BAB IIPEMBAHASAN7

SISTEM PROTEKSI TENAGAOVERCURRENT RELAY PADA MOTOR GA-4101C-M COOLING WATER PUMPDisusun Oleh :

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTADAERAH KHUSUS IBUKOTA JAKARTAitto [Document title]

2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan Rahmat, Hidayah serta Inayah-Nya sehingga dapat menyelesaikan tugas makalah ini dengan judul PENGAMAN ARUS LEBIH (TOR). Makalah ini disusun sebagai tugas mata kuliah Sistem Proteksi Tenaga Program Studi Pend. Teknik Elektro di Universitas Negeri Jakarta.Penulisan makalah ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik materi, moral, maupun spiritual. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :1. Bapak Aris Sunawar selaku dosen yang begitu sabar memberi kami ilmu dalam penyelesaian makalah ini.2. Teman-teman tercinta yang telah memberi semangat, bantuan serta masukan sehingga makalah ini dapat terselesaiakan.3. keluarga yang selalu memberikan doa yang seolah tak pernah lekang oleh waktu.4. Semua pihak baik yang secara langsung maupun tidak langsung telah banyak membantu kelancaran penyelesaian makalah ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.Semoga Allah SWT memberikan yang terbaik untuk selalu dapat berbuat baik bagi semua, dan semoga penulisan makalah ini dapat menjadi persembahan yang membawa manfaat baik bagi penulis secara khusus maupun masyarakat secara umum.Penulis menyadari bahwa makalah ini belum sempurna, untuk itu demi kesempurnaan dari makalah ini, maka penulis mengharapkan saran dan kritik yang dapat membangun.Jakarta, 11 November 2014

Tim Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR2BAB I PENDAHULUAN41.1 Latar Belakang41.2 Rumusan Masalah41.3 Tujuan Penulisan51.4 Manfaat Makalah51.5 Metode Penyusunan Makalah5BAB II PEMBAHASAN62.1. Tinjauan / Kajian Teoritis62.1.1. Over Current Relay (OCR)62.1.2. Prinsip Kerja62.2.3. Fungsi dan Penggunaan.92.2.4. Kurva Karakteristik OCR.92.2.5. Pengertian Motor102.2.6. Prinsip Kerja Motor Induksi102.2.7. Kontruksi Motor Induksi102.2.8 Proteksi Sistem Tenaga112.2.9 Fungsi Sistem Proteksi112.2.10 Fungsi Relay Pengaman12BAB III PENUTUP133.1. Kesimpulan133.2. Saran14DAFTAR PUSTAKA15

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangDalam sistem tenaga listrik banyak sekali terjadi gangguan yang sesungguhnya merupakan peristiwa hubungan singkat yang dapat merusak peralatan. Untuk melindungi peralatan terhadap gangguan yang terjadi dalam sistem diperlukan alat-alat pengaman. Alat-alat pengaman yang kebanyakan berupa relay mempunyai 2 ( dua ) fungsi, yaitu :a) Melindungi peralatan terhadap gangguan yang terjadi dalam sistem , jangan sampai mengalami kerusakan .b) Melokalisir akibat gangguan , jangan sampai meluas dalam sistem.Untuk memenuhi fungsi tersebut dalam butir a alat pengaman harus bekerja cepat agar pengaruh gangguan merupakan hubung singkat dapat segera dihilangkan sehingga pemanasan yang berlebihan yang timbul sebagai akibat arus hubung singkat dapat segera dihentikan.Untuk memenuhi fungsinya tersebut dalam butir b alat-alat pengaman dalam sistem harus dapat dikordinir satu sama lain, sehingga hanya alat-alat pengaman yang terdekat dengan gangguan saja yang bekerja. Secara teknis dikatakan bahwa alat-alat pengaman harus bersifat selektif.Dalam sistem proteksi terdapat beberapa jenis proteksi, salah satu diantaranya adalah OCR atau relay arus lebih. Relay arus lebih merupakan relay pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus terpasang pada jaringan tegangan tinggi, tegangan menengah juga pada pengaman transformator tenaga.

1.2 Rumusan MasalahBerdasarkan latar belakang yang dikemukakan diatas, maka permasalahanya:1. Aaa2. Aaaa3. Aaaa4. 1.3 Tujuan PenulisanAdapun tujuan penulisan dari makalah ini adalah 1. Untuk mengetahui tujuan sistem proteksi khusus jenis proteksi arus lebih. 2. Untuk mengetahui cara kerja dari relay arus lebih pada motor GA-4101C-M3. Untuk mengetahui kurva karakteristik relay arus lebih pada motor cooling waterpump GA-4101C-M4. 5.

1.4 Manfaat MakalahAdapun tujuan penulisan dari makalah ini adalah 1. A2. A3. A4. A1.5 Metode Penyusunan MakalahAdapun tujuan penulisan dari makalah ini adalah 1. A2. A3. A4. A5. A

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Tinjauan / Kajian Teoritis2.1.1 Over Current Relay (OCR)Relay arus lebih (over current relay) adalah relay yang bekerja berdasarkan adanya kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengaman tertentu dan jangka waktu tertentu. Fungsi utama dari relay arus lebih ini adalah untuk merasakan adanya arus lebih kemudian memberikan perintah kepada pemutus beban (PMT) untuk membuka. Relay jenis ini digunakan untuk mengamankan motor dari Gangguan hubung singkat dan dapat digunakan sebagai pengaman beban lebih.2.1.2 Prinsip Kerja RelayRelay arus lebih adalah relay yang bekerja terhadap arus lebih , ia akan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya (I set) atau relay arus lebih meruapakan pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan tegangan tinggi, tegangan menengah juga pada pengaman transformator tenaga. 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 :a. Relay waktu seketika (Instantaneous relay )

Jangka waktu kerja relay ini sangat singkat yakni 20-100 mili detik.

Gambar 2.1 Instantaneous relayKeterangan :P = PegasR = RelayCT = Current TransformatorTC = Triping CoilA = Alarmb. Relay arus lebih waktu tertentu (Definite).

Jenis relay ini jangka waktu relay mulai pick-up sampai selesainya kerja relay. Dilengkapi dengan relay kelambatan waktu (time lag relay) serta kerja relay tergantung pada penyetelan / setting relay kelambatan waktu.

Gambar :(a). Relay arus lebih waktu tertentu dan (b). Karakteristik relay arus lebih waktu tertentu (c). Relay Arus Lebih Waktu TerbalikRelay arus lebih dengan karateristik waktu-arus berbending terbalik adalah jenis relay arus lebih dimana waktu relay mulai pick-up sampai dengan selesainya kerja relay tergantung dari besarnya arus yang melewati kumparan relaynya, maksudnya relay tersebut mempunyai sifat terbalik untuk nilai arus dan waktu bekerjanya. Gambar rangkaiaan dan karateristiknya dapat ditunjukkan berikut ini :

Gambar :(a). Relay arus lebih berbanding terbalik ( invers) (b). Karateristik arus lebih berbanding terbalik ( invers) Relay ini akan bekerja dengan waktu yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Karakeristik ini bermacam-macam. Setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok :- Standar invers- Very inverse- extreemely inverse

Gambar 7 Karakteristik relay waktu Inverse

Pada relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara lain : - 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).- Pengamanan hubung tanah Arus gangguan 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, atau bahkan tidak ditanahkan.Dalam hal demikian, relay pengaman hubung singkat (relay fasa) tidak dapat mendeteksi gangguan tanah tersebut. Supaya relay sensitif terhadap gangguan tanah 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).

2.1.3. Fungsi dan Penggunaan.Relay arus lebih tak berarah dan relay hubung tanah tak terarah atau cukup disebut relay arus lebih dan relay hubung tanah. Relay ini berfungsi sebagai pengaman terhadap gangguan arus hubung singkat fasa-fasa maupun fasa tanah dan dapat digunakan sebagai : Pengaman utama penyulang (jaringan tegangan menengah). Pengaman cadangan pada trafo, generator dan transmisi. Pengamanan utama untuk sistem tenaga listrik yang kecil dan radial. Pengamanan utama motor listrik yang kecil.

2.1.4. Kurva Karakteristik OCR.Keterangan :T= Waktu Kerja relay (s)C= KonstantaTms= time dial settingI = Operating current (arus gangguan / arus pick up- If / Is)n = eksponensial.No.KurvaCn

1.Standar Inverse SI0.140.02

2.Very Inverse VI13.51

3.Long Time Inverse LTI1201

4.Extremely Inverse EI802

2.1.5. Pengertian MotorMotor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan lain-lain. Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas digunakan dan salah satu jenis dari motor- motor listrik yang bekerja berdasarkan induksi elektromagnet.2.1.6. Prinsip Kerja Motor InduksiMotor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada kumparan rotornya. Bila kumparan stator motor induksi 3 phasa dihubungkan dengan sumber tegangan 3 phasa, maka kumparan stator akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau tegangan induksi. Karena penghantar (kumparan) rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor. Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan medan induksi stator.2.1.7. Kontruksi Motor InduksiMotor induksi pada dasarnya mempunyai tiga bagian sebagai berikut.1. Stator: Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya.2. Celah : Tempat berpindahnya energi dari startor ke rotor.3. Rotor : Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotorGambar 2.1 Bentuk konstruksi dari motor induksi2.1.8 Proteksi Sistem TenagaYang dimaksud dengan proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dilakukan kepada peralatan-peralatan listrik yang terpasang pada suatu sistem tenaga misalnya generator, motor, transformator jaringan dan lain-lain, terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri.Yang dimaksud dengan kondisi abnormal tersebut antara lain dapat berupa :1. Hubung singkat2. Tegangan lebih/kurang3. Beban lebih4. Frekuensi sistem turun/naik

2.1.9 Fungsi Sistem ProteksiAdapun fungsi dari sistem proteksi adalah:1. Untuk menghindari atau mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat adanya gangguan (kondisi abnormal). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan, maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan terhadap kemungkinan kerusakan alat.2. Untuk mempercepat melokalisir luas/zone daerah yang terganggu, sehingga daerah yang terganggu menjadi sekecil mungkin.3. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen, dan juga mutu listriknya baik.4. Untuk mengamankan manusia (terutama) terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.2.1.10 Fungsi Relay PengamanFungsi dari relay pengaman adalah untuk menentukan dengan segera pemutusan / penutupan pelayanan penyaluran setiap elemen sistem tenaga listrik bila mendapatkan gangguan atau kondisi kerja yang abnormal, yang dapat mengakibatkan kerusakan alat atau akan mempengaruhi sistem / sebagian sistem yang masih beroperasi normal. Pemutusan beban (CB) merupakan satu rangkaian dengan relay pengaman.

2.2 Pembahasan : OVERCURRENT RELAY PADA MOTOR GA-4101C-M COOLING WATER PUMP

2.2.1 Prinsip kerja Over Current RelayPrinsip kerja over current relay (OCR) yang bekerjanya berdasarkan besaran arus lebih akibat adanya gangguan hubung singkat dan memberikan perintah trip ke PMT sesuai dengan karakteristik waktunya sehingga kerusakan alat akibat gangguan dapat dihindari.

Gambar 3.1 Prinsip kerja over current relay ( OCR )2.2.2 Karakteristik Rele Arus Lebih (Over Current Relay)A. Rele Arus Lebih Karakteristik Seketika (instantaneous)Rele arus lebih seketika adalah jenis rele arus lebih yang paling sederhana dimana jangka waktu kerja rele yaitu mulai saat rele mengalami pick-up sampai selesainya kerja rele sangat singkat yakni sekitar 20 - 100 mili detik tanpa adanya penundaan waktu.

Gambar 3.2. Rangkaian rele arus lebih seketika (instantaneous)Keterangan gambar :BB= Bus-barPMT= Pemutus (Circuit Breaker)TC= Kumparan pemutusA= Tanda bahaya (Alarm)R= Relay arus lebih seketikaCT= Transformator arusIr= Arus relayI= Arus beban

Gambar 3.3 Karakteristik Rele Arus Lebih Seketika

B. Rele Arus Lebih Karakteristik Waktu Tertentu (Definite Ttime Relay)Rele arus lebih waktu tertentu adalah jenis rele arus lebih dimana jangka waktu rele mulai pick-up sampai selesainya kerja rele dapat diperpanjang dengan nilai tertentu dan tidak tergantung dari besarnya arus yang mengerjakannya (tergantung dari besarnya arus setting, melebihi arus setting maka waktu kerja rele ditentukan oleh waktu settingnya)

Gambar 3.4. Rangkaian Rele Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite)

Dengan pemasangan rele kelambatan waktu, maka pengaman akan bekerja bila dipenuhi kondisi sebagai berikut:

ttr = tmg + tpr + tpp(3.1)

dimana:ttr= waktu total rele mulai terjadinya gangguan sampai dengan pemutus bekerjatmg = waktu mulai terjadinya gangguan sampai dengan rele pick-uptpr= waktu penundaan kerja reletpp= waktu yang dibutuhkan pemutus bekerja

Gambar 3.5 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Teretentu (DefiniteTtime Relay)C. Rele Arus Lebih Karakteristik Waktu Terbalik (Invers Time Relay)Rele arus lebih waktu terbalik memberikan perintah kepada pemutus beban (PMT) pada saat terjadi gangguan bila besar arus gangguannya melampaui arus penyetelannya (Isetting) dan jangka waktu kerja rele dari pick up waktunya berbanding terbalik dengan besar arusnya. Rele arus lebih waktu terbalik ini dibagi menjadi empat, yaitu:1. Standard inverse,2. very inverse,3. Extremely invers,4. Longtime inverse,

Gambar 3.6 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Terbalik ( Invers )2.2.3 Rele Arus Lebih Pada Motor GA-4101C-M Cooling Water Pump Ethylene PlantOvercurrent reley yang digunakan pada motor GA-4101C-M di PT.Chandra Asri Petrochemical Tbk adalah jenis rele arus lebih waktu terbalik (invers time relay) jenis Extremly Inverse. Rele ini bekerja pada saat terjadi gangguan bila besar arus gangguannya melampaui arus penyetelannya (Isetting) dan jangka waktu kerja rele dari pick up waktunya berbanding terbalik dengan besar arusnya. Setting overcurrent relay pada Motor GA-4101C-M :Jenis Rele= Thosiba S2E20Karakteristik= Extremely Inverse Data Motor :Daya motor= 1900kWTegangan input= 6 kVCos = 0,85Arus start motor= 546 %waktu start motor= 1,5 detik Besar arus start motor (Ist):Ist= 5,46 x In= 5,46 x 222= 1212,12 A Setting rele pengaman pada motor :Arus nominal (In)= 222 ANilai 222 A merupakan besar arus nominal pada motor atau pada sisi primer dari transformator arus (CT), untuk nilai arus pada sisi sekunder transformator arus adalah nilai arus pada sisi primer dibagi dengan nilai rasio CT. Dimana ketetapan rasio CT adalah 300:5. Jadi besar arus pada sisi sekunder adalah :Arus nominal (In) = Untuk setting arus nominal pada rele S2E20 adalah, In = 0.38 s/d 1.00 x 5A. Maka didapatkan besarnya arus setting pada rele S2E20 adalah 3,7 : 5 = 0,74 A.Setting arus gangguan (If) pada over current relay S2E20 adalah 11 x arus nominal (In) :If= 11 x In= 11 x 3,7= 40,7 APada sisi sekunder CT besar arus gangguan (If) adalah 40,7 A, maka besar arus gangguan (If) pada sisi primer CT adalah 40,7 x 60 = 2442 A. Jika arus yang melewati sisi primer CT mencapai 2442 A. Maka rele arus lebih akan bekerja menghubungkan rangkaian pemutus/trip pada sumber tenaganya. Sehingga rangkaian pemutus akan bekerja dan memerinitahkan pemutus tenaga (CB) untuk membuka. Maka suplai daya ke motor terputus dan motor aman dari kerusakan Berdasarkan kurva koordinasi rele proteksi arus lebih pada motor GA-4101C-M, setting waktu yang diberikan pada rele S2E20 sebesar 0.15 detik. Ini artinya jika terjadi gangguan arus lebih pada motor yang melampaui arus setting sebesar 2442 A dan dalam waktu lebih dari 0,15 detik maka rele akan mengirim sinyal pada CB untuk membuka.2.2.4 Motor Protection Relay Thosiba S2E20Overcurrent relay type S2E20 merupakan jenis rele proteksi Static Time. Rele ini adalah sebuah rele arus lebih nondirectional ac untuk sistem proteksi tenaga. Gangguan tiga phasa dengan instantaneous element. Rele ini memiliki empat karakteristik dasar operasi waktu (basic operating time characteristic) standart inverse, very inverse, extremely-inverse, and long time inverse. Rele ini juga memproses tiga karakteristik waktu tertentu (definite- time characteristics).

Gambar 3.7 Motor Protection Relay Thosiba S2E20

BAB IIIPENUTUP3.1. KesimpulanBerdasarkan hasil penulisan dapat disimpulkan bahwa tujuan sistem proteksi diharuskan untuk mengidentifikasi, memisahkan bagian instalasi yang terganggu dari bagian lain yang masih normal sekaligus mengamankan instalasi dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar, seperti memberikan informasi / tanda bahwa telah terjadi gangguan, yang pada umumnya diikuti dengan membukanya PMT.Motor induksi 3 phasa merupakan jenis motor yang paling sering digunakan pada proses produksi di industri. Hal ini dikarenakan motor induksi memiliki beberapa keuntungan yang tidak dimiliki oleh motor DC, tetapi sering juga terjadi gangguan antara lain adalah hubung singkat (short circuit) dan Overload pada motor induksi 3 phasa. Gangguan tersebut mempunyai dampak yang sangat berbahaya bila dibiarkan berlarut-larut dikarenakan arus yang mengalir sangat besar sehingga meningkatkan suhu dan dapat mengakibatkan motor induksi 3 phasa terbakar. Untuk mengatasi gangguan, maka diperlukan suatu sistem yang dapat mengamankan dari hubung singkat dan beban lebih. Motor listrik yang rusak harus diperbaiki dan membutuhkan biaya, semakin sering rusak semakin sering mengeluarkan biaya, ini sangat merugikan. Selama perbaikan akan mengalami kerugian waktu akibat tidak bisa bekerja dengan motor listrik. Secara langsung kerusakan peralatan motor listrik akan mengganggu proses prodiksi. Untuk mengatasi masalah ini dibutuhkan proteksi yang mampu memberikan keamanan pada motor listrik. Pengaman motor GA-4101C-M yang digunakan pada cooling water pulp menggunakan motor protection relay Thosiba S2E20. Proteksi yang digunakan adalah rele arus lebih karakteristik extremely inverse. Setting arus gangguan pada over current relay S2E20 adalah 11 x arus nominal In), dan setting waktunya sebesar 0,15 detik.

3.2. Saran1. Dari uraian kesimpulan diatas maka penulis mengemukakan saran yang ada hubungannya dengan permasalahan makalah yang dibahas diatas yakni agar kiranya memperhatikan setiap sistem proteksi agar bagian instalasi terhindar dari kerusakan atau k1. 2. Diharapkan melakukan pemeriksaan secara berkala terhadap kinerja dari rele arus lebih agar saat terjadi gangguan dapat bekerja dengan baik.3. Diharapkan melakukan pemeriksaan secara berkala terhadap motor GA-4101C-M untuk meminimalisir terjadinya gangguan.4. Dilakukan koordinasi ulang pada rele dan CB jika ada penambahan daya listrik.5. Untuk motor-motor yang mempunyai peranan yang sangat penting perlu ditingkatkan spesifikasi peralatan proteksinya agar tidak terjadi gangguan sehingga proses produksi semakin meningkat.

DAFTAR PUSTAKA

Marsudi, Djiteng. 2006. Operasi Sitem Tenaga Listrik. Yogyakarta : Graha Ilmu.