Relay Urutan Negatif

Definisi

Relay urutan negatif, juga dikenal sebagai relay fasa tidak seimbang, dirancang untuk melindungi sistem listrik dari komponen urutan negatif. Fungsi utamanya adalah untuk melindungi generator dan motor dari beban tidak seimbang, yang biasanya muncul karena gangguan fase-ke-fase. Ketika gangguan tersebut terjadi, komponen urutan negatif dapat menyebabkan pemanasan berlebihan dan stres mekanis pada mesin listrik, yang berpotensi menyebabkan kerusakan serius jika tidak ditangani dengan tepat.

Prinsip Kerja dan Fitur

Relay urutan negatif mencakup sirkuit filter khusus yang hanya merespons secara selektif terhadap komponen urutan negatif yang ada dalam sistem listrik. Mengingat bahwa bahkan arus lewat yang relatif kecil yang disebabkan oleh komponen urutan negatif dapat menciptakan kondisi operasi berbahaya, relay dikonfigurasikan dengan pengaturan arus rendah. Ini memungkinkannya mendeteksi dan bereaksi dengan cepat terhadap ketidakseimbangan kecil sebelum mereka berkembang menjadi masalah besar.

Meskipun relay urutan negatif di-grounded, grounding ini utamanya bertujuan untuk melindungi terhadap gangguan fase-ke-tanah. Namun, hal ini tidak langsung mengurangi gangguan fase-ke-fase; alih-alih, perannya adalah untuk mendeteksi komponen urutan negatif yang merupakan gejala dari gangguan tersebut dan memicu tindakan pelindungan yang sesuai.

Konstruksi

Konstruksi relay urutan negatif digambarkan dalam gambar di bawah ini. Relay ini memiliki empat impedansi, yang dinotasikan sebagai Z1, Z2, Z3, dan Z4, yang saling terhubung dalam konfigurasi jembatan. Impedansi-impedansi ini diberi energi oleh transformator arus, yang mengambil sampel arus listrik dari sistem yang dilindungi. Kumparan operasional relay terhubung ke titik tengah sirkuit jembatan ini. Penyusunan khusus ini memungkinkan relay untuk mendeteksi dengan akurat keberadaan dan magnitudo komponen urutan negatif dengan menganalisis perbedaan tegangan di antara lengan-lengan jembatan, memfasilitasi operasi yang andal dan presisi untuk perlindungan sistem listrik.

Dalam sirkuit relay urutan negatif, Z1 dan Z3 menunjukkan karakteristik resistif murni, sementara Z2 dan Z4 memiliki sifat resistif dan induktif. Nilai impedansi Z2 dan Z4 disesuaikan dengan cermat sehingga arus yang melewati mereka selalu tertinggal dari arus yang mengalir melalui Z1 dan Z3 dengan sudut 60 derajat.

Ketika arus mencapai junction A, arus tersebut terbagi menjadi dua cabang, yaitu I1 dan I4. Signifikan, arus I4 tertinggal dari arus I1 dengan tepat 60 derajat. Hubungan fase-spesifik ini sangat penting untuk fungsi yang tepat dari relay urutan negatif, memungkinkannya untuk mendeteksi dan merespons dengan akurat terhadap komponen urutan negatif dalam sistem listrik.

Demikian pula, arus dari fase B terbagi di junction C menjadi dua komponen yang sama I3 dan I2, I2 tertinggal dari I3 sebesar 60º.

Arus I4 tertinggal dari I1 dengan sudut 30 derajat. Demikian pula, I2 tertinggal dari IB sebesar 30 derajat, sementara I3 unggul dari IB dengan margin 30 derajat yang sama. Arus yang mengalir melalui junction B setara dengan jumlah aljabar I1, I2, dan IY. Hubungan sudut yang tepat dan penjumlahan arus di junction B sangat penting untuk fungsi yang tepat dari relay urutan negatif, memastikan kemampuannya untuk mendeteksi kondisi tidak seimbang dalam sistem listrik dengan menganalisis perbedaan fase dan magnitudo di antara arus-arus ini.

Aliran Arus Urutan Positif

Diagram fasor yang menggambarkan komponen urutan positif digambarkan dalam gambar di bawah ini. Dalam skenario di mana beban berada dalam keadaan seimbang, arus urutan negatif tidak ada. Dalam keadaan seperti itu, arus yang melewati relay dapat dijelaskan oleh persamaan berikut. Hubungan antara kondisi beban seimbang, absennya arus urutan negatif, dan arus melalui relay sangat fundamental untuk memahami operasi normal dan fungsi pelindungan dalam sistem listrik.

Operasi dalam Kondisi Seimbang

Akibatnya, relay tetap aktif selama operasi sistem listrik yang seimbang, memastikan pemantauan berkelanjutan dan kesiapan untuk merespons potensi anomali.

Aliran Arus Urutan Negatif

Seperti yang digambarkan dalam gambar di atas, arus I1 dan I2 menunjukkan magnitudo yang sama. Karena sifatnya yang sama dan berlawanan, mereka secara efektif saling menghilangkan. Akibatnya, hanya arus IY yang melewati kumparan operasional relay. Untuk melindungi terhadap efek berbahaya dari overload minor, yang dapat dengan cepat berkembang menjadi masalah sistem yang serius, pengaturan arus relay sengaja dijaga lebih rendah dari arus rating beban penuh normal. Kalibrasi sensitif ini memungkinkan relay untuk mendeteksi dan merespons dengan cepat terhadap kondisi tidak seimbang yang disebabkan oleh komponen urutan negatif.

Aliran Arus Urutan Nol

Dalam kasus arus urutan nol, arus I1 dan I2 diphasa satu sama lain dengan sudut 60 derajat. Hasil dari kedua arus ini sejajar dengan fase arus IY. Akibatnya, kumparan operasional relay mengalami arus total yang tepat dua kali magnitudo arus urutan nol. Perlu dicatat bahwa dengan menghubungkan transformator arus (CTs) dalam konfigurasi delta, relay dapat dibuat tidak beroperasi untuk arus urutan nol. Dalam setup koneksi delta ini, arus urutan nol tidak mengalir melalui relay, memberikan cara untuk secara selektif menyaring atau melewati jenis-jenis arus gangguan tertentu tergantung pada kebutuhan perlindungan sistem.

Relay Urutan Negatif Tipe Induksi

Konstruksi relay urutan negatif tipe induksi sangat mirip dengan relay overcurrent tipe induksi. Relay ini memiliki cakram logam, biasanya dibuat dari kawat aluminium, yang berputar di antara dua elektromagnet: elektromagnet atas dan elektromagnet bawah.

Elektromagnet atas dilengkapi dengan dua lilitan. Lilitan primer elektromagnet atas terhubung ke sisi sekunder transformator arus (CT) yang terhubung ke garis yang dilindungi. Sementara itu, lilitan sekunder elektromagnet atas terhubung seri dengan lilitan elektromagnet bawah.

Berkat adanya tapping pusat, lilitan primer relay memiliki tiga terminal. Fase R, dengan bantuan CTs dan transformator bantu, memberi energi pada bagian atas relay, sementara fase Y memberi energi pada bagian bawah. Transformator bantu disesuaikan secara khusus sehingga outputnya tertinggal dengan sudut 120º daripada 180º yang konvensional.

Operasi dengan Arus Urutan Positif

Ketika arus urutan positif hadir, arus IR dan IY mengalir melalui lilitan primer relay dalam arah yang berlawanan. Arus I’R dan I’Y memiliki magnitudo yang sama. Aliran arus yang seimbang ini memastikan bahwa relay tetap dalam keadaan tidak aktif, karena tidak ada gaya bersih untuk memicu operasinya.

Operasi dengan Arus Urutan Negatif

Dalam kejadian gangguan, arus urutan negatif I diinduksi untuk mengalir melalui lilitan primer relay. Arus urutan negatif ini mengganggu keseimbangan dalam relay, memicu serangkaian peristiwa yang mengarah ke aktivasi dan tindakan pelindungan relay.

Relay akan memulai operasinya begitu magnitudo arus gangguan melebihi nilai yang telah ditetapkan untuk relay. Ini berarti bahwa ketika arus gangguan menjadi cukup besar untuk melebihi ambang batas spesifik yang ditentukan untuk relay, relay dipicu untuk melakukan fungsi pelindungan dalam sistem listrik.