87 SIMULASI OVER CURRENT RELAY (OCR) MENGGUNAKAN KARATERISTIK STANDAR INVERSE SEBAGAI PROTEKSI TRAFO DAYA 30 MVA
Simulasi Over Cur r ent Relay ( OCR) Menggunakan Karater istik Standar Invers…….………Selamat Meliala
SIMULASI OVER CURRENT RELAY (OCR) MENGGUNAKAN KARATERISTIK
STANDAR INVERSE SEBAGAI PROTEKSI TRAFO DAYA 30 MVA
Selamat Meliala1
1
Dosen Teknik Elektro Universitas Malikussaleh Lhokseumawe
ABSTRAK
Penelitian ini merupakan simulasi kerjanya OCR pada sistem penyulang distribusi tegangan 20 kV, dengan
gangguan hubung singkat tiga fasa yang merupakan salah satu permasalahan yang timbul pada transformator daya
30 MVA dalam sebuah Gardu Induk. Relay arus lebih (OCR) merupakan relay proteksi yang bekerja dengan
Pemutus Tenaga (CB) yang berfungsi sebagai pengaman untuk melindungi peralatan apabila terjadi arus lebih yang
permanen. Saat gangguan hubung singkat terjadi yang besarnya melebihi nilai setting arus pada relay arus lebih
(OCR), sehingga relay arus lebih bekarja dengan sistem penundaan waktu standar inverse yang akan menunda
waktu bekerja selama waktu tertentu untuk memberi sinyal trip pada Pemutus Tenaga (CB) dimana bekerja sesuai
dengan setting waktu yang ditentukan. Simulasi dijalankan menggunakan Simulink Power System Blokset (PSB),
bahwa relay bekerja lebih cepat saat gangguan tiga fasa pada jarak yang lebih dekat dengan trafo yaitu pada jarak
20% arus gangguan sebesar 5068,92 Amper dengan waktu kerja relay adalah 0,6 detik. sedangkan pada jarak 100%
arus gangguan sebesar 2378,87 Amper dengan waktu kerja relay adalah 1,34 detik, dimana relay bekerja
berdasarkan basar arus gangguan yang terjadi, semakin besar arus gangguan yang terjadi pada penyulang maka
semakin cepat relay bekerja untuk memberi sinyal trip ke CB.
Kata Kunci: OCR, CT, Transformator Daya
I.
incoming 20 kV yang mengakibatkan tripnya PMT
(Pemutus Tenaga), sehingga mengakibatkan usia atau
kinerja trafo menurun dan pemadaman yang luas.
Untuk menghindari kejadian gangguan tersebut dan
juga untuk mencegah kerusakan pada transformator
maka diperlukan proteksi yang handal, pada disisi
incoming 20 kV.
Dalam hal ini proteksi yang digunakan pada
transformator adalah relay OCR untuk menjaga
apabila terjadi gangguan yang tidak diduga pada
jaringan distribusi yang dapat menyebabkan
kerusakan terhadap trafo daya, seperti gangguan
hubung singkat 3 phasa.
Dari sini dapat dikaji sebagai bahan penelitian
yang dapat dilakukan dengan cara menghitung dan
menganalisis arus gangguan 3 fasa dengan
menggunakan Simulink Power System Blokset yang
akan menyebabkan Over Current Relay (OCR) akan
bekerja yang terpasang pada incoming 20 kV
transformator 30 MVA di Gardu Induk Bayu.
PENDAHULUAN
Listrik merupakan bentuk energi yang paling
cocok dan nyaman bagi manusia, tanpa listrik
masyarakat sekarang tidak akan menyenangkan.
Makin bertambahnya konsumsi listrik di seluruh
dunia menunjukkan kenaikan standar kehidupan
manusia. Energi listrik pada umumnya dibangkitkan
oleh pusat pembangkit energi listrik biasanya jauh
dari tempat pelanggan berada. Untuk itu di butuhkan
sistem transmisi dan distribusi untuk menyalurkan
energi listrik ke konsumen.
Penggunaan
proteksi pada sistem tenaga
listrik merupakan bagian yang penting di bidang
kelistrikan, gardu induk bayu merupakan tempat pusat
pengaturan kebutuhan pembebanan di wilayah aceh
utara dan sekitarnya, Selain itu gardu induk bayu
berfungsi sebagai pusat proteksi peralatan sistem
tenaga listrik dan sebagai pusat proses penormalan
terhadap gangguan-gangguan pada jaringan distribusi.
Salah satu masalah yang dapat menyebabkan
kendala dalam menjaga kehandalan sistem distribusi
adalah gangguan hubung singkat tiga fasa, Gangguan
ini dapat mengakibatkan kenaikan arus yang drastis
pada sistem tenaga listrik, dan jika gangguan tersebut
tidak dihilangkan (diputuskan), maka dapat merusak
peralatan-peralatan listrik dan dapat menyebabkan
kerusakan pada trafo yang disebabkan oleh terjadinya
gangguan hubung singkat tiga fasa pada sistem
distribusi. Apabila nantinya terjadi gangguan seperti
hubung singkat tiga fasa, maka sistem proteksi relay
OCR akan bekerja sesuai fungsinya sebagai
pengaman, sehingga stabilitas tenaga listrik akan
berlangsung. Misalkan terjadi gangguan pada
II.
TINJAUAN PUSTAKA
a. Setting Relay Arus Lebih
Relay ini bekerja dengan membaca input
berupa besaran arus kemudian membandingankan
dengan nilai setting, apabila nilai arus yang terbaca
oleh relay melebihi nilai setting, maka relay akan
mengirim perintah trip (lepas) kepada Pemutus
Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) setelah
memberi tunda waktu yang diterapkan pada setting.
Untuk menentukan waktu kerja relay
menggunakan standar inverse dapat digunakan rumus
sebagai berikut[1]:
87
Jur nal Litek ( ISSN: 1693-8097) Volume 9 Nomor 2, September 2012: hal. 87-92
t
0,14 x tms
4. Relay IDMT ( inverse- definite- Minimum-Time
Relay )
Relay waktu inverse mempunyai beberapa tipe
modifikasi antara lain:
- Moderately Inverse Time Relay
- Very Inverse Time Relay
- Extremely Inverse Time Relay
Gambar 3. di bawah ini merupakan karateristik kurva
kerjanya relay.
……………………. (1)
0,02
I
FAULT
- 1
I SET
Dimana:
tms
= Time multiple setting (detik)
t
= Waktu kerja relay (detik)
IFAULT = Arus gangguan (Amper)
ISET
= Arus setelan
Gambar 3. Kurva Karateristik Relay
Keterangan kurva:
a. Relay cepat/sesaat
b. Relay waktu tertentu
c. Relay waktu inverse
d. Relay IDMT
Untuk penelitian OCR menggunakan kurva inverse
huruf (c) atau disebut juga kurva standar inverse.
Gambar 1. Diagram satu garis sistem proteksi[4][6][7]
Garis besar diagram OCR dan jenis
karateristik kurva
Relay Arus Lebih (OCR) adalah suatu relay
yang bekerja bedarsarkan adanya kenaikan arus yang
melebihi suatu nilai pengaman tertentu dan dalam
jangka tertentu apabila terjadi gangguan hubung
singkat antara fasa. Relay ini juga digunakan untuk
pengaman terhadap bebah lebih. Pada jaringan listrik
relay yang banyak digunakan adalah relay arus lebih
dengan pembatasan waktu (Definite Time Current
Relay).
Ir ≥ Ip ……………………………………(2)
b.
c.
Arus Gangguan Hubung Singkat 3 fasa
Untuk menghitung besar arus gangguan
digunakan pada kondisi beban seimbang dalam hal ini
arus urutan nol di abaikan.
Pada gangguan tersebut terdapat hubungan berikut[3]:
Va= Vb = Vc; Ia = Ib = -Ic
Persamaan Ia1 untuk gangguan 3 fasa adalah:
Eph
If 3 =
……………..………………..(3)
Zek
Dimana:
If 3 = Arus Gangguan 3 fasa
Eph = Tegangan Fasa
Zek = Impedansi Ekivalen
Untuk Zek Xt Xsc Zpenyulang
Dimana:
X1 = Impedansi urutan positif Trafo
Xsc= Impedansi hubung singkat Trafo
III.
METODE PENELITIAN
Setelah
data
primer
didapat
dari
pengumpulan data maka dibentuk suatu diagram satu
garis penyulang 20 kV Gardu Induk Bayu seperti
diperlihatkan pada Gambar 4.
Gambar 2. Diagram Rangkaian OCR[1][2]
Keterangan:
Ir = Arus yang melalui rangkaian relay
Ip = Arus kerja relay
R = Relay Arus Lebih
CB = Pemutus Tenaga
T = Relay Waktu
CT = Trafo Arus
S = Relay Sinyal
TC = Rangkaian Trip
A = Relay Pembantu
Relay arus lebih menurut karakteristik kerjanya dibagi
atas dua bagian yaitu:
1. Relay cepat sesaat (Instantaneous Relay).
2. Relay kelambatan waktu ( Time-delay relay )
3. Relay waktu tertentu ( Definite-Time Relay )
Gambar 4. Diagram segaris penelitian untuk sistem
distribusi yang ditinjau
Untuk jenis gangguan yang digunakan
adalah gangguan hubung singkat 3 fasa. Pada
88
Simulasi Over Cur r ent Relay ( OCR) Menggunakan Karater istik Standar Invers…….………Selamat Meliala
metodelogi penelitian OCR ini, besarnya impedansi
penyulang diatur dengan mengatur jarak gangguan
mulai dari 20% sampai 100% ke penyulang. Hal
ini untuk mendapatkan besar arus gangguan yang
bervariasi. Data gardu induk Bayu untuk
Transformator daya 30 MVA 150 / 20 kV diambil
hanya satu Transformator daya yaitu TD I seperti
diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Data Transformator Daya Gardu Induk Bayu
Gambar 6. Rangkaian Kontrol OCR
Jenis konduktor saluran = AAAC
- Penampang konduktor = 150 mm2
Set OCR pada Penyulang
- Iset = 2,08 Ampere
- Td = 0,15 detik
- ZF = 2,9
Script untuk menggerakkan OCR
Pada Gambar 6. untuk menggerakkan blok
OCR menggunakan script kareteristik standar inverse
yang diisi ke dalam blok Simulink User Defined
sebagai berikut:
b.
Diagram Alir Metode Penelitian
Tahap-tahap metode penelitian OCR
dijalankan dengan simulasi berbantuan komputer
seperti Gambar 5.
Parameter Simulasi
Parameter simulasi di dapat berdasarkan data
lapangan dan pengolahan data yang disusun seperti
pada Tabel 2. sebagai berikut:
Tabel 2. Parameter penyulang dan CT
Gambar 5. Diagram Alir Penelitian
a.
Blok Rangkaian Perintah Trip Pada Pemutus
Tenaga (CB).
Adapun rangkaian pembentuk perintah trip
menggunakan model Simulink seperti pada Gambar 3
sebagai berikut.
Menghitung impedansi penyulang yang di variasikan
terhadap letak gangguan di sepanjang penyulang
sebagai berikut
Zpenyulang = 20 % x 8.5 x (0,2162 +j0. 3305)
= (0.3675 + j0.5618) = 0,671 56,8 Ω
0
89
Jur nal Litek ( ISSN: 1693-8097) Volume 9 Nomor 2, September 2012: hal. 87-92
Dan impedansi ekivalennya sebagai berikut:
Zek = j0,0588+j1,628 + (0.3675 + j0.5618)
= 0.367 + j2.246 =2,278 80,7 Ω
Sehingga arus gangguan 3 fasa (If 3) :
0
20 . 000
3
2,278 80,7
If 3
=
If 3
= 5068,92 80,7 0 Amper
Nilai setting relay incoming pada sisi 20 kV:
Ratio CT 1000:5:
Setting arus Primer = 1,2 x 866,05 = 1039,26
Amper
Gambar 8. Model Simulink CT tiga fasa
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
1
atau
Setting Arus Sekunder 1039,26
RatioCT
Is 1039,26 5 9,093 Amper
1000
Gambar 7. merupakan sistem penyulang
setelah pemasangan OCR. Untuk memudahkan kita
mengetahui apakah simulasi sistem penyulang 20 kV
sudah berjalan, maka pertama kali simulasi dijalankan
tanpa menggunakan blok OCR yaitu untuk
mengetahui kondisi arus sebelum terjadi arus
gangguan, tujuan untuk melihat OCR bekerja bila
terjadi gangguan 3 fasa pada penyulang. Gambar 9.
dibawah ini merupakan gelombang tegangan dan arus
pada sisi penyulang 20 kV sebelum terjadi gangguan.
Rumus inverse relay diperoleh:
Dimana tms incoming di set 0,16 detik sehingga t
penyulang:
t
0 ,14 x 0 ,16
0 , 02
5068,92
- 1
1039,26
t = 0 , 0224
0 , 0321
t = 0,6 detik
Simulasi OCR pada sistem distribusi
Setelah didapatkan parameter pada Tabel 2. maka
dapat dibentuk blok untuk menjalankan simulasi
seperti diperlihatkan pada Gambar 7. dibawah ini
yang merupakan blok simulasi untuk menguji OCR
pada sistem penyulang 20 kV.
Gambar 9. Simulasi sebelum terjadi gangguan dan
sebelum pemasangan OCR pada Bus 1
Gambar 10. dibawah ini memperlihatkan hasil
simulasi sebelum pemasangan OCR dan di saat
terjadinya gangguan 3 fasa.
Gambar 7. Model simulasi kerja OCR pada sistem
Penyulang 20 kV
Rangkaian CT
Gambar 8. dibawah ini merupakan rangkaian
transformator arus atau CT tiga fasa sebagai
pembanding arus yang tinggi pada penyulang sisi
primer CT untuk digunakan sebagai konversi ke arus
yang lebih rendah dengan ratio CT 1000 : 5.
Gambar 10. Saat terjadi gangguan 3 fasa pada
penyulang 20 kV sebelum di pasang OCR.
Saat terjadi gangguan 3 fasa terlihat seperti pada
Gambar 10. memperlihatkan arus pada waktu 0,06
90
Simulasi Over Cur r ent Relay ( OCR) Menggunakan Karater istik Standar Invers…….………Selamat Meliala
diproses untuk penundaan waktu berdasarkan kurva
standar inverse yang kemudian sinyal keluar dari bok
OCR masuk ke CB untuk mentripkan rangkaian
penyulang.
Hasil simulasi Arus lebih disaat mengalami gangguan
pada penyulang 20 kV dengan jarak gangguan ke
penyulang yang berbeda didapatkan hasil Arus lebih
sebesar 5068,92 A, 3976,23 A, 3255,42 A, 2750,29 A
dan 2378,37 A, yang disusun ke dalam Tabel 3.
detik terlihat lonjakan arus yang begitu tinggi
sehingga menyebabkan tegangan 20 kV turun sekitar
40%.
Tabel 3. Hasil simulasi OCR dengan jarak penyulang
ke gangguan yang berbeda
Gambar 11. OCR bekerja menggerakan CB saat arus
lebih melonjat tinggi pada Bus 1
Dari hasil simulasi OCR dengan jarak gangguan yang
berbeda menghasilkan besaran arus gangguan yang
berbeda pula seperti terlihat pada Tabel 3, maka dapat
diplot hasilnya membentuk kurva kareteristik standar
inverse seperti diperlihatkan pada Gambar 14.
Gambar 12. OCR bekerja menggerakkan CB saat arus
lebih melonjat tinggi pada Bus 2
Gambar 11. dan Gambar 12. diatas
menunjukan bekerjanya OCR dimana arus lebih
melonjat lebih tinggi sehingga menyebabkan
gangguan 3 fasa ini dikatakan permanen sehingga
relay bekerja
memberi
waktu berdasarkan
karakteristik standar inverse yang memberi sinyal ke
CB untuk membuka dan memutuskan hubungan
rangkaian sehingga arus gangguan 3 fasa permanen
tersebut tidak merusak Transformator daya 30 MVA.
Pada Bus 2 atau penyulang yang ditinjau
memperlihatkan tegangan dan arus menjadi nol
dikarenakan CB memutuskan hubungan rangkaian
dari transformator daya.
Gambar 14. Kurva hasil analisis OCR menggunakan
kareteristik standar inverse
V. KESIMPULAN
Dari hasil simulasi dan analisis penelitian
dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Waktu kerja Over Current Relay (OCR) untuk
gangguan tiga fasa pada jarak penyulang 20%
adalah 0,6 detik, jarak penyulang 40% adalah 0,8
detik, penyulang 60% adalah 0,9 detik, penyulang
80% adalah 1,14 detik penyulang 100% adalah
1,34 detik.
2. Relay bekerja lebih cepat saat gangguan tiga fasa
pada jarak yang lebih dekat dengan transformator
daya dikarenakan jenis relay yang digunakan
adalah jenis standar inverse, dimana relay bekerja
bedarsarkan basar arus gangguan yang terjadi
Gambar 13. Sinyal dari CT masuk ke OCR dan sinyal
keluar (Trip) untuk menggerakkab CB
Gambar 13. merupakan sinyal keluar berasal dari CT
kemudian masuk ke dalam blok OCR sehingga
91
Jur nal Litek ( ISSN: 1693-8097) Volume 9 Nomor 2, September 2012: hal. 87-92
yaitu semakin besar arus gangguan yang terjadi
maka semakin cepat relay tesebut bekerja.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Zuhal, 1990, Dasar Teknik Listrik Dan
Elektronika Daya, Penerbit PT. Gramedia,
Jakarta.
[2] http://www.scribd.com/doc/10204237/KoordinasiRelay-OCR
[3] Sumanto, Teori Transformator, Yogyakarta,
1991.
[4] Ravindranath, B. and Chander,1986, M. Power
System Protection, Erlangga, Jakarta.
[5] Stevenson William. D Jr, 1984, Analisa Sistem
Tenaga Listrik, Earlangga,
Jakarta.
[6] Hazairin Samaullah, Dasar-Dasar Sistem
Proteksi Tenaga Listrik.
Palembang, Unsri,
2000.
[7] Komari, Proteksi Sistem Tenaga Listrik
Filosofi, Strategi dan Analisa Untuk
Keandalan. Jakarta, PT. PLN (persero) Jasa
Pendidikan dan Pelatihan. 2003.
[8] http://budi54n.blogspot.com/2009/08/rele-aruslebih-over-current-relay-ocr.html.
92
SIMULASI OVER CURRENT RELAY (OCR) MENGGUNAKAN KARATERISTIK
STANDAR INVERSE SEBAGAI PROTEKSI TRAFO DAYA 30 MVA
Selamat Meliala1
1
Dosen Teknik Elektro Universitas Malikussaleh Lhokseumawe
ABSTRAK
Penelitian ini merupakan simulasi kerjanya OCR pada sistem penyulang distribusi tegangan 20 kV, dengan
gangguan hubung singkat tiga fasa yang merupakan salah satu permasalahan yang timbul pada transformator daya
30 MVA dalam sebuah Gardu Induk. Relay arus lebih (OCR) merupakan relay proteksi yang bekerja dengan
Pemutus Tenaga (CB) yang berfungsi sebagai pengaman untuk melindungi peralatan apabila terjadi arus lebih yang
permanen. Saat gangguan hubung singkat terjadi yang besarnya melebihi nilai setting arus pada relay arus lebih
(OCR), sehingga relay arus lebih bekarja dengan sistem penundaan waktu standar inverse yang akan menunda
waktu bekerja selama waktu tertentu untuk memberi sinyal trip pada Pemutus Tenaga (CB) dimana bekerja sesuai
dengan setting waktu yang ditentukan. Simulasi dijalankan menggunakan Simulink Power System Blokset (PSB),
bahwa relay bekerja lebih cepat saat gangguan tiga fasa pada jarak yang lebih dekat dengan trafo yaitu pada jarak
20% arus gangguan sebesar 5068,92 Amper dengan waktu kerja relay adalah 0,6 detik. sedangkan pada jarak 100%
arus gangguan sebesar 2378,87 Amper dengan waktu kerja relay adalah 1,34 detik, dimana relay bekerja
berdasarkan basar arus gangguan yang terjadi, semakin besar arus gangguan yang terjadi pada penyulang maka
semakin cepat relay bekerja untuk memberi sinyal trip ke CB.
Kata Kunci: OCR, CT, Transformator Daya
I.
incoming 20 kV yang mengakibatkan tripnya PMT
(Pemutus Tenaga), sehingga mengakibatkan usia atau
kinerja trafo menurun dan pemadaman yang luas.
Untuk menghindari kejadian gangguan tersebut dan
juga untuk mencegah kerusakan pada transformator
maka diperlukan proteksi yang handal, pada disisi
incoming 20 kV.
Dalam hal ini proteksi yang digunakan pada
transformator adalah relay OCR untuk menjaga
apabila terjadi gangguan yang tidak diduga pada
jaringan distribusi yang dapat menyebabkan
kerusakan terhadap trafo daya, seperti gangguan
hubung singkat 3 phasa.
Dari sini dapat dikaji sebagai bahan penelitian
yang dapat dilakukan dengan cara menghitung dan
menganalisis arus gangguan 3 fasa dengan
menggunakan Simulink Power System Blokset yang
akan menyebabkan Over Current Relay (OCR) akan
bekerja yang terpasang pada incoming 20 kV
transformator 30 MVA di Gardu Induk Bayu.
PENDAHULUAN
Listrik merupakan bentuk energi yang paling
cocok dan nyaman bagi manusia, tanpa listrik
masyarakat sekarang tidak akan menyenangkan.
Makin bertambahnya konsumsi listrik di seluruh
dunia menunjukkan kenaikan standar kehidupan
manusia. Energi listrik pada umumnya dibangkitkan
oleh pusat pembangkit energi listrik biasanya jauh
dari tempat pelanggan berada. Untuk itu di butuhkan
sistem transmisi dan distribusi untuk menyalurkan
energi listrik ke konsumen.
Penggunaan
proteksi pada sistem tenaga
listrik merupakan bagian yang penting di bidang
kelistrikan, gardu induk bayu merupakan tempat pusat
pengaturan kebutuhan pembebanan di wilayah aceh
utara dan sekitarnya, Selain itu gardu induk bayu
berfungsi sebagai pusat proteksi peralatan sistem
tenaga listrik dan sebagai pusat proses penormalan
terhadap gangguan-gangguan pada jaringan distribusi.
Salah satu masalah yang dapat menyebabkan
kendala dalam menjaga kehandalan sistem distribusi
adalah gangguan hubung singkat tiga fasa, Gangguan
ini dapat mengakibatkan kenaikan arus yang drastis
pada sistem tenaga listrik, dan jika gangguan tersebut
tidak dihilangkan (diputuskan), maka dapat merusak
peralatan-peralatan listrik dan dapat menyebabkan
kerusakan pada trafo yang disebabkan oleh terjadinya
gangguan hubung singkat tiga fasa pada sistem
distribusi. Apabila nantinya terjadi gangguan seperti
hubung singkat tiga fasa, maka sistem proteksi relay
OCR akan bekerja sesuai fungsinya sebagai
pengaman, sehingga stabilitas tenaga listrik akan
berlangsung. Misalkan terjadi gangguan pada
II.
TINJAUAN PUSTAKA
a. Setting Relay Arus Lebih
Relay ini bekerja dengan membaca input
berupa besaran arus kemudian membandingankan
dengan nilai setting, apabila nilai arus yang terbaca
oleh relay melebihi nilai setting, maka relay akan
mengirim perintah trip (lepas) kepada Pemutus
Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) setelah
memberi tunda waktu yang diterapkan pada setting.
Untuk menentukan waktu kerja relay
menggunakan standar inverse dapat digunakan rumus
sebagai berikut[1]:
87
Jur nal Litek ( ISSN: 1693-8097) Volume 9 Nomor 2, September 2012: hal. 87-92
t
0,14 x tms
4. Relay IDMT ( inverse- definite- Minimum-Time
Relay )
Relay waktu inverse mempunyai beberapa tipe
modifikasi antara lain:
- Moderately Inverse Time Relay
- Very Inverse Time Relay
- Extremely Inverse Time Relay
Gambar 3. di bawah ini merupakan karateristik kurva
kerjanya relay.
……………………. (1)
0,02
I
FAULT
- 1
I SET
Dimana:
tms
= Time multiple setting (detik)
t
= Waktu kerja relay (detik)
IFAULT = Arus gangguan (Amper)
ISET
= Arus setelan
Gambar 3. Kurva Karateristik Relay
Keterangan kurva:
a. Relay cepat/sesaat
b. Relay waktu tertentu
c. Relay waktu inverse
d. Relay IDMT
Untuk penelitian OCR menggunakan kurva inverse
huruf (c) atau disebut juga kurva standar inverse.
Gambar 1. Diagram satu garis sistem proteksi[4][6][7]
Garis besar diagram OCR dan jenis
karateristik kurva
Relay Arus Lebih (OCR) adalah suatu relay
yang bekerja bedarsarkan adanya kenaikan arus yang
melebihi suatu nilai pengaman tertentu dan dalam
jangka tertentu apabila terjadi gangguan hubung
singkat antara fasa. Relay ini juga digunakan untuk
pengaman terhadap bebah lebih. Pada jaringan listrik
relay yang banyak digunakan adalah relay arus lebih
dengan pembatasan waktu (Definite Time Current
Relay).
Ir ≥ Ip ……………………………………(2)
b.
c.
Arus Gangguan Hubung Singkat 3 fasa
Untuk menghitung besar arus gangguan
digunakan pada kondisi beban seimbang dalam hal ini
arus urutan nol di abaikan.
Pada gangguan tersebut terdapat hubungan berikut[3]:
Va= Vb = Vc; Ia = Ib = -Ic
Persamaan Ia1 untuk gangguan 3 fasa adalah:
Eph
If 3 =
……………..………………..(3)
Zek
Dimana:
If 3 = Arus Gangguan 3 fasa
Eph = Tegangan Fasa
Zek = Impedansi Ekivalen
Untuk Zek Xt Xsc Zpenyulang
Dimana:
X1 = Impedansi urutan positif Trafo
Xsc= Impedansi hubung singkat Trafo
III.
METODE PENELITIAN
Setelah
data
primer
didapat
dari
pengumpulan data maka dibentuk suatu diagram satu
garis penyulang 20 kV Gardu Induk Bayu seperti
diperlihatkan pada Gambar 4.
Gambar 2. Diagram Rangkaian OCR[1][2]
Keterangan:
Ir = Arus yang melalui rangkaian relay
Ip = Arus kerja relay
R = Relay Arus Lebih
CB = Pemutus Tenaga
T = Relay Waktu
CT = Trafo Arus
S = Relay Sinyal
TC = Rangkaian Trip
A = Relay Pembantu
Relay arus lebih menurut karakteristik kerjanya dibagi
atas dua bagian yaitu:
1. Relay cepat sesaat (Instantaneous Relay).
2. Relay kelambatan waktu ( Time-delay relay )
3. Relay waktu tertentu ( Definite-Time Relay )
Gambar 4. Diagram segaris penelitian untuk sistem
distribusi yang ditinjau
Untuk jenis gangguan yang digunakan
adalah gangguan hubung singkat 3 fasa. Pada
88
Simulasi Over Cur r ent Relay ( OCR) Menggunakan Karater istik Standar Invers…….………Selamat Meliala
metodelogi penelitian OCR ini, besarnya impedansi
penyulang diatur dengan mengatur jarak gangguan
mulai dari 20% sampai 100% ke penyulang. Hal
ini untuk mendapatkan besar arus gangguan yang
bervariasi. Data gardu induk Bayu untuk
Transformator daya 30 MVA 150 / 20 kV diambil
hanya satu Transformator daya yaitu TD I seperti
diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Data Transformator Daya Gardu Induk Bayu
Gambar 6. Rangkaian Kontrol OCR
Jenis konduktor saluran = AAAC
- Penampang konduktor = 150 mm2
Set OCR pada Penyulang
- Iset = 2,08 Ampere
- Td = 0,15 detik
- ZF = 2,9
Script untuk menggerakkan OCR
Pada Gambar 6. untuk menggerakkan blok
OCR menggunakan script kareteristik standar inverse
yang diisi ke dalam blok Simulink User Defined
sebagai berikut:
b.
Diagram Alir Metode Penelitian
Tahap-tahap metode penelitian OCR
dijalankan dengan simulasi berbantuan komputer
seperti Gambar 5.
Parameter Simulasi
Parameter simulasi di dapat berdasarkan data
lapangan dan pengolahan data yang disusun seperti
pada Tabel 2. sebagai berikut:
Tabel 2. Parameter penyulang dan CT
Gambar 5. Diagram Alir Penelitian
a.
Blok Rangkaian Perintah Trip Pada Pemutus
Tenaga (CB).
Adapun rangkaian pembentuk perintah trip
menggunakan model Simulink seperti pada Gambar 3
sebagai berikut.
Menghitung impedansi penyulang yang di variasikan
terhadap letak gangguan di sepanjang penyulang
sebagai berikut
Zpenyulang = 20 % x 8.5 x (0,2162 +j0. 3305)
= (0.3675 + j0.5618) = 0,671 56,8 Ω
0
89
Jur nal Litek ( ISSN: 1693-8097) Volume 9 Nomor 2, September 2012: hal. 87-92
Dan impedansi ekivalennya sebagai berikut:
Zek = j0,0588+j1,628 + (0.3675 + j0.5618)
= 0.367 + j2.246 =2,278 80,7 Ω
Sehingga arus gangguan 3 fasa (If 3) :
0
20 . 000
3
2,278 80,7
If 3
=
If 3
= 5068,92 80,7 0 Amper
Nilai setting relay incoming pada sisi 20 kV:
Ratio CT 1000:5:
Setting arus Primer = 1,2 x 866,05 = 1039,26
Amper
Gambar 8. Model Simulink CT tiga fasa
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
1
atau
Setting Arus Sekunder 1039,26
RatioCT
Is 1039,26 5 9,093 Amper
1000
Gambar 7. merupakan sistem penyulang
setelah pemasangan OCR. Untuk memudahkan kita
mengetahui apakah simulasi sistem penyulang 20 kV
sudah berjalan, maka pertama kali simulasi dijalankan
tanpa menggunakan blok OCR yaitu untuk
mengetahui kondisi arus sebelum terjadi arus
gangguan, tujuan untuk melihat OCR bekerja bila
terjadi gangguan 3 fasa pada penyulang. Gambar 9.
dibawah ini merupakan gelombang tegangan dan arus
pada sisi penyulang 20 kV sebelum terjadi gangguan.
Rumus inverse relay diperoleh:
Dimana tms incoming di set 0,16 detik sehingga t
penyulang:
t
0 ,14 x 0 ,16
0 , 02
5068,92
- 1
1039,26
t = 0 , 0224
0 , 0321
t = 0,6 detik
Simulasi OCR pada sistem distribusi
Setelah didapatkan parameter pada Tabel 2. maka
dapat dibentuk blok untuk menjalankan simulasi
seperti diperlihatkan pada Gambar 7. dibawah ini
yang merupakan blok simulasi untuk menguji OCR
pada sistem penyulang 20 kV.
Gambar 9. Simulasi sebelum terjadi gangguan dan
sebelum pemasangan OCR pada Bus 1
Gambar 10. dibawah ini memperlihatkan hasil
simulasi sebelum pemasangan OCR dan di saat
terjadinya gangguan 3 fasa.
Gambar 7. Model simulasi kerja OCR pada sistem
Penyulang 20 kV
Rangkaian CT
Gambar 8. dibawah ini merupakan rangkaian
transformator arus atau CT tiga fasa sebagai
pembanding arus yang tinggi pada penyulang sisi
primer CT untuk digunakan sebagai konversi ke arus
yang lebih rendah dengan ratio CT 1000 : 5.
Gambar 10. Saat terjadi gangguan 3 fasa pada
penyulang 20 kV sebelum di pasang OCR.
Saat terjadi gangguan 3 fasa terlihat seperti pada
Gambar 10. memperlihatkan arus pada waktu 0,06
90
Simulasi Over Cur r ent Relay ( OCR) Menggunakan Karater istik Standar Invers…….………Selamat Meliala
diproses untuk penundaan waktu berdasarkan kurva
standar inverse yang kemudian sinyal keluar dari bok
OCR masuk ke CB untuk mentripkan rangkaian
penyulang.
Hasil simulasi Arus lebih disaat mengalami gangguan
pada penyulang 20 kV dengan jarak gangguan ke
penyulang yang berbeda didapatkan hasil Arus lebih
sebesar 5068,92 A, 3976,23 A, 3255,42 A, 2750,29 A
dan 2378,37 A, yang disusun ke dalam Tabel 3.
detik terlihat lonjakan arus yang begitu tinggi
sehingga menyebabkan tegangan 20 kV turun sekitar
40%.
Tabel 3. Hasil simulasi OCR dengan jarak penyulang
ke gangguan yang berbeda
Gambar 11. OCR bekerja menggerakan CB saat arus
lebih melonjat tinggi pada Bus 1
Dari hasil simulasi OCR dengan jarak gangguan yang
berbeda menghasilkan besaran arus gangguan yang
berbeda pula seperti terlihat pada Tabel 3, maka dapat
diplot hasilnya membentuk kurva kareteristik standar
inverse seperti diperlihatkan pada Gambar 14.
Gambar 12. OCR bekerja menggerakkan CB saat arus
lebih melonjat tinggi pada Bus 2
Gambar 11. dan Gambar 12. diatas
menunjukan bekerjanya OCR dimana arus lebih
melonjat lebih tinggi sehingga menyebabkan
gangguan 3 fasa ini dikatakan permanen sehingga
relay bekerja
memberi
waktu berdasarkan
karakteristik standar inverse yang memberi sinyal ke
CB untuk membuka dan memutuskan hubungan
rangkaian sehingga arus gangguan 3 fasa permanen
tersebut tidak merusak Transformator daya 30 MVA.
Pada Bus 2 atau penyulang yang ditinjau
memperlihatkan tegangan dan arus menjadi nol
dikarenakan CB memutuskan hubungan rangkaian
dari transformator daya.
Gambar 14. Kurva hasil analisis OCR menggunakan
kareteristik standar inverse
V. KESIMPULAN
Dari hasil simulasi dan analisis penelitian
dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Waktu kerja Over Current Relay (OCR) untuk
gangguan tiga fasa pada jarak penyulang 20%
adalah 0,6 detik, jarak penyulang 40% adalah 0,8
detik, penyulang 60% adalah 0,9 detik, penyulang
80% adalah 1,14 detik penyulang 100% adalah
1,34 detik.
2. Relay bekerja lebih cepat saat gangguan tiga fasa
pada jarak yang lebih dekat dengan transformator
daya dikarenakan jenis relay yang digunakan
adalah jenis standar inverse, dimana relay bekerja
bedarsarkan basar arus gangguan yang terjadi
Gambar 13. Sinyal dari CT masuk ke OCR dan sinyal
keluar (Trip) untuk menggerakkab CB
Gambar 13. merupakan sinyal keluar berasal dari CT
kemudian masuk ke dalam blok OCR sehingga
91
Jur nal Litek ( ISSN: 1693-8097) Volume 9 Nomor 2, September 2012: hal. 87-92
yaitu semakin besar arus gangguan yang terjadi
maka semakin cepat relay tesebut bekerja.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Zuhal, 1990, Dasar Teknik Listrik Dan
Elektronika Daya, Penerbit PT. Gramedia,
Jakarta.
[2] http://www.scribd.com/doc/10204237/KoordinasiRelay-OCR
[3] Sumanto, Teori Transformator, Yogyakarta,
1991.
[4] Ravindranath, B. and Chander,1986, M. Power
System Protection, Erlangga, Jakarta.
[5] Stevenson William. D Jr, 1984, Analisa Sistem
Tenaga Listrik, Earlangga,
Jakarta.
[6] Hazairin Samaullah, Dasar-Dasar Sistem
Proteksi Tenaga Listrik.
Palembang, Unsri,
2000.
[7] Komari, Proteksi Sistem Tenaga Listrik
Filosofi, Strategi dan Analisa Untuk
Keandalan. Jakarta, PT. PLN (persero) Jasa
Pendidikan dan Pelatihan. 2003.
[8] http://budi54n.blogspot.com/2009/08/rele-aruslebih-over-current-relay-ocr.html.
92