Download Analisis Proteksi Relay Differensial Terhadap Gangguan Internal dan Ekternal Transformator Menggunakan PSCAD dan EMTDC.pdf PDF

TitleAnalisis Proteksi Relay Differensial Terhadap Gangguan Internal dan Ekternal Transformator Menggunakan PSCAD dan EMTDC.pdf
File Size510.2 KB
Total Pages7
Document Text Contents
Page 1

Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 9, No. 3, April 2011 101

Analisis Proteksi Relay Differensial Terhadap

Gangguan Internal dan Ekternal Transformator

Menggunakan PSCAD/EMTDC

Syukriyadin, Syahrizal dan Cut Rizky Nakhrisya

Laboratorium Teknik Energi Listrik

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala

Jl. T. Syech Abdurrauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh

Email: [email protected]






Abstrak—Proteksi transformator berfungsi untuk

memproteksi transformator apabila terjadi gangguan,

sehingga transformator dapat terhindar dari kerusakan.

Dalam paper ini akan dibahas tentang relay differensial

yang digunakan untuk memproteksi transformator. Relay ini

bekerja apabila terdapat perbedaan arus pada CT sisi

primer dan sekunder di zona proteksi. Apabila gangguan

terjadi di luar zona proteksi, relay tidak akan bekerja.

Penelitian ini berupa simulasi dengan menggunakan

perangkat lunak PSCAD/EMTDC versi 4.2. Data-data yang

digunakan adalah data dari sistem WSCC 3 Machine 9 Bus

Systems. Dalam simulasi ini akan dilihat unjuk kerja dan

selektifitas relay differensial, nilai arus pada PMT, serta

waktu trip relay differensial di zona proteksi (internal)

maupun di luar zona proteksi (eksternal). Dari hasil simulasi

menunjukkan bahwa pada saat terjadi gangguan internal,

relay trip (pick-up) selama 0,15 detik, yaitu dari 0,22 detik

sampai dengan 0,37 detik, sedangkan pada gangguan

eksternal relay tidak trip (pick-up).

Kata Kunci. Relay Differensial, Proteksi Transformator dan
PSCAD/EMTDC.

I. PENDAHULUAN

Transformator dalam sistem tenaga membutuhkan tipe
proteksi yang berbeda-beda. Proteksi ini disediakan oleh
berbagai jenis relay, baik elektromagnetik maupun statik.
Secara umum proteksi transformator berfungsi untuk
memproteksi transformator apabila terjadi gangguan,
sehingga transformator dapat terhindar dari kerusakan [1].
Relay yang akan digunakan untuk memproteksi
transformator adalah relay differensial. Relay ini bekerja
apabila terdapat perbedaan arus pada Current Transformer
[CT] sisi primer dan sekunder. Apabila gangguan terjadi di
luar zona proteksi, relay tidak akan bekerja. Gangguan
listrik yang terjadi dalam suatu sistem tenaga
mengakibatkan terjadinya peningkatan arus listrik,
penurunan tegangan, frekuensi dan faktor daya. Relay tidak
dapat menghilangkan kemungkinan adanya gangguan,
tetapi akan bekerja setelah terjadi gangguan. Suatu relay
proteksi bertugas untuk mengamankan suatu alat atau
bagian dari sistem tenaga listrik dalam zona proteksi.
Pemutus tenaga [PMT] diletakkan agar setiap bagian dari
sistem dapat dipisah-pisahkan. Maka tugas relay adalah
mendeteksi adanya gangguan yang terjadi pada zona
proteksi, memberi perintah untuk membuka PMT, dan
memisahkan bagian dari sistem yang terganggu. Dengan

demikian bagian sistem yang lain yang tidak terganggu
dapat beroperasi dengan normal. Hal ini berfungsi untuk
mengetahui keselektifan relay tersebut.

Fungsi relay proteksi pada sistem tenaga listrik dapat

dilihat pada referensi [2].
Masalah dibatasi pada bagaimana mensimulasikan

rangkaian proteksi transformator step up menggunakan
relay differensial serta perangkat pendukung lainnya yang
tersedia dalam PSCAD/EMTDC untuk menganalisa unjuk
kerja relay differensial. Serta dapat memberi gambaran
mengenai selektifitas relay differensial, menganalisa arus
pada PMT tegangan tinggi dan tegangan rendah, arus
gangguan yang terjadi di dalam zona proteksi (internal)
maupun di luar zona proteksi (eksternal). Serta arus yang
keluar dari CT kemudian memutuskan untuk memberikan
perintah trip atau tidak ke PMT.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui
kemampuan relay differensial dalam memproteksi
transformator step-up terhadap gangguan internal dan
external zona proteksi transformator

II. RELAY PROTEKSI

Sistem proteksi/pengaman suatu tenaga listrik yang
membentuk suatu pola pengaman tidaklah hanya relay
pengaman saja tetapi juga Current Transformer [CT] dan
Voltage Transformer [VT] yang merupakan perangkat
instrumen pada relay pengaman, sumber daya DC
merupakan sumber untuk mengoperasikan relay pengaman
dan pemutus tenaga PMT yang akan menerima perintah
akhir dari relay pengaman.

Jadi sistem proteksi/pengaman tenaga listrik adalah satu
kesatuan antara CT, VT, Relay, sumber DC, dan PMT.
Adanya kesalahan dari salah satu komponen tersebut akan
berakibat sistem tersebut tidak jalan.

Relay proteksi dapat merasakan adanya gangguan pada
peralatan yang diamankan dengan mengukur atau
membandingkan besaran-besaran yang diterimanya,
misalnya arus, tegangan, daya, sudut fasa, frekuensi,
impedansi dan sebagainya, dengan besaran yang telah
ditentukan, kemudian mengambil keputusan untuk seketika
ataupun dengan perlambatan waktu membuka pemutus
tenaga [1].

Tugas relay proteksi juga berfungsi menunjukkan lokasi

dan macam gangguannya. Dengan data tersebut

memudahkan analisa dari gangguannya. Dalam beberapa

Page 2

102 Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 9, No. 3, April 2011



hal relay hanya memberi tanda adanya gangguan atau

kerusakan, jika dipandang gangguan atau kerusakan

tersebut tidak membahayakan.

Dari uraian di atas maka relay proteksi pada sistem tenaga

listrik berfungsi untuk:

a) Merasakan, mengukur dan menentukan bagian
sistem yang terganggu serta memisahkan

secepatnya sehingga sistem lainnya yang tidak

terganggu dapat beroperasi secara normal.

b) Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari
peralatan yang terganggu.

c) Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian
sistem yang lain yang tidak terganggu di dalam

sistem tersebut serta mencegah meluasnya

gangguan.

d) Memperkecil bahaya bagi manusia.


Untuk mendapatkan daerah pengaman yang cukup baik,
dalam sistem tenaga listrik terbagi di dalam suatu daerah
pengaman yang cukup dengan pemutusan subsistem
seminimum mungkin.

Untuk memenuhi fungsi di atas, relay proteksi harus
memenuhi persyaratan berikut [2]:

1. Selektif
2. Reliable (Dapat Diandalkan)
3. Cepat
4. Sensitif
5. Ekonomis dan Sederhana.

III. TRANSFORMATOR ARUS

Penyajian transformator arus dalam bentuk rangkaian
ekivalen ditunjukkan dalam Gambar 1. Gulungan primer
transformator arus biasanya terdiri dari lilitan tunggal pada

konduktor yang ditandai dan .

Lilitan tunggal ini diperoleh dengan memasukkan
penghantar primer melalui satu atau beberapa teras baja
toroid (toroidal steel cores). Gulungan sekunder yang
terminalnya ditandai a’, dan b’ dalam gambar 2 merupakan
gulungan berlilitan banyak yang digulungkan pada teras
toroid tersebut. Titik-titik yang ditempatkan pada terminal
a dan a’ dari transformator arus mempunyai arti yang sama
seperti pada transformator biasa. Bila arus primer
memasuki terminal a (terminal dengan tanda titik) arus
yang meninggalkan terminal bertanda titik a’ pada
gulungan sekunder adalah sefasa dengan arus primer, jika
arus magnetisasi diabaikan [3].

Walaupun unjuk kerja yang dibutuhkan dari
transformator arus (Current Transformer) bervariasi sesuai
dengan tipe proteksi, tetap CT dengan kualitas terbaik yang
sering digunakan. Karena lebih andal dan memberikan
hasil yang baik untuk proteksi. Kualitas CT sangat penting
untuk skema proteksi differensial dimana kerja relay
berhubungan langsung dengan keakuratan CT pada kondisi
gangguan maupun kondisi beban normal.









a

'
a

b

'
b



Gambar 1. Penyajian secara skema untuk menunjukkan hubungan
transformator arus pada saluran sistem daya

CT akan saturasi pada saat nilai arus tinggi yang
disebabkan oleh gangguan, untuk menghindari hal
tersebut, harus dipastikan pada saat kondisi gangguan
paling kritis apakah CT bekerja sesuai dengan porsi linear
dari kurva magnetisasi. Intinya CT harus mampu untuk
menyediakan arus yang cukup agar relay bekerja dengan
sesuai [4].

Berikut adalah masalah yang mungkin terjadi:

 Relay tidak bekerja secara maksimal

 Relay tidak merasakan distorsi yang mengurangi
nilai rms pada arus sekunder

 Kerja relay ditunda akibat alasan di atas

 Lokasi gangguan tidak diketahui dengan pasti.
Kondisi tersebut menyebabkan kerusakan thermal dan

elektrodinamik, kehilangan koordinasi pada relay proteksi,

dan sulitnya mengetahui lokasi titik gangguan atau

kehilangan stabilitas sistem[5].

IV. MODEL RELAY DIFFERENSIAL

Sebuah relay differensial didefinisikan sebagai relay
yang bekerja ketika perbedaan fasor dari dua atau lebih
listrik melebihi jumlah yang ditentukan. Hampir seluruh
tipe relay, ketika dihubungkan dengan cara tertentu dapat
bekerja menjadi relay differensial [6,7]. Relay differensial
bekerja dengan membandingkan nilai arus pada CT sisi
kumparan primer dan CT sisi kumparan sekunder. Apabila
selisih antara kedua CT tersebut melebihi nilai setelan
maka relay akan trip [8].

Kebanyakan relay differensial adalah tipe “differensial
arus”. Tipe relay differensial ini mungkin bekerja kurang
akurat dengan gangguan (misal eksternal) seperti CT yang
sama tidak memiliki arus sekunder yang sama terhadap
kesalahan konstruksional atau di bawah kondisi gangguan
dapat menyebabkan terjadinya saturasi pada CT, adanya
arus sekunder yang tidak sama dan perbedaan arus
sekunder dapat menyebabkan pendekatan nilai pickup
relay. Kekurangan ini ditanggulangi dalam relay
differensial tipe persentase (percentage differential relay).
Gambar 2 menunjukkan hubungan rangkaian sederhana
untuk relay.

Arus differensial dalam operating coil Iop adalah IAe
- IBe, sementara arus dalam restraint coil R adalah (IAe +
IBe)/2, karena operating coil dihubungkan ke restraint coil.
Dengan kata lain jumlah lilitan pada restraint coil adalah
N, total ampere turn IRT adalah IAeN/2 + IBeN/2 atau sama
dengan jika (IAe + IBe)/2 mengalir melalui seluruh
kumparan.

Karakteristik kerja relay tipe ini ditunjukkan pada Gambar
3, kecuali pada arus rendah, rasio dari arus operasi
differensial terhadap arus restraint rata-rata adalah
persentase yang sesuai[8].





Gambar 2. Rangkaian ekivalen relay differensial [8]

Page 3

Syukriyadin dkk.: ANALISIS PROTEKSI RELAY DIFFERENSIAL TERHADAP GANGGUAN INTERNAL DAN 103

EKTERNAL TRANSFORMATOR MENGGUNAKAN PSCAD/EMTDC

Karakteristik

kerja

(IAe + IBe)/2

(I
A

e
-

I
B

e
)



Gambar 3. Karakteristik Kerja Relay Differensial



Gambar 4. Simbol Relay Differensial Tipe Bias Percentage [9]




Gambar 5. Kurva Karakteristik Relay Differensial Tipe Bias Percentage

[9]



Relay Differensial Tipe Bias Percentage

Simbol relay Differensial Tipe Bias Percentage
ditunjukkan seperti pada Gambar 4.

Karakteristik restraining coil relay differensial tipe bias
percentage dapat di tentukan dengan 4 buah setting, yaitu:

 IS1: The basic differential current setting

 K1: The lower percentage bias setting

 IS2: The bias current threshold setting

 K2: The higher percentage bias setting
Kurva karakteristik relay Differensial Tipe Bias

Percentage ditunjukkan seperti pada Gambar 5.
Input relay ini adalah magnitude arus sekunder CT pada

sisi primer trafo I1M dan sudut phasanya I1P serta
magnitude arus sekunder CT sisi sekunder trafo I2M dan
sudut phasanya I2P.

Adapun prinsip kerja relay ini dapat dijelaskan dalam
dua kasus, yaitu [9]:

Kasus 1:

Untuk |Ibias| < Is2

Jika, |Idiff| > K1.|Ibias| + Is1 maka kondisi trip (1)

Kasus 2:

Untuk |Ibias| >= Is2

Jika, |Idiff| > K2.|Ibias| - (K2-K1)Is2 + Is1 maka kondisi trip.

(2)
Output relay akan menjadi „1‟ jika kondisi trip diatas

untuk persamaan (1) dan (2) terpenuhi dan waktu „hold
time‟ telah terlampaui.

V. METODOLOGI PENELITIAN

Dalam simulasi penelitian ini, relay differensial
dimodelkan berdasarkan model dan karakteristik relay
differensial tipe bias percentage dan data sistem mengacu

pada sistem WSCC (Western system coordinating council)
3 Machine 9 Bus Systems [10] yang telah disederhanakan
melalui rangkaian ekivalen tranformasi -Y. Model
gangguan sistem yang diberikan adalah gangguan 3-phasa
ke tanah. Perangkat lunak yang digunakan untuk
mensimulasikan sistem adalah PSCAD/EMTDC Versi 4.2.
Dalam simulasi ini alur penelitian dilakukan berdasarkan
diagram alir seperti yang terlihat pada Gambar 7.

Dalam simulasi penelitian dilakukan pembuatan
pemodelan rangkain simulasi PSCAD/EMTDC untuk
kondisi gangguan internal pada sisi primer transformator
seperti yang ditunjukkan pada gambar 9 dan pada sisi
sekunder transformator seperti yang ditunjukkan pada
gambar 10 serta untuk kondisi gangguan ekternal seperti
yang ditunjukkan pada gambar 11. Rasio CT relay
differensial sisi primer (sisi TR) dipilih 1200:5 dan rasio
CT sisi sekunder (TT) di pilih 100:5, sementara faktor
kandungan harmonisa diabaikan. Dan relay differensial
bias percentage diset seperti Gambar 8.

Gambar 9 dan 10 adalah rangkaian untuk jaringan
kondisi gangguan internal pada sisi primer dan sekunder.
Gambar 11 adalah rangkaian untuk jaringan kondisi
gangguan eksternal pada sisi beban transformator.



start

Pengumpulan

Literatur

Menentukan topologi jaringan

radial kondisi gangguan

internal dan eksternal

Input data

- Data Generator

- Data PMT

- Data Transformator

- Data Impedansi Saluran

- Data Beban

- Data CT

Menjalankan

Simulasi

PSCAD/EMTDC

Relay

Trip?

Cetak Hasil

selesai

Ya Tidak

Jenis gangguan

Untuk zona proteksi

Int
ern

al

Eksternal




Gambar 7. Alur Simulasi Penelitian




Gambar 8. Setting relay differensial

Page 4

104 Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 9, No. 3, April 2011





RL RRL

A

B

C

A

B

C
230.0 [kV]

#2#1

18.0 [kV]

100.0 [MVA]
I_La

I_Hb

9. 1213 [MW] 61.7236 [MVAR]

Timed
Fault
Logic

FAULTS
C

B

A

ABC->G

0.0899 [ohm]

Mag

Ph

dc

(7)

(7)

F F T

F = 60.0 [Hz]

Mag

Ph

dc

(7)

(7)

F F T

F = 60.0 [Hz]

87

I2M I2P

I1M

I1P

I_
L

I_
H

1

I_LM

1

I_LP

I_LM

I_LM

1

I_HM

1

I_HP

I_HM

I_HP

I_LP

I_HM

trip87

Idiff

Ibias

I_Ba

0.1547 [H]

C

B

A

PMT1

Ibrk1A

Ibrk1B

Ibrk1C C

B

A

PMT2

C B A

P
M

T
3

I_Lb

I_Lc

I_Ha

I_Hc

I_Bb

I_Bc

1 2 3I_HaI_HbI_Hc

3
3

I_La 1 2 3I_LbI_Lc


Gambar 9. Model jaringan untuk kondisi gangguan pada sisi primer

transformator (gangguan internal)



RL RRL

A

B

C

A

B

C
230.0 [kV]

#2#1

18.0 [kV]

100.0 [MVA]

9.1213 [MW] 61.7236 [MVAR]

Timed
Fault
Logic

FAULTS
C

B

A

ABC->G

0.0899 [ohm]

Mag

Ph

dc

(7)

(7)

F F T

F = 60.0 [Hz]

Mag

Ph

dc

(7)

(7)

F F T

F = 60.0 [Hz]

87

I2M I2P

I1M

I1P

I_
L

I_
H

1

I_LM

1

I_LP

I_LM

I_LM

1

I_HM

1

I_HP

I_HM

I_HP

I_LP

I_HM

trip87

Idiff

Ibias

0.1547 [H]

I_La

C

B

A

PMT1

Ibrk1A

Ibrk1B

Ibrk1C

I_Lb

I_Lc

I_Hb

C

B

A

PMT2I_Ha

I_Hc

I_Ba

C B A

P
M

T
3

I_Bb

I_Bc

3

I_La

1 2 3

I_Lb

I_Lc

1 2 3

I_Ha

I_Hb

I_Hc

3


Gambar 10. Model jaringan untuk kondisi gangguan pada sisi sekunder

transformator (gangguan internal)





RL RRL

9.1213 [MW] 61.7236 [MVAR]

FAULTS
C

B

A

0.0899 [ohm]

Mag

Ph

dc

(7)

(7)

F F T

F = 60.0 [Hz]

Mag

Ph

dc

(7)

(7)

F F T

F = 60.0 [Hz]

87

I2M I2P

I1M

I1P

I_
L

I_
H

1

I_LM

1

I_LP

I_LM

I_LM

1

I_HM

1

I_HP

I_HM

I_HP

I_LP

I_HM

trip87

Idiff

Ibias

0.1547 [H]

A

B

C

A

B

C
230.0 [kV]

#2#1

18.0 [kV]

100.0 [MVA]
I_La

C

B

A

PMT1

Ibrk1A

Ibrk1B

Ibrk1C

I_Lb

I_Lc

I_Hb

C

B

A

PMT2I_Ha

I_Hc

I_Ba

C B A

P
M

T
3

I_Bb

I_Bc

3

I_La

1 2 3

I_Lb

I_Lc

1 2 3

I_Ha

I_Hb

I_Hc

3

Timed
Fault
Logic

flt

dial

CT 1200:5

CT 100:5
Gambar 11. Model jaringan untuk kondisi gangguan pada sisi beban

transformator (gangguan eksternal)



VI. SIMULASI DAN PENDAHULUAN

Transformator yang digunakan pada simulasi ini adalah
transformator step up, 18 kV/230 kV, D-Y, 100 MVA
dengan tegangan rendah (TR) berada di sisi primer
transformator dan tegangan tinggi (TT) berada pada sisi
sekunder.

Setelah simulasi dijalankan dengan program
PSCAD/EMTDC, maka didapat hasil sebagai berikut:

A. Jaringan Radial Kondisi Normal

Hasil simulasi dari topologi jaringan radial kondisi
normal dapat dilihat pada Gambar 12 dan 13.

Pengukuran arus (waktu simulasi) dilakukan selama 0,50
detik. Berdasarkan hasil simulasi pada Gambar 12 dan
Gambar 13 dapat dilihat besar arus pada sisi primer dan
sekunder transformator.

B. Kondisi Gangguan Internal pada Sisi Primer
Transformator

Hasil simulasi topologi jaringan kondisi gangguan pada
sisi primer transformator (gangguan internal) dapat dilihat
pada Gambar 14 dan 15.

Dari Gambar 14, 15 terlihat bahwa saat gangguan
terjadi pada sisi primer trafo terjadi perubahan besar
magnitude arus pada sisi primer dan sekunder trafo pada
waktu periode 0,20 detik hingga 0,35 detik


I_Low Side : Graphs

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

I_
L

o
w

S
id

e
(

k
A

)

I_Low Side



Gambar 12. Arus pada sisi primer transformator kondisi normal



I_HighSide : Graphs

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

I_
H

ig
h

S
id

e
(

k
A

)

I_HighSide



Gambar 13. Arus pada sisi sekunder transformator kondisi normal



Arus Pemutus Tenaga 1

detik 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

A
ru

s
P

M
T

1
(

k
A

)

Arus PMT1


Gambar 14. Arus PMT1 Pada Sisi Primer Transformator Kondisi

Gangguan Internal Sisi Primer





Gambar 15. Arus PMT2 Pada Sisi Primer Transformator Kondisi
Gangguan Internal Sisi Primer

Page 5

Syukriyadin dkk.: ANALISIS PROTEKSI RELAY DIFFERENSIAL TERHADAP GANGGUAN INTERNAL DAN 105

EKTERNAL TRANSFORMATOR MENGGUNAKAN PSCAD/EMTDC

.

Gambar 16. Arus Differensial dan Bias kondisi gangguan internal sisi

primer transformator

Signal Trip Relay

detik 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

y

Trip87


Gambar 17. Pick-up Relay Differensial Kondisi Gangguan Internal Sisi

Primer Transformator

Gambar 16 menunjukkan besar arus differensial dan arus
bias pada saat terjadi gangguan di sisi primer. Arus
differensial sebesar 84.05 A dan besar arus bias setengah
dari arus differensial yaitu sebesar 42.025 A.

Maka dengan menggunakan persamaan (2) dan data

setting relay diatas dapat ditentukan apakah relay bekerja

(pick-up) sebagai berikut:

|Idiff| > K2.|Ibias| - (K2-K1)Is2 + Is1
|84.05| > 1.5|42.025| - (1.5-0.5)2 + 15

84.05 > 76.04

Berdasarkan dari hasil perhitungan di atas maka kondisi

pick-up relay terpenuhi, hal ini dapat dilihat pada Gambar

17.

Gambar 17 menunjukkan signal trip relay (pick-up)

pada saat terjadi gangguan yaitu pada saat 0,22 detik,

dengan demikian PMT1 dan PMT2 trip pada waktu 0,36

detik.

C. Kondisi Gangguan Internal pada Sisi Sekunder
Transformator

Hasil simulasi topologi jaringan kondisi gangguan pada
sisi primer dan sekunder transformator (gangguan internal)
dapat dilihat pada Gambar 18 dan 19.




Arus Pemutus Tenaga 1

detik 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

-30

-20

-10

0

10

20

30

A
ru

s
P

M
T

1
(

k
A

)

Arus PMT1



Gambar 18. Arus pada sisi primer kondisi gangguan internal sekunder

Arus Pemutus Tenaga 2

detik 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

A
ru

s
P

M
T

2
(

k
A

)

Arus PMT2


Gambar 19. Arus pada sisi sekunder kondisi gangguan internal sekunder


Arus Diferensial dan Bias

detik 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

0

10

20

30

40

50

60

70

A
ru

s
D

if
e

re
n

s
ia

l
d

a
n

B
ia

s
(

A
)

Idiff Ibias


Gambar 20. Arus differensial dan bias kondisi gangguan internal sisi

sekunder

Gambar 20 menunjukkan besar arus differensial dan arus
bias pada saat terjadi gangguan di sisi sekunder. Arus
differensial yang terjadi sebesar 62.40 A dan besar arus
bias setengah dari arus differensial yaitu sebesar 31.20 A.

Maka dengan menggunakan persamaan (2) dan data
setting relay diatas dapat ditentukan apakah relay bekerja
(pick-up) sebagai berikut:

|Idiff| > K2.|Ibias| - (K2-K1)Is2 + Is1
|62.40| > 1.5|31.20| - (1.5-0.5)2 + 15

62.40 > 59,8


Berdasarkan dari hasil perhitungan di atas maka kondisi

pick-up relay terpenuhi, hal ini dapat dilihat pada Gambar
21.

Gambar 21 menunjukkan signal trip relay (pick-up) pada
saat terjadi gangguan yaitu pada saat 0,22 detik, dengan
demikian PMT1 dan PMT2 trip pada waktu 0,36 detik.

D. Kondisi Gangguan Eksternal pada Sisi Beban
Transformator

Hasil simulasi topologi jaringan kondisi gangguan
eksternal pada sisi beban transformator dapat dilihat pada
Gambar 22, 23 dan 24.

Dari Gambar 22, 23 dan 24 terlihat bahwa arus
gangguan terus membesar hingga akhir waktu simulasi,
dimana PMT1 dan PMT2 tidak beroperasi untuk membuka.


Arus Pemutus Tenaga 1

detik 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

-20.0

-15.0

-10.0

-5.0

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

A
ru

s
P

M
T

1
(

k
A

)

Arus PMT1


Gambar 21. Pick-up relay differensial kondisi gangguan internal sisi

sekunder transformator

Page 6

106 Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 9, No. 3, April 2011



Signal Trip Relay

detik 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

y

trip87



Gambar 22. Arus pada sisi primer transformator kondisi gangguan
eksternal



Arus Pemutus Tenaga 2

detik 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

A
ru

s
P

M
T

2
(

k
A

)

Arus PMT2



Gambar 23. Arus pada sisi sekunder transformator kondisi gangguan

eksternal



Arus Pemutus Tenaga 3

detik 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

A
ru

s
P

M
T

3
(

k
A

)

Arus PMT3



Gambar 24. Arus pada sisi beban transformator
kondisi gangguan eksternal




Arus Diferensial dan Bias

detik 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ...

...

...

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

A
ru

s
D

if
e

re
n

s
ia

l
d

a
n

B
ia

s
(

A
)

Idif f Ibias



Gambar 25. Arus differensial dan bias kondisi gangguan eksternal



Hal ini dapat dijelaskan bahwa rele differensial tidak
merespon gangguan yang terjadi diluar zona proteksi yang
telah ditentukan seperti yang di tunjukkan pada Gambar 26
bahwa tidak terjadi pick-up pada relay tersebut.

Berdasarkan Gambar 25 menunjukkan besar arus
differensial dan arus bias pada saat terjadi gangguan di sisi

Gambar 26. Pick-up trip relay differensial kondisi gangguan eksternal



eksternal transformator. Arus differensial yang terjadi
sebesar 42.55 A dan besar arus bias setengah dari arus
differensial yaitu sebesar 21.28 A.

Maka dengan menggunakan persamaan (2) dan data
setting relay diatas dapat ditentukan apakah relay bekerja
(pick-up) sebagai berikut:



|Idiff| > K2.|Ibias| - (K2-K1)Is2 + Is1
|42.55| > 1.5|21.28| - (1.5-0.5)2 + 15

42.55 > 44,92


Berdasarkan dari hasil perhitungan di atas maka kondisi

pick-up relay tidak terpenuhi, hal ini dapat dilihat pada
Gambar 26.

Berdasarkan Gambar 26 diperlihatkan signal trip relay
(pick-up) tidak terjadi pada saat terjadi gangguan eksternal
dari transformator yaitu pada saat 0,22 detik, dengan
demikian PMT1 dan PMT2 tidak mendapat signal trip dari
rele differensial.

VII. KESIMPULAN

Dari hasil simulasi dan pembahasan maka dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada saat terjadi gangguan di zona proteksi, yaitu
zona internal baik disisi primer maupun sekunder

transformator, relay differensial memberikan signal

trip pada PMT1 dan PMT2 sesuai waktu settingnya.

2. Pada saat gangguan terjadi di luar zona proteksi, relay
differensial tidak memberikan signal trip pada PMT1

dan PMT2.

3. Relay differensila dapat dikatakan selektif, karena
bekerja sesuai dengan tugasnya, yaitu mendeteksi

gangguan pada zona proteksi.


DAFTAR PUSTAKA

[1] PT. PLN (Persero) P3B Sumatera UPT Padang, “Relay dan
Kontrol,” Padang.

[2] Ir. H. Hazairin Samaulah, M. Eng, Ph. D, “Dasar-Dasar Sistem
Proteksi Tenaga Listrik,” Palembang:UNSRI, 2000.

[3] Stevenson. Jr and William. D, “Analisis Sistem Tenaga Listrik
Edisi Keempat,” Jakarta:Erlangga, 2005.

[4] Juan M. Gers and Edward J. Holmes, “Protection of Electricity
Distribution Network 2

nd
Edition,” The Institution of Electrical

Engineers, London, United Kingdom, 2004.

[5] Francisco das Chagas, Fernandes Guerra and Wellington Santos
Mota, ”Current Transformer Model,” IEEE Transaction Power
Delivery, vol. 22, no. 1, January 2007.

[6] Soni Gupta and Bhatnagar, “A Course in Electrical Power,” Delhi:
Dhanpat Rai and Sons, 1977.

Similer Documents