Dasar-Dasar Relay Proteksi

Pengertian Relai Proteksi

Relai adalah suatu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengatur /memasukan suatu rangkaian listrik (rangkaian trip atau alarm) akibat adanya perubahan lain.

Perangkat Sistem Proteksi

Proteksi terdiri dari seperangkat peralatan yang merupakan sistem yang terdiri dari komponen-komponen berikut :

1. Relay, sebagai alat perasa untuk mendeteksi adanya gangguan yang selanjutnya memberi perintah trip kepada Pemutus Tenaga (PMT).
2. Trafo arus dan/atau trafo tegangan sebagai alat yang mentransfer besaran listrik primer dari sistem yang diamankan ke relai (besaran listrik sekunder).
3. Pemutus Tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu.
4. Batere beserta alat pengisi (batere charger) sebagai sumber tenaga untuk bekerjanya relai, peralatan bantu triping.
5. Pengawatan (wiring) yang terdiri dari sisrkit sekunder (arus dan/atau tegangan), sirkit triping dan sirkit peralatan bantu.

Secara garis besar bagian dari relay proteksi terdiri dari tiga bagian utama, seperti pada blok diagram, dibawah ini :
Masing-masing elemen/bagian mempunyai fungsi sebagai berikut :
1. Elemen pengindera.

Elemen ini berfungsi untuk merasakan besaran-besaran listrik, seperti arus, tegangan, frekuensi, dan sebagainya tergantung relay yang dipergunakan. Pada bagian ini besaran yang masuk akan dirasakan keadaannya, apakah keadaan yang diproteksi itu mendapatkan gangguan atau dalam keadaan normal, untuk selanjutnya besaran tersebut dikirimkan ke elemen pembanding.
2. Elemen pembanding.
Elemen ini berfungsi menerima besaran setelah terlebih dahulu besaran itu diterima oleh elemen oleh elemen pengindera untuk membandingkan besaran listrik pada saat keadaan normal dengan besaran arus kerja relay.
3. Elemen pengukur/penentu.
Elemen ini berfungsi untuk mengadakan perubahan secara cepet pada besaran ukurnya dan akan segera memberikan isyarat untuk membuka PMT atau memberikan sinyal.
Transformator arus ( CT ) berfungsi sebagai alat pengindera yang merasakan apakah keadaan yang diproteksi dalam keadaan normal atau mendapat gangguan. Sebagai alat pembanding sekaligus alat pengukur adalah relay, yang bekerja setelah mendapatkan besaran dari alat pengindera dan membandingkan dengan besar arus penyetelan dari kerja relay.
Apabila besaran tersebut tidak setimbang atau melebihi besar arus penyetelannya, maka kumparan relay akan bekerja menarik kontak dengan cepat atau dengan waktu tunda dan memberikan perintah pada kumparan penjatuh (trip-coil) untuk bekerja melepas PMT. Sebagai sumber energi penggerak adalah sumber arus searah atau batere.

Syarat-syarat Relai Proteksi

Dalam perencanaan sistem proteksi, maka untuk mendapatkan suatu sistem proteksi yang baik diperlukan persyaratan-persyaratan sebagai berikut :

1. Sensitif.

Suatu relay proteksi bertugas mengamankan suatu alat atau suatu bagian tertentu dari suatu sisitem tenaga listrik, alat atau bagian sisitem yang termasuk dalam jangkauan pengamanannya. Relay proteksi mendeteksi adanya gangguan yang terjadi di daerah pengamanannya dan harus cukup sensitif untuk mendeteksi gangguan tersebut dengan rangsangan minimum dan bila perlu hanya mentripkan pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu, sedangkan bagian sistem yang sehat dalam hal ini tidak boleh terbuka.

2.                   Selektif.

Selektivitas dari relay proteksi adalah suatu kualitas kecermatan pemilihan dalam mengadakan pengamanan. Bagian yang terbuka dari suatu sistem oleh karena terjadinya gangguan harus sekecil mungkin, sehingga daerah yang terputus menjadi lebih kecil. Relay proteksi hanya akan bekerja selama kondisi tidak normal atau gangguan yang terjadi didaerah pengamanannya dan tidak akan bekerja pada kondisi normal atau pada keadaan gangguan yang terjadi diluar daerah pengamanannya.
3. Cepat.

Makin cepat relay proteksi bekerja, tidak hanya dapat memperkecil kemungkinan akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan meluasnya akibat yang ditimbulkan oleh gangguan.

4.                   Handal.

Dalam keadaan normal atau sistem yang tidak pernah terganggu relay proteksi tidak bekerja selama berbulan-bulan mungkin bertahun-tahun, tetapi relay proteksi bila diperlukan harus dan pasti dapat bekerja, sebab apabila relay gagal bekerja dapat mengakibatkan kerusakan yang lebih parah pda peralatan yang diamankan atau mengakibatkan bekerjanya relay lain sehingga daerah itu mengalami pemadaman yang lebih luas. Untuk tetap menjaga keandalannya, maka relay proteksi harus dilakukan pengujian secara periodik.

5.                   Ekonomis.

Dengan biaya yang sekecilnya-kecilnya diharapkan relay proteksi mempunyai kemampuan pengamanan yang sebesar-besarnya.

6.                   Sederhana.

Perangkat relay proteksi disyaratkan mempunyai bentuk yang sederhana dan fleksibel.

Karakteristik Waktu Kerja Relai Proteksi

1. Relai arus lebih seketika (instanstaneous over current relay)

Relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja seketika ialah jika jangka waktu relai mulai saat relai arusnya pick up (kerja) sampai selesainya kerja relai sangat singkat (20-100 ms), yaitu tanpa penundaan waktu. Relai ini pada umumnya dikombinasikan dengan relai arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu (definite time) atau waktu terbalik (inverse time) dan hanya dalam beberapa hal berdiri sendiri secara khusus.

1. Relai arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu (Definite time over current relay)
   Relai arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu ialah jika jangka waktu mulai relai arus pick up sampai selesainya kerja relai diperpanjang dengan nilai tertentu dan tidak tergantung dari besarnya arus yang menggerakan. Relai ini bekerja berdasarkan waktu tunda yang telah ditentukan sebelumnya dan tidak tergantung pada perbedaan besarnya arus.
2. Relai arus lebih dengan karakteristik waktu terbalik (Inverse time over current relay)
   Relai dangan karakteristik waktu terbalik adalah jika jangka waktu mulai relai arus pick up sampai selesainya kerja diperpanjang dengan besarnya nilai yang berbanding terbalik dengan arus yang menggerakkan. Relai ini bekerja dengan waktu operasi berbanding terbalik terhadap besarnya arus yang terukur oleh relai. Relai ini mempunyai karakteristik kerja yang dipengaruhi baik oleh waktu maupun arus.
3. Inverse Definite Time Relay

Relai ini mempunyai karakteristik kerja berdasarkan kombinasi antara relai invers dan relai definite. Relai ini akan bekerja secara definite bila arus gangguannya besar dan bekerja secara inverse jika arus gangguannya kecil.

Sistem proteksi memiliki komponen utama yaitu Relay, jenis-jenis relay ini dapat di gunakan pada system pembangkitan, transmisi tenaga listrik, system distribusi dll.

Jenis-jenis Relay Proteksi
Adapun jenis-jenisnya adalah sbb :

No	Nama Relay	Fungsi Relay
1	Relay jarak (distance relay)	Untuk mendeteksi gangguan 2 fasa atau 3 fasa di muka generator sampai batas jangkauannya.
2	Relay periksa sinkron	Pengaman Bantu generator untuk mendeteksi persaratan sinkronisasi (parallel).
3	Relay tegangan kurang (under voltage relay)	Mendeteksi turunnya tegangan sampai dibawah harga yang di izinkan (relay ini bekerja apabila sebelum rele loss of field bekerja)
4	Relay daya balik (reverse power relay)	Untuk mendeteksi daya balik, sehingga mencegah generator bekerja sebagai motor.
5	Relay kehilangan medan penguat	Untuk mendeteksi kehilangan medan penguat generator.
6	Relay fasa urutan negatif	Untuk mendeteksi arus urutan negatif yang disebabkan oleh beban tidak seimbang pada batas-batas yang tidak diizinkan
7	Relay arus lebih seketika (over current relay instanteneous)	Untuk mendeteksi besaran arus yang melebihi batas yang ditentukan dalam waktu seketika.
8	Relay arus lebih dengan waktu tunda (time over current relay)	Untuk mendeteksi besaran arus yang melebihi batas dalam waktu yang diizinkan.
9	Relay penguat lebih (over excitation relay)	Untuk mendeteksi penguat lebih pada generator.
10	Relay tegangan lebih	bila terpasang di titik netral generator atau trafo tegangan yang di hubungkan segitiga terbuka untuk mendeteksi gangguan stator hubungan tanah. bila terpasang pada terminal generator untuk mendeteksi tegangan lebih.
11	Relay keseimbangan tegangan (voltage balanced relay)	Untuk mendeteksi hilangnya tegangan dari trafo tegangan pengatur tegtangan otomatis (AVR dan relay).
12	Relay waktu (time delay)	Untuk memperlambat waktu.
13	Relay stator gangguan tanah (stator ground fault relay)	Untuk mendeteksi kondisi a sinkron pada generator yang sudah paralel dengan sistem.
14	Relay kehilangan sinkronisasi (out of step relay)	Untuk mendeteksi kondisi a sinkron pada generator yang sudah paralel dengan sistem.
15	Relay pengunci (lock out relay)	Untuk menerima signal trip dari relay-relay proteksi dan kemudian meneruskan signal trip ke PMT, alarm dan peralatan lain serta mengunci.
16	Relay frekuensi (frekuensi relay)	Mendeteksi besaran frekuensi rendah/lebih di luar harga yang diizinkan.
17	Relay diferensial (diferensial relay)	Untuk mendeteksi gangguan hubungan singkat pada daerah yang diamankan.

Jenis Relay Proteksi Berdasarkan Besaran Ukur dan Prinsip Kerja

Berdasarkan besaran ukur dan prinsip kerja, rele proteksi dapat dibedakan sebagai berikut :

1. Rele Arus Lebih (Over Current Relay)

Adalah suatu rangkaian peralatan rele pengaman yang memberikan respon terhadap kenaikan arus yang melebihi harga arus yang telah ditentukan pada rangkaian yang diamankan.

Keuntungan dari penggunaan proteksi rele arus lebih ini antara lain :

• Sederhana dan murah
• Mudah penyetelannya
• Dapat berfungsi sebagai pengaman utama dan cadangan
• Mengamankan gangguan hubung singkat antar fasa, satu fasa ke tanah, dan

dalam beberapa hal digunakan untuk proteksi beban lebih (overload).

• Pengaman utama pada jaringan distribusi dan substransmisi
• Pengaman cadangan untuk generator, trafo, dan saluran transmisi.

1. Rele Tegangan Kurang (Under Voltage relay)

Adalah rele yang bekerja dengan menggunakan tegangan sebagai besaran ukur. Rele akan bekerja jika mendeteksi adanya penurunan tegangan melampaui batas yang telah ditetapkan..Untuk waktu yang relatif lama tegangan turun adalah lebih kecil dari 5% dari tegangan nominal dan dalam jangka waktu jam beberapa

peralatan yang beroperasi dengan tegangan di bawah 10 % akan mengalami penurunan efisiensi.

1. Rele jarak (Distance Relay)

Adalah rele yang bekerja dengan mengukur tegangan pada titik rele dan arus gangguan yang terlihat dari rele, dengan membagi besaran tegangan dan arus, maka impedansi sampai titik terjadinya gangguan dapat di tentukan.

1. Rele Arah (Directional Relay)

Adalah rele pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan tegangan yang dapat membedakan arah arus gangguan ke depan atau arah arus ke belakang. Rele ini merupakan pengaman cadangan dan bila bekerja akan mengerjakan perintah trip.

1. Rele Hubung Tanah (GFR)

Rele hubung tanah berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan hubung singkat fasa ke tanah.

1. Rele Arus Hubung Tanah Terbatas (REF)

Adalah rele yang bekerja mengamankan transformator bila ada gangguan satu fasa ketanah di dekat titik netral transformator yang tidak dirasakan oleh rele differensial.

1. Rele Diferensial (Differential Relay)

Adalah rele yang bekerja berdasarkan Hukum Kirchof, dimana arus yang masuk pada suatu titik sama dengan arus yang keluar dari titik tersebut. Yang dimaksud titik pada proteksi diferensial ialah daerah pengamanan, dalam hal ini

dibatasi oleh 2 buah trafo arus.