ANALISA SETTING RELE ARUS LEBIH DAN RELE GANGGUAN TANAH PADA PENYULANG TOPAN GARDU INDUK TELUK BETUNG

ANALISA SETTING RELE ARUS LEBIH DAN RELE

GANGGUAN TANAH PADA PENYULANG TOPAN GARDU

INDUK TELUK BETUNG

Oleh

Ade Wahyu Hidayat

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

ABSTRACT

OVER CURRENT AND GROUND-FAULT RELAY SETTING ANALYSIS

AT TOPAN FEEDER TELUK BETUNG SUBSTATION

By

ADE WAHYU HIDAYAT

There are a lot of disruptions in the distribution network of Teluk Betung substation, causing interruption of power supply to consumers. Protective devices play an important role to overcome the fault and must meet the requirements of sensitivity, reliablelity, rapid and selectivity of which are dependent on the accuracy of the equipment settings. Protection equipment installed must be coordinated with the operation of the relay to determine any interference relay protection area. Protective equipments used are over-current and ground-fault relays to calculate the short circuit current, this work aims to determine the protective equipment settings and compare them to the settings installed in the field. By calculating a short circuit, we can determine the current setting and protection equipment with time at a predetermined equation. Calculation results and circumstances on the ground can still be considered good with only slight differences in value, but there is a protective device that requires resetting because it is no longer appropriate.

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

HALAMAN DEPAN ... iii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iv

HALAMAN PENGESAHAN ... v

SURAT PERNYATAAN... vi

RIWAYAT HIDUP ... vii

HALAMAN PERSEMBAHAN ... ix

MOTTO ... x

SANWACANA ... xi

DAFTAR ISI ... xv

DAFTAR GAMBAR ... xx

DAFTAR TABEL ... xxii

I. PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1

1.2Tujuan Penelitian ... 3

1.5Batasan Masalah... 4

1.6Hipotesis ... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1Sistem Pengaman ... 5

2.1.1 Pengertian Pengaman ... 5

2.1.2 Fungsi Pengaman ... 5

2.2Sistem Proteksi Rele ... 6

2.2.1 Pengertian ... 6

2.2.2 Fungsi Rele ... 7

2.2.3 Kriteria Rele Pengaman ... 7

2.3Rele Arus Lebih ... 9

2.4Rele Gangguan Tanah ... 10

2.5Jenis-Jenis Proteksi Rele Arus Lebih ... 12

2.5.1 Instantaneous Over Current Relay ... 12

2.5.2 Definite Time Over Current Relay ... 13

2.5.3 Invers Time Relay ... 13

2.5.4 Invers Definite Minimum Time ... 14

2.6Urutan Jaringan Pada Sistem Tenaga Listrik ... 15

2.7Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat ... 16

2.7.1 Gangguan Hubung Singkat Satu Phasa Ke Tanah ... 16

2.7.2 Gangguan Hubung Singkat Phasa Ke Phasa ... 19

2.7.3 Gangguan Hubung Singkat Dua Phasa Ke Tanah ... 21

2.8Penelitian Terdahulu ... 23

III. METODE PENELITIAN 3.1Waktu dan Tempat ... 29

3.2Alat dan Bahan ... 29

3.3Langkah-Langkah Penelitian ... 29

3.4Metode Penyelesaian ... 30

3.4.1 Perhitungan Besar Arus Hubung Singkat ... 30

3.4.2 Setting Proteksi Rele Arus Lebih ... 33

3.5Koordinasi Rele Arus Lebih ... 36

3.6Metode Koordinasi Rele Arus Lebih ... 36

3.6.1 Sistem Tingkatan Waktu ... 36

3.6.2 Sistem Tingkatan Arus ... 37

3.6.3 Sistem Tingkatan Arus dan Waktu ... 37

3.7Diagram Penelitian ... 38

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat ... 40

4.1.1 Perhitungan Impedansi Sumber ... 40

4.1.2 Perhitungan Reaktansi Trafo ... 41

4.1.3 Perhitungan Impedansi Saluran ... 41

4.1.4 Perhitungan Arus Gangguan 3 Phasa ... 42

4.1.5 Perhitungan Arus Gangguan 2 Phasa ... 46

4.1.6 Perhitungan Arus Gangguan 1 Phasa ke Tanah ... 49

4.2.2 Setting Rele Gangguan Tanah pada Penyulang 20 kV 56 4.3Pemeriksaan Waktu Kerja Rele ... 59 4.3.1 Pemeriksaan Waktu Kerja Rele Arus Lebih ... 59 4.3.2 Pemeriksaan Waktu Kerja Rele Gangguan Tanah... 60 4.4Grafik Koordinasi Rele Arus Lebih dan Rele Gangguan Tanah 61

4.4.1 Hubungan Besar Arus Hubung Singkat Terhadap

Prosentase Panjang Saluran ... 62 4.4.2 Grafik Hubung Singkat Antara Arus Hubung Singkat

Pada Prosentase Panjang Saluran Dengan Waktu Kerja Pada Proteksi Rele Arus Lebih ... 62 4.4.3 Grafik Hubungan Antara Arus Hubung Singkat Pada

Prosentase Panjang Saluran dengan Waktu Kerja pada Proteksi Rele Gangguan Tanah ... 63 4.4.4 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Tiga Phasa .... 64 4.4.5 Koordinasi Rele Gangguan Tanah Pada Gangguan Satu

Phasa Ke Tanah ... 65 4.4.6 Koordinasi Rele Arus lebih Gangguan Tiga Phasa dengan

Grading Time 0,4 Detik ... 66 4.4.7 Koordinasi Rele Gangguan Tanah dengan Grading

Time 0,4 Detik ... 67 4.4.8 Koordinasi Rele Arus lebih Gangguan Tiga Phasa

Time 0,4 Detik ... 70 4.5 Analisa Grafik ... 72

4.5.1 Hubungan Besar Arus Hubung Singkat Terhadap

Prosentase Panjang Saluran ... 72 4.5.2 Grafik Hubung Singkat Antara Arus Hubung Singkat Pada

Prosentase Panjang Saluran Dengan Waktu Kerja Pada Proteksi Rele Arus Lebih ... 72 4.5.3 Grafik Hubungan Antara Arus Hubung Singkat Pada

Prosentase Panjang Saluran dengan Waktu Kerja pada Proteksi Rele Gangguan Tanah ... 74 4.5.4 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Tiga Phasa ... 74 4.5.5 Koordinasi Rele Gangguan Tanah Pada Gangguan Satu

Phasa Ke Tanah ... 76 4.6 Perbandingan Hasil Perhitungan dengan Data Di Lapangan. 77

V. SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan ... 81 5.2 Saran ... 82

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Ada banyak gangguan pada jaringan distribusi yang dapat mengakibatkan terputusnya pasokan daya listrik ke beban. Gangguan tersebut dapat berupa gangguan temporer maupun permanen. Untuk mengatasi gangguan tersebut penerapan dan penggunaan peralatan proteksi mempunyai peranan yang sangat penting, sehingga kontinuitas pelayanan tidak terganggu dalam waktu yang lama.

Khususnya pada penyulang Topan yang terhubung pada trafo 2, Gardu Induk Teluk Betung sering mengalami gangguan baik temporer maupun permanen. Berdasarkan data yang diperoleh dari PT. PLN (Persero) Cabang Tanjung Karang tercatat selama bulan Januari dan Februari 2013 terjadi lebih dari 10 kali gangguan pada saluran tersebut dan 3 kali di antaranya adalah gangguan permanen.

Hampir semua gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik adalah gangguan tidak simetris yang terdiri dari hubung singkat tidak simetris, gangguan tidak simetris melalui impedansi atau penghantar yang terbuka. Gangguan tidak simetris antara lain adalah gangguan satu phasa ke tanah, gangguan phasa ke phasa dan gangguan dua phasa ke tanah. Menurut buku

Electrical Power Distribution Enginering, Turan Gonen, didapatkan probabilitas gangguan satu phasa ke tanah sebesar 70%, gangguan phasa ke phasa 15%, gangguan dua phasa ke tanah 10% dan terakhir gangguan tiga phasa 5%.

1.2 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian ini antara lain :

1. Menghitung arus hubung singkat pada penyulang primer sistem distribusi 20 kV.

2. Menentukan setting rele arus lebih dan rele gangguan tanah yang di pasang pada Penyulang Topan GI Teluk Betung.

3. Membandingkan hasil simulasi dan perhitungan dengan setting yang ada di lapangan.

1.3 MANFAAT PENELITIAN

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Menambah pengetahuan bagi peneliti tentang karakteristik dan pengaturan rele arus lebih dan rele gangguan tanah di wilyah kerja PT. PLN (Persero) Cabang Tanjung Karang khususnya Penyulang Topan. 2. Memberikan informasi apakah peralatan proteksi yang digunakan masih

layak dan sesuai dengan standarisasi yang telah ditentukan.

3. Untuk mengetahui besar arus gangguan hubung singkat pada penyulang dan busbar.

4. Dapat melakukan setting koordinasi rele arus lebih dan rele gangguan tanah dengan karakteristik yang tepat.

Berdasarkan latar belakang yang dikemukakan di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

1. Bagaimana rele arus lebih dan rele gangguan tanah mengatasi dan melokalisir gangguan sehingga tidak menyebar ke daerah lain.

2. Bagaimana koordinasi kerja rele dalam pengamanan jaringan ketika terjadi gangguan.

3. Bagaimana mengkoordinasikan suatu rele bila terjadi gangguan pada sistem.

1.5 BATASAN MASALAH

Untuk menghindari meluasnya pembahasan, maka pembatasan masalah ini adalah pada analisa setting rele arus lebih dan rele ganguan tanah yang dilakukan pada sistem radial penyulang primer 20 kV pada PT. PLN (Persero) Cabang Tanjung Karang khususnya Penyulang Topan.

1.6 HIPOTESIS

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Pengaman

2.1.1 Pengertian Pengaman

Sistem pengaman tenaga listrik merupakan sistem pengaman pada peralatan yang terpasang pada sistem tenaga listrik seperti generator, bus bar, transformator, SUTT, kabel bawah tanah dan sebagainya terhadap kondisi abnormal pada operasi sistem.

2.1.2 Fungsi Pengaman

Fungsi pengaman tenaga listrik antara lain:

1. Mencegah kerusakan peralatan pada sistem tenaga listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi tidak normal pada sistem.

2. Mempersempit daerah terjadinya gangguan sehingga gangguan tidak menyebar ke sistem yang lain.

3. Memberikan pelayanan tenaga listrik dengan keandalan dan mutu yang tinggi kepada konsumen.

Pengaman pada sistem tenaga listrik pada dasarnya terdiri atas pemutus tenaga (PMT) atau circuit breaker (CB) yang bekerja memutus rangkaian jika terjadi gangguan yang operasinya dikendalikan oleh rele pengaman.

2.2 Sistem Proteksi Rele

2.2.1 Pengertian

Secara umum pada prinsipnya rele yang dipasang pada sistem tenaga mempunyai tiga fungsi yaitu:

1. Merasakan, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta memisahkannya dengan cepat.

2. Mengurangi gangguan kerusakan yang lebih parah dari peralatan yang terganggu.

3. Mengurangi pengaruh gangguan terhadap sistem yang lain yang tidak terganggu dalam sistem tersebut serta dapat beroperasi normal dan juga untuk mencegah meluasnya gangguan.

2.2.3 Kriteria Rele Pengaman

Untuk dapat menjaga kelangsungan penyaluran tenaga listrik, maka rele harus memenuhi beberapa kriteria sebagai berikut:

1. Keandalan (Reliability)

Pada keadaan normal atau tidak terjadi gangguan, mungkin dalam waktu yang lama rele tidak bekerja. Namun ketika suatu saat terjadi gangguan maka rele tidak boleh gagal bekerja dalam mengatasi gangguan tersebut.

2. Sensitivitas (Sensitivity)

saat awal terjadi gangguan, sehingga gangguan lebih mudah diatasi pada awal kejadian. Disamping itu rele juga harus stabil, artinya : a. Rele harus dapat membedakan antara arus gangguan dan arus

beban maksimum.

b. Pada saat pemasokan trafo daya, rele tidak boleh bekeja karena adanya arus inrush yang besarnya seperti arus gangguan, yaitu 3 sampai 5 kali arus beban maksimum.

3. Selektivitas (Selectivity)

Selektivitas berarti kemampuan untuk mengenali gangguan dan memberikan perintah ke pemutus tenaga untuk membuka seminimal mungkin untuk mengatasi gangguan.

4. Kecepatan Kerja/Reaksi

Rele pengaman harus mampu memutuskan dan memisahkan gangguan secara cepat dengan waktu gangguan yang minimum dan rele bekerja sesuai dengan pengaturan waktu yang telah ditetapkan.

5. Ekonomis

REL 20 KV

Rele arus lebih merupakan peralatan yang dapat merasakan adanya arus lebih yang disebabkan karena adanya gangguan hubung singkat maupun adanya beban berlebih (overload) yang dapat merusak peralatan yang berada di wilayah proteksi. Rele ini berfungsi sebagai pengaman cadangan (back up protection) pada trafo tenaga untuk gangguan eksternal atau sebagai pengaman cadangan pada outgoing feeder.

Pada dasarnya rele ini bekerja karena adanya arus lebih yang dirasakan baik karena hubung singkat maupun beban berlebih, yang kemudian akan memerintahkan PMT untuk membuka sehingga gangguan dapat dipisahkan dari sistem.

Gambar 2.1. Rangkaian Pengawatan Rele Arus Lebih

Gambar 2.2 merupakan grafik koordinasi rele arus lebih karakteristik invers dengan

masing-masing jenisnya.

Gambar 2.2 Karakteristik Rele Arus Lebih

(Datasheet OCR MCCG 82.ALSTOM)

2.4 Rele Gangguan Tanah

Gambar 2.3. Rangkaian Pengawatan Rele Gangguan Tanah (Modul Diklat PT. PLN (Persero), 2010)

Besar arus Ir, Is, It pada kondisi normal adalah seimbang, sehingga pada kawat tanah tidak mengalir arus dan rele gangguan tanah pun tidak bekerja. Bila terjadi hubung singkat ke tanah maka akan timbul ketidakseimbangan arus, sehingga pada kawat pentanahan akan mengalir arus urutan nol dan mengakibatkan GFR bekerja.

CT

OCR

GFR

TRIP COIL Ir Is It

I0

2.5 Jenis-Jenis Rele Proteksi Arus Lebih

Berdasarkan karakteristik operasi, rele arus lebih dapat dibedakan menjadi : 2.5.1 Instantaneous OCR (Rele Arus Lebih Waktu Kerja Seketika)

Rele ini bekerja tanpa adanya penundan waktu atau time delay dalam beroperasi apabila terjadi gangguan. Rele ini akan bekerja apabila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya. Rele ini bekerja dalam waktu milidetik. Rele ini akan beroperasi ketika arus mencapai nilai yang telah ditentukan. Setting ini dipilih pada GI yang paling jauh dari sumber, rele akan beroperasi pada nilai arus yang rendah. Tipe proteksi ini mempunyai kelemahan pada selektivitas dan nilai arus hubung singkat yang tinggi. Kerugian yang lainnya adalah sulit membedakan antara arus gangguan pada satu titik atau lainnya ketika impedansi antara titik-titik ini lebih kecil dibandingkan terhadap impedansi sumber.

Gambar 2.4. Rele Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Kerja Seketika

t (s)

t (s)

I (A)

Setelan arus lebih

Setelan waktu tunda

Rele ini bekerja dengan waktu tunda yang telah ditentukan. Jenis ini memungkinkan setting menjadi bervariasi untuk mengatasi besar arus gangguan yang berbeda dengan menggunakan waktu operasi berbeda.

Setting dapat disesuaikan dengan cara dimana pemutus tenaga yang paling dekat dengan gangguan akan membuka dalam waktu yang pendek. Maka operasi untuk rele tipe ini dapat disesuaikan pada langkah yang pasti dimana proteksi lebih selektif.

Gambar 2.5. Rele Arus Lebih dengan Karakteristik Waktu Kerja Tertentu

2.5.3 Standar Invers Time Relay (Rele Arus Lebih Kerja Terbalik)

Rele ini bekerja dengan waktu tunda sesuai dengan karakteristik invers

t (s)

I (A)

t (s)

I (A)

Gambar 2.6. Rele Standar Invers Time

2.5.4 Invers Definite Minimum Time OCR (Relai Arus Lebih IDMT)

Karakteristik rele ini adalah memiliki bagian invers untuk arus gangguan kecil dan bagian landai untuk arus gangguan yang besar, sehingga semakin besar arus gangguan yang terjadi maka akan semakin cepat rele bekerja. Tetapi pada saat tertentu yaitu pada saat mencapai waktu yang telah ditentukan maka kerja rele tidak lagi ditentukan oleh arus gangguan tetapi oleh waktu. Keuntungan menggunakan rele jenis ini adalah sebagai pengaman banyak saluran. Rele ini dapat memberikan pengamanan yang cepat, baik di ujung saluran maupun yang berada dekat sumber.

P distribusi beserta dengan rangkaian ekivalen urutan positif, negatif dan urutan nol.

Gambar 2.8.Single Line Diagram Sistem Tenaga Listrik

Gambar 2.9. Jaringan Urutan Positif

Gambar 2.10. Jaringan Urutan Negatif

M F

F

Xg1 Xg2 X_f X_m

Gambar 2.11. Jaringan Urutan Nol

2.7 Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat

2.7.1 Gangguan Hubung Singkat Satu Phasa ke Tanah

dan dari persamaan di bawah ini:

Penyelesaian untuk �_�(0) dan kombinasi hasil dari persamaan (2.14), maka didapatkan persamaan seperti di bawah ini:

�

_�(0)

=

�

_�(1)

=

�

_�(2)

=

��

��(0)+ ��(1)+ ��(2)+ 3 �

a

b

c

Zf If

Vf Zkk

(1)

Zkk(2)

Zkk(0)

3Zf

I_fa(1) = I_fa(2) = I_fa(0)

Gambar 2.12. Gangguan Satu Phasa Ke Tanah

Persamaan (2.18) adalah persamaan untuk mencari besar arus gangguan satu phasa ke tanah melalui impedansi Zf dan digunakan dengan

hubungan komponen simetris untuk menentukan semua tegangan dan arus pada titik P. Rangkaian ekivalen thevenin tiga jaringan dihubungkan seri, seperti pada gambar 2.13 dengan impedansi gangguan 3Zf dan

sumber tegangan sebelum gangguan Vf.

a

b

c

Z

f

semua sistem bus dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.16)

2.7.2 Gangguan Hubung Singkat Phasa ke Phasa

Gangguan phasa ke phasa melalui impedansi Zf ditunjukan pada

gambar 2.14 dimana gangguan pada titik P, phasa yang terganggu adalah phasa b dan c. Pada titik gangguan hubungan di bawah ini.

Ifa = 0 Ifb = -Ifk Vab– Vkc = IfbZf

Gambar 2.14. Gangguan Phasa ke Phasa

Z1kk

VF

Z2kk

ZF

Tegangan yang melalui jaringan urutan nol adalah 0 karena tidak ada sumber urutan nol, dan karena �_�(0)= 0, arus tidak diinjeksikan ke jaringan yang disebabkan gangguan. Oleh sebab itu, perhitungan arus gangguan phasa ke phasa tidak meliputi jaringan urutan nol.

Untuk mempermudah analisa sesuai dengan persamaan (2.19) maka dibuat rangkaian ekivalen thevenin jaringan urutan positif dan negatif dalam paralel, seperti gambar di bawah ini. Untuk menunjukan bahwa hubungan jaringan memenuhi persamaan tegangan Vkc = IfbZf,

dikembangkan masing-masing sisi persamaan terpisah.

Gambar 2.15. Rangkain Ekivalen Jaringan Urutan Positif dan Negatif Gangguan Phasa

ke Phasa

�� − �� = ��(!)+ ��(2) − ��(1)+ ��(2)

= �_�(1)− �_�(1) + �_�(2)− �_�(2) = 2− �_�(1)+ − 2 �_�(2) = 2− �_�(1)− �_�(2)

IfbZf = �_�

(1)

+�_�(2) _�

2_{− �}

2.7.3 Gangguan Hubung Singkat Dua Phasa ke Tanah

Gangguan dua phasa ke tanah ditunjukan seperti pada gambar 2.17 gangguan terjadi pada phasa b dan phasa c.

Ifb = 0 Vkb = Vbc = (Ifb + Ifc)Zf (2.21)

Karena Ifa adalah 0, maka arus urutan nol diberikan oleh

�_�(0)

Pensubstitusian Vkb untuk Vkc adalah

�_�(1)

a

b

c

Zf

Ifb = Ifc

Gambar 2.16 Gangguan Dua Phasa ke Tanah

Sedangkan baris pertama dan persamaan (2.22) menunjukkan bahwa : 3�_�(0) =�_� 2�_�

Hubungan diagram jaringan menunjukkan bahwa arus urutan positif adalah :

Arus urutan negatif dan urutan nol adalah :

� � ��

(2)

+ _��(0)3 _�

2.7.4 Gangguan Hubung Singkat Tiga Phasa

Impedansi pada gangguan simetris tiga phasa adalah sama diantara masing-masing jaringan. Jaringan yang mengalir hanya jaringan urutan positif. Arus urutan positif dengan impedansi gangguan yang sama di semua phasa adalah :

� 1 =

��

��(1)+ �

(2.26)

2.8 Penelitian Terdahulu

Dalam permasalahan setting rele proteksi dan komponen pendukungnya, ada beberapa penelitian terdahulu yang telah diidentifikasi seperti pada makalah [1] yang ditulis oleh Nugroho et al, telah melakukan analisa pada Penyulang Kaliwungu 03 di kota Kendal Jawa Tengah. Arus gangguan yang terjadi sangat besar karena sistem listriknya menganut sistem pentanahan langsung sepanjang saluran. Dengan demikian sering terjadi pelimpahan pembebanan antar penyulang bila terjadi gangguan, sehingga jangkauan pengindraan peralatan proteksi mutlak harus dipertimbangkan termasuk koordinasi antara pengaman satu dengan yang lain. Pada penelitian ini, peneliti mencoba menganalisa besar arus gangguan hubung singkat baik tiga phasa, dua phasa dan satu phasa ke tanah pada Penyulang Kaliwungu serta membandingkannya dengan setting OCR dan Recloser

keandalan penyulang Kaliwungu dalam keadaan normal atau saat menerima pelimpahan beban dari penyulang Waleri 06 dan juga dapat memperlihatkan karakteristik dan pola setting peralatan pengaman yang terpasang. Dari penelitian tersebut dapat disimpulkan bahwa setting OCR dan Recloser masih dapat mengatasi besar arus gangguan, karena setting

kedua peralatan tersebut masih lebih besar dari pada besar arus gangguan minimum. Dengan demikian penyulang Kaliwungu 03 dapat memikul pelimpahan beban dari penyulang Waleri 06, namun untuk keperluan keandalan perlu dilakukan evaluasi yang terjadwal pada peralatan tersebut karena kondisi beban bisa berubah sewaktu-waktu.

hubung singkat. Penelitian ini juga memuat data teknis di GI dan data pada penyulang 20 kV. Setting arus ocr yang diterapkan adalah sebesar 120 % x arus nominal, sedangkan untuk gfr disetting sebesar 50 % x arus nominal. Dari hasil penelitian ini didapatkan data teknis untuk GI Krapyak baik arus hubung singkat maupun setting untuk peralatan proteksi khususnya gangguan arus lebih. Dengan diadakannya penelitian ini diharapkan agar apabila terjadi gangguan di daerah penyulang 20 kV maka rele terdekat di penyulang saja yang bekerja, rele incoming 20 kV trafo hanya sebagai back up proteksi sisi penyulang, begitu pula rele di sisi 150 kV trafo sebagai

back up rele sisi incoming 20 kV sehingga tidak mengakibatkan pemadaman yang lebih luas.

sebagai dasar setting pada rele yang terpasang. Dari hasil penelitian dan simulasi didapatkan waktu operasi rele rata-rata adalah 300 ms. Sehingga dapat disimpulkan bahwa rele mempunyai waktu operasi (top) yang kecil dan dapat melokalisir gangguan dengan cepat. Arus gangguan hubung singkat yang didapatkan dari simulasi sebesar 13 kA waktu pemutusannya sebesar 100 ms dan arus hubung singkat yang kecil 0.001 kA waktunya sebesar 300 ms.

hubung singkat. OCR jenis ini diset menggunakan potensiometer. Untuk

high menggunakan potensiometer merah dan untuk low menggunakan potensiometer hijau. Penggunaaan OCR digunakan karena umumnya sistem masih menggunakan sistem penyaluran udara. Dari hasil perhitungan pada masing-masing rele dapat bekerja pada waktu yang tepat dari gangguan yang terjadi pada penyulang 20 kV.

Selanjutnya untuk evaluasi rele proteksi feeder telah dilakukan oleh Amanah et al, dalam makalah [5] membahas tentang cara pengamanan dari kemungkinan symphathetic tripping atau tripping ikutan/palsu yang terjadi karena peralatan proteksi salah merespon yang tidak diharapkan. Kejadian seperti ini biasa terjadi pada peralatan pengaman yang terhubung seri pada satu penyulang atau penyulang lain dengan bus yang sama. Penelitian ini bertujuan untuk meminimalkan gangguan pada jaringan akibat dari salah respon dari peralatan proteksi. Penelitian ini hanya membahas tentang penggunaan rele gangguan tanah saja dengan menggunakan program bantu delphi. Tripping yang diamati adalah tripping seri dan tripping paralel. Pada makalah ini dilakukan perhitungan besar arus gangguan satu phasa ke tanah pada beberapa penyulang untuk dilakukan setting pada peralatan prooteksi. Kemudian hasil perhitungan tersebut dibandingkan dengan

setting pada peralatan harus diperiksa selektifitasnya terlebih dahulu agar tidak terjadi kesalahan setting pada peralatan proteksi. Dari penelitian dapat disimpulkan bahwa symphathetic tipping dapat terjadi karena adanya arus kapasitif pada penyulang dan pada penyulang yang menggunakan rele tipe definit time. Penanggulangannya adalah dengan menggunakan jenis

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian tugas akhir ini bertempat di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung dan PT. PLN (Persero) Cabang Tanjung Karang pada bulan Maret 2013 sampai dengan selesai.

3.2 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikiut : 1. Satu unit laptop dengan operating sistem windows 7.

2. Software simulator yakni matlab versi 7.8.0 untuk membantu

perhitungan pada sistem.

3.3 Langkah-Langkah Penelitian

Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap, antara lain : 1. Studi Literatur

2. Pengambilan Data

Pengumpulkan data dilakukan di PT. PLN (Persero) Cabang Tanjung Karang sehingga didapatkan nilai-nilai yang diperlukan sebagai bahan analisa selanjutnya.

3. Perhitungan

Perhitungan ini dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan nilai besaran yang diperlukan dalam setting peralatan proteksi yang kemudian akan dibandingkan dengan keadaan di lapangan.

3.4 Metode Penyelesaian

3.4.1 Perhitungan Besar Arus Hubung Singkat

Untuk melakukan perhitungan arus hubung singkat, terdapat beberapa tahap yang harus dilakukan. Terlebih dahulu kita harus memulai perhitungan pada rel daya tegangan primer di GI untuk berbagai jenis gangguan, kemudian menghitung pada titik yang semakin jauh dari GI tersebut. Impedansi dasar pada rel daya tegangan tinggi meliputi impedansi sumber, impedansi trafo dan impedansi penyulang.

 Impedansi Sumber

Sebelum menghitung impedansi sumber di sisi 20 kV, maka kita harus menghitung dulu impedansi sumber di bus 150 kV. Impedansi di bus 150 kV diperoleh dengan persamaan:

Xs = �� 2

Xs = Impedansi sumber (Ω)

kV2 = Tegangan sisi sekunder trafo tenaga (kV) MVA = Kapasitas daya trafo tenaga (MVA)

 Impedansi Penyulang

Besarnya impedansi penyulang bergantung pada besar impedansi per km dari penyulang yang akan dihitung dimana nilai tersebut tergantung dari jenis penghantarnya yaitu dari bahan penghantar dan besar kecilnya penampang penghantar. Besar impedansi suatu penyulang dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

Sedangkan untuk menghitung impedansi penyulang pada titik tertentu pada penyulang baik urutan positif, negatif maupun urutan nol digunakan persamaan sebagai berikut:

Z1 = Z2 = % panjang x panjang penyulang (km) x Z1, Z2, Z0

Dimana:

Z1= Impedansi urutan positif (Ω)

Z2= Impedansi urutan negatif (Ω)

Z0 = Impedansi urutan nol (Ω)

 Perhitungan Arus Hubung Singkat Tiga Phasa

Untuk menghitung arus hubung singkat tiga phasa digunakan persamaan sebagai berikut:

I3phasa = Arus gangguan hubung singkat tiga phasa (A)

VLN = Tegangan phasa-netral 20 kV =

20.000

3

V

Z1eq = Impedansi ekivalen urutan positif (Ω)

 Perhitungan Arus Hubung Singkat Dua Phasa

I2phasa = Arus gangguan hubung singkat dua phasa (A)

VLL = Tegangan phasa-phasa sistem 20 kV (V)

Z1eq = Impedansi Urutan positif (Ω)

 Perhitungan Arus Hubung Singkat Satu Phasa ke Tanah

Persamaan yang digunakan untuk mencari besar arus gangguan hubung siungkat satu phasa ke tanah adalah sebagai berikut:

I1phasa =

3 ��

�1 �+�2 �+�0 �

(3.8)

Dimana:

I1phasa = Arus gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah (A)

VLN = Tegangan phasa-netral 20 kV =

20.000

3

V

Z1 = Impedansi urutan positif (Ω)

Z2 = Impedansi urutan negatif (Ω)

Z0 = Impedansi urutan nol (Ω)

3.4.2 Setting Proteksi Rele Arus Lebih

Untuk menentukan pengaturan proteksi rele arus lebih digunakan persamaan sebagai berikut :

Setting Rele Arus Lebih Karakteristik Kurva Standar Invers Time

(SIT)

Persamaan yang digunakan untuk pengaturan karakteristik ini adalah : TMS = 0.14 �

Setting Rele Arus Lebih Karakteristik Kurva Very Invers Time (VIT)

Time (EIT)

Persamaan yang digunakan adalah : T = 80 �

3.5 Koordinasi Rele Arus Lebih

Sebelum melakukan koordinasi rele arus lebih ini, terlebih dahulu kita harus mengetahui besar arus gangguan yang mengalir pada tiap jaringan yang akan diproteksi.

Untuk koordinasi ini, terdapat beberapa data yang diperlukan antara lain :

1. One Line Diagram

2. Impedansi Sistem

3. Nilai arus gangguan hubung singkat maksimum dan minimum yang melewati perlalatan proteksi.

4. Arus beban maksimum yang melewati peralatan proteksi. 5. Kurva karakteristik rele.

3.6 Metode Koordinasi Rele Arus Lebih

Dalam metode koordinasi rele ini terdapat tiga sistem tingkatan yang di gunakan yaitu sistem tingkatan waktu, sistem tingkatan arus dan sistem tingkatan waktu dan arus.

3.6.1 Sistem Tingkatan Waktu

Besar arus gangguan berbanding terbalik dengan posisi gangguan karena terdapat perbedaan besar impedansi sumber dan impedansi gangguan. Gangguan yang terjauh dari sumber memiliki impedansi terbesar dan arus gangguan terkecil. Sistem ini biasanya digunakan pada jaringan sistem yang memiliki perbedaan arus yang sangat besar.

3.6.3 Sistem Tingkatan Arus dan Waktu

Pada sistem ini jenis rele yang biasa digunakan adalah rele dengan karakteristik Invers Devinite Minimum Time (IDMT), dimana sangat memungkinkan bahwa untuk arus gangguan yang sangat besar dan rele dapat disetting pada waktu minimum sesuai dengan karakteristiknya.

Beberapa hal yang harus diketahui terlebih dahulu sebelum melakukan koordinasi rele adalah sebagai berikut :

1. Besarnya arus gangguan hubung singkat.

2. Plug Multiplier Setting (PMS), dapat dihitung dengan persamaan berikut :

PSM = �

�

Mulai Penelitian

Studi Literatur

Pengumpulan Data

Data Tersedia

Memasukan Data

Simulasi

Analisa

Selesai Tidak

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan

1. Arus gangguan hubung singkat tiga phasa dari GI ke GH Bambu kuning terbesar adalah 11.892 A, dari GH Bambu Kuning sampai ujung saluran adalah 2.070 A. Sedangkan Untuk gangguan dua phasa berturut-turut adalah 10.299 A dan 3.099 A. Sementara pada gangguan satu phasa ke tanah besar arus gangguannya berturut-turut adalah 287,6 A dan 272,6 A. Besar arus gangguan hubung singkat sangat dipengaruhi oleh letak titik gangguan, semakin jauh titik gangguan dari sumber maka arus hubung singkat akan semakin kecil.

2. Setting TMS Rele arus lebih pada rele 3 adalah sebesar 0,12, pada rele 2 sebesar 0,22 dan pada brele 1 sebesar 0,25. Sedangkan setting TMS untuk rele ganggua tanah pada rele 3 sebesar 0,10, pada rele 2 sebesar 0,2 dan pada rele 3 sebesar 0,3.

dengan hanya sedikit selisih nilai setting yang didapatkan. Namun harus dilakukan setting ulang pada rele gangguan tanah pada rele 3 karena tidak sesuai denngan hasil perhitungan. Dimana pada perhitungan didapatkan nilai setting TMS sebesar 0,10 sedangkan data di lapangan nilai TMS sebesar 0,5.

5.2 Saran

Saran yang bisa penulis berikan pada tugas akhir ini antara lain:

1. Perlu adanya pengecekan secara berkala pada peralatan proteksi yang terpasang di saluran untuk menghindari kegagalan operasi pada sistem proteksi bila terjadi gangguan, mengingat pasokan tenaga listrik ke konsumen sangat penting sehingga daerah pemadaman tidak menjadi lebih luas.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Nugroho Agus Darmanto, Susatyo Handoko. 2006. Analisa Koordinasi OCR-Recloser Penyulang Kaliwungu 03. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro. Jawa Tengah.

[2] Priyono, Sugeng. 2009. Koordinasi Sistem Proteksi Trafo 30 MVA Di Gardu Induk 150 kV Krapyak. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Elektro Universitas Negeri Semarang. Jawa Tengah

[3] Tirza Nova, Syahrial. 2013. Perhitungan Setting Rele OCR dan GFR pada Sistem Interkoneksi Diesel Generator di Perusahaan “X”.

Tugas Akhir. Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Nasional. Bandung

[4] Aiyub, Said. 2008. Koordinasi Sistem Proteksi Over Current Relay Tipe BEI-51 Pada Transformator Daya DenganGround Foult

Relay. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe. Aceh

[5] Amanah Kurniawati, Ir.Juningtyastuti, Mochammad Facta,S.T.,MT.

Evaluasi Rele Proteksi Pada Feeder distribusi Terhadap

Kemungkinan Gangguan Shympathetic Tripping Pada

[7] John J. Grainger. William D. Stevenson,Jr. 1994. Power Sistem Analysis. Mc-Graw-Hill International Editon Elektrical Engineering Series. United States of America.

[8] Hutauruk, T.S. 1985. Transmisi Daya Listrik. Erlangga. Jakarta.

[9] Djiteng Marsudi. 1990. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Balai Penerbit dan Humas ISTN. Jakarta.