BAB II TINJAUAN PUSTAKA 1.1. Umum - ANALISA ARUS HUBUNG SINGKAT PADA JARINGAN TEGANGAN MENENGAH 20 kV UNTUK MENENTUKAN KARAKTERSITIK RELAY ARUS LEBIH DI GARDU INDUK TALANG KELAPA PT. PLN (PERSERO) - POLSRI REPOSITORY
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
1.1. Umum
Secara umum pengertian sistem proteksi ialah cara untuk mencegah atau membatasi kerusakan peralatan tehadap gangguan, sehingga kelangsungan penyaluran tenaga listrik dapat dipertahankan.
Sistem proteksi penyulang tegangan menengah ialah pengamanan yang terdapat pada sel-sel tegangan menengah di Gardu Induk dan pengaman yang terdapat pada jaringan tegangan menengah. Penyulang tegangan menengah ialah penyulang tenaga listrik yang berfungsi untuk mendistribusikan tenaga listrik tegangan menengah (6 kV – 20 kV), yang terdiri dari :
- Saluran udara tegangan menengah (SUTM)
- Saluran kabel tegangan menengah (SKTM)
1.1.1. Tujuan Sistem Proteksi
Gangguan pada sistem distribusi tenaga listrik hampir seluruhnya merupakan gangguan hubung singkat, yang akan menimbulkan arus yang cukup besar. Semakin besar sistemnya semakin besar gangguannya. Arus yang besar bila tidak segera dihilangkan akan merusak peralatan yang dilalui arus gangguan. Untuk melepaskan daerah yang terganggu itu maka diperlukan suatu sistem proteksi, yang pada dasarnya adalah alat pengaman yang bertujuan untuk melepaskan atau membuka sistem yang terganggu, sehingga arus gangguan ini akan padam. Adapun tujuan dari sistem proteksi antara lain :
- Untuk menghindari atau mengurangi kerusakan akibat gangguan pada peralatan yang terganggu atau peralatan yang dilalui oleh arus gangguan.
- Untuk melokalisir (mengisolir) daerah gangguan menjadi sekecil mungkin..
1.1.2. Persyaratan Sistem Proteksi
Tujuan utama sistem proteksi adalah :
1. Mendeteksi kondisi abnormal (gangguan)
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir 2. Mengisolir peralatan yang terganggu dari sistem.
Persyaratan terpenting dari sistem proteksi yaitu :
A. Kepekaan (sensitivity) Pada prinsipnya relay harus cukup peka sehingga dapat mendeteksi gangguan di kawasan pengamanannya, termasuk kawasan pengamanan cadangan- jauhnya, meskipun dalam kondisi yang memberikan deviasi yang minimum.
Untuk relay arus-lebih hubung-singkat yang bertugas pula sebagai pengaman cadangan jauh bagi seksi berikutnya, relay itu harus dapat mendeteksi arus gangguan hubung singkat dua fasa yang terjadi diujung akhir seksi berikutnya dalam kondisi pembangkitan minimum.
Sebagai pengaman peralatan seperti motor, generator atau trafo, relay yang peka dapat mendeteksi gangguan pada tingkatan yang masih dini sehingga dapat membatasi kerusakan. Bagi peralatan seperti tsb diatas hal ini sangat penting karena jika gangguan itu sampai merusak besi laminasi stator atau inti trafo, maka perbaikannya akan sangat sukar dan mahal.
Sebagai pengaman gangguan tanah pada SUTM, relay yang kurang peka menyebabkan banyak gangguan tanah, dalam bentuk sentuhan dengan pohon yang tertiup angin, yang tidak bisa terdeteksi. Akibatnya, busur apinya berlangsung lama dan dapat menyambar ke fasa lain, maka relay hubung-singkat yang akan bekerja. Gangguan sedemikian bisa terjadi berulang kali di tempat yang sama yang dapat mengakibatkan kawat cepat putus. Sebaliknya, jika terlalu peka, relay akan terlalu sering trip untuk gangguan yang sangat kecil yang mungkin bisa hilang sendiri atau risikonya dapat diabaikan atau dapat diterima.
B. Dependability Ada 3 aspek :
1. Dependability Yaitu tingkat kepastian bekerjanya (Keandalan kemampuan bekerjanya). Pada prinsipnya pengaman harus dapat diandalkan bekerjanya (dapat mendeteksi dan melepaskan bagian yang terganggu), tidak boleh gagal bekerja. Dengan kata lain perkataan dependability-nya harus tinggi.
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
2. Security Yaitu tingkat kepastian untuk tidak salah kerja (keandalan untuk tidak salah kerja). Salah kerja adalah kerja yang semestinya tidak harus kerja, misalnya karena lokasi gangguan di luar kawasan pengamanannya atau sama sekali tidak ada gangguan atau kerja yang terlalu cepat atau terlalu lambat. Salah kerja mengakibatkan pemadaman yang sebenarnya tidak perlu terjadi. Jadi pada prinsipnya pengaman tidak boleh salah kerja, dengan lain perkataan security-nya harus tinggi.
3. Availabilty Yaitu perbandingan antara waktu di mana pengaman dalam keadaan berfungsi/siap kerja dan waktu total dalam operasinya.
Dengan relay elektromekanis, jika rusak/tak berfungsi, tak diketahui segera. Baru diketahui dan diperbaiki atau diganti. Disamping itu, sistem proteksi yang baik juga juga dilengkapi dengan kemampuan mendeteksi terputusnya sirkit trip, sirkit sekunder arus, dan sirkit sekunder tegangan serta hilangnya tegangan serta hilangnya tegangan searah (DC voltage), dan memberikan alarm sehingga bisa diperbaiki, sebelum kegagalan proteksi dalam gangguan yang sesungguhnya, benar-benar terjadi. Jadi availabilit y dan keandalannya tinggi.
C. Selektifitas ( Selectivity ) Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin yaitu hanya seksi atau peralatan yang terganggu saja yang termasuk dalam kawasan pengamanan utamanya. Pengamanan sedemikian disebut pengaman yang selektif.
Jadi relay harus dapat membedakan apakah :
1. Gangguan terletak di kawasan pengamanan utamanya dimana ia harus bekerja cepat.
2. Gangguan terletak di seksi berikutnya dimana ia harus bekerja dengan waktu tunda (sebagai pengaman cadangan) atau menahan diri untuk tidak trip.
3. Gangguannya diluar daerah pengamanannya, atau sama sekali tidak ada gangguan, dimana ia tidak harus bekerja sama sekali.
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
Untuk itu relay-relay, yang didalam sistem terletak secara seri, di koordinir dengan mengatur peningkatan waktu (time grading) atau peningkatan setting arus (current grading), atau gabungan dari keduanya.
Untuk itulah rele dibuat dengan bermacam-macam jenis dan karakteristiknya. Dengan pemilihan jenis dan karakteristik rele yang tepat, spesifikasi trafo arus yang benar, serta penentuan setting rele yang terkoordinir dengan baik, selektifitas yang baik dapat diperoleh.
Pengaman utama yang memerlukan kepekaan dan kecepatan yang tinggi, seperti pengaman transformator tenaga, generator, dan busbar pada sistem tegangan ekstra tinggi (TET) dibuat berdasarkan prinsip kerja yang mempunyai kawasan pengamanan yang batasnya sangat jelas dan pasti, dan tidak sensitif terhadap gangguan diluar kawasannya, sehingga sangat selektif, tapi tidak bisa memberikan pengamanan cadangan bagi seksi berikutnya. Contohnya pengaman differensial.
D. Kecepatan ( Speed ) Untuk memperkecil kerugian/kerusakan akibat gangguan, maka bagian yang terganggu harus dipisahkan secepat mungkin dari bagian sistem lainnya.
Waktu total pembebasan sistem dari gangguan adalah waktu sejak munculnya gangguan, sampai bagian yang terganggu benar-benar terpisah dari bagian sistem lainnya. Kecepatan itu penting untuk:
1. Menghindari kerusakan secara thermis pada peralatan yang dilalui arus gangguan serta membatasi kerusakan pada alat yang terganggu.
2. Mempertahankan kestabilan sistem
3. Membatasi ionisasi (busur api) pada gangguan disaluran udara yang akan berarti memperbesar kemungkinan berhasilnya penutupan balik PMT (reclosing) dan mempersingkat dead timenya (interval waktu antara buka dan tutup). Untuk menciptakan selektifitas yang baik, mungkin saja suatu pengaman terpaksa diberi waktu tunda (td) namun waktu tunda tersebut harus sesingkat mungkin (seperlunya saja) dengan memperhitungkan resikonya.
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
2.2. Komponen Simetris
Pada tahun 1913, metode komponen simetris telah dikembangkan oleh Charles L. Fortescue dari Westinghouse saat menyelidiki pengoperasian motor induksi pada kondisi suplai tidak seimbang. Kemudian pada konvensi tahunan ke –
34 AIEE tanggal 28 juni 1918 di antlantic City, Ia menyajikan makalah yang berjudul “Method of Symmetrical Co-ordinates Applied to the Solution of Polyphase Networks.” Yang kemudian dipublikasikan oleh AIEE Transactions, Volume 37, Part II, halaman 1027 – 1140. Metode komponen simetris digunakan untuk memahami dan menganalisis operasi sistem tenaga listrik pada kondisi tidak seimbang. Berbagai jenis ketidakseimbangan pada sistem tenaga listrik disebabkan oleh gangguan antara phasa dan/atau ke bumi ( fasa ke fasa, dua fasa ke tanah, satu fasa ke tanah ), fasa terbuka, impedansi tidak seimbang dan kombinasinya.
Metode komponen simetris digunakan untuk menguraikan suatu sistem tidak seimbang yang terdiri atas n buah fasor yang berhubungan menjadi n buah sistem fasor yang seimbang. Pada sistem tiga fasa, tiga fasor tidak seimbang dapat diuraikan menjadi tiga sistem fasor yang seimbang. Ketiga komponen seimbang pada komponen simetris adalah : 1. Komponen urutan positif.
2. Komponen urutan negatif.
3. Komponen urutan nol.
Ketiga himpunan komponen semetris dinyatakan dengan subskrip tambahan 1 untuk komponen urutan positif, 2 untuk komponen urutan negatif, dan 0 untuk komponen urutan nol. Komponen urutan positif dari V a , V b , dan V c adalah V a1, V b1, dan V c1 . Demikian pula untuk komponen urutan negative adalah V a2,
V b2, dan V c2 .
a0, b0, c0
Sedangkan komponen urutan nol adalah V V dan V .
2.2.1. Komponen urutan positif
Komponen urutan ini terdiri dari tiga fasor yang sama besar, terpisah 120 satu sama lain dan mempunyai urutan fasa yang sama dengan fasor aslinya. Gambar
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
dibawah menunjukkan fasor komponen urutan positif dengan urutan fasa sistem tenaga listrik abc. Arah putaran fasor berlawanan dengan arah jarum jam.
Pada pergeseran sudut, akan lebih mudah menggunakan unit fasor dengan pergeseran sudut 120 dalam arah yang berlawanan dengan arah jarum jam. Hal ini dinamakan sebagai operator fortescue,
Gambar 2.1. Fasor tegangan urutan positifFasor tegangan urutan positif memiliki pola yang sama dengan fasor arus urutan positif, oleh karena itu pengaturan urutan positif dapat diperiksa kebenarannya sebagai berikut :
2.2.2. Komponen urutan negatif
Komponen urutan ini terdiri dari tiga fasor yang sama besar, terpisah 120 satu sama lain dan mempunyai urutan fasa yang berlawanan dengan fasor aslinya. Gambar dibawah menunjukkan fasor komponen urutan negatif dengan urutan fasa sistem tenaga listrik abc, maka urutan fasa komponen urutan negatif adalah acb. Arah putaran fasor berlawanan dengan arah jarum jam.
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
Gambar 2.2. Fasor tegangan urutan negatifSeperti halnya pada urutan positif, fasor tegangan urutan negatif memiliki pola yang sama dengan fasor arus urutan negatif, oleh karena itu pengaturan urutan negatif dapat diperiksa kebenarannya sebagai berikut :
2
2
2
2 Va = V Ia = I
Vb
2 = a V
2 Ib 2 = IV
2
2
2 Vc 2 = a
V
2 Ic 2 = a
I
2
2.2.3. Komponen urutan nol
Komponen urutan ini terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya dan dengan pergeseran fasa nol antara fasor yang satu dengan yang lain. Gambar di bawah ini menunjukkan fasor komponen urutan nol dengan urutan fasa sistem tenaga listrik abc.
a0 b0 c0
V = V = V
Gambar 2.3. Fasor tegangan urutan nolPengaturan tegangan dan arus urutan nol dapat diperiksa kebenarannya sebagai berikut : V a0 = V b0 = V c0 = V
a0 b0 c0
V = V = V = V
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
Karena setiap fasor tak seimbang, yang asli adalah jumlah komponen, fasor asli yang dinyatakan dalam suku – suku komponennya adalah
[2]
(2.1.) Atau dalam bentuk matriks
[2]
(2.2.) Untuk memudahkan penghitungan, kita misalkan : Apabila matriks A diinverskan, diperoleh :
[2]
(2.3.)
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir [2]
(2.4.) Persamaan di atas menunjukkan bagaimana menguraikan tiga fasor tidak simetris menjadi komponen simetrisnya. Kita dapat menulis masing – masing persamaan di atas dalam bentuk biasa, kita peroleh :
[2]
(2.5.)
[2]
(2.6.) Persamaan di atas menunjukkan bahwa tidak akan ada komponen urutan nol jika jumlah fasor tak seimbang itu sama dengan nol.
2.3. Gangguan Hubung Singkat
Gangguan hubungan singkat yang mungkin terjadi dalam jaringan (Sistem
[1]
kelistrikan) yaitu :
1. Gangguan hubungan singkat tiga fasa
2. Gangguan hubungan singkat dua fasa
3. Gangguan hubungan singkat satu fasa ke tanah Semua gangguan hubungan singkat diatas, arus gangguannya dihitung dengan menggunakan rumus dasar yaitu :
[1]
I = V / Z (2.7)
Dimana :
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
I = Arus yang mengalir pada hambatan Z ( A ) V = Tegangan Sumber ( V ) Z = Impedansi jaringan, nilai ekivalen dari seluruh impedansi di dalam jaringan sumber tegangan sampai titik gangguan
(Ohm) Yang membedakan antara gangguan hubungan singkat tiga fas, dua fasa dan satu fasa ke tanah adalah impedansi yang terbentuk sesuai dengan macam gangguan itu sendiri, dan tegangan yang memasok arus ke titik gangguan. Impedansi yang tebentuk dapat ditunjukan seperti berikut ini :
Z untuk gangguan tiga fasa, Z = Z1
Z untuk gangguan dua fasa, Z = Z1 + Z2
[1]
(2.8) Z untuk gangguan satu fasa, Z = Z1 + Z2 + Z0
Dimana : Z1 = Impedansi urutan positif (ohm) Z2 = Impedansi urutan negatif (ohm)
Z0 = Impedansi urutan nol. (ohm)
2.4. Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat
Perhitungan arus gangguan hubung singkat adalah analisa suatu sistem tenaga listrik pada saat dalam keadaan gangguan hubung singkat, dimana nantinya akan diperoleh besar nilai besaran – besaran listrik yang dihasilkan sebagai akibat gangguan hubung singkat tersebut. Gangguan hubung singkat dapat didefinisikan sebagai gangguan yang terjadi akibat adanya penurunan kekuatan dasar isolasi (basic insulation strength) antara sesama kawat fasa, atau antara kawat fasa dengan tanah, yang menyebabkan kenaikan arus secara berlebihan atau biasa juga disebut gangguan arus lebih.
Perhitungan arus gangguan hubung singkat sangat penting untuk mempelajari sistem tenaga listrik baik pada waktu perencanaan maupun setelah beroperasi nantinya. Perhitungan arus hubung singkat dibutuhkan untuk :
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
a. Setting dan koordinasi peralatan proteksi
b. Menentukan kapasitas alat pemutus daya
c. Menentukan rating hubung singkat peralatan – peralatan yang digunakan
d. Menganalisa sistem jika ada hal – hal yang tidak baik yang terjadi pada waktu sistem sedang beroperasi. Untuk menghitung arus gangguan hubung singkat pada sistem seperti diatas dilakukan dengan beberapa tahap perhitungan, yaitu sebagai berikut :
2.4.1. Menghitung impedansi
Sebelum melakukan perhitungan arus hubung singkat, maka kita harus memulai perhitungan pada rel daya tegangan primer di gardu induk untuk berbagai jenis gangguan, kemudian menghitung pada titik – titik lainnya yang letaknya semakin jauh dari gardu induk tersebut. Untuk itu diperlukan pengetahuan mengenai dasar impedansi urutan rel daya tegangan tinggi atau bisa juga disebut sebagai impedansi sumber, impedansi transformator, dan impedansi penyulang.
sumber
Outgoing incoming
X t
X s
Gambar 2.4. Sketsa Penyulang Tegangan MenengahDimana : Xs = Impedansi Sumber ( ohm ) Xt = Impedansi Transformator ( ohm )
a. Impedansi Sumber Untuk menghitung impedansi sumber sisi bus 20 kV, maka harus dihitung oleh impedansi sumber di bus 150 kV. Impedansi sumber di bus 150 kV diperoleh dengan rumus :
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir [1]
= (2.9)
Dimana : Xs = Impedansi Sumber ( ohm )
2
kV = Tegangan Sisi primer trafo tenaga ( kV ) MVA = Data hubung singkat di bus 150 kV ( MVA )
Arus gangguan hubung singkat di sisi 20 kV diperoleh dengan cara mengkonversikan dulu impedansi sumber di bus 150 kV ke sisi 20 kV. Untuk mengkonversikan Impedansi yang terletak di sisi 150 kV ke sisi 20 kV, dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Gambar 2.5. Konversi Xs dari 150 kV ke 20 kV2 [1]
Xs (sisi 20 kV ) = a . Xs( sisi 150 kV ) (2.10) = . Xs( sisi 150 kV )
= . Xs( sisi 150 kV )
b. Impedansi Transformator Pada perhitungan impedansi suatu transformator yang diambil adalah harga reaktansinya, sedangkan tahanannya diabaikan karena harganya kecil.
Reaktansi pada trafo tenaga terdapat dua jenis, yaitu :
1. Reaktasi urutan positif ( Xt1 ) Reaktansi urutan positif adalah rekatansi yang tercantum pada papan nama (
name plate ) pada trafo tenaga, besarnya tergantung dari kapasitas trafo
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
2. Reaktansi urutan negatif ( Xt0 ) Rekatansi urutan negatif, rekatansi yang diperoleh dari data trafo tenaga itu sendiri, yaitu melihat adanya belitan delta sebagai belitan ketiga dalam trafo tenaga tersebut :
a. Untuk trafo tenaga dengan hubungan belitan DyN, dimana kapasitas belitan
delta sama dengan kapasitas belitan Y, maka Xt0 = Xt1 Misal , Xt1 = 0,01 ohm, maka nilai Xt0 = Xt1 = 0,01 ohm
b. Untuk trafo tenaga dengan hubungan belitan Y d yn, dimana kapasitas belitan Delta (d), sepertiga dari kapasitas belitan Y(belitan yang dipakai untuk menyalurkan daya, sedangkan belitan delta teta ada didalam trafo tenga, tetapi tidak dikeluarkan kecuali satu terminal delta untuk ditanahkan), maka nilai Xt0 = 3.Xt1
Xt1 = 0,01 ohm
Misal,
maka nilai Xt0 = 3.0,01 ohm = 0,03 ohm
c. Untuk trafo tenaga dengan hubungan belitan YY dan tidak mempunyai belitan delta di dalamnya, maka untuk menghitung besarnya Xt0 berkisar antara 9 s/d 14 x Xt1
Misal, Xt1 = 0,8 ohm, dan dipilih Xt0 = 10.Xt1
Maka nilai Xt0 = 10 x 0,8 ohm = 8 ohm Untuk mencari nilai reaktansi trafo dalam Ohm dihitung dengan cara sebagai berikut :
Langkah petama mencari nilai ohm pada 100% untuk trafo pada 20 kV, yaitu dengan menggunakan rumus yang sama seperti mencari impedansi sumber. Lalu tahap selanjutnya yaitu mencari nilai reaktansi tenaganya : Untuk menghitung reaktansi urutan positif dan negatif (Xt1 = Xt2) dihitung dengan menggunakan rumus :
[1]
Xt = % yang diketahui x Xt(pada100%) (2.11)
c. Impedansi Penyulang Untuk perhitungan impedansi penyulang, perhitungannya tergantung dari besarnya impedansi per km dari penyulang yang akan dihitung, dimana
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
besar nilainya tergantung pada jenis penghantarnya, yaitu dari bahan apa penghantar tersebut dibuat dan juga tergantung dari besar kecilnya penampang dan panjang penghantarnya. Disamping itu penghantar juga dipengaruhi perubahan temperatur dan konfigurasi dari penyulang juga sangat mempengaruhi besarnya impedansi penyulang tersebut. Contoh besarnya nilai impedansi suatu
[1]
penyulang : Z = (R + jX) (2.12) Sehingga untuk impedansi penyulang dapat ditentukan dengan menggunakan rumus :
1. Urutan positif dan urutan negatif
[1]
Z1 = Z2 = % panjang x panjang penyulang ( km ) x Z1/Z2(ohm) (2.13) Dimana : Z1 = Impedansi urutan positif ( ohm ) Z2 = Impedansi urutan negatif ( ohm )
2. Urutan nol
[1]
Z0 = % panjang x panjang penyulang ( km ) x Z0 ( ohm ) (2.14) Dimana : Z0 = Impedansi urutan nol
d. Impedansi Ekivalen Jaringan Perhitungan yang akan dilakukan di sini adalah perhitungan besarnya nilai impedansi ekivalen posifif, negatif dan nol dari titik gangguan sampai ke sumber. Karena dari sejak sumber ke titik gangguan impedansi yang terbentuk adalah tersambung seri maka perhitungan Z1eq dan Z2eq dapat langsung dengan cara menjumlahkan impedansi tersebut, sedangkan untuk perhitungan Z0eq dimulai dari titik gangguan sampai ke trafo tenaga yang netralnya ditanahkan. Akan tetapi untuk menghitung impedansi Z0eq ini, harus diketahui dulu hubungan belitan trafonya. Sehingga untuk impedansi ekivalen jaringan dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
a. Urutan positif dan urutan negative (Z1eq = Z2eq)
[1]
(2.15) Z1eq = Z2eq = Zs1 + Zt1 + Z1 penyulang) Dimana : Z1eq = Impedansi ekivalen jaringan urutan positif (ohm) Z2eq = Impedansi ekivalen jaringan urutan negatif (ohm)
= Impedansi sumber sisi 20 kV (ohm) Zs1
= Impedansi trafo tenaga urutan positif dan negatif (ohm) Zt1 Z1 = Impedansi urutan positif dan negatif (ohm)
b. Urutan nol
[1]
(2.16) Z0eq = Zt0 + 3RN + Z0 penyulang Dimana : Z0eq = Impedansi ekivalen jaringan nol (ohm)
= Impedansi trafo tenaga urutan nol (ohm) Zt0 RN = Tahanan tanah trafo tenaga (ohm) Z0 = Impedansi urutan nol ( ohm )
2.4.2. Menghitung arus gangguan hubung singkat
Perhitungan arus gangguan hubung singkat dapat dihitung dengan menggunakan rumus dasar, impedansi ekivalen mana yang dimasukkan ke dalam rumus dasar tersebut adalah jenis gangguan hubung singkat tiga fasa, dua fasa, atau satu fasa ke tanah. Sehingga formula yang digunakan untuk perhitungan arus hubung singkat tiga fasa, dua fasa, dan satu fasa ketanah berbeda.
a.
Perhitungan arus gangguan hubung singkat tiga fasa Rangkaian gangguan tiga fasa pada suatu jaringan dengan hubungan transformator tenaga YY dengan netral ditanahkan melalui suatu tahanan.
Ditunjukan pada gambar dibawah ini :
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
Gambar 2.7. Hubungan jala-jala urutan untuk hubung singkat 3 fasaArus gangguan hubung singkat tiga fasa dapat dihitung dengan menggunkan rumus :
[1]
I 3fasa (2.17)
Dimana : I 3fasa = Arus Gangguan hubung singkat tiga fasa ( A ) V ph = Tegangan fasa-netral system 20 kV = 20.000 / √3 ( V ) Z 1eq = Impedansi ekivalen untuk positif ( ohm ) b. Perhitungan arus gangguan hubung singkat dua fasa Gangguan hubung singkat 2 fasa pada saluran tenaga dengan hubungan transformator YY dengan netral ditanahkan melalui RNGR, ditunjukan pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.8. Gangguan hubung singkat 2 fasaPersamaan pada kondisi gangguan hubung singkat 2 fasa ini adalah :
V S = V T
I R = 0
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
Gambar 2.9. Hubungan jala-jala utuk urutan gangguan hubung singkat 2 fasaArus gangguan hubung singkat dua fasa dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
- – [1]
I 2fasa ………………….……………..….…(2.18) Dimana :
I 2fasa = Arus gangguan hubung singkat dua fasa ( A ) V ph ph = Tegangan fasa-fasa 20 kV = 20.000 V –
1eq
Z = Impedansi urutan positif ( ohm )
c. Perhitungan arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah
Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah pada saluran tenaga dengan hubungan transformator YY dengan netral ditanahkan melalui RNGR, ditunjukan pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.10. Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanahPersamaan pada kondisi gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah ini adalah :
V T = 0
S
I = 0
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
Gambar 2.11. Hubungan jala-jala urutan untuk gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanahArus hubung singkat 1 fasa ke tanah dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
[1]
I 1fasa ……….. …………………(2.19)
Karena Z 1eq = Z 2eq, maka : I 1fasa
Dimana :
1fasa
I = Arus gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah (A)
ph
V = Tegangan fasa-netral system 20 kV = 20.000 / √3 ( V )
1eq
Z = Impedansi urutan positif ( ohm ) Z 0eq = Impedansi urutan nol ( ohm )
2.5. Relay Arus Lebih
2.5.1. Penger tian OCR (over current relay)
OCR (over current relay) atau Relay arus lebih adalah relay yang bekerja terhadap arus lebih, ia akan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya (I set).berfungsi Untuk mengamankan peralatan terhadap gangguan hubung singkat antar fase, hubung singkat satu fase ketanah dan dapat digunakan sebagai pengaman beban lebih, Sebagai pengaman utama pada jaringan distribusi dan sub-transmisi sistem radial, Sebagai pengaman cadangan generator, transformator daya dan saluran transmisi. Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
2.5.2. Karakteristik relay arus lebih
Hubungan kerja atara besar arus dan waktu kerja relai, antara lain :
1. Relay Waktu Seketika (Instantaneous relay)
Setelannya tanpa waktu tunda, tapi masih bekerja dengan waktu cepat sebesar 50 sd 100 milidetik, dengan karakteristik seperti gambar 2.12, bekerjanya didasarkan pada besarnya gangguan hubung singkat yang dipilih. Pada setelan koordinasi proteksi di sistem distribusi tegangan menengah dipergunakan / disebut setelan momen/ instan / cepat. Setelan relay dengan karakteristik waktu seketika dapat disetkan pada OCR atau GFR.
Gambar 2.12. Karakteristik Relay Waktu Seketika (Instantaneous Relay).Setelan waktu seketika :
1. Setelan arus : untuk setelan relay outgoing diambil dari arus gangguan 3 fasa atau 2 fasa di lokasi gangguan 50 % sd 60 % panjang saluran penyulang 20 kV.
2. Selan waktu : 50 sd 100 milidetik untuk outgoing feeder.
2. Relay arus lebih waktu tertentu (definite time relay)
Kurva definite time dapat dilihat pada gambar 10 dimana waktu kerjanya lebih lama dari waktu setelan instan dan setelan relay didasarkan pada setelan arus beban, sesuai BS 142. 1966, setelan arus sebagai berikut :
Arus setelan : 1,2 sd 1,3. I beban Waktu ( t ) : 0,3 detik ( minimum )
Bila terdapat gardu hubung/recloser, maka terdapat tunda waktu Antara relay : 0,3 sd 0,4 detik
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
Gambar 2.13. Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time Relay).3. Relay arus lebih waktu terbalik (inverse time relay)
Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam-macam dan setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam empat kelompok :
a. Standar invers
b. Very inverse
c. Extreemely inverse
d. Long invers
Karakteristik inverse sesuai IEC 60255-3 dan BS 18 1966, sebagai berikut :
[1]
………...…………………(2.20)
Tabel 2.1 : Faktor α dan β tergantung pada kurva arus vs waktu :Nama kurva Α β Standar invers 0,02 0,14
Very inverse 1 13,2 Extreemely inverse
2
80 Long inverse 1 120
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
Dimana : t = Waktu tripnya relay ( detik ) If = Arus gangguan hubung singkat ( Amp atau pu ), pada system distribusi tenaga listrik adalah :
1. Setting OCR, If diambil arus gangguan 3 fasa atau 2 fasa terbesar
2. Setting GFR, If diambil arus gangguan 1 fasa ketanah terkecil I set = Arus setting yang dimasukan ke relay ( Amp ),
1. Setting OCR, I set diambil 1,05 sd 1,3 I beban
2. Setting GFR, I set diambil 6 % sd 12 % If fasa terkecil Tms = Time multiplier setting, Nilai ini yang diset kan ke relay sebagai konstanta ( tanpa satuan )
Gambar 2.14. Karakteistik Relay Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Relay).2.5.3. Prinsip Kerja Relay Arus Lebih
Prinsip kerja relay arus lebih adalah berdasarkan adanya relay arus lebih yang dirasakan relay, baik sisebabkan adanya gangguan hubung singkat atau overload (beban lebih) untuk kemudian memberikan perintah trip ke PMT sesuai dengan karakteristik waktunya. Cara kerjanya dapat diuraikan sebagai berikut :
Pada kondisi normal arus beban (Ib) mengalir pada SUTM / SKTM dan oleh trafo arus besaran arus ini di transformasikan ke besaran sekunder (Ir). Arus
Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya Laporan Akhir Laporan Akhir
(Ir) mengalir pada kumparan relai tetapi karena arus ini masih lebih kecil dari pada suatu harga yang ditetapkan (setting), maka relai tidak bekerja. Bila terjadi gangguan hubung singkat, arus (Ib) akan naik dan menyebabkan arus (Ir) naik pula, apabila arus (Ir) naik melebihi suatu harga yang telah ditetapkan (diatas setting), maka relai akan bekerja dan memberikan perintah trip pada tripping coil untuk bekerja dan membuka PMT, sehingga SUTM/SKTM yang terganggu dipisahkan dari jaringan.
2.5.4. Setting Relay Arus Lebih Arus setting OCR
Penyetelan relay OCR pada sisi primer dan sisi sekunder transformator tenaga terlebih dahulu harus dihitung arus nominal transformator tenaga. Arus setting untuk relay OCR baik pada sisi primer maupun pada sisi sekunder transformator tenaga adalah:
[3] n =
I (2.21) √ .
Maka, Iset (primer) = 1,05 x In Nilai tersebut adalah nilai primer, Untuk mendapatkan nilai setelan sekunder yang dapat disetkan pada relay OCR, maka harus dihitung dengan menggunakan ratio trafo arus (CT) yang terpasang pada sisi primer maupun sisi sekunder transformator tenaga.
[3]
Iset (sekunder) = Iset (primer) x (2.22)
Setting waktu ( TMS )
Hasil perhitungan gangguan hubung singkat, selanjutnya digunakan untuk menentukan setelan waktu (TMS). Rumus untuk menentukan nilai setelan waktu bermacam- macam sesuai dengan desain pabrik pembuat relay. Dalam hal ini jenis ralay yang dipakai adalah standard inverse, maka :
, [3]
= (2.23)
,