Seputar sistem proteksi listrik | Catatan Fiki

Relay proteksi

Dalam dunia kelistrikan, Relay proteksi merupakan alat yang digunakan untuk melindungi suatu peralatan listrik baik itu motor, generator, maupun trafo. beberapa peralatan tersebut harus diproteksi terhadap gangguan yang mungkin saja bisa terjadi antara lain: short circuit, overload, unbalance, dll. Relay proteksi bekerja seperti saklar automatis dengan mendeteksi gangguan yang terjadi. Jika gangguan tersebut muncul, maka relay proteksi akan aktif untuk memutus aliran listrik dengan cara membuka kontak saklar. Relay proteksi mempunyai macam macam jenis. Masing masing gangguan memerlukan relay proteksinya tersendiri. Namun terdapat pula relay yang mampu mengatasi lebih dari 1 gangguan.

Fungsi dan tujuan relay proteksi

Maksud dan tujuan pemasangan Relai proteksi  adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian yang masih sehat dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar,  dengan cara :

• Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat membahayakan peralatan atau sistem. 
• Melepaskan (memisahkan bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu  atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatas seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi. 
• Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya. 
• Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang terbaik kepada konsumen. 
• Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.

Syarat-syarat sistem proteksi

Untuk menjaga keandalan pada suatu sistem, terdapat syarat maupun kriteria yang harus dimiliki oleh sistem proteksi yaitu:

1. Cepat Bereaksi
   Relay harus cepat bekerja bila sistem mengalami gangguan. Mulai dari saat awal mendeteksi gangguan hingga mengaktifkan circuit breaker/contactor untuk membuaka rangkaian listrik. Jika relay tidak cukup cepat untuk bereaksi, maka peralatan listrik dapat mengalami kerusakan terlebih dahulu. 
2. Selektifitas dan Diskriminatif
   Selektifitas yaitu kemampuan relay proteksi untuk mengadakan pengamanan terhadap wilayah yang diproteksi atau zona proteksi. Di luar zona tersebut relay tidak boleh bekerja. Hal ini menyangkut koordinasi pengaman dari sistem secara keseluruhan. Dengan demikian tindakannya akan tepat dan gangguan dapat dieliminir sekecil mungkin. Diskriminatif yaitu kemampuan relay membedakan antara gangguan sebenarnya dengan keadaan normal yang terkadang menyerupai gangguan. Misalnya arus full load. 
3. Sensitif / Peka
   Relay harus bekerja dengan kepekaan yang tinggi, artinya cukup sensitif terhadap gangguan yang berada pada daerah perlindungannya. Jika relay tidak cukup sensitif untuk mendeteksi gangguan, maka hal ini akan mempengaruhi setting proteksi yang akan dipasang.
4. Andal / Reliability
   Keandalan relay dihitung dengan jumlah kerja relay terhadap jumlah gangguan yang terjadi. Keandalan relay cukup baik jika mempunyai nilai 90% sampai 99%. Keandalan erat kaitannya dengan kemampuan relay proteksi berhasil bekerja terhadap gangguan yang terjadi. Permasalahan yang sering muncul adalah keusangan atau outage yang menyebabkan relay dalam keadaan mal operation. 
5. Kecepatan Operasi
   Semakin lama arus gangguan yang mengalir, maka semakin besar kemungkinan kerusakan pada peralatan. Waktu pembebasan gangguan yang tipikal dalam sistemsistem tegangan tinggi adalah 80 – 140 ms, sehingga memerlukan relay dengan kecepatan yang  sangat tinggi. Kecepatan operasi melibatkan kecepatan operasi relay dan kecepatan CB untuk open, sehingga terkadang terjadi kelambatan operasi. Manfaat kecepatan operasi adalah dapat mengurangi kerusakan yang lebih parah pada motor. 
6. Pertimbangan ekonomi
   Penggunaan relay proteksi dirasa effisien jika harga dari relay proteksi tidak lebih mahal daripada harga peralatan yang akan dilindungi. (Contoh: Sangat tidak efektif memasang relay dengan harga mahal untuk melindungi motor dengan harga yang murah) gunakan spesifikasi relay yang “cukup”  untuk melindungi peralatan listrik.

Komponen-komponen proteksi

Sistem proteksi tenaga listrik pada umumnya terdiri dari beberapa komponen yang di rancang untuk mengidentifikasi gangguan pada sistem tenaga listrik dan bekerja berdasarkan parameter yang diperoleh dari sistem tersebut seperti arus, tegangan,frekuensi,dll. Informasi ini digunakan untuk membandingkan besarannya dengan besaran ambang-batas (threshold setting) pada peralatan proteksi. Apabila parameter yang diperoleh lebih besar daripada setting yang ditentukan, maka peralatan proteksi akan membuka rangkaian untuk meminimalisir dampak pada perlatan. Peralatan proteksi pada umumnya terdiri dari beberapa elemen antara lain :

1. Sensing element
   Sensing element merupakan element pada sistem proteksi yang bertujuan untuk mendeteksi parameter pada sistem kelistrikan, sensing element dapat berupa Current transformer, Voltage transformer ataupun Transducer.
2. Comparison element
   Comparison element merupakan element yang terdapat pada relay proteksi yang bertujuan untuk membandingkan parameter yang didapat dengan setting yang diatur. Jika parameter telah melebihi setting, maka relay akan memberikan sinyal kepada aktuator untuk bekerja. Contoh: Jika arus yang dideteksi melebihi arus normal (misal 200% arus normal), maka relay akan memberikan sinyal kepada circuit breaker/aktuator untuk memutus aliran listrik.
3. Actuating element
   Actuating element pada sistem proteksi bertujuan untuk memutus rangkaian agar gangguan dapat diminimalisir dampaknya. Actuating element dapat berupa contactor ataupun circuit breaker.

Jenis jenis relay proteksi berdasarkan prinsip kerjanya

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.

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

Relay Arus Lebih (Over Current Relay)

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

Keuntungan dari penggunaan proteksi relay 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.

Relay Tegangan Kurang (Under Voltage relay)

Adalah relay yang bekerja dengan menggunakan tegangan sebagai besaran ukur. Relay 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.

Relay jarak (Distance Relay)

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

Relay Arah (Directional Relay)

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

Relay Hubung Tanah (GFR)

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

Relay Arus Hubung Tanah Terbatas (REF)

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

Relay Diferensial (Differential Relay)

Adalah relay 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.

Jenis-jenis Relay proteksi berdasarkan Komponennya

Dalam perkembangan zaman, teknologi proteksi mesin juga semakin canggih. Jika pada relay konvensional umumnya menggunakan bimetal sebagai penghubung kontak antar sirkuit, maka pada era industri 4.0, relay yang digunakan adalah relay digital yang dioperasikan dengan perhitungan komputer. Berikut adalah jenis jenis relay berdasarkan pengoperasiannya:

1. Relay elektromekanik

Relay elektromekanik merupakan relay yang dioperasikan dengan cara menggerakan armature/tuas yang ada pada relay. Ketika coil pada relay diberi tegangan yang cukup, maka akan ada arus yang mengalir pada coil. Sesuai dengan hukum faraday. jika arus mengalir pada kumparan, maka akan timbul medan magnet yang terjadi di sekitar kumparan. Pada saat inti besi berubah menjadi magnet, maka inti besi akan menarik armature untuk bergerak/berubah posisi.

Gambar diatas merupakan jenis relay Normally close. Relay ini menghubungkan rangkaian listrik pada saat kumparan masih belum aktif/ter-enegrgize. Jika kumparan aktif/ter-energize maka relay akan memutus rangkaian dengan cara mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

2. Relay digital

Selain Relay elektromekanik, ada juga relay yang dioperasikan dengan sistem digital komputer. Pada relay jenis ini sudah menggunakan sistem pengoperasian komputer yang canggih. Bahkan kebanyakan dari relay digital dapat melakukan fitur monitoring dan record event. Relay ini dapat dihubungkan dengan laptop dengan menggunakan software khusus yang dibuat oleh manufaktur. Relay ini juga memungkinkan untuk mengatasi beberapa gangguan yang terjadi hanya dengan 1 alat. Jadi bisa elbih effisien dan praktis. Namun terdapat kekurangan dari relay digital adalah harganya yang cenderung lebih mahal daripada relay elektromekanik. Terdapat beberapa manufaktur yang membuat relay digital antara lain : General Electric, Schneider electric, ataupun ABB.

baca juga : Penjelasan seputar motor induksi

Referensi : https://ilmupraktek.wordpress.com/