Pengantar Sistem Proteksi Arus Listrik


Pengertian Sistem Proteksi

Secara umum pengertian sistem proteksi ialah cara untuk mencegah atau membatasi kerusakan peralatan gangguan, sehingga kelangsungan penyaluran tenaga listrik dapat dipertahankan. Sistem proteksi penyulang tegangan menengah ialah pengaman yang terdapat pada sel- sel tegangan menengah di Gardu Induk dan pengaman yang terdapat pada jaringan tegangan menengah. Penyulang tegangan menengah merupakan bentuk penyulang dari tenaga listrik yang sangat berfungsi untuk mendistribusikan tenaga listrik yang masih dalam bentuk  tegangan menengah (6 kV – 20 kV), yang dapat terdiri dari :
·        Saluran udara tegangan menengah (SUTM)
·        Saluran kabel tegangan menengah (SKTM)

Tujuan Sistem Proteksi

Gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik hampir secara keseluruhannya merupakan bentuk gangguan hubung singkat, yang akan dapat menimbulkan ataupun menghasilkan  arus yang cukup besar. Semakin besar sistemnya maka semakin besar pula gangguannya. Arus yang besar bila tidak dihilangkan dengan segera akan dapat merusak peralatan yang dilalui oleh arus gangguan yang masuk. Untuk melepaskan daerah yang terganggu itu maka diperlukan suatu sistem proteksi, yang pada dasarnya adalah alat pengaman yang bertujuan untuk melepaskan atau membuka sistem yang terganggu, sehingga arus gangguan ini akan padam.
Tujuan utama sistem proteksi adalah :
·     Mendeteksi kondisi abnormal (gangguan)
·     Mengisolir peralatan yang terganggu dari sistem.
·        Adapun tujuan dari sistem proteksi antara lain :
·     Agar dapat menghindari atau mengurangi kerusakan yang terjadi akibat gangguan yang terjadi pada peralatan yang terganggu atau peralatan yang terpasang yang dilalui oleh arus gangguan.
·     Untuk melokalisir (mengisolir) daerah yang berdampak gangguan menjadi sekecil mungkin.
·     Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen serta memperkecil bahaya bagi manusia.


Ground Fault Relay (GFR)
GFR atau rele gangguang tanah adalah pengaman terhadap gangguan tanah. Arus atau tegangan nol (residu) merupakan penggerak rele ini. Sistem daya listrik pada umumnya titik netralnya ditanahkan, baik pentanahan langsung (Solid Grounded) maupun melalui impedansi, karena itu arus residu merupakan penggerak utama rele gangguan tanah. Tegangan residu biasanya digunakan pada sistem yang tidak ditanahkan. Rele gangguan tanah terarah (Directional Ground Fault Relay) mempergunakan arus dan tegangan residu. 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 rele pengaman gangguan tanah. Pada gambar di bawah merupakan rangkaian pengawatan dari rele GFR. Rele hubung tanah yang lebih dikenal dengan GFR (Ground Fault Relay) pada dasar nya mempunyai prinsip kerja sama dengan rele arus lebih (OCR) namun memiliki perbeda an dalam kegunaannya. Bila rele OCR mendeteksi adanya hubungan singkat antara fasa, maka GFR mendeteksi adanya hubung singkat ke tanah.


Prinsip Kerja GFR


Dalam keadaan kondisi normal beban yang seimbang Ir, Is, It atau sama besar, sehingga efek yang terjadi pada kawat netral tidak timbul arus dan relai  yang ada pada hubung tanah tidak dapat di aliri arus. Bila terjadi ketidakseimbangan arus atau terjadi gangguan hubung singkat ke tanah, maka akan timbul arus urutan nol pada kawat netral, sehingga relai hubung tanah (GFR) akan bekerja.
Gangguan satu fasa yang dialiri ke tanah tentu sangat tergantung dari jenis pertanahan dan sistem yang digunakan. Gangguan satu fasa ke tanah pada umumnya bukan hanya merupakan hubung singkat yang terjadi melalui tahanan gangguan, sehingga sebuah arus gangguannya akan menjadi semakin kecil dan tidak akan bisa terdeteksi oleh Over Current Relay ( OCR ). Dengan demikian diperlukan relai pengaman gangguan tanah. Prinsip cara kerja Ground Fault Relay ( GFR ) yaitu pada saat kondisi normal dengan adanya beban. Untuk dapat terlebih dahulu mengetahui besar arus hubung singkat yang mungkin terjadi, dan harus diketahui dahulu impedansi sumber, reaktansi trafo tenaga, dan impedensi penyulang. Dan setelah ketiga komponen yang  telah disebutkan , baru dapat di tentukan total impedansi jaringan. Total impedansi jaringan inilah yang akan langsung digunakan dalam perhitungan arus hubung singkat.

Penyetelan Ground Fault Relay (GFR)
Sebagian besar gangguan hubung singkat yang terjadi adalah gangguan hubung singkat fasa ke tanah maka rele yang perlu digunakan adalah Ground Fault 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 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 rele gangguan tanah tidak dialiri arus. Namun bila terjadi ketidak seimbangan 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. Untuk mencari arus hubung singkat 1 fasa dapat digunakan rumus sebagai berikut :
I 1fasa   = Besar arus gangguan 1 fasa (Ampere)

E            = Tegangan pada lokasi gangguan (Volt)
Z0eq      = Impedansi ekivalen urutan nol (ohm)
Z1eq      = Impedansi ekivalen urutan positif (ohm)
Z2eq      = Impedansi ekivalen urutan negatif (ohm)

Penyetelan Ground Fault Relay (GFR) pada Sistem Tanpa Pentanahan
Pada sistem ini arus gangguan satu fasa ke tanah relatif kecil namun terjadi pergeseran tegangan bila sistemnya menggunakan rele tegangan urutan nol. Maka rele ini tidak boleh bekerja bila terjadi pergeseran tegangan pada keadaan normal.
                                           V0 = 30% × V
Dimana:
   V0 = Penyetelan rele tegangan urutan nol V
   V  = Tegangan
Penyetelan Ground Fault Relay (GFR) pada Sistem Pentanahan Langsung
Penyetelan untuk pengaman gangguan tanah pada sistem ini sama dengan sistem pentanahan melalui tahanan rendah tetapi untuk sistem 3 fasa 4 kawat harus dipertimbangkan adanya ketidakseimbangan yang minimum. Penyetelan rele gangguan tanah pada sistem ini adalah :
                                           Iset = ks × Ivb
dimana
      Iset   =  Penyetelan arus gangguan tanah
      Ivb   =  Arus tidak seimbang yang mungkin terjadi Ks       
      Ks    =  Faktor keamanan, digunakan 1,2 – 1,5

Karena pada jaringan ini arus gangguan cukup besar maka kriteria penyetelannya sama dengan rele gangguan antar fasa tetapi batas minimum dapat lebih kecil dari arus beban nominal.

Penyetelan (GFR) pada Sistem Pentanahan Melalui Tahanan Rendah
Penyetelan Ground Fault Relay GFR) pada Sistem Pentanahan Melalui Tahanan Rendah ada beberapa jenis, yaitu :
    Ground Fault Relay (GFR) pada SUTM
Arus gangguan pada umumnya lebih kecil, hal ini karena gangguan tanah melalui tahanan gangguan tanah maka penyetelan rele ini adalah :
                                        Iset = 10% × I0
           Dimana,
               Iset   = Penyetelan arus rele
               Io      = Arus gangguan terkecil ( ujung penyulang )
    Ground Fault Relay (GFR) pada SKTM
Pada jaringan SKTM saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah aka mengalir arus kapasitif yang cukup besar termasuk pada penyulang yang tidak terganggu. Dengan diasumsikan saat menentukan penyetelan untuk batasan minimum harus diperhitungkan bahwa rele tidak boleh bekerja pada saluran yang tidak terganggu. Penyetelannya sebagai berikut :
                                               Iset = ks × IsCE
Dimana :

Iset                        = Penyetelan arus

IsCE                       = Arus kapasitif saluran yang terpanjang operasinya
Ks                           = Faktor keamanan digunakan 1,2 – 1,5.

Penyetelan GFR pada Sistem Pentanahan Melalui Tahanan Tinggi.
Pada sistem ini arus gangguan satu fasa ke tanah besarnya hanya 23 A dan tidak jauh dengan kapasistansi ke tanah. Artinya arus kapasistansi ke tanah tidak dapat diabaikan terhadap arus resistif. Adapaun rele yang digunakan adalah rele gangguan tanah berarah. Rele ini sangat sensitif dengan karakteristik waktu tertentu. Rele ini mendapat suplai dari arus urutan nol tegangan urutan nol. Setelan minimum rele gangguan ini adalah 1 A.
Jika Is minimum masih bisa menyebabkan rele bekerja adalah 1,25 × Iset. Maka tahanan gangguan Rf maksimum yang masih menyebabkan rele bekerja sekitar 8500 Ω. Jadi akibat sentuhan ranting pohon atau kawat putus menyentuh tanah diharapkan rele bekerja.
Setting GFR
Dalam Ground Fault Relay ada beberapa hal yang harus disetting, dimana itu arus dan setelan waktunya. Penjelasannya sebagai berikut :
      Arus Setting GFR
Penyetelan rele GFR pada sisi primer dan sisi sekunder transformator tenaga terlebih dahulu harus dihitung arus setting. Arus setting untuk rele GFR baik pada sisi primer maupun pada sisi sekunder transformator tenaga adalah :
·     Penyetelan arus pada sisi primer
               Iset primer = In Trafo × 20%
              Iset primer = In NGR × 10%
·     Penyetelan arus pada sisi sekunder
               Iset sekunder  = Iset primer × Ratio CT ( Current Transformer )
       Dimana :
               In Trafo           =  Arus Nominal Trafo
               In NGR           =  ANominal NGR
              Ifault              =  Arus Gangguan
              Isett                =  Arus Setelan

Sumber : Materi Kuliah

Berlangganan update artikel terbaru via email:

0 Response to "Pengantar Sistem Proteksi Arus Listrik"

Post a Comment

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel

loading...