CITEREUP
SKRIPSI
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat
Strata-1 Pada Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh:
YUGI SUPANGGAH
20130120047
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
YOGYAKARTA
iv
Nama : Yugi Supanggah
NIM : 20130120047
Jurusan : Teknik Elektro
Dengan ini menyatakan bahwa naskah skripsi ini merupakan hasil karya sendiri dan bersifat original sehingga tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 25 Februari 2017 Yang menyatakan,
v Skripsi ini penulis persembahkan untuk :
Mama yang terbaik dalam segala hal. Bapak yang terus sabar dalam
hal mendoakan dan menyemangatkan penulis. Kakak-kakak tercinta, mas
Apri, mbak Yul,mas Indung, mbak Poni, mbak Pipi , mbak Uci dan adik satu
satunya Ridho. Dan spesial Thanks juga untuk Febthia Rika yang sudah
vi
Assalammu’alaikum Wr. Wb.
Dengan mengucapkan Basmallah dan Hamdallah penulis panjatkan akan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan skripsi dengan judul:
“ANALISIS KELAYAKAN KOORDINASI RELE OCR PADA SISTEM
KELISTRIKAN PLANT 8
PT INDOCEMENT TUNGGAL PRAKARSA TBK
CITEREUP”
Berbagai upaya telah penulis lakukan untuk menyelesaikan skripsi ini, tetapi karena keterbatasan kemampuan penulis, maka penulis meminta maaf yang sebesar-besarnya karena masih banyak kekurangan dalam penyusunan laporan skripsi ini, baik dalam susunan kata, kalimat maupun sistematika pembahasannya. Penulis berharap laporan skripsi ini dapat memberikan sumbangan yang cukup positif bagi penulis khususnya dan pembaca sekalian pada umumnya.
Terwujudnya Laporan Skripsi ini tidak lepas dari bantuan dan dorongan berbagai pihak yang sangat besar. Dan dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan rasa terima kasih kepada :
vii
4. Pak Rahmat Adiprasetya dan Ibu Anna selaku Dosen Pembimbing yang telah berkenan meluangkan waktu dan pikiran dalam penyelesaian tugas akhir ini.
5. Bapak Slamet sebagai penguji pendadaran.
6. Segenap Dosen pengajar di Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, terimakasih atas segala bantuan yang telah diberikan.
7. Staf Laboratorium Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
8. Temen temen dekat, Abu , Bismar , Ikhfan ,Ibnu, Nur zaidatur, Rofy, temen temen Kontrakan, Temen KMTE dari zaman mas Cahya sampe Hadyan, temen kelas A 2013,dan temen angkatan 2012, 2013, 2014.
9. Seluruh rekan-rekan Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
10.Ibu Fadia selaku pembimbing KKN, rekan-rakan KKN kelompok 60, dan warga Sumber Kidul.
11.Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung mendukung penulis.
viii
Yogyakarta, 25 Febuari 2017 Yang menyatakan,
ix
Lembar Pengesahan ... ii
Halaman Pernyataan... iii
Lembar Pengesahan Skripsi ... iv
Persembahan ... v
Kata Pengantar ... vi
Daftar Isi... ix
Daftar Gambar ... xii
Daftar Tabel ... xiii
Intisari ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 2
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
Bab II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kajian Pustaka ... 5
2.2 Landasan Teori ... 6
2.2.1 Proteksi Sistem Tenaga Listrik ... 6
2.2.1.1Tujuan Proteksi ... 7
2.2.1.2Persyaratan Sistem Proteksi ... 8
2.2.1.3Penyebab Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik ... 11
2.2.1.4Jenis Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik ... 12
2.2.2 Zona Proteksi Sistem Tenga Listrik ... 14
x
2.2.3.4Rele Proteksi ... 17
2.2.4 Kompnen Proteksi Sistem Tenaga Listrik ... 18
2.2.4.1Potential Transformer ... 18
2.2.4.2Current Transformer ... 19
2.2.4.3Jenis Rele Proteksi ... 20
2.2.4.4Pemutus Tenaga(Circuit Breaker) ... 21
2.2.4.5DC System Power Supply ... 22
2.2.5 Proteksi Overcurrent Relay (OCR) ... 23
2.2.6 Pengaturan Overcurrent Relay (OCR) ... 26
2.2.6.1Perhitungan Impedansi ... 26
2.2.6.2Perhitungan Arus Nominal (FLA) ... 28
2.2.6.3Perhitungan Arus Hubung Singkat ... 29
2.2.6.4Perhitungan Nilai Pickup Lowset ... 29
2.2.6.5Perhitungan Nilai Time Dial Lowset ... 30
2.2.6.6Perhitungan Nilai Highset Rele Seketika ... 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian... 32
3.2 Langkah Langkah Penyusunan Karya Tulis ... 33
BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data yang Diperoleh ... 37
4.1.1 Data Kabel ... 37
4.1.2 Data Beban ... 38
4.1.3 Data Sheet Transformator ... 38
4.1.4 Data Sumber Listrik feeder Plant 8 ... 39
4.1.5 Single Diagram Plant 8 ... 39
xi
4.2.3 Gangguan pada Motor E2M 329 (Raw Mill 2) ... 46
4.3 Perhitungan Manual Setting Rele OCR ... 48
4.3.1 Perhitungan Impedansi ... 48
4.3.2 Perhitungan Arus Nominal ... 50
4.3.3 Perhitungan Arus Hubung Singkat ... 52
4.3.4 Perhitungan Arus Pickup Lowset Rele ... 54
4.3.5 Perhitungan Time Dial ( TMS ) Rele ... 56
4.3.6 Perhitungan Arus Setting Rele Seketika pada OCR ... 58
4.4 Unjuk Kerja Sistem Pengaman OCR Setelah Resetting ... 60
4.4.1 Gangguan pada Beban N2T 901 (Sement Mill 2) ... 60
4.4.2 Gangguan pada Beban K2T 903 (Kiln 2) ... 63
4.4.3 Gangguan pada Motor E2M 329 (Raw Mill 2) ... 65
BAB V PENUTUP 5.1Kesimpulan ... 67
5.2Saran ... 67
xii
Gambar 2.2 Zona Proteksi pada Komponen Jaringan ... 14
Gambar 2.3 Zona Proteksi Pendukung ... 15
Gambar 2.4 Tipe Bar Primary ... 20
Gambar 2.5 Tipe Wound Primary ... 20
Gambar 2.6 Karakteristik OCR Invers ... 23
Gambar 2.7 Tipe Karakteristik OCR Invers ... 24
Gambar 2.8 Karakteristik OCR Definite Time ... 25
Gambar 2.9 Karakteristik OCR Instantaneouse Time ... 26
Gambar 3.1 Flowchart Metodologi Penulisan ... 33
Gambar 3.2 Peta Lokasi PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk ... 34
Gambar 4.1 Single Diagram Feeder 1 (P 8.2) ... 40
Gambar 4.2 Single Diagram Feeder 2 (P 8.1) ... 41
Gambar 4.3 Kondisi abnormal pada motor N2T 901 ... 44
Gambar 4.4 Kurva koordinasi kondisi abnormal pada beban N2T 901 ... 44
Gambar 4.5 Kondisi abnormal pada K2T 903 ... 45
Gambar 4.6 Kurva koordinasi kondisi abnormal pada K2T 903 ... 45
Gambar 4.7 Kondisi abnormal pada Motor E2M 329 ... 46
Gambar 4.8 Kurva koordinasi kondisi abnormal pada Motor E2M 329 ... 47
Gambar 4.9 Rangkaian Ekuivalen ... 52
Gambar 4.10 Kondisi abnormal pada motor N2T 901 resetting ... 61
Gambar 4.11 Kurva koordinasi kondisi abnormal pada N2T 901 resetting ... 62
Gambar 4.12 Kondisi abnormal pada Beban K2T 903 resetting ... 63
Gambar 4.13 Kurva koordinasi kondisi abnormal pada K2T 903 resetting ... 64
Gambar 4.14 Kondisi abnormal pada Motor E2M 329 resetting ... 65
xiii
Tabel 4.1 Data Sheet Kabel XLPE ... 37
Tabel 4.2 Data Kabel XLPE yang digunakan Plant 8 ... 37
Tabel 4.3 Data Sheet Beban Plant 8 ... 38
Tabel 4.4 Data Transformator Plant 8 ... 39
Tabel 4.5 Data Sumber PLN Plant 8 ... 39
Tabel 4.6 Data Setting Rele OCR Plant 8 ... 42
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Impedansi Kabel ... 49
Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Arus Nominal ... 51
Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Arus Hubung Singkat BUS ... 54
Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Arus Pickup Lowset Rele ... 55
Tabel 4.11 Hasil Perhitungan TMS Lowset Rele ... 57
xiv
meningkatnya laju ekonomi yang akhirnya berpengaruh terhadap peningkatan perkiraan kapasitas penggunaan energi listrik. Plant 8 yang terdapat di PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk memerlukan sistem kelistrikan yang handal, baik suplai daya listriknya, backup sistem kelistrikannya ,maupun sistem pengamanannya yang menjadi hal penting
Sistem proteksi berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik dari kemungkinan kerusakan akibat gangguan yang terjadi, penelitian ini membahas tentang identifikasi, analisa dan evaluasi sistem proteksi yang ada pada plant 8 PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk serta menggunakan Software ETAP 12.6 sebagai simulator utama untuk mendapatkan hasil simulasi yang dilakukan.
Hasil simulasi rele OCR sebelum dievaluasi menunjukkan bahwa sistem proteksi yang diaplikasikan pada Plant 8 kurang memenuhi standar yang ditentukan. Maka dengan hal tersebut dilakukan evaluasi dengan melakukan perhitungan manual untuk mendapatkan hasil evaluasi yang baik dan dapat memecahkan masalah koordinasi yang terjadi pada Plant 8. Hasil simulasi rele OCR setelah evaluasi koordinasi dilakukan menunjukkan bahwa sistem proteksinya telah memenuhi standar yang telah ditentukan.
xiv
meningkatnya laju ekonomi yang akhirnya berpengaruh terhadap peningkatan perkiraan kapasitas penggunaan energi listrik. Plant 8 yang terdapat di PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk memerlukan sistem kelistrikan yang handal, baik suplai daya listriknya, backup sistem kelistrikannya ,maupun sistem pengamanannya yang menjadi hal penting
Sistem proteksi berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik dari kemungkinan kerusakan akibat gangguan yang terjadi, penelitian ini membahas tentang identifikasi, analisa dan evaluasi sistem proteksi yang ada pada plant 8 PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk serta menggunakan Software ETAP 12.6 sebagai simulator utama untuk mendapatkan hasil simulasi yang dilakukan.
Hasil simulasi rele OCR sebelum dievaluasi menunjukkan bahwa sistem proteksi yang diaplikasikan pada Plant 8 kurang memenuhi standar yang ditentukan. Maka dengan hal tersebut dilakukan evaluasi dengan melakukan perhitungan manual untuk mendapatkan hasil evaluasi yang baik dan dapat memecahkan masalah koordinasi yang terjadi pada Plant 8. Hasil simulasi rele OCR setelah evaluasi koordinasi dilakukan menunjukkan bahwa sistem proteksinya telah memenuhi standar yang telah ditentukan.
1
1.1. LATAR BELAKANG
Listrik merupakan kebutuhan primer dari berbagai macam kegiatan manusia dimana kualitas dan kontinuitas dalam pelayanan penyediaan listrik menjadi hal yang penting. Hal ini menuntut penyedia energi listrik untuk meningkatkan kehandalannya dalam penyaluran energi listrik terhadap beban yang terpasang. Penggunaan listrik merupakan faktor yang penting dalam kehidupan masyarakat, baik pada sektor rumah tangga, penerangan, komunikasi, industri dan sebagainya.
Industri merupakan sektor yang mempunyai andil sangat besar dalam meningkatkan pertumbuhan perekonomian di Indonesia. Apabila industri berkembang dengan pesat akan berakibat kepada meningkatnya laju ekonomi yang akhirnya berpengaruh terhadap peningkatan perkiraan kapasitas penggunaan energi listrik.
Untuk meningkatkan keandalan sistem kelistrikan serta meminimalisir adanya gangguan, diperlukan peralatan proteksi. Adanya gangguan pada sistem dapat menyebabkan kerusakan sistem dan peralatan listrik. Selain itu adanya gangguan dapat mengganggu kontinuitas dan keandalan sistem. Sehingga peralatan proteksi yang ada diharapkan dapat bekerja optimal dalam mengalokasi gangguan maupun menjaga sistem agar tetap baik, serta menghindarkan dari rusaknya peralatan.
Sistem proteksi memegang peranan penting dalam keberlangsungan dan keamanan terhadap penyaluran energi listrik ke beban. Sistem proteksi berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik dari kemungkinan kerusakan akibat gangguan yang terjadi, melokalisasi daerah sistem yang mengalami gangguan, dan mengatasi masalah gangguan dengan waktu minimal, sehingga stabilitas sistem tetap terjaga dan juga dapat mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.
Pada saat ini sistem proteksi yang digunakan oleh Plant 8 salah satunya adalah menggunakan overcurrent relay (OCR) atau rele arus lebih. Rele ini di berfungsi untuk mendeteksi adanya gangguan yang menyebabkan arus berlebih pada sistem. Koordinasi antar rele yang terpasang pada sistem kelistrikan plant 8 menjadi hal yang harus dilakukan untuk meciptakan sistem proteksi yang baik dan dapat meminimalkan kerusakan apabila terjadi gangguan.
1.2. RUMUSAN MASALAH
Mengacu pada latar belakang diatas, maka perlu dilakukan analisis simulasi koordinasi OCR pada sistem kelistrikan plant 8 PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk untuk mengetahui keandalan sistem kelistrikan dan untuk mendapatkan sistem koordinasi yang lebih selektif dengan melakukan pengaturan ulang pada koordinasi rele proteksi tersebut.
1.3. BATASAN MASALAH
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis membatasi masalah pada : 1. Koordinasi pengaturan arus dan waktu overcurrent relay (OCR) pada penyulang
Plant 8 PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk.
2. Penggunaan software ETAP 12.6 sebagai penyimulasi kerja overcurrent relay . 3. Rele yang ditinjau hanya rele OCR jaringan listrik plant 8 PT Indocement
Tunggal Prakarsa, Tbk.
1.4. TUJUAN PENELITIAN
Dalam penulisan tugas akhir ini, ada beberapa tujuan yang ingin dicapai yaitu :
1. Mengidentifikasi sistem proteksi pada jaringan listrik plant 8 2. Menjelaskan kesesuaian setting Relay OCR di lapangan.
3. Menganalisis koordinasi proteksi overcurrent relay (OCR) setelah dilakukan resetting dan simulasi dengan menggunakan ETAP 12.6.
1.5. MANFAAT PENELITIAN
1. Sebagai masukan bagi PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk dalam proses setting OCR.
2. Untuk memberikan keandalan sistem proteksi dalam mendeteksi ketika terjadi gangguan dan berkoordinasi dengan lebih selektif.
3. Sedangkan bagi ilmu pengetahuan adalah sebagai landasan dalam bidang koordinasi peralatan proteksi dan menambah kepustakaan ketenagalistrikan tentang koordinasi proteksi pada suatu jaringan listrik.
1.6. SISTEMATIKA PENULISAN
1. Studi Kepustakaan
Studi ini dilakukan dangan cara melihat dan mencari literature yang sudah ada untuk memperoleh data yang berhubungan dengan analisis pada penulisan skripsi.
2. Metode Bimbingan
Untuk mendapatkan pengarahan dan petunjuk pembuatan Skripsi dari Dosen Pembimbing ataupun dari pihak lain, sehingga pembuatan skripsi dapat berjalan lancar.
3. Metode Survei
Berupa peninjauan ke lokasi dan diskusi dengan pihak-pihak yang terkait dalam penulisan skripsi ini.
4. Penyusunan Laporan
5
2.1. Kajian Pustaka
Berikut ini adalah beberapa rujukan penelitian yang pernah dilakukan untuk mendukung penulisan tugas akhir ini, antara lain :
Amin Harist (2016) melakukan penelitian mengenai Analisis Koordinasi Proteksi Pada Sistem Distribusi Radial. Dari penelitian ini di simpulkan bahwa proteksi yang digunakan pada jaringan distribusi adalah Relay arus lebih atau Over Current Relay (OCR) dan Rele gangguan tanah (GFR). OCR berfungsi didasarkan adanya kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengaman tertentu dan dalam jangka waktu tertentu, sehingga rele ini dapat dipakai sebagai pengaman arus lebih. Hasil simulasi yang Amin lakukan menunjukkan bahwa koordinasi proteksi yang baik adalah relay yang terletak paling dekat dengan gangguan akan bekerja terlebih dahulu dan relay incomingnya menjadi backup.
Penelitian yang berjudul Analisis Rele Pengaman Peralatan dan Line Transmisi Switchyard Gitet Baru 500kV PT PLN(PERSERO) di Kediri dilakukan oleh Muhammad Rafi (2013). Dari penulisan yang Ia lakukan didapat kesimpulan bahwa apabila terjadi perbedaan arus yang melebihi arus pengaturan pada rele maka rele akan bekerja dan untuk mengamankan trafo dilakukan perhitungan slope yang selanjutnya dibandingkan dengan pengaturan yang ada dan dibandingkan juga dengan batas standart slope rele yang telah ditentukan .
Gisa Gumilang (2013) juga melakukan penelitian tentang Evaluasi Kelayakan Koordinasi Rele Pengaman Pada Sistem Kelistrikan Pabrik Semen Di Jawa Barat. Dari penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa terdapat beberapa miss coordination dan overlapping antara rele utama dan backup yang berhasil dilakukan pengaturan ulang dan dapat dikatakan bahwa koordinasi kerja antar rele dapat berjalan dengan baik dan sesuai dengan urutannya .
2.2. Landasan Teori
2.2.1. Proteksi Sistem Tenaga Listrik
Dengan memanfaatkan sistem proteksi maka kerusakan yang terjadi pada komponen jaringan saat terjadi gangguan dapat diminimalkan bahkan dapat dihidari dengan syarat sistem proteksi yang diaplikasikan memiliki kualitas yang baik. Untuk mendapatkan sistem proteksi yang baik dan keandalan tinggi maka sistem proteksi harus memiliki kemampuan untuk melakukan koordinasi dengan sistem pengaman yang lain dari sisi sumber sampai ke beban dan dapat mengamankan peralatan dari kerusakan yang lebih luas akibat gangguan yang terjadi.
2.2.1.1. Tujuan Proteksi
Tujuan utama proteksi adalah untuk mencegah terjadinya gangguan atau memadamkan gangguan yang telah terjadi dan melokalisirnya, dan membatasi pengaruh-pengaruhnya, biasanya dengan mengisolir bagian-bagian yang terganggu tanpa mengganggu bagian- bagian yang lain.
Ada pula tujuan lainnya yaitu:
1. Memperkecil luas daerah lokalisir pada saat terjadi gangguan.
2. Merasakan, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta memutuskan dengan waktu seminimal mungkin.
3. Untuk mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh listrik. 4. Memberikan pelayanan listrik yang memiliki keandalan tinggi terhadap
2.2.1.2. Persyaratan Sistem Proteksi
1. Kepekaan (Sensitivity)
Sensitifitas adalah kepekaan rele proteksi terhadap segala macam gangguan dengan tepat yakni gangguan yang terjadi di daerah perlindungannya. Kepekaan suatu sistem proteksi ditentukan oleh nilai terkecil dari besaran penggerak saat peralatan proteksi mulai beroperasi. Nilai terkecil besaran penggerak berhubungan dengan nilai minimum arus gangguan dalam daerah yang dilindunginya
2. Keandalan (Reliability)
Suatu sistem proteksi dapat dikatakan andal jika selalu berfungsi sebagaimana yang diharapkan. Sistem proteksi disebut tidak andal bila gagal bekerja pada saat dibutuhkan dan bekerja pada saat proteksi itu tidak seharusnya bekerja. Keandalan rele dikatakan cukup baik bila mempunyai harga 90-99 %. Keandalan dapat dibagi 2 macam, yaitu :
a. Dependability
Yaitu tingkat kepastian untuk mampu bekerja saat terjadi gangguan tinggi. Dapat mendeteksi dan melepaskan bagian yang terganggu secara pasti dan tidak gagal bekerja.
b. Security
3. Selektivitas (Selectivity) dan Diskriminatif
Selektif berarti suatu sistem proteksi harus dapat memilih bagian sistem yang harus diisolir apabila rele proteksi mendeteksi gangguan. Bagian yang dipisahkan dari sistem yang sehat sebisanya adalah bagian yang terganggu saja. Diskriminatif berarti suatu sistem proteksi harus mampu membedakan antara kondisi normal dan kondisi abnormal. Ataupun membedakan apakah kondisi abnormal tersebut terjadi di dalam atau di luar daerah proteksinya, dengan demikian segala tindakannya akan tepat .
(Sumber : http://www.kuliahelektro.blogspot.co.id/2011/03/proteksi-sistem-tenaga-listrik-dan.html)
Gambar 2.1. Contoh gangguan
Dapat dilihat dari contoh gambar diatas, apabila terjadi gangguan pada titik K, maka hanya CB6 saja yang akan bekerja sedangkan untuk CB1 sampai dengan CB7 tidak boleh bekerja.
4. Kecepatan (speed)
stabilitas operasi. Untuk memperkecil kerugian/kerusakan akibat gangguan, maka bagian yang terganggu harus dilepaskan secepat mungkin dari bagian sistem lainya. Keterlambatan melepaskan sistem yang terganggu dapat mengakibatkan gangguan kestabilan pada sistem atau dapat merusak peralatan dan komponen jaringan yang disebabkan oleh thermal stress.
5. Ekonomis
Suatu perencanaan teknik yang baik tidak terlepas tentunya dari pertimbangan nilai ekonomisnya. Suatu rele proteksi yang digunakan hendaknya memiliki nilai seekonomis mungkin dengan tidak mengesampingkan fungsi dan keandalannya.
Tipe Proteksi Ada dua kategori proteksi yang dikenal yaitu proteksi utama (main protection) dan proteksi pembantu (back up protection). Proteksi utama dalah pertahanan utama dan akan membebaskan gangguan pada bagian yang akan diproteksi secepat mungkin. Mengingat keandalan 100 % tidak hanya dari perlindungan tetapi juga dari trafo arus, trafo tegangan dan pemutus rangkaian yang tidak dapat dijamin, untuk itu diperlukan perlindungan pembantu (auxiliary protection) pada alat proteksi tersebut.
2.2.1.3. Penyebab Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik
Sistem tenaga listrik merupakan suatu sistem yang melibatkan banyak komponen yang sangat kompleks. Oleh karena itu, ada beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya gangguan pada sistem tenaga listrik, antara lain sebagai berikut :
1. Faktor Manusia (Human Error)
Faktor ini menyangkut pada kesalahan atau kelalaian manusia dalam memberikan perlakuan pada sistem yang tidak sesuai dengan standar penetapan. Misalnya salah menyambung rangkaian, keliru dalam mengkalibrasi suatu piranti pengaman, dan sebagainya.
2. Faktor Internal
Faktor ini menyangkut gangguan-gangguan yang berasal dari sistem itu sendiri. Misalnya usia pakai komponen sudah lama (ketuaan), kondisi komponen yang sudah aus, dan lain sebagainya. Hal ini bisa mengurangi sensitivitas rele pengaman, juga mengurangi daya isolasi peralatan listrik lainnya.
3. Faktor Eksternal
2.2.1.4. Jenis Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik
Jenis gangguan yang terjadi dalam sistem tenaga listrik diantaranya sebagai berikut :
1. Tegangan Lebih ( Over Voltage )
Tegangan lebih merupakan suatu gangguan akibat tegangan pada sistem tenaga listrik lebih besar dari yang telah ditetapkan. Gangguan tegangan lebih dapat terjadi karena kondisi external dan internal. Kondisi internal terutama karena isolasi akibat perubahan yang mendadak dari kondisi rangkaian. Misalnya operasi hubung pada saluran tanpa beban, perubahan beban yang mendadak, operasi pelepasan pemutus tenaga yang mendadak akibat hubungan singkat pada jaringan, kegagalan isolasi, dan sebagainya. Kondisi external terutama akibat adanya sambaran petir. Petir terjadi disebabkan oleh terkumpulnya muatan listrik, yang mengakibatkan bertemunya muatan positif dan negatif. Pertemuan ini berakibat terjadinya beda tegangan antara awan bermuatan posisif dengan muatan negatif, atau awan bermuatan positif atau negatif dengan tanah. Bila beda tegangan ini cukup tinggi maka akan terjadi loncatan muatan listrik dari awan ke awan atau dari awan ke tanah.
akan berakibat dapat terjadinya loncatan muatan dari menara ke penghantar fasa.
Pada penghantar fasa ini akan terjadi tegangan tinggi dan gelombang tegangan tinggi petir yang sering disebut surja petir. Surja petir ini akan merambat atau mengalir menuju ke peralatan pada jaringan.
2. Hubung Singkat (Short Circuit)
Hubung singkat adalah terjadinya hubungan antar penghantar bertegangan atau penghantar tidak bertegangan secara langsung yang tidak melalui media (resistor/ beban) sehingga terjadi aliran arus yang tidak normal (sangat besar). Hubung singkat merupakan jenis gangguan yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik
Arus listrik yang terjadi akibat hubung singkat dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan jika rele proteksi dan pemutus tenaga tidak tersedia untuk mengamankan jaringan. Berikut ini adalah jenis gangguan hubung singkat yang terjadi pada sistem tenaga listrik :
a. Gangguan Simetris
Gangguan simetris yaitu gangguan hubung singkat 3(tiga) fase, baik itu 3(tiga) fase ke tanah maupun 3(tiga) fase tanpa tanah. Gangguan ini memiliki persamaan nilai hubung singkat yang paling besar.
b. Gangguan Tak Simetris
ke tanah, fase ke fase dan lainya. Perhitungan arus hubung singkat sangat penting untuk menentukan kemampuan pemutus tenaga dan untuk koordinasi pemasangan rele pengaman.
2.2.2. Zona Proteksi Sistem Tenaga Listrik
Untuk memperoleh tingkat selektifitas yang tinggi pada sebuah jaringan listrik yang mengalami gangguan maka pada sistem proteksi dibentuk daerah daerah proteksi yang dinamakan zona proteksi. Zona ini biasanya dibatasi oleh pemutus tenaga (circuit breaker) yang dapat memutuskan dan menghubungkan antar zona proteksi yang mengalami gangguan.
(Sumber : http://www.wandynotes.com/2012/08/sistem-proteksi.html)
1. Zona Proteksi Utama (Main Protection)
Zona utama terdiri atas peralatan utama yang harus beroperasi untuk zona yang diproteksinya.
2. Zona Proteksi Pendukung (Backup Protection)
Zona pendukung ini diperlukan untuk mengantisipasi kegagalan peralatan pada zona proteksi utama. Zona ini digunakan untuk meningkatkan keandalan sistem proteksi. Zona pendukung dibagi menjadi dua(2) yaitu Lokal backup, dimana peralatan pendukung berada pada zona yang sama dengan peralatan proteksi utama dan remote backup yaitu peralatan pendukung yang lokasinya berada pada zona bersebelahan dengan peralatan proteksi utama.
(Sumber : https://iwan78.files.wordpress.com/2011/04/sistem-proteksi.pdf)
Gambar diatas menunjukan zona jaringan yang menjadi kawasan masing masing rele yang dipasang. Sebuah jaringan listrik memiliki kehandalan tinggi apabila dapat menyeleksi gangguan sesuai dengan wilayah pengamannya.
2.2.3. Peralatan Proteksi Sistem Tenaga Listrik
Jaringan listrik yang baik adalah jaringan yang memiliki perlengkapan dan peralatan yang cukup lengkap dari sisi peralatan konstruksi maupun peralatan proteksi. Perlengkapan utama yang umum digunakan adalah sebagai berikut.
2.2.3.1. Penutup Balik Otomatis (PBO, Automatic Circuit Recloser)
Recloser adalah pemutus tenaga yang dilengkapi dengan peralatan kotak kontrol elektonik (Electronic Control Box) recloser, Kotak kontrol ini merupakan alat pelengkap pada recloser agar dapat mengendalikan cara pelepasan atau pemutusan tenaga pada suatu jaringan. Dari dalam kotak kontrol inilah pengaturan(setting) recloser dapat ditentukan.
2.2.3.2. Saklar Seksi Otomatis (SSO)
SSO adalah saklar yang dilengkapi dengan kontrol elektronik dan mekanik sebagai pengaman seksi jaringan kelistrikan level menengah. Saklar ini bekerja dengan dikoordinasikan pada perangkat pengaman lain khususnya pada PBO agar dapat mengisolir jaringan yang mengalami gangguan. SSO membuka pada saat jaringan tidak bertegangan tetapi harus mampu menutup jaringan yang bertegangan secara hubung singkat.Saklar ini juga telah dilengkapi dengan alat pengatur tegangan dan tansformator tegangan sebagai sumber tenaga gerak dan pengindra.
2.2.3.3. Pengaman lebur( Fuse Cut Off, FCO)
Pengaman lebur adalah suatu alat pemutus tenaga saat terjadi gangguan pada suatu jaringan. Pengaman ini memutuskan tenaga dengan cara meleburkan elemen/komponen khusus yang telah dirancang dan disesuaikan dengan memanfaatkan thermal atau peningkatan suhu elemen yang diakibatkan oleh arus gangguan. Peleburan ditujukan untuk menghilangkan gangguan permanen yang terjadi pada suatu jaringan. Peleburan dirancang akan melebur/meleleh pada waktu tertentu dan nilai arus gangguan tertentu.
2.2.3.4. Rele Proteksi
yang menyebabkan gangguan tersebut. Rele pengaman dapat mengetahui adanya gangguan pada peralatan jaringan listrik dengan mengukur atau membandingkan besaran besaran yang diterima misalnya besaran tegangan , arus ,daya , frekuensi dan lainnya.
2.2.4. Komponen Proteksi Sistem Tenaga Listrik
Berikut ini adalah komponen komponen ketenagaan yang umum untuk digunakan pada suatu sistem proteksi:
2.2.4.1. Potential Transformer
Potensial Transformer adalah suatu peralatan listrik yang berfungsi menurunkan tegangan yang tinggi menjadi tegangan yang lebih rendah yang sesuai dengan setting relay. Dalam sistem tenaga listrik dikenal berbagai macam tipe dan konstruksi dari trafo sesuai dengan aplikasinya. Untuk aplikasi peralatan proteksi sistem tenaga listrik khususnya rele, trafo digunakan untuk mengatur besaran kuantitas sistem (arus atau tegangan) dan mentransformasikan ke level yang lebih rendah sebagai input pengukuran untuk rele. Trafo ini dikenal dengan sebutan instrument transformator yang terdiri dari trafo tegangan dan trafo arus.
sekundernya yaitu berkisar antara 100-120 Volt rms. Trafo tersebut digunakan untuk memberikan sample pengukuran tegangan sistem ke peralatan proteksi. Potential trafo berfungsi untuk memperkecil besaran tegangan pada sistem tenaga listrik menjadi besaran tegangan untuk sistem pengukuran atau proteksi dan dapat mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer.
2.2.4.2. Current Transformer
Untuk mendapatkan besaran arus yang proporsional dengan arus sistem kontrol , proteksi dan peralatan instrument lainnya maka umumnya digunakan current transformator. Current Transformator adalah peralatan yang digunakan untuk mentransformasikan level arus pada jaringan, dari level yang memiliki nilai arus besar menjadi arus yang bernilai rendah.
(Sumber : https://iwan78.files.wordpress.com/2011/04/sistem-proteksi.pdf)
Gambar 2.4. Tipe bar primary
(Sumber : https://iwan78.files.wordpress.com/2011/04/sistem-proteksi.pdf)
Gambar 2.5. Tipe wound primary
2.2.4.3. Jenis Rele Proteksi
1. Overcurrent Relay
Rele yang bekerja apabila arus yang terdeteksi oleh rele melebihi pengaturan yang telah ditetapkan batas ambangnya.
2. Differential Relay
Rele ini dirancang untuk mendeteksi perbedaan serta membandingkan antara arus yang masuk dan keluar dizona proteksinya. Rele ini akan bekerja apabila arus yang masuk tidak sama dengan arus yang keluar.
3. Directional Relay
Rele ini dirancang untuk mengidentifikasi perbedaan fasa antara fasa satu dengan yang lain. Rele ini akan bekerja ketika terjadi gangguan daya balik. 4. Distance Relay
Rele ini biasanya digunakan untuk proteksi pada saluran transmisi karena rele jarak dapat mengukur impedansi untuk mencapai titik tertentu. Rele ini bekerja dengan mendeteksi adanya gangguan hubung singkat yang terjadi antara lokasi rele dan batas jangkauannya yang telah ditentukan.
5. Ground Fault Relay
Rele ini bekerja untuk mendeteksi adanya gangguan pada komponen jaringan ke tanah atau lebih tepatnya dengan mengukur besarnya arus residu yang mengalir ke tanah.
2.2.4.4. Pemutus Tenaga (Circuit Breaker)
kapasitas ratingnya. CB mempunyai kemampuan untuk memutuskan arus beban dan arus gangguan hubung singkat pada tegangan tinggi dalam waktu yang relative cepat.
Energi mekanik yang diperlukan untuk membuka kontak utama diperoleh dari gaya pegas, tekanan hidrolik, tekanan pneumatic atau dari kombinasi diantaranya. Pada saat CB memutuskan atau menghubungkan arus listrik akan timbul busur api sehingga digunakan beberapa bahan isolator seperti minyak , udara,gas , dan lain sebagainya.
2.2.4.5. DC System Power Supply
Suplai DC merupakan peralatan penunjang yang memberikan suplai daya ke sistem rele yang pada umumnya memerlukan input daya DC. Penggunaan sistem suplai DC bertujuan untuk menjaga kontinuitas perlindungan dari peralatan proteksi terhadap sistem meskipun suplai utama terputus. Terdapat komponen charger pada suplai DC . Charger adalah sumber utama pada suplai DC dengan mengubah listrik AC menjadi DC. Suplai DC ini biasanya menggunakan baterai yang terhubung ke perangkat rele melalui rangkaian suplai daya. Jenis baterai yang biasanya digunakan pada sistem proteksi adalah :
1. Lead Acid Type
Tipe ini berupa baterai elemen basah, dimana zat elektrolit baterainya merupakan cairan. Baterai ini memerlukan perawatan yang lebih intensif. 2. Nickle Cadium Type
2.2.5. Proteksi Overcurrent Relay (OCR)
Relay arus lebih atau OCR adalah rele yang melindungi sistem dari gangguan arus lebih dimana waktu kerjanya tegantung dari arus gangguan dan waktu. Rele ini akan memberikan perintah kepada PMT ( pemutus tenaga ) pada saat terjadi gangguan bila besar gangguannya melampaui arus penyetelannya berdasarkan perbandingan arus setting pada rele terhadap arus primer pada jaringan. Jika arus primer lebih kecil dari arus setting maka rele tidak akan bekerja. Sebaliknya bila arus primer melebihi arus setting maka rele akan bekerja/ beroperasi. OCR dapat dibedakan menjadi beberapa jenis karakteristik yaitu :
1. Invers time
OCR Invers adalah rele dimana waktu tundanya memiliki karakteristik tergantung pada besarnya arus gangguan. Semakin besar arus gangguannya maka waktu kerja rele akan semakin singkat atau cepat. Niali arus gangguan berbanding terbalik dengan waktu kerja rele.
(Sumber:https://core.ac.uk/download/pdf/11724842.pdf)
Rele invers dapat diklasifikasikan menjadi empat tipe karakteristik yaitu standard invers, very invers, extreamely invers,longtime invers. Berikut ini adalah grafik hubung karakteristik invers,
(Sumber : https://iwan78.files.wordpress.com/2011/04/sistem-proteksi.pdf)
Gambar 2.7. Tipe krakteristik OCR invers
2. Definite time
gangguannya melampaui arus penyetelannya, dan jangka waktu rele ini mulai pickup sampai kerja diperpanjang dengan waktu tidak tergantung pada besarnya arus. Berikut ini adalah grafik hubung OCR definite time,
(Sumber:https://core.ac.uk/download/pdf/11724842.pdf)
(Sumber:https://core.ac.uk/download/pdf/11724842.pdf)
Gambar 2.8. Karakteristik OCR definite time
Sifat atau karakteristik dari rele definite adalah rele baru akan bekerja bila arus yang mengalir pada rele tersebut melebihi besarnya arus setting ( Is ) yang telah ditentukan. Dan lamanya selang waktu rele bekerja untuk memberikan komando tripping sesuai dengan waktu setting ( Ts ) yang diinginkan. Pada rele ini waktu bekerjanya ( Ttripping = Ts ) tetap konstan, tidak dipengaruhi oleh besarnya arus yang mengerjakan rele tersebut. 3. Instantaneous time
(Sumber:https://core.ac.uk/download/pdf/11724842.pdf)
Gambar 2.9. Karakteristik OCR instantaneouse time
Dikarenkan rele ini tanpa penundaan waktu, maka koordinasi untuk mendapatkan selektifitas yang tinggi didasari pada tingkat beda arusnya.
2.2.6. Pengaturan Overcurrent Relay (OCR)
Terdapat beberapa tahapan untuk pengaturan proteksi rele OCR (Over Current Relay). Berikut adalah tahapan yang harus dilakukan untuk mendapatkan setting rele:
2.2.6.1. Penghitungan Impedansi
1. Kabel
Perhitungan impedansi kabel bergantung pada besaran nilai tahanan yang telah ditetapkan oleh data sheet pabrik. Dimana nilai tersebut ditentukan dari jenis penghantar yang digunakan. Dengan persamaan rumus :
� = √�2+ �²
R= Resistansi kabel
X= Reaktansi kabel
2. Transformator
Kompnen hitung yang diperlukan dapat dilihat pada spesifikasi trafo yang digunakan. Perhitungan impedansi trafo dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut :
= % ×� ²�
Keterangan : Ztrafo = Impedansi transformer (Ω)
Z% = Persentase impedansi tansformer (%) Vp = Tegangan pada sisi primer trafo (V) P = Kapasitas daya maksimal trafo (VA) 3. Sumber
Pada sisi sumber juga terdapat nilai impedansi. Berikut adalah rumus yang dapat menentukan besaran nilainya :
= � ��²
Keterangan : Zs = Impedansi Sumber (Ω)
Vp = Tegangan (V)
2.2.6.2. Penghitungan Arus Nominal Beban (Full Load Ampere)
Penghitungan arus beban penuh ini bergatung pada besaran nilai beban yang terpasang pada suatu instalasi listrik. Untuk mengetahuinya dapat dilakukan dengan dua cara :
1. Diketahui Daya Semu beban
Inominal = � √ ∙ V
Keterangan : S = Daya Semu beban dengan satuan (VA) V = Tegangan pada beban dengan satuan (V)
2. Diketahui Daya Aktif Beban
Inominal = P
√ ∙ V . eff . pf
Keterangan : P = Daya Aktif beban dengan satuan (Watt) V = Tegangan pada beban dengan satuan (V)
eff = Efisiensi Motor
pf = Faktor Daya Motor
2.2.6.3. Penghitungan Arus Hubung Singkat Bus (Short Circuit Current Bus)
Nilai arus hubung singkat ini akan menjadi salah satu komponen hitungan pada saat perhitungan time dial pada OCR. Berikut adalah rumus yang dapat digunakan untuk menghitung arus hubung singkat :
Isc primer = Vp
√ × ∑ �kabel + �trafo + �sumber
Isc sekunder = Isc primer ×Vp�
Keterangan : Vp = Tegangan pada sisi primer (V)
Vs = Tegangan pada pada sisi sekunder (V) ∑ �kabel = Jumlah Impedansi kabel (Ω)
Ztrafo = Impedansi trafo (Ω) Zsumber = Impedansi sumber (Ω)
Isc(primer) =Arus hubung singkat sisi primer (A) Isc(sekunder) =Arus hubung singkat sisi sekunder (A)
2.2.6.4. Penghitungan Nilai Pickup Lowset
Iset primer = . × Inominal
Iset sekunder = Iset primer × rCT
Keterangan : Iset(primer) = Arus pickup lowset primer (A) Iset(sekunder) = Arus pickup lowset sekunder (A)
Inominal = Arus beban penuh (A)
rCT = Ratio Current Tansformer
2.2.6.5. Penghitungan Nilai Time Dial Lowset
Setelan time dial menentukan waktu operasi rele. Untuk menentukan time dial dari masing-masing kurva karakteristik invers rele arus lebih dapat digunakan persamaannya sebagai berikut yang sesuai dengan standart BS 142 dan IEC 60225-3 :
�� = × [[
� �
� � ]
�
− ] �
Keterangan : Tms = Time dial / Time multiple setting
t = waktu trip (s)
Isc = Arus hubung singkat bus (A)
Tabel 2.1 Konstanta Karakteristik Rele Arus Lebih
Tipe Kurva �
Standart Inverse 0.14 0.02
Very Inverse 13.50 1.00
Extremely Inverse 80.00 2.00
(Sumber : Muhammad Iqbal, 2015)
Untuk Jaringan yang memiliki lebih dari satu rele pada feeder yang sama maka harus diberikan grading time agar tidak terjadi trip pada rele secara bersamaan. Standar IEEE Std 242-2001 menyebutkan bahwa nilai grading time sebesar 0.2-0.4 detik. Hal ini dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu :
a. Kesalahan kerja rele
b. Waktu pembukaan PMT sampai hilang bunga api c. Faktor keamanan
2.2.6.6. Penghitungan Nilai High Set Rele Seketika
Sebuah rele arus lebih juga dilengkapi dengan elemen setelan seketika. Penggunaan rele ini dapat menanggulangi gangguan yang cepat dan dapat membantu dalam mengurangi resiko kerusakan peralatan.berikut ini adalah cara perhitungan untuk mendapatkan nilai arus pickup pada rele seketika :
2. Pada pengaman backup
Iset = × Inominal × rCT
3. Pada Sumber
Iset = . × � � √ × Vp×
�
� × rCT
Keterangan : Iset = Arus pickup high set (A) Inominal = Arus beban penuh (A)
rCT = Ratio Current Tansformer
Psc = Daya Short Circuit (MVAsc)
32 3.1 Metode Penelitian
Untuk mendapatkan perumusan, analisa dan pemecahan masalah, maka diperlukan suatu pengumpulan data dan fakta yang lengkap, relevan dan objektif serta dapat dipercaya kebenarannya. Oleh sebab itu, penulis mengumpulkan data, menganalisa studi kasus dan menyusun laporan penelitian tugas akhir ini dengan menggunakan beberapa metode yaitu :
a. Studi Literatur
Penulis melakukan kegiatan dengan cara mencari langsung literatur yang terkait dengan peralatan proteksi pada jaringan distribusi.
b. Studi Pustaka
Penulis mengumpulkan data yang diperoleh berdasarkan refrensi buku, internet dan laporan yang tersedia di Plant 8 PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk, yang menyangkut dengan masalah yang akan dibahas. c. Konsultasi
3.2Langkah-langkah Penyusunan Karya Tulis
Gambar 3.1. Flowchart Metodologi Penulisan
Gambar 3.1. menjelaskan tentang langkah-langkah penulisan yang dilakukan. Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas maka di bawah ini diberikan penjelasan yang lebih menyeluruh dari setiap langkah-langkah penulisan karya tulis :
Studi Pendahuluan
Identifikasi dan Perumusan Masalah
Studi Pustaka
Pengumpulan Data
Pengolahan Data
Analisis Data
Penulisan Skripsi
1. Studi Pendahuluan
Studi pendahuluan adalah tahap awal dalam metodologi penulisan. Pada tahap ini dilakukan studi lapangan dengan mengamati langsung keadaan Industri semen yang ada di Jawa Barat. Pengamatan langsung dilakukan dengan tujuan mengetahui informasi-informasi awal mengenai lingkungan dan situasi industry.
Adapun lokasi yang dipilih sebagai dasar dalam perencanaan penelitian dilaksanakan di PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk, Citereup, Bogor, Daerah Jawa Barat.
(Sumber : google images)
2. Identifikasi dan Perumusan Masalah
Setelah diadakan studi pendahuluan, permasalahan pada area industi dapat diidentifikasi. Kemudian penyebab dari permasalahan dapat ditelusuri. Dalam menelusuri akar penyebab permasalahan dilakukan melalui pengamatan secara langsung di lapangan dan mewawancarai pembimbing perusahaan dan supervisor bagian electrical dan mechanical industri.
Permasalah yang diangkat menjadi topik adalah sistem koordinasi rele yang terpasang pada Plant 8. Maka dari itu, di dalam skripsi ini akan merancang simulasi pemodelan sistem koordinasi rele dengan memanfaatkan Software ETAP 12.6.
3. Studi Pustaka
Studi pustaka dilakukan untuk mencari informasi-informasi tentang teori, metode, dan konsep yang relevan dengan permasalahan. Sehingga dengan informasi-informasi tersebut dapat digunakan sebagai acuan dalam penyelesaian permasalahan. Studi pustaka yang dilakukan dengan mencari informasi dan referensi dalam bentuk text book, informasi dari internet maupun sumber-sumber lainnya seperti bertanya kepada dosen.
4. Pengumpulan Data
5. Pengolahan Data
Setelah data terkumpul maka langkah selanjutnya adalah pengolahan data. Data yang ada dipilih sesuai kebutuhan di lapangan. Pada pengolahan data, dilakukan pengelompokan data setting rele proteksi, data penghantar dan data lainnya. Pengolahan data dilakukan dengan software ETAP 12.6 dan setelah itu dilakukan pengujian dengan software ETAP 12.6.
6. Analisa data
Dari simulasi akan didapatkan suatu hasil yang akan dianalisis. Data yang akan dianalisis adalah tentang koordinasi dari sistem proteksi yang digunakan, dengan cara memberikan masalah pada jaringan dan mengamati sistem proteksinya . Jika terjadi kesalahan pengaturan dan mengakibatkan salah koordinasi maka akan dilakukan setelan ulang pada relay untuk mendapatkan kinerja koordinasi relay yang lebih selektif. Setelah dilakukan setelan relay dan diketahui sistem berkoordinasi dengan baik diharapkan bisa meminimalisir kerusakan alat pada jaringan.
7. Pembuatan Karya Tulis
37
Dalam penelitian ini menggunakan data plant 8 PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk yang telah dikumpulkan untuk menunjang dilakukannya perbaikan koordinasi pengaman rele OCR, Berikut adalah beberapa data yang di peroleh :
4.1.1. Data Kabel
Data kabel ini diperoleh dari data sheet perusahaan yang digunakan oleh PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk Plant 8 sesuai dengan IEC 60502-2 (XLPE).
Tabel 4.1 Data Sheet Kabel XLPE
Penampang Nominal
Ketebalan Isolator
Ketebalan Isolator Terluar
Diameter Keseluruhan
Karakteristik Konduktor Resistansi Reaktansi
mm mm Mm mm Ω/km Ω/km
16 3,4 2,2 38,7 1,47 0,140
25 3,4 2,2 41,3 0,927 0,124
35 3,4 2,3 43,7 0,668 0,116
50 3,4 2,4 46,4 0,493 0,111
70 3,4 2,5 50,1 0,342 0,106
95 3,4 2,7 54,2 0,247 0,100
120 3,4 2,8 57,6 0,196 0,097
150 3,4 2,9 60,9 0,159 0,094
185 3,4 3,0 64,7 0,128 0,092
240 3,4 3,1 70,0 0,0984 0,089
300 3,4 3,3 75,6 0,0797 0,086
400 3,4 3,5 81,8 0,0639 0,083
Tabel 4.2 Data Kabel XLPE yang digunakan Plant 8
No Nama Kabel Penampang Nominal (mm) Panjang Kabel (m)
1 Kabel 1 185 71
2 Kabel 2 400 71
3 Kabel 3 300 574
5 Kabel 5 70 76
6 Kabel 6 300 343
7 Kabel 7 300 150
8 Kabel 12 240 200
9 Kabel 16 300 150
10 Kabel 19 400 76
11 Kabel 20 185 56
12 Kabel 23 400 107
13 Kabel 24 300 393
14 Kabel 26 70 92
15 Kabel 27 185 27
16 Kabel 28 150 48
4.1.2. Data Beban
Data beban diambil dari standart motor induksi IEC 12-2007. Berikut adalah data beban yang digunakan oleh PT Indocement tunggal Prakarsa Tbk Plant 8 :
Tabel 4.3 Data Sheet Beban Plant 8
No Nama Beban Daya Satuan Eff (%) Pf (%)
1 N2M 335 500 Kw 93,37 92,2
2 N2T 901 520 KVA - 90
3 K2T 903 2.800 KVA - 90
4 M243 3.200 Kw 93,37 92,2
5 M227 220 Kw 93,37 92,2
6 M060616 850 Kw 93,37 92,2
7 M060617 850 Kw 93,37 92,2
8 M1402 450 Kw 93,37 92,2
9 E2M 329 5.600 Kw 94,62 93,2
10 E2M 352 380 Kw 93,23 92,09
11 K2T 904 3.800 KVA - 90
12 K2M 135 2.800 Kw 94,27 92,92
4.1.3. Data Sheet Transformator
Tabel 4.4 Data Transformator Plant 8
No Daya Tranformator
(MVA)
Tegangan Primer (kV)
Tegangan Sekunder (kV)
Frekuensi (Hz)
Impedansi (%)
1 20 33 6,6 50 10
2 6 6,6 0,4 50 7
3 2,5 6,6 0,4 50 7
4 2 6,6 0,4 50 7
5 1,6 6,6 0,4 50 6
6 1,250 6,6 0,4 50 5,5
7 0,8 6,6 0,4 50 4,5
8 0,630 6,6 0,4 50 4
9 0,4 6,6 0,4 50 4
10 0,250 6,6 0,4 50 4
11 0,1 6,6 0,4 50 4
4.1.4. Data Sumber Listrik feeder Plant 8
Plant 8 menggunakan dua feeder 33 kV yang digunakan untuk menyuplai energi listrik ke beban terpasang. Berikut ini adalah data sumber yang diambil dari pembukuan Plant 8 :
Tabel 4.5 Data Sumber PLN Plant 8
No Nama Feeder Daya Short Circuit
(MVAsc)
Tegangan (kV) Frekuensi (Hz)
1 Feeder 1 (P 8.2) 1000 33 50 2 Feeder 2 (P 8.1) 1000 33 50
4.1.5. Single Diagram Plant 8
1. Feeder 1
Gambar 4.1 Single Diagram Feeder 1 (P 8.2)
Power grid pada single diagram ini disuplai oleh PLN bertegangan 33 kV dengan
daya hubung singkat sebesar 1000 MVAsc yang mana sistem ini membagi kelistrikannya
menjadi 4(empat) bagian yaitu Sement Mill, Kiln 2, Indosin, dan Roller Press 2. Motor
2. Feeder 2
Gambar 4.2 Single Diagram Feeder 2 (P 8.1)
4.1.6. Data Setting Rele OCR Plant 8
Sistem proteksi yang dilakukan untuk mengamankan sistem kelistrikan Plant 8 salah satunya adalah dengan menggunakan Over Current Relay (OCR) yang dipasang pada setiap beban dan feeder. Berikut ini adalah data setting rele OCR yang ada pada Plant 8 :
Tabel 4.6 Data Setting Rele OCR Plant 8
No Nomor CB rCT Setting Rele Invers Setting Rele Seketika I> TMS I>> Time Delay
Feeder 1 (P 8.2)
1 CB 4 60/5 4 0,05 - -
2 CB 5 50/5 6 0,3 24 0,05
3 CB 3 500/5 1,25 0,04 4 0,4
4 CB 7 500/5 4 0,4 - -
5 CB 6 500/5 1,25 0,05 4 0,4
6 CB 12 - - - - -
7 CB 13 - - - - -
8 CB 11 800/5 1,25 0,05 4 0,4
9 CB 18 - - - - -
10 CB 19 - - - - -
11 CB 21 - - - - -
12 CB 17 600/5 5 0,05 12 0,05
13 CB 2 1800/5 4 0,7 - -
14 CB 1 400/5 4 0,9 12 0,05
Feeder 2 (P 8.1)
15 CB 28 600/5 4 0,05 - -
16 CB 31 50/5 4 0,05 - -
17 CB 32 350/5 4 0,3 16 0,05
18 CB 33 300/5 4 0,05 - -
19 CB 29 1600/5 1,25 0,05 4 0,4
20 CB 24 1800/5 1,5 1,3 - -
4.2. Unjuk Kerja Sistem Pengaman OCR Sebelum Resetting
Sistem pengamanan jaringan Plant 8 adalah dengan mengkombinasikan perangkat rele OCR, Transformator Arus, dan Circuit Breaker (CB), CT akan mengukur arus yang mengalir pada jaringan sehingga rele OCR dapat memberikan perintah pada CB untuk trip. Setiap sub feeder memiliki wilayah pengamanan masing masing sehingga bila terjadi gangguan dapat segera diketahui posisi jaringan yang mengalami gangguan dan dapat segera diperbaiki sehingga tidak mengganggu sistem lainnya.
Untuk mengetahui unjuk kerja sistem pengaman Plant 8 maka akan dilakukan simulasi gangguan dengan menggunakan ETAP 12.6. Berikut ini adalah unjuk kerja sistem pengaman OCR Plant 8 sebelum resetting :
Gambar 4.3 Kondisi abnormal pada motor N2T 901
Gambar 4.4 Kurva koordinasi kondisi abnormal pada beban N2T 901
Dari gambar 4.3 diberikan gangguan hubung singkat 3 fasa pada beban N2T 901. Pada kondisi ini rele yang bekerja secara berurutan adalah rele 5,3,11 dan 6. Terlihat kondisi abnormal pada jaringan kelistrikan Plant 8 dan kurangnya koordinasi pada sistem pengamanan rele OCR. Terlihat juga kurva pada gambar 4,4 yang menunjukkan bahwa kurva yang terjadi saling berhimpitan sehingga rele yang seharusnya tidak berpengaruh karena berada pada sub feeder yang berbeda menjadi bekerja. Urutan kerja rele yang seharusnya secara berurutan adalah rele 5,3dan 2.
4.2.2. Gangguan pada Beban K2T 903 (Kiln 2)
Gambar 4.5 Kondisi abnormal pada K2T 903
Dari gambar 4.5 diberikan gangguan hubung singkat 3 fasa pada beban K2T 903. Pada kondisi ini rele yang bekerja secara berurutan adalah rele 6,11,7 dan 4. Kurangnya koordinasi pada sistem pengamanan rele OCR menyebabkan kondisi abnormal pada jaringan kelistrikan Plant 8.
Terlihat juga kurva pada gambar 4.6 yang menunjukkan bahwa kurva yang terjadi saling berhimpitan dan saling memotong sehingga rele yang seharusnya tidak berpengaruh karena berada pada sub feeder yang berbeda menjadi bekerja. Kondisi ini akan mempengaruhi keandalan sistem jaringan kelistrikan Plant 8 dan dapat merugikan karena gangguan feeder yang terjadi mengganggu sistem yang lain. Urutan kerja rele yang seharusnya secara berurutan adalah rele 7,6 dan 2.
4.2.3. Gangguan pada Motor E2M 329 (Raw Mill 2)
Gambar 4.8 Kurva koordinasi kondisi abnormal pada Motor E2M 329
Lihat gambar 4.7 gangguan hubung singkat 3 fasa diberikan pada beban Motor E2M 329, Pada kondisi ini rele yang bekerja secara berurutan adalah rele 33,27,31 dan 29. Dapat dilihat bahwa pada feeder ini juga mengalami miss-Coordination, Plant 8 pada feeder 2 ini mengalami kondisi abnormal yang diakibatkan oleh kurangnya koordinasi antar rele baik itu rele utama maupun backupnya.
seharusnya tidak bekerja pada kondisi gangguan tersebut menjadi bekerja, Urutan kerja rele yang seharusnya secara berurutan adalah rele 27,29 dan 24.
4.3. Perhitungan Manual Setting Rele OCR
Berikut ini adalah tahapan perhitungan untuk mendapatkan nilai setting rele yang terkoordinasi.
4.3.1. Perhitungan Impedansi
1. Kabel
Variable yang dibutuhkan untuk menghitung impedansi kabel sudah disediakan pada tabel 4.1 dan 4.2. Berikut ini adalah contoh perhitungannya:
�kabel = √�2+ �²
�kabel = √ , 2 + , ²
�kabel = , Ω/km
Impedansi diatas masih berupa nilai hambatan per kilometer. Untuk mendapatkan nilai impedansi kabel yang digunakan maka didapat :
�kabel = , �/km × Panjang kabel
�kabel = , �/km × �
�kabel = , Ω
, Ω adalah nilai impedansi yang ada pada kabel 1 pada feeder 1.
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Impedansi Kabel
No Nama Kabel
Penampang Nominal
(mm)
Impedansi (Ω/km)
Panjang Kabel
(m)
Impedansi Kabel
(Ω) Feeder 1 (P 8.2)
1 Kabel 1 185 0,157 71 0,011
2 Kabel 2 400 0,105 71 0,0075
3 Kabel 3 300 0,117 574 0,0672
4 Kabel 4 70 0,358 76 0,0272
5 Kabel 5 70 0,358 76 0,0272
6 Kabel 6 300 0,117 343 0,04
7 Kabel 7 300 0,117 150 0,0175
8 Kabel 12 240 0133 200 0,0266
9 Kabel 16 300 0,117 150 0,01755
Feeder 2 (P 8.1)
10 Kabel 19 400 0,105 76 0,008
11 Kabel 20 185 0,157 56 0,0088
12 Kabel 23 400 0,105 107 0,0112
13 Kabel 24 300 0,117 393 0,046
14 Kabel 26 70 0,358 92 0,33
15 Kabel 27 185 0,157 27 0,0042
16 Kabel 28 150 0,185 48 0,0089
2. Transformator
Impedansi trafo dapat diperoleh dari perhitungan variable-variable yang telah disediakan pada tabel 4.4. Berikut adalah cara perhitungannya :
= % ×� ²�
= % × ×× � � ²
Dikarenakan trafo pada feeder 2 memiliki spesifikasi yang sama maka nilai impedansi pada trafo feeder 1 dan trafo feeder 2 adalah sama sebesar 5,45 Ω.
3. Sumber
Impedansi sumber juga ikut serta dalam penentuan nilai setting rele OCR, untuk variable yang dibutuhkan dapat dilihat pada tabel 4,5. perhitungannya dapat dilihat dibawah ini :
= � ��²
= ×× � �2 �
=
= , �
Feeder 1 dan feeder 2 memiliki impedansi yang sama yaitu sebesar 1,089 Ω karena memiliki spesifikasi dan variable yang sama.
4.3.2. Perhitungan Arus Nominal
Plant 8 menggunakan beberapa beban motor yang bersifat dinamis dan beban lainnya yang bersifat static sehingga terdapat dua cara untuk menghitung nilai arus nominal dari beban yang tepasang. Berikut adalah contoh perhitungan ketika :
Inom K T = � √ ∙ V
Inom K T = kVA × √ × , kV ×
Inom K T = A
Jadi arus nominal beban lumped load K2T 903 sebesar 245 A. 2. Diketahui Daya Aktif Beban
Inom N M = P
√ ∙ V . eff . pf
Inom N M = k� ×
√ × , × × , %× , %
Inom N M = , A
Jadi nilai Arus beban penuh pada Motor N2M 335 adalah 50,81 A. Untuk perhitungan beban lainnya menggunakan cara yang sama seperti diatas, Berikut adalah rekap hasil perhitungan arus nominal untuk setiap beban per jalur CB.
Tabel 4,8 Hasil Perhitungan Arus Nominal
No Nomor Circuit Braker Tegangan Kerja Arus Nominal (FLA)
kV A
Feeder 1 (P 8.2)
1 CB 4 6,6 50,81
2 CB 5 6,6 45,49
3 CB 3 6,6 96,2
4 CB 7 6,6 245
5 CB 6 6,6 245
6 CB 12 6,6 325,2
7 CB 13 6,6 22,36
8 CB 11 6,6 347,6
9 CB 18 6,6 86,34
11 CB 21 6,6 45,75
12 CB 17 6,6 218,43
13 CB 2 6,6 1749,5
14 CB 1 33 349,9
Feeder 2 (P 8.1)
15 CB 28 6,6 555,5
16 CB 31 6,6 38,75
17 CB 32 6,6 332,4
18 CB 33 6,6 279,6
19 CB 29 6,6 1206,25
20 CB 24 6,6 1749,5
21 CB 25 33 349,9
4.3.3. Penghitungan Arus Hubung Singkat Bus (Short Circuit Current Bus)
Untuk menghitung nilai hubung singkat pada setiap bus jaringan dibutuhkan rangkaian impedansi secara ekuivalen, Berikut adalah cara perhitungannya :
Gambar 4.9 Rangkaian Ekuivalen
� � �� � �� � = Vp
√ × ∑ �kabel + �trafo + �sumber
= kV
√ × ∑ , + , + , + , + , Ω
= kV
√ × , + , + , Ω
= . , A (nilai pada sisi primer 33 kV) �
√
Zs
Zkabel
Zkabel Zkabel
Ztrafo Beban
Isc bus � Cement Mill = Isc bus P Cement Mill ×VpVs
= . , A × , kV kV
= . A (nilai pada sisi sekunder 6,6 kV)
� � � � � � ��� = Vp
√ × ∑ �kabel + �trafo + �sumber
= kV
√ × ∑ , + , + , + , Ω
= kV
√ × , + , + , Ω
= . , A (nilai pada sisi primer 33 kV)
Isc bus � Main Panel = Isc bus P Main Panel ×VpVs
= , A × , kV kV
= . A (nilai pada sisi sekunder 6,6 kV)
� � � = Vp √ × �sumber
= kV √ × , Ω
Untuk nilai Arus Hubung singkat BUS lainnya memiliki metode perhitungan yang sama, dengan menggunakan nilai impedansi ekivalen pada setiap feeder yang memiliki beban. Berikut ini adalah hasil dari perhitungan manualnya :
Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Arus Hubung Singkat BUS
No Nomor Circuit Braker Arus Short Circuit
Sisi 33 kV (A) Sisi 6,6 kV (A)
Feeder 1 (P 8.2)
1 BUS Sement Mill 2 2.878,24 14.390
2 BUS Main Panel 902 2.907,67 14.538
3 BUS 1 17.495 -
4 BUS Kiln 2 2.890 14.450
5 BUS Indosin 2.895,92 14.479
6 BUS Roller Press 2.899,8 14.499
Feeder 2 (P 8.1)
7 BUS Raw Mill 2 2.887,35 14.437
8 BUS Main Panel 901 2.909,17 14.546
9 BUS 24 17.495 -
4.3.4. Penghitungan Arus Pickup Lowset Rele
Untuk menghitung nilai lowset Rele variable yang digunkan adalah nilai nilai arus nominal yang melewati jalur di setiap CB, Untuk variable yang dibutuhkan sudah disediakan pada tabel 4.8 dan 4.6. Dibawah ini merupakan contoh perhitungan untuk mendapatkan nilai lowset pada rele OCR :
Iset CB primer = , × Inominal
= , × , A
= , A
= , A ×
= , A ≈ , A
Nilai yang akan dimasukkan dalam arus pickup sisi lowset adalah nilai Iset sekunder, sehingga pada CB5 memiliki nilai arus pickup lowset sebesar 5,5 A. Untuk mendapatkan nilai arus pickup lowset CB lainnya menggunakan cara perhitungan yang sama. Berikut adalah hasil perhitungan yang sudah direkap :
Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Arus Pickup Lowset Rele
No Nomor CB Arus Pickup Low Set
Primer (A) Sekunder (A) Terpakai (A)
Feeder 1 (P 8.2)
1 CB 4 60,984 5,08 6,5
2 CB 5 54,588 5,45 5,5
3 CB 3 115,56 1,5 2
4 CB 7 294 2,94 3
5 CB 6 294 2,94 3
6 CB 12 - - -
7 CB 13 - - -
8 CB 11 417,12 2,6 3,5
9 CB 18 - - -
10 CB 19 - - -
11 CB 21 - - -
12 CB 17 262,116 2,18 3
13 CB 2 2099,4 5,831 6
14 CB 1 419,88 5,24 6
Feeder 2 (P 8.1)
15 CB 28 666,6 5,555 7
16 CB 31 46,5 4,65 6
17 CB 32 398,88 5,69 5,7
18 CB 33 335,52 5,59 6,7
19 CB 29 1447,5 4,52 5
20 CB 24 2099,4 5,83 6
4.3.5. Penghitungan Time Dial ( TMS )Rele
Untuk mentukan nilai TMS harus diketahui karakteristik rele yang digunakan, hal
ini dikarenakan setiap rele memiliki karakteristik yang unik sehingga rele jenis satu dengan
yang lain menggunakan konstanta yang berbeda namun dengan metode yang sama.Untuk
nilai konstanta α dan � dapat dilihat pada tabel 2.1. nilai Arus Hubung singkat tiap BUS
pada tabel 4.9 dan Arus setting Primer pada tabel 4.10. Berikut ini adalah contoh
perhitungan penentuan Nilai TMS rele normal invers :
�� = × [[� �
� ��
� � ]
�
− ] �
= , × [[ ., ]
, 2
− ] ,
= , ≈ , (tanpa satuan)
CB5(rele5) merupakan sistem pengaman utama pada feeder N2T 901 sehingga diberikan waktu tunda sebesar 0,1 sebagai waktu awal grading time. Grading time antar rele pada feeder yang sama sesuai dengan standar IEEE Std 242-2001 adalah sebesar 0,2-0,4 detik , sehingga rele pengaman backup nya menjadi 0,1 + 0,4 = 0,5, Nilai 0,5 ini akan menjadi nilai t pada CB3(Rele3), sehingga perhitungan nya akan menjadi sebagai berikut :
�� = × [[ � � � �
� � ]
�
− ] �
=
, × [[ , ] , 2− ] ,
Nilai 0,4 merupakan nilai setting TMS yang ada pada rele backup CB3. Grading time untuk CB2/Rele2 adalah 0,5+ 0,3=0,9 sehingga perhitungan nya menjadi sebagai berikut :
�� = × [[ � � � �
� � ]
�
− ] �
=
, × [[ , ] , 2− ] ,
= , ≈ , (tanpa satuan)
Jadi nilai TMS untuk CB2/rele2 adalah sebesar 0,3 tanpa satuan yang selanjutnya nilai tersebut akan dimasukkan kedalam nilai simulasi pada ETAP 12.6. Dengan metode perhitungan yang sama maka nilai TMS rele yang lainnya dapat ditentukan. Berikut hasil perhitungan nilai TMS tiap CB yang telah direkap dengan tabel :
Tabel 4.11 Hasil Perhitungan TMS Lowset Rele
No Nomor CB Grading Time TMS Low Set
Terhitung Terpakai
Feeder 1 (P 8.2)
1 CB 4 0,1 0,082 0,1
2 CB 5 0,1 0,084 0,09
3 CB 3 0,5 0,36 0,4
4 CB 7 0,1 0,057 0,06
5 CB 6 0,5 0,289 0,3
6 CB 12 - - -
7 CB 13 - - -
8 CB 11 0,5 0,26 0,3
9 CB 18 - - -
10 CB 19 - - -
