Sistem Rangkaian Dan Fungsi Relay Differensial

LABORATORIUM PROTEKSI DAN DISTRIBUSI

LAPORAN PRAKTIKUM

SISTEM RANGKAIAN DAN FUNGSI RELAY DIFFERENSIAL

Nama    : Fajar Rinaldy

Nim       : 1620403003

Kelas     : TL 3.A

POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PRODI TEKNOLOGI LISTRIK

TAHUN AJARAN

 2018

           I.                   TUJUAN

Setelah melakukan praktikum ini mahasiswa diharapkan dapat :

1.      Mengetahui cara pengoprasian alat ukur

2.      Mengetahui cara merangakai Proteksi Transformator

3.      Mengetahui cara membaca dan menganalisa gambar rangkaian yang dilakukan dalam praktikum tersebut.

4.      Mengetahui prinsip kerja dan fungsi-fungsi semua peralatan yang digunakan.

            II.                DASAR TEORI

2.1. Umum

A. Transformator Arus

Current Transformer atau yang biasa disebut Trafo arus adalah tipe instrument trafo yang didesain untuk mendukung arus yang mengalir pada kumparan sekunder sebanding dengan arus bolak-balik yang mengalir pada sisi primer. Secara umum Trafo ini digunakan untuk mengukur dan melindungi relay yang memakai tegangan tinggi di mana trafo ini mempunyai fasilitas pengukuran yang aman dalam mengukur jumlah arus yang besar begitu juga dengan tegangan yang tinggi.

Disamping penggunannya untuk mengukur arus, trafo ini juga dibutuhkan untuk pengukuran daya dan energy, pengukuran jarak jauh dan relay proteksi.Kumparan primer trafo arus dihubungkan secara serie dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan peralatan meter dan relay proteksi.

       Trafo ini bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat. Trafo arus untuk tujuan proteksi biaisanya harus mampu bekerja lebih dari 10 kali arus pengenalnya.

Cara kerja dari trafo arus ini: Jika pada kumparan primer mengalir arus I1, maka pada kumparan primer akan timbul gaya gerak magnet sebesar N1 I1. Gaya gerak magnet ini memproduksi fluks pada inti.

Fluks ini membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Jika kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2. Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan sekunder.

B. Relay Proteksi

              Relay Proteksi adalah alat yang dapat bekerja secara otomatis untuk mengontrol jaringan listrik pada sebuah sistem akibat adanya perubahan rangkain lain pada sistem tersebut.

Di dalam sebuah relay yang perlu di perhatikan adalah rangkain elektrik yang di gunakan di dalam pengontrolan coil relay tidak berhubungan dengan rangkain elektrik yang terhubung dengan kontak. Kontak bekerja berdasarkan gerak magnet yang di timbulkan oleh coil, sehingga keadua rangkaian ini terpisah antara satu dengan yang lainya. Rangkain yang di gunakan untuk mengerjakan coil pada umumnya di sebut rangkain control dan rangkain yang melalui kontak disebut rangkain beban.

Spesifiaksi coil pada relay :

      Arus inrush

Adalah besarnya arus yang di perlukan untuk meng–energized kontak pertama kali . Besar arus ini pada umumnya 5 kali lebih besar dari arus   sel–in. Arus sel–in, adalah besar arus minimal yang di perlukan untuk menahan coil tetap pada posisi energized.

      Tegangan pick–up

Adalah besarnya nilai teganagan yang di perlukan untuk menarik kontak saat coil di–energezet. Hal ini patut di perhatikan karena fluktuatifnya nilai tegangan system.

      Tegangan drop–out

Adalah besar tegangan yang harus di jaga oleh coil agar kontak tidak terlepas oleh coil. Besar tegangan ini adalah 5–10% di bawah tegangan pada coil. Jika hal ini terjadi , maka hal yang sering dijumpai adalah relay akan bergetar dan menimbulkan suara yang kasar.

Hubungan kontak pada relay pada umumnya terdiri dari NO (normally open) dan NC (normally close).

2.2   Prinsip Dasar Transformator

Transformator terdiri dari dua gulungan kawat yang terpisah satu sama lain, yang dibelitkan pada inti yang sama. Daya listrik dipisahkan dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan perantaraan garis gaya magnet (fluks magnet) yang dibangkitkan oleh aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer. Untuk dapat membangkitkan tegangan listrik pada kumparan sekunder, fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan primer harus berubah-ubah. Untuk mengetahui hal ini, aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer haruslah aliran listrik bolak-balik. Saat kumparan primer dihubungkan ke sumber listrik AC, pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet.

U1  : tegangan primer

U2: tegangan sekunder

I1: arus primer

I2: arus sekunder

ep: GGL induksi pada kumparan primer

es: GGL induksi pada kumparan sekunder

Np: lilitan primer

Ns: lilitan sekunder

Φb: fluks magnet bersama

Z : beban

(ggm) bersama yang bolak-balik juga. Dengan adanya ggm ini, di sekitar kumparan primer timbul fluks magnet bersama dan pada ujung-ujung kumparan sekunder timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi sekunder yang mungkin sama, lebih tinggi, atau lebih rendah dari gaya gerak listrik primer. Hal ini tergantung pada transformasi kumparan transformator. Jika kumparan sekunder dihubungkan kebeban, maka pada kumparan sekunder timbul arus bolak-balik sekunder akibat adanya gaya gerak listrik induksi sekunder. Hal ini mengakibatkan timbul gaya gerak magnet pada kumparansekunder dan akibatnya pada beban timbul tegangan sekunder.

2.3. Proteksi

Pada sistem tenaga listrik, sistem proteksi adalah perlindungan atau isolasi pada bagian yang memungkinkan akan terjadi gangguan atau bahaya. Tujuan utama proteksi adalah untuk mencegah terjadinya gangguan atau memadamkan gangguan yang telah terjadi dan melokalisirnya, dan membatasi pengaruh-pengaruhnya, biasanya dengan mengisolir bagian-bagian yang terganggu tanpa mengganggu bagian-bagian yang lain.

Sistem proteksi ini mendeteksi kondisi abnormal dalam suatu rangkaian listrik dengan mengukur besaran-besaran listrik yang berbeda antara kondisi normal dengan kondisi abnormal. Ada beberapa kriteria yang perlu diketahui pada pemasangan suatu sistem proteksi dalam suatu rangkaian sistem tenaga listrik yaitu :

a.       Sensitifitas (kepekaan)

Sensitifitas adalah kepekaan rele proteksi terhadap segala macam gangguan dengan tepat yakni gangguan yang terjadi di daerah perlindungannya. Sensitifitas suatu sistem proteksi ditentukan oleh nilai terkecil dari besaran penggerak saat peralatan proteksi mulai beroperasi. Nilai terkecil besaran penggerak berhubungan dengan nilai minimum arus gangguan dalam daerah yang dilindunginya.

b.      Selektifitas dan diskriminatif

Selektif berarti suatu sistem proteksi harus dapat memilih bagian sistem yang harus diisolir apabila rele proteksi mendeteksi gangguan. Bagian yang dipisahkan dari sistem yang sehat sebisanya adalah bagian yang terganggu saja. Diskriminatif berarti suatu sistem proteksi harus mampu membedakan antara kondisi normal dan kondisi abnormal. Ataupun membedakan apakah kondisi abnormal tersebut terjadi di dalam atau di luar daerah proteksinya.

c.       Kecapatan

Sistem proteksi perlu memiliki tingkat kecepatan sebagaimana ditentukan sehingga meningkatkan mutu pelayanan, keamanan manusia, peralatan dan stabilitas operasi.

d.      Keandalan

Suatu sistem proteksi dapat dikatakan andal jika selalu berfungsi sebagaimana yang diharapkan. Sistem proteksi disebut tidak andal bila gagal bekerja pada saat dibutuhkan dan bekerja pada saat proteksi itu tidak seharusnya bekerja.

e.       Ekonomis

Suatu perencanaan teknik yang baik tidak terlepas tentunya dari pertimbangan nilai ekonomisnya. Suatu rele proteksi yang digunakan hendaknya ekonomis mungkin dengan tidak mengesampingkan fungsi dan keandalannya.

2.4 Relay Differensial

Rele diferensial merupakan suatu rele yang prinsip kerjanya berdasarkan keseimbangan (balance), yang membandingkan arus-arus sekunder transformator arus (CT) terpasang pada terminal-terminal peralatan atau instalasi listrik yang diamankan. RELE ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat yang terjadi didalam daerah pengaman transformator. Rele ini merupakan pengaman utama (main protection) yang sangat selektif dan cepat, sehingga tidak perlu dikoordinir dengan rele lain dan tidak memerlukan time delay. (Sumanto, 1996)

      ·     Prinsip Kerja Dari Rele Diferensial

Dalam kondisi normal, arus mengalir melalui peralatan listrik yang diamankan (generator, transformator dan lain-lainnya). Arus-arus sekunder transformator arus, yaitu I1 dan I2 bersirkulasi melalui jalur IA. Jika rele pengaman dipasang antara terminal 1 dan 2, maka dalam kondisi normal tidak akan ada arus yang mengalir melaluinya. Dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Jika terjadi gangguan di luar peralatan listrik peralatan listrik yang diamankan (external fault), maka arus yang mengalir akan bertambah besar, akan tetapi sirkulasinya akan tetap sama dengan pada kondisi normal, sehingga rele pengaman tidak akan bekerja untuk gangguan luar tersebut. Jika gangguan terjadi didalam (internal fault), maka arah sirkulasi arus disalah satu sisi akan terbalik, menyebabkan keseimbangan pada kondisi normal terganggu, akibatnya arus ID akan mengalir melalui rele pengaman dari terminal 1 menuju ke terminal 2. Selama arus-arus sekunder transformator arus sama besar, maka tidak akan ada arus yang mengalir melalui kumparan kerja (operating coil) rele pengaman, tetapi setiap gangguan (antar fasa atau ke tanah) yang mengakibatkan sistem keseimbangan terganggu, akan menyebabkan arus mengalir melalui Operating Coil rele pengaman, maka relai pengaman akan bekerja dan memberikan perintah putus (tripping) kepada circuit breaker (CB). Seperti gambar dibawah ini :

      ·         Jenis Relay Differensial

1. Differensial Arus

Tipe relay differensial ini mungkin bekerja kurang akurat dengan gangguan (misal eksternal) seperti CT yang sama tidak memiliki arus sekunder yang sama terhadap kesalahan konstruksional atau di bawah kondisi gangguan dapat menyebabkan terjadinya saturasi pada CT, adanya arus sekunder yang tidak sama dan perbedaan arus sekunder dapat menyebabkan pendekatan nilai pickup relay

2. Relay Differensial tipe persentase

Untuk memperoleh sensitivitas yang tinggi terhadap adanya gangguan internal ringan dengan sekuritas yang tinggi terhadap gangguan-gangguan eksternal, makakebanyakan digunakan rele diferensial tipe persentase. Gambar berikut akan memperlihatkan skema sederhana dari rele jenis ini. Rangkaian sekunder dari CT dihubungkan dengan belitan penahan ® dari rele. Arus-arus yang merintangi operasi rele tersebut. Selain itu, yang berhubungan dengan kumparan penahan adalah kumparan kerja. Arus pada kumparan ini yang akan mengoperasikan rele diferensial.Rele diferensial dapat berupa rele diferensial tetap atau variable presentase. Tipikal karakteristik beberapa tipe rele jenis ini diperlihatkan pada Gambar. Absis dari kurva karakteristik tersebut adalah arus penahan, yang dapat berupa arus smaller " IR atau arus larger ' IR tergantung desain. Ordinat dari kurva karakteristik adalah arus operasi OP I yang dibutuhkan untuk menggoperasikan /menggerakkan rele. Rele diferensial persentase tipe tetap yang ada, yaitu antara 10 dan 50% dan memiliki Tap untuk merubah persentase

Untuk rele diferensial persentase 50%, arus gangguan ekesternal 10 A membutuhkan selisih atau arus operasi sebesar 5A atau lebih agar rele dapat beroperasi. Untuk tipe 10%, diperlukan selisih atau arus operasi sebesar 1A. Rele tipe persentase variabel tidak memiliki Tap persentase. Pada arus yang rendah, persentase rendah pada tingkatan ini unjuk kerja CT berada pada tingkat terbaik. Pada arus-arus gangguan yang besar, dimana unjuk kerja rele tidak sebaik pada saat arus rendah, dibutuhkan persentase yang tinggi. Hal ini dapat meningkatkan sensitivitas dan skuritas rele.

      ·         Tinjauan Beberapa Masalah Terhadap Relay Differensial

1. Karakteristik CT

Relay differensial dalam operasinya bahwa dalam keadaan normal atau terjadi gangguan diluar daerah pengamanannya arus pada relay sama dengan nol. Karena itu kemungkinan salah kerja dari relay differnsial dapat terjadi, arus yang dapat menyebabkan relay salah kerja tersebut dinamakan arus ketidakseimbangan. Bila suatu arus yang besar mengalir melalui suatu trafo arus maka arus pada terminal sekunder tidak lagi linear terhadap arus primer. Hal ini disebabkan kejenuhan pada intinya. Pada relay differensial trafo arusnya harus identik, namun kejenuhan intinya tidak dapat sama betul. Hal ini disebabkan perbedaan beban dari masing masing trafo arus tersebut.

2. Perubahan Sadapan Berbeban

Pada saat ini umumnya transformator sudah dilengkapi dengan pengubah sadapan berbeban dimana tap input dapat dirubah untuk mendapatkan output yang dikehendaki. Penyetelan dari trafo-trafo arus pada transformator daya telah diset pada tegangan nominal dari transformator daya tersebut. Dengan demikian bila terjadi gangguan pada waktu operasi transformator tersebut, maka tegangan pada sisi primernya harus dirubah agar tegangan pada sisi sekundernya tetap. Oleh karena itu harga-harga tap trafo yang telah diset pada tegangan nominalnya tadi tidak akan tepat lagi. Hal tersebutlah yang menyebabkan terjadinya arus ketidak seimbangan yang dapat membuat relay salah kerja

3. Adanya Arus Serbu Magnetisasi (Magnetising Inrush Current) Pada Trafo

Jika trafo daya dihubungkan kesuatu sumber tenaga (jaringan) maka pada sisi primernya akan terjadi proses transient yaitu menaiknya arus yang dinamakan arus serbu magnetisasi (Magnetising Inrush Current) yang besarnya dapat mencapai 8 sampai 30 kali dari arus beban penuh yang terjadi dalam waktu relative cepat. Peristiwa ini dapat membawa pengaruh terhadap kerja suatu relay kendatipun pada daerah pengamanan tidak terjadi kesalahan

·         Contoh Penggunaan Relay Differensial

1. Penggunaan relay differensial dapat kita jumpai pada perlindungan pandu (pilot). Perlindungan pandu (pilot) menggunakan prinsip dari rele differensial, haya saja disini tidak menggunakan kabel kendali antar terminal- terminalnya. Istilah pandu (pilot) disini adalah berupa kanal komunikasi antara dua atau lebih ujung dari saluran transmisi, yang berguna untuk membuka PMT-PMT secara serentak bila saluran tersebut mengalami gangguan. Bentuk perlindungan seperti ini dikenal sebagai perlindungan jarak jauh (teleprotection). Kanal komunikasi yang umum dipakai adalah :

ü  Saluran pembawa tenaga (power line carier)

ü  Gelombang pendek (microwave)

ü  Fiber optics

ü  Kabel komunikasi

2. Generator

3. Transformator Daya

4. Busbar

5. Motor Listrik Kapasitas besar

III.             GAMBAR RANGKAIAN

IV.             Peralatan dan Bahan

      ·         Bahan

Power Supplay                                                1 Buah

Alat Ukur CO5127-1Y                                   2 Buah

PMT CO3301 – 5P                                         2 Buah

Meja HC 1123                                                            1 Buah                                    

Jumper U                                                         21 Buah

Kabel                                                               15 Buah

       ·         Alat

Panel ST 7008-1N                                           1 Buah

            V.                LANGKAH KERJA

1.        Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan.

2.        Memeriksa alat dan bahan sebelum digunakan dalam percobaan, jika ada alat dan bahan yang tidak dapat digunakan maka melaporkannya pada dosen pengasuh atau teknisi laboratorium.

3.        Membuat rangkaian seperti gambar rangkaian.

Mengikuti prosedur yang telah ditentukan pada joobsheet praktikum Lab. System Proteksi.

4.        Memeriksa kembali rangkaian agar tidak terjadi kesalahan dalam merangkai, kemudian melaporkannya pada dosen pengasuh.

            VI.             KESELAMATAN KERJA

1.        Memakai baju laboratorium pada saat melaksanakan percobaan.

2.        Mematuhi semua peraturan yang ada di dalam laboratorium.

3.        Mengikuti instruksi yang diberikan oleh dosen pengasuh.

4.        Tidak bermain-main dengan sumber tegangan dan peralatan yang ada didalam laboratorium.

VII.     ANALISA

Relay differential bekerja berdasarkan perbandingan arus masukan dan arus keluaran. Jika terjadi perbedaan maka relay akan mendeteksi adanya gangguan pada peralatan yang diamankan. Relay ini efektif untuk mengamankan gangguan yang bersifat internal. Untuk gangguan yang bersifat ekternal, arus masukan dan arus keluaran transformator sama besar meskipun arus tersebut melebihi arus maksimal transformator, oleh sebab itu relay tidak meresponnya sebagai gangguan.

            VIII.    KESIMPULAN

Setelah Dari hasil simulasi dan pembahasan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada saat terjadi gangguan di zona proteksi, yaitu zona internal baik disisi primer maupun sekunder transformator, relay differensial memberikan signal trip pada PMT sesuai waktu settingnya.

2. Pada saat gangguan terjadi di luar zona proteksi, relay differensial tidak memberikan signal trip pada PMT.

3. Relay differensila dapat dikatakan selektif, karena bekerja sesuai dengan tugasnya, yaitu mendeteksi gangguan pada zona proteksi.