Ground Fault Relay and Restricted Earth Faulth Relay Seperti telah disebutkan sebelumnya, maka tentang relay akan dilanjutkan dengan beberapa tipe relay. Dan kali ini yang ingin dibahas adalah dua tipe relay, yaitu Relai Hubung Tanah dan Relai Gangguan Tanah Terbatas, atau dalam bahasa inggrisnya kedua relay ini disebutkan seperti pada judul. Berikut sedikit penjelasan mengenai kedua relai ini. 1. Ground Fault Relay Pada dasarnya relai ini tak lain merupakan relai arus lebih. Jadi relai ini bertugas untuk mengamankan gangguan hubung singkat fasa ke tanah. FYI, arus gangguan fasa ke tanah dipengaruhi oleh pentanahan sistem, artinya dipengaruhi oleh besarnya impedansi pentanahan titik netral transformator daya yang mensuplay. Sistem pentanahan di Indonesia terbagi atas beberapa sistem, yaitu: a. Ungrounded, atau sistem pentanahan mengambang untuk tegangan 6-12 kv b. Pentanahan dengan nilai tahanan rendah untuk sistem tegangan 20 kv (3 fasa, 3 kawat) c. Pentanahan dengan nilai tahanan berkisar 500 ohm d. Pentanahan langsung untuk tegangan 20 kv (3 fasa, 4 kawat) 2. Restricted Earth Fault Relay Relai ini hanya terpasang pada transformator tenaga yang titik netralnya ditanahkan langsung atau melalui tahanan dan berfungsi untuk membantu relai diferensial dalam mengamankan dari gangguan tanah di dalam belitan transformator. Relai ini diperlukan karena sensitifitas relai diferensial sangat terbatas, terutama untuk mendeteksi terjadinya hubungan singkat di dekat titik netral. Apabila terjadi gangguan tanah di luar daerah pengamanan, maka tidak ada flow arus di relai. Tetapi bila terjadi gangguan tanah di dalam daerah pengamanan, maka akan timbil arus yang mengalir di relai. Ada dua jenis gangguan, yaitu: a. Relai arus lebih instantaneous biasa b. Relai diferensial berimpedansi tinggi Bila digunakan relai diferensial berimpedansi tinggi, maka pada kondisi gangguan tanah internal akan timbul suatu tegangan yang tinggi pada terminal relai. Untuk mengamankannya makan digunakan tahanan non linear atau yang disebut dengan varistor. Varistor ini sifatnya membatasi tegangan, yaitu harga resistansinya akan menurun makin kecil bila terkena tegangan yang tinggi.
Rele Arus Lebih (Over Current Relay) adalah suatu rangkaian peralatan rele pengaman yang memberikan respon terhadap kenaikan arus yang melebihi harga arus yang telah ditentukan pada rangkaian yang diamankan. Keuntungan dari penggunaan proteksi rele arus lebih ini antara lain sederhana dan murah, mudah penyetelannya, dapat berfungsi sebagai pengaman utama dan cadangan, mengamankan gangguan hubung singkat antar fasa, satu fasa ke tanah, dan dalam beberapa hal digunakan untuk proteksi beban lebih (overload), pengaman utama pada jaringan distribusi dan substransmisi dan Pengaman cadangan untuk generator, trafo, dan saluran transmisi.
a. Rele Arus Lebih (Over Current Relay) Adalah suatu rangkaian peralatan rele pengaman yang memberikan respon terhadap kenaikan arus yang melebihi harga arus yang telah ditentukan pada rangkaian yang diamankan. Keuntungan dari penggunaan proteksi rele arus lebih ini antara lain : Sederhana dan murah Mudah penyetelannya Dapat berfungsi sebagai pengaman utama dan cadangan Mengamankan gangguan hubung singkat antar fasa, satu fasa ke tanah, dan dalam beberapa hal digunakan untuk proteksi beban lebih (overload). Pengaman utama pada jaringan distribusi dan substransmisi Pengaman cadangan untuk generator, trafo, dan saluran transmisi. b. Rele Tegangan Kurang (Under Voltage relay) Adalah rele yang bekerja dengan menggunakan tegangan sebagai besaran ukur. Rele akan bekerja jika mendeteksi adanya penurunan tegangan melampaui batas yang telah ditetapkan..untuk waktu yang relatif lama tegangan turun adalah lebih kecil dari 5% dari tegangan nominal dan dalam jangka waktu jam beberapa peralatan yang beroperasi dengan tegangan di bawah 10 % akan mengalami penurunan efisiensi. c. Rele jarak (Distance Relay) Adalah rele yang bekerja dengan mengukur tegangan pada titik rele dan arus gangguan yang terlihat dari rele, dengan membagi besaran tegangan dan arus, maka impedansi sampai titik terjadinya gangguan dapat di tentukan. d. Rele Arah (Directional Relay) Adalah rele pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan tegangan yang dapat membedakan arah arus gangguan ke depan atau arah arus ke belakang. Rele ini merupakan pengaman cadangan dan bila bekerja akan mengerjakan perintah trip. e. Rele Hubung Tanah (GFR) Rele hubung tanah berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan hubung singkat fasa ke tanah. f. Rele Arus Hubung Tanah Terbatas (REF) Adalah rele yang bekerja mengamankan transformator bila ada gangguan satu fasa ketanah di dekat titik netral transformator yang tidak dirasakan oleh rele differensial. g. Rele Diferensial (Differential Relay) Adalah rele yang bekerja berdasarkan Hukum Kirchof, dimana arus yang masuk pada suatu titik sama dengan arus yang keluar dari titik tersebut. Yang dimaksud titik pada proteksi diferensial ialah daerah pengamanan, dalam hal ini dibatasi oleh 2 buah trafo arus.
Rele ini bekerja dengan membaca input berupa besaran arus kemudian membandingankan dengan nilai setting, apabila nilai arus yang terbaca oleh rele melebihi nilai setting, maka rele akan mengirim perintah trip (lepas) kepada Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) setelah tunda waktu yang diterapkan pada setting. prinsip kerja ocr Rele arus lebih OCR memproteksi instalasi listrik terhadap gangguan antar fasa. Sedangkan untuk memproteki terhadap gangguan fasa tanah digunakan rele Rele Arus Gangguan tanah atau Ground Fault Relay (GFR). Prinsip kerja GFR sama dengan OCR, yang membedakan hanyalah pda fungsi dan elemen sensor arus. OCR biasanya memiliki 2 atau 3 sensor arus (untuk 2 atau 3 fasa) sedangkan GFR ahnya memiliki satu sensor arus (satu fasa ). Waktu kerja rele OCr maupun GFR tergantung nilai setting dan karakteristik waktunya (lihat posting saya mengenai hal ini disini). Elemen tunda waktu pada rele ini pada 2, yaitu elemen low set dan elemen high set. elemen low set bekerja ketika terjadi gangguan dengan arus hubungsingkat yang relatif kecil, sedangkan elemen high set bkerja ketika terjadi gangguan dengan arus hubung singkat yang cukup besar. grafik OCRGambar grafik karakteristik waktu tunda rele OCR pada gamabr diatas, elemen low set disetting dengan menggunakan karakteristik inverse. Sedangkan elemen high set menggunakan karateristik definite. Pembantukan kurva waktu tunda rele dimaksudkan agar ketika terjadi gangguan dengan arus hubung singkat yang cukup besar (dalam grafik di atas ketika terjadi gangguan dengan arus > 2400A) maka rele akan segera memerintahkan Pemutus tenaga (PMT) untuk trip. Rele OCR dan GFR dipasang sebagai alat proteksi motor, trafo, penghantar transmisi, dan penyulang. Posting kali ini menulsi tentang OCRdan GFR sebagai proteksi trafo dan penyulang. Sebagai alat proteksi maka penggunaa rele harus memenuhi persyaratan proteksi yaitu : cepat, selektif, serta handal. Rele harus disetting sedemikian rupa sehingga dapat bekerja secepat mungkin dan meminimalkan bagian dari sistem yang harus padam. Hal ini diterapkan dengan cara mengatur waktu kerja rele agar bekerja lambat ketika terjadi arus gangguan kecil, dan bekerja semakin cepat apabila arus gangguan semakin besar, hal ini disebut karakteristik inverse. Karakteristik inverse dibedakan menjadi 4 seperti yang saya tulis dalam posting saya terdahulu, yaitu SI-VI-EI-LTI. koordinasigambar koordinasi waktu kerja rele pada gamabr diatas, terlihat bahwa rele yang berada dipangkal berfungsi sebagai pengaman cadangan bagi rele yang berada didepannya. semakin jauh letak gangguan dari pangkal, maka arus gangguan akan semakin kecil, maka rele di pangkal akan bekerja lebih lama dari pada rele yang di depannya ketika terjadi gangguan yang berada di ujung. Oleh karena itu disusun aturan penyetaln rele OCR kaidah ocr trafokaidah setting ocr trafo dan penyulang kaidah gfr trafokaidah setting gfr trafo dan penyulang Cara menghitung setting OCR GFR adalah sebagai berikut:
hitung arus hubung singkat satu fasa dan tiga fasa pada pangkal segmen dan di ujung segmen yang diproteksi tentukan waktu kerja rele ketika terjadi gangguan di ujung segmen tentukan setelan arus rele berdasarkan tabel di atas tentukan karakteristik waktu (SI-VI-EI-LTI) hitung td berdasarkan rumus yang sesuai dengan karakteristiknya. Contoh : arus gangguan di pangkal : 5000A (gangguan 3 fasa) arus gangguan di ujung : 2000A (gangguan 3 fasa) CCC (kemampuan hantar konduktor) : 645A Arus nominal CT (trafo arus) : 500/5A -> primer 500A, sekunder 5A arus hubung singkat sudah tersedia waktu kerja rele ketika terjadi gangguan di ujung kita tentukan 1 detik setelan arus dipakai 1.1 x 500A = 550A (karena In CT < CCC) karakteristik SI menghitung td td = [(Ihs di ujung/iset rele)^0.02 1] / o.14 td = [(3000/550)^0.02 1]/0.04 td = 0.246 cek waktu kerja rele ketika terjadi gangguan di pangkal T = 0.14 x td / [(Ihs di pangkal/iset rele)^0.02 1] T = 0.14 x 0.246 / [(5000/550)^0.02-1] T = 0.76 detik terlihat bahwa waktu kerja rele ketika terjadi gangguan dipangkal lebih cepat daripada ketika terjadi gangguan diujung. Apapbila waktu yang kita peroleh pada langkah 6 dirasa masih terlalu lama, maka kita bisa mempercepat dengan cara mengaktifkan elemen high set. Misalkan contoh diatas merupakan penyulang 20 kv dari trafo daya 30 MVA dengan impedansi Z = 12.5% hitung arus nominal trafo Ihs maks = MVAtrafo / (Vp-p x 1.732) Ihs maks = 30MVA / (20 kv x 1.732) Ihs maks = 0.866 ka = 866 A hitung settting elemen high set Iset high = 0.5 x (Ihs maks/z) Iset high = 0.5 x (866/0.125) Iset high = 3464 A tentukan setting waktu high set t high = 0 detik Dengan diaktifkanya elemen high set maka rele akan bekerja isntan (0 detik) ketika terjadi gangguan di pangkal, karena arus hubung singkat gangguan dipangkal (5000A) lebih besar dari Iset high (3464A).