Dasar Teori "Koordinasi Proteksi Sistem Tenaga"

Dasar Teori

Koordinasi Proteksi Sistem Tenaga Listrik

Dalam setiap sistem tenaga listrik selalu digunakan sistem proteksi atau pengaman untuk mengantisipasi apabila terjadi gangguan. Sistem proteksi dan pengaman ini diperlukan untuk memisahkan bagian yang mengalami gangguan dengan yang tidak mengalami gangguan sehingga sistem dapat menjalankan operasinya.

Sebelum  membahas mengenai koordinasi proteksi sistem tenaga listrik terlebih dahulu harus mengerti  mengenai dasar proteksi.

Pengertian Dasar Proteksi

1.     Fungsi Proteksi

Fungsi proteksi adalah memisahkan bagian sistem yang terganggu sehingga bagian sistem lain dapat terus beroperasi dengan cara sebagai berikut:

a.     Mendeteksi adanya gangguan atau kondisi abnormal lainnya pada bagian sistem yang diamankannya (fault detection)

b.     Melepaskan bagian sistem yang terganggu (fault clearing)

c.      Menberikan indikasi adanya gangguan.

2.     Komponen-komponen penting dalam sistem proteksi:

·      Relai Proteksi : sebagai elemen perasa yang mendeteksi adanya gangguan dan keadaan abnormal lainnya (fault detection)

·      Pemutus Tenaga (PMT) : Memutuskan arus gangguan dalam sirkit tenaga untuk melepaskan sistem yang terganggu (fault clearing)

·      Trafo Arus (CT), Trafo Tegangan (PT) dan Trafo Arus Toroida (zero sequence current transformer) : Sebagai alat pengubah/ pembanding besaran primer menjadi sekender.

·      Battery (Aki) : sebagai sumber tegangan untuk tripping PMT serta catu daya untuk relai dan relai bantu (auxiliary relay).

3.     Syarat dan Karakteristik Relai

•     Kepekaan ( sensitivity ) : harus peka terhadap gangguan dalam rangsangan minimum. Keandalan ( reliability ) : Keandalan relay dihitung dengan jumlah relay bekerja / mengamankan daerahnya terhadap jumlah gangguan yang terjadi. Keandalan relay dikatakan cukup baik bila mempunyai harga : 90 % - 99 %. Misal, dalam satu tahun terjadi gangguan sebanyak 25 X dan relay dapat bekerja dengan sempurna sebanyak 23 X.

 maka :

keandaIan relay = (25/23) x 100% = 92%

              Keandalan dapat di bagi 2 :

              1) dependability : relay harus dapat diandalkan setiap saat.

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

•     dependability (Tingkat Kepastian Kerja): tidak boleh gagal

•     Security : Kepastian untuk tidak salah kerja

•     Selektifitas ( selectivity ) : security :  Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecilnya yaitu hanya seksi atau peralatan yang terganggu saja yang termasuk kedalam kawasan pengaman utamanya.

•     Kecepatan ( speed ) : memisahkan daerah terganggu secepat mungkin sehingga kerugian/ kerusakan akibat gangguan dapat diminimalisasi. Relay harus cepat bereaksi / bekerja bila sistem mengalami gangguan atau kerja abnormal. Kecepatan bereaksi dari relay adalah saat relay muIai merasakan adanya gangguan sampai dengan pelaksanaan pelepasan circuit breaker (C.B) karena komando dari relay tersebut. Waktu bereaksi ini harus diusahakan secepat mungkin sehingga dapat menghindari kerusakan pada alat serta membatasi daerah yang mengalami gangguan / kerja abnormal. Mengingat suatu sistem tenaga mempunyai batas-batas stabiIitas serta kadang-kadang gangguan sistem bersifat sementara, maka relay yang semestinya bereaksi dengan cepat kerjanya perlu diperlambat (time delay), seperti yang ditunjukkan persamaan :

top          = tp + tcb

dimana :

top          = total waktu yang dipergunakan untuk memutuskan   hubungan

tp             = waktu bereaksinya unit relay

tCB         = waktu yang dipergunakan untuk pelepasan C.B

Pada umumnya untuk top sekitar 0,1 detik kerja peralatan proteksi sudah dianggap bekerja cukup baik.

4.     Daerah Pengamanan (protective zone)

Untuk mendapatkan sistem pengaman yang cukup baik didalam sistem tenaga Iistrik, sistem tenaga tersebut dibagi dalam beberapa daerah pengamanan yakni dengan pemutusan sub-sistem seminimum mungkin. Adapun yang dimaksud dengan keterangan diatas adalah :

   1. Generator

   2. Transformator daya

   3. Bus-bar

   4. Transmisi, sub-transmisi dan distribusi

   5. Beban

Pembagian ke 5 daerah pengamanan diatas dilaksanakan secara saling meliputi (over laping), seperti yang diperlihatkan pada Gambar dibawah ini.

Gambar. (Diagram Satu Garis Suatu Sistem Tenaga Listrik Dengan Daerah-Daerah Pengamannya)

Yang dimaksud dengan saling meliputi adalah bahwa pada suatu ternpat sistem pengamannya (daerah) berfungsi. Hal ini diperlukan untuk menghindari kemungkinan adanya daerah yang tidak teramankan.

Rele Proteksi

A.        OCR ( Over Current Relay / Relai Arus Lebih )

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 setting. Relai ini bekerja untuk melindungi peralatan listrik lainnya apabila terjadi arus lebih akibat :

1.         Adanya penambahan beban atau perkembangan beban

2.         Adanya gangguan hubung singkat di Jaringan maupun Instalasi listrik. Gangguan hubung singkat terjadi antar fasa yaitu dua fasa maupun tiga fasa.

Jenis relay arus lebih :

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 1. Karakteristik Relay Waktu Seketika

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.

Gambar 2. Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Tertentu

3.         Relay arus lebih waktu terbalik (Inverse 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 tiga kelompok :

a.          Standar invers

b.          Very inverse

c.          Extreemely inverse

Gambar 3. Karakteistik Relay Arus Lebih Waktu Terbalik

B.      DGFR ( Directional Ground Fault Relay / Relai Arus Gangguan Tanah )

DGFR adalah perpaduan 2 karakteristik relai yaitu :

1.         DGR ( Directional Ground Relay )

         Rele ganguan tanah  berarah dipasang pada penyulang 20 kV sebagai pengaman utama untuk mengamankan gangguan 1 phasa ke tanah. Rele ini bekerja berdasarkan dua besaran. Yaitu arus Io ( dari ZCT yang baru memang baru muncul kalau ada gangguan tanah ) dan Vo ( dari PT ) Open Delta yang menghasilkan suatu sudut dan arah tertentu. Bila salah satu komponen tidak terpenuhi maka rele tidak akan bekerja.

2.         GFR ( Ground Fault Relay/ Earth Faulth )

         Rele arus lebih tanpa arah atau GFR adalah rele yang bekerja apabila dilalui arus yang melebihi settinganya ( dari ZCT ). Arus lebih yang dideteksi rele ini berasal dari ganguan phasa – tanah.