A. Pengertian Relai Proteksi
Relai adalah suatu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengatur /memasukan suatu rangkaian listrik (rangkaian trip atau alarm) akibat adanya perubahan lain.
B. Perangkat Sistem Proteksi.
Proteksi terdiri dari seperangkat peralatan yang merupakan sistem yang terdiri dari komponen-komponen berikut :
1) Relay, sebagai alat perasa untuk mendeteksi adanya gangguan yang selanjutnya memberi perintah trip kepada Pemutus Tenaga (PMT).
2) Trafo arus dan/atau trafo tegangan sebagai alat yang mentransfer besaran listrik primer dari sistem yang diamankan ke relai (besaran listrik sekunder).
3) Pemutus Tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu.
4) Batere beserta alat pengisi (batere charger) sebagai sumber tenaga untuk bekerjanya relai, peralatan bantu triping.
5) Pengawatan (wiring) yang terdiri dari sisrkit sekunder (arus dan/atau tegangan), sirkit triping dan sirkit peralatan bantu.
Secara garis besar bagian dari relay proteksi terdiri dari tiga bagian utama, seperti pada blok diagram, dibawah ini :
Masing-masing elemen/bagian mempunyai fungsi sebagai berikut :
1) Elemen pengindera.
Elemen ini berfungsi untuk merasakan besaran-besaran listrik, seperti arus, tegangan, frekuensi, dan sebagainya tergantung relay yang dipergunakan. Pada bagian ini besaran yang masuk akan dirasakan keadaannya, apakah keadaan yang diproteksi itu mendapatkan gangguan atau dalam keadaan normal, untuk selanjutnya besaran tersebut dikirimkan ke elemen pembanding.
2) Elemen pembanding.
Elemen ini berfungsi menerima besaran setelah terlebih dahulu besaran itu diterima oleh elemen oleh elemen pengindera untuk membandingkan besaran listrik pada saat keadaan normal dengan besaran arus kerja relay.
3) Elemen pengukur/penentu.
Elemen ini berfungsi untuk mengadakan perubahan secara cepet pada besaran ukurnya dan akan segera memberikan isyarat untuk membuka PMT atau memberikan sinyal.
Transformator arus ( CT ) berfungsi sebagai alat pengindera yang merasakan apakah keadaan yang diproteksi dalam keadaan normal atau mendapat gangguan. Sebagai alat pembanding sekaligus alat pengukur adalah relay, yang bekerja setelah mendapatkan besaran dari alat pengindera dan membandingkan dengan besar arus penyetelan dari kerja relay.
Apabila besaran tersebut tidak setimbang atau melebihi besar arus penyetelannya, maka kumparan relay akan bekerja menarik kontak dengan cepat atau dengan waktu tunda dan memberikan perintah pada kumparan penjatuh (trip-coil) untuk bekerja melepas PMT. Sebagai sumber energi penggerak adalah sumber arus searah atau batere.
C. Fungsi dan Peranan Relai Proteksi
Maksud dan tujuan pemasangan relay proteksi adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian yang masih sehat dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar, dengan cara :
Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat membahayakan peralatan atau sistem.
1. Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi.
2. Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya.
3. Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang terbaik kepada konsumen.
4. Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.

D. Syarat-syarat Relai Proteksi
Dalam perencanaan sistem proteksi, maka untuk mendapatkan suatu sistem proteksi yang baik diperlukan persyaratan-persyaratan sebagai
berikut :
1. Sensitif.
Suatu relay proteksi bertugas mengamankan suatu alat atau suatu bagian tertentu dari suatu sisitem tenaga listrik, alat atau bagian sisitem yang termasuk dalam jangkauan pengamanannya. Relay proteksi mendeteksi adanya gangguan yang terjadi di daerah pengamanannya dan harus cukup sensitif untuk mendeteksi gangguan tersebut dengan rangsangan minimum dan bila perlu hanya mentripkan pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu, sedangkan bagian sistem yang sehat dalam hal ini tidak boleh terbuka.
2. Selektif.
Selektivitas dari relay proteksi adalah suatu kualitas kecermatan pemilihan dalam mengadakan pengamanan. Bagian yang terbuka dari suatu sistem oleh karena terjadinya gangguan harus sekecil mungkin, sehingga daerah yang terputus menjadi lebih kecil. Relay proteksi hanya akan bekerja selama kondisi tidak normal atau gangguan yang terjadi didaerah pengamanannya dan tidak akan bekerja pada kondisi normal atau pada keadaan gangguan yang terjadi diluar daerah pengamanannya.
3. Cepat.
Makin cepat relay proteksi bekerja, tidak hanya dapat memperkecil kemungkinan akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan meluasnya akibat yang ditimbulkan oleh gangguan.
4. Handal.
Dalam keadaan normal atau sistem yang tidak pernah terganggu relay proteksi tidak bekerja selama berbulan-bulan mungkin bertahun-tahun, tetapi relay proteksi bila diperlukan harus dan pasti dapat bekerja, sebab apabila relay gagal bekerja dapat mengakibatkan kerusakan yang lebih parah pda peralatan yang diamankan atau mengakibatkan bekerjanya relay lain sehingga daerah itu mengalami pemadaman yang lebih luas. Untuk tetap menjaga keandalannya, maka relay proteksi harus dilakukan pengujian secara periodik.
5. Ekonomis.
Dengan biaya yang sekecilnya-kecilnya diharapkan relay proteksi mempunyai kemampuan pengamanan yang sebesar-besarnya.
6. Sederhana.
Perangkat relay proteksi disyaratkan mempunyai bentuk yang sederhana dan fleksibel.

E. Relai Arus lebih atau Over Current Relay (OCR)
Relai Arus Lebih merupakan salah satu relai proteksi yang digunakan untuk mengamankan trafo daya, Neutral Grounding Resistor (NGR), dan penyulang 20 kV. Relai ini bekerja dengan cara membandingkan arus yang yang terbaca dengan nilai setelannya, bila arus yang dibaca lebih besar dari pada nilai setelan maka relai akan menge-trip-kan Pemutus Tenaga (PMT) atau circuit breaker (CB) setelah waktu tertentu. Besarnya waktu tunda ini tergantung nilai setelan relai. Pada jaringan 20 kV Relai ini berfungsi untuk memproteksi SUTM terhadap gangguan antar fasa atau tiga fasa, dan pada trafo tenaga relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat antar fasa didalam maupun diluar daerah pengaman transformator,
F. Prinsip Kerja Relai Arus lebih atau Over Current Relay (OCR)
Relai arus lebih bekerja dengan membaca input berupa besaran arus kemudian membandingankan dengan nilai setting, apabila nilai arus yang terbaca oleh relai melebihi nilai setting, maka relai akan mengirim perintah trip (lepas) kepada Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) setelah tunda waktu yang diterapkan pada setting.
Relai arus lebih – OCR memproteksi instalasi listrik terhadap gangguan antar fasa. Sedangkan untuk memproteki terhadap gangguan fasa tanah digunakan relai Relai Arus Gangguan tanah atau Ground Fault Relay (GFR). Prinsip kerja GFR sama dengan OCR, yang membedakan hanyalah pada fungsi dan elemen sensor arus. OCR biasanya memiliki 2 atau 3 sensor arus (untuk 2 atau 3 fasa) sedangkan GFR ahnya memiliki satu sensor arus (satu fasa).
G. Karakteristik Waktu Kerja Relai Arus Lebih (OCR)
a. Relai arus lebih seketika (instanstaneous over current relay)
Relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja seketika ialah jika jangka waktu relai mulai saat relai arusnya pick up (kerja) sampai selesainya kerja relai sangat singkat (20-100 ms), yaitu tanpa penundaan waktu. Relai ini pada umumnya dikombinasikan dengan relai arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu (definite time) atau waktu terbalik (inverse time) dan hanya dalam beberapa hal berdiri sendiri secara khusus.
b. Relai arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu (Definite time over current relay)
Relai arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu ialah jika jangka waktu mulai relai arus pick up sampai selesainya kerja relai diperpanjang dengan nilai tertentu dan tidak tergantung dari besarnya arus yang menggerakan. Relai ini bekerja berdasarkan waktu tunda yang telah ditentukan sebelumnya dan tidak tergantung pada perbedaan besarnya arus.
c. Relai arus lebih dengan karakteristik waktu terbalik (Inverse time over current relay)
Relai dangan karakteristik waktu terbalik adalah jika jangka waktu mulai relai arus pick up sampai selesainya kerja diperpanjang dengan besarnya nilai yang berbanding terbalik dengan arus yang menggerakkan. Relai ini bekerja dengan waktu operasi berbanding terbalik terhadap besarnya arus yang terukur oleh relai. Relai ini mempunyai karakteristik kerja yang dipengaruhi baik oleh waktu maupun arus.
d. Inverse Definite Time Relay
Relai ini mempunyai karakteristik kerja berdasarkan kombinasi antara relai invers dan relai definite. Relai ini akan bekerja secara definite bila arus gangguannya besar dan bekerja secara inverse jika arus gangguannya kecil.
a. Instant
b. Definite
c. Inverse
d. Combination