MAKALAH SISTEM PROTESI PENENTUAN SETTING ARUS PENGAMAN
“
Disusun Oleh :
Nama : Kukuh Widianto NIM :
3.22.09.2.13
Kelas :
KE-3C
Program Studi Teknik Konversi Energi
Jurusan Teknik Mesin
Politeknik Negeri Semarang 2011
”
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Gangguan yang terbanyak pada sistem tenaga listrik ialah gangguan hubung sigkat. Akibat adanya hubung singkat ialah terjadinya arus yang lebih besar yang pada umumnya jauh lebih besar dari pada arus pengenal peralatan dan terjadi penurunan tegangan yang drastis pada sistem tenaga listrik. Dengan demikian mulai dari sistem tenaga listrik yang terkecilpun memerlukan pengaman hubung singkat. Pengaman untuk gangguan hubung singkat ialah pengaman arus lebih. Gangguan yang sering terjadi antara lain kawat penghantar putus, kerusakan pada pembangkit, gangguan pada saluran transmisi akibat petir serta gangguan hubung singkat. Dengan adanya gangguan yang tidak dapat diprediksi maka diperlukan suatu peralatan pengaman (sistem proteksi) yang tepat dan dapat diandalkan pada peralatan sistem tenaga listrik serta pengoperasian dan pemeliharaan yang baik. Relai proteksi harus dapat mengenal kondisi abnormal pada sistem tenaga dan melakukan langkah-langkah yang dianggap perlu untuk menjamin pemisahan gangguan dengan kemungkinan gangguan terkecil terhadap operasi normal. 1.2 TUJUAN
Tujuan dari pembuatan makalah ini yaitu : 1. Memenuhi tugas mata kuliah sistem proteksi dalam rangka menyelesaikan studi Diploma III Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Semarang. 2. Dapat mengembangkan ilmu yang telah didapat dari mata kuliah sistem proteksi.
BAB II ISI 2.1 Keistimewaan dari sistem 3 fasa 4 kawat.
Kawat netral JTM dan JTR dihubungkan dan dipakai bersama, pada sistem ini kawat netral diusahakan sebanyak mungkin dan merata ditanah, dimana pentanahannya dilakukan sepanjang JTM, JTR dan dihubungkan pula pada pentanahan TR dari tiap instalasi konsuman. Sistem pelayanan JTM terutama menggunakan jaringan 1 fasa yang terdiri dari kawat fasa dan netral, sehingga memungkinkan penggunaan trafo-trafo kecil 1 fasa yang sesuai bagi bebanbeban kecil yang berjauhan letaknya. Dengan adanya tahanan netral yang sangat kecil mendekati nol, maka arus hubung tanah menjadi relatif besar dan berbanding terbalik dengan letak gangguan tanah sehingga perlu dan dapat digunakan alat pengaman yang dapat bekerja cepat dan dapat memanfaatkan alat pengindera (relay) dengan karakteristik waktu terbalik (invers time). Keuntungan lain dari arus gangguan fasa tanah yang besar adalah dapat dilakukannya koordinasi antara PMT dan relay arus lebih atau recloser dengan pengaman lebur atau antara recloser dengan automatic sectionalizer secara baik. Pada percabangan beban atau tapping 1 fasa dapat digunakan pengaman fasa tunggal yang lebih selectif.
2.2 Relai Pengaman Relai pengaman adalah suatu piranti baik elektrik maupun magnetik yang dirancang untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan sistem tenaga listrik yang tidak diinginkan. Relai juga berfungsi untuk menunjukkan lokasi dan macam gangguannya sehingga memudahkan evaluasi pada saat terjadi gangguan. Pada prinsinya relai pengaman yang terpasang pada system tenaga listrik mempunyai tiga macam fungsi, yaitu:
Mendeteksi, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta memisahkan secepatnya.
Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan yang terganggu.
Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem yang lain, yang tidak terganggu di dalam sistem tersebut dan dapat beroperasi normal serta mencegah meluasnya gangguan.
2.2.1 Relai Arus Lebih Relai arus lebih berfungsi merasakan adanya arus lebih dan kemudian memberi perintah kepada pemutus beban untuk membuka. Relai arus lebih ini umumnya digunakan pada sistem tegangan menengah sampai tegangan tinggi. Pengaman dengan menggunakan relai arus lebih mempunyai beberapa keuntungan, yaitu:
Pengamanannya sederhana
Dapat sebagai pengaman utama dan berfungsi juga sebagai pengaman cadangan.
Harganya relatif murah.
Relai arus lebih pada umunya digunakan sebagai pengaman:
Jaringan tegangan menengah/saluran distribusi
Untuk sistem tenaga listrik yang kecil dan radial
Untuk sistem tenaga listrik yang besar, pengaman arus lebih hanya digunakan sebagai pengaman cadangan, karena untuk mengkoordinasi sulit untuk mendapatkan selektifitas yang baik.
Pengaman cadangan transformator tenaga dan generator
Pengaman motor listrik yang kecil
Pengaman ganguan tanah untuk sistem distribusi ataupun saluran transmisi.
2.2.2 Karakteristik Relai Arus Lebih Koordinasi pada relai arus lebih untuk mendapatkan selektifitas terutama dilakukan dengan seting waktu kerja relai, disamping juga karena ada perbedaan arus ada sisi hilir dan hulunya. Pada relai arus lebih terdapat beberapa karakteristik waktu, yang dapat dikelompokkan menjadi 4 jenis, yaitu waktu seketika, waktu terbalik, IDMT dan kombinasi antar waktu seketika dengan karakteristik lainnya.
2.2.3 Relai Arus Lebih Seketika Relay ini akan memberikan perintah pada PMT ketika terjadi gangguan, bila besar arus gangguannya melampaui penyetelannya( Im), dan jangka waktu kerja relai mulai pik up sampai kerja relai sangat singkat tanpa penundaan waktu (20
– 60
mdet), relai ini jarang berdiri sendiri
tetapi umumnya dikombinasikan dengan relai lain.
2.2.4 Relai Arus Lebih Waktu Tertentu Relai ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan bila besar arus gangguannya melampaui penyetelannya ( Is), dan jangka waktu kerja relai mulai pik up sampai kerja relai diperpanjang dengan waktu tertentu, tidak tergantung besarnya arus,
Gb1.Karakteristik relai arus lebih waktu tertentu
2.2.5 Relai Arus Lebih Waktu Terbalik Relai ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan bila besar arus gangguannya melampaui penyetelannya ( Is), dan jangka waktu kerja relai mulai pik up sampai kerja relai diperpanjang berbanding terbalik dengan besarnya arus.
Pada jenis ini kerakteristik kecuraman waktu arus dapat beragam dan dikelompokkan menjadi :
Normal inverse
Very inverse
Long inverse
Definite time
2.2.6 Relai Arus Lebih IDMT
Relai arus lebih dengan karakteristik IDMT ( Inverse Definite Minimum Time ) mempunyai karakteristik kombinasi antara relai arus lebih waktu terbalik dan waktu tertentu. Di daerah awal seperti relai arus lebih waktu terbalik dan kemudian menjadi waktu tertentu.
2.3 Pemutus Tenaga (PMT) Pemutus tenaga (PMT) atau lebih dikenal dengan istilah Circuit Breaker (CB) merupakan suatu piranti saklar mekanik yang secara otomatis akan membuka atau memutuskan rangkaian listrik apabila terjadi ketidaknormalan pada suatu system tanpa adanya kerusakan. Pemutus tenaga terdiri atas kontak-kontak yang dialiri arus listrik atau lebih dikenal dengan elektroda. Pada kondisi normal eletroda-elektroda tersebut dalam kondisi terhubung, sebaliknya pada kondisi abnormal maka elektroda-elektroda akan terpisah dan memutuskan hubungan listrik dari satu sisi ke sisi yang lainnya (PT. PLN, 2005a).
Gb 2. Skema sistem proteksi transformator
2.3.1 Pemutus Balik Otomatis ( Recloser)
Pemutus balik otomatis ( Automatic circuit recloser = Recloser ) ini secara fisik mempunyai kemampuan seperti pemutus beban, yang dapat bekerja secara otomatis untuk mengamankan system dari arus lebih yang diakibatkan adanya gangguan hubung singkat.
2.3.2 Saklar seksi Otomatis ( sectionaliser) Sectionaliser adalah alat perlindungan terhadap arus lebih, hanya dipasang bersama-sama
dengan PBO yang berfungsi sebagai pengaman back-upnya. Alat ini menghitung jumlah operasi pemutusan yang dilakukan oleh perlindungan back-upnya secara otomatis disisi hulu dan SSO ini membuka pada saat peralatan pengaman disisi hulunya sedang dalam posisi terbuka.
2.4 Setting arus OCR Peralatan dengan arus nominal terendah adalah CT, dengan : In = 400 Ampere. Is ocr = 1,2 x In CT = 480 Ampere. Setting waktu tunda relay OCR untuk penyulang dipilih karakteristik Very Inverse, dengan rumus : td vi = k.b/((Ihs /Is ocr )^a)-1. dimana : (k) = 0,1 b = 13,5 dan a = 1.
Tabel 1 Perhitungan waktu tunda OCR
x Is OCR
Ihs
100% 100%+1 200% 300% 400% 500% 600% 700% 800% 900% 1000% I hs max
480 481 960 1440 1920 2400 2880 3360 3840 4320 4800 12326
td
648,000 1,350 0,675 0,450 0,338 0,270 0,225 0,193 0,169 0,150 0,055
Gb 3. Kurva OCR Inverse
2.5 Setting GFR Setting GFR pada penyulang : 0,5 x In CT : 200 Ampere Setting waktu tunda relay GFR dipilih karakteristik Standar Inverse, dengan rumus waktu tunda, berikut: tdsi = k.b/((Ihs /Is ocr )^a)-1.
Table 2. Perhitungan waktu tunda OCR dan GFR. x Is GFR
I hs
tdGFR
tdOCR
(detik)
(detik)
100%
200
100%+1
201
200%
400
2,006
300%
600
1,260
5,400
400%
800
0,996
2,025
500%
1000
0,856
1,246
600%
1200
0,767
0,900
700%
1400
0,706
0,704
800%
1600
0,695
0,579
900%
1800
0,623
0,491
1000%
2000
0,594
0,426
I hs max
12326
0,326
0,055
Relay GFR juga dikombinasi dengan setting waktu tunda definite (waktu tunda tertentu), yang mana pemilihannya ditetapkan 1 detik.
Gb 4. Waktu kerja OCR dan GFR
2.6 Setting arus momen (Im) Setting arus momen ( Im ) yang akan bekerja tanpa tunda waktu, penetapannya sebagai berikut :
Setting arus momen OCR = 400 % x In terendah
Setting arus momen GFR = 600 % x In terendah
Dasar Penyetelan arus Lebih
Seperti diuraikan diatas pada dasarnya relai arus lebih terutama sebagai pengaman gangguan hubung singkat, tetapi dalam beberapa hal diusahakan dapat berfungsi sebagai pengaman beban lebih. Fungsi relai ini disamping sebagai pengaman utama untuk seksi yang
diamankan
jugan
berfungsi
sebagai
pengaman
cadangan
seksi
berikutnya.
Pertimbangan kedua hal diatas merupakan dasar penentuan penyetelan arus kerjanya. Adapun pertimbangan penyetelan waktu ialah diusahakan relai secara keseluruhan bekerja cepat tetapi selektif. Karena arus gangguan antar fase dan satu fase berbeda maka penyetelannya juga berbeda sehingga pada butir ini akan diuraikan kriteria penyetelan untuk gangguan antar fase. Kaidah / kriteria dasar penyetelan relai arus lebih untuk proteksi gangguan antar fase ialah sebagai berikut : 2.7 Penyetelan Arus Pik Up (Kerja) 2.7.1 Batas minimum
Pada dasarnya relai arus lebih tidak boleh bekerja pada beban maksimum, dalam batas penyetelan arus pik up minimum adalah :
Ismin= I maks
Dimana : Ismin : Arus setting minimum
I maks
: arus beban maksimum : Faktor keamanan ( 1,1 – 1,2)
K s K d
: Faktor arus kembali ( arus kembali/arus kerja )
Untuk relai dengan karakteristik waktu tertentu 0,8
–
0,9 dan untuk relai dengan
karakteristik waktu terbalik ( relai jenis induksi ) dan relai statik mendekati 1,0 Umumnya Is diset 1,2 – 1,5 x pengenal trafo arus, kecuali relai arus lebih yang dikontrol dengan tegangan turun. 2.7.2
Batas maksimum
Seperti telah diuraikan diatas bahwa relai arus lebih disamping sebagai pengaman utama juga berfungsi sebagai pengamgn cadangan untuk seksi hilir berikutnya. Dengan demikian relai ini harus pasti dapat menjangkau ujung seksi hilir berikutnya pada arus gangguan yang minimum, Dalam hal ini diambil gangguan 2 fase saat pembangkitan minimum I s(maks) = K s I HSmin
Dimana :
I s(maks) : penyetelan arus kerja maksimum K s
: faktor keamanan ( 0,7 – 0,8 )
I HSmin
: arus gangguan 2 fase pada pembangkitan minimum di satu hilirnya.
BAB III KESIMPULAN
1. Besar arus gangguan pada sistem 3 fasa 4 kawat memberikan keuntungan koordinasi atara peralatan pengaman yang satu dengan yang lain dengan baik. 2. Jangkauan relay sangat dipengaruhi besar kecilnya arus hubung singkat, sedangkan besar arus hubung singkat dipengaruhi :
Jumlah pembangkit yang masuk ke sistem jaringan.
Kapasitas dan impedansi trafo
Titik gangguan atau panjang jaringan.
DAFTAR PUSTAKA PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 2005a. ”Buku Petunjuk Operasi dan Pemeliharaan
Pemutus Tenaga”. Badan Penerbit PLN. Jakarta. PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 2005b. ”Modul Pelatihan Pengaman Transformator”.
Badan Penerbit PLN. Jakarta. PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 2005c. ” Modul Pelatihan Relai OCR”. Badan Penerbit
PLN. Jakarta. Stevenson, William D. Jr. 1984. ”Analisa Sistem Tenaga Listrik”. McGraw-Hill. Inc New York. Tjahjono, Hendro. 2000. ”Modul Kuliah Analisa Sistem Tenaga Listrik”. Universitas Jaya
Baya. Jakarta. Komari Ir., Pembumian titik netral, PT PLN (Persero), Udiklat Teknologi Kelistrikan.