharaan/pengujian relai yang dilakukan adalah pengujian relai arus lebih (OCR) dan relai gangguan tanah (GFR). Kedua relai tersebut adalah salah satu komponen vital dalam sistem proteksi distribusi 20kV, oleh karena itu dibutuhkan pemeliharaan yang baik pada kedua komponen sistem proteksi tersebut.macam relai yang terdapat pada system distribusi ada berbagai macam, seperti jenis MCGG, SPAJ dan MiCOM. Kata Kunci : sistem proteksi, sistem distribusi 20kV, relai arus lebih, relai gangguan tanah, MCGG, SPAJ, MiCOM I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada akhir-akhir ini, kebutuhan manusia akan penggunaan energi listrik semakin meningkat. Dengan meningkatnya kebutuhan akan energi listrik ini, maka akan meningkatkan pula kemampuan PLN untuk mensuplai energi listrik. Suplai energi listrik dengan daya yang besar memiliki perlakuan yang berbeda dengan suplai energi listrik dengan daya yang kecil. Oleh karenanya, dibutuhkan pula peralatan yang mampu menunjang pensuplai energi 1 listrik untuk mengirimkan energi listrik tersebut menuju ke beban. Sistem tersebut dinamakan dengan sistem distribusi dan sistem transmisi energi listrik. Disamping itu diperlukan juga kehandalan sistem agar penyaluran tenaga listrik dapat berjalan dengan baik, khususnya dalam hal ini adalah kehandalan system proteksi pada Gardu Induk. Salah satu yang perlu dilakukan dalam meningkatkan kehandalan sistem proteksi pada sistem distribusi adalah pemeliharaan rutin pada relai. Salah satu pemeliharaan/pengujian relai yang dilakukan adalah pengujian relai arus lebih (OCR)

2 Gardu Induk dan relai gangguan tanah (GFR). Kedua relai tersebut adalah salah satu komponen vital dalam sistem proteksi distribusi 20kV, oleh karena itu dibutuhkan pemeliharaan yang baik pada kedua komponen sistem proteksi tersebut. Sistem Transmisi Tenaga Listruk Pembangkit Trafo Penaik Tegangan Rel Tegangan Tinggi PMT 1.2. Tujuan Jaringan Tegangan Tinggi Tujuan dari makalah ini adalah sebagai berikut. a. Mengetahui fungsi sistem proteksi pada saluran transmisi tenaga listrik secara umum b. Mengetahui macam-macam jenis sistem proteksi Sistem Distribusi Tenaga Listruk Gardu Induk Sekering Trafo Distribusi Sakelar Pelanggan Tegangan Rendah Trafo Penurun Tegangan Rel Tegangan Menengah Jaringan Tegangan Menengah Pelanggan Tegangan Menengah c. Mengetahui macam-macam relai proteksi pada sistem tenaga listrik d. Mengetahui cara kerja dari Relai Arus Lebih (Over Current Relay ) dan Relai Gangguan Tanah (Ground Fault Relay) e. Mengetahui kondisi kelayakan relai melaui pengujian yang dilakukan 1.3 Batasan Masalah Dalam penulisan laporan kerja praktek ini, penulis menjelaskan tentang prosedur pengoperasian pengujian Relai Arus Lebih dan Relai Gangguan Tanah dalam uji kelayakan. Tidak membahas secara mendetail mengenai struktur internal relai secara keseluruhan. II. TINJAUAN PUSTAKA Gambar 2.1 Single Line Diagram Sistem Tenaga Listrik Sistem Distribusi Sistem Distribusi merupakan rangkaian bagian-bagian komponen listrik yang tergabung satu sama lain mulai dari sisi sekunder (Tegangan Menengah) di Gardu Induk hingga sisi tegangan rendah di pelanggan/ konsumen (Gbr 3.2). Jaringan Tegangan Menengah (JTM) Sekering T.M. Trafo Distribusi 2.1 SISTEM TENAGA LISTRIK Bagan Sistem Tenaga Listrik Secara garis besar Sistem Tenaga Listrik dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu Sistem Pembangkitan, Sistem Penyaluran (Transmisi & Gardu Induk), dan Sistem Distribusi. Sistem Distribusi merupakan bagian akhir dari rangkaian komponen pada sistem tenaga listrik (Gambar 3.1). Rel T.R. Sekering T.R. Jaringan Tegangan Rendah (JTR) Gardu Distribusi Tiang Sambungan Rumah Pelanggan Gambar 2.2 Single Line Diagram Sistem Distribusi 2

3 2.2 Relai Arus Lebih / Over Current Relay (OCR) dan Relai Gangguan Tanah / Ground Fault Relay (GFR) Prinsip Kerja Over Current Relay (OCR) dan Ground Fault Relay (GFR) Relai arus lebih merupakan Relai Proteksi yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada Jaringan Tegangan tinggi, Tegangan menengah juga pada proteksi Transformator tenaga. Relai ini berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan fasa-fasa. Sedangkan GFR adalah OCR yang dipasang diantara fasa dengan tanah. Gambar 2.3 Wiring pengaman dengan arus lebih dengan 3 fasa OCR Gambar 2.4 Pengaman dengan arus lebih dengan 3 fasa OCR dan GFR Gambar2.5 Pengaman dengan arus lebih dengan 2 fasa OCR dan GFR Pengujian Relai Arus Lebih / Over Current Relai (OCR) Pengujian Relai Arus Lebih / Over Current Relay (OCR) terdapat dua jenis, yaitu a. Pengujian individual Pengujian individual adalah pengujian individu relai itu sendiri, untuk mengetahui apakah masih dalam keadaan standar atau tidak b. Pengujian fungsi Pengujian fungsi adalah menguji fungsi dari sistem proteksi secara keseluruhan apakah masih berfungsi atau tidak Selain itu juga terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan pengujian relai, yaitu : 1. Cara setting 2. Internal diagram relai 3. Alat uji / rangkaian pengujian 4. Item pengujian 5. Prosedur pengujian 6. Hasil uji dan kesimpulan Sehingga diharapkan apabila telah benar-benar memperhatikan komponen di atas pengujian relai dapat berjalan dengan baik dan mendapatkan hasil yang presisi sesuai dengan yang diinginkan. Bebapa komponen pengujian diantaranya adalah 1. Arus pick up (arus awal / mula) Arus pick up adalah arus minimum yang menyebabkan relai bekerja 2. Arus drop off (reset/ kembali) Arus drop off adalah arus maksimum yang menyebabkan relai tidak bekerja. 3. Rasio arus pick up dengan drop off Rasio antara arus pick up dan arus drop off yang akan menjadi pertimbangan dalam setting relai 3

4 III. PEMBAHASAN 3.1. Relai Arus Lebih / Over Current Relay (OCR) dan Relai Gangguan Tanah / Ground Fault Relay (GFR) Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa OCR adalah relai yang dipasang antar fasa dan bekerja berdasarkan indikator arus yang telah disetting sedangkan GFR adalah relai gangguan tanah yang dipasang antara fasa dan ground. Kedua relai ini pada dasarnya sama yang membedakan adalah pemasangannya pada sistem tenaga listrik, yaitu OCR pada fasa-fasa dan GFR pada fasa-tanah SVERKER 760 SVERKER 760 adalah salah satu alat pengujian relai 1 fasa yang digunakan oleh para engineer. Kontrol panel yang digunakan mempunyai fitur tampilan logika. Fitur ini membuat pengujian yang dilakukan lebih efisien dan lebih mudah. Sebagai contoh hasil pengukuran dapat ditampilkan untuk pengukuran Z, R, X, S, P, dan Q serta cos phi-nya. Semua hasil pengukuran ditampilkan dalam tampilan yang mudah untuk dibaca. Gambar 3.2 Contoh pemasangan SVERKER 750/ Prosedur Pengujian Relai Arus Lebih / Over Current Relay (OCR) dan Relai Gangguan Tanah / Ground Fault Relay (GFR) jenis MCGG82 Gambar 3.3 Wiring sverker760 dengan MCGG82 Gambar 3.1 SVERKER 750/760 Relai arus lebih MCGG82 adalah jenis relai arus lebih 3 fasa yang juga dilengkapi dengan relai gangguan tanah serta pengaturan komponen waktu instan. Relai ini digunakan pada sistem yang membutuhkan relai arus lebih dan relai gangguan tanah secara bersamaan. Relai ini dapat digunakan pada sistem tegangan tinggi dan system distribusi. Relai ini adalah jenis relai yang paling konvesional yang sampai sekarang masih digunakan dalam sistem tenaga listrik terutama sistem distribusi 20 kv. 4

5 a) Prosedur pengujian Prosedur pengujian yang dapat dilakukan yaitu setting awal relai sebelum digunakan, fungsi arus pick-up dan arus drop-off, fungsi waktu kerja instan dan fungsi waktu kerja tunda. 1. Setting awal Setting awal adalah langkah pertama yang harus dilakukan sebelum melakukan pengujian, langkahnya adalah sebagai berikut : 1. Buat rangkaian pengujian seperti gambar diatas Hubungkan arus oitput dari alat uji ke input arus relai yang diuji. Hubungkan input Stop dari Timer ( STOP ) ke kontak trip relai yang diuji. Jika arus uji tidak begtu besr dapat disambung ke tahanan yang disambungseri ke dalam sirkuit arus dan hubungkan terminal Rx/Cx dari alat uji. 2. Hidupkan alat uji dengan menekan tombol main Switch. 3. Pindahkan Ammeter test point ke output arus yang diinginkan, bila mengukur arus kira kira 6A, gunakan Ammeter yang lebih teliti. Ini dapat dilkukan tep demi step dengan tombol A yang dialokasikan disebelah kanan. Bila test point dipilih lampu indikator menyala. 4. Aktipkan kondisi top yang diingikan untuk Timerdengan menset top input untuk fungsi kontak make dan atau break dan untuk kontak nertegangan atau beba. 5. Jika display berhenti membaca arus pada saat operasi, cek apakah fungsi HOLD berfungsi / tidak. ( ini dapat diktipkan dengan tombol HOLD ) 2. Fungsi arus pick-up dan drop-off Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kapan arus pick-up dan drop-off yang dimiliki oleh relai. Langkah pengujiannya adalah sebagai berikut : 1. Hidupkan sumber arus dengan mengktipkan Start Switch pada posisi ON ( tekan tombol ON sekali dimana lampu indikator kan menyala ) 2. Naikkan arus perlahan lhan dengan memutar Main Knob sampai relai pick up ( I> ON ), dimana indikator trip akan menyala. 3. Baca / catat besarnya arus pada display. 4. Tekan tombol HOLD dua kali ( reset ) 5. Kurangi nilai arus perlahan lahan sampai relai drop off ( I> OFF ) dimana indikator trip akan padam. 6. Baca / catat nilai arus pada display 7. Kurangi nilai tegangan sampi nol ( main knob putar kekiri ) 8. Matikan sumber arus dengan menekan tombol start switch pada posisi OO 3. Fungsi Kerja Tunda Waktu ( I > On + Time Delay ) Pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui waktu tunda relai yang telah diatur dengan waktu tunda yang sebenarnya, apakah keduanya saling bersesuaian atau tidak. Berikut langkah pengujiannya : 1. Hidupkan sumber aru dengan menekan tombol start swirch pda posisi ON, dimana lampu indikator ON akan menyala. 2. Naikan arus 1,5 kali arus pick up ( i> ON ) 3. Matikan sumber arus dengan menekan tombol start swich pada posisi OFF 5

6 4. Aktipkan I> ON + Time Delay dengan menekan tombol start switch, dimana timer akan start. 5. Bila relai bekerja maka timer akan stop ecara otomatis, sumber arus akan mati, dan indikator trip akan menyala. 6. Baca dan catat waktu kerja pada display 7. Ulangi langkah 3 s/d 6untuk arus uji 2 kali dan 3 kali I> ON Time Delay, dan juga fasa fasa yang lainnya 4. Fungsi Instant Arus Pick Up/Drop Off Pengujian yang dilakukan untuk mengetahui nilai arus pick up dan drop off pada setting : 1. Pindahkan hubungan ke output arus yang sesuai 2. Hubungkan kontak trip ke timer stop input ) STOP ) bila kontaknya berbeda dengan kontak I> 3. Hidupkan sumber arus dengan menekan tombol start switch, dimana lampu indikator ON akan menyala. 4. Naikan arus dengan cepat sampai relai kerja dan lampu indikator trip akan menyala. 5. Catat nilai arus ini 6. Kurangi nilai arus sampai relai drop off, lampu trip akan mati. 7. Cata nilai arus ini. 4. Aktipkan ON+TIME dengan menggunakan start swich, dimana timer akan tart. 5. Bila relai kerja timer stop dan indikator menyala. 6. Catat waktu kerja yang ditampilkan oleh display 7. Ulangi pengujian diatas untuk fasa fasa yang lain 3.4. Prosedur Pengujian Relai Arus Lebih / Over Current Relay (OCR) dan Relai Gangguan Tanah / Ground Fault Relay (GFR) jenis SPAJ 140 C 5. Waktu Kerja Instantaneous Berikut langkah pengujian yang dilakukan : 1. Hidupkan sumber arus dengan menekan tombol start switch pada posisi on, lampu indikator ON akan menyala. 2. Naikan arus s/d 1,5 kali I>> ON 3. Matikan sumber arus dengan menekan tombol start swich pada off. 6 Gambar 3.4 Relai SPAJ 140 C Relai SPAJ ini adalah relai semi konvensional, yang sudah lebih canggih dari relai jenis MCGG. Relai ini merupakan relai dwifungsi yang bisa berfungsi sebagai relai arus lebih dan relai gangguan tanah yang dipasang pada system 3 fasa. Pada penerapannya, ketika relai ini bekerja maka akan memberikan perintah kepada Circuit Breaker untuk trip dan auto-recloser untuk bekerja, menyalakan alarm dan mencatat hasil gangguan. Type karakteristik yang dimiliki relai dimaksud adalah Normal Inverse, Very Inverse, Extremely Inverse, Definite Time & Instantaneous.

7 Kemudian tekan Push Button RESET STEP 5 kali, sehingga display menunjuk seperti di bawah ini detik, sehingga display menunjuk seperti di Gambar 3.5 Relai SPAJ 140 C a) Cara Pemrograman ( Setting ) I>/I>>/Io>/Io>>/tk>/tk>>/tok>/tok>> 1) Setting I> : misalnya Iset = 1,05 x In. Caranya adalah sebagai berikut : Tekan push button RESET STEP kira-kira 5 detik, sehingga lampu LED I> menyala dan display menunjuk seperti di Kemudian tekan Push Botton PROGRAM kirakira 1 detik, sehingga display menunjuk seperti di Kemudian tekan Push Button RESET STEP 2 kali sehingga display menunjuk seperti di bawah ini detik, sehingga display menunjuk seperti di Kemudian tekan Push Button RESET STEP 1 kali, sehingga display menunjuk seperti di bawah ini detik, sehingga display menunjuk seperti di detik, sehingga display menunjuk seperti di detik sehingga display menunjuk seperti di Kemudian bila kita menghendaki perubahan titik desimal ( memindahkan titik desimal ), maka tekan Push Botton Step Reset sesuai keinginan kita. 1 detik, sehingga display menunjuk seperti di

8 Kemudian tekan Push Botton Reset Step dan program secara bersamaan, sehingga display menunjuk seperti di Artinya : Selanjutnya : Relai jenis MiCOM adalah relai universal yang dapat digunakan dalam berbagai sistem seperti pengaturan, proteksi dan pengawasan pada instalasi industri, sistem distribusi, jaringan dan gardu induk serta sebagai sistem back-up pada sistem tegangan tinggi (TT) dan tegangan ekstra tinggi (TET). Semua data sudah disimpan. Display Menunjuk spt diatas Catatan : Jika menghendaki untuk pemrograman (setting) untuk STAGE 2, setelah melakukan langkah pada butir m) diatas, kemudian tekan Push Button PROGRAM kira-kira 5 detik, sehingga display menunjuk seperti di Kemudian tekan Push Button RESET STEP kira-kira 1 detik ( merubah angka stage ), sehingga display menunjuk seperti di Setelah itu lakukan seperti prosedur ( langkahlangkah ) pada butir d) sampai dengan butir m) Prosedur Pengujian Relai Arus Lebih / Over Current Relay (OCR) dan Relai Gangguan Tanah / Ground Fault Relay (GFR) jenis Relai MiCOM 122/123 Gambar 3.6 Relai MiCOM 122/123 8 Gambar 3.7 Push button relai MiCOM 122/123 a) Prosedur Pengujian MiCOM 122/123 Berikut prosedur yang dilakukan untuk melakukan pengujian relai MiCOM 122/123 : Cara Melihat / Merubah Setting 1. Tekan tombol akan muncul OP PARAMETER, kemudian tekan sampai muncul PROTECTION G1, artinya setting Grup 1 2. Tekan muncul [ 50/51 ]Phase OCR artinya dipilih OCR 3. Tekan muncul I>? YES artinya OCR diaktipkan (*1) Untuk mengubah menjadi NO (OCR tidak diaktipkan) Tekan, bila muncul PASSWORD, selanjutnya tekan OK akan muncul PASSWORD Tekan maka cursor berkedip pada YES, tekan atau maka YES akan berubah menjadi NO, kemudian tekan. 4. Tekan muncul nilai setting I> 1,0 In, artinya OCR disetting 1,0 xin rele ( 1A atau 5A ) 5. Tekan Delay Type IDMT, tekan muncul Idmt, IEC SI artinya menggunakan kurva SI ( standar invers )

9 6. Tekan muncul Tms 0,5, artinya setting Tms pada 0,5. Kalau ingin mengubah kurva SI menjadi VI/EI dan mengubah setting. Tms maka lakukan seperti pada (*1) 7. Tekan muncul t RESET 0ms 8. Tekan muncul I >>? NO, artinya setting I >> diblok. Untuk mengaktipkan setting instant atau mengubah NO menjadi I >>? YES maka lakukan seperti pada (*1) 9. Selanjutnya tekan muncul [50/51N] E/Gnd artinya setting GFR, selanjuenya lakukan seperti item no 1s/d8 10. Selanjutnya apabila sudah selesai menyetel GFR, tekan maka pada display muncul [50/51N] E /Gnd 11. Dari posisi [50/51N] E/Gnd tekan muncul [46] Neg Sec OC, tekan muncul [49]Therm OL, tekan muncul [37] Under Current, tekan muncul [79] Eutorecloder. 12. Untuk melihat / mengubah setting pada posisi seperti item no 11 lakukan dengan menekan dan lakukan seperti pada (*1 ) untuk melakukan perubahan setting. Untuk Mengubah Output Contact Relay (R2 Sd R8) 1. Tekan muncul OP PARAMETER, tekan-tekan sampai dengan muncul AUTOMAT. CTRL. 2. Tekan muncul TRIP COMMAND, tekan-tekan sampai dengan muncul OUTPUT RELAY 3. Kemudian tekan muncul Trip : ini artinya Relai 2 sd 8 posisi tidak aktip 4. Tekan muncul I > : ini artinya untuk starting OCR tidak menggunakan kontak dari 2 sd 8. Kalau untuk starting OCR menggunakan kontak dari salah satu R2 sd R8 (artinya mengaktipkan salah satu R2 sd R8) maka lakukan seperti pada (*1) 5. Tekan muncul ti > : Ini artinya untuk Trip OCR menggunakan kontak no 5 6. Selanjutnya tekan untuk memilih Relay 2 sd 8 untuk fungsi-fungsi lainnya (I >> ; ti >> dsb) IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan 1 Relai arus lebih (OCR) merupakan relai proteksi yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada Jaringan tegangan tinggi, tegangan menengah juga pada proteksi transformator tenaga. Relai ini berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan fasa-fasa. 2 Relai gangguan tanah merupakan Relai Proteksi yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang antara fasa dengan tanah pada jaringan tegangan tinggi, tegangan menengah juga pada proteksi transformator tenaga. 3 Pada relai proteksi harus terpenuhi beberapa aspek yaitu kepekaan, keandalan dan selektifitas agar terbentuk system proteksi yang handal. 4 Terdapat berbagai macam jenis relai OCR dan GFR, diantaranya adalah jenis MCGG, SPAJ dan MiCOM. Masing-masing memiliki kelebihan dan keandalan dalam sistem proteksi distribusi 5 Dari hasil pengujian didapatkan bahwa relai proteksi jenis MiCOM adalah relai yang mempunyai tingkat keakuratan paling baik karena sudah berbasis digital namun pengoperasianya cukup rumit karena menggunakan system logic 9

10 4.2 Saran Saran-saran yang dapat penulis sampaikan adalah sebagai berikut : 1. Melengkapi langkah prosedur pengujian pada masing-masing relai agar setiap langkah pengujian yang dilakukan dapat lebih dimengerti. 2. Pemahaman mengenai diagram internal relai akan sangat membantu dalam pengujian relai proteksi 3. Objek relai dan alat uji relai yang mahal menyebabkan hanya kalangan tertentu yang dapat melakukan pengujian ini dan hal ini sulit dilakukan oleh kalangan mahasiswa karena keterbatasan dana. DAFTAR PUSTAKA BIODATA PENULIS Muhammad Rizki Kurniawan lahir di Surakarta, 21 Desember Telah menempuh studi mulai dari Taman Kanak-kanak Aisiyah Bustanul Athfal, Sekolah Dasar Negeri Begalon II Surakarta, SMP Negeri 3 Surakarta, SMA Negeri 1 Surakarta dan sekarang sedang melanjutkan studi S- 1 di Jurusan Teknik Elektro konsentrasi Tenaga Listrik Universitas Diponegoro, Semarang Semarang, 3 April 2014 [1] Relay SPAJ 140 C User s Manual and Technical Description, ABB [2] Pelatihan O&M Relai Proteksi Gardu Induk, PT. PLN P3B. NO.P3B/OMPROT/01/TDSR [3] Pusat Pelatihan dan Pendidikan PT. PLN (Persero), Pengujian Relai Arus Lebih [4] Manual Guide, MiCOM P120 Over Current Relay Dosen Pembimbing Ir. Bambang Winardi, M.Kom. NIP