BAB II DASAR TEORI 2.1 Sistem Proteksi Panel Tegangan Menegah Sistem proteksi adalah sistem yang memisahkan bagian sistem yang terganggu sehingga bagian sistem lain dapat terus beroperasi dengan cara sebagai berikut: a. Mendeteksi adanya gangguan atau kondisi abnormal lainnya pada bagian sistem yang diamankannya (fault detection) b. Melepaskan bagian sistem yang terganggu (fault clearing) c. Memberikan indikasi adanya gangguan. berikut: Adapun komponen-komponen penting dalam sistem proteksi adalah sebagai Relai Proteksi sebagai elemen perasa yang mendeteksi adanya gangguan dan keadaan abnormal lainnya (fault detection). Pemutus Tenaga (PMT) : Memutuskan arus gangguan dalam sirkit tenaga untuk melepaskan sistem yang terganggu (fault clearing). Secara singkat tugas pokok pemutus tenaga adalah : 1. Keadaan normal,membuka / menutuprangkaianlistrik. 2. Keadaan tidak normal, dengan bantuan relay, PMT dapat membuka 5
6 sehingga gangguan dapat dihilangkan. Trafo Arus (CT), Trafo Tegangan (PT) dan Trafo Arus Toroida (zero sequence current transformer) : Sebagai alat pengubah / pembanding besaran primer menjadi sekunder. Battery (accu) sebagai sumber tegangan untuk tripping PMT serta catu daya untuk relai dan relai bantu (auxiliary relay). 2.1.1 Syarat dan Karateristirk Relay a. Kepekaan ( sensitivity ) Pengaman harus peka terhadap gangguan dalam rangsangan minimum. b. Keandalan ( reliability ) : i. Dependability (Tingkat Kepastian Kerja): tidak boleh gagal ii. Security : Kepastian untuk tidak salah kerja c. Selektifitas ( selectivity ) Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecilnya yaitu hanya seksi atau peralatan yang terganggu saja yang termasuk kedalam kawasan pengaman utamanya. d. Kecepatan ( speed ) Pengaman harus dapat memisahkan daerah terganggu secepat mungkin sehingga kerugian/ kerusakan akibat gangguan dapat diminimalisasi. 2.1.2 OCR ( Over Current Relay / Relai Arus Lebih ) OCR bekerja apabila terjadi arus yang melebihi settingannya. Relai ini bekerja untuk melindungi peralatan listrik lainnya apabila terjadi arus lebih akibat:
7 1. Adanya penambahan beban atau perkembangan beban. 2. Adanya gangguan hubung singkat di Jaringan maupun Instalasi listrik. Gangguan hubung singkat terjadi antar fasa yaitu dua fasa maupun tiga fasayang mengalir melebihi nilai settingnya ( I set ). Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting. Relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara lain: Pengamanan hubung singkat fasa Relay mendeteksi arus fasa. Oleh karena itu, disebut pula Relay fasa. Karena pada relay tersebut dialiri oleh arus fasa, maka settingnya (Is) harus lebih besar dari arus beban maksimum. Ditetapkan : Is= 1,3 x In... (2.1) Dimana; (In = arus nominal peralatan terlemah). Pengamanan hubung tanah Arus gangguan satu fasa tanah ada kemungkinan lebih kecil dari arus beban, ini disebabkan karena salah satu atau dari kedua hal berikut: Gangguan tanah ini melalui tahanan gangguan yang masih cukup tinggi. Pentanahan netral sistemnya melalui impedansi/tahananyang tinggi, atau bahkan tidak ditanahkan Pada kondisi tersebut, relay pengaman hubung singkat (relay fasa)
8 tidak dapat mendeteksi gangguan tanah tersebut. Agar relay sensitive terhadap gangguan tersebut dan tidak salah kerja oleh arus beban, maka relay dipasang tidak pada kawat fasa melainkan kawat netral pada sekunder trafo arusnya. Dengan demikian relay ini dialiri oleh arus netralnya, berdasarkan komponen simetrisnya arus netral adalah jumlah dari arus ketiga fasanya. Arus urutan nol dirangkaian primernya baru dapat mengalir jika terdapat jalan kembali melalui tanah (melalui kawat netral). 2.1.3 Karakteristik Relay Arus Lebih 1. Relai arus lebih seketika ( moment, instant ) 2. Relai arus lebih waktu tertentu ( definit time ) 3. Relai arus lebih waktu terbalik ( inverse time ) 4. Kombinasi waktu seketika dengan waktu tertentu 5. Kombinasi waktu seketika dengan waktu terbalik 2.1.4 Gambaran Karakteristik Relai Arus Lebih a. Relai Arus Lebih Seketika( moment, instant ) Gambar 2.1 Single Line RelaiArusLebihSeketika Karakteristik relai ini bekerja tanpa adanya penundaan waktu. Jangka waktu mulai relai pick up sampai kerja relai sangat singkat( 20ms 50 ms ).
9 b. Relai Arus Lebih Waktu tertentu ( definit time ) Gambar 2.2 Single Line dan Kurva Relai Arus Lebih Waktu Tertentu Karakteristik relai ini bekerja dengan settingan waktu. Jangka waktu mulai relai pick up sampai kerja relai diperpanjang dengan harga tertentu tidak tergantung besarnya arus. c. Relai Arus Lebih Waktu Terbalik ( inverse time ) Gambar 2.3 Single Line dan Kurva Relai Arus Lebih Waktu Terbalik (inverse time) Karakteristik relai ini bekerja berkebalikan dengan waktu. Jangka waktu mulai relai pick up sampai kerja relai berbanding terbalik dengan besarnya arus yang mengerjakannya. Karakteristik yang mengerjakannya terbagi atas :
10 a. Normal Inverse b. Very inverse c. Extremely Inverse d. Long Time Inverse 2.1.5 Standart Waktu Kerja Relai Kombinasi Relai Arus Lebih Seketika dengan Waktu Tertentu Gambar 2.4 Single Line dan Kurva Relai Kombinasi Relai Arus Lebih Seketika dengan Waktu Tertentu Relai ini bekerja dengan perpaduan 2 karakteristik. Apabila arus yang melewati melebihi I setting relai instant dan inverse, maka kedua karakteristik tersebut sama sama bekerja tetapi relai instant lebih cepat bekerja maka indikasi
11 relai menunjukkan instant sedangkan apabila arus yang melewati melebihi I settingrelai inverse tetapi dibawah I setting instant maka yang merasakan dan bekerja adalah karakteristik relai inverse sedangkan karakteristik relai instant tidak bekerja. 2.2 DGFR (Directional Ground Fault Relay / Relai Arus Gangguan Tanah) DGFR adalah perpaduan 2 karakteristik relai yaitu : a. DGR ( Directional Ground Relay ) Rele ganguan tanah berarah dipasang pada penyulang 20 kv sebagai pengaman utama untuk mengamankan gangguan 1 phasa ke tanah. Rele ini bekerja berdasarkan dua besaran. Yaitu arus Io ( dari ZCT yang baru memang baru muncul kalau ada gangguan tanah ) dan Vo ( dari PT ) Open Delta yang menghasilkan suatu sudut dan arah tertentu. Bila salah satu komponen tidak terpenuhi maka rele tidak akan bekerja. b. GFR ( Ground Fault Relay/ Earth Faulth ) Rele arus lebih tanpaarahatau GFR adalah rele yang bekerja apabila dilalui arus yang melebihi settinganya (dari ZCT ). Arus lebih yang dideteksi rele ini berasal dari ganguan phasa tanah.
12 Gambar 2.5 Three Line GFR ( Ground Fault Relay/ Earth Faulth ) 2.3 Pengertian Daya Daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam system tenaga listrik, daya merupakan jumlah energy yang digunakan untuk melakukan kerja atau usaha. Daya memiliki satuan Watt, yang merupakan perkalian dari Tegangan (volt) dan arus (amphere). Daya dinyatakan dalam P, Tegangan dinyatakan dalam V dan Arus dinyatakan dalam I, sehingga besarnya daya dinyatakan : P =V xi... (2.2) P =Volt x Ix Cosφ... (2.3) Dimana P = daya, V = tegangan, I = Ampere Cos φ = DayaToleransi,
13 I V Load Gambar 2.6 Arah Aliran arus listrik 2.3.1 Daya Aktif Daya aktif (ActivePower) adalah daya yang terpakai untuk melakukan energy sebenarnya. Satuan daya aktif adalah Watt. Adapun persamaan dalam daya aktif sebagai berikut: Untuk satu phasa Untuk tiga phasa P = V.I.Cosφ P = 3.V.I.Cosφ Daya ini digunakan secara umum oleh konsumen dan dikonversikan dalam bentuk kerja. 2.3.2 Daya Reaktif Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dari pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet. Contoh daya yang menimbulkan daya reaktif adalah transformator, motor, dan lain lain. Satuan daya reaktif adalah Var. Untuk satu phasa Untuk tiga phasa Q = V.I.Sinφ Q = 3.V.I.Sinφ
14 2.5 Setting Arus Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerekan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam jalur listrik tiapwaktu. Untuk satuan Arus listrik adalah Ampere atau dalam symbol I....(2.4) Dimana ; I kva 3 V = Arus = Daya = Tegangan 3 Phasa = Tegangan Dalam menentukan ground fault dapat diketahui sebagai berikut; Io = 10% x CT...(2.5) Io = Ground Fault 2.6 Trafo Arus Trafo Arus (Current Transformator) yaitu peralatan yang digunakan untuk melakukan pengukuran besaran arus pada instalasi tenaga listrik disisi primer (TET, TT dan TM) yang berskala besar. Dengan melakukan transformasi dari besaran arus yang besar menjadi besaran arus yang kecil maka kita dapat melakukan pengukuran atau metering dan dapat menentukan batasan proteksi alat secara akurat dan teliti.
15 Gambar 2.7 Diagram Trafo Arus Gambar diatas adalah ilustrasi atau contoh sederhana dari penggunaan trafo arus dalam sistem distribusi tenaga listrik. Trafo arus dipasang diantara beban dan sumber. Trafo arus dipasang pada Perangkat Hubung bagi tegangan menengah (PHB TM) atau perangkat hubung bagi tegangan rendah (PHB TR) sebelum arus di distribusikan ke masing-masing beban. Prinssip kerja arus adalah arus yang mengalir pada sistem distribusi tegangan menegah ataupun tegangan rendah berkisar ratusan hingga ribuan ampere. Oleh karena itu, belitan primer dari trafo arus terbuat dari batangan tembaga dengan dimensi yang relative besar agar mampu menahan arus yang mengalir secara terus-menerus disisi primer ataupun arus sesaat ketika terjadi kegagalan sistem. Karena terbuat dari batang tembaga yang cukup besar dan maksimal 2 lilitan untuk rasio ganda, maka impedansi disisi primer bisa diabaikan karena terlalu kecil dibandingkan impedansi sistem.