jurnal proteksi arus lebih dengan menggunakan sensor ACS706ELC

PROTEKSI ARUS LEBIH DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR ACS 706ELC

oleh

Desi Jayantri

(5101331001)

Program Studi Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Teknik

Universitas Negeri Medan

E-mail: djayantri05@gmail.com

ABSTRAK

Perkembangan teknologi dan sistem elektronik dewasa ini berkembang telah sangat pesat. Tidak terlepas dari hal tersebut, penggunaan alat-alat listrik meningkat seiring dengan kebutuhan pemakai untuk membantu aktifitas kerja. Oleh sebab itu, dibutuhkan suatu alat yang dapat memproteksi peralatan-peralatan elektronik dari bahaya kebakaran akibat dari pemakaian energi listrik berlebihan yang mengakibatkan hubung singkat sehingga dapat terjadi kebakaran.

Sensor arus ACS706ELC-20 membaca arus listrik yang mengalirinya dan menghasilkan tegangan dari 2,5VDC-4,2VDC. Dengan tegangan referensi yang dihasilkan oleh ACS706ELC-20, maka dapat dijadikan kendali pembatas arus. Alat ini bekerja berdasarkan kenaikan arus listrik yang melewati sensor ACS706ELC-20 akibat dari penggunaan alat-alat listrik. Dengan memasang driver berupa triac BTA41 maka beban yang terpasang dapat dikendalikan.

            Alat ini mampu untuk membatasi pemakaian arus listrik yang terpakai. Dalam alat ini terdapat sensor ACS706ELC-20 yang berfungsi untuk membaca arus yang terpakai, seven segment untuk menampilkan nilai arus yang terpakai, dan triac BTA41 untuk driver beban.

Kata Kunci : Arus listrik, Kendali Otomatis, dan Beban

BAB I PENDAHULUAN

Energi listrik merupakan sumber energi yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan masyarakat modern seperti sekarang. Untuk memenuhi kebutuhan listrik masyarakat, industri dan instansi yang semakin meningkat, pemerintah telah membangun dan mengembangkan pembangkit-pembangkit listrik dengan berbagai jenis tenaga penggerak, mulai dari tenaga air, tenaga uap, bahkan sudah dikembangkan pembangkit listrik dengan tenaga nuklir. Dengan semakin banyaknya peralatan elektronik dirumah, pengguna kebanyakan terlena dengan beban yang berlebihan. Sedangkan saat ini untuk mengukur arus yang mengalir pada jala-jala listrik menggunakan clam meter baik itu instrumen analog maupun digital dan untuk memproteksi beban lebih masih banyak menggunakan MCB. Dengan menggunakan alat tersebut untuk mengukur arus sangat tidak praktis karena mengingat ukuran dari trafo clam yang besar dan sangat mencolok dilihat dan sistem kerja proteksi MCB menggunakan magnetik sangat tidak efektif karena saat proteksi terjadi sering terjadinya percikan bunga api.

Agar lebih praktis dapat dibuat alat untuk mengukur arus dan memproteksi beban berlebih dengan teknologi semikonduktor. Pengukuran arus ini menggunakan sensor arus ACS706ELC-20A yang dapat dialiri oleh arus sebesar 20 Ampere dan ICL 7107 IC yang dirancang untuk sistem instrumentasi.

Peralatan ini diharapkan lebih efisien, sehingga tidak perlu harus menggunakan teknologi trafo arus untuk mengukur arus yang mengalir dan MCB sebagai proteksi beban berlebih. Penelitian ini mengaplikasikan suatu komponen elektronika ke dalam suatu sistem perangkat elektronika yang nantinya diharapkan perangkat elektronika ini mempunyai fungsi sebagai penunjang dan memberikan manfaat dalam kehidupan manusia.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Perkembangan teknologi yang pesat memacu banyak penelitian yang berkaitan dijadikan objek penelitian sebelumnya. Berikut uraian singkat penelitian sebelumnya yang berkaitan dengan masalah yang akan dibahas.

Automatic Circuit Breaker. Kelebihan dari alat ini adalah mampu memproteksi beban berlebih dengan menggunakan rangkaian elektronika terprogram, namun demikian masih mendapatkan kekurangan, yaitu masih menggunakan trafo arus sebagai sensor arus. Dimana trafo arus ini memiliki bentuk fisik yang besar dan memakan tempat yang luas. Pada trafo memiliki kelemahan yaitu temperatur yang selalu berubah cepat seiring dengan kenaikan arus yang melewatinya. (Efraim Victor Bles, 2007).

Sebuah kendali integral dapat digunakan untuk mendeteksi suatu arus yang melewati pada penghantar. Dalam aksi Kendali Integral, output dari kontroler ini selalu berubah selama terjadi penyimpangan dan kecepatan perubahan output tersebut sebanding dengan penyimpangan. Konstantanya dinyatakan dengan Kendali Integral, Kendali Integral ini mempunyai sensitivitas yang tinggi, yaitu dengan cara mereduksi error yang dihasilkan dari sinyal feedback. Kontrol integral memiliki karakteristik seperti halnya sebuah integral. Keluaran kontroller sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding dengan nilai sinyal kesalahan. (Rusli, 2008).

Dalam penelitian ini memiliki beberapa kelebihan dari pada sistem pengaman konvensional misalnya Mini Circuit Braker (MCB) karena dapat menampilkan daya yang sedang terpasang dan sangat cepat dalam melakukan tindakan proteksi rangkaian terhadap gangguan arus beban lebih.

2.1. Sensor Arus ACS706ELC-20

Sensor arus dari keluarga ACS706 adalah solusi untuk pembacaan arus didalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi. Sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih. Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada didalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik.

Dimana titik tengah output sensor sebesar (>VCC/2) saat peningkatan arus pada penghantar arus yang digunakan untuk pendeteksian. Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,5mΩ dengan daya yang rendah. Ketebalan penghantar arus didalam sensor sebesar 3x kondisi overcurrent. Sensor ini telah dikalibrasi oleh pabrik. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 1 berikut.

 

Gambar 1. Blok diagram sensor arus ACS706ELC-20

2.2.  3½ Digit, LED Display, A/D onverters (ICL 7107)

ICL7107 memiliki performa yang tinggi, dengan power yang rendah, 3½ digit A/D converters. Termasuk seven segment decoders, display drivers, suatu referensi, dan suatu clock. ICL7107 akan secara langsung mengendalikan seven segment. ICL7107 adalah suatu kombinasi dari ketelitian yang tinggi, dengan kemampuan yang beragam, dan harga yang ekonomis. Juga memiliki keistimewaan autozero-nya bisa kurang dari 10μV, zero drift-nya dari kurang dari 1μV/^OC, input bias current-nya sebesar 10pA ( Max), dan rollover kesalahan kurang dari satu count. Masukan diferenttial dan referensinya bermanfaat untuk semua sistem, tetapi memberikan perancang alat suatu keuntungan yang luar biasa ketika mengukur load cells, mengukur tegangan dan jembatan transducers jenis lainnya:

1. Power Supply

- ICL7107, V+ ke Ground: 6 V

- ICL7107, V- ke Ground: -9V

2. Input tegangan analog ( Input yang lain ) ( catatan 1): V+ ke V

3. Referensi input tegangan ( Input yang lain): V+ ke V

4. CLOCK Input

- ICL7107: GND untuk V+

5. Batas Temperatur: 0^OC - 70^OC

6. Daya Tahan Thermal (Khusus, catatan 2 ): ^θJA (^OC/W)

- Jenis PDIP: 50

7. Temperatur Junction (maksimal): 150^OC

8. Batas temperatur Storage (maksimal) : -65^OC – 150^OC

9. Temperatur Lead maksimal (Soldering 10s): 300^oC

Gambar 2. Konfigurasi ICL 7107

ICL 7107 merupakan sebuah chip yang bisa berfungsi sekaligus sebagai A/D Converter dan dekoder seven segment sekaligus dengan pin keluarannya yang masing-masing dilengkapi dengan clock dan pengaturan referensi didalamnya.

            ICL 7107 dipasang sebagai pengubah A/D sekaligus sebagai driver penampil. Tegangan analog diubah menjadi digital, driver penampil (pendekode) terdapat didalam ICL 7107 bertugas untuk mengatur sevent segment atau penampil yang berupa bilangan desimal. Alat ini terdiri dari beberapa rangkaian yaitu rangkaian catu daya 3½ Digit, Sensor, DAC R-2R dengan A/D Converter ICL 7017, OP-AMP, Sirine, Display dan hasil keluaranny ditampilkan secara digital dengan menggunakan seven segment.

2.3.  Identifikasi Kebutuhan Sistem

Berdasarkan identifikasi kebutuhan yang ada, maka diperoleh beberapa analisis kebutuhan terhadap alat yang akan dibuat dengan spesifikasi sebagai berikut :

1. Perlunya suatu komponen pengindra arus listrik pada jala-jala.

2. Perlunya suatu komponen penampil arus listrik pada jala-jala.

3. Perlunya suatu komponen yang befungsi untuk mengubah tegangan analog menjadi digital dan ditampilkan dalam satuan desimal.

4. Perlunya suatu saklar AC untuk mengaktifkan dan menonaktifkan beban listrik.

2.4.  Analisis Kebutuhan Sistem

Berdasarkan identifikasi kebutuhan yang ada, maka diperoleh beberapa analisis kebutuhan terhadap alat yang akan dibuat dengan spesifikasi sebagai berikut :

1. ACS706ELC-20 sebagai komponen pengindra arus listrik jala-jala yang terbuat dari bahan semikonduktor.

2. Seven segmen sebagai komponen penampil dalam satuan Ampere.

3. ICL7107 sebagai komponen pengubah tegangan analog menjadi digital dengan driver penampil desimal didalamnya.

4. Triak sebagai komponen penyaklar beban AC untuk mengaktifkan dan menonaktifkan beban listrik.

2.5 Perancangan Perangkat Keras

Rangkaian Konversi

            Rangkaian konversi pada sistem ini menggunakan komponen utama ICL7107. ICL 7107 merupakan salah satu contoh komponen yang berwujud IC. Dengan hanya menggunakan satu komponen ini didalamnya terdapat A/D converters, seven segment decoders, display drivers, suatu referensi, dan suatu clock.

Gambar 3 Rangkaian 3½ Digit, LED Display, A/D Converters ICL 7107

Rangkaian Sensor berfungsi sebagai pengindra arus yang mengalir pada jala-jala yang memanfaatkan medan magnet yang yang besarnya tergantung pada besarnya arus yang mengalir. Keluaran sensor arus berupa tegangan analog dengan gelombang sinus, saat arus yang terbaca 0 ampere (tidak ada beban) tegangan keluaran sensor arus sebesar 2,5 Volt (VCC/2).

            Rangkaian sinyal kondisi pada system berfungsi untuk mengkondisikan agar tegangan yang dikeluarkan sensor arus dapat dibaca oleh rangkaian konversi. Rangkaian sinyal kondisi ini ada dua blok rangkaian, yaitu rangkaian detektor puncak dan rangkaian penguat non-inverting. Fungsi dari resistor R19 dan R20 adalah sebagai pembanding tegangan keluaran agar membentuk tegangan yang diinginkan. Variabel resistor R18 berfungsi sebagai pengubah tegangan referensi agar didapat tegangan yang terkecil sebesar 0 Volt. Variabel resistor R21 berfungsi sebagai pengatur tegangan picu transistor Q3.

Gambar 4. Rangkaian Sensor dan Sinyal Kondisi

Rangkaian Pengunci

            Rangkaian pengunci berfungsi sebagai pengunci agar didapat pengendalian pada saat beban berlebihan. Rangkaian ini terbuat dari gerbang NAND yang dirangkai menjadi rangkaian flip-flop SR.

Gambar 5. Rangkaian Pengunci

Rangkaian Penyaklar Beban AC Rangkaian driver beban disusun menggunakan MOC3021 yang berfungsi sebagai kendali saluran gate triac. Penggunaan Opto MOC3021 jenis ini ditentukan berdasar kelebihan struktur internal pembentuk saluran kontrol yang memisahkan antara tegangan AC pada beban dengan tegangan DC pada rangkaian kendali. Agar lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 6..

                         Triac yang digunakan adalah BTA41 yang mempunyai arus maksimal sebesar 40A dan tegangan maksimal 600V. Triac ini berfungsi sebagai saklar tegangan AC.

Gambar 6. Rangkaian Penyaklar Beban AC

a. Cara Kerja Alat

            Cara kerja alat ini bermula dari pembacaan arus yang mengalir pada jala-jala listrik ke sensor arus ACS706ELC-20 melalui pin 1 dan pin 2 ke pin 3 dan pin 4. Keluaran sensor arus ini berupa tegangan analog yang naik dan turun secara linier. Semakin besar arus yang mengalir ke sensor arus maka semakin besar juga tegangan yang dihasilkan oleh sensor, tegangan awal sensor dihidupkan sebesar 2,5 Volt pada saat pembacaan 0 Ampere. Hasil keluaran sensor tersebut di filter dengan menggunakan rangkaian tevenin sebagai hambatan induktansi agar didapat tegangan yang sesuai karena tegangan keluaran sensor masih berupa gelombang sinus. Keluaran rangkaian tevenin tersebut kemudian di searahkan menggunakan rangkaian pendeteksi puncak. Hasil penyearahan tegangan keluaran sensor selanjutnya dikuatkan menggunakan Op-Amp non inverting. Op-Amp non inverting ini selain sebagai penguat juga berfungsi sebagai pembentuk tegangan referensi agar didapat tegangan 0 Volt saat arus yang terbaca sama dengan 0 ampere. Keluaran Op-Amp dihubungkan secara langsung ke rangkaian penampil ICL7107 dan ditampilkan berupa fluktuatif arus. Untuk sistem proteksi beban memanfaatkan fluktuatif tegangan yang hasilkan oleh Op-Amp. Dimana keluaran Op-Amp dihubungkan dengan menggunakan variable resistor untuk mendapatkan tegangan yang sesuai dalam sistem proteksi. Keluaran variable resistor tersebut dihubungkan dengan transistor sebagai saklar yang akan memicu flip-flop yang dirangkai dengan menggunakan gerbang NAND, dimana fungsi dari rangkaian flip-flop ini adalah sebagai pengunci dari sistem proteksi. Keluaran rangkaian flip-flop ini akan memicu driver beban AC untuk selanjutnya menonaktifkan beban AC.

Gambar 7. Blok Diagram Sistem

b.   Percobaan Alat

Setelah alat ini dirancang, yang terdiri atas beberapa blok rangkaian dan blok program seperti yang telah ditunjukkan pada gambar blok diagram sebelumnya, maka penulis melakukan percobaan alat ini secara langsung untuk melihat apakah alat ini dapat berfungsi sebagaimana yang diinginkan. Adapun percobaan yang dicoba pada bab ini, adalah:

1. Hasil validasi sensor system dan validasi terhadap fungsi bagian-bagian sistem.

2. Hasil perbandingan pengukuran arus pada alat yang dibuat dengan alat ukur clamp meter.

3. Pengamatan hasil pengukuran tegangan keluaran sensor terhadap perubahan arus yang terbaca.

4. Pengamatan hasil pengukuran arus terhadap beban yang berbeda.

BAB III PEMBAHASAN

Pada validasi sistem dilakukan pengecekan operasional kerja alat secara keseluruhan. Validasi ini dilakukan untuk membuktikan bahwa semua komponen dan rangkaian telah sesuai dengan yang diharapkan. Validasi sistem ini diawali dengan pengukuran tegangan catu daya, dimana tegangan yang dihasilkan oleh catu daya sangat mempengaruhi dari keseluruhan kerja sistem. Tabel 1, tegangan catu daya.

Tabel 1. Hasil pengukuran tegangan catu daya

            Hasil perbandingan pengukuran arus pada alat yang dibuat dengan alat ukur clamp meter berfungsi untuk mengetahui seberapa tepatnya alat dalam pendeteksian arus yang mengalir pada jala-jala listrik terhadap beban. Saat pengujian beban tidak menggunakan saklar semikonduktor, agar sistem tidak terprotek saat beban diatas 4 A. Hasil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 2 sebagai berikut.

Tabel 2. Hasil pengukuran arus pada alat yang dibuat dengan alat ukur clamp meter

Perbandingan pengukuran dapat ditunjukkan dengan jelas error yang dihasilkan pada Gambar 8 berikut :

Gambar 8. Grafik Perbandingan Pengukuran Arus Pada Alat Dengan Arus Pada Alat UkurPengukuran Dengan Clamp Meter.

Tabel 3. Hasil pengukuran lengkap

Gambar 9. Grafik Perbandingan Antara Daya Yang Terukur Dengan Daya Yang Dihitung

Pengamatan hasil pengukuran tegangan keluaran sensor terhadap perubahan arus yang terbaca berfungsi untuk membuktikan bahwa tegangan keluaran sensor akan berubah dan mengikuti arus yang terbaca, semakin besar arus yang dibaca maka semakin besar pula tegangan yang dihasilkan. Tabel 4, menunjukkan hasil pengukuran tegangan keluaran sensor yang dilakukan di pengukuran tegangan pada keluaran Op-Amp.

Tabel 4. Hasil pengukuran tegangan keluaran sensor terhadap perubahan arus yang terbaca

Dari hasil pengukuran tegangan pada Tabel 4.4 membuktikan bahwa tegangan keluaran sensor arus linier mengikuti perubahan arus yang terbaca, bahwa semakin besar arus yang dibaca maka semakin besar tegangan yang dihasilkan oleh sensor arus.

c.   Pengamatan hasil pengukuran tegangan driver beban AC

Rangkaian driver beban AC menggunakan IC MOC3021 sebagai saklar cahaya penggerak triac dan pemisah tegangan AC dan DC, dan saklar semikonduktor menggunakan triac BTA41 yang berfungsi sebagai saklar tegangan AC berdaya besar. Tabel 4.5 menjelaskan tegangan kerja pada rangkaian driver beban AC.

Tabel 4.5 Tegangan kerja rangkaian driver beban AC

Dari hasil pengukuran tegangan membuktikan bahwa saat output transistor sinyal kondisi mengalami tersaturasi maka menghasilkan logika 0 yang akan mengaktifkan beban.

BAB V KESIMPULAN

Dari hasil perancangan dan pengujian alat dapat diambil kesimpulan bahwa alat dapat bekerja dengan baik. Hasil implementasi menunjukkan hal-hal sebagai berikut :

1. Tingkat akurasi alat sangat tergantung beberapa hal seperti penguatan Op-Amp dan sinyal kondisi yang dibuat.

2. Kalibrasi menggunakan clamp meter digital sangat efektif karena nilai yang dihasilkan sudah berupa nilai desimal.

3. Sistem memiliki kemampuan sesuai spesifikasi, antara lain sebagai berikut.

a. Dapat menampilkan arus satu digit dibelakang koma.

b. Memiliki kehandalan sistem proteksi arus yang dapat diatur dengan cara memutar variabel resistor pada keluaran Op-Amp.

c. Arus yang dapat dibaca maksimal 20 ampere menurut data sheet.

DAFTAR PUSTAKA

·         Allegro. 2006. “CS706ELC-20A, Bidirectional 1.5 mΩ Hall Effect Based Linear Current Sensor with Voltage Isolation and 20 A Dynamic Range”. Allegro MicroSystems Inc. Amerika Serikat.

·         Bles, Efraim Victor. 2007. “Automatic Circuit Breaker”.

·         Ibrahim,K.F. 2007. “Teknik Digital Elektronika”. Andi. Yogyakarta

·         Intersil. 2007. “3½ Digit, LCD/LED Display, A/D Converters”. Intersil Americas Inc, America.

·         Rusli. 2008. “Kendali Integral dan Feedback”. Gramedia. Jakarta.

·         STMicroelectronics. 2008. ”BTA40 and BTA/BTB41 Series”. Australia - Brazil - China - Finland - France - Germany - Hong Kong - India - Italy - Japan – Malaysia-Malta - Morocco - Singapore - Spain - Sweden - Switzerland - United Kingdom - U.S.A, www.DatasheetCatalog.com, http://www.st.com

                        

jurnal koordinasi relay proteksi pada feeder distribusi tenaga listrik

KOORDINASI RELAY PROTEKSI PADA FEEDER

DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

oleh

Desi Jayantri

(5101331001)

Program Studi Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Teknik

Universitas Negeri Medan

E-mail: djayantri05@gmail.com

Abstrak.

Dalam setiap sistem tenaga listrik selalu digunakan sistem proteksi atau pengaman untuk mengantisipasi apabila terjadi gangguan. Sistem proteksi dan pengaman ini diperlukan untuk memisahkan bagian yang mengalami gangguan dengan yang tidak mengami gangguan sehingga sistem dapat menjalankan operasinya. Apabila peralatan proteksi atau pengaman memberikan respon yang salah terhadap gangguan maka terjadi tripping ikutan/palsu yaitu peristiwa yang menggambarkan kejadian ketika suatu peralatan proteksi merespon/menanggapi secara salah atau tidak diharapkan pada suatu kondisi atau keadaan sistem tenaga listrik yang sedang mengalami gangguan. Tripping ikutan ini dapat terjadi pada peralatan pengaman atau proteksi yang dihubungkan seri pada penyulang yang sama, sehingga apabila terjadi gangguan pada penyulang tersebut maka dua atau lebih peralatan pengaman pada penyulang itu akan mengalami tripping. Tripping ikutan juga dapat terjadi pada penyulang penyulang lainnya pada bus yang sama.

Kata kunci: Proteksi, , Tripping ikutan, Distribusi.

Abstrac.

The Power system Electrical always used protection system to back up harassment. Protection system need to segregate in harassment with not harassment avail to operation system. Protection device when give response to harassment and then sympathetic tripping. Sympathetic Tripping ensue in protection device the connection with feeder the same, so that ensue harassment in feeder and then two, or more than two device protection in feeder will tripping. Sympathetic Tripping also get ensue in another feeders with bus the same The research get minimal harassment in feeder because fault. Sympathetic Tripping with used ground fault relay characteristic inverse time on fault phase to ground.

Key Word : Protection, Sympathetic Tripping, Distribution

1. PENDAHULUAN

Permasalahan yang sering dijumpai pada sistem ditribusi tenaga listrik antara lain pada penyulang 20KV, adalah gangguan hubung singkat, baik menggunakan kawat udara (SUTM). Jika penyetelan over current relay atau ground fault relay yang berada di incomong feeder atau di out going feeder kurang baik, gangguan hubung singkat kadang-kadang dapat men-tripkan relay yang berada di incomming feeder sehingga menyebabkan pemadaman seluruh penyulang. Jika pada salah satu feeder terjadi hubung singkat feeder yang lain ikut trip (simpatetik trip). relai kurang baik pada kasus yang bertentangan dengan kasus di atas bila terjadi gangguan hubung singkat tripnya terlambat, hal ini juga tidak boleh terjadi karena akan merusak peralatan sistem. Oleh karena itu untuk keamanan sistem distribusi yang handal pada suatu penyulang antara lain perlu untuk mendapatkan suatu nilai setting relay yang tepat (sensitif dan selektif). Pada feeder sering terjadi kasus trip PMT pada hal arus seting Relay belum terlampaui, menurut survey lapangan melalui operator lapangan. Ada beberapa kemungkinan penyebab hal ini terjadi diantaranya: perubahan karakteristik relay, perubahan impedansi saluran, perubahan karakteristik beban, reaktansi, Transformator atau akibat kurang tepat analisa arus hubung singkat saat awal setting. Pada kesempatan ini salah satu kemungkinan penyebabnya diangkat sebagai permasalahan adalah menganalisa kembali arus hubung singkat pada masing masing feeder untuk re-setting relay, yang lebih tepat (selektif dan sensitif). Sementara itu analisa hubung singkat yang dilakukan hanya satu phasa ke tanah untuk re-setting GFR.

1.1. Arus Gangguan Hubung Singkat

Pada sistem jarigan 20 kV yang dipasok dari suatu gardu induk seperti gambar dan data dibawah ini maka :

Gambar 1.1 . Jaringan 20 kV Yang di Pasok dari GI

Pada bus 150 kV adalah bus yang dipasok dari pusat yang di interkoneksi. Untuk ini diperlukan arus hubung singkat di sisi 150 kV. Perhitungan arus hubung singkat pada sistem di atas, sebagai berikut :

1.      Dihitung besar impedansi sumber (reaktansi), yang dalam al ini diperoleh dari data hubung singkat di bus 150 kV.

2.      Perhitungan reaktansi trafo tenaga.

3.      Perhitungan impedansi penyulang per 25%, 50%, 75% dan 100% panjang penyulang. Untuk lebih teliti perhitungan impedansi dapat per 5 persenan atau 10 persenan dari panjang penyulang.

4.      Jadi data yang diperlukan untuk perhitungan arus hubung singkat atau koordinasi relay, adalah :

a. MVAshort circuit dibus 150 kV

b. Data Trafo :

- Kapasitas trafo (MVA)

- Reaktansi urutan positif trafo (5)

- Ratio tegangan

- Mempumyai belitan delta atau tidak

- Ratio CT di incoming feeder

- Netral grounding resistance yang terpasang

c. Impedansi urutan positif dan nol penyulang

d. Arus beban di penyulang

e. Ratio CT di penyulang

Gambar 1.2 Ekivalen Impedansi incoming dan outgoing

1.2 Impedansi Penyulang

Impedansi penyulang yang akan dihitung disini, tergantung dari besarnya impedansi per km dari penyulang yang bersangkutan, dimana besar nilainya ditentukan dari konfigurasi tiang yang dipergunakan untuk jaringan SUTM atau dari jenis kabel tanah untuk jaringan SKTM. Z = (R+jX) ohm/km dan Z1 = Z2, dengan demikian nilai impedansi penyulang untuk lokasi gangguan yang diperkirakan terjadi pada 5%, 10%, 15% s/d 100% panjang penyulang. Untuk menghitung Reaktansi Ekivalaen dihitung besarnya nilai impedansi ekivalen urutan positif (Z1eq), impedansi ekivalen urutan negative (Z2eq), dan impedansi ekivalen urutan Nol (Z0eq) dari titik gangguan sampai kesumber.

Gambar 1.3 Ekivalen Impedansi Penyulang

Perhitungan Z1eq dan Z2eq dapat langsung menjumlahkan impedansi-impedansi seperti gambar tersebut diatas, sedangkan Z0eq dimulai dari titik gangguan sampai ke Trasformator tenaga yang netralnya ditanahkan. Untuk menghitung impedansi Z0eq ini dimisalkan Transpormator yang terpasang mempunyai hubungan Yyd, dimana mempunyai nilai XT0 = 3*0,8 = 2,4 ohm. Nilai tahanan pentanahan : 3* RN

Z1eq = Z2eq = Z s1 + ZT1 + Z1 _penyulang

Perhitungan :

Z0eq : Z0eq = ZT0 + 3RN + Z0 _penyulang

1.3 Rele Arus Lebih (Over Current Relay)

Rele arus lebih yaitu rele yang bekerja berdasarkan adanya kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengaman tertentu dan jangka waktu tertentu. Fungsi utama dari rele arus lebih ini adalah untuk merasakan adanya arus lebih kemudian member perintah kepada pemutus beban (PMT) untuk membuka. Pengaman dengan menggunakan rele arus lebih mempunyai beberapa keuntungan antara lain:

·         Pengamannya sederhana

·         Dapat sebagai pengaman cadangan dan  pengaman utama

·         Harganya relatif murah

Jenis jenis reley arus lebih ini menurut karakteristik kerjanya inverse dan instantaneous dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 1.4 Karakteristik over current relay tipe invers untuk saluran distribusi

Secara umum pemakaian rele arus lebih sebagai proteksi hubungan singkat dan keadaankeadaan tidak normal pada operasi sistem distribusi tenaga listrik komponennya dapat dilihat pada gambar dibawah

Gambar 1.5 Diagram sutu garis perangkat proteksi OCR

Dengan piranti proteksi adalah sebagai berikut:

1. Transformatur arus (CT)

2. Circuit Breaker (CB)

3. Rele

4. Batere

5. Tripping Coil (TC)

1.4 Tms Ground Fault Relay (GFR)

Untuk mendapatkan nilai setting GFR diperlukan data dan analisa besarnya arus gangguan hubung singkat 1 Fasa ke tanah menurut persamaan:

Di mana:

I = arus gangguan 1 Fasa ke tanah yang  dihitung

V=tegangan fasa-netral sistem 20kV = 20.000/ 3

Z1=Impedansi Urutan Positif yang diperoleh dari perhitungan

Z2=Impedansi Urutan Negatif yang diperoleh dariperhitungan

Z0=Impedansi urutan nol yang diperolah dari perhitungan

Atau: If 1 fasa ke tanah = 3 * Io (5)

Maka arus gangguan hubung singkat 1 Fsa ke Tanah dapat dihitung:

Di mana Nilai NGR adalah nilai thermal resistance of neutral grunding resitance of transformator 12 Ohm. Perhitungan ini dilakukan untuk lokasi yang di asumsikan gangguan terjadi mulai !%, 5%, 10%, 15%, 20%, dan seterusnya dengan kenaikan 5% sampai dengan 100% panjang jaringan.

1.5 Tms GFR pada Out Going Feeder

Untuk setting GFR diambil dari arus gangguan hubung singkat 1 Fasa ke tanah yang terkecil pada 100% panjang jaringan. Untuk mengantisifasi tahanan yang tinggi yang diakibatkan penghantar fasa bersentuhan dengan benda lain yang menimbulkan tahanan tinggi, yang akan menyebabkan arus gangguan hubung singkat menjadi kecil, maka arus setting primer dikalikan dengan konstanta 0,06 s/d 0,1, maka persamaan Iset primer menjadi

I set primer = 0,1*If 1fasa terkecil, Dan

Iset sec = I set primer * 1/ratio CT

Setting waktu relay standard Invers dihitung dengan menggunakan rumus kurva waktu Vs arus, yang dalam hal ini akan digunakan standard Britis maka:

1.6 Setting GFR Incoming Feeder

Untuk mendapatkan sensitivity setting relay cadangan pada Incoming maka diambil nilai konstanta yang lebih kecil dari out going feeder, disini diambil 0,07 maka:

I set primer = 0,07 * If1 fasa (9)

I set sec = I set primer * 1/ratio CT (10)

2 . METODELOGI

2.1 Metode Pengambilan Data

Metode pengambilan data dilakukan dengan observasi langsung ke lapangan PT. PLN ( Persero ).Terhadap data yang diperoleh dilakuakn pengolahan, perhitungan untuk mendapatkan nilai impedansi saluran dan arus hubung singkat 1 phasa ke tanah, untuk keperluan koordinasi relai proteksinya; tidak hanya pada titik gangguan tetapi juga pada konstribusi arus dari sumber yang mengalir ke titik gangguan.

2.2 Metode Analisa Data

Metode analisa data adalah dengan menggunakan data - data pada Gardu Induk Salak dan penyulangnya, dengan materi kajian terdiri dari :

1.      Menghitung besar impedansi sumber ( reaktansi ), yang dalam hal ini di peroleh dari data hubung singkat di Bus 150 kV.

2.      Menghitung reaktansi trafo tenaga.

3.      Menghitung impedansi pada masing - masing penyulang dan besarnya nilai impedansi eqivalen pada masing – masing penyulang.

4.      Dan melakukan perhitungan sesuai dengan koordinasi relay gangguan tanah (Ground Fault Relay)

Adapun jalannya dilakukan menurut diagaram alir dibawah ini:

3. PEMBAHASAN

Dalam mengkoordinasikan kerja rele proteksi  berkaitan dengan karakteristik setelan waktu kerja OCR dan GFR diperlukan perhitungan arus hubung singkat serta kordinasi rele, maka diperlukan data-data dari sumber, trafo tegangan dan data penyulang sebagai berikut :

Gbr 3.1 Single line diagram

Tabel 3.1 Data

Tabel 3.2. Arus Hubung Singkat 1 fasa ke tanah

Setting relai OCR dan GFR kondisi Existing.

4. KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1.      Salah satu yang menyebabkan tripnya incoming karena adanya arus capasitif pada masing-masing penyulang (feeder) maka perlunya setingan arus dan waktu pada masing-masing relai

5. DAFTAR PUSTAKA

·         Djiteng Marsudi, 1990, “Operasi Sistem Tenaga Listrik,” Institut Sains dan Teknologi Nasional Jakarta.

·         EC Measurements, 1975, “Protektive relays application quide,” p.l.c of England

·         Jemjem Kurnain , Syofvi Felienty, 2001. “,Proteksi Sistem Tenaga Listrik Jawa Bali”, Materi Kursus Sistem Proteksi Jawa Bali Jakarta, PT. PLN

·         Lokakarya Bidang Proteksi UDIKLAT, Semarang. PT. PLN Kantor Pusat Direktorat Pengusahaan Kerjasama dengan PT. PLN (Persero) PUSDIKLAT,1995.

·         Pribadi Kadarisman, Wahyudi Sarimun.N,2005. ”Proteksi Sistem Distribusi Untuk system Interkoneksi,”PT. PLN

·         Soekarto, J. Proteksi Sistem Distribusi Tegangan Menengah. LMK PT. PLN (Persero).

·         William D. Stevenson, Jr.1993”Analisa Sistem Tenaga Listrik edisi ke-empat,”Erlangga, Jakarta.

·         Zulkarnaini, Al, ” Analisa setting Grund Foult Relai (GFR) untuk gangguan satu fasa ketanah pada Feeder 20 kV jurnal unila 2009