6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Transformator Daya

  Politeknik Negeri Sriwijaya

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Transformator Daya

  Transformator ini merupakan suatu alat listrik statis, yang dipergunakan untuk memindahkan daya dari satu rangkaian ke rangkaian lain dengan mengubah tegangan tanpa mengubah frekuensi.

  Dalam bentuknya yang paling sederhana transformator terdiri atas dua kumparan dan satu induktansi mutual.Kumparan primer adalah yang menerima daya, dan kumparan sekunder tersambung pada beban.Kedua kumparan dibelit pada suatu inti yang terdiri atas material magnetik berlaminasi.

  Landasan fisik transformator adalah induktansi mutual (timabal balik) antara kedua rangkaian yang dihubungkan oleh suatu fluks magnetik bersama yang melewati suatu jalur dengan reluktansi rendah. Kedua kumparan memiliki induktansi mutual yang tinggi. Jika satu kumparan disambung pada suatu sumber tegangan bolak balik, suatu fluks bolak balik, suatu fluks bolak balik terjadi di dalam inti bereliminasi ,yang sebagian besar akan mengait pada kumparan lainnya,dan di dalamnya akan terinduksi suatu gaya-gerak-listrik(ggl) sesuai dengan hukum-hukum induksi elektromagnetik Faraday, yaitu:

  1 E =M. .......................................................................................................... (2.1)

  dimana : E = gaya gerak listrik yang diinduksikan M = induktansi mutual

  Bilamana rangkaian sekunder ditutup,suatu arus akanmengalir dan dari

kumparan dengan demikian energy listrik dipindah(sepenuhnya secaraMagnetik)

primer ke kumparan sekunder

  Politeknik Negeri Sriwijaya

  2 Gambar 2.1 Transformator

  Transformator dibuat dengan sebuah kumparan primer kumparan primer dan satu atau lebih kumparansekunder.Kumparan sekunder yang kedua dapat dinamakanlilitan tertier(berarti”ketiga”),dan sekunderketiga dapat dinamakan lilitan kuartener( berarti”keempat”).Tetapi lebih biasa menamakan lilitan tersebut sesuai fungsi atau tegangannya jadi,sebuah transformator dapat dikatakan mempunyai sebuah primer,sebuah sekunder tegangan tinggi.

  Untuk menghasilkan sebuah Transformator yang mempunyai efisiensi tinggidanjumlah lilitan miimum,maka kumparan primer dan sekundernya dililitkan pada suatu inti besi atau bahan lainnya yang mempunyai permeabilitas yang tinggi.Hasilnya,jika transformator bekerja,maka pada inti besi tersebut akan

  3 dihasilkan medan magnetik yangbergerak secara rapat.

2.2 Proteksi Transformator Daya

  Relay pengaman transformator daya harus dapat mendeteksi adanya sumber gangguan yang beradadi dalam maupun di luar transformator yang berada di daerah pengamannya. Di samping itu adanya gangguan di luar daerah pengamannya bila rele yang terkait tidak bekerja salah satu rele pada transformator harus bekerja.

  Politeknik Negeri Sriwijaya Pengaman transformator daya pada gambar 2.2 pada umumnya meliputi :

  4 Gambar 2.2 Pengaman Transformator Daya

  2.2.1 Relay Buchholz Transformator daya kesemuanya menggunakan minyak transformator sebagai bahan isolasidan juga sebagai bahan pendingin perantara. Minyak isolasi komposisinya terutama dari hidrokarbon dari jenis paraffin( + 2 ) dengan

  2

  2

  tiruan dari kompon aromatik. Terutama isolasi padat yang terdapat pada transformator, pengatur tegangan, reaktor dan sebagainya, dasarnya ialah senyawa dari selulosa ( ) dan air , kemudian biasanya ditambah adaftif organik

  6

  10

  5

  supaya stabil.Bahan ini akan terurai karena dua macam proses yaitu bila terjadi pemanasan ataupun karena busur listrik.Relay untuk mengamankan hal ini ialah

  5 relay buchholz.

  Apabila gangguan dalam transformator berkembang secara perlahan

• – lahan, maka panas yang dihasilkan adalah setempat, dalam hal ini maka bahan isolasi padat maupun cair akan terurai menghasilkan gas yang dapat menyala. Gas ini akan naik ke atas transformator dan mengalir ke konservator dan berhenti di relay
₄ buchholz.

  Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya

  6

  2.2.2 Relay Suhu Lilitan Untuk mengamankan terhadap suhu yang berlebihan bila terjadi beban lebih, kerusakan sistem pendingin ataupun untuk mengatur kipas yang beroperasi diperlukan relay suhu.

  Instrumen kedua yang sering digunakan untuk mengatur suhu lilitan dengan pemanasan bayangan.Dalam hal ini tabung isi air raksa ditempatkan pada kantong spesial dalam minyak panas dekat sisi atas transformator.Tabung diletakkan disekitar pemanas kecil yang dihubungkan dengan transformator arus yang mendapat sumber arus dari kumparan lilitan transformator.Instrumen ini menunjukkan suhu minyak sisi atas transformator ditambah suhu akibat pertambahan beban transformator. Dua buah instrumen pengukur suhu lilitan umumnya dipasang di transformator dengan dua buah kotak air raksa. Sebuah untuk menstart kipas angin serta pompa sirkulasi minyak dan alarm, sedang sabuah lagi digunakan untuk alarm dan mengetrip pemutus beban sisi sekunder. Penyetelan tipikal instrumen ini adalah : Alarm 110 ° Trip 125°

  7

  2.2.3 Relay Diferensial Berdasarkan survei kebeberapa perusahaan listrik, relay diferensial digunakan sebagai pengaman hubung singkat untuk transformator daya tiga fasa dimulai pada 5000 KVA ke atas, sedangkan berdasarkan standar PLN no 51 bagian C, relay ini digunakan mulai kapasitas 30 MVA ke atas. Dalam hal ini relay diferensial yang digunakan ialah relay diferensial persentase.

  Relay diferensial memberi perintah untuk membuka kedua pemutus beban dan memberi sinyal serta alarm. Jika relay buchholz mendeteksi semua gangguan yang terjadi di dalam minyak, tetapi terdapat kemungkinan terjadi flashover diatas minyak pada bushing, walaupun praktis semua gangguan jenis ini mengandung gangguan tanah, tetapi pada umumnya pada transformator yang besar diperlukan ₆ pengaman persen diferensial dengan kecepatan tinggi yang akan mendeteksi

  Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya terjadinya flashover dan juga menghilangkan gangguan yang besar lainnya lebih cepat dari pada relay buchholz.

  Hal-hal yang perlu dipertimbangkan pada pengaman diferensial transformator adalah :

  1. Penentuan rasio dari trafo arus.

  2. Sambungan relay diferensial.

  3. Penentuan tiap sadapan trafo arus pembantu.

  4. Penentuan mismatch.

  5. Penentuan setting.

  2.2.4 Relay Arus Lebih Relay akan pick up bila arus yang melalui relay melebihi setting relay. Relay arus lebih pada pengaman transformator juga digunakan sebagai pengaman cadangan terhadap gangguan di dalam maupun diluar daerah pengaman. Bila relay tersebut di sisi primer maka dapat berfungsi seperti yang dinyatakan di atas, tetapi untuk relay arus lebih yang ada pada sisi sekunder hanyaah sebagai pengaman

  8 cadangan dipenyulangnya .

  Penyebab arus lebih adalah : 1.

  Beban Lebih.

  9 2.

  Arus Hubung Singkat.

  2.2.5 Relay Gangguan Tanah (Pengaman Tangki Tanah) Pengaman tangki ini juga dikenal sebagai pengaman Howard. Jika tangki transformator diisolasi dengan tanah dimana tahanan isolasinya minimum 10 ohm, relay gangguan tanah dapat diperlengkapi dengan sambungan relay arus lebih pada sekunder transformator arus, sedang sisi primernya dihubungkan antara ₈ tangki dan tanah, lihat gambar 2.3.

  Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya Untuk menjaga supaya tidak terjadi kesalahan kerja waktu terjadi gangguan di luar daerah pengamannya, maka disarankan setting 30% dari arus gangguan ke

  10 tanah minimum.

  11 Gambar 2.3Karakteristik Pengaman Lebur

2.3 Gangguan Pada Transformator Daya

  Gangguan yang berpengaruh terhadap kerusakan transformator todak hanya karena adanya gangguan didalam transformator atau di dalam daerah

  12 pengaman transformator, tetapi juga adanya di luar daerah pengaman.

2.3.1 Gangguan di luar daerah pengamannya

  Gangguan di luar daerah pengamanan transformator daya ini sering terjadi dan dapat merupakan beban lebih, hubung singkat satu fasa ke tanah maupun gangguan antar fasa. Gangguan ini pada daerah ini mempunyai pengaruh terhadap transformator ini, sehingga transformator harus dilepaskan/dipisahkan bila gangguan tersebut terjadi setelah waktu tertentu untuk memberi kesempatan ₁₀ pengamanan daerah yang terganggu bekerja. Kondisi beban lebih yang berlanjut

  

Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

hal.109.

  Politeknik Negeri Sriwijaya dapat dideteksi dengan relay thermal atau termometer yang memberi sinyal sehingga dapat mengatur ataupun mengadakanmanipulasi jaringan sehingga beban berkurang, tetapi bila perlu diputuskan suplainya.

  Untuk kondisi gangguan diluar daerahnya misalnya gangguan hubung singkat pada rel atau gangguan hubung singkat di saluran keluarnya, maka relay arus lebih dengan perlambatan waktu atau sekring digunakan sebagai pengamannya.Koordinasi yang baik untuk pengaman cadangan transformator ini perlu diciptakan terhadap pengaman daerah berikutnya yang terkait.Pengaman utama dari transformator ini dibuat sedemikian rupa sehingga tidak boleh bekerja

  13 terhadap gangguan tersebut di atas.

2.3.2 Gangguan di daerah pengamannya

  Pengaman utama transformator daya ditujukan sebagai pengaman di dalam daerah pengamanannya. Gangguan di dalam sangat serius dan selalu ada resiko terjadinya kebakaran; gangguan dalam dapat digolongkan menjadi dua kelompok,

  14

  yaitu : Kelompok (a)

• Gangguan listrik akan dengan segera menyebabkan kerusakan yang serius tetapi pada umumnya dapat dideteksi oleh adanya arus atau tegangan yang tidak seimbang, diantaranya : 1.

  Gangguan satu fasa atau antar fasa pada sisi tegangan tinggi atau tegangan rendah di terminal luar.

  2. Gangguan satu fasa atau antar fasa pada lilitan sisi tegangan tinggi atau tegangan rendah.

  3. Hubung singkat antar lilitan di sisi tegangan tinggi atau tegangan rendah.

  4. Gangguan tanah pada lilitan tersier, atau hubung singkat antar bekitan di ₁₃ lilitan tersier.

  

Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya Kelompok (b)

• Apa yang dinamakan gangguan “incipien” ialah suatu gangguan yang dimulai gangguan yang kecil atau tidak berarti, namun secara lambat akan menimbulkan kerusakan. Gangguan ini tidak dapat dideteksi adanya tegangan atau bertambah

  15

  besarnya arus pada ujung lilitan. Yang ternasuk gangguan lilitan ini ialah : 1.

  Sambungan secara elektris dari konduktor jelek dan gangguan inti misalnya tembusnya lapisan isolasi inti serta baut atau ring klem kurang kencang, yang akan menimbulkan busur yang terbatas pada minyak.

2. Gangguan sistem pendingin, yang akan menyebabkan pemanasan lebih walaupun bebannya belum mencapai nominal.

  3. Sehubungan butir 2 adalah kemungkinan kurang minyak atau tersumbatnyaaliran minyak sehingga menimbulkan pemanasan setempat pada lilitan.

  4. Gangguan dari pengatur tegangan dan pembagian beban yang tidak baik antara transformator yang bekerja paralel, yang akan menyebabkan pemanasan lebih karena adanya arus sirkulasi.

  Secara umum untuk gangguan pada kelompok (a) sangat penting bahwa peralatan yang terganggu harus secepat mungkin dipisahkan setelah terjadi gangguan, tidak hanya untuk membatasi kerusakan transformator daya tersebut tetapi juga membatasi lama waktu tegangan sistem turun. Bila tegangan turun telalu lama dapat menimbulkan hilangnya sinkronisasi antar mesin, bila hal ini terjadi arus lebih yang besar akan muncul karena adanya lepas sinkron dari unit pembangkit sehingga akan ada relay yang salah kerja menyebabkan gangguan yang beruntun. Gangguan pada kelompok (b) tidak merupakan hal yang serius pada masa gangguan incipient, tetapi dapat menjadi gangguan yang parah tergantung dari waktu, maka juga harus dihilangkan secepat mungkin. Dalam hal ₁₅ bila pengaman untuk kelompok (a) tidak mampu mengamankan gangguan pada

  Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya kelompok (b), maka pengaman untuk kelompok (b) tidak perlu mendeteksi gangguan pada terminal dan untuk menghilangkan gangguan tidak perlu secepat seperti gangguan pada kelompok (a).Inilah merupakan filosofo dasar pengamanan transformator daya, dan ini artinya bahwa pengamanan kelompok (a) dan

  16 kelompok (b) bukan merupakan alternatif tetapi saling mendukung.

2.4 Trafo Arus

  Trafo arus atau current transformer adalah peralatan padasistem tenaga listrik yang berupa trafo yang digunakan untuk pengukuranarus yang besarnya hingga ratusan ampere dan arus yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Di samping untuk pengukuran arus, trafo arus juga digunakan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh,dan relay proteksi. Kumparan primer trafo dihubungkan seri dengan rangkaian atau jaringan yang akan diukur arusnya sedangkan kumparansekunder dihubungkan dengan meter atau dengan rele proteksi.

  17 Gambar 2.4 Rangkaian Trafo Arus

  Prinsip kerja trafo arus sama dengan trafo daya satu fasa. Bila padakumparan primer mengalir arus , maka pada kumparan timbul gaya

  

1

  gerak magnet sebesar Gaya gerak ini memproduksi fluks pada inti, dan fluks ini

  1

  1

  membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Bilaterminal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus . Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet padakumparan sekunder. Pada ₁₆

  1

  2

  2 Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004, Politeknik Negeri Sriwijaya trafo arus biasa dipasang burden pada bagiansekunder yang berfungsi sebagai impedansi beban, sehingga trafo tidak benar-benar short circuit. Apabila trafo adalah trafo ideal, maka berlakupersamaan :

  18

  = .................................................................................................. (2.2) ₁

  1

  1

  2

  2

  19

  = / ..................................................................................................... (2.3) ₂

  2

1 Dimana :

  :Jumlah belitan kumparan primer

  1

  : Jumlah belitan kumparan primer

  2

  : Arus kumparan primer

  1

  : Arus kumparan sekunder

  2

  2.5 Pemutus Tenaga

  Circuit breaker (CB) atau pemutus tanaga (PMT) merupakan peralatan saklar/switching mekanis,yang mampu menutup,mengalirkan dan memutus arus beban dalam kondisi normal serta mampu menutup,mengalirkan (dalam periode waktu tertentu) dan memutus arus beban dalam spesifik kondis abnormal/gangguan seperti kondisi short circuit/hubung singkat.

  Fungsi utamanya adalah sebagai alat pembuka atau penutup suatu rangkaian listrik dalam kondisi berbeban,serta mampu membuka atau menutup saat terjadi arus gangguan (hubung singkat) pada jaringan atau peralatan lain.

  2.6Syarat-Syarat Relay Pengaman

  Syarat-syarat agar peralatan relay pengaman dapat dikatakan bekerja dengan

  20

  baik dan benar adalah : 1.

  Cepat Bereaksi Relay harus cepat bereaksi / bekerja bila sistem mengalami gangguan atau kerja ₁₈ abnormal.Kecepatan bereaksi dari relay adalah saat relay muIai merasakan adanya ₁₉ Sigit Dwi Anggoro, “Trafo Arus” , Scribd, 2000, hal. 1.

  Ibid

  Politeknik Negeri Sriwijaya gangguan sampai dengan pelaksanaan pelepasan circuit breaker (C.B) karena komando dari relay tersebut. Waktu bereaksi ini harus diusahakan secepat mungkin sehingga dapat menghindari kerusakan pada alat serta membatasi daerah yang mengalami gangguan / kerja abnormal. Mengingat suatu sistem tenaga mempunyai batas-batas stabiIitas serta kadang-kadang gangguan sistem bersifat sementara, maka relay yang semestinya bereaksi dengan cepat kerjanya perlu diperlambat (time delay).

  2. Selektif Yang dimaksud dengan selektif disini adalah kecermatan pemilihan dalam mengadakan pengamanan, dimana haI ini menyangkut koordinasi pengamanan dari sistem secara keseluruhan.Untuk rnendapatkan keandalan yang tinggi, maka relay pengaman harus mempunyai kemampuan selektif yang baik. Dengan demikian, segala tindakannya akan tepat dan akibatnya gangguan dapat dieliminir menjadi sekecil mungkin.

  3. Peka / Sensitif Relay harus dapat bekerja dengan kepekaan yang tinggi, artinya harus cukup sensitif terhadap gangguan didaerahnya meskipun gangguan tersebut minimum, selanjutnya memberikan jawaban / response .

  4. Andal / ReliabiIity Keandalan relay dihitung dengan jumlah relay bekerja / mengamankan daerahnya terhadap jumlah gangguan yang terjadi. Keandalan relay dikatakan cukup baik bila mempunyai harga : 90 % - 99 %. Misal, dalam satu tahun terjadi gangguan sebanyak 25 X dan relay dapat bekerja dengan sempurna sebanyak 23 X, maka :

  23

  keandaIan relay = × 100 % = 92 %

25 Keandalan dapat di bagi 2 : 1) dependability : relay harus dapat diandalkan setiap saat.

  2) security : tidak boleh salah kerja / tidak boleh bekerja yang bukan seharusya bekerja.

5. Sederhana / simplicity

  Makin sederhana sistem relay semakin baik, mengingat setiap peraIatan /

  Politeknik Negeri Sriwijaya maksudnya kemungkinan terjadinya kerusakan kecil (tidak sering mengalami kerusakan).

6. Murah / economy

  Relay sebaiknya yang murah, tanpa meninggaIkan persyaratan-persyaratan yang telah tersebut di atas.) Sederhana dan Ekonomis

• Untuk mendapatkan penyetelan yang memenuhi semua kriteria atas adakalanya sulit dicapai, yaitu terutama antara selektif dan cepat sehingga adakalanya harus diadakan kompromi.

  Kita sadari pula bahwa sistem pengaman tidak dapat sempurna walaupun sudah diusahakan pemilihan jenis relay yang baik dan penyetelan yang baik, tetapi nasih sering gagal bekerja.

  Hal yang menimbulkan kegagalan pengaman dapat dikelompokkan sebagai

  21

  berikut : 1.

  Kegagalan pada relay itu sendiri.

  2. Kegagalan suplai arus dan/atau tegangan ke relay tegangannya rangkaian suplai ke relay dari trafo tersebut terbuka atau terhubung singkat.

  3. Kegagalan sistem suplai arus searah untuk triping pemutus tenaga. Hal ini dapat disebabkan baterai lemah karena kurang perawatan.

  4. Kegagalan pada pemutus tenaga. Kegagalan ini dapat disebabkan karena kumparan trip tidak menerima suplai, kerusakan mekanis ataupun kegagalan pemutusan arus karena besarnya arus hubung singkat melampaui kemampuan dari pemutusan tenaganya.

  Karena adanya kemungkinan kegagalan pada 17ystem pengaman maka harus dapat di atasi yaitu dengan penggunaan pengaman cadangan (Back up ₂₁ Protection).

  Ir.H.Hazairi n Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya Dengan demikian pengamanan menurut fungsinya dapat dikelompokkan menjadi beberapa yaitu :

  1. Pengaman utama yang pada umumnya selektif dan cepat, dan malah jenis mempunyai sifat selektif mutlak misalnya relay diferensial.

  2. Pengaman cadangan, umumnya mempunyai perlambatan waktu hal ini untuk memberikan kesempatan kepada pengaman utama bekerja lebih dahulu, dan jika pengaman utama gagal, baru pengaman cadangan bekerja dan relay ini tidak seselektif pengaman utama. Pada pengaman cadangan dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu: 1.

  Pengaman cadangan setempat, yang berfungsi menginformasikan adanya gangguan tersebut kepada seluruh pemutus tenaga (PMT) yang terkait dengan kegagalan sistem pengaman sehingga pemutus tenaganya tidak membuka.

  2. Pengaman cadangan remote.

  Dalam hal ini bila terdapat kegagalan suatu pengaman maka pengaman di sisihulunya harus dapat mendeteksi kemudian bekerja dengan suatu perlambatan waktu. Di samping hal di atas pada sistem pengamanan kita kenal apa yang disebut daerah pengaman (Protection Zone), dalam hal ini semua komponen peralatan dalam sistem tenaga listrik harus termasuk di dalam daerah pengamanan, sehingga tidak ada daerah yang mati. Dalam menetukan kaidah penyetelan relay, kesemua hal di atas menjadi suatu pertimbangan. Mengingat pada sistem distribusi pengamanannya hanyalah relay arus lebih maka setiap relay berfungsi sebagai pengaman utama di daerahnya dan sebagai pengaman cadangan di seksi berikutnya. Sehingga jangkauan relay ini harus dapat mencapaisatu seksi berikutnya dalam keadaan gangguan yang minimum.

  22

22 Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya

2.7 Prinsip Dasar Kerja Relay

  Untuk merencanakan maupun mengevaluasi cara kerja sistem, perlulah kita mengetahui cara kerja/prinsip dasar kerja relay beserta sifat

• – sifatnya. Semua relay mempunyai input berupa besaran (arus atau tegangan) atau beberapa besaran input.

  Pada pembahasan selanjutnya, disini adalah response pada beberapa besaran listrik yang menggerakkannya.

• Pengertian
• – pengertian

  Relay disebut beroperasi/bekerja bila kontak

• – kontak yang terdapat pada relay tersebut bergerak membuka atau menutup dari suatu kondisi mula (tertutup atau terbuka).

  Kontak

• – kontak yang mempunyai posisi tertutup pada kondisi belum bekerja dan kemudian relay bekerja sehingga mengakibatkan kontak
• – kontak tersebut membuka, maka ko
• – kontak tersebut dinamakan kontak terbuka dan sesuai dengan standar internasional di beri simbol “a” contact, untuk yang sebaliknya disebut contact. Sebagai ilustrasi dapat dijelaskan seperti pada gambar berikut ini.

  23 Gambar 2.5 Gambar Rangkaian Relay Kontak Terbuka

  Pada gambar 2.5 ₂₃ rangkaian KL terbuka, maka relay “Ry” dalam kondisi

  Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik,

  Politeknik Negeri Sriwijaya deenergize, sehingga rangkaian X-Y terbuka karena kontak relay Ry adalah kontak terbuka (“a”).

  24 Gambar 2.6 Gambar Rangkaian Relay Kontak Tertutup

  Demikian pula untuk rangkaian pada gambar 2.5 bila rangkaian SR terbuka, maka relay Ry dalam kondisi deenergize, sehingga rangkaian m-n tertutup, karena kontak relay Ry adalah kontak tertutup (“b”).

  Bila relay mulai bekerja untuk membuka kontak “b” atau menutup kontak “a” disebut “pick up” dan harga besaran terkecil yang menentukan kerja tersebut yang didapatkan dari nol terus dinaikkan secara perlahan

• – lahan sampai suatu harga tertentu sehingga relay bekerja disebut harga “pick up”.

  Sedangkan bila relay mulai bekerja untuk menutup kontak “b” atau bergerak untuk berhenti pada posisi kontak “b” disebut “reset”, dan harga terbesar yang menyebabkan relay tersebut bergerak dengan cara memperkecil besaran input secara perlahan – lahan “reset”.

  Bila suatu relay mulai bekerja untuk membuka kontak “a” tap bukan reset, disebut “drops out”, harga terbesar sehingga drops out terjadi disebut harga “drops out”.

24 Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,hal

  Politeknik Negeri Sriwijaya

2.8 Jenis – Jenis Relay Proteksi

2.8.1 Relay arah (Directional Relay)

  Pada dasarnya relay ini menggunakan prinsip dasar induksi dengan satu besaran input, terlihat bahea gaya/torsi tergantung dari hubungan relatif sudut phasa antara dan .

  1

2 Untuk relay jenis didapat dari sumber yang berlainan dengan sumber .

  Pada

  1

  2

  25

  relay arah induksi ini besaran input terdiri dari : 1.

  Besaran penggerak – arus.

2. Besaran pembanding (referensi atau polarizing) – arus atau tegangan.

  26 Persyratan relay arah yang harus dipenuhi yaitu : Waktu kerja relay harus cepat; 20 – 40 ms.

• Relay harus dapat pick up pada daya yang kecil. Relay harus masih dapat
• pick up dengan arah yang betul pada tegangan yang rendah (2,6 V).
• keadaan normal sehingga beban dari CT/PT tetap kecil.

  Konsumsi dari kumparan tegangan dan arus harus sekecil mungkin pada

• yaitu kd = 0,9 – 1.

  Relay harus mempunyai harga perbandingan drop out dan pick up (kd) tinggi,

• kumparan arus dialiri arus.

  Relay arah tidak boleh bekerja sendiri kalau rangkaian tegangan hilang dan

• dalam operasinya dan berukuran kecil.

  Relay arah sebaiknya sederhana. konstruksinya, sehingga dapat diandalkan

2.8.2 Relay diferensial

  Relay diferensial mempunyai bentuk yang bermacam

• – macam tergantung dari peralatan yang diamankan. Pengertian diferensial itu sendiri mengandung unsur membedakan satu dengan lainnya semua besaran yang masuk ke relay.
₂₅ Batasan relay diferensial menurut Mason adalah sebagai berikut :

  Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik,

  Politeknik Negeri Sriwijaya

  

Relay diferensial adalah suatu relay yang bekerja bila ada perbedaan vektor

dari dua besaran listrik atau lebih yang melebihi besaran yang telah

ditentukan.

  Dengan demikian setiap jenis relay, bila dihubungkan dengan cara tertentu dapat dibuat bekerja seperti relay diferensial. Dengan kata lain tidak begitu banyak susunan relay yang telah dihubungkan dengan satu cara tertentu dalam sirkuit yang membuat relay tersebut bekerja sebagai suatu relay diferensial

27 Jenis relay diferensial yaitu :

• Relay ini menggunakan besaran

  Relay Arus Diferensial

• – besaran arus yang masuk dan yang keluar dari peralatan yang diamankan untuk dibandingkan di dalam sirkuit diferensial. Setiap perbedaan arus digunakan untuk menggunakan relay tersebut. Dengan demikian arus masing – masing fasa dibandingkan.
• Relay diferensial mempunyai ciri kerja yang hampir sama dengan relay arus diferensial, hanya saja rangkaian diferensialnya melalui kumparan penahan (restraining coil).

  Relay Persentase Diferensial

  28 Sifat pengaman dengan relay diferensial yaitu :

   Sangat efektif dan cepat, tidak perlu dikoordinasi dengan relay lain.  Sebagai pengaman utama. 

  Tidak dapat digunakan sebagai pengaman cadangan untuk seksi/daerah berikutnya. 

  Daerah pengamannya dibatasi oleh pasangan trafo arus dimana relay diferensial dipasang.

  Penggunaan relay diferensial adalah sebagai berikut :  ₂₇ Pengaman generator.

  Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,hal.36,37,dan 39.

  Politeknik Negeri Sriwijaya  Pengaman trafo daya.  Pengaman motor – motor yang kapasitasnya besar. 

  Pengaman saluran transmisi yang pendek

2.8.3 Relay jarak

  Jenis rele yang paling menarik dan banyak dibicarakan terdapat pada jenis group relay jarak dalam relay jarak, terdapat keseimbangan antara tegangan dan arus, dam perbandingannya dinyatakan dalam impedansi

• – impedansi yang merupakan ukuran listrik untuk jarak suatu saluran transmisi. Dan relay jarak disebut juga relay impedansi.

  Pada umumnya yang disebut impedansi dapat berupa tahanan resistansi saja (R), reaktansi (X) atau kombinasi dari keduanya. Dalam terminologi relay pengaman, impedansi relay mempunyai karakteristik yang berhubungan dengan

  29 seluruh komponen impedansi.

  30 Hal

• – hal yang mempengaruhi ketelitian relay jarak yaitu :
• didasarkan pada impedansi saluran yang diamankan, maka

  Penyetelan ketelitiannya dipengaruhi oleh data SUTT nya. Pengukuran dilakukan pada sisi sekunder dari CT/PT, sehingga sangat

• dipengaruhi oleh ketelitian dari CT/PT nya.
• Kesalahan/ketelitian dari sistem pengaman relay jarak karena hal

  Ketelitian dari relay sendiri.

• – hal tersebut diatas pada umumnya diambil 10 – 15%.

  Disamping hal

• – hal tersebut diatas, masih terdapat hal – hal lainnya yaitu :

   Adanya tahanan busur. Karakteristik dari relay.

   Adanya kapasitor pada saluran transmisi.

   ₂₉ Adanya mutual coupling pada gangguan satu phasa ke tanah.

   Ir.H.Ha zairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya

  2.8.3.1 Jenis relay impedansi

  Telah dibicarakan bahwa jenis relay impedansi berhubungan dengan seluruh elemen impedansi. Torsi yang dihasilkan oleh elemen arus diseimbangkan dengan torsi hasil dari elemen tegangan.

  Elemen arus menghasilkan torsi positif (pick up) sedangkan elemen tegangan menghasilkan torsi negatif (reset), sehingga impedansi dapat dikatakan sebagai “Relay arus lebih tegangan penahan” (Voltage restrained over current).

  31 Gambar 2.7 Karakteristik Waktu Relay Impedansi Unit Arah :

  Guna mengetahui letak gangguan agar selektifitas terpenuhi, maka “relay impedansi” dilengkapi dengan “relay unit arah” yang terhubung secara seri dengan relay imepdansi. Sehingga beban tidak akan trip karena di blok oleh relay arah.

  2.8.3.2 Relay reaktansi

  Unit relay reaktansi didalam relay jarak jenis reaktansi ini mempunyai pengaruh suatu elemen arus lebih yang membangkitkan torsi positif dan elemen arah arus tegangan yang dapat melawan atau membantu elemen arus lebih, yang ₃₁ mana semua itu tergantung dari pada sudut fasa antara arus dengan tegangan.

  

Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya Berikut adalah karakteristik dari relay reaktansi :

  32 Gambar 2.8 Karakteristik Relay Reaktansi

2.8.4 Relay arus lebih

  Relay arus lebih adalah suatu relay yang bekerjanya didasarkan adanya kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengamanan tertentu dan dalam jangka waktu tertentu, sehingga relay ini dapat dipakai sebagai pola pengamanan arus lebih.

  Keuntungan dan fungsi Relay Arus Lebih : Sederhana dan murah.

• Mudah penyetelannya.
• Merupakan relay pengaman utama dan cadangan.
• Mengamankan gangguan hubung singkat antar fasa maupun hubung singkat
• satu fasa ke tanah dan dalam beberapa hal dapat digunakan sebagai pengaman beban lebih (overload).

  Pengamanan utama pada jaringan distribusi dan sub transmisi radial.

• Pengamanan cadangan untuk generator, trfo tenaga dan saluran transmisi
• 32

  Ir.H.Hazairin Sa maulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya Prinsip kerjanya :

  Elektro mekanis

• Statik 

2.8.5 Relay tegangan

  Relay ini bekerja dengan menggunakan tegangan sebagai besaran ukur, disini relay akan bekerja jika tegangan yang terdeteksi melebihi/dibawah tegangan

  33

  settingnya. Oleh karena itu relay tegangan diklasifikasikan dalam 2 jenis yaitu : 1.

  Relay Tegangan Lebih (Over Voltage Relay = OVR) .

  Bekerja berdasarkan kenaikan tegangan mencapai/melebihi nilai settingnya.

  2. Relay Tegangan Kurang (Under Voltage Relay = UVR) Bekerja berdasarkan turunnya tegangan mencapai/dibawah nilai settingnya.

  34 Aplikasi relay tegangan : 1.

  Over Voltage Relay (OVR) adalah pengaman tegangan lebih pada sistem pembangkit maupun jaringan, yaitu sebagai pengaman gangguan tanah (pergeseran titik netral) pada jaringan yang disuplai dari trafo tenaga dimana titik netral nya ditanahkan melalui tahanan tinggi atau sistem mengambang.

  2. Under Voltage Relay (UVR) berfungsi mencegah starting motor bila suplai tegangan turun, dan dalam pengaman sistem dapat dikombinasikan dengan relay frekuensi kurang. Prinsip kerja relay tegangan : Prinsip/azas kerja relay tegangan yang banyak digunakan adalah :

   Elektromekanik (induksi piringan)  Elektronik/statik

  Prinsip kerja relay tegangan tipe elektro mekanik adalah tegangan ₃₃ yangdipasang pada relay akan menimbulkan arus pada kumparan utama, dan

  

Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

hal. 64 dan 65.

  Politeknik Negeri Sriwijaya bilamana arus ini melampaui harga tertentu maka akan menghasilkan torsi pada piringan yang dapat berputar dapat menutup kontaknya. Jarak kontak dapat diatur, yang berfungsi untuk memilih karakteristik relay (Time dial) atau Time Multiple Setting (TMS).

2.8.6 Relay frekuensi

  Frekuensi merupakan salah satu parameter yang dapat menunjukkan keadaan yang tidak normal pada suatu sistem tenaga listrik. Berkurangnya daya pembangkit akan mengakibatkan turunnya putaran pembangkit dan turunnya frekuensi sistem, keadaan ini mutlak perlu dihindari sebab akan menganggu kestabilan dari sistem tenaga listrik, hal ini dapat diatasi dengan memasang pengaman khusus yaitu relay frekuensi menurun.

  Pemilihan relay ini perlu ditinjau kemampuannya dan ada beberapa yang

  

35

perlu diperhatikan dan dipertimbangkan.

  1. Bagi relay pengaman sangat penting untuk mengetahui keadaan tidak normaldan kemudian mengamankannya dengan memperhatikan kemampuan untuk kembali kekeadaan semula/normal secara otomatis.

  2. Kemampuan selektif suatu keadaan normal harus segera kembali kekeadaan normalnya dengan cara pelepasan beban seminimum mungkin setelah gangguan terjadi.

  3. Kepekaan relay harus bekerja sedemikian telitinya sehingga pada keadaan bagaimanapun kekurangan pembangkitan dapat dirasakan dan dengan kecepatan kerja tertentu.

  4. Waktu kerja. Dalam hal tertentu relay harus bekerja dalam waktu singkat dan dalam keadaan lain relay dapat juga bekerja dalam waktu tertunda (time delay), yang mana semua ini ditentukan oleh keadaan sistem dan kecepatan kerja dari alat

• – lat pada sistem tersebut.
Politeknik Negeri Sriwijaya Pada umumnya relay frekuensi ini digunakan untuk :
• Mendeteksi frekuensi sistem tenaga listrik atau generator.
• Menjaga frekuensi sistem tenaga atau generator pada suatu harga tertentu.
• Melepaskan beban lebih bila frekuensi turun di bawah harga yang telah disetting.

2.9 Bagian Umum Dari Suatu Relay Pengaman

  Relay pengaman umumnya terdiri dari tiga bagian seperti pada gambar berikut :

Gambar 2.9 Bagian Umum Dari Suatu Pengaman

  36 1.

  Bagian perasa (sensing element) Pada bagian ini, perubahan dari besaran ukur yang dirasakan selanjutnya diteruskan ke bagian pembanding.

  2. Bagian pembanding (comparing element) Yang akan membandingkan dan menentukan apakah besaran ukur itu masih dalam keadaan normal atau tidak.

  3. Bagian kontrol Pada bagian ini pembukaan circuit breaker (PMT) atau pemberi tanda/signal diatur dan dilaksanakan.

  Relay arus lebih adalah relay yang bekerja berdasarkan arus, yang mana relay ini akan bekerja apabila terjadi arus yang melampaui batas tertentu yang telah

   Bagian perasa Bagian pembanding Bagian kontrol

2.10 Relay Arus Lebih

  Politeknik Negeri Sriwijaya ditetapkan yang disebut arus kerja atau arus setting relay. Relay arus lebih mempunyai bermacam-macam karakteristik kerja arus waktu kerjanya, maka relay arus lebih dapat dibedakan atas beberapa jenis yaitu :

  2.10.1 Relayarus lebih seketika (moment)

  Relay arus lebih dengan karakteristik waktu kerja seketika(moment) ialah jika jangka waktu relay mulai saat rele arus pick up sampai selesainya kerja relay sangat singkat (20~100 ms),yaitu tanpa penundaan waktu rele ini umumnya di kombinasikan dengan relay arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu(definite time) atau waktu terbalik(inverse time)dan hanya dalam beberapa hal berdiri

  37 sendiri secara khusus.

  38 Gambar 2.10 Karakteristik Instantaneous Relay

  2.10.2 Definite time relay (Waktu Tunda Relay)

  Relay arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu ialah jika jangka waktu mulai rele arus pick up sampai selesainya kerja relay di perpanjang dengan nilai tertentu dan tidak tergantung dari besarnya arus yang menggerakkan.

37 Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004,

  Politeknik Negeri Sriwijaya

  39 Gambar 2.11Karakteristik Defenite Time Relay

2.10.3 Inverse time relay (Relay Waktu Terbalik)

  Relay dengan karakteristik waktu terbalik adalah jika jangka waktu mulai rele arus pick up sampai selesainya kerja rele diperpanjang dengan besrnya nilai yang berbanding terbalik dengan arus yang menggerakkannya.Bentuk perbandingan terbalik dari waktu arus ini sangat bermacam-macam tetapi dapat digolongkan menjadi: 1.

   Standart inverse (normaly inverse).

  2. Very inverse.

  3. Extermely inverse.

  40 Gambar 2.12 Karakteristik Invers Time Relay

39 Ir.H.Hazairin Samaulah, “Proteksi Transformator Daya”, Sistem Proteksi Tenaga Listrik, 2004, hal. 54.

  Politeknik Negeri Sriwijaya

  2.11 Perhitungan Arus Gangguan

  Untuk menghitung impedansi dalam persen atau per unit dapat dihitung dengan persamaan berikut : ₂

  〖 (Impedansi (%) × [Tegangan (kv )]

  41

  = .......................................................... (2.4)

   Daya MVA × 100

  Bila impedansi komponen-komponen adalah dan arus gangguan

  1, 2,

  adalah , , dan , tegangan gangguan adalah , dan , serta

  1

  2

  1

  2

  tegangan fasa sebelum gangguan adalah , maka tegangan dan arus komponen

  1

  simetris dinyatakan oleh rumus-rumus seperti tertera di bawah ini :

  42

  1

  = = ................................................................................................... (2.5)

  1 ₁

  2.12 Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Impedansi yang digunakan adalah impedansi urutan positif ekivalen Z1.

  Tegangannya adalah V fasa. Perhitungan arus gangguan hubung singkat 3 fasa dapat dihitung dengan menggunakan rumus ₂₀₀₀₀

  V

  43

  3 I = = ..................................................................................... (2.6) f 3fasa Z Z _{1eq 1eq}

  Dimana : I = Arus Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa

  f3fasa

  V = Tegangan Fasa-Netral Z = Impedansi Z1 Ekivalen

  1eq

  41 Dr.A.Arismunandar dan Dr.S.Kuwahara, “Cara Menghitung Hubung Singkat”, Teknik Tenaga ₄₂ Listrik Jilid II, 1993, hal. 71.

  Ibid, hal. 73.

  Politeknik Negeri Sriwijaya

2.13 Perhitungan Setting Relay Arus Lebih

  Pada tahap berikutnya,hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat dipergunakan untuk menentukan nilai setelan arus lebih,terutama nilai setelan TMS (Time Multiple Setting),dari relay arus lebih dengan karekteristik invers.Disampiing itu setelan nilai relay diperoleh,nilai-nilai arus gangguan hubung singkat pada setiap lokasi gangguan yang diasumsikan dipakai untuk memeriksa relay arus lebih.

2.13.1 Arus setting

  Perhitungan relay dalam menentukan besarnya arus setting dan waktu harus terlebih dahulu diketahui besar arus nominal saluran ( ) yang ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

  44

  = ..................................................................................................(2.7)

  3 ×

  Dimana :

  P = Daya Nominal

  = Tegangan pada jaringan

  V Sesuai british standar untuk rele invers biasa di setting 1,05

• – 1.3 x Ibeban.Rumus yang digunakan untuk menghitung setelan arus pada sisi primer yaitu :

  45

  = 1,05 x Ibeban ........................................................................... (2.8)

  ( )

  Setelah mendapatkan nilai setelan arus sisi primer,untuk mendapatkan nilai setelan sekunder yang di setkan pada rele arus lebih,maka harus dihitung dengan menggunakan data rasio trafo arus yang terpasang di penyulang ₄₄ tersebut,yaitu sebagai beikut:

  

Ir.Wahyudi Sarimun,N.,M.T., “Fuse Untuk Pengaman Trafo Tenaga”, Proteksi Sistem Distribusi

Tenaga Listrik, 2012, hal. 219.

  Politeknik Negeri Sriwijaya

  1

  46

  = x ............................................................ (2.9)

  ( ) ( )

  Dimana : Iset (primer) = Arus yang disetting di primer Iset (sekunder) = Arus yang disetting di sekunder Rasio CT = Setting trafo yang dipasang dipenyulang

2.13.2 Setting waktu (TMS)

  Waktu operasi rele merupakan waktu operasi yang dibutuhkan rele untuk memutuskan pemutus tenaga setelah arus gangguan yang masuk ke rele melalui transformator arus melebihi arus penyetelan.Hubungan untuk arus dan waktu untuk beberapa kareteristik ditunjukkan dalam persamaan berikut: _0,02

  −1

  47

  tms = ..................................................................................... (2.10)

  0,14

  Dimana : t = Waktu (penyulang = 02-0,4 detik) Waktu (Trafo = 0,7-1 detik) Ifault = Arus Gangguan Iset = Arus Setting

46 Ir.Yanuar Hakim,Msc. ,“Koordinasi Relay Arus Lebih Dan Ground”, Feeder Protection, 2003, hal.

  29.