Posted in Artikel

Studi Praktis Tentang Koordinasi Overcurrent Relay (OCR)

Pada kesempatan kali ini kita akan bahas bagaimana sih koordinasi overcurrent relay (OCR) dan melakukan studi praktis tentang koordinasi OCR ini dengan percobaan di laboratorium Transmisi dan Distribusi di Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi UGM dengan menggunakan alat Power system Simulator NE 9170. Seperti yang sudah kita ketahui OCR digunakan untuk mendeteksi arus lebih, OCR hanya mampu mendeteksi besar arus, bekerjanya lambat, dan konstruksinya sederhana dengan harga relatif murah. Oleh karena itu proteksi arus lebih dengan OCR ini hanya digunakan pada sistem yang sederhana, dimana pelepasan gangguan dengan waktu lambat tidak mengganggu stabilitas sistem. Proteksi arus lebih banyak digunakan pada distribusi primer, dan sebagian pengaman gangguan tanah.

 Teori Koordinasi OCR

Selektivitas proteksi arus lebih mungkin dicapai melalui time-grading, current-grading, atau time and curren- grading.

  1. Time-grading
    ssss

Gambar 1. Time-grading system menggunakan definite time overcurrent relays

 Pada sistem distribusi radial yang terletak jauh dari sumber, arus gangguan di sebelah-menyebelah sebuah bus tidak berbeda besarnya, seperti gangguan di X dan di Y, dimana Ix ≈ Iy. Untuk keadaan seperti ini selektivitas dicapai melalui time grading, misalnya Iy diputus dalam 0,5 detik, sedangkan Ix dalam 1 detik. Untuk saluran yang relatif pendek, tidak terdapat perbedaan besar arus gangguan yang cukup di kedua ujung saluran misal Ix ≈ Iy, dan Ix ≈ IA. Dalam keadaan seperti ini tepat dipasang definite time overcurrent relay.

Apabila saluran cukup panjang sehingga terdapat perbedaan besar arus yang cukup antara ke dua ujung saluran, maka waktu kerja rele di dekat sumber akan lebih pendek, kalau dipasang rela arus lebih, yang karakteristiknya inverse. Tetapi hal ini akan sukar didapat apabila impedans ke arah sumber (ZS) jauh lebih besar dibandingkan impedans ke arah beban (ZL). Jadi bilamana ZS >> ZL penggunaan rele inverse akan kurang bermanfaat. Sebagai acuan, kemanfaatan rele inverse baru dicapai jika ZS < 2 ZL, atau arus hubung singkat pada ujung dekat ≥ 1,5 kali arus hubung singkat pada ujung jauh.

 2. Current-grading
ssss

Gambar 2 Proteksi dengan OCR di primer dan sekunder trafo daya

 Selektivitas overcurrent relay (OCR) berdasarkan perbedaan setting arus tanpa disertai perbedaan waktu kerja, hanya diperbolehkan jika terdapat perbedaan besar arus gangguan. Pada Gambar 5.2, sebuah trafo daya mempunyai impedans yang cukup besar (12,5%) menyebabkan besar arus gangguan di B (dalam pu) lebih kecil dari arus gangguan di A, sehingga selektivitas kerja dapat dicapai dengan memilih setting OCR di B lebih rendah dari setting OCR di A.

Apabila pada sebuah saluran terdapat beberapa OCR dengan instantaneous setting, selektivitasnya hanya dimungkinkan melalui current grading, seperti pada Gambar 3.
ssss

Gambar 3 Instantaneous OCR dipilih di G dan S2.

Arus gangguan dari S2 ke S3 lebih kecil dibandingkan arus gangguan di saluran dari G ke S1 sehingga di S2 dan di G dapat dipilih karakteristik instantaneous, dengan setting IS2 < IG. Ini menghasilkan kerja seketika (tanpa tundaan waktu) dan memungkinkan dipilihnya setting TMS yang lebih rendah untuk OCR di S1 dan OCR di G. Perhatikan bahwa setting instantaneous tidak dapat melindungi sepenuhnya panjang S2–S3 dan G–S1.

  1. Time and current grading

Selektivitas diantara OCR satu dengan OCR lainnya dapat dicapai bukan hanya dengan memilih setting waktu (TMS) yang berbeda, tetapi secara bersamaan memilih setting arus yang berbeda, kalau ini diperlukan dan memungkinkan dilakukan dari segi rangkaian daya yang bersangkutan.

Dengan memilih karakteristk Standard Inverse (SI), Very Inverse (VI), atau Extremly Inverse (EI), bahkan dengan hanya memilih setting arus yang berbeda dengan setting TMS yang sama, akan diperoleh waktu kerja yang berbeda. Pada Gambar 3 dan 4, untuk OCR di G dpilih setting arus IG dan TMS = 0,2 untuk OCR di S1 dipilih setting arus IS1 < IG dan TMS = 0,2. Hasilnya, pada gangguan di S1 – S2, OCR di S1 bekerja lebih cepat dibandingkan kerja OCR di G.
ssss

Gambar 4 Perbandingan Relay IDMT terhadap VI (di S2) dan relay VI terhadap EI (di S1)

 Studi Praktis

Setelah mengetahui teori dari koordinasi relay arus lebih, kita lakukan analisis dari data percobaan berikut, diketahui sebuah sistem dengan konfigurasi sebagai berikut :
Capture

Pada saluran transmisi  dengan basis daya 2kVA, basis tegangan 220 VLL, basis impedans 24,2 Ω, gangguan 3 fase simetris.

  • Time Grading

Setting pada relay A :
Karakteristik Standard Inverse (SI)

 Is            = 4,5A
TMS       = 0,15
Setting pada relay B :

Karakteristik Standard Inverse (SI)
Is             = 4,5A
TMS       = 0,1

Didapat data hasil percobaan sebagai berikut :

Dengan Time grading (0,5s)

Gangguan hubung singkat 3fase di TP18.

Arus Isc                                                   = 9,585 A
Waktu trip relay B            = 0,98 detik
Waktu trip relay A            = 1,57 detik (rele B overridden)

Analisis
Pada saat men-setting koordinasi relay biasanya kita melakukan setting pada relay yang paling ujung saluran. Biasanya relay yang paling ujung menggunakan TMS yang paling kecil yaitu TMS 0,1. Diketahui rele B yang kita gunakan adalah karakteristiknya SI dengan Is = 4,5A dan TMS = 0,1 dan arus gangguan pada TP18 sebesar 9,585 A. Untuk melakukan koordinasi dengan relay A kita harus mencari TMS dari relay A dengan time grading sebesar 5 detik. Untuk SI perhitungan waktu kerja relaynya sebagai berikut t = Capture  .

Capture

Dapat dilihat hasil perhitungan dan hasil percobaan yang sesuai. Untuk Time-grading ini setting arusnya sama namun memiliki perbedaan waktu kerja.

  • Time and Current Grading

Setting pada relay A :
Karakteristik Standard Inverse (SI)
Is            = 6A
TMS       = 0,1

Setting pada relay B :
Karakteristik Standard Inverse (SI)

Is             = 4,5A
TMS       = 0,1

Didapat data hasil percobaan sebagai berikut :

Dengan Time grading (0,5s)

Gangguan hubung singkat 3fase di TP18.

Arus Isc                                   = 9,51 A
Waktu trip relay B            = 0,95 detik
Waktu trip relay A            = 1,46 detik (rele B overridden)

Analisis
Sama seperti sebelumnya, karena ini gabungan antara time grading dan current grading, pada saat men-setting koordinasi relay biasanya kita melakukan setting pada relay yang paling ujung saluran. Biasanya relay yang paling ujung menggunakan TMS yang paling kecil yaitu TMS 0,1. Diketahui rele B yang kita gunakan adalah karakteristiknya SI dengan Is = 4,5A dan TMS = 0,1 dan arus gangguan pada TP18 sebesar 9,51 A. Untuk melakukan koordinasi dengan relay A kita harus mencari TMS dari relay A dengan time grading sebesar 5 detik. Untuk SI perhitungan waktu kerja relaynya sebagai berikut t =  Capture.

Capture

Dapat dilihat hasil perhitungan dan hasil percobaan yang sesuai. Untuk Time and Current grading ini setting arusnya berbeda dan memiliki perbedaan waktu kerja

  • Current Grading

Setting pada relay A :
Karakteristik Standard Inverse (SI)
Is            =  6A
TMS       = 0,1
Inst        = 1 x Is

Setting pada relay B :
Karakteristik Standard Inverse (SI)
Is(I>)     = 4,5A
TMS       = 0,1
I>>         = 4,5A
TMS       = 0 (Instantaneous)

Didapat data hasil percobaan sebagai berikut :

Arus Isc                                    = 10,0 A
Waktu trip relay B            = 0,07 detik
Waktu trip relay A            = 0,15 detik (relay B overridden)

Analisis
Pada percobaan current grading kali ini arus Isc sebesar 10 A dan setting relay B memiliki setting instantaneous pada arus 4,5A sehingga relay langsung bekerja seketika. Dan untuk relay A juga sama, arus setting relay A sebesar 6A dan memiliki setting instantaneous ketika relay B gagal relay langsung bekerja memback-up dengan seketika pula. Waktu kerja relay A dan B teoritisnya adalah 0 detik, yang di dapat di percobaan masuk mendekati 0 detik.

Jadi kesimpulannya ada tiga macam cara untuk mengkoordinasi relay arus lebih, time grading dengan perbadaan waktu, current grading dengan perbedaan setting arus, time and current grading gabungan dari keduanya, masing masing memiliki kegunaan tersendiri yang sudah dijelaskan diatas.

Referensi

  • Sumerti,I Nengah. 2011. Diktat Proteksi bag.5 Proteksi Feeder
  • Modul Praktikum Teknik Proteksi TEE 340P

 Oleh : Luthfi Adhi K (Magatrika 2011)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s