sistem proteksi listrik

1. SISTEM PENGAMANSISTEM PENGAMAN
TENAGA LISTRIKTENAGA LISTRIK
WAHYUDIWAHYUDI
Teknik Elektro ITSTeknik Elektro ITS

2. SISTEM PENGAMAN
TENAGA LISTRIK
MATERI
• Gangguan2 pada sistem tenaga listrik
• Pengertian, Fungsi dan Persyaratan Rele Pengaman
• Klasifikasi Rele Pengaman
• Alat bantu rele pengaman
• Pengaman Pada Sistem Tenaga Listrik
• Penggunaan Rele Pengaman pada sistem tenaga
Rele Arus Lebih/Over current relay ( 50,51,51G,51N,64 )
Rele arah/directional relay ( 67 )
Rele jarak/Distance relay ( 21 )
Rele Differensial/Differential relay ( 87 ) dsb
• Setting dan koordinasinya dalam sistem tenaga listrik
• Pengetanahan peralatan dan pengetahan sistem/netral
• Hubungan sistem pengetanahan dengan sistem pengaman
• Spesial problem

3. Daftar pustaka
• M.Titarenko & I.Noskov “Protective Relaying in
Electric Power System “
• Turan Gonen “Modern Power System Analysis”
• Sunil S Rao “Swich gear and Protection “
• GEC Alsthom “Protective Relays Application Guide“
• R Wilheim and M Waters “Neutral Grounding in High
Voltage Transmission “
• T.S.Hutauruk “Pengetahanan Netral Sistem Tenaga
dan Pengetanahan Peralatan “
• Manual2 rele pengaman :
- ABB - Siemens - MG - PLN - Fuji - Toshiba
- AEG dll

4. GANGGUAN 2 PADAGANGGUAN 2 PADA
SISTEM TENAGASISTEM TENAGA
LISTRIKLISTRIK
WAHYUDIWAHYUDI
Teknik Elektro ITSTeknik Elektro ITS

5. Gangguan2 pada sistem
tenaga listrik
Sifat gangguan :
- sementara/temporer
- permanen
Asal gangguan : - dari dalam
- dari luar sistem

6. Gangguan arus lebih
• Ganguan beban lebih I > I nom
• Gangguan hubung singkat
- satu phasa ketanah
- phasa – phasa
- dua phasa ketanah
- tiga phasa/simetri

8. Rumus – rumus gangguan hubung singkat

9. Gangguan hubung singkat
simetri dan phasa-phasa
- Gangguan hubung singkat tiga phasa
I hs = If 3ph = Vf/Z1 ( pu )
If 3ph = MVAf /V3 KV ( KA )
MVA fault = MVAb/Z1(pu)
- Gangguan hubung singkat phasa – phasa
If 2ph = 0,866 If 3ph

10. Gangguan jatuh tegangan
• Selisih tegangan pengiriman dengan
tegangan penerimaan
Tergantung parameter saluran :
R , L , C dan G serta pada beban
dan
power faktor

11. Gangguan petir
• Bunga api listrik(electrical discharge) diudara, antara awan
dengan awan atau awan dengan bumi / tanah
- Merupakan gelombang berjalan
- Tegangan lebih ( over voltage )
• Gelombang sambaran petir
- Sambaran langsung mengenai ril dan atau peralatan
GI, tidak mungkin ditahan oleh isolasi yang ada
- Sambaran induksi, awan menginduksikan muatan
listrik yang polaritasnya berlawanan dan menimbulkan
muatan terikat pada peralatan serta terjadi pelepasan
muatan dari awan, merupakan gelombang berjalan yang
besarnya tergantung keadaan pelepasan antara 100
s/d 200 KV
- Sambaran dekat, gelombang berjalan yang datang ke
peralatan GI dari sambaran petir pada saluran transmissi

12. Gangguan Surja Hubung
• Penutupan saluran tak serempak pada pemutus tiga phasa
( 2,76 pu )
• Penutupan kembali saluran dengan cepat( 2,5 sampai 4,25 pu)
• Pelepasan beban akibat gangguan (1,1 sampai 1,2 pu)
• Penutupan saluran yang semula tidak masuk sistem jadi
masuk sistem (1,5 pu)
• Switching transformator yaitu terpotongnya arus
pembangkitan pada transformator ( 2,75 pu )
• Switching reaktor & kapasitor untuk pengaturan tegangan
sistem ( 2,5 pu )
Jadi tegangan lebih akibat proses switching berkisar antara
1,1 pu sampai 4,25 pu

13. Pengertian dan FungsiPengertian dan Fungsi
Rele PengamanRele Pengaman
WAHYUDIWAHYUDI
Teknik Elektro ITSTeknik Elektro ITS

14. Rele Pengaman
S E N S I N G
E L E M E N T
C O M P A R I S O N
E L E M E N T
C O N T R O L
E L E M E N T
A
B
I
T R I P / S I G N A L S E T
R E L E
G A N G G U A N R E L E P E M U T U S
Peralatan listrik yang dirancang untuk mulai pemisahan bagian
sistem tenaga listrik atau untuk mengoperasikan signal bila
terjadi gangguan
BLOK DIAGRAM

15. Untuk menjamin keandalan, rele pengaman harus
memenuhi persyaratan sbb :
-Kecepatan Bereaksi
Saat mulai ada gangguan sampai pelepasan
pemutus (CB), dimana kadang-kadang diperlukan
kelambatan waktu :
top = tp + tcb
top = waktu total
tp = waktu bereaksi dari unit rele
tcb = waktu pelepasan CB
Kecepatan pemutus arus gangguan dapat
mengurangi kerusakan serta menjaga stabilitas
operasi mesin-mesin
Syarat-syarat rele pengaman

16. -Kepekaan Operasi ( sensitivity )
Kemampuan rele pengaman untuk memberikan respon
bila merasakan gangguan.
-Selektif ( selectivity )
Kemampuan rele pengaman untuk menentukan titik
dimana gangguan muncul dan memutuskan rangkaian
dengan membuka CB terdekat.
Ks = Ihsmin/Ipp
Ihs min = arus hubung singkat minimum
Ipp = arus pick-up pada sisi primer trafo arus

17. -Keandalan ( reliability )
Jumlah rele yang bekerja atau mengamankan
terhadap jumlah gangguan yang terjadi. Keandalan
rele yang baik adalah 90-99 %
-Ekonomis
Penggunaan rele selain memenuhi syarat diatas, juga
harus disesuaikan dengan harga peralatan yang
diamankan.

18. Didalam penerapan rele perlu diperhatikan
beberapa kondisi sistem tenaga listrik
• Daya terbalik : arus dan tegangan gangguan berubah dengan
berubahnya arah daya.
• Sistem pentanahan netral : arus dan tegangan berubah
dengan berubahnya sistem pentanahan.
• Rangkaian ganda ( double circuit ) dan bercabang ditengah :
pada saluran multi circuit sejajar perlu diperhatikan
impedansi urutan nolnya karena pengaruh pentanahan
rangkaian lain yang mempengaruhi perubahan arus urutan nol
sehingga mempengaruhi kemampuan rele jarak disamping
arus gangguan mengalir kedaerah luar perlindungan dan
berpengaruh pada rele arah.

19. Pemilihan macam rele pengaman yang
dipergunakan
• Tipe dan rating peralatan
• Tingkat kepentingan peralatan
• Lokasi atau letak peralatan dalam sistem tenaga
• Kemungkinan terjadinya gangguan
• Harga peralatan

20. Fungsi Rele Pengaman
• Membunyikan alarm, menutup rangkaian trip dari
pemutus rangkaian untuk membebaskan
peralatan dari gangguan yang terjadi.
• Membebaskan bagian yang bekerja tidak normal
• Membebaskan dengan segera bagian yang
terganggu
• Melokalisir akibat dari gangguan
• Memberikan petunjuk atas lokasi serta macam
dari gangguan
• Penghematan ± 0,5 – 2 %

21. FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
PERENCANAAN DAN KONSTRUKSI RELE
-Karakteristik rele bekerja atas dasar tanggapan
thdp jenis gangguan
-Daerah Penyetelan variabel setting rele
-Spesifikasi rele sesuai dengan negara pemakai
-Ketahanan terhadap effek transient
-Konstruksi rele harus kompak, sederhana dan
mempermudah pemeliharaan
-Pengawatan dan pengaturan terminal sehingga
mudah testing dan pencarian gangguan
-Modifikasi disesuaikan dengan kondisi

22. Klasifikasi ReleKlasifikasi Rele
PengamanPengaman
WAHYUDIWAHYUDI
Teknik Elektro ITSTeknik Elektro ITS

23. Klasifikasi rele pengaman
• Berdasarkan prinsip kerja
–rele elekromagnetik
–rele induksi
–rele moving coil
-rele
elektronik
–rele elektrodinamik
–rele polarisasi
–rele thermis
–rele digital dll
• Berdasarkan besaran yang diukur
arus, tegangan, daya, impedansi,
reaktansi, frekwensi, dsb
dibedakan atas rele2 yang bekerja bila
-diatas besaran yang

24. • Berdasarkan cara penyambungannya
-rele seri
-rele shunt
-rele seri dan shunt
• Berdasarkan cara kerja element kontrol
–direct acting (langsung)
–indirect acting (tidak langsung )
• Berdasarkan cara menghubungkan sensing element
-rele primer
–rele secondair, diperlukan
CT dan atau PT
• Berdasarkan tugasnya
-rele utama, elemen utama dalam sistem pengamanan,
berhubungan langsung dengan besaran yang diamankan
–rele bantu,elemen pembantu
yang bertugas memperbanyak kontak, menjalankan signal dan
lainnya
• Berdasarkan waktu bekerjanya rele
–tanpa kelambatan waktu
–dengan kelambatan waktu

29. Peralatan Bantu RelePeralatan Bantu Rele
PengamanPengaman
WAHYUDIWAHYUDI
Teknik Elektro ITSTeknik Elektro ITS

30. Peralatan Transformator
Transformator ada dua macam yaitu :
• Transformator Tenaga
• Transformator Peralatan
– alat bantu pengukuran
- alat bantu pengaman
Transformator Peralatan ada dua macam yaitu
• Transformator arus ( CT )
• Transformator tegangan ( PT )

31. Nameplate
PeralatanTransformator
• Angka transformasi
• Rating dari arus – arusnya
• Rating tegangan
• Rating daya (VA)
• Rating frekuensi
secara umum peralatan
transformator adalah per phasa

32. Klas peralatan Transformator :
Transformator tegangan :
3P ; 6P (pengaman)
0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3 (pengukuran)
Transformator arus :
5P ; 10P (pengaman)
0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1,5 ; 3 ; 5 (pengukuran)
Transformator tegangan :
10 ; 15 ; 25 ; 30 ; 50 ; 75 ; 100 ; 150 ;200 ; 300 ; 400 ;
500 VA
Transformator arus :
2,5 ; 5 ; 10 ; 15 ; 30 VA
Diatas 30 VA untuk penggunan yang khusus
Kapasitas peralatan transformator

33. Standart Primer/Sekunder
• Sekunder CT : 5 A atau 1 A
• Primer CT : 10 ; 12,5 ; 15 ; 20 ; 25 ; 30 ; 40 ; 50 ;
60 ; 75 ; 100 ; 150 ; 200 ; 250 ; 300 ; 400 ; 500 ;
600 ; 800 ; 1000 ; 1200 ; 1500 ; 2000 ; 2500 ;
3000 ; 4000 ; 5000 A
• Sekunder PT : 100 V; 110 V;100/V3 ; 110/V3 V
• Primer PT : sesuai dengan tegangan sistem
3
100

34. Rangkaian
CT Terhubung Bintang

35. Rangkaian
CT Terhubung Delta

36. Sumation CT

37. Pengaruh – pengaruh yang ada pada
transformator arus
- impedansi beban
- frekuensi
- sudut phasa sekunder
Pengaruh – pengaruh yang ada pada
transformator tegangan
- perubahan tegangan
- frekuensi
- arus sekunder (VA)
- power faktor sekunder

39. Circuit breaker ( CB )
kontak-kontak otomatis yang dapat memutuskan
rangkaian dalam keadaan normal maupun gangguan
dan selalu dilengkapi rele pengaman
MVA breaking = k MVA fault
k = konstanta yang besarnya tergantung
tegangan dan berapa cycle CB trip
Macam – macam CB :
-Air break CB - Minimum OCB
- Air blast CB - Vacum CB
- Oil CB - SF6 CB
Disconnecting Switch ( DS )
peralatan yang berfungsi untuk memisahkan rangkaian dalam
keadaan tidak ada beban
DS dan CB saling interlock yang fungsinya untuk
menjamin tidak ada kesalahan urutan operasi

40. Pengaman PadaPengaman Pada
SistemSistemTTenaga Listrikenaga Listrik
WAHYUDIWAHYUDI
Teknik Elektro ITSTeknik Elektro ITS

41. Daerah Pengaman pada
Sistem Tenaga Listrik

42. Penempatan peralatan pengaman pada Stator, Rotor
dan Prime Mover

46. Abnormal Condition Protection Remarks
Incipient faults below oil level
resulting in decomposition of oil,
faults between phases and between
phase and ground
Buchholz relay sounds
alarm (Gas actuated relay)
Buchholz relay used for
transformer of rating 500 KVA
and above
1. Buchholz relay trips the
circuit breaker
Buchholz relay too slow and less
sensitive
Large internal faults phase to phase,
phase to ground, below oil level
2. Merz Price percentage
differential protection
3. High speed high set
overcurrent relay
Merz Price percentage
differential protection used for
transformers of and above 5
MVA
1. Merz Price percentage
differential protection
For transformer of and above 5
MVA
Earth faults 2. Earth fault relay a. Instantaneous Restricted
E.F. Relay
b. Time lag E.F Relay
1. Graded time lag over
current relay
Protection of distribution
transformer
Through faults
2. H.V Fuses Small distribution transformer up
to 500 KVA
Overloads
1. Thermal overload relay
2. Temperature relays
sound alarm
Generally temperature indicators
are provided on the transformers.
Temp. increase is indicated on
control board also. Fans started
at certain temp.
Table Power Transformer Protection

47. Abnormal Condition Protection Remarks
1. Horn gaps Not favoured for important
transformer
High Voltage Surges due lightning,
switching
2. Lightning arresters In addition to L.A.s for incoming
lines
Only fuses for earth fault protections and phase fault
protection. Overload protection generally not
provided
Small distribution transformer
For more important transformers of about 500 KVA
Over current relays
Instantaneous earth fault relays
Transformers in important locations ratings 500
KVA and above
Restricted earth fault protection
Over urrent protection
Buchholz relay
Lanjutan tabel power transformer protection

49. Protection of Generator
Transformer together
Generator-transformer overall differential protection*
Generator protection Generator differential protection*
Stator earth fault protection*
Negative phase sequence protection against-
unbalanced loading***
Inter-turn fault protection
Reverse power protection
Field failure protection**
Rotor earth fault protection
Temperature sensors in slots***
Overcurrent relays in stator and rolar circuits
Lightning arrester for generator overvolatage protection
Protection of unit
auxiliary transformer
Differential protection*
Restricted earth fault protection*
Buchholz relay
Overcurrent protection
Winding and oil temperature sensors
Protection of main
transformer
HV overcurrent protection*
HV Restricted earth fault protection*
Buchholz relay
Winding and oil temperature sensors
Lightning arresters on HV side
Table Protection of Large Generator Transformer Unit

50. Protection of Generator
Transformer together
Generator-transformer overall differential protection*
Preventive measures
sound alarm on control
panel
Continous monitoring of outlet temperature of gaseous
or liquid coolants
Flow monitors
Low noiler pressure alarm/trip
Lubrication oil failure
Emergency trip
Low vacuum
* Trip generator c.b., close throttle valves, open field c.b.,open auxiliary c.b
** Close emergency throttle valves main c.b. opened only after operation of
interlocking reverse power relay
*** Trip main circuit breaker only
Lanjutan tabel Generator-Transformer Protection

51. Abnormal
condition
Alternate forms of protections
from which choice is made
Remarks
Overload - Overload release
- Thermal overload relays
- Inverse overcurrent relays
- Miniature circuit breaker
with built in trip
- overload protection givem for
almost all motors
Phase fault and
earth faults
- HRC fuses
- High set instantaneous
overcurrent relays
- Differential protection
- Differential protection
becomes economical for
motors above about 1200
HP. Below this high set
instantaneous protection is
preferred
Undervoltage - undervoltage release
- undervoltage relays
- undervoltage release
incorporated every
starter
- undervoltage relays used
in certain applications
Unbalanced
Voltage
- Negative phase sequence
relay
- only in special
applications
Reverse phase
sequence
- Phase reversal relays - Generally at support point
- Prevents reverse of running
Protection Chart for Induction Motors

52. Abnormal
condition
Alternate forms of protections
from which choice is made
Remarks
Single Phasing - Usual thermal overload
relays
- Special single phase
preventer
- Recently developed
static single phasing
devices becoming
popular
Stalling - thermal relays
- Instantaneous O.C Relays
Rotor Faults - Instantaneous overcurrent
relays
- only for motors
Lanjutan Tabel Protection for Induction Motors