BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Proteksi Sistem Tenaga Listrik Proteksi terhadap suatu sistem tenaga listrik adalah sistem pengaman yang dilakukan terhadap peralatan- peralatan listrik, yang terpasang pada sistem tenaga listrik tersebut. Gambar 2.1 Relay tegangan kurang sebagai proteksi tegangan kurang Adapun fungsi dari sistem proteksi adalah: Untuk menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat adanya gangguan (kondisi abnormal) semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan, maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan terhadap kemungkinan kerusakan alat; Untuk mempercepat melokalisir luas/ zona daerah yang terganggu sehingga menjadi sekecil mungkin; Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen, dan juga mutu listriknya baik; 4

2 5 Untuk mengamankan makhluk hidup terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik. Pengaman-lebur (fuse) adalah contoh alat pengaman yang paling sederhana yang jika dipilih dengan tepat dapat memenuhi fungsi tersebut. Untuk pengamanan bagian sistem yang lebih penting, digunakan sistem proteksi yang terdiri dari seperangkat peralatan proteksi yang komponen-komponen terpentingnya adalah : Relay Proteksi : berperan sebagai elemen perasa yang mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya (fault detection). Pemutus Tenaga (PMT) : sebagai pemutus arus gangguan di dalam sirkit tenaga untuk melepaskan bagian sistem yang terganggu. Dengan perkataan lain membebaskan sistem dari gangguan (fault clearing). PMT menerima perintah (sinyal trip ) dari relay proteksi untuk membuka. Gambar 2.2 Pemutus tenaga (PMT)

3 6 Dalam sistem proteksi pembagian tugas dapat diuraikan menjadi : 1. Proteksi utama, berfungsi untuk mempertinggi keandalan, kecepatan kerja, dan fleksibilitas sistem proteksi dalam melakukan proteksi terhadap sistem tenaga. 2. Proteksi tambahan, berfungsi untuk pemakaian pada waktu tertentu, sebagai pembantu proteksi utama pada daerah tertentu yang dibutuhkan {Ezkhel, 2011., Sistem Proteksi} {Hidayatullah, Umy Fungsi Relay Proteksi} 2.2 Penyebab Terjadinya Kegagalan Proteksi Jika proteksi bekerja sebagaimana mestinya, maka kerusakan akibat gangguan mestinya dapat dihindari/ dicegah sama sekali, atau kalau gangguan itu disebabkan karena sudah adanya kerusakan (insulation break down di dalam peralatan), maka kerusakan itu dapat dibatasi sekecilnya. Proteksi yang benar harus dapat bekerja cukup cepat, selektif dan andal sehingga kerusakan peralatan yang mungkin timbul akibat busur gangguan atau pada bagian sistem/peralatan yang dilalalui arus gangguan dapat dihindari dan kestabilan sistem dapat terjaga. Sebaliknya jika proteksi gagal bekerja atau terlalu lambat bekerja, maka gangguan akan berlangsung lebih lama, maka kerusakan pada peralatan instalasi tidak dapat dihindari. Kegagalan atau kelambatan kerja proteksi dapat disebabkan antara lain: Relaynya telah rusak atau tidak konsisten bekerjanya. Setelan (setting) Relaynya tidak benar (kurang sensitif atau kurang cepat). Baterainya lemah atau kegagalan sistem DC supply sehingga tidak mampu men-trip-kan PMT-nya. Hubungan kotak kurang baik pada sirkit tripping atau terputus. Kemacetan mekanisme tripping pada PMT-nya karena kotor, karat, patah atau meleset.

4 7 Kurang sempurna rangkaian sistem proteksi antara lain adanya hubungan kontak yang kurang baik. {Ervab, 2011., Sistem Proteksi 1} 2.3 Definisi Relay Proteksi Relay proteksi adalah adalah suatu relay listrik yang digunakan untuk mengamankan peralatan peralatan listrik terhadap kondisi abnormal. Relay proteksi dapat merasakan atau melihat adanya gangguan pada peralatan yang diamankan dengan mengukur atau membandingkan besaranbesaran yang diterimanya misalnya arus, tegangan, daya, sudut fasa, 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. 2.3 Macam- macam relay proteksi Disamping tugas diatas, relay juga berfungsi menunjukkan lokasi dan macam gangguannya. Dengan data tersebut akan memudahkan analisa dari gangguannya. Dalam beberapa hal, relay hanya memberi tanda adanya gangguan atau kerusakan, jika dipandang gangguan atau kerusakan tersebut tidak membahayakan.

5 8 Gambar 2.4 Prinsip kerja relay proteksi Bila terjadi gangguan, CT atau PT akan mengirimkan sinyal gangguan kepada relay dan relay akan menyambungkan rangkaian tripping coil PMT dengan baterai sehinggga tripping coil dari PMT ter-energize dan PMT akan terbuka. Dari uraian diatas, maka relay proteksi pada sistem tenaga listrik adalah sebuah komponen pendeteksi adanya gangguan yang kemudian akan memberikan perintah pada CB untuk membuka kontak. {Trickey, Cliff. Protective Relays} 2.4 Syarat-Syarat Relay Proteksi Untuk melaksanakan fungsi-fungsi diatas, maka relay proteksi harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: a. Andal Maksud dari andal adalah bahwa sebuah relay proteksi harus selalu berada pada kondisi yang mampu melakukan pengamanan pada daerah yang diamankan. Keandalan memiliki 2 aspek, antara lain: Dependability, adalah kemampuan suatu sistem relay untuk beroperasi dengan baik dan benar. Pada prinsipnya pengaman

6 9 harus dapat diandalkan bekerjanya (dapat mendetaksi dan melepaskan bagian yang terganggu), tidak boleh gagal bekerja. Dengan kata lain dependability-nya harus tinggi. Security, adalah tingkat kepastian suatu sistem relay untuk tidak salah dalam bekerja. Salah kerja, misalnya lokasi gangguan berada di luar pengamanannya, tetapi salah kerja mengakibatkan pemadaman yang seharusnya tidak perlu terjadi. 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 bagian 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. Keandalan relay proteksi mulai dari perancangan, pengerjaan, bahan yang digunakan dan perawatannya. Oleh karena itu setelah operasi atau pengujian untuk mendapatkan keandalan yang tinggi diperlukan perawatan untuk menentukan apakah karakteristik relay masih tetap atau memerlukan penyetelan kembali. Catatan hasil pengujian pada saat ini perlu dibandingkan dengan hasil pengujian periode yang lalu, hal ini untuk mengetahui karakteristik relay masih stabil atau tidak sehingga dapat menentukan keandalan relay. b. Selektif Maksudnya pengaman harus dapat membedakan apakah gangguan terletak di daerah proteksi utama dimana pengaman harus bekerja cepat atau terletak di luar zona proteksinya dimana pengaman harus bekerja dengan waktu tunda atau tidak bekerja sama sekali. Relay bertugas mengamankan peralatan atau bagian sistem dalam daerah pengamannya. Letak PMT sedemikian rupa sehingga setiap

7 10 bagian dari sistem dapat dipisahkan. Maka tugas relay adalah mendeteksi adanya gangguan yang terjadi pada daerah pengamanannya dan memberi perintah untuk membuka PMT untuk memisahkan bagian dari sistem pada daerah yang terganggu. Dengan demikian bagian sistem lainnya yang tidak terganggu jangan sampai dilepas, dan masih beroperasi secara normal sehingga tidak terjadi pemutusan pelayanan. c. Cepat Untuk memperkecil kerugian atau kerusakan akibat gangguan, maka bagian yang terganggu harus dipisahkan secepat mungkin dari bagian sistem lainnya. Selang waktu sejak dideteksinya gangguan sampai dilakukan pemisahan gangguan merupakan penjumlahan dari waktu kerja relay dan waktu kerja pemutus daya. Namun pengaman yang baik adalah pengaman yang mampu beroperasi dalam waktu kurang dari 50 ms. d. Peka (Sensitif) Pada prinsipnya relay harus cukup peka sehingga dapat mendetekasi gangguan di kawasan pengamanannya meskipun gangguan yang ada relatif kecil. e. Ekonomis Dengan biaya yang sekecilnya-kecilnya diharapkan relay proteksi mempunyai kemampuan pengamanan yang sebesar-besarnya. f. Sederhana Relay pengaman harus disusun sesederhana mungkin namun tetap mampu bekerja sesuai dengan tujuannya. 2.5 Proteksi Tegangan Kurang Proteksi tegangan kurang merupakan suatu proteksi yang mencegah peristiwa gangguan tegangan kurang yang dapat merusak peralatan maupun sistem itu sendiri. Tegangan kurang dapat terjadi karena: 1. Generator mengalami beban lebih;

8 11 2. Automatic Voltage Regulator (AVR) generator mengalami kerusakan. Untuk pertimbangan tersebut dibutuhkan sistem proteksi yang mampu bereaksi cepat dan andal dalam mengatasi gangguan tegangan kurang. Dalam sistem proteksi jaringan listrik dikenal dengan relay tegangan kurang (undervoltage relay). Dengan adanya relay tegangan kurang, tegangan yang dialirkan dapat terlindungi dari gangguan tegangan kurang yang dapat merusak peralatanperalatan listrik. {Jositohang, 2007., Jenis- Jenis Gangguan Generator} 2.6 Komponen Proteksi Tegangan Kurang Pemutus Tenaga/ Circuit Breaker Pemutus tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) adalah suatu peralatan listrik yang dapat menghubungkan atau memutuskan rangkaian listrik dalam keadaan normal (tidak ada gangguan) atau tidak normal (ada gangguan). 2.5 Simulator PMT

9 12 Dalam keadaan tidak normal (terjadi gangguan) CB adalah merupakan saklar otomatis yang dapat memisahkan bagian yang terganggu dengan bagian yang tidak terganggu, dimana untuk mengoperasikan CB dalam keadaan tidak normal ini umumnya digunakan suatu rangkaian trip (tripping coil) yang mendapat sinyal dari suatu rangkaian relay proteksi Power Supply 3 Fasa Power supply merupakan sebuah perangkat yang memasok listrik energi untuk satu atau lebih beban listrik. Istilah ini paling sering diterapkan ke perangkat yang mengubah satu bentuk energi listrik yang lain, meskipun juga dapat merujuk ke perangkat yang mengkonversi bentuk energi lain (misalnya, mekanik, kimia, solar) menjadi energi listrik. Sebuah catu daya yang dapat diatur adalah yang dapat mengontrol tegangan output atau arus ke nilai tertentu. Power supply juga berfungsi sebagai penaik atau penurun tegangan dari tegangan jala jala dengan menggunakan transformator didalamnya. Gambar 2.6 Power Supply 3 Fasa Relay Tegangan Kurang Adalah relay yang bekerja dengan menggunakan tegangan sebagai besaran ukur. Relay akan bekerja jika mendeteksi adanya penurunan

10 13 tegangan melampaui batas yang telah ditetapkan. Untuk waktu yang relatif lama tegangan turun adalah lebih kecil dari 5% dari tegangan jala- jala dan dalam jangka waktu jam beberapa peralatan yang beroperasi dengan tegangan di bawah 10 % akan mengalami penurunan efisiensi. Gambar 2.7 Rangkaian pendeteksi gangguan tegangan kurang Keterangan: A, B, C : jaringan 3 fasa 6, 7 : terminal input ke relay tegangan kurang 52 : kode untuk AC Breaker Relay tegangan kurang akan mendeteksi tegangan 3 fasa A, B, C melalui tegangan antar fasa A dan C. Sebelum masuk ke relay tegangan kurang, tegangan A dan C masuk terlebih dahulu ke trafo sehingga dan keluaran dari trafo salah satunya di grounding-kan lalu masuk ke terminal 6 dan 7 yang merupakan terminal input dari relay tegangan kurang dan akan dibandingan dengan tegangan settingnya. Itulah cara relay tegangan kurang mendeteksi gangguan tegangan kurang.

11 14 Kontak- kontak pada relay terbagi kedalam 2 jenis, yaitu Normally Open (NO) dan Normally Close (NC). Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana prinsip kerja dari relay adalah ketika coil mendapat energi listrik (energized), maka akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armatur yang berpegas, dan contact akan menutup. Gambar 2.8 Relay tegangan kurang Relay tegangan kurang akan bekerja ketika mendeteksi adanya gangguan tegangan kurang. pada saat itu, tegangan yang masuk ke relay tegangan kurang akan dibandingkan dengan tegangan setting yang telah diatur sebelumnya sehingga apabila tegangan turun melebihi dari setting-an, maka tripping coil dari relay tegangan kurang akan bekerja dan akan menyambungkan rangkaian tripping coil PMT dengan baterai sehinggan tripping coil PMT akan bekerja menarik kontak PMT sehingga kontak PMT membuka dan rangkaian yang terkena gangguan tegangan kurang akan terputus.

12 15 Gambar 2.9 Rangkaian kontrol relay tegangan kurang Rangkaian diatas merupakan rangkaian kontrol relay tegangan kurang dengan 2 pilihan setting, yaitu: 1. Timed Undervoltage (TUV) Adalah dengan penambahan time delay pada settingannya, penambahan time delay itu berarti pada saat relay mendeteksi adanya tegangan kurang, relay tidak langsung bekerja, tetapi menunggu sampai setting time delaynya tercapai baru relay bekerja untuk menghubungkan rangkaian tripping coil. Apabila kita melihat rangkaian sebelah kiri, ketika tegangan masuk ke relay tegangan kurang pada terminal no 10 dan keluar melalui terminal no 2, itulah rangkaian kerja TUV pada relay tegangan

13 16 kurang. sebelum keluar melalui terminal no 2, tegangan kurang terlebih dahulu dibandingkan dengan target. Target ini adalah setting waktu tunda dan setting tegangan kurang dari TUV itu sendiri. Apabila target sudah tercapai, maka kontak TUV akan menutup dan mengalirkan tegangan keluar melalui terminal no 2 dan akan meng-energize 52TC (breaker trip coil) sehingga akan menggerakkan kontak 52a (breaker aux, contact). 2. Instantaneous Undervoltage (IUV) Hampir sama seperti TOV, namun instantaneous undervoltage ini tidak dilengkapi dengan setting waktu tunda, sehingga ketika terjadi gangguan tegangan kurang, relay akan langsung memberikan sinyal gangguan pada breaker. Ketika tegangan masuk ke relay dengan kontak no 13 dan mengidikasikan tegangan kurang, tegangan tersebut akan di bandingkan dengan target yang hanya membandingkannya dengan tegangan setting saja. Setelah target terpenuhi maka kontak IUV akan menutup sehingga tegangan akan meng-energize 52TC (breaker trip coil) sehingga akan menggerakkan kontak 52a (breaker aux, contact).

14 17 Gambar 2.10 Diagram blok relay tegangan kurang tipe BE1-27/59 {Manual Book BE1-27/59} Alur kerja pada diagram blok diatas adalah tegangan input masuk ke relay dan langsung masuk ke trafo yang ada didalam relay untuk diturunkan tegangannya, selanjutnya tegangan keluaran dari trafo diproses low-pass filter untuk menghaluskan tegangan dan full wave rectifier untuk mengubah tegangan AC ke tegangan DC yang lalu selanjutnya dibandingkan dengan pickup setting yang dapat diatur didalam komparator. Komparator disini berperan sangat penting dalam pendeteksian gangguan tegangan kurang, karena komparator berfungsi untuk membandingkan antara tegangan setting dengan tegangan yang dimonitor. Komparator tersebut akan membandingkan nilai tegangan pada kedua masukannya, apabila masukan (-) lebih besar dari masukan (+) maka, keluaran komparator akan menjadi sama dengan - Vsupply, apabila tegangan masukan (-) lebih kecil dari masukan (+) maka keluaran komparator akan menjadi sama dengan + Vsupply.

15 18 Jadi dalam hal ini jika Vinput lebih besar dari V maka keluarannya akan menjadi - Vsupply, jika sebaliknya, Vinput lebih kecil dari V maka keluarannya akan menjadi + Vsupply. Gambar 2.11 Rangkaian komparator Output dari komparator selanjutnya masuk ke gerbang logika NOT yang berarti bila inputnya bernilai 1 maka outputnya akan bernilai 0, begitupun kebalikannya, bila inputnya bernilai 0 maka outputnya akan bernilai 1. {Elmore, A. Walter. Protective Relaying Theory and Applications}