BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
D. Hubung singkat rel dan trafo
Tabel 4.1. Data Hubung Singkat Rel Th. 2015 Grid.
Ik : Arus tunak/Steady state Ith : Arus Thevenin
Tabel 4.1 memperlihatkan data hubung singkat yang terjadi pada sistem Transmisi Tello - Panakkukang. Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa
32
hubung singkat terjadi di rel satu (BB1) tegangan 150 kV dengan nilai hubung singkat sebesar 8,60 kA yang disuplai dari kedua saluran yaitu Tello – Panakkukang I dan Tello – Panakkukang II dengan jumlah arus keduanya adalah masing-masing 4,30 kA. Sedangakan arus puncak hubung singkatnya adalah sebesar 20,94 kA dan arus pemutusannya adalah sebesar 8,22 kA. Hal ini mengartikan bahwa ketika terjadi hubung singkat dengan nilai hubung singkat melebihi dari jumlah setting arus pemutusan (Sk>Ib) maka CB akan trip,sesuai dengan nilai kapasitas CB yang digunakan dan nilai setting yang telah ditentukan.
Tabel 4.2. Data hubung singkat Trafo Th. 2015 Grid.
Tabel 4.2 memperlihatkan gangguan hubung singkat yang terjadi pada Trafo Daya GI Panakkukang pada tahun 2015. Besaran nilai arus hubung singkat terukur dalam satuan kA (kilo Ampere). Seperti yang tertera pada kolom 5, arus hubung singkat terjadi pada TD PNK 1 dengan nilai arus yang terukur adalah 5,52 kA (Ik”) dan arus puncak hubung singkatnya (Ip) sebesar 14,90 kA.
Begitupun TD PNK 3 juga terjadi hubung singkat dengan nilai 5,52 kA dan arus puncak hubung singkatnya sebesar 14,90 kA. Data selengkapnya dapat dilihat pada lampiran 3.
E. Kapasitas Circuit Breaker
Tabel 4.3. Kapasitas CB Terpasang GI Panakkukang
Tabel 4.4. Kapasitas CB Terhitung GI Panakkukang
CB MERK TIPE TEGANGAN
34
Tabel 4.5. Nilai Arus pada saat Hubung Singkat
Tabel 4.3, 4.4 dan 4.5 memperlihatkan perbandingan kapasitas CB terpasang di GI Panakkukang dengan nilai arus dan tegangan pada saat hubung singkat. Tabel 4.3 menjelaskan kapasitas CB terpasang sedangkan tabel 4.4 menjelaskan kapasitas CB terhitung dan tabel 4.5 menjelaskan besar arus dan tegangan pada saat hubung singkat.
Pada gambar 4.4 menjelaskan data arus beban Transmisi, diketahui arus tertinggi terjadi pada bulan Mei sebesar 169 A pada satu dan di line-dua sebesar 256 A. Kemudian pada tabel 4.3 menjelaskan arus kontinyu pada CB di line-satu 3150 A dan line-dua 1250 A. Hal tersebut mengartikan bahwa kapasitas CB mampu untuk meng-cover besaran arus yang terjadi pada saat hubung singkat. Begitupun dengan CB pada Trafo-1 dan Trafo-3.
Tabel 4.3 menjelaskan CB pada line-satu memiliki tegangan nominal sebesar 170 kV, Arus kontinyu 3150 A (3,15 kA) dan arus pemutusan 40 kA.
Sedangkan pada tabel 4.4 menjelaskan CB pada line-satu tegangan nominalnya 150 kV arus hubung singkat 4,30 kA dan arus pemutusan 40 kA. Hal tersebut mengartikan bahwa kapasitas CB pada line-satu tersebut sesuai dengan
CB MERK TIPE TEGANGAN
kebutuhan untuk menanggulangi gangguan yang terjadi karena nilai arus dan tegangan pada sistem masih dibawah dari nilai kapasitas CB tersebut.
Begitupun dengan CB pada line-dua, Trafo-1 dan Trafo-3 kapasitas dari masing-masing CB tersebut mampu untuk meng-cover arus dan tegangan pada sistem. Data selengkapnya dapat dilihat pada lampiran 1.
F. Analisis Rasio Trafo Arus
Penentuan rasio trafo arus didasarkan pada besarnya arus beban maksimal pada bay yang akan dipasangkan trafo arus tersebut. Berikut arus maksimal dari ke empat bay selama periode tahun 2015.
1) Saluran satu sebesar 171 A 2) Saluran dua sebesar 256 A 3) Trafo-1 sebesar 791 A 4) Trafo-3 sebesar 1521 A
Namun arus maksimal trafo tersebut pada sisi sekunder trafo, sedangkan yang dibutuhkan dalam penghitungan rasio adalah pada sisi primer.
Berikut penghitungan arus maksimal untuk sisi primer menggunakan rumus No.9.
1. Trafo-1
I max sekunder T1 = 791 A
I max primer = 791 / 7,5 = 105,4 Maka Imax primer T1 = 105,4 A
2. Trafo-3
I max sekunder T3 = 1521 A
I max primer = 1521 / 7,5= 202,8 A Maka I max primer T3 = 202,8 A
36
Berikut penghitungan rasio CT sisi primer menggunakan rumus No.8.
1. Line-1
Tabel 4.6. Komparasi Rasio Trafo Arus Terpasang dengan Rasio Terhitung
CT MERK RASIO
Tabel 4.6 merupakan perbandingan dari hasil analisis rasio CT terhitung dengan rasio CT terpasang pada GI Panakkukang. Pada sisi sekunder rasio trafo CT, tergantung pada kelas peralatan proteksi ataupun pengukuran yang digunakan, biasanya hanya menerima arus dengan dua nominal yaitu 0–1 A (untuk kelas peralatan 1 A) dan 0–5 A (untuk kelas peralatan 5 A). Begitupun pada GI Panakkukang sisi sekunder pada beberapa CT-nya menggunakan nilai
1 – 5 A.
Hasil dari penghitungan rasio CT di komparasi dengan rasio CT standar (standard ratings CT & VT, IEEE_ABB.Inc), seperti pada Gambar 4.2.
hasil yang mendekati dengan nilai standar kemudian dipilih sebagai rasio CT minimal untuk digunakan.
Gambar 4.6. Standard Ratings CT & VT_IEEE, ABB Inc.
Rasio CT pada masing-masing bay yang terhubung dengan rel 150 kV GI Panakkukang memiliki rasio CT yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada
38
tabel 4.6 dimana Tello line-satu dan Tellol line-dua menggunakan rasio CT 800/5, Trafo-1 rasio CT 200/5 dan Trafo-3 menggunakan rasio CT 300/5.
Agar keandalan sistem dapat diperoleh maka rasio CT tertinggi dari rasio terhitung dipilih sebagai rasio CT ideal yang kemudian digunakan pada kedua bay yaitu 400/5 (rasio CT sama pada setiap bay).
G. Analisis Setelan Relai Diferensial untuk Gangguan antar Fase
Rasio CT yang digunakan sama pada setiap bay yaitu`bay line 1 dan line 2, bay Trafo 1 dan Trafo 3 maka relai diferensial dengan impedansi tinggi cocok digunakan. Desain setelan dibuat dalam dua skenario yaitu berdasarkan pada rasio CT terhitung dan rasio CT terpasang di GI Panakkukang. Desain setelan relai menggunakan rumus No.6 dan No.7.
Berikut di bawah ini desain setelan relai untuk rasio CT terhitung/ideal 400/5 untuk sistem proteksi gangguan hubung singkat antar fase. rel 150 kV pada GI Panakkukang.
1. Desain Setelan untuk Rasio CT Terhitung (400/5) IF = 19,14 kA = 19.140 A
Jadi, rasio CT yang diperoleh adalah 80.
Rs = 0,2868 Ohm (Resistan sekunder CT 400/5) P = 8.600 A
RL = 0,260432 Ohm (Resistan Tipe AWG12 / 50 m)
Jadi setelan relai yang diperoleh adalah 57,16 A. Relai akan bekerja ketika nilai arus gangguan yang terbaca oleh relai 10% lebih besar dari arus setelan.
Artinya, arus gangguan yang akan meyebabkan relai bekerja:
57,16 x 110% = 62,87 Ampere.
Setelah hasil desain setelan relai diperoleh maka selanjutnya dilakukan uji performansi pada gangguan hubung singkat tiga-fase dan dua-fase yang diperoleh dari data Hubung singkat rel pada GI Panakkukang.
a. Uji Performansi Setelan Relai dengan Rasio CT 400/5 pada Gangguan
40
Karena IR pada saat hubung singkat tiga-fase terjadi direl 150 kV lebih besar dari setelan relai 62,87 A maka hal ini mengakibatkan relai akan bekerja.
a.2. Jenis gangguan dua-fase I3 = 8.600 A
I2 = 8.600 x √ = 7.447 A N = 400/5
= 80
RS = 0,2868 Ohm (Resistansi sekunder CT 400/5) RL = 0,260432 Ohm (Resistansi Tipe AWG12 / 50 m) setelan relai 62,87 A maka hal ini mengakibatkan relai akan bekerja.
b. Uji Performansi Setelan Relai dengan Rasio CT 400/5 pada Gangguan
IR pada setelan relai 62,87 A lebih besar dengan IR pada saat hubung singkat tiga -fase terjadi direl 20 kV maka hal ini mengakibatkan relai tidak akan bekerja.
b.2. Jenis gangguan dua-fase IF = 19,14 kA = 19.140 A N = 400/5
= 80
42
Karena IR pada setelan relai 62,87 A lebih besar dari IR pada saat hubung singkat dua-fase terjadi di-rel 20 kV maka hal ini mengakibatkan relai tidak akan bekerja.
Berikut dibawah ini desain setelan relai untuk rasio CT terpasang 800/5 untuk sistem proteksi gangguan hubung singkat antar fase. rel 150 kV pada GI Panakkukang.
2. Desain Setelan untuk Rasio CT Terpasang (800/5) IF = 2.552 A
N = 800/5
= 160
Jadi, rasio CT yang diperoleh adalah 160
RS = 0,3519 Ohm (Resistansi sekunder CT 800/5) P = 8.600 A
RL = 0,260432 Ohm (Resistansi Tipe AWG12 / 50 m)
Jadi setelan relai adalah 28,58 A. Relai akan bekerja ketika nilai arus gangguan yang terbaca oleh relai 10% lebih besar dari arus setelan. Artinya, arus gangguan yang akan meyebabkan relai bekerja 28,58 x 110% = 31,43 Ampere.
Setelah hasil desain setelan relai diperoleh maka selanjutnya dilakukan uji performansi pada gangguan hubung singkat tiga-fase dan dua-fase yang diperoleh dari data Hubung singkat rel pada GI Panakkukang.
a. Uji Performansi Setelan Relai dengan Rasio CT 800/5 pada Gangguan
44
VS = 120.390 IR = 1,6 x
IR = 96,31 A
Karena IR pada saat hubung singkat tiga-fase terjadi di-rel 150 kV lebih besar dari setelan relai 31,43 A maka hal ini menyatakan bahwa relai akan bekerja.
a.2. jenis gangguan dua-fase I3 = 8.600 A
I2 = 8.600 x √ = 7.447 A N = 800/5
= 160
RS = 0,3519 Ohm (Resistansi sekunder CT 800/5) RL = 0,260432 Ohm (Resistansi Tipe AWG12 / 50 m) VS =
x (0,3519 + 8.600 x 0,260432) VS =
x 2.239,81 VS = 104.249
IR = 1,6 x
IR = 83,399 A
Karena IR pada saat hubung singkat dua-fase di-rel 150 kV lebih besar dari setelan relai 31,43 A maka hal ini berakibat relai akan bekerja.
b. Uji Performansi Setelan Relai dengan Rasio CT 800/5 pada Gangguan
IR pada setelan relai 31,43 A lebih besar dengan IR pada saat hubung singkat tiga -fase terjadi di-rel 20 kV maka hal ini menyatakan bahwa relai tidak akan bekerja.
b.2. Jenis gangguan dua-fase IF = 19,14 kA = 19.140 A N = 800/5
= 160
46
RS = 0,3519 Ohm (Resistansi sekunder CT 800/5) P = 8.600 A
RL = 0,260432 Ohm (Resistansi Tipe AWG12 / 50 m) I2 20 kV = 19.140 x √ = 16.575 A
=
= 2.210 A VS =
x (0,3519 + 8.600 x 0,260432) VS =
x 2.239,81 VS = 30.937,33 A IR = 1,6 x
IR = 24,75 A
Karena IR pada setelan relai 31,43 A lebih besar dari IR pada saat hubung singkat dua-fase terjadi di-rel 20 kV maka hal ini mengakibatkan relai tidak akan bekerja.
Data resistan konduktor (RL) selengkapnya pada lampiran 4 dan resistan sekunder CT (RS) pada lampiran 5.
H. Desain Skema Proteksi Primer Rel GI Panakkukang
Gambar 4.7. Skema Desain Proteksi Primer Rel GI Panakkukang
48 terpasang pada GI Panakkukang adalah 800/5.
2. Setelan relai untuk rasio terhitung / ideal 400/5 adalah 57,16 A, sedangkan untuk rasio terpasang 800/5 adalah 28,16 A.
3. Hasil uji performa untuk setelan rasio CT ideal 400/5 adalah : a. IR gangguan 3-fase internal rel 150 kV = 192, 621 A gangguan eksternal tidak mengakibatkan relai bekerja karena IR pada setelan relai lebih besar dari IR pada gangguan eksternal. Maka hal ini menyatakan relai bekerja dengan baik.
4. Hasil uji performa untuk setelan rasio CT terpasang 800/5 : a. IR gangguan 3-fase internal rel 150 kV = 96, 312 A
gangguan eksternal tidak mengakibatkan relai bekerja karena IR pada setelan relai lebih besar dari IR pada gangguan eksternal. Maka hal ini menyatakan relai bekerja dengan baik.
B. Saran
Oleh karena setelan hanya bisa didasarkan pada gangguan direl 20 kV, maka ada kemungkinan relai proteksi akan bekerja (pick up) untuk gangguan di trafo. Penelitian selanjutnya dapat melengkapi data hubung singkat dari GI Panakkukang dan melakukan simulasi software misalnya PSCAD untuk mendapatkan data hubung singkat pada trafo daya GI Panakkukang.
50
Daftar Pustaka
ABB Automation Products AB.1998, Busbar differential protection, Substation Automation Division, Sweden.
Alhosseini Hejazi Nima.2015. ES 586b, Theory and Application of Protective Relays. [1] Elmore, W.A., “Protective Relaying Theory and Applications”, Basel, New York, 2004, [2] Alstom, “Network protection and automation guide”, Alstom, 2002.
American Wire Guage (AWG) Wire Sizes
Black Burn J. Lewis, 1987, Proctective Relaying Principles and Applications,(328-358), Marcel Dekker Inc,270 Madison Avenue, Newyork 10016
CALOTĂ Oniţa, 2012, Behaviour Of The Busbars Differential, U.P.B. Sci. Bull., Series C, Vol. 74, Iss. 2, 2012.
Fadyen Mc Steven on, Fault Calculations - Introduction July 1st, 2012 Kasztenny B & Brunello G Spokane. 2002. Modern Cost- EfficientDigital
Busbar Protection Solutions, GE Power Management 215 Anderson Avenue Markham, Ontario Canada L6E 1B3.
Mason,R.C1979, Mc Graw Hill, The Art and Science of Protective Relaying.
Protection Under Transient Conditions,
P.T. PLN (Persero), Buku Pedoman Pengujian Relay Ocr Dan Gfr. 2014.
P.T. PLN (Persero), Pola Proteksi Gardu Induk. 2014.
Wildi T, 2006, Chapter 26 Distribution of Electrical Energy, Electrical Machine, Driver and Power Sistem.
www.OmicronEnergy.com © OMICRON Page 50
52
Lampiran 2. Data Hubung Singkat Rel
Lampiran 3. AWG Resistan Konduktor
54
Lampiran 4. Resistan Sekunder CT Rasio 400/5 (X4-X5) dan CT Rasio 800/5 (X1-X4)
Lampiran 5. Data beban dan arus pada line dan trafo GI Panakkukang tahun 2015
Keterangan
: Beban tertinggi
: Arus tertinggi
Saturday, June 18, 2016 7:08 AM
L.1. single Line Tragi Panakkukang