Perlindungan Arus Bumi Terbatas

Kegagalan Tanah: Penyebab, Dampak, dan Tindakan Perlindungan

Kegagalan tanah terjadi ketika ada koneksi listrik yang tidak disengaja antara konduktor hidup dan tanah. Hal ini biasanya terjadi karena kerusakan isolasi, yang dapat disebabkan oleh faktor-faktor seperti penuaan komponen listrik, kerusakan mekanis, atau paparan terhadap kondisi lingkungan yang keras. Ketika kegagalan tanah terjadi, arus pendek melonjak melalui sistem listrik. Arus-arus ini kembali ke sumber baik melalui tanah itu sendiri atau melalui peralatan listrik yang terhubung.

Kehadiran arus kegagalan tanah dapat memiliki konsekuensi yang serius. Mereka dapat menyebabkan kerusakan signifikan pada peralatan dalam sistem tenaga, termasuk transformator, motor, dan switchgear, dengan cara menghangatkan komponen, melelehkan isolasi, dan bahkan menyebabkan kerusakan fisik. Selain itu, kegagalan tanah mengganggu kelanjutan pasokan listrik, yang mengakibatkan pemadaman listrik yang dapat mempengaruhi konsumen rumah tangga, komersial, dan industri.

Untuk mengurangi risiko yang terkait dengan kegagalan tanah, skema perlindungan kegagalan tanah terbatas digunakan. Inti dari skema perlindungan ini adalah relai kegagalan tanah, komponen penting yang berperan penting dalam melindungi sistem tenaga. Ketika kegagalan tanah terdeteksi, relai kegagalan tanah mengeluarkan perintah trip ke pemutus sirkuit. Tindakan ini dengan cepat mengisolasi bagian sirkuit yang bermasalah, sehingga membatasi aliran arus kegagalan dan meminimalkan potensi kerusakan.

Relai kegagalan tanah ditempatkan secara strategis di bagian residu dari transformator arus, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah. Penempatan ini memungkinkan relai untuk secara efektif memantau dan mendeteksi aliran arus abnormal yang menandakan kegagalan tanah. Secara khusus, ini memberikan perlindungan penting untuk gulungan delta atau bintang tidak bertanah dari transformator tenaga, melindungi komponen-komponen kritis ini dari efek destruktif arus kegagalan. Gambar di bawah juga menggambarkan koneksi detail relai kegagalan tanah dengan gulungan bintang atau delta transformator, menyoroti konfigurasi yang tepat yang memastikan deteksi dan perlindungan gangguan yang andal.

Konfigurasi dan Operasi Sistem Perlindungan Kegagalan Tanah

Transformator arus (CT) memainkan peran penting dalam sistem perlindungan kegagalan tanah, ditempatkan secara strategis di kedua sisi zona perlindungan yang ditentukan. Terminal sekunder dari CT ini dihubungkan secara paralel dengan relai pelindung, membentuk jalur listrik vital untuk deteksi gangguan. Output dari CT dirancang secara khusus untuk mewakili arus urutan nol yang mengalir melalui garis listrik. Perlu dicatat, selama gangguan eksternal, arus urutan nol tetap absen, sementara dalam kasus gangguan internal, arus tersebut meningkat menjadi nilai yang dua kali lipat dari arus gangguan sebenarnya.

Operasi Sistem Perlindungan Kegagalan Tanah

Sisi sistem listrik yang tersambung bintang dilindungi oleh mekanisme perlindungan kegagalan tanah terbatas, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah. Skema perlindungan ini dirancang untuk mendeteksi dan merespons kegagalan tanah dalam zona yang dilindungi, memanfaatkan karakteristik unik arus urutan nol untuk memastikan isolasi gangguan yang cepat dan andal.

Sistem Perlindungan Kegagalan Tanah: Mekanisme Operasional dan Fitur Desain

Misalkan terjadi gangguan eksternal, yang ditandai sebagai F1, dalam jaringan listrik. Kejadian gangguan ini menginduksi arus I1 dan I2 yang mengalir melalui sekunder transformator arus (CT). Karena konfigurasi listrik dan sifat gangguan eksternal, hasil penjumlahan I1 dan I2 adalah nol. Sebaliknya, ketika terjadi gangguan dalam zona perlindungan, misalnya F2, hanya arus I2 yang hadir; arus I1 secara efektif saling menghilangkan atau sangat kecil. Arus I2 ini kemudian melewati relai kegagalan tanah, memicu operasinya. Relai kegagalan tanah dirancang untuk beroperasi secara eksklusif dalam menanggapi gangguan internal dalam zona perlindungan, memastikan bahwa ia secara selektif mengisolasi bagian-bagian sirkuit yang bermasalah.

Relai kegagalan tanah harus memiliki tingkat sensitivitas yang tinggi untuk mendeteksi gangguan dengan akurat. Relai ini dirancang untuk mendeteksi arus gangguan yang melebihi arus gulungan yang ditetapkan setidaknya 15%. Pengaturan spesifik ini memungkinkan relai untuk melindungi bagian tertentu dan terbatas dari gulungan listrik, itulah sebabnya skema perlindungan ini diberi nama perlindungan kegagalan tanah terbatas.

Untuk lebih meningkatkan keandalan sistem perlindungan, arus stabilisasi dihubungkan secara seri dengan relai. Penambahan ini memiliki fungsi penting: mengurangi dampak arus inrush magnetisasi. Arus inrush magnetisasi, yang dapat terjadi selama energisasi sistem atau peristiwa transien lainnya, berpotensi menyebabkan tripping palsu relai. Dengan menetralkan arus tidak diinginkan ini, arus stabilisasi memastikan bahwa relai kegagalan tanah hanya merespons kondisi gangguan yang asli, sehingga meningkatkan integritas dan keandalan keseluruhan sistem perlindungan listrik.