Rele Proteksi

RELE (RELAY)

Salah satu alat proteksi yang sangat dibutuhkan untuk mengamankan peralatan listrik ialah rele tegangan. Rele ini berfungsi untuk memantau tegangan dan akan memberikan sinyal melalui kontak-kontak keluarannya, jika tegangan yang dipantau lebih besar dari nilai maksimum atau lebih kecil dari nilai minimum yang diperkenankan. Rele ini umumnya bekerja secara elektronik dan rangkaian yang digunakan sangatlah sederhana, sehingga mudah untuk dipahami.

Salah satu hal yang harus dihindari pada pengoperasian peralatan listrik ialah kelebihan tegangan (overvoltage) ataupun kekurangan tegangan (undervoltage). Kelebihan tegangan hampir dapat dipastikan akan merusak setiap peralatan listrik. Hal ini umumnya akan menyebabkan timbulnya panas yang belebihan sehingga dapat menyebabkan terbakarnya peralatan listrik tersebut. Sebaliknya, kekurangan tegangan belum tentu merusak peralatan listrik. Pada beberapa peralatan listrik seperti lampu pijar ataupun peralatan lain yang bersifat resistip, kekurangan tegangan tidak akan membahayakan peralatan tersebut. Tetapi bagi beberapa peralatan lain seperti motor induksi, kekurangan tegangan dapat menyebabkan faktor daya (cos-ϕ) yang terlalu rendah. Hal ini akan menyebabkan arus peralatan tersebut terlalu besar, sehingga menimbulkan panas yang berlebihan dan pada akhirnya akan merusak peralatan tersebut. Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan ini maka suatu panel distribusi tegangan rendah umumnya dilengkapi dengan rele tegangan yang berfungsi untuk memantau tegangan busbar. Jika nilai tegangan ini keluar dari batas-batas aman maka rele ini akan membuka pemutus CB utama sehingga catuan daya ke panel tersebut akan diputus. Selain rele tegangan panel ini juga dilengkapi dengan beberapa peralatan proteksi lain, seperti rele arus lebih (OCR), monitor fasa (RCP) dan lain sebagainya. Tulisan ini hanya membahas tentang rele tegangan.

Prinsip Kerja Dasar

Rele tegangan elektronik umumnya mendeteksi besarnya tegangan melalui trafo tegangan atau yang lebih dikenal sebagai PT (potensial transformer). PT berfungsi untuk menurunkan tegangan yang masuk ke rele dan sekaligus mengisolasi rele dari tegangan rangkaian yang diukur. Masukan PT umumnya adalah 110V atau 220V sedangkan keluarannya adalah tegangan yang berkisar antara 12V hingga 24V, tergantung dari rangkaian yang digunakan. Tegangan keluaran PT ini selanjutnya dibandingkan dengan dua tegangan acuan, sebut saja VA untuk tegangan acuan atas dan VB untuk tegangan acuan bawah. Jika tegangan keluaran PT lebih besar dari VA maka rele keluaran pertama akan diaktipkan. Sebaliknya jika tegangan keluaran PT lebih kecil dari VB maka rele keluaran kedua yang akan diaktipkan.

Untuk memudahkan proses perbandingan maka besaran yang dibandingkan adalah tegangan searah. Untuk itu maka tegangan keluaran PT harus terlebih dahulu diubah menjadi tegangan searah. Besarnya tegangan searah yang dihasilkan selanjutnya dibandingkan dengan tegangan acuan yang dapat diatur.

Agar dapat mengabaikan kelebihan atau kekurangan tegangan yang berlangsung sesaat (transient), maka rele tegangan biasanya dilengkapi dengan rangkaian tunda (delay) yang dapat menunda kerja kontak keluaran. Lamanya tundaan waktu dapat diatur, umumnya berkisar antara 0 hingga 10 detik.

Rangkaian Rele Tegangan

Seperti telah disebutkan sebelumnya, rele tegangan lebih ini mendeteksi tegangan melalui suatu PT. Agar sesuai dengan alat-alat ukur lain yang terpasang pada panel generator maka tegangan masukan nominal dari rele tegangan umumnya adalah 110V atau 220V. Karena rele ini hanya membutuhkan daya yang kecil maka PT yang digunakan adalah PT yang berdaya sangat rendah, umumnya berkisar antara 2 sampai 5VA. Untuk menghemat biaya pembuatan maka seringkali PT yang sama digunakan juga sebagai sumber daya bagi rangkaian elektronik yang digunakan. Untuk itu digunakan PT dengan dua buah belitan sekunder yang terpisah. Rancangan yang dibahas menggunakan dua buah trafo yang terpisah. Dengan demikian diharapkan agar tegangan yang dipantau tidak dipengaruhi oleh pembebanan dari catudaya rangkaian elektronik.

Rele arus lebih dapat dibuat dengan menggunakan rangkaian elektronik yang sederhana.

Besarnya arus nominal dapat diatur dengan menggunakan CT dengan perbandingan yang sesuai.

Pada rele yang dibahas, setting waktu dan arus adalah independen sehingga tidak saling mempengaruhi. Pada rele arus lebih 3-fasa yang dibahas, setting arus dari setiap fasa adalah independen sehingga dapat diatur secara terpisah.

Relay adalah komponen yang berfungsi sebagai saklar listrik yang akan terbuka (off) dan tertutup (on) yang dikontrol menggunakan rangkaian elektronik lain. Relay mempunyai beberapa tipe, antara lain :

·         SPST (Single Pole Single Throw)

·         SPDT (Single Pole Double Throw)

·         DPST (Double Pole Single Throw)

·         DPDT (Double Pole Double Throw)

Relay dibedakan menjadi dua jenis menurut tegangan sumber yang digunakan untuk mengaktifkan koilnya, yaitu :

Ø  Relay dengan koil AC (Alternating Current)

Ø  Relay dengan koil DC (Direct Current)

Pada umumnya relay banyak digunakan untuk :

v  Mengontrol rangkaian tegangan tinggi dengan sinyal  tegangan input yang kecil

v  Mengontrol rangkaian yang mempunyai arus besar dengan sinyal arus input yang kecil

v  Mendeteksi dan mengisolasi  jaringan pengiriman dan pendistribusian dengan cara mematikan dan menghidupkan circuit breaker

Relai adalah suatu peranti yang menggunakan elektromagnet untuk mengoperasikan seperangkat kontak sakelar. Susunan paling sederhana terdiri dari kumparan kawat penghantar yang dililit pada inti besi. Bila kumparan ini dienergikan, medan magnet yang terbentuk menarik armatur berporos yang digunakan sebagai pengungkit mekanisme sakelar.

            Jenis-jenis relai:

a.       Berdasarkan cara kerja

v  Normal terbuka. Kontak sakelar tertutup hanya jika relai dihidupkan.

v  Normal tertutup. Kontak sakelar terbuka hanya jika relai dihidupkan.

v  Tukar-sambung. Kontak sakelar berpindah dari satu kutub ke kutub lain saat relai dihidupkan. Bila arus masuk Pada gulungan maka seketika gulungan,maka seketika gulungan akan berubah menjadi medan magnit.gaya magnit inilah yang akan menarik luas sehingga saklar akan bekerja

b.      Berdasarkan konstruksi

v  Relai menggrendel. Jenis relai yang terus bekerja walaupun sumber tenaga kumparan telah dihilangkan.

v  Relai lidi. Digunakan untuk pensakelaran cepat daya rendah. Terbuat dari dua lidi feromagnetik yang dikapsulkan dalam sebuah tabung gelas. Kumparan dililitkan pada tabung gelas.

Cara Kerja Relay DC

Relay adalah saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian dengan menggunakan kontrol dari rangkaian elektronik lain. Sebuah relay tersusun atas kumparan, pegas, saklar (terhubung pada pegas) dan 2 kontak elektronik (normally close dan normally open)

v  Normally close (NC) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay tidak aktif atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi terbuka.

v  Normally open (NO) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay aktif atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi tertutup.

Berdasarkan pada prinsip dasar cara kerjanya, relay dapat bekerja karena adanya medan magnet yang digunakan untuk menggerakkan saklar. Saat kumparan diberikan tegangan sebesar tegangan kerja relay maka akan timbul medan magnet pada kumparan karena adanya arus yang mengalir pada lilitan kawat. Kumparan yang bersifat sebagai elektromagnet ini kemudian akan menarik saklar dari kontak NC ke kontak NO. Jika tegangan pada kumparan dimatikan maka medan magnet pada kumparan akan hilang sehingga pegas akan menarik saklar ke kontak NC.

Prinsip Kerja Ladder Diagram dalam PLC

Dalam dunia kendali, Ladder Diagram sudah menjadi hal yang tidak asing lagi. Ladder Diagram adalah metoda pemrograman yang umum digunakan pada PLC. Ladder Diagram merupakan tiruan dari logika yang diaplikasikan langsung oleh relay. Ladder Diagram banyak mengurangi kerumitan yang dihadapi oleh teknisi untuk menyelesaikan tujuannya. Tapi bagaimanakah Ladder Diagram itu bekerja? atau dengan kata lain, bagaimana sebenarnya representasi dari Ladder Diagram itu sehingga bisa menyusun logika-logika boolean?

Sebelum membahas ke permasalahan utama, ada baiknya kita mengerti dulu apa itu relay. Relay adalah peralatan sederhana yang menggunakan medan magnetik untuk mengontrol saklar, seperti pada gambar berikut.

Gambar 01. Relay

Ketika tegangan diberikan pada masukan koil, arus yang tercipta menghasilkan medan magnetik. Medan inilah yang akan menarik saklar metal ke arahnya dan akan menyentuh bagian saklar yang lain. Akibat dari mekanisme ini adalah rangkaian yang sebelumnya rangkaian terbuka menjadi rangkaian tertutup. Sifat relay yang seperti ini (menjadi rangkaian tertutup setelah diberikan tegangan) disebut dengan normally open. Dengan demikian, normally closed relay adalah relay yang akan menjadi rangkaian terbuka setelah diberikan tegangan. Umumnya, relay digambarkan oleh diagram skematik menggunakan sebuah lingkaran yang menggambarkan koil masukan. Kontak output ditunjukkan oleh dua garis paralel. Kontak normally open digambarkan dengan 2 garis dan akan terbuka (non-conducting) apabila tidak diberikan energi. Normally closed adalah yang sebaliknya dan digambarkan oleh dua garis dengan garis diagonal yang memotong kedua garis tersebut. Saat tidak diberikan energi, keadaan relay adalah tertutup (conducting).

Relay digunakan agar keadaan satu sumber (terbuka atau tertutup) energi dapat mengatur keadaan sumber energi (terbuka atau tertutup) lainnya yang biasanya memiliki arus yang lebih besar dan kedua sumber energi ini saling terisolasi satu sama lain (tidak terhubung secara langsung). Relay merupakan komponen utama dalam PLC. Contoh sederhana dari penggunaan relay ditunjukkan oleh gambar berikut.

Gambar 02. Analogi Ladder Diagram

Pada sistem ini, relay pertama pada gambar kiri bersifat normally closed dan akan mengalirkan arus terus hingga terdapat tegangan yang diaplikasikan pada relay ini (input A). Relay kedua adalah normally open dan tidak akan mengalirkan arus sampai ada tegangan yang diaplikasikan ke relay ini (input B). Jika arus mengalir pada kedua relay yang pertama, maka arus juga akan mengalir pada relay ketiga dan akan menutup saklar pada output C. Rangkaian seperti ini umum digambarkan pada skematik Ladder Diagram pada gambar tersebut. Secara logika, diagram ini dapat dibaca sebagai berikut: C akan “on” ketika A “off” dan B “on”.

Dalam logika Boolean dirumuskan sebagai C = A’.B

Gambar 03. Skematik Gerbang Digital yang Ekivalen

Gambar berikut ini merupakan contoh yang lebih kompleks pada aplikasi dalam PLC, dengan 2 buah tombol pada input.

Gambar 04. Contoh Aplikasi dalam PLC

Memilih relay

Anda perlu mempertimbangkan beberapa fitur saat memilih sebuah relay:

v  Fisik ukuran dan pengaturan pin. Jika Anda memilih relay untuk PCB yang ada Anda akan perlu memastikan bahwa dimensi dan pengaturan pin cocok. Anda harus menemukan informasi ini dalam pemasok katalog.

v  Coil tegangan. Teman-koil tegangan relay rating dan perlawanan harus sesuai dengan sirkuit menyalakan kumparan relay. Banyak relay coil nilai untuk persediaan 12V tetapi 5V dan 24V relay juga tersedia. Beberapa relay beroperasi dengan baik dengan tegangan suplai yang sedikit lebih rendah dari nilai pengenal mereka.

v  Resistensi Coil, sirkuit harus mampu menyediakan arus yang diperlukan oleh kumparan relay digunakan. Anda dapat 's hukum Ohm untuk menghitung saat ini:

Arus kumparan relay =	suplai tegangan
	koil resistansi

Sebagai contoh: Sebuah relay supply 12V dengan resistansi kumparan 400  melewati arus 30mA. Ini adalah bagus untuk 555 timer IC (arus keluaran maksimum 200mA), tapi terlalu banyak untuk kebanyakan IC dan mereka akan memerlukan transistor untuk memperkuat arus.

Teman-switch kontak relay harus sesuai untuk rangkaian mereka untuk mengendalikan. Anda perlu untuk memeriksa tegangan dan arus peringkat. Perhatikan bahwa tegangan biasanya lebih tinggi untuk AC, misalnya: "5A di 24V DC atau AC 125V".

v  Switch menghubungi pengaturan (SPDT, DPDT dll). Kebanyakan relay SPDT atau DPDT yang sering digambarkan sebagai "changeover tiang tunggal" (SPCO) atau "changeover tiang ganda" (DPCO).

Perlindungan dioda untuk relai

Transistor dan IC harus dilindungi dari tegangan tinggi singkat dihasilkan ketika sebuah kumparan relay dimatikan. Diagram menunjukkan bagaimana sinyal dioda (1N4148 misalnya) tersambung 'ke belakang' di kumparan relay untuk memberikan perlindungan ini.

Arus yang mengalir melalui kumparan relay menciptakan medan magnetik yang runtuh tiba-tiba saat arus dimatikan. Runtuhnya tiba-tiba dari medan magnet menginduksi tegangan tinggi singkat di kumparan relay yang sangat mungkin untuk transistor kerusakan dan IC. The dioda perlindungan memungkinkan tegangan induksi untuk mendorong arus singkat melalui kumparan (dan dioda) sehingga medan magnet meninggal pergi cepat daripada langsung. Hal ini mencegah tegangan induksi menjadi cukup tinggi untuk menyebabkan kerusakan pada transistor dan IC.

Reed relay terdiri dari sebuah kumparan yang mengelilingi sebuah saklar buluh. Reed switch biasanya dioperasikan dengan magnet, tetapi dalam buluh relay arus melalui kumparan untuk menciptakan medan magnet dan menutup saklar buluh.

Umumnya memiliki daya tahan lebih tinggi dari relay coil standar (1000  misalnya) dan berbagai tegangan suplai (9-20V misalnya). Mereka mampu berpindah jauh lebih cepat daripada standar relay, sampai beberapa ratus kali per detik, tetapi mereka hanya dapat berpindah arus rendah (maksimum 500mA misalnya).

Seperti relay, transistor dapat digunakan sebagai saklar yang dioperasikan secara elektrik. Untuk switching arus DC kecil (<1A) pada tegangan rendah mereka biasanya pilihan yang lebih baik daripada relay. Namun, transistor tidak dapat menghidupkan AC (seperti listrik utama) dan di sirkuit sederhana mereka biasanya tidak pilihan yang baik untuk memindahkan arus besar (> 5ADalam kasus ini relay akan dibutuhkan, tetapi perhatikan bahwa transistor daya rendah mungkin masih diperlukan untuk beralih arus untuk kumparan relay di bawah ini! Utama keuntungan dan kerugian dari relay terdaftar:

Keuntungan relay:

v  Relay dapat switch AC dan DC, transistor hanya dapat menghidupkan DC.

v  Relay dapat switch tegangan tinggi dari transistor standar.

v  Relay sering menjadi pilihan yang lebih baik untuk memindahkan arus besar (> 5A).

v  Relay dapat switch banyak kontak sekaligus.

Kekurangan relay:

v  Relay bentuknya yang lebih besar daripada transistor untuk switching arus kecil.

v  Relay tidak dapat switch dengan cepat (kecuali relai buluh), transistor dapat berpindah berkali-kali per detik.

v  Relay menggunakan daya lebih disebabkan arus mengalir melalui kumparan mereka.

v  Relay membutuhkan lebih banyak arus dari IC dapat menyediakan, sehingga transistor daya rendah mungkin diperlukan untuk beralih arus untuk relay koil.