DASAR-DASAR SISTEM PROTEKSI/THE PROTECTION SYSTEM BASICS

DASAR-DASAR SISTEM PROTEKSI

➢ KARENA KESALAHAN MANUSIA
➢ DARI DALAM / SISTEM ATAU DARI ALAT ITU SENDIRI
➢ DARI LUAR:
• ALAM
• BINATANG
GANGGUAN SISTEM DAPAT DISEBABKAN OLEH :
Memuat…
JENIS-JENIS GANGGUAN:
➢BEBAN LEBIH

➢HUBUNG SINGKAT

➢TEGANGAN LEBIH

•Tegangan lebih power frequency
•Tegangan lebih Transient
Surja Petir [lightning surge ]
Surja hubung [ switching surge ]

➢GANGGUAN STABILITAS

USAHA -USAHA UNTUK MENGATASI GANGGUAN
1.MENGURANGI TERJADINYA GANGGUAN
a. Menggunakan peralatan yang dapat diandalkan
b. Spesifikasi yang tepat dan desain yang baik
c. Pemasangan yang benar
d. Penebangan / pemangkasan pohon
e. Operasi dan pemeliharaan yang baik

2.MENGURANGI AKIBATNYA
a. Mengurangi besarnya arus gangguan
b. Melepas bagian sistem yang terganggu dengan
menggunakan Pmt dan relai pengaman
c. Penggunaan relai , PMT yang cepat untuk
menghinari gangguan instability
Memuat…
DEFINISI PROTEKSI
Sistem Proteksi adalah susunan perangkat proteksi secara lengkap yang terdiri dari perangkat utama dan perangkat-perangkat lain yang dibutuhkan untuk melakukan fungsi tertentu berdasarkan prinsip-prinsip proteksi sesuai dengan de
finisi yang terdapat pada standar IEC 6255-20.
Perangkat Proteksi adalah kumpulan atau koleksi perangkat proteksi seperti: sekring, rele dll di luar perangkat trafo arus, perangkat pemutus tenaga yang biasa disingkat PMT, kontaktor dan lain sebagainya.
Skema Proteksi adalah kumpulan dari perangkat proteksi yang berfungsi untuk melakukan proteksi di mana semua perangkat yang termasuk dalam sistem proteksi terlibat di dalamnya seperti rele, trafo arus, trafo tegangan, PMT, baterai dan lain sebagainya.

TUJUAN PROTEKSI
1.Mencegah kerusakan peralatan yang terganggu ,maupun peralatan yang dilewati oleh arus gangguan.

2.Mengisolir bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin dan secepat mungkin .

Mencegah meluasnya gangguan .

Proteksi Sistem Tenaga Listrik adalah sistem proteksi yang dilakukan kepada peralatan-peralatan listrik yang terpasang pada suatu sistem tenaga misalnya generator, transformator jaringan dan lain-lain, terhadap kondisi tidak normal operasi sistem itu sendiri.

FUNGSI PROTEKSI
1.Untuk menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat
2.Untuk cepat melokalisir luas daerah terganggu menjadi sekecil mungkin
3.Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumsi dan juga mutu listrik yang baik.
4.Untuk mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.

--
RELAI
PROTEKSI
CT
PT
TIPPING
COIL
BATERE
PERANGAKT PROTEKSI

PERANGAKT PROTEKSI
1.RELAI PENGAMAN
SEBAGAI ELEMEN PERASA / PENGUKUR UNTUK MENDETEKSI GANGGUAN .

2.PEMUTUS TENAGA [ PMT ]
SEBAGAI PEMUTUS ARUS DALAM SIRKUIT TENAGA UNTUK MELEPAS BAGIAN SISTEM YANG TERGANGGU .

3.TRAFO ARUS DAN ATAU TRAFO TEGANGAN
MENGUBAH BESARNYA ARUS DAN ATAU TEGANGAN DARI SIRKUIT PRIMER KE SIRKUIT SEKUNDER [ RELAI ]

4.BATERE / AKI
SEBAGAI SUMBER TENAGA UNTUK MENTRIPKAN PMT DAN CATU DAYA UNTUK RELAI STATIK DAN RELAI BANTU

5.WIRING
UNTUK MENGHUBUNGKAN KOMPONEN KOMPONEN PROTEKSI SEHINGGA MENJADI SATU SISTEM .
Memuat…
PERSYARATAN PENGAMAN (PROTEKSI)
1.Selektivitas dan Diskriminasi
2.Kecepatan operasi
3.Sensitivitas (kepekaan).
4.Pertimbangan ekonomis.
5.Realibilitas (keandalan).
6.Stabilitas
7.Proteksi pendukung (back up protection)

Selektivitas dan Diskrimanasi
Efektivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kesanggupan sistem dalam mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja. (Mampu memisahkan bagian yang terganggu saja).
Kecepatan Operasi
Sifat ini lebih jelas, semakin lama arus gangguan terus mengalir, semakin besar kerusakan peralatan. Hal yang paling penting adalah perlunya membuka bagian-bagian yang terganggu sebelum generator-generator yang dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi dengan sistem selebihnya. Waktu pembebasan gangguan yang tipikal dalam sistem sistem tegangan tinggi adalah 140 ms. Dimana mendatang waktu ini hendak dipersingkat men-jadi 80 ms sehingga memerlukan relay dengan kecepatan yang sangat tinggi (very high speed relaying)

Sensitivitas (kepekaan)
Yaitu besarnya arus gangguan agar alat bekerja. Harga ini dapat dinyatakan dengan besarnya arus dalam jaringan aktual (arus primer) atau sebagai prosentase dari arus sekunder (trafo arus). (Mampu merasakan gangguan sekecil apapun)
Pertimbangan ekonomis
Dalam sistem aspek ekonomis hampir mengatasi aspek tek-nis, oleh karena jumlah feeder, trafo dan sebagainya yang begitu banyak, asal saja persyaratan keamanan yang pokok dipenuhi. Dalam sistem-sistem transmisi justru aspek teknis yang penting. Proteksi relatif mahal, namun demikian pula sistem atau peralatan yang dilindungi dan jaminan terhadap kelangsungan peralatan sistem adalah vital. Biasanya di-gunakan dua sistem proteksi yang terpisah, yaitu proteksi primer atau proteksi utama dan proteksi pendukung (back up)

Realiabilitas (keandalan)
Sifat ini jelas, penyebab utama dari “outage” rangkaian adalah tidak bekerjanya proteksi sebagaimana mestinya (mal operation). (Akan bekerja bila diperlukan (dependability) dan tidak akan bekerja bila tidak diperlukan (security)).
Stabilitas
Sifat yang tetap tidak operasi apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang melindungi (gangguan luar).
Proteksi Pendukung
Proteksi pendukung (back up) merupakan susunan yang sepenuhnya terpisah dan yang bekerja untuk mengeluarkan bagian yang terganggu apabila proteksi utama tidak bekerja (fail). Sistem pendukung ini sedapat mungkin indenpenden seperti halnya proteksi utama, memiliki trafo-trafo dan rele-rele tersendiri.

ZONA (DAERAH/KAWASAN) PENGAMANAN
1.Sistem Tenaga Listrik Terbagi Dalam Beberapa Seksi – Seksi . Yang Satu Dengan Yang Lainnya Dapat Dihubungkan atau Diputus Oleh PMT .

2.Setiap Seksi Diamankan Oleh Relai dan Setiap Relai Mempunyai Kawasan Pengamanan

DAERAH PENGAMANAN
GENERATOR
DAERAH PENGAMANAN
GENERATOR -TRAFO
DAERAH PENGAMANAN
BUSBAR
DAERAH PENGAMANAN
BUSBAR
DAERAH PENGAMANAN
TRANSMISI
DAERAH PENGAMANAN
BUSBAR TM
DAERAH PENGAMANAN
TRAFO TENAGA
DAERAH PENGAMANAN
JARINGAN TM
KAWASAN PENGAMANAN
DARI PENGAMAN SISTEM
TENAGA LISTRIK

SELEKTIVITAS DAPAT DIPEROLEH DENGAN :
1.Pembagian atas daerah–daerah pengamanan [zona pengamanan].
2.Koordinasi dengan pertingkatan waktu [time grading]

PENGAMAN UTAMA DAN CADANGAN
[ MAIN AND BACK UP PROTECTION ]
1.Ada kemungkinan suatu relai gagal bekerja, oleh karena itu dilengkapi dengan pengaman cadangan disamping pengaman utama .
2.Pengaman cadangan baru diharapkan bekerja bila pengaman utama gagal, sehingga pengaman cadangan selalu diberi tunda waktu .

PENGAMAN CADANGAN :
a. PENGAMAN CADANGAN LOKAL
[ LOCAL BACK UP ]
b. PENGAMAN CADANGAN JAUH
[ REMOTE BACK UP ]
PENGAMAN CADANGAN LOKAL
TERLETAK DITEMPAT YANG SAMA DENGAN PENGAMAN UTAMANYA
PENGAMAN CADANGAN JAUH
TERLETAK DI SEKSI HULUNYA .

Terciptanya Pengaman Sistem Yang Dapat Memperkecil Kerugian Atau Kerusakan Akibat Gangguan Dan Memaksimumkan Keandalan Suplai Tenaga Listrik Kepada Konsumen .

Susunan penomoran peralatan pada sistem proteksi.

• 2 Time delay starting ,or closing relay
• 21 Distance relay
• 25 Syncrononizing, or syncronism-chek device.
• 27 Undervoltage relay
• 30 Annunciator relay
• 32 Directional power relay
• 37 Undercurrent or underpower relay
• 46 Reverse-phase or phase balance current relay
• 49 Machine, or transformator, thermal relar
• 50 Instantaneous overcurrent, or rate-of rise, relay
• 51 AC time over current relay
• 52 AC Circuit Breakers
• 55 Power Faktor relay

• 59 Over voltage relay
• 60 Voltage balance relay
• 61 Current balance relay
• 64 Ground foult protective relay
• 67 AC directional over current relay
• 68 Blocking relay
• 76 DC over current relay
• 78 Phasa angle measuring,or uot-of step protective relay
• 79 AC reclosing relay
• 81 Freguensi relay

• 83 Automatic selective control, or transfer, relay
• 85 Carrier, or pilot wire, receiver relay
• 86 Locking out relay
• 87 Differential Protective relay
• 92 Voltage and power directional relay

Contoh Pemakaian Penomoran Dalam System Proteksi Sistem Tenaga Listrik

DASAR- DASAR
RELAI PROTEKSI

KLASIFIKASI RELAI PROTEKSI
1.Berdasarkan Besaran Input
2.Berdasarkan Karakteristik Waktu kerja
3.Berdasarkan Jenis kontak
4.Berdasarkan Prinsip Kerja
5.Berdasarkan Fungsi

BERDASARKAN BESARAN INPUT
(1)Arus [ I ] : Relai Arus lebih [ OCR ]
Relai Arus kurang [UCR]
(2)Tegangan [U] : Relai tegangan lebih [OVR]
Relai tegangan kurang [UVR]
3.Frekuensi [f] : Relai frekuensi lebih {OFR]
Relai frekuensi kurang [UFR]

Daya [P ; Q ] : Relai daya Max / Min
Relai arah / Directional
Relai Daya balik
4.Impedansi [Z] : Relai jarak [Distance]
5.Beda arus : Relai diferensial

BERDASARKAN FUNGSI

1.Relai Proteksi
2.Relai Monitor
3.Relai programming ;
- Reclosing relay
- synchro check relay

Relai pengaturan [ regulating relay ]
4.Relai bantu
- sealing unit
- lock out relay
- closing relay dan
- tripping relay

BERDASARKAN KARAKTERISTIK
WAKTU KERJA

1.Seketika [Relai instsnt / Moment /high speed ]
2.Penundaan waktu [ time delay ]
• Definite time relay
• Inverse time relay

Kombinai instant dengan tunda waktu
BERDASARKAN JENIS KONTAK
(1)Relai dengan kontak dalam keadaan
normal terbuka [ normally open contact]
2.Relai dengan kontak dalam keadaan
normal tertutup [ normally close contact]

BERDASARKAN PRINSIP KERJA

1.Tipe Elektromekanis
a. Tarikan magnit : - tipe Plunger
- tipe hinged armature
- tipe tuas seimbang
b. Induksi : - tipe shaded pole
- tipe KWH
- tipe mangkok { Cup ]
2.Tipe Thermis : - bimetal
- termometer

Tipe gas : - relai buccholz / Jansen
Tipe Tekanan [ pressure relay ]
Tipe Statik [ Elektronik]
Memuat…

BILA KUMPARAN DIBERI
ARUS MELEBIHI NILAI
PICK UPNYA, MAKA PLUNGER
AKAN BERGERAK KEATAS
DAN TERJADI PENUTUPAN
KONTAK.

GAYA YANG YANG DITIMBULAKN SEBANDING DENGAN KWADRAT ARUS PADA KUMPARAN .

RELAI INI MEMPUNYAI WAKTU
KERJA YANG CEPAT , SEHINGGA
BANYAK DIGUNAKAN SEBAGAI
RELAI INSTANTANEOUS .

KUMPARAN

KONTAK
GERAK

KONTAK
DIAM
PLUNGER

TIPE PLUNGER

KONTAK
GERAK
KONTAK
DIAM
LENGAN
ARMATURE
KUMPARAN
BILA KUMPARAN DIBERI ARUS,
MAKA LENGAN AKAN TERTARIK
SEHINGGA UJUNG LENGAN YANG
LAIN AKAN MENGGERAKAN
KONTAK .

GAYA ELEKTROMAGNITIK JUGA
SEBANDING DENGAN KWADRAT
ARUS KUMPARAN .

TIPE INI BANYAK DIGUNAKAN
SEBAGAI RELAI BANTU, KARENA
DAPAT MEMPUNYAI KONTAK
YANG BANYAK DAN KONTAKNYA
MEMPUNYAI KAPASITAS
PEMUTUSAN ARUS YANG LEBIH
BESAR .

TIPE HINGED ARMATURE

TIPE TUAS SEIMBANG [BALANCE BEAM ]

I1
I2

I1
I2
TORSI
POSITIP
TORSI
NEGATIP
PEGAS
KONTAK
TIPE INI TERDIRI DARI DUA
KUMPARAN YAITU KUMPARAN
KERJA DAN PENAHAN.
DALAM KEADAAN SEIMBANG
DIMANA GAYA PEGAS DIABAIKAN
MAKA I1 / I2 = K [ KONSTANTE ]

BILA I1 / I2 LEBIH BESAR DARI K
MAKA RELAI AKAN MENUTUP
KONTAK
BILA I1 / I2 LEBIH KECIL DARI K
MAKA RELAI AKAN BUKA KONTAK

TIPE INI BANYAK DIGUNAKAN
SEBAGAI RELAI DIFERENSIAL
DAN RELAI JARAK .

TIPE INI TERDIRI DARI DUA
KUMPARAN YAITU KUMPARAN
KERJA DAN PENAHAN.
DALAM KEADAAN SEIMBANG
DIMANA GAYA PEGAS DIABAIKAN
MAKA I1 / I2 = K [ KONSTANTE ]

BILA I1 / I2 LEBIH BESAR DARI K
MAKA RELAI AKAN MENUTUP
KONTAK
BILA I1 / I2 LEBIH KECIL DARI K
MAKA RELAI AKAN BUKA KONTAK

TIPE INI BANYAK DIGUNAKAN
SEBAGAI RELAI DIFERENSIAL
DAN RELAI JARAK .

1
2
KUMPARAN

SHADING
RING

PIRINGAN

MAGNIT
TETAP

KONTAK
1.SHADED POLE INDUCTION DISK

1.TIPE WATTMETRIK [ KWH ]
INTERAKSI ANTARA FLUK
U DAN S TERHADAP
FLUK YANG DIPEROLEH
DARI ARUS PUSAR YANG
DIINDUKSIKAN PADA
PIRINGAN AKAN MENGERAKAN
PIRINGAN UNTUK BERPUTAR

PUTARAN INI AKAN MENUTUP
KONTAK

UMUMNYA KARAKTERISTI K
TUNDA WAKTUNYA ADALAH
INVERSE

PIRINGAN
KUMPARAN
LAGGING
KUMPARAN
UTAMA

PRINSIPNYA SAMA SEPERTI
MOTOR INDUKSI.
TERDAPAT ROTOR ALUMINIUM
BERBENTUK SILIDER YANG
DI TENGAHNYA INTI MAGNITIK
SEHINGGA SILIDER TERSEBUT
DAPAT BERPUTAR

PADA SILINDER DIPASANG
KONTAK GERAK DAN DAPAT
MENUTUP KONTAK KE KIRI
ATAU KE KANAN .

INDUCTION CUP

UNIT – UNIT DASAR DARI RELAI STATIK :

1.SIRKUIT INPUT [ BIASANYA INTERMEDIATE CT ]
2.RECTIFIER / PENYEARAH
3.LEVEL DETECTOR
4.TIMER / INTEGRATOR
5.POLARITY DETECTOR
6.COMPARATOR
RELAI STATIK / ELEKTRONIK

PRINSIP KERJA
RELAI PROTEKSI

Relay elektromagnetis adalah relay 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 yaitu logam yang mudah terinduksi medan elektromagnetis, akibatnya logam tersebut mempunyai sifat kemagnetan. Ini adalah cara membuat magnet non permanen. Sifat kemagnetan pada logam ferromagnetis akan tetap ada selama pada kumparan yang melilitinya teraliri arus listrik dan sebaliknya sifat kemagnetannya akan hilang jika suplai arus listrik ke belitan diputuskan.

Proses pembuatan magnet buatan dengan arus listrik

Prinsip dasar pengaman dengan relay elektromagnetis ditunjukkan oleh gambar berikut ini,

Prinsip dasar relay pengaman dengan relay elektromagnetis
(posisi kontak terhubung)

Saat arus listrik yang mengalir pada rangkaian masih dalam batas kapasitas pemutusan, pegas masih dapat menahan pergerakan plat besi akibat tarikan elektromagnitis. Namun apabila arus listrik yang mengalir melewati batas kapasitas pemutusan (karena arus hubung singkat), pegas tidak dapat menahan tarikan medan magnet, sehingga tertarik ke bawah, akibatnya kontak yang berhubungan dengan plat besi tersebut ikut tertarik sehingga terjadi pemutusan arus listrik ke rangkaian.

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.

Keuntungan menggunakan relay:

●Dapat dibuat rangkaian otomatis penyambung/pemutus (saklar/switch) tegangan AC dan DC
●Relay bisa digunakan pada switch tegangan tinggi
●Relay juga menjadi solusi pada switch dengan arus yang besar
●Bisa melakukan swith pada banyak kontak dalam waktu yang bersamaan

THERMAL OVERLOAD RELAY (TOR)

Bagian-bagian Thermal Overload relay