MACAM RELAI PROTEKSI Klasifikasi relai proteksi bila ditinjau dari prinsip kerjanya dapat dibagi dalam 5 macam, yakni :

Transkripsi

1 MACAM RELAI PROTESI lasifikasi relai proteksi bila ditinjau dari prinsip kerjanya dapat dibagi dalam 5 macam, yakni : ) Relai Elektromagnetik ) Relai Thermal 3) Relai Gas 4) Rele Statik 5) Relai Numerik 3_Proteksi STL

2 . RELAI ELETROMAGNETI Relai ini dapat dibagi dalam jenis, yakni : Electromagnetic attraction type relay Electromagnetic induction type relay. Electromagnetic attraction type relay a. Attracted armature relay Relai ini ada beberapa macam bila dilihat dari konstruksinya, yakni : Plunger type Hinged Armature type, Balanced beam type, dan Polarized moving iron type. 3_Proteksi STL

3 (a) Plunger type (b) Hinged Armature type Gambar Attracted armature relay 3_Proteksi STL 3

4 (c) Balanced beam type (d) Polarized moving iron type Gambar Attracted armature relay Relai-relai tersebut merupakan type relai yang paling sederhana. 3_Proteksi STL 4

5 Gaya elektromagnetik yang digunakan oleh elemen gerak (bagian yang bergerak) sebanding dengan pangkat dua dari fluksi diantara celah udara, atau sebanding dengan kwadrat arus. F = F e F r F = = = = ( I sin ω t ) I I maks ( I I cos ω t ) maks maks maks I maks cos ω t Dimana : F e = Gaya elektromagnetik F r = Gaya penahan (Pegas) = F = Gaya kerja = konstanta I = Arus kerja 3_Proteksi STL 5

6 Dari persamaan diatas terlihat bahwa gaya elektromagnetik terdiri dari dua komponen, yang satu tidak tergantung waktu dan yang lain tergantung pada waktu dan bergetar pada ganda frekuensi besaran bolak-balik yang diterapkan ( ).I maks ( ). I maks cos ωt Gambar urva arus dan gaya elektromagnetik sebagai fungsi waktu. Relai akan pick up pada saat t dan drop-off pada saat t yaitu apabila arus kerja dan lebih kecil dari : I = 3_Proteksi STL 6

7 ejadian ini akan berulang-ulang (vibrasi) dan dapat menyebabkan rusaknya kontak relay. Untuk menghindari vibrasi tersebut dapat secara mudah dengan memberikan kutub bantu (shaded pole) seperti yang terlihat pada gambar 3. Gambar 3. Hinged Armature Relay dengan Shaded Pole Fluksi yang melewati kutub dengan shading ketinggalan dibelakang fluksi yang melewati kutub tanpa shading. 3_Proteksi STL 7

8 Hal yang sama juga dapat dicapai dengan memberikan dua belitan pada elektromgnet yang memiliki sirkit yang mengubah fasa. Satu sirkit sederhana ditunjukkan dalam Gambar 4(a) yang memiliki dua belitan W dan W pada elektromgnet yang sama. Gambar 4(b) memperlihatkan diagram vektor. Namun metoda belitan shading lebih sederhana dan digunakan secara luas. Gambar 4 Relai elektromagnetik dengan dua belitan; (a) Diagram skematik; (b) diagram vektor 3_Proteksi STL 8

9 Balanced Beam Relay Balanced beam relay mempunyai dua buah coil (kumparan). Arus dalam kumparan (I ) akan memberikan gaya elektromagnetik F (gaya kerja), sedangkan yang satunya (I ) akan menghasilkan gaya elektromagnetik F (gaya lawan). Apabila F > F kontak relai akan tertarik, berarti relai bekerja. 3_Proteksi STL 9

10 Dengan mengabaikan pengaruh pegas, torsi kerja dapat dinyatakan sebagai berikut : T = I I Dengan dan adalah konstanta-konstanta. Apabila relai dalam keseimbangan maka, I I = I I = Arus yang memberikan torsi kerja atau torsi positip disebut arus operasi. Dan karakteristik operasinya dapat dilihat seperti gambar 6. 3_Proteksi STL 0

11 3_Proteksi STL

12 Permanent Magnet Moving Coil Relay. Relai ini mempunyai kumparan berputar dalam medan magnet permanen. Torsi yang dihasilkan merupakan interaksi antara medan magnet permanen dan medan magnet kumparan karena adanya arus yang melalui kumparan tersebut dan hanya dapat bekerja untuk arus searah. 3_Proteksi STL

13 Gaya yang dihasilkan oleh kumparan adalah : Dimana : F = Gaya N = Jumlah lilitan H = uat medan magnet I = Arus yang melalui kumparan L = Panjang kumparan. Dan torsi : F N H I Dengan : r = jari-jari kumparan. L T = r F Jenis lain dari moving coil relay yang populer dapat dilihat pada gambar 8. 3_Proteksi STL 3

14 umparan bergerak pada sumbu dan bergerak datar. Relai ini lebih cepat beroperasi dari pada rotating coil type relay karena hanya memerlukan gerakan yang sedikit untuk menutup kontak dan bagian-bagian yang bergerak ringan, dengan order waktu 30 millidetik, dan VA burden yang kecil. Sensitifitas dapat dibuat rendah (0, milliwatt) dan harus ditangani dengan berhati-hati. 3_Proteksi STL 4

15 . Electromagnetic Induction Relay Jenis relai ini dapat dibagi dalam type, yakni : Induction disc Relay Induction Cup relay Torsi yang dihasilkan pada rotor (bagian yang bergerak) mempunyai prinsip kerja yang sama seperti pada motor induksi, dan prinsip ini hanya dapat diterapkan untuk arus bolak-balik. Gambar 9. Prinsip torsi relai induksi. 3_Proteksi STL 5

16 Ambil φ I sin ωt e dφ ω I cos dt ω I cos ωt λ i ( ) ωt φ I sin ( ωt + α) dφ e ω I dt i ω I cos cos ( ωt + α λ) ( ω t + α ) Oleh karena itu, resultan torsi diberikan oleh. T ω φ i φ i I I [ sin ( ωt + α) cos ( ωt λ) sin ωt cos ( ωt + α λ) ] ω I I sinα cosλ T ω I I sin α Dari persamaan ini dapat dikatakan relai induksi merupakan omparator Sinus di mana torsi maksimum dihasilkan ketika α adalah 90 o atau 70 o dan torsi nol ketika α adalah 0 o dan 80 o. 3_Proteksi STL 6

17 Induction Disc Relay Pada relai ini, metal disc berputar diantara dua kutub electromagnet yang bekerja dengan arus bolak-balik. Medan yang dibangkitkan oleh kedua kutub magnet tersebut berbeda fasa. Torsi yang ditimbulkannya merupakan interaksi antara fluksi dari salah satu kutub magnet dan arus edy yang diinduksikan pada disc oleh kutub magnet lainnya. Gambar 0. Shaded Pole Induction Disc Relay 3_Proteksi STL 7

18 onstruksi yang umum dari relay ini ada dua macam : Shaded Pole Induction Disc Relay (Gambar 0) Wattmetric Induction Disc relay (Gambar ) Rotor Gambar. Watthour Meter Induction Disc Relay 3_Proteksi STL 8

19 b. Induction Cup relay Dalam stator terdapat dua, empat atau lebih kutub-kutub magnet elektris (kutub magnet yang ditimbulkan arus listrik). Rotor terdiri dari silinder metal berongga (Hollow Metallic Cylindrical Cup) dan dapat berputar bebas diantara inti besi/magnet permanen dan magnet elektris. Arus edy diinduksikan pada metallic cup dan berinteraksi dengan fluksi yang ditimbulkan oleh magnet elektris sehingga dapat menimbulkan torsi. 3_Proteksi STL 9

20 . RELAI THERMAL. Relai thermal bekerja / beroperasi berdasarkan pengaruh panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, umumnya tidak mengukur suhu secara langsung. Relai thermal merasakan arus dengan kenaikan suhu/temperatur yang dihasilkannya, dan dapat juga beroperasi karena arus gangguan tiga fasa yang tidak seimbang yang menyebabkan kenaikan temperatur, yakni komponen arus urutan negatif. Relai thermal yang sederhana banyak digunakan dalam motor starter peralatan proteksi beban lebih yang menggunakan bimetallic strip yang terpasang dalam kumparan pemanas. Arus listrik yang melalui kumparan pemanas menyebabkan bimetallic strip menyimpang/melengkung dan dapat digunakan untuk menutup/membuka kontak relai. 3_Proteksi STL 0

21 Gambar 3. Relai Bimetallic 3_Proteksi STL

22 Bimetallic strip. Terdiri dari dua metal strip dengan koefisien pemuaian yang berbeda, dan disatukan / dilekatkan. Bilamana kombinasi strip tersebut dipanasi, satu strip akan mengembang lebih panjang dari lainnya. Dengan salah satu ujungnya tetap dan dengan adanya pengembangan tersebut, kombinasi strip akan melengkung. Efek ini dapat dimanfaatkan untuk mendapatkan kontak relai tertutup. 3_Proteksi STL

23 Thermocouple. Banyak digunakan untuk peralatan indikator temperatur (diatas 300 o C) dan indikator kontrol, yang dapat juga digunakan untuk relai proteksi. Thermocouple terdiri dari dua bahan material yang dipilih secara khusus dan dihubungkan (junction) secara elektris. Perbedaan temperatur dari titik hubung (junction) akan menghasilkan emf. Emf inilah yang diukur dengan elemen gerak yang sensitif. 3_Proteksi STL 3

24 Resistance Temperature Detector Peralatan pengukur suhu dimana menggunakan prinsip bahwa resistans konduktor akan naik dengan bertambahnya suhu/teperatur. Peralatan resistans ini dapat digunakan untuk mengukur temperatur. Pada generator yang besar, detector temperatur digunakan untuk mengukur temperatur dari lilitan / kumparan stator. 3_Proteksi STL 4

25 3. Relai Gas Relai gas bekerja berdasarkan adanya gas (sifat-sifat gas), dan banyak dipergunakan pada transformatortransformator yang besar, yang dikenal dengan nama Buchholz Relay. Gangguan didalam / dibawah permukaan minyak transformator akan menimbulkan gas karena adanya penguraian minyak trafo akibat adanya busur api. Gas inilah yang memberikan tekanan pada bagian relay sehingga relay bekerja. 3_Proteksi STL 5

26 4. Relai Statik. Relai statik menggunakan komponen-komponen semikonduktor (misalnya : Transistor, Dioda, Varistor, Thermistor, dan lainlain.) dan akhir-akhir ini telah banyak digunakan untuk proteksi sistem tenaga listrik. 5. Relai Numerik. Perkembangan dibidang komputer saat ini sudah dimanfaatkan untuk keperluan relai, dimana komponen utama relai numerik ini merupakan chip yang dapat diprogram. Jadi secara fisik relai-relai ini kelihatan sama satu dengan yang lainnya, tetapi bila dilihat dari karakteristik/fungsinya akan jauh berbeda. Hal ini dapat dilakukan dengan mengisikan program yang berbeda pada chipnya. 3_Proteksi STL 6