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