Politeknik Negeri Sriwijaya
BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Generator adalah peralatan utama untuk
menghasilkan Listrik. Dalam Pengoperasiannya tidak selalu berjalan
normal, melainkan kadang-kadang terjadi gangguan yang mengakibatkan
keandalannya berkurang dan apabila tidak segera diatasi dapat
mengganggu kerja system bahkan kerusakan pada peralatan tersebut.
Oleh karenanya dibutuhkan yang disebut dengan proteksi. Dari sini
akan dibahas bagaimana cara proteksi generator terhadadap gangguan
arus hubung singkat.
Hasil observasi pada saat studi penelitian di sana, diketahui
bahwa terdapat 4 unit generator turbin gas dan 4 unit generator
diesel sebagai cadangan dan setiap generator sudah dilengkapi
dengan relay-relay khusus proteksi sebagai bagian dari sistem
proteksinya. dan pada pembahasan laporan ini relay yang digunakan
adalah relay arus lebih.Relay arus lebih adalah suatu relay yang
bekerjanya berdasarkan adanya kenaikan arus yang melewatinya.
Prinsip kerja dan kontruksi cukup sederhana, murah dan mudah dalam
penyetelannya. Fungsi Rele ini adalah untuk mendeteksi arus lebih
yang mengalir dalam kumparan stator generator. Arus yang berlebihan
pada kumparan stator dapat terjadi karena pembebanan berlebihan
terhadap generator termasuk hubung singkat.Berkaitan dengan itu
penulis mengambil sampel satu unit generator sebagai sumber
pengerjaan penelitian ini yang berjudul Analisa Sistem Pengaman
Pada Generator Dengan Menggunakan Proteksi Rele Arus Lebih Terhadap
Arus Hubung Singkat Area Pusri 2 Pt. Pupuk Sriwidjaja.Dalam suatu
peralatan di sistem pembangkitan yang telah terpasang relay arus
lebih, diperlukan setting terhadap relay tersebut dengan mengetahui
gangguan tidak simetris yang diselesaikan dengan cara simetris
untuk menentukan arus hubung singkat tiga fasa, dua fasa dan satu
fasa ke tanah.
1.2 Perumusan MasalahBerdasarkan latar belakang yang telah
dikemukakan diatas, maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut
:1. Bagaimana penentuan dan perhitungan nilai arus gangguan hubung
singkat satu fasa ketanah, hubung singkat 2 fasa dan hubung singkat
3 fasa pada generator.2. Bagaimana perhitungan untuk menentukan
setting rele sebagai penentuan pengaman Generator terhadap gangguan
hubung singkat satu fasa ketanah, dua fasa dan 3 fasa.
1.3 Tujuan dan Manfaat1.3.1TujuanAdapun tujuan dari penulisan
laporan akhir ini, sebagai berikut :1. Untuk mengetahui nilai
besaran arus gangguan satu fasa ketanah, hubung singkat 2 fasa, dan
hubung singkat 3 fasa pada generator.2. Untuk mengetahui jenis dan
setting rele yang digunakan untuk pengaman Generator terhadap
gangguan hubung singkat.3. Untuk mengetahui seberapa baik dan buruk
nya kinerja proteksi pada generator di PT. Pupuk Sriwidjaja
Palembang.1.3.2ManfaatAdapun manfaat dari penulisan laporan akhir
ini, sebagai berikut:1. Agar generator tetap aman apabila terjadi
gangguan hubung singkat satu fasa ketanah, dua fasa dan 3 fasa
sehingga gangguan tersebut tidak menyebabkan kerusakan pada
generator.2. Agar tidak terjadi kesalahan dalam pemasangan pengaman
hubung singkat pada generator.
1.4 Pembatasan MasalahPada penulisan laporan ini, penulis lebih
menitik beratkan permasalahan pada perhitungan nilai Arus hubung
singkat satu fasa ke tanah, hubung singkat dua fasa dan hubung
singkat tiga fasa yang dapat terjadi pada generator serta setting
rele yang digunakan untuk mengamankan generator dari gangguan
hubung singkat tersebut.
1.5 Metode PenulisanMetode yang digunakan penulis dalam
pembuatan laporan akhir ini, sebagai berikut :1. Metode Studi
Lapangana. ObservasiYaitu pengumpulan data yang dilakukan dengan
mengadakanpencatatan data-data yang diperlukan didalam penyusunan
laporan akhir ini.b. InterviewYaitu pengumpulan data melalui proses
tanya jawab baik dengan pimpinan perusahaan maupun karyawan PT.
Pupuk Sriwidjaja Palembang.2. Metode KepustakaanYaitu pengumpulan
data-data atau informasi dengan cara membaca buku-buku, bahan-bahan
kuliah, dan lain sebagainya yang ada hubungannya dengan laporan
ini.3. Metode KonsultasiYaitu menanyakan kepada dosen-dosen
pembimbing apakah penyusunan dan pembahasan dari laporan sudah baik
dan benar.
1.6Sistematika PenulisanSistematika dalam penulisan laporan
akhir ini adalah sebagai berikut :BAB IPENDAHULUANPada bab ini
berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan dan
manfaat, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika dari
penulisan laporan akhir ini. BAB IITINJAUAN PUSTAKAPada bab ini
berisi tentang teori-teori umum yang menunjang dari permasalahan
yang dibahas. BAB IIIKEADAAN UMUMPada bab ini berisi tentang
data-data yang sebenarnya yang didapat penulis dari lapangan atau
kondisi sebenarnyaBAB IVHASIL DAN PEMBAHASANPada bab ini berisi
tentang pembahasan dan analisa dari data-data yang didapat pada bab
sebelumnya.BAB VPENUTUPPada bab ini merupakan akhir dari pembahasan
laporan yang berisi kesimpulan - kesimpulan yang dapat diambil dari
pembahasan yang ada serta saran-saran yang diberikan oleh penulis
setelah melakukan penulisan.
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
2.1 Analisis Gangguan Hubung Singkat Pada GeneratorAnalaisis
Gangguan Hubung Singkat dilakukan dengan berdasarkan kesimetrisan
gangguan yang terjadi. Analisis gangguan Hubung Singkat dapat
dilakukan pada keadaan simetris. Pada gangguan asimetris perlu
dilakukan metode komponen simetris untuk melakukan analisis hubung
singkat.[3]2.3.1 Komponen SimetrisKomponen simetris digunakan untuk
menganalisis terutama sistem yang tidak seimbang, misalnya saat
terjadi hubung singkat tiga phasa, dua phasa dan satu phasa ke
tanah. Dimana sebuah sistem tak seimbang diubah menjadi tiga
rangkaian persamaan yaitu rangkaian urutan positif, urutan negatif,
dan urutan nol. Menurut teorema Fortescue, tiga fasor tak seimbang
dari sistem tiga phasa dapat diuraikan menjadi tiga sistem fasor
yang seimbang. Himpunan seimbang komponen itu adalah (Stevenson,
1982: 260):[3]1. Komponen urutan positif, yang terdiri dari tiga
fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lainnya dalam
phasa sebesar 120o, dan mempunyai urutan phasa yang sama seperti
fasor aslinya.
2. Komponen urutan negatif, yang terdiri dari tiga fasor yang
sama besarnya, terpisah satu dengan yang lainnya dalam phasa
sebesar 120o, dan mempunyai urutan phasa yang berlawanan dengan
fasor aslinya
3. Komponen urutan nol, yang terdiri dari tiga fasor yang sama
besarnya dan dengan pergeseran phasa nol antara fasor yang satu
dengan yang lain.
Tujuan lain adalah untuk memperlihatkan bahwa setiap phasa dari
sistem tiga phasa tak seimbang dapat di pecah menjadi tiga set
komponen.[3]
Gambar 2.2. Vektor Diagram untuk Komponen SimetrisKomponen
simetris berpengaruh terhadap besarnya impedansi saluran. Impedansi
saluran suatu sistem tenaga listrik tergantung dari jenis
konduktornya yaitu dari bahan apa konduktor itu dibuat yang juga
tentunya pula dari besar kecilnya penampang konduktor dan panjang
saluran yang digunakan jenis konduktor ini. Komponen Simetris
menyebabkan tegangan jatuh sesuai dengan urutan arusnya dan tidak
mempengaruhi urutan arus lainnya, berarti tiap urutan yang seimbang
akan terdiri dari suatu jaringan. Ketidakseimbangan arus atau
tegangan ini akan menimbulkan pula impedansi urutan positif, urutan
negatif, dan urutan nol. Impedansi urutan dapat didefinisikan
sebagai suatu impedansi yang dirasakan arus urutan bila tegangan
urutannya dipasang pada peralatan atau pada sistem tersebut.
Seperti juga tegangan dan arus didalam metode komponen simetris
dikenal tiga macam impedansi urutan yaitu sebagai berikut.[3]1.
Impedansi urutan positif (Z1), adalah impedansi tiga phasa simetris
yang terukur bila dialiri oleh arus urutan positif.
2. Impedansi urutan negatif (Z2), adalah impedansi tiga phasa
simetris yang terukur bila dialiri oleh arus urutan negatif.3.
Impedansi urutan nol (Z0), adalah impedansi tiga phasa simetris
yang terukur bila dialiri arus urutan nol.
Gamba 2.3. Tiga macam Vektor Diagram Impedansi urutanDari Vektor
diagram simetris tersebut didapatkan persamaan :[3]
. . . . . . . . . . . . . ( 2.3 )IA= I1A+ I2A+ I0.IB= a2I1A+ a
I2A+ I0.IC= a I1A+ a2I2A+ I0.
Dari persamaan tersebut, diperoleh persamaan berikut.
. . . . . . . . . . . . . ( 2.4 )I1A= 1/3(IA+ aIB+ a2IC)I2A=
1/3(IA+ a2IB+ aIC)I0A= 1/3(IA+ IB+ IC)
Keterangan : IA = Arus pada line A ( Ampere )IB = Arus pada line
B ( Ampere )IC = Arus pada line C ( Ampere )I1A = Arus urutan
positifpada line A ( Ampere )I2A= Arus urutan negative pada line A
( Ampere )I0A = Arus urutan nol pada line A ( Ampere )a = 1 120o =
- 0,5 + j 0,866a2 = 1 240o = - 0,5 - j 0,866a3 = 1360o = 1
Persamaan di atas, terdapat operator a yang merupakan unit
vektor yang membentuk sudut 120o derajat berlawanan jarum
jam.[3]
Gambar 2.4. Diagram Vektor sudut operator a2.3.1.1 Hubung
Singkat Satu Fasa ke Tanah
Gambar 2.5 Hubung Singkat satu fasa ke tanahDari gambar diatas
dapat diperoleh persamaan berikut.[6]
. . . . . . . . . . . . . ( 2.7 ) . . . . . . . . ( 2.6 ) . . .
. . ( 2.5 )Keterangan :Vf= Tegangan gangguan ( Volt )Iaf= Arus
gangguan di line a ( Ampere )If -tanah= Arus hubung Singkat ke
tanah ( Ampere )Zf= Impedansi gangguan ( ohm )Zo= Impedansi urutan
nol ( ohm )Z1= Impedansi urutan positif ( ohm )Z2= Impedansi urutan
negatif ( ohm )2.3.1.2 Hubung Singkat 3 fasa
Gambar 2.6 Hubung Singkat 3 fasa
. . . . . . . . . . . . . ( 2.10 ) . . . . . . . . . . . . . (
2.9 ) . . . . . . . . . . . . . ( 2.8 )Pada hubung singkat 3 fasa,
gangguan termasuk gangguan simetris sehingga tidak perlu
menggunakan komponen simetris. Persamaan hubung singkat diperoleh
sebagai berikut.[6]
Keterangan :Vf= Tegangan Gangguan ( Volt )VL-N= Tegangan per
phase ( Volt )If= Arus gangguan ( Ampere )If 3= Arus hubung singkat
3 fasa ( Ampere )Z1= Impedansi uutan positif ( ohm )Zf= Impedansi
gangguan ( ohm )2.3.1.3 Hubung Singkat 2 fasa
Gambar 2.7 Hubung Singkat 2 fasa
. . . . . . . . . . . . . ( 2.12 ) . . . . ( 2.11 )Dengan
menggunakan komponen simetris, diperoleh persamaan berikut.[6]
. . . . . . . . . . . . . ( 2.13 )
Keterangan :Vf= Tegangan Gangguan ( Volt )VL-N= Tegangan per
phase ( Volt )If= Arus gangguan ( Ampere )If l-l= Arus hubung
singkat line ke line ( Ampere )Z1= Impedansi uutan positif ( ohm
)Z2= Impeansi urutan negatif ( ohm )Zf= Impedansi gangguan ( ohm
)Sehingga untuk hubung singkat 2 fasa ketanahnya diperoleh
persamaan berikut.
Gambar 2.8 Hubung Singkat 2 fasa ke tanah
. . . . . . . . . . . . . ( 2.16 ) . . . . . . . . . ( 2.15 ) .
. . . . . . . ( 2.14 )Keterangan :VL-N= Tegangan per phase ( Volt
)IA= Arus pada line A ( Ampere )IB= Arus pada line B ( Ampere )IC=
Arus pada line C ( Ampere )Z1= Impedansi uutan positif ( ohm )Z2=
Impedansi urutan negatif ( ohm )Zo= Impeansi urutan nol ( ohm )a =
1 120o = - 0,5 + j 0,866a2 = 1 240o = - 0,5 - j 0,866a3 = 1360o =
1
2.3.2. Identifikasi Dan Penentuan Parameter Impedansi Pada
Generator SingkronParameter generator sinkron dibutuhkan pada
dasarnya untuk menggambarkan rangkaian ekivalen beserta
karakteristiknya. Parameter yang dibutuhkan pada penulisan ini
yaitu impedansi jangkar urutan negatif Zj2 dan impedansi jangkar
urutan nol Zj0. Sehingga untuk memperoleh parameter-parameter
tersebut maka diperlukan identifikasi ataupun pengujian-pengujian
sebagai berikut [4]
1. Pengukuran Impedansi Jangkar Urutan Negatif
. . . . . . . . . . . . . ( 2.1 )Saat generator dialiri arus
urutan negatif, perilaku putaran medan stator akan mempunyai arah
yang berlawanan dengan putaran rotor tetapi jumlah putaran tetap
sama dengan jumlah putaran rotor (kecepatan sinkron) sehingga
terdapat slip sebesar 200 % atau s = 2. Atau dikatakan bahwa arus
urutan negatif yang mengalir pada kumparan jangkar akan
menghasilkan medan putar dengan kecepatan sinkron relative terhadap
kumparan jangkar dengan arah putar berlawananan dengan medan putar
yang dihasilkan dari arus urutan positif. Dan medan putar ini
berputar pada dua kali kecepatan sinkronnya relatif terhadap
kumparan medan sehingga akan menyebabkan arus dengan frekuensi dua
kali lipat dari frekuensi semula terinduksi pada kumparan kumparan
medan (eksitasi). Dimana arus induksi ini akan cenderung mengalir
pada kumparan rotor terus melalui damper winding dimana reaktansi
paling rendah. Jika dibiarkan terus meningkat maka akan menyebabkan
pemanasan berlebihan pada rangka rotor.. Dimana untuk mendapatkan
arus urutan negatif yaitu dengan cara menukar dua fasa kumparan
jangkar generator uji dengan dua fasa kumparan jangkar generator
injeksi sementara itu arus medan tidak diberikan pada generator
uji. Impedansi jangkar urutan negatif per fasa Zj2 dapat dihitung
dengan Persamaan 2.1 berikut : [4]
dimana : Vt = Tegangan terminal line to line (Volt)
Ia = Arus jangkar (A)
Zj2 = Impedansi jangkar urutan negatif (ohm)
2. Pengukuran Impedansi Jangkar Urutan Nol
Saat generator dialiri arus urutan nol, medan putar akan sama
dengan nol dan dapat dikatakan tidak ada fluksi yang terinduksi ke
kumparan rotor sehingga dianggap tidak ada arus yang terinduksi
pada kumparan rotor. Dengan identifikasi diatas maka pengukuran
impedansi jangkar urutan nol Zj0 dilakukan seperti persamaan
dibawah. Dimana untuk menghasilkan medan putar sama dengan nol maka
kumparan jangkar generator uji dihubungkan secara seri dan disuplai
dari salah satu fasa sumber tegangan tiga fasa injeksi sementara
itu rotor generator yang uji tidak diputar dan eksitasi tidak
diberikan. Impedansi jangkar urutan nol Zj0 dapat dihitung dengan
Persamaan 2.2 berikut : [4]
. . . . . . . . . . . . . ( 2.2 )dimana : Vt = Tegangan line to
netral (Volt)
Ia = Arus jangkar (A)
Zj0 = Impedansi jangkar urutan nol (ohm)
2.4 Sistem Pengaman Listrik GeneratorGenerator tiga fasa
dilengkapi dengan beberapa relay. Pemasangan relay-relay
dimaksudkan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan serta
kerusakankerusakan yang disebabkan oleh gangguan-gangguan yang
terjadi dalam generator. Relay pengaman adalah suatu perangkat
kerja proteksi yang mempunyai fungsi dan peranan : [2]a. Memberi
sinyal alarm atau melepas pemutusan tenaga (circuit breaker) dengan
tujuan mengisolasi gangguan atau kondisi yang tidak normal seperti
adanya : beban lebih, tegangan rendah, kenaikan suhu, beban tidak
seimbang, daya kembali, frekwensi rendah, hubungan singkat dan
kondisi tidak normal lainnya.b. Melepas atau mentrip peralatan yang
berfungsi tidak normal untuk mencegah timbulnya kerusakan c.
Melepas atau mentrip peralatan yang terganggu secara cepat dengan
tujuan mengurangi kerusakan yang lebih berat d. Melokalisir
kemungkinan dampak akibat gangguan dengan memisahkan peralatan yang
terganggu dari system.e. Melepas peraltan atau bahagian yang
terganggu secara cepat dengan maksudmenjaga stabilitas sistem.
Prinsip kerja dari relay pengaman pada mesin generator:[2]a. Rele
arus lebih ( OCR )
Penger tian OCR (Over Curent Relay) OCR (Over Curent 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 setting.Rele arus lebih digunakan untuk melindungi kerusakan
akibat terjadinya hubungan singkat antar hantaran yang menuju
jaring-jaring atau antar fasa. Dalam keadaan normal rele arus lebih
tidak bekerja. Tetapi bila terjadi hubung singkat antar hantaran
yang menuju jaring-jaring atau antar fasa maka arus yang mengalir
pada fasa yang mengalami hubung singkat tersebut melebihi batas
nominalnya. Dengan demikian rele arus lebih bekerja. [2]Rele ini
bekerja dengan membaca input berupa besaran arus kemudian
membandingankan dengan nilai setting, apabila nilai arus yang
terbaca oleh rele melebihi nilai setting, maka rele akan mengirim
perintah trip (lepas) kepada Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit
Breaker (CB) setelah tunda waktu yang diterapkan pada setting.
[7]
Gambar 2.9 Rangkaian hubungan OCR ke PMT Prinsip Kerja Relay
Relay adalah komponen listrik yang bekerja berdasarkan prinsip
induksi medan elektromagnetis. Jika sebuah penghantar dialiri oleh
arus listrik, maka di sekitar penghantar tersebut timbul medan
magnet. Medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik tersebut
selanjutnya diinduksikan ke logam ferromagnetis.
Logam ferromagnetis adalah logam yang mudah terinduksi medan
elektromagnetis. Ketika ada induksi magnet dari lilitan yang
membelit logam, logam tersebut menjadi "magnet buatan" yang
sifatnya sementara. Cara ini kerap digunakan untuk membuat magnet
non permanen. Sifat kemagnetan pada logam ferromagnetis akan tetap
ada selama pada kumparan yang melilitinya teraliri arus listrik.
Sebaliknya, sifat kemagnetannya akan hilang jika suplai arus
listrik ke lilitan diputuskan.
Gambar 2.11 Prinsip Kerja rele arus lebih
Berikut ini penjelasan dari gambar di atas: Amarture, merupakan
tuas logam yang bisa naik turun. Tuas akan turun jika tertarik oleh
magnet ferromagnetik (elektromagnetik) dan akan kembali naik jika
sifat kemagnetan ferromagnetik sudah hilang. Spring, pegas (atau
per) berfungsi sebagai penarik tuas. Ketika sifat kemagnetan
ferromagnetik hilang, maka spring berfungsi untuk menarik tuas ke
atas. Shading Coil, ini untuk pengaman arus AC dari listrik PLN
yang tersambung dari C (Contact). NC Contact, NC singkatan dari
Normally Close. Kontak yang secara default terhubung dengan kontak
sumber (kontak inti, C) ketika posisi OFF. NO Contact, NO singkatan
dari Normally Open. Kontak yang akan terhubung dengan kontak sumber
(kontak inti, C) kotika posisi ON. Electromagnet, kabel lilitan
yang membelit logam ferromagnetik. Berfungsi sebagai magnet buatan
yang sifatya sementara. Menjadi logam magnet ketika lilitan dialiri
arus listrik, dan menjadi logam biasa ketika arus listrik
diputus.[9] Jenis relay arus lebih :
1. Relay waktu seketika (Instantaneous relay)2. Relay arus lebih
waktu tertentu (Definite time relay)3. Relay arus lebih waktu
terbalik (Inverse Relay)
1. Relay Waktu Seketika (Instantaneous relay)Relay yang bekerja
seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir melebihi
nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu beberapa mili
detik (10 20 ms). Dapat kita lihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.12 Karakteristik Relay Waktu Seketika (Instantaneous
Relay). [8]Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya
dikombinasikan dengan relay arus lebih dengan karakteristik yang
lain.
2. Relay arus lebih waktu tertentu (definite time relay)Relay
ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan
hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya
(Is), dan jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relay
diperpanjang dengan waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus
yang mengerjakan relay, lihat gambar dibawah ini.
Gambar 2.13 Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Tertentu
(Definite Time Relay). [8]
3. Relay arus lebih waktu terbalikRelay 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 tiga kelompok : [8]a. Standar inversb. Very inversec.
Extreemely inverse
Gambar 2.14. Karakteistik Relay Arus Lebih Waktu Terbalik
(Inverse Relay). [8] Pengaman Pada Relay Arus Lebiha. Pada relay
arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara
lain:Pengamanan hubung singkat fasa. Relay mendeteksi arus fasa.
Oleh karena itu, disebut pula Relay fasa. Karena pada relay
tersebut dialiri oleh arus fasa, maka settingnya (Is) harus lebih
besar dari arus beban maksimum. Ditetapkan Is = 1,2 x In (In = arus
nominal peralatan terlemah).
b. Pengamanan hubung tanah. Arus gangguan satu fasa tanah ada
kemungkinan lebih kecil dari arus beban, ini disebabkan karena
salah satu atau dari kedua hal berikut:
Gangguan tanah ini melalui tahanan gangguan yang masih cukup
tinggi. Pentanahan netral sistemnya melalui impedansi/tahanan yang
tinggi, atau bahkan tidak ditanahkan Dalam hal demikian, relay
pengaman hubung singkat (relay fasa) tidak dapat mendeteksi
gangguan tanah tersebut. Supaya relay sensitive terhadap gangguan
tersebut dan tidak salah kerja oleh arus beban, maka relay dipasang
tidak pada kawat fasa melainkan kawat netral pada sekunder trafo
arusnya. Dengan demikian relay ini dialiri oleh arus netralnya,
berdasarkan komponen simetrisnya arus netral adalah jumlah dari
arus ketiga fasanya. Arus urutan nol dirangkaian primernya baru
dapat mengalir jika terdapat jalan kembali melalui tanah (melalui
kawat netral). [8]
Gambar 2.15 Sambungan Relay GFR dan 2 OCR. [8]
b. Rele tegangan lebih Rele tegangan lebih akan bekerja bila
tegangan yang dihasilkan generator melebihi batas nominalnya.
Misalnya disebabkan ketidakberesan penguat magnit atau pengaturan
penguat magnit terlalu besar sehingga mengakibatkan tegangan yang
dihasilkan generator melebihi batas nominalnya. Tegangan lebih
dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih (over speed) atau
kerusakan pada pengatur tegangan otomatis (AVR). c. Rele
diferensial Rele differensial bekerja atas dasar perbandingan
tegangan atau perbandingan arus, yaitu besarnya arus sebelum
lilitan stator dengan arus yang mengalir pada hantaran yang menuju
jaring-jaring. Dalam keadaan normal antara keduanya mempunyai arus
sama besar. Bila terjadi hubung singkat antara lilitan stator
dengan rangka mengakibatkan arus antara keduanya tidak sama maka
rele differensial akan bekerja. Bekerjanya rele - rele tersebut
digunakan untuk membuka sakelar, misalnya sakelar utama, sakelar
penguat magnit.
Gambar 2.16 Prinsip Kerja Pengaman generator dengan GFRd. Rele
daya balik Rele daya balik berfungsi untuk mendeteksi aliran daya
aktif yang masuk ke arah generator. Perubahan ini disebabkan oleh
pengaruh rendahnya input dari penggerak mula generator. Bila input
tidak dapat mengatasi rugirugi yang ada, maka kekurangan daya dapat
diperoleh dengan cara menyerap daya aktif dari sistem. Selama
penguatan masih tetap, maka aliran daya rekatif generator sama
halnya sebelum generator bekerja sebagai motor. Dengan demikian
pada generator bekerja sebagai motor, daya aktif akan masuk ke
generator, sementara itu aliran daya reaktif mungkin masuk atau
mungkin juga keluar.e. Relay hubung tanah ( GFR )Gangguan hubung
singkat ke tanah tidak dapat dideteksi oleh relay difrensial dan
OCR bila titik netral generator tidak ditanahkan. Oleh karenanya
ada relay hubung tanah untuk melindungi generator terhadap gangguan
hubung tanah.Pada gambar berikutnya diperlihatkan pengaman
generator terhadap gangguan hubung tanah yang titik netralnya tidak
ditanahkan sehingga perlu dipasang transformator tegangan dan yang
titik netralnya ditanahkan dengan melewati tahanan
Gambar 2.17 Prinsip Kerja Pengaman generator dengan
GFRKeterangan : Gambar relay hubung tanah (GF) yang titik netral
dari generator tidak ditanahkan dengan pemasangan transformator
tegangan Gambar relay hubung tanah (GF) yang titik netral dari
generator ditanahkan melalui tahanan (R). Untuk pengaman generator
yang ttitk netralnya tidak ditanahkan perlu dipasang transformator
tegangan yang berfungsi mendeteksi kenaikan tegangan titik netral
terhadap tanah dan selanjutnya akan menyebabkan relay hubung tanah
(GF) bekerja. Tegangan titik netral terhadap tanah akan naik bila
ada gangguan hubung tanah dan selanjutnya akan menyebabkan relay
(GF) bekerja.
2.5 PenyetelanOver Current Relay (OCR) Aturan dasar yang benar
untuk koordinasi rele secara umum yaitu:a. Bila memungkinkan
gunakan rele dengan karakteristik yang sama dengan satu dan
lainnya. b. Memastikan bahwa rele yang terjauh dari sumber memiliki
pengaturan sama dengan atau kurang dari waktu rele sebelumnya.
Artinya bahwa arus utama yang diperluan untuk mengoperasikan rele
didepan selalu sama dengan atau kurang dari arus utama yang
diperlukan untuk mengoperasikannya Penyetelan rele dimaksudkan
untuk memberikan batas minimum dari besaran ukur agar rele bekerja.
Gambar 3 menunjukkan karakteristik rele OCR standar IEC 60255.
Berdasarkan karakteristik kerja arus waktu, rele arus lebih dibagi
atas beberapa jenis, yaitu :1. Definit yaitu rele arus lebih dengan
penundaan waktu tertentu.2. Invers yaitu rele arus lebih dengan
penundaaan waktu terbalik.3. Very Invers yaitu rele arus lebih
dengan penundaan waktu sangat terbalik.4. Extremely Invers yaitu
rele arus lebih dengan penundaan waktu amat sangat terbalik.5.
Invers Definite Minimum IDMT yaitu rele arus lebih dengan penundaan
waktu tertentudan terbalik. 6. Instantaneous yaitu rele arus lebih
dengan penundaan waktu sesaat.
Gambar 2.18 Karakteristik Rele OCR standar IEC 602552.5.1
Perhitungan Koordinasi Over Current Relay ( OCR ) Hasil perhitungan
arus gangguan hubung singkat, pada tahap selanjutnya dipergunakan
untuk menentukan nilai setelan arus lebih, terutama nilai setelan
Tms (Time Multiple Setting) dari Over Current Relay ( OCR ) dari
jenis inverse.Di samping itu setelah nilai setelan relai
didapatkan, nilainilai arus gangguan hubung singkat pada setiap
lokasi gangguan yang diasumsikan dipakai untuk memeriksa kerja Over
Current Relay ( OCR ), apakah masih dapat dinilai selektif atau
nilai setelan harus diubah ke nilai lain yang memberikan kerja
relai yang lebih selektif atau didapatkan kerja selektifias yang
optimum (relai bekerja tidak terlalu lama tetapi menghasilkan
selektifitas yang baik)Metodologi penelitian merupakan proses
ataupun langkah -langkah yang bertujuan supaya penentuan setting
rele dapat dilakukan secara sistematis. Metode penelitian dapat
dibuat dengan diagram alir. Dan dibawah ini adalah diagram alir
pemecahan masalah setting rele arus lebih pada generator. [5]
Gambar 2.19 flowchart setting relay arus lebih pada Generator
Gambar diatas merupakan diagram alir penentuan setting rele arus
lebih pada generator dengan urutan :[5]1. Menghitung arus hubung
singkat tiga fasa, dua fasa dan satu fasa ke tanah dengan rumus
seperti yang tertulis pada subbab 2.3 dengan mencari nilai arus
terkecil diantara ketiga arus hubung singkat untuk digunakan
sebagai perhitungan arus pick up pada penyetelan rele arus
lebih.
2. . . . . . . . . . . . . . ( 2.17 )Mencari nilai arus pick up
rele dengan rumus :
. . . . . . . . . ( 2.18 )Namun sebelumnya menentukan nilai arus
nominal dengan cara :
. . . . . . . . ( 2.19 )Kemudian menentukan arus yang mengalir
pada rele arus lebih sebesar :
. . . . . . . . . . . ( 2.20 )Rasio CT ditentukan dari arus
nominal peralatan atau dari kabel pada umumnya.
Dengan arus setting (standar OCR 110% ) :
. . . . . . . . . . . . . ( 2.21 )
Setelah didapat semua, baru menentukan arus pick up .
3. Menentukan setting waktu sesuai dengan karakteristik rele
arus lebih normally inverse yaitu terlihat pada Tabel 2.1
standarisasi PLN 2005.[1]Tabel 2.1 Konstanta Karakteristik rele
arus lebihNoDeskripsiKC
1Definit time-0 - 100-
2Standart inverse0,1400,02
3Very inverse13,501
4Extremely inverse8002
5Long time inverse12001
. . . . . . ( 2.21 ) Maka setting waktunya : [1]
Keterangan :t = waktu setelan Over Current Relay ( OCR )
penyulang+waktu koordinasiTms =Setelan Waktu/Time Multiple
SettingIset OCR= Arus Setting OCRK =Konstanta standar invers ( 0,14
)2.6 Penentuan Relay DiferensialMetodologi penelitian merupakan
proses ataupun langkah -langkah yang bertujuan supaya penentuan
setting rele dapat dilakukan secara sistematis. Metode penelitian
dapat dibuat dengan diagram alir. Dan dibawah ini adalah diagram
alir pemecahan masalah setting rele diferensial pada generator
[5]
Gambar 2.20 flowchart setting relay diferensial pada
GeneratorPada Gambar 2.11 adalah diagram alir penentuan setting
rele diferensial pada generator meliputi :[1]1. Menghitung arus
hubung singkat tiga fasa, dua fasa dan satu fasa ke tanah dengan
rumus seperti yang tertulis pada pendahuluan dengan mencari nilai
arus terbesar diantara ketiga arus hubung singkat untuk digunakan
dalam perhitungan penentuan setting rele diferensial.
2. Pemilihan ratio CT dan tap auxillary dengan cara mengetahui
arus nominal pada sisi primer dan sekunder untuk pemilihan ratio CT
sesuai dengan yang ada di pasaran. Setelah dilakukan pemilihan
ratio CT dan tap auxillary, maka vektor group transformator akan
menjadi seperti Gambar 6 dibawah ini : [14]
Gambar 2.21 Rangkaian Pengganti Vektor Group Transformator Dy13.
Auxillary CT adalah CT bantu yang berguna untuk menyesuaikan besar
arus yang masukke relay diferensial akibat proses pergeseran fasa
oleh transformator dan beda tegangan primer dan sekunder
transformator.
4. Untuk pemilihan tap auxillary CT sama dengan CT dan
penempatan CT auxillary diletakan pada sisi 500 kV yang CT dihubung
delta untuk menghilangkan arus urutan nol dan menyamakan fasa
(lihat pada Gambar 2.12).
5. Menentukan error mismatch dengan membandingkan ratio CT ideal
dengan yang ada di pasaran, dengan pertimbangan toleransi tidak
melebihi 5% dari besar ratio CT yang dipilih. Meskipun dari
perhitungan telah didapat ratio CT pada sisi 16,5 kV (CT1) = 10000
: 5 dan pada sisi 500 kV (CT2) = 500 : 5. Akan tetapi karena adanya
perbedaan nilai CT yang ada di pasaran maka akan terjadi kesalahan
dalam membaca perbedaan arus dan tegangan di sisi primer dan
sekunder transformator serta pergeseran fasa di trafo arus.
Kesalahan ini disebut error mosmatch. (Anderson Anvenue, 2001).
. . . . . . . . . . . ( 2.27 )Pada relay diferensial untuk
melihat mismatch error didapat perbandingan CT dengan tegangan pada
persamaan dibawah ini: (Anderson Anvenue, 2003).
. . . . . . . . . . . ( 2.28 )Untuk menghitung error mismatch
sebelumnya terlebih dahulu menghitung nilai CT yang ideal di salah
satu sisi transformator, misal untuk sisi 500 kV (CT2) dengan
persamaan berikut:
6. . . . . . . . . . . . ( 2.29 ) Menghitung arus
diferensial/arus operate menggunakan rumus:
Dengan mencari arus setting menggunakan slope 1 sebesar 25%,
maka apabila Iset < Ioperatemaka relay diferensial aktif
(mengaktifkan CB) [1]2.7 Penyetelan Ground Fault Relay (GFR)
Gangguan satu fasa ke tanah sangat tergantung dari jenis pentanahan
dan sistemnya. Gangguan satu fasa ke tanah umumnya bukan merupakan
hubung singkat melalui tahanan gangguan, sehingga arus gangguannya
menjadi semakin kecil dan tidak bisa terdeteksi oleh Over Current
Relay ( OCR ). Dengan demikian diperlukan relai pengaman gangguan
tanah.2.7.1 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR )Sebagian besar
gangguan hubung singkat yang terjadi adalah gangguan hubung singkat
fasa ke tanah maka relai yang perlu digunakan adalah GroundFault
Relay ( GFR ). Untuk gangguan penggerak Ground Fault Relay ( GFR
)dipakai arus urutan nol serta tegangan urutan nol.Untuk sistem
yang beroperasi dalam keadaan normal arus urutan nol tidak
mengalir.Pada prinsipnya kerja Ground Fault Relay ( GFR ) dan Over
Current Relay ( OCR ) sama namun karena besar arus gangguan tanah
lebih kecil dibandingkan besar arus gangguan fasa maka digunakan
Ground Fault Relay ( GFR ). Prinsip kerja Ground Fault Relay ( GFR
) yaitu pada kondisi normal dengan beban seimbang arus arus fasa
Ir, Is, dan It ( Ib) sama besar sehingga kawat netral tidak timbul
arus dan relai gangguan tanah tidak dialiri arus. Namun bila
terjadi ketidakseimbangan arus atau terjadi gangguan hubung singkat
fasa ke tanah maka akan timbul arus urutan nol pada kawat netral.
Arus urutan nol ini akan mengakibatkan Ground Fault Relay ( GFR )
bekerja.Untuk menentukan penyetelan ( setting ) Ground Fault Relay
( GFR ) terlebih dahulu diketahui besar arus hubung singkat yang
mungkin terjadi, dan harus diketahui terlebih dahulu impedansi
sumber, reaktansi trafo tenaga, dan impedansi penyulang. Dan
setelah ketiga komponen yang telah disebutkan , baru dapat
ditentukan total impedansi jaringan. Total impedansi jaringan
inilah yang akan langsung digunakan dalam perhitungan arus hubung
singkat. Dalam perhitungan arus hubung singkat satu fasa ke tanah
sangat dipengaruhi oleh sistem pentanahan yang digunakan.Dibawah
ini akan diuraikan bagaimana men-setting GFR pada sistem daya.
[5]a. . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2.26 )Arus setting
primer
b. arus setting GFR
. . . . . ( 2.27 )c. Menghitung waktu setting relay GFR Sesuai
dengan karakteristik rele arus lebih normally inverse yaitu
terlihat pada Tabel 2.1 standarisasi PLN 2005Maka setting waktunya
: . . . . . ( 2.28)
Keterangan :t = waktu setelan Over Current Relay ( OCR )
penyulang +waktu koordinasiTms = Setelan Waktu/Time Multiple
SettingIset GFR = Arus Setting GFRk =Konstanta standar invers (
0,14 )
7