Dasar Teory Relay

DASAR TEORI

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 I_2. Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N₂I₂ pada kumparan sekunder.

Berikut ini adalah contoh dari transformator arus.

                              

Gambar 3.1 Transformator arus

http://davidgultom.wordpress.com/2008/06/19/current-transformer/

B. CB (Circuit Breaker)

Circuit Breaker atau Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) adalah suatu peralatan pemutus rangkaian listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang mampu untuk membuka dan menutup rangkaian listrik pada semua kondisi, termasuk arus hubung singkat, sesuai dengan ratingnya. Juga pada kondisi tegangan yang normal ataupun tidak normal.

Syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu PMT agar dapat melakukan hal-hal diatas, adalah sebagai berikut:

1.      Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara terus-menerus.

2.      Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus tenaga itu sendiri.

3.      Dapat memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus hubung singkat tidak sampai merusak peralatan sistem, membuat sistem kehilangan kestabilan, dan merusak pemutus tenaga itu sendiri.

Setiap PMT dirancang sesuai dengan tugas yang akan dipikulnya, ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam rancangan suatu PMT, yaitu:

1.      Tegangan efektif tertinggi dan frekuensi daya jaringan dimana pemutus daya itu akan dipasang. Nilainya tergantung pada jenis pentanahan titik netral sistem.

2.      Arus maksimum kontinyu yang akan dialirkan melalui pemutus daya. Nilai arus ini tergantung pada arus maksimum sumber daya atau arus nominal beban dimana pemutus daya tersebut terpasang.

3.      Arus hubung singkat maksimum yang akan diputuskan pemutus daya tersebut.

4.      Lamanya maksimum arus hubung singkat yang boleh berlangsung. hal ini berhubungan dengan waktu pembukaan kontak yang dibutuhkan.

5.      Jarak bebas antara bagian yang bertegangan tinggi dengan objek lain disekitarnya.

6.      Jarak rambat arus bocor pada isolatornya.

7.      Kekuatan dielektrik media isolator sela kontak.

8.      Iklim dan ketinggian lokasi penempatan pemutus daya.

Tegangan pengenal PMT dirancang untuk lokasi yang ketinggiannya maksimum 1000 meter diatas permukaan laut. Jika PMT dipasang pada lokasi yang ketinggiannya lebih dari 1000 meter, maka tegangan operasi maksimum dari PMT tersebut harus dikoreksi dengan faktor yang diberikan pada tabel 1.

Tabel 3.1  Faktor Koreksi antara Tegangan vs Lokasi

Ketinggian (meter)	Faktor Koreksi
1000	1,00
1212	0,98
1515	0,95
3030	0,80

1. Proses Terjadinya Busur Api

Pada waktu pemutusan atau penghubungan suatu rangkaian sistem tenaga listrik maka pada PMT akan terjadi busur api, hal tersebut terjadi karena pada saat kontak PMT dipisahkan , beda potensial diantara kontak akan menimbulkan medan elektrik diantara kontak tersebut, seperti ditunjukkan pada gambar 1.

Gambar 3.2  Pembentukan Busur Api

Arus yang sebelumnya mengalir pada kontak akan memanaskan kontak dan menghasilkan emisi thermis pada permukaan kontak. Sedangkan medan elektrik menimbulkan emisi medan tinggi pada kontak katoda (K). Kedua emisi ini menghasilkan elektron bebas yang sangat banyak dan bergerak menuju kontak anoda (A). Elektron-elektron ini membentur molekul netral media isolasi dikawasan positif, benturan-benturan ini akan menimbulkan proses ionisasi. Dengan demikian, jumlah elektron bebas yang menuju anoda akan semakin bertambah dan muncul ion positif hasil ionisasi yang bergerak menuju katoda, perpindahan elektron bebas ke anoda menimbulkan arus dan memanaskan kontak anoda.

Ion positif yang tiba di kontak katoda akan menimbulkan dua efek yang berbeda. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya tinggi, misalnya tungsten atau karbon, maka ion positif akan akan menimbulkan pemanasan di katoda. Akibatnya, emisi thermis semakin meningkat. Jika kontak terbuat dari bahan yang titik leburnya rendah, misal tembaga, ion positif akan menimbulkan emisi medan tinggi. Hasil emisi thermis ini dan emisi medan tinggi akan melanggengkan proses ionisasi, sehingga perpindahan muatan antar kontak terus berlangsung dan inilah yang disebut busur api.

Untuk memadamkan busur api tersebut perlu dilakukan usaha-usaha yang dapat menimbulkan proses deionisasi, antara lain dengan cara sebagai berikut:

1.      Meniupkan udara ke sela kontak, sehingga partikel-partikel hasil ionisai dijauhkan dari sela kontak.

2.      Menyemburkan minyak isolasi kebusur api untuk memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi.

3.      Memotong busur api dengan tabir isolasi atau tabir logam, sehingga memberi peluang yang lebih besar bagi proses rekombinasi.

4.      Membuat medium pemisah kontak dari gas elektronegatif, sehingga elektron-elektron bebas tertangkap oleh molekul netral gas tersebut.

Jika pengurangan partikel bermuatan karena proses deionisasi lebih banyak daripada penambahan muatan karena proses ionisasi, maka busur api akan padam. Ketika busur api padam, di sela kontak akan tetap ada terpaan medan elektrik. Jika suatu saat terjadi terpaan medan elektrik yang lebih besar daripada kekuatan dielektrik media isolasi kontak, maka busur api akan terjadi lagi.

http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/10/jenis-jenis-circuit-breaker-sakelar.html

C. Relay

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

( a )

( b )

Gambar 3.3     ( a ) relay elektronik

            ( b ) Konstruksi -  relay

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 :

1. 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.

2. 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.

3. Teganga 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 NC (normally open) dan NO (normally close) yang dapat di tunjukkan pada gambar berikut ini :

           

(a)                                                                (b)

                          Gambar 3.4   (a) Simbol normally open

                        (b) Simbol normally close

Dari gambar diatas bahwa pada kondisi open, relay akan bekerja ketika kumparan magnit relay mendapat sumber tegangan, kondisi ini mengakibatkan kontak  normally open dari relay bekerja, kondisi terbalik terjadi pada normally close yang akan terbuka apabila coil pada relay mendapat sumber tegangan yang akan mengerakkan kontak relay pada kondisi normally close. Kondisi penyambungan pada input–input relay sangat mempengaruhi kondisi kerja pada sistem di saat terjadi gangguan dan pada saat sistem bekerja dalam kondisi  normal. Untuk itu dalam pemasangan input maupun output dari relay perlu di perhatikan secara khusus, karena akan mempengaruhi kinerja maupun fungsi dari relay itu sendiri.

http://www.scribd.com/doc/33434710/Relay

D. Relay Arus Lebih

Relay arus lebih adalah relay yang bekerja terhadap arus lebih, ia akan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya.

1. Prinsip Kerja

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.

Macam-macam karakteristik relay arus lebih :

Relay waktu seketika (Instantaneous relay)

Relay arus lebih waktu tertentu (Definite time relay)

Relay arus lebih waktu terbalik (Inverse Relay)

1.1 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 3.5 Karakteristik Relay Waktu Seketika (Instantaneous Relay).

Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan relay arus lebih dengan karakteristik yang lain.

1.2 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 3.6 Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time Relay).

1.3 Relay arus lebih waktu terbalik (Inverse Relay)

Relay 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 :

Standar invers

Very inverse

Extreemely inverse

Gambar 3.7 Karakteistik Relay Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Relay).

2. Pengaman Pada Relay Arus Lebih

Pada relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara lain :

a.       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).

Gambar 3.8 Sambungan Relay GFR dan 2 OCR.

3. Syarat-syarat Relay :

a. Cepat bereaksi

            Relay harus cepat bereaksi / bekerja bila sistem mengalami gangguan atau kerja abnormal

                        t_op = t_p + t_cb

t_op =  total waktu yang dipergunakan untuk memutuskan hubungan

t_p   =  waktu bereaksinya rele

t_cb =  waktu yang dipergunakan untuk pelepasan CB

            Pada umumnya untuk top sekitar 0,1 detik.

b. Selektif

            Yang dimaksud selektif adalah kecermatan pemilihan dalam mengadakan pengamanan, dalam hal ini menyangkut kordinasi pengamanan dari sistem keseluruhan.

c. Peka /Sensitif

            Relay harus dapat bekerja dengan kepekaan yang tinggi, artinya harus cukup sensiitif terhadap gangguan didaerahnya meskipun gangguan tersebut minimum.

d. Andal / Reliability

            Keandalan relay dikatakan cukup baik bila mempunyai harga : 90 s/d 99 %. Misalnya dalam satu tahun terjadi gangguan sebanyak 25x dan relay dapat bekerja dengan semporna sebanyak 23x, maka :

            Keandalan relay =    × 100 % = 92 %

http://budi54n.wordpress.com/2009/07/07/rele-arus-lebih-over-current-relay-ocr/

E. Bagian-Bagian Relay Arus Lebih

Relay arus lebih yang digunakan oleh PT.PUSRI adalah relay time delay dan relay instantaneous yang berada pada satu box. Relay time delay adalah relay yang memiliki waktu tunda dan akan bekerja ketika terjadi kelebihan arus yang dialami oleh kawat transmisi ataupun dikarenakan beban sudah melampaui batasan dari kapasitas yang disediakan oleh pembangkit. Sedangkan relay instantaneous merupakan relay yang bekerja seketika apabila terjadi gangguan pada kawat transmisi yang diproteksinya, dimana gangguan tersebut berupa gangguan hubung singkat, antara lain :

·  1 fasa ke tanah,

·  2 fasa, dan

·  3 fasa  

Secara umum relay-relay tersebut memiliki kode-kode tersendiri, yaitu untuk relay instantneous bernomor 50 dan untuk relay time delay bernomor 51. Bagian terpenting dalam pengkalibrasian relay time delay 51 antara lain :

·  Disk shaft

·  Donggle

·  Drag magnet

Sedangkan bagian terpenting untuk pengkalibrasian relay instantaneous 50 adalah tap instantaneous.

1. Tap

Gambar 3.9 Tap

Bagian yang dilingkari oleh lingkaran merah merupakan tap. Tap berfungsi untuk menentukan kapan relay akan mulai bekerja ketika relay menerima gangguan, parameternya dapat berupa arus. Rumus untuk menentukan sebuah tap adalah :

Tap =  × Is

Dimana :          I    = arus maksimum yang melalui kawat transmisi

                        Ip  = arus primer pada CT relay

                        Is  = arus sekunder pada CT relay

2. Donggle

Gambar 3.10  Donggle

Donggle merupakan suatu per atau pegas yang berfungsi sebagai pengatur besar kecilnya arus pick up.

3.  Disk Shaft

Gambar 3.11 Disk shaft

Disk shaft merupakan suatu switch yang memiliki dua sisi lempeng konduktor yang dapt bekerja ketika donggle berjalan mengantarkannya dari sisi satu ke sisi yang lainnya sehingga lempengan tersebut mengkontak satu sama lain.

4. Disk dan Drag Magnet

Gambar 3.12 Disk dan Drag magnet

Drag magnet merupakan lempengan magnet yang memberikan medan magnit pada disk agar disk dapat berputar, kedua bagian ini berfungsi sebagai pengatur kurva relay.

5. Tap Instantneous

Gambar 3.13 Tap instantneous

Tap instantneous merupakan bagian yang dapat mengatur arus yang mengetripkan relay, dimana didalam bagian ini terdapat koil. Koil ini bekerja berdasarkan besar kecilnya medan magnit.

6. Terminal 3 phase

Gambar 3.14 Terminal 3 phase

Terminal 3 phase merupakan bagian yang berfungsi sebagai penghantar sumber listrik dari MPRT 8430.

7. Terminal normaly open dan normaly close

Gambar 3.15 Terminal normaly open dan normaly close

Terminal normaly open dan normaly close merupakan bagian yang berfungsi sebagai switch ketika terjadi gangguan (open) dan akan selalu terhubung jika tidak ada gangguan (close).