Analisis Dampak Harmonisa Terhadap Kinerja Rele Proteksi Arus Lebih Statis

i

ANALISIS DAMPAK HARMONISA TERHADAP KINERJA RELE PROTEKSI ARUS LEBIH STATIS

T E S I S

Oleh:

YAKUB GINTING 087034007/MTE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2011

ii

T E S I S

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh:

YAKUB GINTING 087034007/MTE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2011

iii

Judul Penelitian : ANALISIS DAMPAK HARMONISA TERHADAP KINERJA RELE PROTEKSI ARUS LEBIH STATIS Nama Mahasiswa : Yakub Ginting

Nomor Induk : 087034007

Program Studi : Magister Teknik Elektro

Menyetujui Komisi Pembimbing:

(Prof. Dr. Ir. Usman Baafai) Ketua

(Ir. Refdinal Nazir, M.S. Ph.D) (Ir. Riswan Dinzi, MT)

Anggota Anggota

Ketua Program Studi, Dekan,

(Prof.Dr.Ir. Usman Baafai) (Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME)

Telah Lulus : 25 Februari 2011

iv

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Ir. Refdinal Nazir, M.S. Ph.D

2. Ir. Riswan Dinzi, MT 3. Ir. Ashuri, MT

4. Ir. Suprapto, MT 5. Dr. Eng Ariadi Hazmi

v

ABSTRAK

Tahun-tahun belakangan ini, terjadi peningkatan penggunaan peralatan elektronika daya atau beban non linier baik sebagai beban maupun sebagai alat kontrol yang mengakibatkan bentuk tegangan dan arus menjadi non siniusoidal di dalam sistem tenaga karena peralatan tersebut memproduksi harmonisa. Arus yang mengalir dalam kumparan trip rele adalah jumlah vektor arus fundamental dan arus harmonisa disebut arus terdistorsi harmonisa atau arus total(It). Rele ada dua jenis

yaitu rele elektromekanis dan rele statis. Pada penelitian ini, rele yang diteliti jenis statis. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisis dampak harmonisa terhadap keakuratan operasi rele statis dalam memenuhi setelan arus-waktu rele baik dalam karakteristik Inverse, Definite maupun dalam karakteristik Instantaneous. Rele proteksi arus lebih jenis statis banyak digunakan untuk memproteksi transformator daya dan penghantar dari gangguan arus lebih dan ditempatkan di pangkal jaringan distribusi tegangan menengah 20 kV. Rele jenis statis di setting berdasarkan arus fundamental. Penelitian ini bermanfaat untuk mengetahui adanya gangguan operasi rele akibat harmonisa dan selanjutnya untuk melakukan koordinasi proteksi antara karakeristik arus-waktu rele baik terhadap ketahanan alat yang diproteksi mampu dengan alat proteksi lainnya agar dapat melaksanakan fungsi proteksinya dengan tepat.

Adapun hasil penelitian ini adalah THDi naik maka arus terdistorsi harmonisa (It) bertambah dan arus fundamental menurun sekalipun tidak linier. It ini mengalir

didalam kumparan trip rele sehingga rele trip lebih cepat dari pada waktu trip setting untuk karakteristik arus-waktu inverse (Standard Inverse, Very Inverse dan

Extremely Inverse). Untuk karakteristik arus-waktu Definite dan Instantaneous,

harmonisa ini tidak mempengaruhi waktu trip rele yaitu sekalipun arus terdistorsi harmonisa (It) mengalir dalam kumparan trip rele, waktu trip rele memenuhi waktu

setting. Karena itu disarankan supaya semua komponen beban non linier sistem

tenaga dilengkapi filter harmonisa sehingga harmonisa dikurangi menjadi THDi ≤ 5% dan dilakukan penyetelan ulang semua rele untuk menyesuaikan dengan kondisi beban non linier dan koordinasi proteksi dengan sistem proteksi yang ada.

Kata kunci: rele statis, harmonisa, arus lebih.

vi

Electric power or non-linear charge not only as a load but also as a control device resulting the form of voltage and currents to become non siniusoidal in the power system because the electronical power tools produce harmonisa.This research is focused on static relay. The objective of the research is to analyze the impact of harmonic on the accuracy of static relay operation in fulfilling the relay current-time settings not only in the characteristic of inverse or definite but also instantaneous. Static type over current protection relay is widely used to protect power transformers and conductor of the over current disturbances and placed at the base of 20 kV medium voltage distribution network. Static type relay is set up based on fundamental current. This research benefits in finding out some interferences of relay operation due to harmonic disturbances. Furthermore, it coordinates protection between relay of time-current characteristics of both the reliability of the protected equipment and other protective equipment in order to conduct appropriate functioning.

The results shows that when the THDi increases, harmonic distorts the

current (It) and the fundamental current decreases eventhough it is not linear. It

flows inside the coils so that the relay trip goes faster than time setting for inverse time-current characteristics (Standard Inverse, Very Inverse and Extremely Inverse). For the characteristics of Definite and Instantaneous time setting, these harmonics do

not affect the relay trip time even though harmonic distorts the currents (It) flow in

the coil of relay trip, relay trip time fulfills the time setting. Therefore, it is recommended that all non-linear load components of the power system should be equipped with harmonic filter thus it can reduce harmonic up to THDi 5% and all relays should be reset to cope with non-linear load conditions and protection coordination of other available protection system.

Keywords : static relays, harmonics, over current

vii

KATA PENGANTAR

Pertama–tama kami panjatkan puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan kasihNya kepada kita semua sehingga tesis ini dapat selesai dengan baik sekali dalam judul: ANALISIS DAMPAK HARMONISA TERHADAP KINERJA RELE PROTEKSI ARUS LEBIH STATIS.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, selaku ketua komisis pembimbing, Bapak Ir. Refdinal Nazir, M.S. Ph.D dan Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT selaku anggota komisi pembimbing yang dengan penuh sabar, arif dan bijaksana memberikan bimbingan, petunjuk dan arahan serta dorongan kepada penulis. Bapak Ir. Ashuri A Widianto, MT, Bapak Ir. Suprapto, MT dan Bapak Dr. Eng Ariadi Hazmi selaku Pembanding utama tesis ini. Istri dan ketiga putra penulis yang telah banyak memberikan semangat dan perhatian serta toleransi sehingga tesis ini selesai. Terselesaikannya penelitian tesis ini juga melibatkan berbagai pihak yaitu : Ketua Program Studi dan Sekretaris Program Studi Magister Teknik Elektro, serta seluruh staf pengajar dan karyawan Program Studi Magister Teknik Elektro, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih atas kontribusinya dan bantuannya.

Penulis menyadari masih ada kekurangan dalam tulisan ini, namun penulis mengharapkan tulisan ini dapat memenuhi persyaratan yang diperlukan untuk suatu

viii

Medan, Maret 2011 Hormat saya,

Yakub Ginting

ix

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Saya yang bertanda tangan di bawah ini,

Nama : Yakub Ginting

Tempat/Tanggal Lahir : Medan, 16 Desember 1956 Jenis Kelamin : Laki - laki

Agama : Kristen

Bangsa : Indonesia

Alamat : Jl. Bunga Ester No. 70 Pasar 6 Padang Bulan, Medan

Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa :

PENDIDIKAN

1. Tamatan SD Negeri 3, Medan Tahun 1969 2. Tamatan SMP Swasta Masehi, Medan Tahun 1972 3. Tamatan SMA Negeri 3, Medan Tahun 1975 4. Tamatan Teknik Elektro USU Tahun 1982

PEKERJAAN

1. Pegawai PT. PLN

x

Demikian riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.

Medan, 25 Februari 2011 Tertanda,

Yakub Ginting

xi

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ...……… i

ABSTRACT ………... ii

KATA PENGANTAR ………. iii

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ……… v

DAFTAR ISI ……… vii

DAFTAR TABEL ………... x

DAFTAR GAMBAR ………... xii

DAFTAR LAMPIRAN ……… xiv

DAFTAR ISTILAH ……… xv

BAB 1 PENDAHULUAN ………..……….……….. 1

1.1. Latar Belakang Masalah ………....………... 1.2. Rumusan Masalah ………...…... 1 5 1.3. Batasan Masalah Penelitian.……….…. 1.4. Tujuan Penelitian ……….. 5 6 1.5. Manfaat Penelitian ……… 1.6. Sistematika Penulisan ………... 6 7 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ………. 8

2.1. Harmonisa ………. 8 2.2. Distorsi Harmonisa …...………

2.3. Persamaan Harmonisa ………..

9 9 2.4. Dampak Distorsi Harmonisa ………...….

2.5. Standard Distorsi Harmonisa ...

11 14 2.6. Arus Lebih ………

2.7. Rele Proteksi ………. 2.8. Rele Proteksi Arus Lebih ……….. 2.8.1. Rele proteksi arus lebih elektromekanis ………...…….. 2.8.2. Rele proteksi arus lebih statis ………...………..

15 16 16 17 23

xii

2.9. Alat Ukur Harmonisa (PQA) ………...………. 2.10. Beban ………...………... 2.10.1. Beban linier ………. 2.10.2. Beban non linier ……….. 2.11. Indikator Harmonisa ………...……… 2.11.1. Trip tepat ………...……….. 2.11.2. Trip tidak tepat ………...……….

35 37 37 39 41 42 43 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ...

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ………... 3.2. Rancangan Penelitian ……… 3.2.1. Umum ………...……….. 3.2.2. Analisis dampak harmonisa terhadap It dan I1 ………...………. 3.2.3. Analisisdampak harmonisa terhadap kinerja operasi

rele dalam karakteristik arus-waktu Standard Inverse …....…... 3.2.4. Analisis dampak harmonisa terhadap kinerja operasi

rele dalam karakteristik arus-waktu Very Inverse ... 3.2.5. Analisis dampak harmonisa terhadap kinerja operasi

rele dalam karakteristik arus-waktu Extremely Inverse …....….. 3.2.6. Analisis dampak harmonisa terhadap kinerja operasi

rele dalam karakteristik arus-waktu Definite ….……… 3.2.7. Analisis dampak harmonisa terhadap kinerja operasi

rele dalam karakteristik arus-waktu Inst …….………... 3.3. Variabel yang Diamati ……….………. 3.4. Populasi dan Sampel ………. 3.5. Instrumen Penelitian ………. 3.6. Pengumpulan Data ……… 3.6.1. Rangkaian pengukuran ……….. 3.6.2. Pengukuran I1 dan It pada THDi tetap ………..….. 3.6.3. Pengukuran THDi dan It pada I1 tetap ………... 3.6.4. Pengukuran THDi dan I1 pada It tetap ………....

3.6.5. Pengukuran THDi dan ttrip rele ………...….

3.7. Ketelitian Pengukuran ………..

44 44 44 44 45 46 47 48 48 49 50 50 50 52 52 53 54 55 56 58 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ………...………...

4.1. Umum ………...………...

62 62

xiii

4.2. Dampak Harmonisa Terhadap I1 dan It ………...……….

4.2.1. Pendahuluan ………....……… 4.2.2. Data dan analisis ………...…… 4.2.2.1. Data I1 dan It pada THDi tetap ………...…....

4.2.2.2. Data THDi dan It pada I1 tetap ………...

4.2.2.3. Data THDi dan I1 pada It tetap ………...

4.3. Data dan Analisa Dampak Harmonisa Terhadap ttrip Rele

………...

4.3.1. Pendahuluan ………... 4.3.2. Data dan analisis ………...……... 4.3.2.1. Pada karakteristik Standard Inverse (SI) ………...…. 4.3.2.1.1. ttrip hitung dan ttrip ukur pada SI dan THDi

1,5%... 4.3.2.1.2. ttrip hitung dan ttrip ukur pada SI dan THDi

80 % ……….…. 4.3.2.2. Pada Karakteristik Very Inverse (VI) ………... 4.3.2.2.1. ttrip hitung dan ttrip ukur pada EI dan THDi

1,5%... 4.3.2.2.2. ttrip hitung dan ttrip ukur pada EI dan

THD…... 4.3.2.3. Pada karakteristik Extremely Inverse (EI) ………….... 4.3.2.3.1. ttrip hitung dan ttrip ukur pada EI dan THDi

1,5 %... 4.3.2.3.2. ttrip hitung dan ttrip ukur pada EI dan

THDi……….…. 4.3.2.4. Pada karakteristik D dan Inst ……….……….. 4.3.2.4.1. ttrip pada D dan Inst serta THDi 1,5 % …....

4.3.2.4.2. ttrip pada D dan Inst serta THDi 80% ……....

4.4. Analisis Dampak Harmonisa Terhadap ttrip Rele ………....

4.4.1 Dampak harmonisa terhadap karakteristik arus-waktu Inver…... 4.4.2 Dampak harmonisa terhadap karakteristik arus-waktu definite…

4.4.3 Dampak harmonisa terhadap karakteristik arus-waktu Inst …….

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ……….... 5.1. Kesimpulan ………... 5.2. Saran ………. DAFTAR PUSTAKA ...

62 62 63 63 67 70 74 74 75 75 75 79 84 84 87 92 92 95 100 100 104 109 109 110 112 113 113 114 115

xiv

Nomor Judul Halaman

1.1. Perbandingan penelitian Burack, dkk dan Tumira, dkk dengan

penelitian……….. 4

2.1. Rekapitulasi kerusakan transformator daya PLN P3BJB……... 12

2.2. Batas distorsi harmonisa arus menurut standar IEEE 519-199……… 14

2.3. Batas distorsi harmonisa arus dalam % arus beban IL menurut standar IEC 61000-2005 ……….. 15

2.4. Perubahan I1 dan It sesuai perubahan THDi ……….... 20

2.5. Perubahan ttrip sesuai perubahan THDi ……….... 21

3.1. Nilai t untuk berbagai derajat kebebasan pada tingkat kepercayaan 99 % ……… 60

3.2. Nilai t untuk berbagai derajat kebebasan pada tingkat kepercayaan 95 % ………...…. 61

4.1. Data arus I1 dan It pada THDi tetap ……….… 64

4.2. Data THDi dan It pada I1 tetap ……….... 68

4.3. Data THDi dan I1 pada Ittetap ……….... 72

4.4. Data ttrip hitung dan ttrip ukur pada SI dan THDi 1,5% ……….... 77

4.5. Data ttrip hitung dan ttripukur pada SI dan THDi 80 % ……….... 81

4.6. Data ttrip hitung dan ttrip ukur pada VI dan THDi 1,5% ………... 85

4.7. Data ttrip hitung dan ttripukur pada VI dan THDi 80 % ………... 89

xv

4.8. Data ttrip hitung dan ttripukur pada EI dan THDi 1,5% ……….... 93

4.9. Data ttrip hitung dan ttripukur pada EI dan THDi 80 % ……….... 97

4.10. Data ttrip pada D dan Inst serta THDi 1,5% ……….... 101

4.11. Data ttrip pada D dan Inst serta THDi 80 % ………. 106

xvi

2.1. Gelombang terdistorsi, fundamental, harmonisa ketiga ..……… 8

2.2. Arus cacat akibat harmonisa ………...……. 9

2.3. Penyebab gangguan transformator ………..… 13

2.4. Rele elektromekanis ……….… 17

2.5. Kurva THDi vs I1 ………. 20

2.6. Kurva THDi vs It ………..……… 21

2.7. Kurva ttrip vs I1(Inverse /rele elektromekanis) ………. 22

2.8. Rele proteksi arus lebih statis ………..……...……...….. 23

2.9. Blog diagram rele arus lebih dengan waktu tunda ….…………. 25

2.10. Rangkaian internal rele arus lebih statis ………..…….…….….. 27

2.11. Kurva arus-waktu rele arus lebih statis ……..………..…... 31

2.12. Persentase (%) distorsi harmonisa hasil pengukuran PQA ....…. 36

2.13. Signal harmonisa berpengaruh hasil pengukuran PQA …….…. 36

2.14. Arus efektif (It ) hasil pengukuran PQA ………...……….. 37

2.15. Kurva arus-tegangan beban linier ………..……..……. 38

2.16. Bentuk gelombang arus dan tegangan beban linier ……...…. 38

2.17. Bentuk gelombang arus dan tegangan beban linier …..….….. 39

2.18. Bentuk gelombang tegangan dan arus beban non linier …... 40

xvii

2.19. Jenis–jenis beban non linier ………..………..……. 41

3.1. Rangkaian pengukuran THDi, I1,It dan ttrip …..……… 52

3.2. Distribusi normal.σ = standard deviasi; μ = rata-rata …..…..….. 59

4.1. Kurva It vs I1 pada THDi tetap ………..……….……. 65

4.2. Kurva It vsTHDi pada I1tetap ……..……….….. 69

4.3. Kurva THDi vs I1 pada It tetap ………..……….… 73

4.4. Kurva ttrip vs I=I1/Is pada SI dan THDi 1,5 % …..……….. 78

4.5. Kurva ttrip vs I=I1/Is pada SI dan THDi 80 % …..………... 82

4.6. Kurva ttrip vs I=I1/Is pada VI dan THDi 1,5 % …..……….……. 86

4.7. Kurva ttrip vs I=I1/Is pada VI dan THDi 80 % …..…….……….. 90

4.8. Kurva ttrip vs I=I1/Is pada EI dan THDi 1,5 % ……..………….. 94

4.9. Kurva ttrip vs I=I1/Is pada EI dan THDi 80 % ……..…………... 98

4.10. Kurva ttrip vs I=I1/Is pada D dan Inst , THDi 1,5 % …..….……. 102

4.11. Kurva ttrip vs I=It/Is pada D dan Inst , THDi 1,5 % …..………. 103

4.12. Kurva ttrip vs I=I1/Is pada D dan Inst , THDi 80 % …..……….. 107

4.13. Kurva ttrip vs I=It/Is pada D dan Inst , THDi 80 % …..……….. 108

xviii

1 Dampak harmonisa terhadap I1 dan It: I1dan It pada THDi

tetap………. 117

2 Dampak harmonisa terhadap I1 dan It : THDi dan It pada

I1 tetap ……… 122

3 Dampak harmonisa terhadap I1 dan It : THDi dan I1 pada

It tetap ... 130

4 Dampak harmonisa terhadap ttrip rele: pada karakteristik

SI dan THDi 1,5 ……….……….... 138

5 Dampak harmonisa terhadap ttrip rele: pada karakteristik

SI dan THDi 80 % ….………. 141

6 Dampak harmonisa terhadap ttrip rele: pada karakteristik

VI dan THDi 1,5 % ……… 144

7 Dampak harmonisa terhadap ttrip rele: pada karakteristik

VI dan THDi 80 % ………. 147

8 Dampak harmonisa terhadap ttrip rele: pada karakteristik

EI dan THDi 1,5% ………. 150

9 Dampak harmonisa terhadap ttrip rele: pada karakteristik

EI dan THDi 80% ………. 153

10 Dampak harmonisa terhadap ttrip rele: pada D dan Inst

serta THDi 1,5% ……… 156

11 Dampak harmonisa terhadap ttrip rele: pada D dan Inst

serta THDi 80% ……….

162

xix

DAFTAR ISTILAH

Simbol Judul

A Ampere atau satuan arus listrik

AC Air Conditioning atau Pendingin Udara

ac arus bolak balik AT Autotransformator

av average = rata-rata

Arus Pick-up Arus minimum yang dibutuhkan rele untuk mulai trip Arus Drop-off Arus maksimum yang dibutuhkan rele untuk mulai off

CB Circuit Breaker atau Pemutus Tenaga

dc direct current atau arus searah

D Karakteristik Arus waktu Definite

DT Definite Time atau waktu tertentu

EI Extremely Inverse

EM Electro Mechanics atau elektro mekanis

Feeder Penyulang

GI Gardu Induk

Hz Heinrich Rudolf Hertz atau satuan frekuensi I Arus listrik

IEC International Electrotechnic Commission IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

xx

fundamental dan arus harmonisa

Inst Karakteristik arus waktu Instantaneous (sesaat) IT Inverse Time atau waktu terbalik

Is Arus setting atau arus setelan kV kilo Volt atau satuan tegangan

LV Low Voltage atau tegangan rendah LHE Lampu Hemat Energi

msc milli seconds counter atau penghitung mili detik h Harmonisa ke h

N/HL Non Harmonics / Harmonics Load OCR Over Current Relay atau rele arus lebih

Output keluaran

PCC Point of Common Coupling atau titik sambung bersama PLN Perusahaan Listrik Negara

PMT Pemutus Tenaga

PQA Power Quality Analyser atau analiser mutu daya P3BJB Pusat Penyaluran dan Pengaturan Beban Jawa Bali PT Perseroan Terbatas

Rating pengenal atau julat

xxi

Rms root means square atau akar pangkat dua rata-rata

SD Standard Deviation = Standar Deviasi = σ

SI Standard Inverse

Switching pensaklaran

t Derajat Kebebasan

ttrip waktu trip

THDi Total Harmonics Distortion arus Trafo Transformator

VA Volt Ampere atau satuan daya semu

VI Very Inverse

vs versus = terhadap

v

elektronika daya atau beban non linier baik sebagai beban maupun sebagai alat kontrol yang mengakibatkan bentuk tegangan dan arus menjadi non siniusoidal di dalam sistem tenaga karena peralatan tersebut memproduksi harmonisa. Arus yang mengalir dalam kumparan trip rele adalah jumlah vektor arus fundamental dan arus harmonisa disebut arus terdistorsi harmonisa atau arus total(It). Rele ada dua jenis

yaitu rele elektromekanis dan rele statis. Pada penelitian ini, rele yang diteliti jenis statis. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisis dampak harmonisa terhadap keakuratan operasi rele statis dalam memenuhi setelan arus-waktu rele baik dalam karakteristik Inverse, Definite maupun dalam karakteristik Instantaneous. Rele proteksi arus lebih jenis statis banyak digunakan untuk memproteksi transformator daya dan penghantar dari gangguan arus lebih dan ditempatkan di pangkal jaringan distribusi tegangan menengah 20 kV. Rele jenis statis di setting berdasarkan arus fundamental. Penelitian ini bermanfaat untuk mengetahui adanya gangguan operasi rele akibat harmonisa dan selanjutnya untuk melakukan koordinasi proteksi antara karakeristik arus-waktu rele baik terhadap ketahanan alat yang diproteksi mampu dengan alat proteksi lainnya agar dapat melaksanakan fungsi proteksinya dengan tepat.

Adapun hasil penelitian ini adalah THDi naik maka arus terdistorsi harmonisa (It) bertambah dan arus fundamental menurun sekalipun tidak linier. It ini mengalir

didalam kumparan trip rele sehingga rele trip lebih cepat dari pada waktu trip setting untuk karakteristik arus-waktu inverse (Standard Inverse, Very Inverse dan

Extremely Inverse). Untuk karakteristik arus-waktu Definite dan Instantaneous,

harmonisa ini tidak mempengaruhi waktu trip rele yaitu sekalipun arus terdistorsi harmonisa (It) mengalir dalam kumparan trip rele, waktu trip rele memenuhi waktu

setting. Karena itu disarankan supaya semua komponen beban non linier sistem

tenaga dilengkapi filter harmonisa sehingga harmonisa dikurangi menjadi THDi ≤ 5% dan dilakukan penyetelan ulang semua rele untuk menyesuaikan dengan kondisi beban non linier dan koordinasi proteksi dengan sistem proteksi yang ada.

Kata kunci: rele statis, harmonisa, arus lebih.

vi

ABSTRACT

In recent years, there has been an increase of using electronical devices. Electric power or non-linear charge not only as a load but also as a control device resulting the form of voltage and currents to become non siniusoidal in the power system because the electronical power tools produce harmonisa.This research is focused on static relay. The objective of the research is to analyze the impact of harmonic on the accuracy of static relay operation in fulfilling the relay current-time settings not only in the characteristic of inverse or definite but also instantaneous. Static type over current protection relay is widely used to protect power transformers and conductor of the over current disturbances and placed at the base of 20 kV medium voltage distribution network. Static type relay is set up based on fundamental current. This research benefits in finding out some interferences of relay operation due to harmonic disturbances. Furthermore, it coordinates protection between relay of time-current characteristics of both the reliability of the protected equipment and other protective equipment in order to conduct appropriate functioning.

The results shows that when the THDi increases, harmonic distorts the

current (It) and the fundamental current decreases eventhough it is not linear. It

flows inside the coils so that the relay trip goes faster than time setting for inverse time-current characteristics (Standard Inverse, Very Inverse and Extremely Inverse). For the characteristics of Definite and Instantaneous time setting, these harmonics do

not affect the relay trip time even though harmonic distorts the currents (It) flow in

the coil of relay trip, relay trip time fulfills the time setting. Therefore, it is recommended that all non-linear load components of the power system should be equipped with harmonic filter thus it can reduce harmonic up to THDi 5% and all relays should be reset to cope with non-linear load conditions and protection coordination of other available protection system.

Keywords : static relays, harmonics, over current

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Tahun-tahun belakangan ini, terjadi peningkatan penggunaan komponen elektronika daya baik sebagai beban maupun sebagai alat kontrol yang mengakibatkan bentuk tegangan dan arus menjadi non sinusoidal didalam sistem tenaga [1]. Komponen elektonika daya tersebut berupa beban-beban non linier antara lain pengendali putaran variabel baik arus bolak balik maupun arus searah (ac dan dc variable speed drive), model saklar suplai daya (switch mode power supply), pengatur daya semikonduktor (power semi conductor controller) dan beban non linier lainnya seperti lampu hemat energi, komputer dan pendingin udara (Air Condition). Peralatan–peralatan ini memproduksi harmonisa didalam bentuk gelombang tegangan dan arus selama operasi [2]. Distorsi harmonisa adalah gejala berkaitan dengan bentuk gelombang. Beban non linier memproduksi komponen arus dan tegangan dengan frekuensi kelipatan dari frekuensi sistem fundamental. Komponen frekuensi yang lebih tinggi dari pada frekuensi fundamental (orde > 1) disebut harmonisa. Perubahan gelombang disebabkan oleh harmonisa ini disebut distorsi harmonisa. Umumnya amplitudo menurun dengan naiknya orde harmonisa dan harmonisa ke 3 yang paling penting [3].

Arus harmonisa dapat menyebabkan beberapa gangguan dalam rele proteksi arus lebih sehingga menimbulkan masalah dalam proteksi dan keandalan sistem

tenaga [4]. Umumnya pabrik mendisain rele beroperasi dalam bentuk gelombang tegangan dan arus sinusoidal fundamental. Operasi rele tidak lagi sesuai setelan atau karakteristik rele untuk kondisi bentuk gelombang non sinusoidal. Tiap komponen frekuensi harmonisa dapat memproduksi efek independen dan komulatif, menyebab kan nilai pick up berubah bergantung pada besar komponen harmonisa. Karena itu, rele tidak dapat tepat melaksanakan fungsi proteksinya [4]. Dengan kata lain rele tidak tepat beroperasi sesuai setelan arus dan atau setelan waktu yang telah dilakukan. Rele proteksi arus lebih ada dua jenis yaitu jenis elektromekanis dan jenis statis. Demikian juga rele proteksi arus lebih mempunyai karateristik Inverse (waktu terbalik) dimana karakteristik Inverse ada tiga jenis yaitu Standard Inverse, Very

Inverse dan Extremely Inverse; Definite (D = waktu tertentu) dan Inst (sesaat). Rele

ini berfungsi memproteksi transformator dan konduktor jaringan dari gangguan arus lebih.

Gangguan arus lebih ini dapat menyebabkan kerusakan pada transformator dan konduktor jaringan. Secara sistem dapat menimbulkan pemadaman pada pelanggan dan berbahaya pada lingkungan. Jadi berakibat pada turunnya keandalan, kerugian ekonomi dan bahaya lingkungan. Jika terjadi gangguan arus lebih dan rele tidak bekerja (mal function) maka ini berakibat fatal seperti disebutkan diatas demikian juga jika rele trip lebih cepat maka peralatan yang diproteksi aman dari gangguan tapi mengakibatkan sering trip, sering start dan sering padam sehingga mengganggu koordinasi proteksi, peralatan listrik seperti transformator mengalami.

percepatan penuaan, rugi secara ekonomis karena listrik tidak terjual, citra perusahaan penyaluran listrik menurun dan kepercayaan investor juga menurun.

Penyebab gangguan transformator 150/20 kV, misalnya di PLN P3BJB region Jakarta-Banten: 40 % gangguan pada sisi 20 kV karena Feeder 20 kV gagal trip, sehingga menyebabkan PMT incoming 20 kV transformator trip dan sebab lainnya; 19% akibat rele tidak bekerja sesuai ketentuan atau tidak sesuai setelan (malfunction) dan 10% belum diketahui penyebab gangguan karena masih dalam penelitian [5]. Pada sisi 20 kV transformator GI diproteksi hanya oleh rele arus lebih. Rele statis dipengaruhi dua hal penting yaitu variasi frekuensi dan distorsi harmonisa; dampaknya pada rele adalah trip tak tepat( incorrect trip ) [3].

Pada sisi 20 kV transformator Gardu Induk dan Penyulang 20 kV biasanya gangguan yang timbul adalah distorsi harmonisa. Jadi gangguan pada transformator Gardu Induk di PLN P3BJB tersebut patut dicurigai akibat harmonisa sehingga sekalipun arus beban belum mencapai arus pengenal atau arus setting tapi rele – PMT sudah trip dan padam. Untuk rele arus lebih elektromekanis, pada karakteristik waktu terbalik (Inverse Time) tidak dapat beroperasi secara efektif dengan arus non sinusoidal yang terdiri dari beberapa komponen harmonisa. Lebih tinggi kandungan harmonisa pada sistem distribusi, semakin lambat operasi rele arus lebih [1].

Burak, dkk (2005) dan Tumiran, dkk (2007) sudah pernah melakukan penelitian tentang pengaruh harmonisa terhadap rele proteksi arus lebih elektromekanis berupa pengaruh THDi terhadap kinerja rele pada kurva arus-waktu terbalik (inverse) standar saja dengan hasil bahwa ketika THDi naik maka waktu

4

operasi rele bertambah lama sehingga rele elektromekanis tidak mampu memproteksi sistem dengan handal akibat komponen harmonisa dalam arus [1,2].

Pada rele proteksi arus lebih jenis statis, harmonisa berdampak pada kinerja operasinya yaitu rele lebih cepat trip dari waktu trip setting untuk karakteristik inverse baik untuk karateristik Standard Inverse, Very Inverse maupun Extremely

Inverse ; sedangkan pada karateristik Definite, harmonisa tidak berpengaruh untuk

Definite 2, 4 maupun Definite 8 detik demikian juga pada karateristik Inst dimana

harmonisa juga tidak berdampak pada kinerja operasi rele.

Perbedaan penelitian yang akan dilakukan penulis dengan penelitian yang pernah dilakukan oleh Burak, dkk dan Tumiran, dkk adalah seperti diperlihatkan dalam Tabel 1.1 berikut:

Tabel 1.1 Perbandingan penelitian Burak,dkk dan Tumiran,dkk dengan Penelitian

No

Burak, dkk (2005) [2] dan Tumiran, dkk (2007) [1] :

Harmonic Effects On EM

OCR

Penelitian: Analissis Dampak Harmonisa Terhadap Kinerja Rele Proteksi Arus Lebih Statis ; 2011 1 THDi vs SI THDIvs SI: THDi vs VI;

THDi vs EI

2 -- THDi vs D

3 ---- THDi vs Inst

4 Kata kunci: Elektromekanis, rele, harmonisa, arus lebih.

Kata kunci: statis, rele, harmonisa, arus lebih .

dimana :

EM OCR = Electromechanics Over Current Relay

Inst = Kurva arus-waktu Instantaneous ( waktu sesaat).

THDi =TotalHarmonics Distortion arus D = Kurva arus-waktu Difinite

SI = Kurva arus-waktu Standard Inverse VI = Kurva arus-waktu Very Inverse EI = Kurva arus-waktu Extremely Inverse

1.2. Rumusan Masalah

Sebagaimana diuraikan pada latar belakang masalah maka dapat dibuat rumusan masalah yaitu :

”Bagaimanakah dampak harmonisa terhadap kinerja operasi rele proteksi arus lebih jenis statis terhadap karakteristik arus-waktu terbalik baik terhadap jenis

Standard Inverse, Very Inverse dan Extremely Inverse; waktu tertentu (D) maupun

waktu sesaat(Inst)”.

1.3. Batasan Masalah Penelitian

Penelitian ini dibatasi hanya pada analisis dampak harmonisa terhadap rele proteksi arus lebih statis dan yang banyak dipakai sebagai proteksi arus sisi 20 kV Transformator GI dan Feeder 20 kV di GI 150 /20 kV di PT. PLN (Persero). Dampak tersebut berupa dampak harmonisa terhadap kesesuaian kinerja rele dalam menepati

7

setting arus-waktu menurut pilihan kurva SI, VI dan EI; kurva D2; D4 dan D8 dan kurva Inst. Kemudian dianalisis mengapa dampaknya demikian.

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisis dampak harmonisa terhadap keakuratan operasi rele proteksi arus lebih tipe statis dalam memenuhi setelan

(setting) arus-waktu rele yaitu :

a. Menganalisis dampak harmonisa terhadap kenerja operasi rele proteksi arus lebih jenis statis dalam karakteristik arus-waktu Standard Inverse, Very

Inverse dan Extremely Inverse

b. Menganalisis dampak harmonisa terhadap kenerja operasi rele proteksi arus lebih jenis statis dalam karakteristik arus-waktu Definite (Definite 2,

Definite 4 dan Definite 8)

c. Menganalisis dampak harmonisa terhadap kenerja operasi rele proteksi arus lebih jenis statis dalam karakteristik arus-waktu Instanstaneous.

1.5. Manfaat Penelitian

Dengan mengetahui adanya gangguan ketelitian operasi rele proteksi arus lebih jenis statis akibat harmonisa maka koordinasi proteksi antara karakteristik arus-waktu rele proteksi arus lebih statis baik terhadap karakteristik arus-waktu ketahanan alat yang diproteksi maupun terhadap karakteristik arus-waktu alat proteksi lain perlu ditanggulangi dengan tepat sehingga rele dapat melaksanakan

fungsi proteksinya dengan tepat yaitu waktu trip rele memenuhi setting waktu trip rele dan toleransinya sehingga tidak menimbulkan kerugian akibat seringnya trip, seringnya padam sehingga menyebabkan percepatan penuaan seperti transformator, kerugian akibat menurunnya energi terjual dan citra perusahaan serta kepercayaan investor berkurang.

1.6. Sistematika Penulisan

Dalam menyusun tesis ini, penulis membuat sistematika sebagai berikut: BAB 1 Berisikan pendahuluan yang mengemukakan gambaran umum mengenai

tesis ini, latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisanan.

BAB 2 Berisikan tinjauan pustaka tentang harmonisa, arus lebih, rele proteksi baik jenis elektromekanis maupun jenis statis, alat ukur dan beban.

BAB 3 Berisikan metodologi penelitian tentang data apa saja yang diperlukan dan bagaimana data tersebut diperoleh serta bagaimana menganalisis data tersebut sehingga tujuan penelitian dapat dicapai.

BAB 4 Berisikan hasil dan analisis data yang diperoleh sehingga tujuan penelitian tercapai

BAB 5 Berisikan kesimpulan dan saran

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Harmonisa

Harmonisa adalah distorsi periodik dari gelombang sinus tegangan, arus atau daya dengan bentuk gelombang yang frekuensinya merupakan kelipatan diluar bilangan satu terhadap frekuensi fundamental pada mana sistem suplai dirancang beroperasi (frekuensi 50 Hz) [2].

Bentuk gelombang yang terdistorsi merupakan penjumlahan dari gelombang fundamental dan gelombang harmonisa (h1, h2, dan seterusnya) [5]. Pada Gambar 2.1

di bawah ini dapat dilihat bentuk gelombang terdistorsi, gelombang fundamental dan komponen harmonisanya (harmonisa ketiga).

Gambar 2.1. Gelombang terdistorsi, fundamental, harmonisa ketiga [5]

Makin banyak harmonisa diikut sertakan, kurva makin mendekati bentuk persegi atau bentuk gelombang makin menyimpang dari bentuk sinusoidal [3].

Gel Fundamental Gel Harmonisa ke 3

Gel Fundamental + Gel Harmonisa ke 3 = Gel Terdistorsi

2.2. Distorsi Harmonisa

Distorsi harmonisa adalah setiap perubahan dalam bentuk sinyal yang tidak disengaja dan secara umum tidak diinginkan [6].

Harmonisa menyebabkan distorsi pada bentuk gelombang fundamental tegangan dan arus. Distorsi harmonisa timbul akibat karakteristik nonlinier alat dan beban pada sistem tenaga. Peralatan ini dimodelkan sebagai sumber arus yang menginjeksikan arus harmonisa kedalam sistem tenaga. Distorsi harmonisa timbul sebagaimana arus ini menyebabkan tegangan non linier pada impedansi sistem. Distorsi harmonisa timbul akibat banyaknya pelanggan beban non linier [7].

Berikut ini diperlihatkan bagaimana gelombang arus menjadi cacat karena harmonisa seperti terlihat pada Gambar 2.2 berikut ini :

Gambar 2.2 Arus cacat akibat harmonisa [5]

2.3. Persamaan Harmonisa

Gelombang harmonisa dan terdistorsi merupakan gelombang kontinu dan periodik sehingga sesuai dengan deret Fourier seperti Persamaan berikut.

ARUS CACAT AKIBAT HARMONISA

Gelombang periodik yang memiliki bentuk gelombang f(t) = f(t + 2L) dapat dinyatakan dengan sebuah deret Fourier dimana (- L , L) interval dari f(t) atau f(t) mempunyai periode 2L; L adalah bilangan periodic [8].

Deret Fourier dapat dinyatakan dalam bentuk : F(t) = a0 +

∑

∞ =1

h

(ah cos hωt + bh sin hωt ) [8] ..…..………...(2.1)

Secara umum arus sesaat dapat direpresentasikan dalam deret Fourier sebagai: i(t) =

∑

∞

=1

h

ih(t) =

∑

∞ =1

h

2 Ih sin (hω0t + δh) [8] .……..……...(2.2)

dengan bagian arus searah biasanya diabaikan untuk kesederhanaan .

Ih adalah arus rms untuk harmonisa orde ke-h .

Arus harmonisa total (Total Harmonics Current) = [8] ...(2.3)

Rumus menghitung It , I1 dan THDi :

It = [2] ….………...……...(2.4)

dimana :

= I22 + I32 + I4 + I52 + I62 + I72 + ---- + I2

THDi = [9]…...………..……...(2.5) ∞

h=2 ∞

[1] …...………...(2.6)

dimana :

It = Arus total = Arus terdistorsi efektif(rms) THDi = Total Harmonics Distortion arus

h = Orde harmonisa

I1 = Arus komponen fundamental Ih = Arus harmonisa orde ke h

2.4. Dampak Distorsi Harmonisa

Distorsi harmonisa dapat berdampak pada kerugian teknis dan ekonomis yaitu :

a. Pada transformator berupa susut listrik bertambah, daya mampu menurun dan umur ekonomis menurun.

b. Pada motor listrik berupa pemanasan berlebih, adanya tambahan stress termal, terjadi pulsasi pada putaran dan umur ekonomis menurun.

c. Pada Capacitor Bank berupa terjadinya resonansi (seri dan paralel) harmonisa dengan Capacitor Bank sehingga dapat menyebabkan beban lebih dan gagal bekerja, distorsi tegangan menambah rugi dielektrik, menambah stress termal pada isolasi dan mengurangi umur ekonomis.

d. Pada penghantar jaringan berupa susut listrik bertambah, kenaikan jatuh tegangan, stress dielektrik meningkat dan mengurangi umur ekonomis.

e. Pada alat ukur berupa terjadinya kesalahan pengukuran pada kWH meter elektromekanis.

f. Pada sistem tenaga berupa arus netral naik (harmonisa orde kelipatan ke 3), tegangan sentuh peralatan bertambah sehingga membahayakan bagi operator [8].

Berikut ditampilkan rekapitulasi kerusakan transformator daya di PT PLN (Persero) P3BJB selama tahun 2000 s/d 2009 yang kemungkinan besar karena rele tidak tepat trip secara efektif akibat distorsi harmonisa[10], lihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Rekapitulasi kerusakan tranformator daya di PLN P3B JB [10]       Rasio Tegangan (kV) 

      

Tahun  70/20    150/20    150/70    500/150   

       Total 

2000    1    2    1   ‐      4 

2001    ‐    4    2   1      7 

2002    1    4    1   ‐      6 

2003    4    9    1   2    16 

2004    1    8    ‐    ‐      9 

2005    1    4    ‐    ‐      5 

2006    2    4    ‐    ‐      6 

2007    ‐    6    ‐    2      8 

2008    2  13    2    1    18 

2009    3    7    8    5    23 

Jumlah  15  61  15  11  102 

Sedangkan data penyebab gangguan pada transformator daya tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut :

Gambar 2.3. Penyebab gangguan transformator [10] Dari Gambar 2.3. diatas beberapa hal dapat diketahui :

a. 40 % gangguan pada sisi tegangan menengah transformator 150/ 20 kV, karena Feeder 20 kV gagal trip, sehingga menyebabkan PMT outgoing 20 kV

transformator trip, gangguan bus-bar 20 kV, karena binatang (ular, tikus, burung, dsb), kesalahan manusia, seperti salah manuver dan sebagainya.

b. 19 % karena malfungsi sistem proteksi c. 10 % belum diketahui penyebabnya

Dari data diatas dapat diketahui bahwa rele beroperasi tidak sesuai nilai sebenarnya dari setelan arus-waktu rele; maksudnya adalah rele tidak beroperasi sesuai dengan setting; ini bisa saja disebabkan oleh adanya harmonisa yang mempengaruhi keakuratan kinerja operasi rele.

2.5. Standard Distorsi Harmonisa

Karena begitu besar dan bervariasi dampak distorsi harmonisa pada peralatan dan sistem secara teknis dan ekonomis maka diperlukan standarisasi harmonisa. Standar yang mengatur distorsi harmonisa ini adalah standar IEEE 512-1992 dan IEC 6100-2005. Kedua standar ini mengatur batasan harmonisa yang diijinkan seperti terlihat dalam Tabel 2.2 dan 2.3 berikut ini.

Tabel 2.2 Batas distorsi harmonisa arus menurut IEEE 519 – 1992 [10,11] Maksimum Distorsi Arus Harmonisa Dalam % Arus Beban (IL)

Harmonisa Orde Ganjil Pada : 120 V ≤ V ≤ 69 kV  

Isc/IL n < 11 11 ≤ n < 17 17≤ n < 23 23 ≤ n < 35 n ≥ 35 THDi

< 20 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5,0

20-50 7,0 3,5 2,5 1,0 0,5 8,0

50-100 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12,0

100- 1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0

> 1000 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20,0 Harmonisa orde genap dibatasi 25% dari batasan harmonisa orde ganjil diatas

Tabel 2.3 Batas distorsi harmonisa arus dalam % arus beban IL : IEC 61000-2005

[10,11]

Isc/IL n < 20 11≤ n <17 17≤ n <23 23≤ n <35 n > 35 THDi

< 20 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5,0

20-50 7,0 3,5 2,5 1,0 0,5 8,0

50-100 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12,0

100-1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0

>1000 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20,0

dimana :

Isc = Arus hubung singkat maksimum di PCC atau pada Alat Pengukur dan

Pembatas (APP)

IL = Arus beban demand maksimum (komponen frekuensi fundamental) di

PCC (Point of Common Coupling = Titik sambung bersama).

2.6. Arus Lebih

Arus lebih adalah arus yang melampaui arus beban maksimum yang dibolehkan (arus pengenal alat yang diproteksi) .[12]

Arus lebih ini dapat berupa beban lebih dimana arus ≥ 1,05 In dan arus karena gangguan

hubung singkat ≥ 4 In ( arus nominal) [13].

2.7. Rele Proteksi Rele proteksi adalah suatu rele yang didisain untuk menginisiasi diskoneksi sebagian dari instalasi listrik dan atau mengoperasikan sinyal peringatan jika terjadi gangguan atau kondisi abnormal pada instalasi [2]. Rele proteksi mempunyai sarana pengukuran besaran sistem tenaga (arus dan tegangan) dan memprosesnya lewat sistem elektromekanis atau analog elektronik atau internal logik, dan mempunyai kapasitas untuk mengkontrol operasi Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB). Analog elektronik atau Logik internal memperkenankan rele menginisiasi urutan tripping jika kondisi abnormal terjadi dalam sistem tenaga.

Berdasarkan konstruksinya ada dua tipe rele yaitu: elektromekanis dan statis. Rele Elektromekanis, gaya yang bekerja dihasilkan oleh interaksi gaya-gaya elektro mekanis, sedangkan Rele Statis didasarkan pada aplikasi komponen elektronika seperti dioda, transistor, kapasitor dll sehingga beroperasi sama seperti sistem elektromekanis

namun tidak ada bagian yang bergerak dalam operasinya [14].

2.8. Rele Proteksi Arus Lebih

Rele Proteksi arus lebih berfungsi menginisiasi diskoneksi sebagian dari instalasi listrik atau mengoperasikan sinyal peringatan jika terjadi gangguan arus lebih baik karena gangguan beban lebih maupun karena gangguan arus hubung singkat sehingga alat yang diproteksi terhindar dari kerusakan dan lingkungan juga aman untuk manusia maupun untuk alam sekitar. Rele arus lebih ada dua tipe yaitu tipe elektromekanis dan tipe statis sebagaimana diuraikan berikut ini [15].

2.8.1. Rele proteksi arus lebih elektromekanis

   

       

   

         

 

Gambar 2.4 Rele elektromekanis [1,2]

Piringan

Koil kutub tengah

Elektromagnet Plug

Magnet

Keeper

Komponen utama rele ini adalah unit piringan induksi dan 3 kutub electromagnet seperti terlihat pada Gambar 2.4. Piringan ini dipegang oleh suatu pegas penahan. Seluruh energi operasi diberikan ke kumparan kutub tengah. Satu kutub luar dilengkapi dengan kumparan lag. Kutub lainnya tidak ada kumparan nya. Arus I pada

kumparan utama menghasilkan fluksi ߔ yang lewat celah udara menuju piringan,

akhirnya tiba di Keeper. Fluksi ߔ kembali sebagai ߔL lewat lengan kiri dan

sebagai ߔR lewat lengan kanan dimana Φ = ߔL + ߔR. Kumparan lag terhubung

singkatkan di lengan kiri menyebabkan ߔL terbelakang dari ߔR dan Φ. Dengan adanya

arus pick-up fundamental maka timbul Torsi yang cukup kuat untuk mengatasi Torsi pegas penahan piringan dan menyebabkan piringan mulai bergerak. Torsi ini di hasilkan dari interaksi antara arus di piringan yang diproduksi oleh tiap kutub dan fluksi-fluksi dua kutub lainnya. Kenaikan frekuensi arus input menyebabkan perubahan kecil pada arus yang diproduksi di sirkit kumparan lag. Akan tetapi, fluksi pada kutub ini akan turun berlawanan dengan proporsi kenaikan frekuensi, menjaga sifat elektromagnet sebagai ekivalent dari transformator arus. Dengan cara yang sama, fluksi pada kutub luar lainnya menurun karena gaya gerak magnet (mmf) rendah padanya. Jadi fluksi pada kutub tengah adalah jumlah fluksi-fluksi dua kutub luar lainnya, yang juga diturunkan. arus sirkit kumparan lag tetap. Penurunan rotasi piringan ini, menyebabkan arus pick-up bertambah, dan akhirnya menyebabkan efisiensi elektromagnet dirusak pada point non operasi. Harmonisa dikombinasikan dengan fundamental menimbulkan efek serius pada nilai arus pick-up dan waktu operasi dari kurva arus-waktu inverse rele arus lebih elektromekanis [1,2].

Setiap penghantar yang dilalui arus meghasilkan fluksi yaitu :

Arus I menghasilkan fluksi ߔ1 dan arus Is menghasilkan fluksi ߔs sehingga interaksi

kedua fluksi ini menghasilkan torsi elektromekanis yaitu :

Tem = knߔ1ߔs Sinࢲ [1,2,12,16]………...… (2.7)

dimana :

kn = konstanta torsi elektromekanis

Sinࢲ = sinus sudut yang dibentuk kedua fluksi

Torsi yang bekerja pada piringan merupakan resultanta torsi elektromekanis dan torsi pegas yaitu:

Tg = Tem - k2; Tg = knߔ1ߔsSinࢲ – k2 [1,2,12]………...… ( 2.8)

dimana :

I = arus efektif yang mengalir dalam kumparan utama Is = arus pada kumparan lag

k2 = torsi pegas penahan

Tg = torsi gerak

Fluksi pada kutub tengah adalah jumlah fluksi-fluksi dari 2 kutub luar lainnya, juga dikurangi dengan penurunan arus pemagnetan untuk pengurangan frekuensi dan arus sirkit kumparan-lag tetap, efeknya adalah untuk kutub tengah dan fluksi-fluksi kutub non-lag menarik mendekati sefasa. Ini menurunkan rotasi piringan, menyebabkan arus pick-up naik, dan akhirnya menyebabkan efisiensi elektromagnet menjadi semakin turun sehingga tak beroperasi [1, 2, 12, 16].

Kurva arus-waktu Inverse didisain bekerja dengan arus sinusoidal, tidak dapat bekerja secara efektif dengan arus non sinusoidal yang mengandung komponen harmonisa. Arus pick-up baik arus fundamental maupun arus rms terdistorsi naik sesuai kenaikan THDi; hal ini dapat dilihat pada Tabel 2.4, Gambar 2.5 dan Gambar 2.6 berikut ini:

Tabel 2.4 Perubahan I1 dan It sesuai perubahan THDi [1] THDi(%) 6,00 35,31 46,08 68,99 70,65 85,86 I1(A) 1,10 1,14 1,22 1,34 1,40 1,46 It (A) 1,10 1,20 1,30 1,60 1,68 1,90

Gambar 2.5 THDi vs I1 [1]

Gambar 2.6 Kurva THDi vs It [1]

Demikian juga waktu operasi rele (ttrip) semakin lambat sesuai kenaikan THDi

sekalipun It tetap sebesar 2,00 A seperti diperlihatkan pada Tabel 2.5.dan Gambar 2.7 berikut ini :

Tabel 2.5 Perubahan ttrip sesuai perubahan THDi [1]

THDi(%) 6,43 27,45 35,12 59,50 65,23 85,20 ttrip(s) 4,63 5,27 5,98 8,68 9,58 14,96

Dari data pada Tabel 2.5 diatas dibentuk kurva Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Kurva Karakteristik arus-waktu [1]

Karakteristik Arus-Waktu Inverse Rele Arus Lebih Elektromekanis Untuk Arus Sinusoidal ttrip (detik) vs I1(A) .

Distorsi harmonisa menyebabkan kenaikan waktu trip rele sehingga

komponen sistem tenaga yang diproteksi oleh rele ini akan berpeluang menjadi panas dan akhirnya rusakdemikian juga koordinasi rele ini tidak dapat terealisasi secara sempurna.

2.8.2. Rele proteksi arus lebih statis

Sudah sejak beberapa tahun lalu rele statis ini digunakan menggantikan rele elektromekanis dan banyak digunakan pada sisi tegangan menengah 20 kV Gardu Induk 150 kV/20 kV. Rele statis ini mirip dengan rele elektromekanis dalam fungsinya dan dapat langsung menggantikan rele elektromekanis yang ada.

Adapun bentuk fisik dari rele statis ini dapat dilihat pada Gambar 2.8. berikut ini :

Gambar 2.8 Rele proteksi arus lebih statis

Kuantitas input sistem tenaga yang diukur oleh rele ini, berupa kuantitas analog yaitu arus, tegangan, sudut fasa, dan daya. Ini dibandingkan secara tunggal atau kombinasi dengan suatu referensi “setelan” level dan suatu keputusan digital (yes/no) dihasilkan dalam pengukuran ini. Jika rele ini tanpa rele tunda (time delay) maka rele ini adalah rele dengan karakteristik Inst [12].

2.8.2.1.Rele statis dengan waktu tunda (time delayed) Sirkit yang biasa dipakai adalah:

a. Sirkit konverter ac ke dc untuk mengkonversikan kuantitas input ac ke dc untuk pengukuran subsikuent dan komparasi.

b. Detektor Level membandingkan kuantitas analog input dengan suatu level dan memberikan perintah output digital ketika set level dilampaui.

c. Timers yang memberikan perintah waktu tunda apakah konstan atau proporsional dengan kuantitas input analog.

Tiap sirkit ini membentuk suatu bagian dari waktu tunda rele arus lebih seperti diperlihatkan dalam blok diagram Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Blog diagram rele arus lebih dengan waktu tunda [12]

Arus ac di konversikan ke tegangan dc dengan suatu transformator arus yang sesuai rasionya, jembatan penyearah (bridge rectifier) dan beban shunt resistif. Tegangan ini dibandingkan dengan suatu set level oleh detektor level 1 yang memberikan perintah start kepada timer ketika level di lampaui. Timer ini dilengkapi waktutetap (fixed time) untuk rele karakteristik arus-waktu definite atau waktu

inverse (terbalik) proporsional terhadap besar arus input untuk rele dengan

karakteristik arus-waktu inverse (terbalik).

Timer memuati kapasitor sedemikian rupa sehingga ketika muatan mencapai level set pada detektor level 2 kemudian memberikan sinyal kepada sirkit switching

output untuk selanjutnya trip. Untuk karateristik arus waktu Inst tidak melalui proses

Timer. Jadi pada rele statis untuk mentripkan kontak rele tidak memerlukan Torsi tapi proses kerja secara elektronik saja [12].

2.8.2.2.Rele statis yang diteliti

Ada pun spesifikasi teknis rele proteksi arus lebih statis yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

Pengenal: 1 A atau 5 A; 50 Hz; Kelas 10P Sumber tegangan: 220 volt /satu fasa/50Hz Kurva operasi (lihat Gambar kurva berikut):

Inverse time: Standard Inverse (SI); Very Inverse (VI)

dan Extremely Inverse (EI).

Definite Time 2 detik (D2); 4 detik (D4) dan 8 detik (D8)

Inst : < 1 detik tanpa time delay

Julat setting : 0,05 x In s/d 2,4 x In dalam step 0,05 x In

Rangkaian internal dari rele arus lebih statis ini diperlihatkan pada Gambar 2.10

Gambar 2.10 Rangkaian internal rele arus lebih statis [17]

2.8.2.3 Prinsip kerja

Perhatikan rangkaian internal arus lebih statis pada Gambar 2.10 : Jika terjadi gangguan misalnya gangguan hubung singkat di depan titik P1 maka tentu arus dari P2 ke P1 menjadi besar lebih besar dari arus nominalnya. Akibatnya arus di sekunder CT (transformator arus) atau dari titik S1 ke titik S2 menjadi lebih besar dari arus nominalnya dimana arus ini melebihi Arus setting (Is) rele. Arus ini masuk ke transformator IA lalu diproses di input circuit Ph. Karena melebihi Is lalu diproses di µC PhA (I >Is) disesuaikan dengan setting arus-waktu dan kurva yang dipilih apakah SI, VI atau EI atau DT atau Inst sehingga mengoperasikan output circuit Ph (sirkit keluaran Ph) dan mengenerjais kumparan trip rele RL1/2 dan kumparan trip rele RL2/2; dengan demikian saklar RL1-1 dan RL1-2 menjadi “ON “ demikian juga saklar RL2-1 dan RL2-2. Saklar RL1-1 dan RL1-2 adalah saklar untuk gangguan fasa dengan waktu tunda yaitu untuk kurva SI, VI dan EI serta DT sedangkan saklar RL2-1 dan RL2-2 untuk kurva gangguan fasa Inst. Demikian juga untuk IC dan E/F. Pada Rele ini dapat disetel atau di setting arus, waktu trip, kurva (SI, VI dan EI) dan kurva DT serta kurva Inst. Didalam proses kerja rele ini tidak ada bagian yang bergerak secara mekanis [17].

2.8.2.4.Kurva arus-waktu

Kurva arus-waktu merupakan kurva tempat kedudukan waktu trip rele sesuai besar arus yang masuk ke kumparan trip rele .

Kurva arus-waktu ini terdiri dari :

a. Kurva arus-waktu inverse, kurva arus-waktu Definite dan kurva arus-waktu Inst b. Kurva arus-waktu Inverse:

Kurva ini menyatakan bahwa semakin besar arus gangguan (arus ke kumparan trip rele = I) maka semakin cepat rele trip (ttrip) dan sebaliknya atau jika I naik

maka ttrip turun dan jika I turun maka ttrip naik .

c. Kurva ini terdiri dari 3 jenis yaitu

Kurva arus-waktu Standard Inverse (SI): kurva ini paling landai dibandingkan dengan kurva lainnya dimana untuk arus ke kumparan trip ≥ 30xIs (Is = arus

setting) waktu trip rele sudah tetap yaitu 2 detik.

d. Kurva arus-waktu Very Inverse (V I): kurva ini lebih landai dari pada kurva EI dimana untuk arus ke kumparan trip rele > 30 Is, waktu tripnya sudak tetap yaitu

0,46 detik.

e. Kurva arus-waktu Extremely Inverse (EI): kurva ini paling curam dibandingkan kurva lainnya dimana untuk arus ke kumparan trip rele ≥ 20Is, waktu tripnya sudah

tetap yaitu 0,2 detik .

Rumus menghitung waktu trip (ttrip, detik) [17]:

SI : ttrip = detik ………..……… (2. 9)

VI :

t

trip

=

detik………..……… (2.10)

EI :

t

trip

=

detik………..……… (2.11)

dimana : ttrip = waktu operasi rele atau waktu yang dibutuhkan rele mulai dari arus

gangguan masuk sampai dengan rele trip dalam satuan detik.

I = ………..……… (2.12)

Is = arus setting = arus dimana rele harus trip dalam waktu trip yang ditentukan

dalam perkalian arus nominal rele sehingga dapat dituliskan :

I

s

=

x

I

n……….…………...… (2.13)

dimana :

x

= konstanta pengali yaitu 0,05 s/d 2,4 dalam step 0,05 .

Kurva arus-waktu dari rele ini diperlihatkan pada Gambar 2.11. berikut ini:

Gambar 2.11 Kurva arus–waktu rele arus lebih statis [17]

Kurva Definite: berapa pun arus gangguan, waktu trip rele tetap sesuai setting apakah 2 detik; 4 detik atau 8 detik. Untuk kurva Inst waktu trip < 1 detik tanpa waktu tunda.

2.8.2.5.Penyetelan rele

Penyetelan (setting) ditentukan oleh posisi saklar mini pada bagian depan rele. Ada dua grup saklar pada tiap-tiap kutub rele; grup atas untuk penyetelan elemen waktu tunda dan grup bawah untuk penyetelan elemen Inst.

Saklar grup atas dibagi dalam 3 sub grup untuk penyetelan elemen waktu tunda, yaitu:

a. Saklar penyetelan arus waktu tunda, I=ΣxIn ; Σ = jumlah scalar

Ketujuh saklar biru atas digunakan untuk menyetel sensitivitas arus yang diperlukan. Tiap saklar dapat digeser ke kiri atau ke kanan, level penyetelan ditunjukkan oleh angka di sebelah kiri atau kanan saklar. Total penyetelan diperoleh dengan menjumlahkan nilai (angka) yang ditunjukkan tiap-tiap saklar penyetelan dan mampu disetel pada langkah 5% dari 0,05 s/d 2,4 x In.

b. Saklar Pilih Kurva

Ketiga saklar hitam grup atas digunakan untuk memilih kurva waktu yang dibutuhkan dari 3 pilihan kurva waktu inverse dan 3 kurva waktu definit dan 1 kurva waktu Inst.

c. Saklar Penyetelan Pengganda Waktu (Setting Time Multiplier) = x ttrip = Σ Enam

saklar biru yang berada dibagian bawah dari grup saklar atas digunakan untuk menyetel pengganda waktu yang dibutuhkan. Waktu yang disediakan tiap karakteristik operasi waktu tunda harus dikalikan dengan pengganda waktu agar diperoleh waktu operasi aktual dari kutub rele. Penyetelan diperoleh dengan penjumlahan angka yang ditunjukkan tiap saklar setel yaitu x ttrip = Σ.

Walaupun memungkinkan menyetel saklar untuk mendapatkan TMS (Time Multiplier Setting) 0,025 x ttrip, penyetelan ini tidak dapat jadi jaminan akan

ketelitiannya, karena hanya setelan dalam julat 0,05 s/d 1,0 x t yang harus digunakan.

d. Penyetelan Elemen Inst Iinst = Σ x Is

Grup terpisah sebelah bawah dari 6 saklar luncur biru digunakan untuk memilih setelan arus Inst yang dibutuhkan antara 1 x Is dan 31 x Is. Penyetelan terpilih =

jumlah angka yang ditunjukkan tiap saklar setelan.

Arus operasi dari elemen Inst = Setelan terpilih x Arus setelan waktu tunda. Jika elemen Inst pada kutub rele tidak dibutuhkan, maka semua saklar harus digeser ke kiri (menunjuk angka nol), atau saklar terbawah digeser ke kanan (menunjuk angka tak terhingga; ∞) [12,16,17]

Adapun petunjuk penyetelan rele ini adalah seperti berikut ini: Jenis Karakteristik Posisi Saklar

0 1 0

SI Standard Inverse 0 0 1 VI Very Inverse 0 0 0 EI Extremely Inverse 1 0

D2 Definite Time 2 s 0 0 1

D4 Definite Time 4 s 1

0 1

D8 Definite Time 8 s 0

1 1

arus ke kumparan trip dimana: ttrip = waktu operasi rele ( detik = s) ; I =

arus setting e. Contoh Penyetelan Rele

Saklar (0.1) 0,05 Is = (0,1 + 0,1 + 0,2 + 0,8) x In =

Setelan (0.1) 0 = 1,2 In

Arus (0.2) 0

(0.4) 0 Is = Σ x In

(0.4) 0

(0.4) 0

(0.8) 0

Saklar (0) 1 Kurva Standard Inverse

Pilih (0) 1

Kurva (0) 1

Saklar TMS (0.025) 0,05 TMS = ( 0,05 + 0,05 + 0,4 ) x (0) 0,05 = 0,5 x

(0) 0,1

(0) 0,2 x ttrip = Σ

(0) 0,2 (0) 0,4

Saklar (0) 1 Iinst = (8 + 2) x Is = 10 x 1,2 x In

Setelan (0) 2

Arus (0) 4 = 12 x In

Instantaneous (0) 8

(0) 16

(0) ∞

Jika pada setelan diatas, digunakan pada rele 1A, maka : Arus setelan = Is = 1,2 x 1 = 1,2 A

Kurva = Inverse Standard ; TMS = 0,5 x

Arus Setelan Inst = 12 x In = 12 x 1 = 12 A ( arus dalam nilai skunder)

2.9. Alat Ukur Harmonisa (Power Quality Analyzer = PQA)

Harmonisa merupakan distorsi periodik arus atau tegangan. Sinyal dapat merupakan suatu kombinasi berbagai gelombang sinus dengan frekuensi berbeda. Pengukuran Harmonisa Arus (THDi, It, Orde Harmonisa) dengan menggunakan peralatan Power Quality Analyser (PQA), dimana hasil dari pengukuran dapat dilihat pada Gambar 2.12, 2.13 dan 2.14.

Kontribusi tiap komponen ini terhadap sinyal penuh (full sinyal) seperti pada Gambar 2.12 berikut ini. Gambar 2.13. memperlihatkan sinyal harmonisa yang berisi THDi dan Harmonisa ke berapa saja yang berpengaruh. Sinyal tertinggi (100%) adalah sinusoidal murni fundamental dan lainnya adalah harmonisa ke 3; 5; 7; 9 dst s/d harmonisa ke 49. Pada Gambar 2.14 dapat diketahui besar arus efektif (It) yang

mengalir dalam beban dan rele [18].

Gambar 2.12 Persentase (%) distorsi harmonisa hasil pengukuran PQA

Gambar 2.13 Sinyal harmonisa yang berpengaruh hasil pengukuran PQA

Gambar 2.14 Arus efektif (It) hasil pengukuran PQA

2.10. Beban

Ada dua jenis beban listrik ditinjau dari sisi harmonisa yaitu beban linier dan non linier.

2.10.1. Beban linier

Beban linier adalah beban yang menghasilkan bentuk gelombang linier artinya beban ini tidak menarik gelombang arus yang non sinusoidal pada saat beban dienerjais oleh sumber sinusoidal sehingga arus yang mengalir berbanding lurus dengan rasio tegangan dengan impedansi. Contoh beban linier adalah lampu pijar , pemanas niklin dan resistor. Gambar 2.15. memperlihatkan perubahan tegangan sebanding dengan perubahan arus atau keduanya berubah secara linier, hal ini terjadi pada beban linier. Gambar 2.16. memperlihatkan bentuk gelombang arus dan

tegangan pada beban linier. Secara rangkaian listrik, misalnya : suatu rangkaian 3 fasa 4 kawat yang memasok beban linier dimana tegangan beban adalah fasa ke netral dengan besar tegangan yang sama dan berbeda sudut fasa 120o antar fasanya, seperti terlihat pada Gambar 2.17.

Arus (I)

Tegangan(V) Gambar 2.15 Kurva arus-tegangan beban linier [5]

Gambar 2.16 Bentuk gelombang arus dan tegangan beban linier cosφ =1 [5]

VR = V 0o; VS = V 120o; VT = V 240o

Gambar 2.17. Diagram fasor sistem 3 fasa 4 kawat beban linier setimbang [5]

Pada saat beban setimbang, maka nilai arus pada setiap fasa sama dan beda sudut fasa satu sama lain 120o. Pada keadaan beban setimbang seperti ini dapat dikatakan bahwa beban merupakan beban linier, sehingga arus di kawat netral sama dengan nol, seperti Persamaan arus berikut ini:

IR + IS + IT = IN = 0……….………….………… (2.14)

2.10.2. Beban non linier

Beban non linier adalah beban yang menyerap gelombang arus non sinusoidal pada saat dienerjais oleh sumber tegangan sinusoidal sehingga mengakibatkan bentuk gelombang keluarannya tidak sebanding dengan tegangan dalam setiap setengah siklus, sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluaran tidak sama dengan gelombang masukannya (mengalami distorsi) [5,9].

Gambar 2.18 ini merupakan contoh bentuk gelombang arus dan tegangan dengan beban non linier.

V, I

Gambar 2.18 Bentuk gelombang tegangan dan arus beban non linier

Apabila beban bersifat non linier maka arus fasa mengandung komponen harmonisa, sehingga arus di kawat netral tidak nol meskipun dalam keadaan beban seimbang.

IR + IS + IT ≠ 0 ………...……… (2.15)

Berikut ini beberapa contoh beban non linier yang banyak dipergunakan baik untuk keperluan rumah tangga maupun industri.

Arus beban non linier

Tegangan

t

Gambar 2.19 Jenis-jenis beban non linier [5]

Beban non linier dibagi menjadi 3 kelompok (seperti yang di tunjukkan pada Gambar 2.19 yaitu;

1. Peralatan ferromagnetik, contohnya; transformator, ballast, motor induksi dan peralatan sejenis lainnya.

2. Peralatan yang menggunakan busur api listrik (arcing devices), contohnya; tanur listrik (arc furnace)

3. Peralatan konverter elektronik (electronic converters), contohnya; penyearah (rectifier), inverter, charger, ballast elektronik, speed driver dan peralatan sejenis lainnya.

2.11. Indikator Harmonisa

Pengaruh Harmonisa terhadap rele arus lebih kenaikan distorsi harmonisa menyebabkan kenaikan arus total. Spektra harmonisa arus berubah meskipun nilai rms arus non sinusoidal tetap konstan dan waktu operasi rele berkurang sesuai kenaikan nilai THD arus [20].

Kenaikan distorsi harmonisa memandu kenaikan arus total. Jadi komponen sistem tenaga memungkinkan menjadi panas dan akhirnya bisa rusak. Selanjutnya

koordinasi rele ini tidak dapat direalisasikan secara sempurna untuk arus non-sinusoidal [1].

Distorsi bentuk gelombang mempengaruhi penampilan rele proteksi dan dapat menyebabkan rele beroperasi tidak sesuai setelan. Rele harus berfungsi secara tepat sekalipun ada distorsi harmonisa dalam arus beban.

2.11.1. Trip tepat

Penting untuk di tetapkan dalam pikiran bahwa tidak semua mutu daya berkaitan dengan kesalahan operasi sistem proteksi. Beberapa rele proteksi dengan

disainnya dipersiapkan untuk beroperasi dalam kondisi tidak normal tertentu termasuk mutu daya rendah. Misalnya operasi suatu rele tegangan rendah yang dapat menginisiasi urutan tripping selama tegangan sag atau intrupsi singkat. Tegangan tak seimbang panjang dapat juga membuat unit proteksi trip. Dalam kasus demikian, walaupun tripping disebabkan atau dipengaruhi oleh mutu daya, operasi sistem proteksi ini tetap sesuai setting.

Secara singkat dapat dinyatakan bahwa tipe distorsi ini mempengaruhi performans rele tapi tidak menyebabkan kesalahan operasi [3].

2.11.2. Trip tidak tepat

Distorsi harmonisa dapat menyebabkan operasi sistem proteksi tidak tepat. Ini karena kondisi mutu daya rendah dalam hal ini harmonisa menyebabkan rele menerima nilai input salah. Situasi sebaliknya juga memungkinkan ketika rele trip padahal seharusnya belum trip akibat distorsi harmonisa[3].

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan di PT PLN (Persero) UDIKLAT TUNTUNGAN MEDAN.

3.2. Rancangan Penelitian 3.2.1. Umum

Penelitian ini berupa penelitian terapan dan verifikatif untuk menguji kebenaran bahwa harmonisa mempengaruhi ketelitian operasi rele proteksi arus lebih tipe rele statis. Penelitian ini dari sifatnya dapat pula digolongkan kedalam penelitian expost facto, sebab hanya mengungkapkan gejala yang telah ada tanpa memberi perlakuan atau manipulasi terhadap data yang diteliti. Adapun yang akan diteliti meliputi hubungan THDi terhadap It, I1dan ttrip rele arus lebih statis pada beban non

linier (Lampu Hemat Energi). Hal ini dibandingkan dengan jika rele menerima arus dengan besar yang sama tapi harmonisa sekecil mungkin atau beban linier (Lampu pijar dan Strika Listrik atau beban dengan Cos ϕ = 1 alami). Setelah didapat data dan dibentuk kurvanya lalu dianalisis secara teori hubungan kinerja rele dengan harmonisa.

Hubungan antara THDi dengan arus ke kumparan trip rele dapat di analisis dengan menggunakan Persamaan (6), (12) dan (13) serta hubungan antara arus ke

kumparan trip rele dengan waktu trip rele di analisis menggunakan Persamaan (9), (10) dan (11) dan kurva arus-waktu Gambar 2.11 untuk waktu trip Definite dan waktu trip Instantataneous.

Rele disetel menurut kurva arus-waktu SI atau VI atau EI atau Definite atau Inst. Lalu rele di beri arus beban linier dan arus beban non linier secara bergantian. Waktu trip rele mestinya sesuai Persamaan (9) untuk kurva arus-waktu SI dan Persamaan (10) untuk kurva waktu VI serta Persamaan (11) untuk kurva arus-waktu EI demikian juga untuk kurva arus-arus-waktu Definite 2 detik atau 4 detik atau 8 detik serta untuk kurva arus-waktu Inst waktu trip rele < 1 detik.

Jika waktu trip rele tidak sesuai dengan tersebut diatas maka kinerja rele tidak baik. Kinerja rele adalah waktu setel trip rele menurut arus setelan yang diterima rele. Selanjutnya untuk mencapai tujuan penelitian sesuai pada sub bab 1.4. dilakukan hal berikut:

3.2.2. Analisis dampak harmonisa terhadap arus It dan arus I1

Untuk menganalisis dampak harmonisa terhadap arus efektif dan arus fundamental yang masuk kedalam kumparan trip rele dilakukan hal berikut ini:

a. Setelah data dikumpulkan sesuai sub bab 3.6 dan Tabel yang berisikan data THDi dan data It lalu dianalisis pengaruh harmonisa terhadap arus efektif yang

masuk ke kumparan trip rele (It) maka dibentuk kurva THDi vs It. Berdasarkan

kurva ini dapat dianalisis sesuai (Persamaan 6) jika kandungan harmonisa (THDi) semakin besar maka Itseharusnya juga berubah semakin besar.

b. Setelah data dikumpulkan sesuai sub bab 3.6 dan Tabel yang berisikan data THDi dan data I1 lalu dianalisis pengaruh harmonisa terhadap arus fundamental

yang masuk ke kumparan trip rele (I1) maka dibentuk kurva THDi vs I1. Berdasarkan kurva ini dapat dianalisis sesuai Persamaan (6) jika kandungan harmonisa (THDi) semakin besar maka I1seharusnya berubah semakin kecil. c. Dari kedua analisis diatas jelas bahwa jika THDi berubah maka It dan I1 berubah

.Dengan demikian jika kandungan harmonisa bertambah maka It juga bertambah tapi arus fundamentalI1 semakin kecil sekalipun tidak linier.

3.2.3. Analisis dampak harmonisa terhadap kinerja operasi rele dalam karakteristik arus-waktu Standard Inverse (SI)

Untuk menganalisis dampak harmonisa ini dilakukan hal berikut: Kinerja operasi rele sesuai penyetelan arus-waktu yang dilakukan pada rele. Penyetelan ini disesuaikan dengan jenis karakteristik arus-waktu rele yaitu karakteristik arus-waktu Standar Inverse (SI). Penyetelan rele ini berdasarkan arus fundamental I1. Untuk ini diperlukan data I1, It , I(I= I1/ Is; Is = arus setting), THDi dan ttrip. Data ini dapat

dikumpulkan sesuai sub bab 3.6 dan Tabel yang berisikan data THDi,I1,It, ttrip.

Berdasarkan data dan Tabel tersebut dibentuk kurva I1vs ttrip dan It vs ttrip. Sesuai

Persamaan (9), untuk karakteristik Standard Inverse (SI) bahwa ttrip berbanding

terbalik dengan I = I1/Is; yang berarti jika THDi naik dan It juga naik sedangkan I1 turun maka hal ini tentu berdampak pada ttrip yaitu waktu trip rele berbeda dari waktu

trip rele sesuai setting SI.

Kemudian bandingkan waktu trip rele ini ketika dibebani arus beban non linier dan arus beban linier. Jika berbeda maka dinyatakan bahwa harmonisa berdampak pada kinerja operasi rele dalam karakteristik arus waktu Standard Inverse ( SI).

3.2.4. Analisis dampak harmonisa terhadap kinerja operasi rele dalam karakteristik arus-waktu Very Inverse (VI)

Untuk menganalisis dampak harmonisa ini dilakukan hal berikut: Kinerja operasi rele sesuai penyetelan arus-waktu yang dilakukan pada rele. Penyetelan ini disesuaikan dengan jenis karakteristik arus-waktu rele yaitu karakteristik arus-waktu VI. Penyetelan rele ini berdasarkan arus fundamentalI1. Untuk ini diperlukan data I1, It, I(I= I1/ Is; Is = arus setting) , THDi dan ttrip. Data ini dapat dikumpulkan sesuai

sub bab 3.6 dan Tabel yang berisikan data THDi, I1, It, ttrip. Berdasarkan data dan

Tabel tersebut dibentuk kurva I1 vs ttrip dan It vs ttrip. Sesuai Persamaan (10) untuk

karakteristik VI bahwa ttrip berbanding terbalik dengan(I - 1); I= I1/Is ; yang berarti jika THDi naik dan It juga naik sedangkan I1 turun maka hal ini tentu saja berdampak

pada ttrip yaitu waktu trip rele berbeda dari waktu trip rele sesuai setting VI.

Kemudian bandingkan waktu trip rele ini ketika dibebani arus beban non linier dan beban linier. Jika berbeda maka dinyatakan bahwa harmonisa berdampak pada kinerja operasi rele dalam karakteristik arus waktu Very Inverse ( VI). ttrip pada

VI < ttrip pada SI.

3.2.5. Analisis dampak harmonisa terhadap kinerja operasi rele dalam karakteristik arus-waktu Extremely Inverse (EI)

Untuk menganalisis dampak harmonisa ini dilakukan hal berikut: Kinerja operasi rele sesuai penyetelan arus-waktu yang dilakukan pada rele. Penyetelan ini disesuaikan dengan jenis karakteristik arus-waktu rele yaitu karakteristik arus-waktu EI. Penyetelan rele ini berdasarkan arus fundamental I1. Untuk ini diperlukan data I1, It, I (I= I1/ Is; Is = arus setting), THDi dan ttrip. Data ini dikumpulkan sesuai sub bab

3.6 dan dimasukkan dalam Tabel. Berdasarkan data dan Tabel ini dibentuk kurva I1vs ttrip dan It vs ttrip. Sesuai Persamaan (11) untuk karakteristik EI bahwa ttrip

berbanding terbalik dengan (I2-1); I= I1/Is; yang berarti jika THDi naik dan It juga naik sedangkan I1 turun maka tentu saja hal ini berdampak pada ttrip yaitu waktu trip

rele berbeda dari waktu trip rele sesuai setting EI. Kemudian bandingkan waktu trip rele ini ketika dibebani arus beban non linier dan arus beban linier. Jika berbeda maka dinyatakan bahwa harmonisa berdampak pada kinerja operasi rele dalam karakteristik arus waktu Extremely Inverse. Sehingga jika dibandingkan ketiga karakteristik ini maka ttrip pada EI< ttrip pada VI < ttrip pada SI.

3.2.6. Analisis dampak harmonisa terhadap kinerja rele dalam karakteristik arus-waktu definite

Untuk menganalisis dampak harmonisa ini dilakukan hal berikut: Kinerja operasi rele sesuai penyetelan arus-waktu yang dilakukan pada rele. Penyetelan ini disesuaikan dengan jenis karakteristik arus-waktu rele yaitu karakteristik arus-waktu

Definite (D2; D4; D8). Penyetelan rele ini berdasarkan arus fundamental I1. Untuk ini diperlukan data I1, It, I(I= I1/ Is; Is = arus setting), THDi dan ttrip. Data ini

dikumpulkan sesuai sub bab 3.6 dan dimasukkan ke dalam Tabel . Berdasarkan data dan Tabel ini dibentuk kurva I1 vs ttrip dan Itvs ttrip.

Karakteristik arus waktu Definite ini sudah tetap yaitu ttrip tetap waktunya

berapapun besar arus gangguan yang lewat dalam kumparan trip rele. Waktu trip rele yaitu 2 detik, 4 detik, atau 8 detik sesuai penyetelan yang dilakukan pada rele. Sebagai pembanding dapatkan data untuk kurva arus waktu Definite pada beban linier Kemudian bandingkan waktu trip rele ini ketika dibebani arus beban non linier dan arus beban linier. Jika berbeda maka dinyatakan bahwa harmonisa berdampak pada kinerja operasi rele.

3.2.7. Analisis dampak harmonisa terhadap kinerja operasi rele dalam karakteristik arus-waktu Inst

Untuk menganalisis dampak harmonisa ini dilakukan hal berikut:

Kinerja operasi rele sesuai penyetelan arus waktu yang dilakukan pada rele. Penyetelan ini disesuaikan dengan jenis karakteristik arus waktu rele yaitu karakteristik arus waktu Inst. Penyetelan rele ini berdasarkan arus fundamental I1. Untuk ini diperlukan data I1, It, I (I= I1/ Is; Is = arus setting), THDi dan ttrip. Data ini

dapat dikumpulkan sesuai sub bab 3.6 dan dikumpulkan dalam Tabel. Berdasarkan data dan Tabel ini dibentuk kurva I1 vs ttrip dan It vs ttrip.

Karakteristik arus waktu Inst ini sudah tertentu yaitu ttrip tertentu waktunya

berapapun besar arus gangguan yang lewat dalam kumparan trip rele. Waktu trip

rele yaitu lebih kecil dari 1 detik. Sebagai pembanding dapatkan data untuk kurva arus waktu beban linier. Kemudian bandingkan waktu trip rele ini ketika

dibebani arus beban non linier dan arus beban linier. Jika berbeda maka dinyatakan bahwa harmonisa berdampak pada kinerja operasi rele.

3.3. Variabel yang Diamati

Variabel yang diamati meliputi arus fundamental (I1), Arus terdistorsi harmonisa (It), Waktu trip rele (ttrip) dan Total Harmonics Distortion arus (THDi)

dimana ke empat variabel ini saling mempengaruhi.

3.4. Populasi dan Sampel

Populasi penelitian ini adalah data dari pabrik yang digunakan dan spesifikasi teknis dari rele statis yang diteliti. Teknik pengambilan sampel yang digunakan adalah teknik non probabiliti sampling-sampling jenuh, semua anggota populasi digunakan sebagai sampel dan data ini merupakan data primer.

3.5. Instrumen Penelitian

Instrumen penelitian berupa alat rele arus lebih statis; PQA (Power Quality Analyzer); beban non linier atau sumber harmonisa dan beban linier atau bukan

Lampiran 11

Dampak Harmonisa Terhadap ttrip rele:Pada D dan Inst serta THDi 80%

Tabel 11.1 Data ketelitian pengukuran I1 pada D dan Inst serta THDi 80 %

Hasil ukur ke(n) = I1i (A):

1 2 3 4 5 I1av(A) μa I1 = I1av ± μa (A)

2,498 2,498 2,499 2,503 2,502 2,50 ± 0,00291 2,50 ± 0,00291 3,502 3,501 3,497 3,502 3,498 3,50 ± 0,00291 3,50 ± 0,00291 4,503 4,502 4,502 4,497 4,496 4,50 ± 0,00403 4,50 ± 0,00403 5,504 5,502 5,499 5,497 5,498 5,50 ± 0,00362 5,50 ± 0,00362 6,501 6,503 6,501 6,497 6,492 6,50 ± 0,00304 6,50 ± 0,00304 7,502 7,501 7,501 7,498 7,498 7,50 ± 0,00233 7,50 ± 0,00233 9,503 9,497 9,501 9,497 9,502 9,50 ± 0,00352 9,50 ± 0,00352 10,002 9,997 10,002 9,997 10,002 10,00 ± 0,00341 10,00 ± 0,00341 12,497 12,498 12,502 12,502 12,501 12,50 ± 0,00291 12,50 ± 0,00291 15,002 14,997 15,001 14,997 15,003 15,00 ± 0,00352 15,00 ± 0,00352 D dan Inst = Definite dan Instantaneous

Ketidakpastian untuk tingkat kepercayaan 95% pada n-1 = 4 adalah t = 2,78

 

Lampiran ( Lanjutan )

b. Data Hasil Ukur It dan Ketelitian Pengukuran It Pada D dan Inst serta THDi 80%

Tabel 11.2 Data ketelitian pengukuran It pada D dan Inst serta THDi 80 %

Hasil ukur ke(n) = Iti (A):

1 2 3 4 5 Itav(A) μa It = Itav ± μa (A)

3,548 3,49 3,548 3,553 3,552 3,55 ± 0,00291 3,55 ± 0,00291 4,978 4,983 4,978 4,978 4,983 4,98 ± 0,00341 4,98 ± 0,00341 6,418 6,418 6,424 6,423 6,417 6,42 ± 0,00403 6,42 ± 0,00403 8,023 8,024 8,023 8,028 8,027 8,025 ± 0,00291 8,025 ± 0,00291 9,551 9,556 9,551 9,556 9,551 9,553 ± 0,00341 9,553 ± 0,00341 11,273 11,272 11,278 11,279 11,273 11,275 ± 0,00403 11,275 ± 0,00403 13,307 13,308 13,313 13,313 13,309 13,31 ± 0,00352 13,31 ± 0,00352 14,785 14,786 14,785 14,790 14,789 14,787 ± 0,00291 14,787 ± 0,00291 18,533 18,533 18,538 18,533 18,538 18,535 ± 0,00341 18,535 ± 0,00341 22,328 22,329 22,331 22,331 22,331 22,33 ± 0,00176 22,330 ± 0,00176 D dan Inst = Definite dan Instantaneous

Ketidakpastian untuk tingkat kepercayaan 95% pada n-1 = 4 adalah t = 2,78

Lampiran ( Lanjutan )

c1. Data ttrip ukur dan Ketelitian Pengukuran ttrip Pada D2 dan THDi 80% Tabel 11.3 Data ketelitian pengukuran ttripukur pada D2 dan THDi 80 %

Hasil ukur ke(n) = ttui (s):

1 2 3 4 5 ttuav(s) μa ttu= ttuav ± μa (s) 2,037 2,042 2,042 2,042 2,037 2,04 ± 0,00341 2,04 ± 0,00341 2,028 2,029 2,028 2,032 2,033 2,03 ± 0,00291 2,03 ± 0,00291 2,016 2,024 2,016 2,023 2,021 2,02 ± 0,00473 2,02 ± 0,00473 2,006 2,014 2,006 2,013 2,011 2,01 ± 0,00473 2,01 ± 0,00473 2,009 2,008 2,01 2,011 2,011 2,01 ± 0,00176 2,01 ± 0,00176 2,038 2,036 2,042 2,042 2,042 2,04 ± 0,00352 2,04 ± 0,00352 2,037 2,038 2,043 2,043 2,039 2,04 ± 0,00352 2,04 ± 0,00352 2,018 2,017 2,021 2,021 2,022 2,02 ± 0,00291 2,02 ± 0,00291 1,988 1,988 1,992 1,992 1,992 1,99 ± 0,00233 1,99 ± 0,00233 1,957 1,958 1,961 1,962 1,962 1,96 ± 0,00291 1,96 ± 0,00291 Ketidakpastian untuk tingkat kepercayaan 95% pada n-1 = 4 adalah t = 2,78

Lampiran ( Lanjutan )

c2. Data ttrip ukur dan Ketelitian Pengukuran ttrip Pada D4 dan THDi 80% Tabel 11.4 Data ketelitian pengukuran ttripukur pada D4 dan THDi 80 %

Hasil ukur ke(n) = ttui(s):

1 2 3 4 5 ttuav(s) μa ttu= ttuav ± μa (s) 4,077 4,082 4,082 4,082 4,077 4,08 ± 0,00341 4,08 ± 0,00341 4,058 4,059 4,058 4,062 4,063 4,06 ± 0,00291 4,06 ± 0,00291 4,016 4,018 4,022 4,022 4,022 4,02 ± 0,00352 4,02 ± 0,00352

4,011 4,012 4,012 4,008 4,007 4,01 ± 0,00291 4,01 ± 0,00291 3,979 3,978 3,981 3,981 3,981 3,98 ± 0,00176 3,98 ± 0,00176 3,948 3,946 3,952 3,952 3,952 3,95 ± 0,00352 3,95 ± 0,00352

3,917 3,922 3,917 3,923 3,921 3,92 ± 0,00352 3,92 ± 0,00352 3,918 3,917 3,921 3,921 3,922 3,92 ± 0,00291 3,92 ± 0,00291 3,878 3,878 3,892 3,891 3,891 3,89 ± 0,00233 3,89 ± 0,00233 3,887 3,888 3,891 3,892 3,892 3,89 ± 0,00291 3,89 ± 0,00291 Ketidakpastian untuk tingkat kepercayaan 95% pada n-1 = 4 adalah t = 2,78

Lampiran ( Lanjutan )

c3. Data ttrip ukur dan Ketelitian Pengukuran ttrip Pada D8 dan THDi 80% Tabel 11.5 Data ketelitian pengukuran ttripukur pada D8 dan THDi 80 %

Hasil ukur ke(n) = ttui (s):

1 2 3 4 5 ttuav(s) μa ttu= ttuav ± μa (s) 8,218 8,219 8,218 8,222 8,223 8,22 ± 0,00341 8,22 ± 0,00341 8,188 8,189 8,188 8,192 8,193 8,19 ± 0,00291 8,19 ± 0,00291 8,136 8,138 8,142 8,142 8,142 8,14 ± 0,00352 8,14 ± 0,00352

8,079 8,078 8,078 8,082 8,083 8,08 ± 0,00291 8,08 ± 0,00291 8,039 8,038 8,041 8,041 8,041 8,04 ± 0,00176 8,04 ± 0,00176

7,948 7,946 7,952 7,952 7,952 7,95 ± 0,00352 7,95 ± 0,00352 7,913 7,912 7,907 7,907 7,911 7,91 ± 0,00362 7,91 ± 0,00362 7,858 7,857 7,861 7,862 7,862 7,86 ± 0,00291 7,86 ± 0,00291 7,818 7,818 7,821 7,821 7,821 7,82 ± 0,00233 7,82 ± 0,00233 7,777 7,778 7,781 7,782 7,782 7,78 ± 0,00291 7,78 ± 0,00291 Ketidakpastian untuk tingkat kepercayaan 95% pada n-1 = 4 adalah t = 2,78

Lampiran ( Lanjutan )

c4. Data ttrip ukur dan Ketelitian Pengukuran ttrip Pada Inst dan THDi 80% Tabel 11.6 Data ketelitian pengukuran ttripukur pada Inst dan THDi 80 %

Hasil ukur ke(n) = ttui (s):

1 2 3 4 5 ttuav(s) μa ttu= ttuav ± μa (s) 0,0206 0,0208 0,0209 0,0206 0,0206 0,0207 ± 0,000176 0,0207 ± 0,000176 0,0208 0,0205 0,0205 0,0207 0,0205 0,0206 ± 0,000176 0,0206 ± 0,000176 0,0204 0,0204 0,0206 0,0203 0,0203 0,0204 ± 0,000152 0,0204 ± 0,000152 0,0203 0,0204 0,0203 0,0203 0,0202 0,0203 ± 0,000088 0,0203 ± 0,000088 0,0203 0,0203 0,0202 0,0204 0,0203 0,0203 ± 0,000088 0,0203 ± 0,000088 0,0201 0,0203 0,0204 0,0201 0,0201 0,0202 ± 0,000176 0,0202 ± 0,000176 0,0199 0,0199 0,0197 0,0200 0,0200 0,0199 ± 0,000152 0,0199 ± 0,000152 0,0199 0,0199 0,0198 0,0198 0,0201 0,0199 ± 0,000152 0,0199 ± 0,000152 0,0198 0,0198 0,0195 0,0196 0,0198 0,0197 ± 0,000176 0,0197 ± 0,000176 0,0193 0,0194 0,0196 0,0196 0,0196 0,0195 ± 0,000176 0,0195 ± 0,000176 Ketidakpastian untuk tingkat kepercayaan 95% pada n-1 = 4 adalah t = 2,78