Standar IDMT untuk Relay Overcurrent (Arus lebih) II

Standar IDMT untuk Relay Overcurrent (Arus lebih) II - Sesuai jani saya, pada bagian ini kita akan bahas mengenai penerapan kurva SI, VI, EI, Defenite dan Long Time Standby Earth Fault. Pertama kita mulai dari Defenite Time.

- Defenite Time

Pada type proteksi ini, 2 syarat harus terpenuhi agar relah bekerja, yaitu : besarnya arus gangguan yang dideteksi harus melebihi atau lebih besar dari arus yang di setting dan waktu lamanya arus gangguan tersebut harus lebih panjang dari waktu yang telah ditetapkan. Sehingga terdapat waktu tunda sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan sebelum proteksi bekerja. Lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik dibawah ini :

Dari grafik diatas terlihat, ketika arus gangguan telah melewati Iset dan waktu tset sudah terlewati, maka proteksi akan bekerja.

- Inverse Time (SI - VI - EI)

Gambar diatas merupakan kurva untuk membandingkan bentuk kurva SI, VI dan EI dengan settingan Is dan TMS serta arus yagn terdeteksi sama.

Pada kurva tersebut terlihat, secara umum ketiga kurva diatas memiliki karakteristik yang sama, yaitu semakin besar nilai arus maka semakin kecil waktu tunda untuk mengakitfkan proteksi. dari ketiga kurva tersebut (SI - VI - EI), terlihat kurva SI lebih pada arus yang nilainya sama lebih pendek waktunya dibandingkan VI dan EI.  Sehingga terlihat, bahwa bila diurutkan kurva yang memiliki waktu yang paling singkat adalah SI, kemudian VI dan terakhir EI pada kondisi arus yang lewat sama, Is sama dan TMS sama. Namun pada gangguan arus yang besarnya 5x dari arus settingan (Is), maka kurva yang lebih cepat memberikan respons adalah EI, kemudian VI dan terakhir SI. Sebelum kita membahas lebih jauh, kita ingat lagi formula untuk ketiga kurva tersebut yang pernah dibahas pada Standar IDMT untuk Relay Overcurrent (Arus lebih) sbb :

Dari postingan sebelumnya  , telah diketahui bahwa Is merupakan arus yang disetting, I adalah arus yang terukur dan TMS adalah waktu perkalian yang disetting.
Perbangingan ketiga kurva tersebut (SI-VI-EI) dan Defenite pada sebuah aplikasi adalah sebagai berikut :
Misalkan apabila pada suatu sistim kita ingin membatasi arus gangguan yang masuk kesuatu jaringan sebesar 2000 A, dengan waktu tidak lebih dari 5 detik , maka masing-masing kurva akan memberikan respon untuk proteksi sbb :
- Defenite time
I = 2000 A ; s = 5 det
Maka alat proteksi akan bekerja pada saat arus gangguan terdeteksi diatas 2000 A setelah lamanya gangguan tersebut melebehi waktu 5 detik.

- Curva Inverse (SI - VI - EI)
I = 2000 A ; s = 5 det
Bila waktu 5 det dijadikan sebagai nilai TMS dan Is = 2000 A , maka berdasarkan formula untuk SI pada tabel charcteristic relay diatas didapat waktu kerja alat proteksi sebagai berikut  :

Arus (I)	I/Is	Waktu (t) SI	Waktu (t) VI	Waktu (t) EI
2000	1	-	-	-
2100	1.05	717	1350	3902
2500	1.25	156.5	270	711
3000	1.5	85.97	135	320
5000	2.5	37.84	45	76.19
10000	5	21.39	16.87	16.66
15000	7.5	17.02	10.38	7.23
20000	10	14.85	7.5	4.04
25000	12.5	13.51	5.87	2.57

Dari tabel diatas, terlihat bahwa waktu beroperasinya relay ketika arus yang lewat pada masing-masing kurva berbeda. Ketika arus gangguan yang terukur masih dibawah kelipatan 5x dari arus settingan (kolom I/Is), kurva SI lebih cepat merepon waktu untuk mengoperakasikan alat proteksi dibanding VI dan EI.
Namun ketika arus gangguan besarnya sudah diatas 5 x arus setingan, maka respon kurva EI menjadi lebih epat, disusul VI dan kemudian SI yagn terakhir.
Jika dibandingkan dengan kurva Defenite , maka respon kurva tersebut lebih cepat dibandingkan dengan SI,VI dan EI. Dengan memperhatikan karkateristik ini, biasanya penerapan untuk Defenite Time (DT) digunakan pada arus gangguan hubungan singkat, karena bila arus settingan terlewati, stelah beberapa detik akan emngamankan jaringan. Sedangkan untuk kurva Invers (SI-VI dan EI) digunakan pada proteksi untuk Overload.

Dari tabel diatas, pengaturan nilai Iset dan TMS harus dihitung betul sehingga tidak terjadi kesalahan dalam melindungi peralatan terhadap arus gangguan.

Read more »

Referensi Mengenai Studi Sistim Daya Tenaga Listrik

Referensi Mengenai Studi Sistim Daya Tenaga Listrik - Berikut ada beberapa referensi yang dapat digunakan dalam mempelajari dan analisa Sistim Daya Tenaga Lsitrik,  , sbb :

Referensi untuk Breaker Ratings dan ANSI SC Calculation Method

1. IEEE Std C37.010-1999, IEEE Application Guide for AC High-Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis 

Referensi untuk  Studi Koordinasi Relay

1. IEEE Std C37.91-2000, IEEE Guide for Protective Relay Applications to Power Transformers
2. IEEE Std C37.95-2002, IEEE Guide for Protective Relaying of Utility-Customer Interconnections
3. IEEE Std C37.96-2000, IEEE Guide for AC Motor Protection
4. IEEE Std C37.91-2000, IEEE Guide for Protective Relay Applications to Power System Buses
5. IEEE Std C37.99-2000, IEEE Guide for the Protection of Shunt Capacitor Banks
6. IEEE Std C37.101-1983, IEEE Guide for Generator Ground Protection
7. IEEE Std C37.102-1995, IEEE Guide for AC Generator Protection
8. IEEE Std C37.108-2002, IEEE Guide for the Protection of Network Transformers
9. IEEE Std C37.109-1988, IEEE Guide for the Protection of Shunt Reactors
10. IEEE Std C37.110-1996, IEEE Guide for the Application of Current Transformers Used for Protective Relaying Purposes
11. IEEE Std C37.112-1996, IEEE Standard Inverse-Time Characteristic Equations for Overcurrent Relays
12. IEEE Std C37.113-1999, IEEE Guide for Protective Relay Applications to Transmission Lines
13. IEEE Std C57.12.59-2001, IEEE Guide for Dry-Type Transformer Through-Fault Current Duration
14. IEEE Std C57.109-1993, IEEE Guide for Liquid-Immersed Transformer Through-Fault Current Duration
15. IEEE Std 620-1996, IEEE Guide for the Presentation of Thermal Limit Curves for Squirrel Cage Induction Machines

Referensi untuk Pemilihan Peralatan :

1. UL 67 – January 12, 2000, Panelboards
2. UL 489 – March 22, 2000, Molded-Case Circuit Breakers, Molded-Case Switches, and Circuit Breaker Enclosures
3. UL 845 – May 17, 2000, Motor Control Centers
4. UL 891 – December 23, 1998, Dead-Front Switchboards
5. UL 1066 – May 30, 1997, Low-Voltage AC and DC Power Circuit Breakers used in Enclosures
6. UL 1558 – February 25, 1999, Metal-Enclosed Low-Voltage Power Circuit Breaker Switchgear
7. IEEE Std 1015-1993, IEEE Recommended Practice for Applying Low-Voltage Circuit Breakers Used in Industrial and Commercial Power Systems (IEEE Blue Book)

Referensi untuk Studi Arc-Flash

1. IEEE Std 1584-2002, IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations
2. NFPA 70E, Standard for Electrical Safety in the Workplace, National Fire Protection Association, Quincy, Massachusetts, 2004

Referensi untuk Basic Engineering

1. IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants (IEEE Red Book)
2. IEEE Std 242-2001, IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems (IEEE Buff Book)
3. IEEE Std 399-1997, IEEE Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems Analysis (IEEE Brown Book)
4. NFPA 70, National Electrical Code, National Fire Protection Association, Quincy, Massachusetts, 2005
5. Electrical Transmission and Distribution Reference Book, ABB Power T&D Company, Inc., Raleigh, North Carolina, 1997
6. Protective Relaying Theory and Applications, Marcel Dekker, Inc., New York, 2004
7. Anderson, P.M., Analysis of Faulted Power Systems, IEEE Press, 1995
8. St. Pierre, C., A Practical Guide to Short-Circuit Calculations, Electric Power Consultants, LLC, Schenectady, New York, 2001

Read more »

Standar IDMT untuk Relay Overcurrent (Arus lebih)

Standar IDMT untuk Relay Overcurrent (Arus lebih) - IDMT (Inverse Definite Mimimum Time) merupakan  tipe karakteristik kurva  proteksi yang digunakan dalam menentukan parameter proteksi. Kata Inverse berarti semakin tinggi arus gangguan yang terdeteksi melewati suatu sistim yang diproteksi , maka semakin cepat waktu dari relay proteksi tersebut untuk memerintahkan agar Circuit Breaker bekerja untuk memutuskan (trip) sistim. 

Nilai Arus dan waktu trip pada relay proteksi sangat bervariasi, sesuai dengan karakteristik beban dan jaringan yang akan dilindungi sehingga terjadinya gangguan pada salah satu titik pada sebuah jaringan tenaga listrik tidak akan menyebabkan gangguan secara total.

Berdasarkan IEC 60255, standar untuk kurva IDMT ditetapkan sebagai berikut :

- Standard Invers (SI)

- Very Inverse (VI)

- Extremelly Inverse (EI)

- Defenite Time (DT)

Bagaimana karakteristik SI,VI dan EI bekerja, dapat dilihat pada tabel berikut ini :

Keterangan :

Ir = I / Is

Dimana :

I = Arus yang terukur, arus yagn mengalir pada jaringan 

Is = Arus settingan (Parameter Arus yang ditetapkan pada parameter Proteksi kurva Inverse)

TMS = Time Multiplier Setting (Parameter Waktu yang ditetapkan pada parameter Proteksi kurva Inverse).

Dari penjelasan diatas, SI, VI dan EI adalah karakteristik kurva proteksi untuk Inverse, lantas bagaimana dengan DT ? Setelah itu apa yang dimaksud dengan Long Time Standby Earth Fault pada tabel diatas.

Artikel berikutnya, saya akan coba jelaskan astu persatu terkait hal diatas, beserta contoh penerapan dari kurva Inverse tersebut. 

Salam......

Read more »

Pengaruh Inrush Current pada Proteksi Transformer

Pengaruh Inrush  Current pada Proteksi Transformator - Transformator merupakan komponen utama dalam transfer energi listrik pada sebuah Sistim Kelistrikan, sehingga dibutuhkan pengaturan proteksi yang stabil , handal untuk menjaga kelancaran operasional pada suatu sistim.

Seringkali dialami bekerjanya fungsi proteksi transformator yang tidak sesuai  dengan yang direncanakan (mal-trip) sehingga menggangu operasional sistim kelistrikan secara keseluruhan. Salah satu penyebabnya adalah efect dari Inrush Current. Pada postingan kali ini, kita akan coba bahas pengaruh Inrush Current terhadap Proteksi Transfomator.

Apa itu Inrush Current ?
Sebagaima kita ketahui, kejadian Inrush Current merupakan fenomena arus yang biasa timbul pada sebuah peralatan listrik, dalam hal ini yang kita bahas adalah transformator.  Ketika sebuah transformator di beri tegangan (energized) pada kondisi tanpa beban (no-load), arus dengan jumlah yang sangat besar yang nilainya bisa mencapai 3 - 60 kali dari rating arus transformator akan mengalir ketika sebuah transformator tersebut di on kan, sehingga dapat mengaktifkan (trigger) Proteksi untuk meng-off-kan (trip) tranformator.

Aktifnya proteksi untuk meng-off-kan transformator tersebut merupakan sebuuah "Mal-Trip" karena bukanlah trip yang kita inginkan ketika kita melakukan penyetingan parameter proteksi untuk keamanan operasional transformator tersebut.

Dikarenakan arus yang sangat besar dengan durasi terntu mengalir pada saat transformator tersebut di-energized, maka setting proteksi yang telah kita tetapkan sebelumnya akan bereaksi dengan mengeditenfikasi arus yang sangat besar tersebut sebagai suatu arus gangguan.

Umumnya proteksi yang aktif ketika terjadinya inrush current adalah Proteksi untuk Over Current (arus lebih) dan Proteksi untuk Differensial Transformator.

Kenapa Inrush Current timbul ?
Pada kondisi normal, ketika tansfomator di-energized, arus eksitasi akan mengalir dengan nilai lebih kurang 5% dari rating arus transformator. Namun besarnya arus eksitasi tidak selalu 5%, karena dipengaruhi beberapa kondisi tertentu yang menyebabkan arus eksitasi tersebut bisa naik menjadi 3 - 60 kali dari rating transformator itu sendiri. Hal in dikarenakan ketika arus eksitasi mengalir, tranformator bekerja pada wilayah saturasi sehingga menyebabkan arus eksitasi tersebut menjadi besar dengan durasi waktu yang cukup panjang untuk mengaktifkan proteksi transformator. Hal inilah yang kita maksud dengan Inrush Current

Besarnya arus eksitasi dan lamanya arus tersebut dipengaruhi oleh faktor - faktor sebagai berikut :
1. Sudut arus input ketika switching transfomator itu dilakukan.
2. Besar kecilnya residual flux yang ada pada inti transformator
3. Karakteristik saturasi inti transformator
4. Impedansi Transformator.

Kombinasi keempat faktor diatas akan menimbulkan Inrush Current, yang dapat menyebabkan terjadinya "Mal-Trip"

Read more »

Menghitung Persen Impedansi Sebuah Transformator

Persentase Impedansi (Z%) - Biasanya Persentase Impedansi pada sebuah trafo diinformasikan pada nameplate trafo tersebut - tapi apa sebenarnya Persentase Impedansi (Z%) dan angka yang menyatakan nilai besarnya  Z% berarti apa ?

Dari definisinya Persentase impedansi (Z%) sebuah transformator adalah menyatakan penurunan tegangan (volt) sebuah transformator pada saat beban penuh dikarenakan besar atau kecilnya tahanan belitan (resistance winding) yang membentuk trafo itu sendiri serta juga oleh kebocoran reaktansi dan nilai percentase impedansi ini dinyatakan sebagai persentase terhadap tegangan.

Persentase impedansi (Z%) juga merupakan persentase dari tegangan terminal yang terjadi terhadap tegangan nominal yang dibutuhkan untuk mengedarkan arus beban penuh dalam kondisi hubungan singkat (Short circuit).

Cara Mengukur Percentase Impedansi (Z%)

Percentase Impedansi (Z%) diukur dengan menggunakan tes hubungan singkat (Short ciruit) pada sebuah trafo. Dengan salah satu sisi trafo di hubung singkatkan, tegangan pada frekuensi pengenal diterapkan ke sisi yang lain seperti gambar di bawah:

Persentase impedansi kemudian dapat dihitung sebagai berikut:

Z% = (Impedansi Tegangan/Nilai Tegangan) x 100

Pengaruh Tinggi dan Rendah impedansi

Impedansi transformator memiliki pengaruh besar pada tingkatan gangguan pada sistem. Hal ini menentukan nilai maksimum arus yang akan mengalir di bawah kondisi gangguan.

Sebagai contoh, untuk menghitung arus maksimum yang dapat timbul pada sebuah transformator ketika terjadi gangguan simetris. Sebagai contoh, ketika sebuah transformator dengan kapasitas 2 MVA memiliki nilai persentase impedansi sebesar 5%. Maka tingkat kesalahan maksimum yang dapat terjadi pada sisi sekunder adalah:

                    2 MVA x 100/5 = 40 MVA

dan dari angka diatas, arus kesalahan pada sisi primer dan sisi sekunder dapat dihitung.

Dari contoh diatas, dapat disimpulkan Ssbuah transformator dengan impedansi rendah akan menyebabkan tingkat kesalahan yang lebih tinggi (dan sebaliknya)

Angka yang diperoleh diatas adalah angka maksimal yang dapat timbul ketika gangguan terjadi pada sebuah transformator.adalah maksimal. Dalam prakteknya, tingkat gangguan yang sebenarnya akan berkurang karena faktor faktor tertentu, seperti impedansi sumber, impedansi dari kabel dan saluran udara antara trafo dan kesalahan, dan lain lain.

Read more »

Proteksi Arus Motor - Overcurrents

Overcurrents (Arus Lebih) - Overcurrent (Arus Lebih) merupakan arus yang mengalir pada suatu rangkaian melebihi dari arus normal ketika beban penuh yang mengalir pada rangkaian motor tersebut. Overcurrent itu sendiri dapat terjadi dikarenakan overload (kelebihan beban) maupun short circuit (hubungan singkat) yang terjadi pada rangkaian. Pada rangkaian listrik untuk sebuah motor, over current (arus lebih) yang timbul merupakan arus yang yang mengalir kepada rangkaian  yang besarnya melebihi arus normal motor tersebut ketika motor dibebani penuh atau lebih dikenal dengan Full Load Amps (FLA).

Arus short-circuit (Arus hubung singkat) merupakan arus overcurrent (arus lebih) yang sangat besar melebihi arus normal beban penuh yang mengalir pada sebuah rangkaian motor.  Arus ini akan mencari jalan terpendek disekitar jalur distribusi maupun disekitar beban untuk kembali kesumber. Baik arus overload maupun short circuit dapat menyebabkan kerusakan pada motor.

Gangguan phasa, kelebihan beban, kondisi locked rotor merupakan beberapa kejadian yang dapat dicegah melalui alat proteksi (protective devices). Apabila sebuah motor dibiarkan beroperasi tanpa perlindungan, ada kemungkinan motor akan beroperasi terus menerus pada kondisi abnormal. Beroperasinya motor pada kondisi abnormal akan menyebabkan arus yang mengalir kemotor tesebut cukup besar dan dapat merusak motor itu sendiri, seperti overheating ataupun kerusakan bahan isolasinya. Setting proteksi yang tepat yang diterapkan pada sebuah motor dapat memperpanjang umur pakai sebuah motor. Karakteristik dari sebuah motor sangat menentukan ketepatan settingan proteksi yang akan diterapkan pada motor tersebut.

Motor Starting Currents (Arus Start Motor)
Ketika motor AC dioperasikan, akan muncul arus inrush current yang sangat besar pada setengah siklus pertama gelombang. yang nilainya bisa 20 kali dari arus normal motor ketika dibebani penuh. Setelah setengah siklus pertama tersebut, motor akan mulai berputar dan arus listrik akan turun menjadi 4 sampai 8 kali dari arus normal selama beberapa detik. Setelah motor mencapai putaran normalnya, arus tersebut akan turun mencapai arus normalnya. Karakteristik starting sebuah motor dapat dilihat seperti pada kurva berikut ini :

Disebabkan arus inrush, motor harus lah  membutuhkan alat proteksi khusus yang dapat tahan terhadap arus lebih dikarenakan arus starting yang bersifat temporer.

Read more »

Unbalance Current Pada Motor AC 3 Phasa

Unbalance Current Pada Motor AC 3 Phasa - Ketika sebuah motor listrik AC 3 phasa yang sedang dioperasikan terdeteksi memiliki unbalance current (arus tidak seimbang), akan timbul pertanyaan apa yang menyebabkan timbulnya unbalance current (arus tudak seimbang) pada motor tersebut serta seberapa besar unbalance current tersebut yang masih dibolehkan untuk dioperasikan tanpa merusak motor tersebut.

Pada kebanyakan kasus, penyebab timbulnya unbalance current (arus tidak seimbang) pada motor adalah terjadinya unbalance phase voltage (tidak seimbangnya tegangan antar phasa). Selai itu bisa juga disebabkan karena perbedaan jumlah belitan masing-masing phasa pada stator motor ataupun karena tidak meratanya perbedaan gap antara stator dengan rotor.

Unbalance Phase Voltage (Tegangan antar phasa tidak seimbang)

Unbalance Voltage (Tegangan Tak Seimbang) pada sistim kelistrikan umumya disebabkan karena tidak seimbangnya pembebanan pada masing-masing phasa RST sehingga mengakibatkan gangguan operasional pada sebuah motor dan juga bisa menimbulkan penurunan kemampuan/performa (derating) sebuah motor.

Dengan mengukur besaran tegangan masing-masing phasa akan dapat diketahui dengan mudah seimbang atau tidaknya tegangan suplay yang digunakan. Hanya dengan nilai unbalance voltage sebesar 1% akan dapat menimbulkan unbalance current lebih dari 5%.

Untuk mendapatkan besaran nilai unbalance voltage, dapat digunakan persamaan sebagai berikut :
%Voltage Unbalance = 100 x Max. Voltage Deviasi terhadap Average Voltage /Average Voltage
Contoh :
Dari hasil pengukuran didapat tegangan masing-masing phasa RST adalah 400V, 418V dan 409 V.
Average Voltage = (400 + 418 + 409) / 3 = 409 V
Voltage Deviasi : 418 - 409 = 9 V
%Voltage Unbalance = 100 x 9/409
%Voltage Unbalance = 2,2%

Sebuah motor masih dapat dioperasikan sesuai rating-nya apabila unbalance voltage pada suplay listriknya tidak lebih dari 1%.
Untuk best practice, pengaruh unbalance voltage terhadap derating sebuah motor adalah sebagai berikut :

Voltage Unbalace	Faktor Derating kW Motor
1%	1
2%	0,951
3%	0.9
4%	0,84
5%	0,76

Read more »