PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR

(1)

SKRIPSI

Simulasi Relai Pilot Differensial untuk Proteksi Saluran Transmisi Berbasiskan Perangkat Lunak Power System Computer Aided Design

(PSCAD/EMTDC)

NUR FADILLAH

105 82 1679 15

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR

2020

(2)

i

SIMULASI RELAI PILOT DIFFERENSIAL UNTUK SALURAN TRANSMISI

UDARA MENGGUNAKAN

PERANGKAT LUNAK PSCAD

(POWER SYSTEM COMPUTER

DESAIN)

/EMTDC)

Skripsi

Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana

Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik

Disusun dan diajukan oleh:

Nur Fadillah 105 82 1679 15 PADA UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2020

(3)

(4)

(5)

iv

KATA PENGANTAR

ِمــــــــــــــــــْسِب ِالله ِنَم ْحَّرلا ِمْيِحَّرلا

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu wata‟ala, karena Rahmat dan Hidayah Nyalah sehingga penulis dapat menyusun skripsi ini, dan dapat kami selesaikan dengan baik.

Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan yang harus ditempuh dalam rangka penyelesaian program studi pada Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar. Adapun judul tugas akhir kami adalah:

“ Simulasi Relai Pilot Differensial Untuk Saluran Transmisi Udara

Menggunakan Perangkat Lunak PSCAD/EMTDC”

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan-kekurangan, hal ini disebabkan penulis sebagai manusia biasa tidak lepas dari kesalahan dan kekurangan baik itu ditinjau dari segi teknis penulisan maupun dari perhitungan.Oleh karena itu penulis menerima dengan ikhlas dan senang hati segala koreksi serta perbaikan guna penyempurnaan tulisan ini agar kelak dapat bermanfaat.

Skripsi ini dapat terwujud berkat adanya bantuan, arahan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala ketulusan dan kerendahan hati, kami mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada:

1. Bapak Hamzah Al Imran, ST, MT., sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

2. Ibu Adriani, ST, MT., sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

3. Bapak Dr. Ir. Zahir Zainuddin, M.Sc Selaku Pembimbing I dan Bapak Andi Faharuddin, S.T.,M.T selaku Pembimbing II, yang telah banyak meluangkan waktunya dalam membimbing kami.

(6)

v

4. Bapak dan Ibu Dosen serta Staf pegawai pada Fakultas Teknik atas segala waktunya telah mendidik dan melayani penulis selama mengikuti proses belajar mengajar di Universitas Muhammadiyah Makassar.

5. Ayahanda dan Ibunda yang tercinta, Penulis mengucapkan banyak terimakasih yang sebesar-besarnya atas segala limpahan kasih sayang, doa dan pengorbanan terutama dalam bentuk materi dalam menyelesaikan kuliah.

6. Saudara-saudaraku serta rekan-rekan mahasiswa Fakultas Teknik

terkhusus Reaksi 2015 yang dengan keakraban dan persaudaraan banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Semoga semua pihak tersebut di atas mendapat pahala yang berlipat ganda di sisi Allah Swt dan skripsi yang sederhana ini dapat bermanfaat bagi penulis, rekan-rekan masyarakat serta bangsa dan Negara.Amin.

Makassar, 14 Januari 2020

(7)

vi Nur fadillah

1

Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik Unismuh Makassar

E_mail :nurfadillahahmadi777@gmail.com

ABSTRAK

Abstrak; Zahir Zainuddin, Andi Faharuddin, Nur fadillah (2020) Saluran transmisi merupakan komponen vital dalam penyaluran daya, yang menghubungan unit pembangkit dengan pusat-pusat beban atau ke pusat pembangkit lainnya. Saluran transmisi terdiri dari sekelompok konduktor overhead yang terbentang pada wilayah yang luas dan kondisi geografi yang berbeda dengan berbagai macam kondisi udara, sehingga sangat rentan terjadi gangguan pada saluran tersebut. Salah satu peralatan proteksi yang digunakan adalah relai pilot perbandingan fase. Yang membedakannya adalah daerah yang diamankan cukup panjang sehingga diperlukan sarana komunikasi antara ujung saluran dengan menggunakan relai sejenis pada ujung saluran. Penelitian ini menunjukkan performa relai pilot differensial terhadap saluran transmisi pada gangguan internal dan eksternal. Ada empat tipe gangguan yang akan disimulasikan di PSCAD/EMTDC yaitu gangguan satu fase ke tanah,dua fase ke tanah, dua fase dan tiga fase, dengan resisitansi gangguan 2 ohm, 5 ohm dan 10 ohm. Sistem yang dikaji pada penelitian ini memiliki sumber 150 kV, 3 fase, 50 Hz menggunakan saluran transmisi dengan panjang 20 km. Simulasi gangguan hubung singkat dan relai pada saluran transmisi menggunakan software PSCAD (Power System Computer

Aided Design). Hasil simulasi menunjukkan bahwa relai pilot differensial, mampu

men-trip CB untuk semua gangguan internal dan memblok CB untuk semua gangguan eksternal.

Kata Kunci: Saluran transmisi, Relai pilot differensial, gangguan hubung singkat,

(8)

vii Nur fadillah

Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik Unismuh Makassar

E_mail :nurfadillahahmadi777@gmail.com

ABSTRACT

Abstract; Zahir Zainuddin, Andi Faharuddin, Nur Fadillah, (2020) Transmission line is a vital component in electrical power system, A transmission line is used for the transmission of electrical power from generating substation to the various distribution units.the transmission line is made up of a conductor having uniform cross section along the line.the probability of faut occurrence on the overhead line is much more due to their greater lengths and exposure to atmospheric conditions.in pilot wire differential protection a differential relay is used which responds to vector difference between two or more similar electrical quantities. There are four types of interference that will be simulated in PSCAD / EMTDC, which are one-phase to ground, two-phase to ground, two-phase and three-phase interference, with 2 ohm,5 ohm and 10 ohm interference resistance. The system studied in this study has a source of 150 kV, 3 phases, 50 Hz using a transmission line with a length of 20 Km. Simulation of short circuit interference and relays on transmission lines using PSCAD (Power System Computer Aided Design) software. The simulation results show that the pilot relay diffential , is able to trip CB for all internal disturbances and block CB for all external interference.

Keywords: transmission line, pilot relay differential, short circuit interference,

(9)

viii

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN SAMPUL HALAMAN JUDUL ... i HALAMAn PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

KATA PENGANTAR ... iv

ABSTRAK ... vi

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ... xvii

BAB I PENDAHULUAN ... 1 A. Latar Belakang ... 1 B. Rumusan Masalah ... 3 C. Tujuan Penelitian ... 3 D. Batasan Masalah ... 3 E. Manfaat Penelitian ... 4 F. Sistemasi Penulisan………... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

(10)

ix

B. Gangguan Sistem Tenaga Listrik ... 7

1. Faktor Penyebab Gangguan ... 7

2. Jenis Gangguan ... 8

C. Sistem Proteksi ... 12

1. Fungsi Sistem Proteksi ... 12

2. Syarat-syarat relai pengaman ... 12 a. Cepat bereaksi ... 12 b. Selektiv ... 13 c. peka/sensitif ... 13 d. Andal/reabilit ... 14 e. Sederhana/simplicity ... 15 f. Murah/ekonomy ... 15

D. Beberapa Relai Proteksi Untuk Saluran Transmisi ... 16

1. Relai Proteksi Nonpilot ... 16

2. Relai Proteksi Pilot ... 17

E. Relai Pilot Differensial... 19

F. Prinsip kerja Relai Pilot Differensial Untuk Saluran Transmisi ... 20

G. Perangkat Lunak PSCAD/EMTDC ... 22

1. Studi Tipikal PSCAD ... 23

2. Pengenal Dan Menjalankan PSCAD ... 25

3. Memulai PSCAD ... 31

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 35

A. Waktu Dan Tempat Penelitian ... 35

1. Alat ... 35

2. Bahan ... 36

(11)

x

D. Data Penelitian ... 37

E. Langkah Penelitian ... 37

F. Jadwal Peneletian ... 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 40

A. Pemodelan sistem transmisi, gangguan serta relai dengan software PSCAD ... 40

B. Hasil simulasi... 42

1. Dalam Keadaan Normal ... 42

2. Gangguan Internal ... 43 3. Gangguan Eksternal ... 55 BAB V PENUTUP ... 58 A. Simpulan ... 58 B. Saran ... 58 DAFTAR PUSTAKA

(12)

xi DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1 Gangguan satu fase ke tanah ... 10

Gambar 2.2 Gangguan dua fase ke tanah ... 10

Gambar 2.3 Gangguan dua fase ... 11

Gambar 2.4 Gangguan tiga fase ... 11

Gambar 2.5 Diagram sistem proteksi terhadap gangguan ... 13

Gambar 2.6 Contoh gangguan... 19

Gambar 2.7 Relai differensial pada saluran transmisi ... 21

Gambar 2.8Relai differensial kondisi gangguan di luar proteksi ... 22

Gambar 2.9 Relai differensial kondisi gangguan di dalam proteksi ... 22

Gambar 2.10 Lingkungan utama PSCAD (Muller, 2005) ... 25

Gmabar 2.11 Title, menu and main tool bar.PSCAD (Muller, 2005). ... 25

Gambar 2.12 Menu file dari bilah menu utama PSCAD (Muller, 2005) ... 26

Gambar 2.13 Jendela ruang kerja PSCAD (Muller,2005) ... 27

Gambar 2.14 Jendela keluaran/Output PSCAD (Muller, 2005) ... 28

(13)

xii

Gambar 2.16 Membuka proyek PSCAD (Muller, 2005) ... 30

Gambar 2.17 Contoh sederhana rangkaian yang dibuat dalam PSCAD (Muller) ... 31

Gambar 2.18 Pilot hasil simulasi PSCAD (Muller, 2005) ... 32

Gambar 2.19 Menu untuk mencetak rangkaian dan grafik PSCAD (Muller, 2005) ... 34

Gambar 3.1 Diagram balok skema penelitian ... 36

Gambar 3.2 Bagan alir proses penelitian ... 38

Gambar 4.1 Rangkaian simulasi PSCAD V.4.2.0 Student version ... 39

Gambar 4.2 Model relai ... 40

Gambar 4.3 Monitor tegangan arus dan respon relai ... 41

Gambar 4.4 Hasil Simulasi Keadaan Normal Pada Monitor Fasor ... 42

Gambar 4.5 Hasil Simulasi Keadaan Normal Pada Monitor Multi Meter ... 43

Gambar 4.6 Hasil Simulasi Keadaan Abnormal Gangguan Internal Satu Fasa Ke Tanah Pada Monitor Fasor ... 44

Gambar 4.7 Hasil Simulasi Keadaan Abnormal Gangguan Eksternal Satu Fasa Ke Tanah Pada Monitor Multi ... 45

(14)

xiii

Gambar 4.8 Hasil Simulasi Keadaan Abnormal Gangguan Eksternal

Satu Fasa Ke Tanah Pada Monitor Fasor ... 46

Gambar 4.9 Hasil Simulasi Keadaan Abnormal Gangguan Internal Dua

Fasa Ke Tanah Pada Monitor Multi ... 47

Fasa Ke Tanah Pada Monitor Fasor ... 48

Dua Fasa Ke Tanah Pada Monitor Multi ... 50

Satu Fasa Ke Tanah Pada Monitor Fasor ... 51

Fasa Pada Monitor Multi ... 53

Fasa Pada Monitor Fasor ... 53

Dua Fasa Pada Monitor Multi ... 54

Satu Fasa Pada Monitor Fasor ... 55

Gambar 4.17 Hasil Simulasi Keadaan Abnormal Gangguan Internal Tiga

(15)

xiv

Gambar 4.19 Hasil Simulasi Keadaan Abnormal Gangguan internal Tiga

Fasa Pada Monitor Fasor ... 56

Tiga Fasa Pada Monitor Multi ... 56

(16)

xv DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Performa relai terhadap gangguan internal satu-fase ke tanah (A-G) ... 62 Tabel 4.2 Performa relai terhadap gangguan internal dua-fase ke tanah (AB-G) . 67 Tabel 4.3 Performa relai terhadap gangguan internal dua-fase (AB) ... 72 Tabel 4.4 Performa relai terhadap gangguan internal tiga-fase (ABC) ... 77 Tabel 4.5 Performa relai terhadap gangguan ekstenal satu-fase ke tanah (A-G) .. 82 Tabel 4.6 Performa relai terhadap gangguan ekstenal dua-fase ke tanah (AB-G) 87 Tabel 4.7 Performa relai terhadap gangguan ekstenal dua-fase (AB) ... 92 Tabel 4.8 Performa relai terhadap gangguan ekstenal tiga-fase (ABC)... 97

(17)

xvi

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN

Notasi Definisi dan Keterangan

PSCAD Power System Computer Aided Design

RPPF Relai Pilot Perbandangan Fase

EMTDC Electro Magnetic Transient DC

CT Current Transformastor

VT Voltage Trasformator

DC Direct Current

PMT Sakelar Pemutus Tegangan

CB Circuit Breaker

Hz Hertz/Frekuensi

Kc Kecepatan Transfer Data

DFT Discrate Fourier Transform

Ms Meta Secon

PE Performance Evaluator

kV Kilo Volt

Ohm Satuan Impedansi listrik

Steady state Keadaan Stabil

Zf Impedansi (Ohm)

I Arus

Ia Tegangan Fase a

Ib Tegangan Fase b

(18)

xvii

V Tegangan

Va Tegangan Fase a

Vb Tegangan Fase b

Vb Tegangan Fase c

(19)

1 BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pada sistem transmisi sering terjadi kondisi abnormal yang

disebabkan oleh hubung singkat pada saluran tiga fase yang dapat mengakibatkan

kenaikan arus yang sangat besar. Lonjakan arus yang sangat besar ini dapat

mengakibatkan terjadinya ketidakstabilan sistem, kontinuitas pelayanan listrik

ke konsumen menjadi terganggu dan kerusakan pada peralatan sistem tenaga jika

tidak segera diatasi secepatnya. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem proteksi

yang dapat meminimalkan terjadinya gangguan tersebut.

Ada dua skema proteksi pada saluran transmisi berdasarkan komponen

frekuensi fundamental dari gangguan yang membangkitkan sinyal arus dan

tegangan transien yaitu proteksi nonunit (nonpilot) dan proteksi unit (pilot).

Skema proteksi nonunit menggunakan data pada salah satu ujung saluran

transmisi sedangkan skema proteksi unit selalu menggunakan data dari kedua

ujung saluran. Selama bertahun-tahun, penelitian ini telah dilakukan untuk

pengembangan kedua skema tersebut. Proteksi nonunit contohnya relai jarak,

tidak bisa memproteksi keseluruhan panjang saluran, memiliki setting yang rumit

dan tidak bisa membedakan gangguan eksternal dengan internal yang terjadi pada

saluran. Sedangkan, proteksi unit contohnya relai pilot diferensial.

(20)

2

Relai diferensial akan bekerja apabila terdapat perbedaan arus pada CT

sisi primer dan sekunder di zona proteksi. Apabila gangguan terjadi di luar zona

proteksi, relai tidak akan bekerja . Selain selektif, relai diferensial dapat bekerja

dengan cepat. Hal ini disebabkan karena relai ini dapat bekerja tanpa koodinasi

dengan relai yang lain.

Dahulu praktik penggunaan relai diferensial untuk memproteksi saluran

transmisi masih sangat terbatas terutama karna adanya kesulitan dalam

mnghubungkan trafo arus antara dua gardu yang saling berjauhan. Namun akhir –

akhir ini proteksi saluran transmisi dengan menggunakan relai diferensial sudah

mulai diterapkan terutama karena sudah tersedianya kanal-kanal sistem

komunikasi yang dapat digunakan untuk membandingkan arus pada kedua ujung

saluran yang berjauhan tersebut (Pandjaitan, 2012).

Maka dari itu penulis tertarik untuk melakukan penelitian mengenai

Simulasi Relai Pilot Differensial untuk Proteksi Saluran Transmisi Berbasiskan Perangkat Lunak Power System Computer Aided Design (PSCAD/EMTDC). Dalam simulasi ini akan dilihat unjuk kerja dan selektifitas

relai differensial dan waktu trip relai differensial di zona proteksi (internal)

(21)

3 B. Rumusan Masalah

Atas dasar penjelasan di atas maka dapat dirumuskan beberapa

permasalahan sebagai berikut :

1. Bagaimana model relai pilot differensial sebagai proteksi transmisi

berbasiskan PSCAD/EMTDC?

2. Bagaimana performansi dari relai pilot diferensial berbasiskan

PSCAD/EMTDC?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yaitu:

1. Untuk menghasilkan model relai diferensial sebagai proteksi transmisi

berbasiskan PSCAD/EMTDC.

2. Untuk mengetahui performansi dari model relai diferensial.

D. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Sistem yang akan disimulasikan adalah sistem saluran transmisi pendek

dengan menggunakan beban ujung saluran sebesar 100 MW.

2. Penelitian hanya meninjau gangguan hubung singkat internal dan eksternal

pada saluran transmisi.

3. Rasio PT (potential transformator) di asumsikan 1 : 1.

4. Relai yang di tinjau hanya relai yang berada di fase A.

5. Sistem komunikasi relai di luar pembahasan.

(22)

4

7. Gangguan yang di bahas hanya empat tipe gangguan yaitu satu-fasa ke tanah

(Ag), dua-fasa ke tanah (ABg),dua-fasa (AB) dan tiga-fasa (ABC).

8. Performansi relai merupakan kinerja relai terhadap gangguan internal dan

eksternal pada gangguan transmisi.

E. Manfaat Penelitian

1. Model simulasi dapat dijadikan sebagai teknik alternatif dalam proteksi

transmisi.

2. Penelitian ini dapat menambah pengetahuan bagi penulis tentang sistem

transmisi dan pengguanaan software PSCAD yang penulis gunakan dalam

penelitian ini.

F. Sistemasi Penulisan

Bab pertama, bab ini menjelaskan tentang latar belakang, rumusan masalah,

batasan masalah, serta tujuan dan manfaat dari penelitian yang dilakukan serta

sistematika penulisan dari laporan hasil penilitian.

Bab kedua, bab ini menjelaskan tentang teori-teori pendukung yang berkaitan

dengan judul penelitian.

Bab ketiga, bab ini menjelaskan tetang waktu dan tempat penelitian, alat dan

bahan yang digunakan, diagram balok dan gambar rangkaian penelitian, serta

metode penelitian yang berisi langkah-langkah dalam proses melakukan

penelitian.

Bab keempat, bab ini menjelaskan tentang hasil dari penelitian, alat dan

(23)

5 Bab kelima, bab ini merupakan penutup yang berisi tentang kesimpulan dan saran

terkait judul penelitian.

Daftar pustaka, berisi tentang daftar sumber referensi penulis dalam memilih

teori yang relevan dengan judul penelitian.

Lampiran, berisi tentang dokumentasi hasil penelitian serta alat dan bahan yang

digunakan dalam penelitian

(24)

6 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Umum

Suatu sistem tenaga listrik pada umumnya terdiri dari empat unsur,

yaitu pembangkit, transmisi, distribusi dan pemakaian tenaga listrik atau

beban. Pembangkit tenaga listrik terdiri atas berbagai jenis pusat tenaga

listrik, seperti Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA), Pusat Listrik Tenaga Uap

(PLTU), Pusat Tenaga Listrik Nuklir (PLTN), Pusat Listrik Tenaga Gas

(PLTG), dan Pusat LIstrik Tenaga Diesel (PLTD). Energi listrik yang

dibangkitkan di pusat tenaga listrik harus disalurkan atau ditransmisikan ke

pusat-pusat pemakai melalui kawat saluran.

Pada suatu sistem yang cukup besar, tegangan yang keluar dari

generator harus dinaikkan lebih dahulu dari tegangan menengah menjadi

tegangan tinggi atau tegangan extratinggi. Penyaluran energi listrik melalui

jarak yang jauh dilakukan dengan menaikkan tegangan guna memperkecil

kerugian yang terjadi, berupa rugi-rugi daya (Cekdin dan Barlian, 2013).

Saluran transmisi dari suatu sistem tenaga listrik harus mampu

menjamin ketersediaan energi listrik secara kontiniu pada setiap beban yang

terhubung pada sistem tersebut. Namun dalam aplikasi di lapangan

penyaluran sistem tenaga listrik sering dihadapkan pada masalah gangguan

(25)

7 B. Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik

B. 1. Faktor-Faktor Penyebab Gangguan

Gangguan pada peralatan ketenagalistrikan sudah menjadi bagian

dari pengoperasian peralatan tenaga listrik. Mulai dari pembangkit, transmisi

hingga pusat-pusat beban tidak pernah lepas dari berbagai macam gangguan.

Namun bagian dari peralatan sistem tenaga listrik yang sering mengalami

gangguan pada saluran transmisi. Ada beberapa faktor yang menyebabkan

terjadinya gangguan pada sistem tersebut, antara lain sebagai berikut :

B. 1. a. Faktor manusia

Faktor ini terutama menyangkut kesalahan atau kelalaian dalam

memberikan perlakuan pada sistem. Misalnya salah menyambung rangkaian,

keliru dalam mengkalibrasi suatu piranti pengaman, dan sebagainya.

B. 1. b. Faktor internal

Faktor ini menyangkut gangguan-gangguan yang berasal dari sistem

itu sendiri. Misalnya usia pakai (ketuaan), keausan, dan sebagainya. Hal ini

biasa mengurangi daya isolasi peralatan listrik lainnya.

B. 1. c. Faktor external

Faktor ini meliputi gangguan- gangguan yang bersal dari lingkungan

(26)

8

samping itu ada kemungkinan gangguan dari binatang, misalnya gigitan tikus,

burung, kelelawar, ular, dan sebagainya.

B. 2. Jenis Gangguan

Suatu keadaan abnormal yang terjadi dalam sistem tenaga yang

menyebabkan terganggunya aliran arus normal yang mengalir pada rangkaian

sistem tersebut. Gangguan ini tidak bisa kita hindari dan biasanya sering

terjadi pada saluran transmisi. Hal ini disebabkan luas dan panjangnya saluran

transmisi yang terbentang dan beroperasi pada kondisi udara yang

berbeda-beda jika ditinjau dari sifat dan penyebabnya, jenis gangguan dapat

dikelompokkan sebagai tegangan lebih dan hubung singkat.

B. 2. a. Tegangan lebih (Over Voltage)

Tegangan lebih merupakan suatu gangguan akibat tegangan pada

sistem tenaga listrik lebih besar dari seharusnya. Gangguan tegangan lebih

dapat terjadi karena kondisi external dan internal. Kondisi internal terutama

karena isolasi akibat perubahan yang mendadak dari kondisi rangkaian atau

karena resonansi. 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

(27)

9

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.

Jika ada menara (tiang) listrik yang cukup tinggi maka awan

bermuatan yang menuju ke bumi ada kemungkinan akan menyambar menara

atau kawat tanah dari saluran transmisi dan mengalir ke anah melalui menara

dan tahanan pentanahan menara. Bila arus petir ini besar, sedangkan tahanan

tanah menara kurang baik maka akan timbul tegangan tinggi pada menaranya.

Keadaan ini 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 yang ada di gardu induk.

B. 2. b. Hubung singkat

Hubung singkat adalah terjadinya hubungan penghantar bertegangan

atau penghantar tidak bertegangan secara langsung tidak melalui media

(resistor/beban) yang semestinya sehingga terjadi aliran arus yang tidak

normal (sangat besar). Hubung singkat merupakan jenis gangguan yang

sering terjadi pada sistem tenaga listrik, terutama pada saluran udara 3 fase.

Meskipun semua komponen peralatan listrik selalu diisolasi dengan isolasi

padat, cair (minyak), udara, gas, dan sebagainya. Namun karena usia

pemakaian, keausan, tekanan mekanis, dan sebab-sebab lainnya, maka

kekuatan isolasi pada peralatan listrik bisa berkurang atau bahkan hilang

(28)

10

Pada beban isolasi padat atau cair, gangguan hubung singkat

bisanya mengakibatkan busur api sehingga menimbulkan kerusakan yang

tetap dan gangguan ini disebut gangguan permanen (tetap). Pada isolasi udara

yang biasanya terjadi pada saluran udara tegangan menengah atau tinggi, jika

terjadi busur api dan setelah padam tidak menimbulkan kerusakan, maka

gangguan ini disebut gangguan temporer (sementara). Arus hubung singkat

yang begitu besar sangat membahayakan peralatan, sehingga untuk

mengamankan peralatan dari kerusakan akibat arus hubung singkat maka

hubungan kelistrikan pada seksi yang terganggu perlu diputuskan dengan

peralatan pemutus tenaga (CB). Gangguan hubung singkat yang sering terjadi

pada sistem tenaga listrik 3 fase sebagai berikut :

1. Satu fase dengan tanah

Gambar 1. Gangguan hubung singkat satu fase ke tanah

2. Fase dengan fase

(29)

11

3. Dua fase dengan tanah

Gambar 3.Gangguan hubung singkat dua fase ke tanah

4. Hubung singkat 3 fase

Gambar 4.Gangguan hubung singkat tiga fase

Tiga jenis gangguan pertama menimbulkan arus gangguan tidak

simetris . Sedangkan jenis gangguan terakhir menimbulkan arus gangguan

hubung singkat simetris . Perhitungan arus hubung singkat sangat

penting untuk menentukan kemampuan pemutus tenaga dan untuk koordinasi

pemasangan relai pengaman. Beban lebih merupakan gangguan yang terjadi

akibat konsumsi energi listrik melebihi energi listrik yang dihasilkan pada

pembangkit. Gangguan beban lebih sering terjadi terutama pada generator

dan transfornator daya. Ciri dari beban lebih adalah terjadinya arus lebih pada

komponen. Arus lebih ini dapat menimbulkan pemanasan yang berlebihan

sehingga bisa menimbulkan kerusakan pada isolasi. Pada tarnsformator

(30)

12

memutuskan aliran melalui relai beban lebih jika konsumsi tenaga listrik oleh

konsumen melebihi kemampuan trafo tersebut.

C. Sistem Proteksi

C. 1. Karakteristik sistem proteksi

Pada sistem tenaga listrik, sistem proteksi adalah perlindungan atau

isolasi pada bagian yang memungkinkan akan terjadi gangguan atau bahaya.

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 . Sistem proteksi ini

mendeteksi kondisi abnormal dalam suatu rangkaian listrik dengan mengukur

besaran- besaran listrik yang berbeda antara kondisi normal dengan kondisi

abnormal. Ada beberapa kriteria yang perlu diketahui pada pemasangan suatu

sistem proteksi dalam suatu rangkaian sistem tenaga listrik yaitu :

C. 1. a. Kepekaan (sensitifitas)

Sensitifitas adalah kepekaan relai 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

(31)

13 C. 1. b. Kecepatan

Sistem proteksi perlu memiliki tingkat kecepatan sebagaimana

ditentukan sehingga meningkatkan mutu pelayanan, keamanan manusia,

peralatan dan stabilitas operasi. Mengingat suatu sistem tenaga mempunyai

batas-batas stabilitas serta kadang- kadang gangguan sistem bersifat

sementara, maka rele yang semestinya bereaksi dengan cepat kerjanya perlu

diperlambat (time delay), seperti yang ditunjukkan persamaan :

𝑡

_𝑜𝑝

≡ 𝑡

_𝑝

+ 𝑡

_𝑐𝑏

…

……….. (5) (Aryanto, 2013) Keterangan :

𝑡

_𝑜𝑝= total waktu yang dipergunakan untuk memutuskan hubungan;

𝑡

_𝑝 = waktu bereaksinya unit rele;

𝑡

_𝑐𝑏= waktu yang dipergunakan untuk pelepasan C.B. Pada umumnya untuk

𝑡

_𝑜𝑝 = sekitar 0,1 detik kerja peralatan proteksi sudah dianggap bekerja cukup baik.

(32)

14 C. 1. c. Selektifitas 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 dan

akibatnya gangguan dapat dieliminir menjadi sekecil mungkin.

Gambar 6. Contoh Gangguan

Dalam sistem tenaga listrik seperti gambar di atas, apabila terjadi

gangguan pada titik K, maka hanya C.B.6 saja yang boleh bekerja sedangkan

untuk C.B.1, C.B.2 dan C.B. - C.B. yang lain tidak boleh bekerja

C. 1. d. Keandalan (reliabiIiti)

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 relai dikatakan cukup baik bila mempunyai

(33)

15

Keandalan dapat di bagi 2 macam, yaitu :

1. Dependability : relai harus dapat diandalkan setiap saat.

2. Security : tidak boleh salah kerja / tidak boleh bekerja yang bukan

seharusnya bekerja.

Misal, dalam satu tahun terjadi gangguan sebanyak 25 kali dan relai dapat

bekerja dengan sempurna sebanyak 23 kali, maka :

Keandalan rele =23₂₅× 100% = 92%... (6) (Aryanto, 2013) C. 1. e. Ekonomis

Suatu perencanaan teknik yang baik tidak terlepas tentunya dari

pertimbangan nilai ekonomisnya. Suatu rele proteksi yang digunakan

hendaknya ekonomis 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. Proteksi pembantu bekerja bila rele utama gagal dan tidak hanya

melindungi daerah berikutnya dengan perlambatan waktu yang lebih lama

(34)

16 D . Relai Proteksi pada Saluran Transmisi

Relai proteksi pada saluran transmisi adalah susunan peralatan yang

direncanakan untuk dapat merasakan atau mengukur adanya ketidak

normalan pada peralatan atau bagian transmisi dan bekerja secara otomatis

untuk mengatur atau memberikan informasi agar segera membuka

pemutus tenaga, untuk memisahkan peralatan atau bagian sistem yang

terganggu dan memberikan isyarat bahwa telah terjadi gangguan. Ada dua

skema proteksi pada saluran transmisi berdasarkan komponen frekuensi

fundamental dari gangguan yang membangkitkan sinyal arus

dantegangan transien yaitu proteksi nonunit (nonpilot) dan proteksi nonunit

(pilot).

D.1.Relai Proteksi Nonpilot

Relai proteksi nonpilot hanya menggunakan data pada salah satu

ujung saluran transmisi. Pada saluran transmisi memiliki kelemahan yaitu

pemutusan gangguan tidak dapat dilakukan secara instant dari kedua ujung saluran apabila terjadi gangguan pada ujung saluran terdekat. Pada proteksi non pilot, koordinasi dicapai dengan mengatur tundaan waktu dari relai yang terpasang pada saluran yang berdekatan dengan konsep proteksi utama dan proteksi pembantu. Akibatnya pemutusan gangguan akan berlangsung lambat sesuai dengan tundaan waktu dari relai yang bekerja pada masing–masing zona proteksi. Ada dua jenis relai proteksi non pilot yang diterapkan pada slauran transmisi, yaitu:

(35)

17 D.1.a. Relai arus lebih ( over current relay)

Prinsip kerja relai arus lebih adalah mendeteksi arus lebih dan

memberikan pada PMT untuk memutus aliran. pada titik peralatan layanan

dan menghitung diperlukan nilai-nilai hubungan singkat di semua lokasi yang

sesuai. Menghitung nilai minimum dan maksimum arus hubung singkat yang

tersedia dengan memanfaatkan data maupun dengan simulasi hubung singkat.

D.1.b Relai jarak (distance relay)

Prinsip kerja rele jarak adalah mengukur tegangan pada titik rele dan

arus gangguan yang terlihat dari rele kemudian membagi tegangan dan arus

untuk mencari nilai impedansi, hal tersebut menunjukan bahwa zona

perlindungan perlu diatur secara akurat untuk mengetahui seberapa luas

jangkauan untuk menjamin keandalan dan selektivitas dari alat saat beroprasi.

D.2 Skema Proteksi Pilot (Non Unit)

Relai pilot adalah jenis relai terbaik untuk proteksi saluran transmisi,

kapanpun dan dimanapun relai pilot digunakan akan memberikan proteksi

dengan kecepatan tinggi untuk semua jenis gangguan hubung singkat pada

saluran transmisi terganggu. Hal ini disebabkan karena skema proteksi unit

selalu menggunakan data dari kedua ujung saluran. Selama dua bentuk

terminal, atau banyak terminal (multiterminal), dan seluruh pemutus daya

dapat trip secara bersamaan, dengan begitu dapat melakukan pemutusan (trip)

otomatis dengan kecepatan tinggi. Kombinasi pengetripan dan pemutusan

(36)

18

mencapai batas kestabilannya, dengan demikian saluran transmisi dapat

menyalurkan tegangan sebaik mungkin untuk di kirimkan. Ada 3 jenis :

D.2.a. Relai pembanding fasa

Prinsip relai pembanding fasa dapat dilakukan dengan

membandingkan arah arus yang mengalir pada saluran transmisi yang

menghubungkan dua gardu. Dalam keadaan normal arus meninggalkan

gardu,missal gardu G, sedang pada sisi remote arah arus akam ,e,asuki gardu

H. Agar dapat membandingkan kedua fasa arus yang saling berjauhan ini

system proteksi perlu dilengkapi dengan perangkat kanal frekuensi pembawa

yang dapat digunakan untuk membawa informasi besar sudut fasa dari ujung

lain sehingga dapat dibandingkan satu sama lain.

D.2.b.Relai perbandingan arah

Relai ini mengidentifikasi perbedaan fasa arus dan tegangan. Rele ini

mempunyai 2 buah parameter ukur yaitu tegangan dan arus yang masuk ke

dalam rele untuk membedakan arah arus ke depan atau arah arus ke

belakang.Pada pentanahan titik netral trafo dengan menggunakan tahanan,

rele ini dipasang pada penyulang 20 KV. Bekerjanya rele ini berdasarkan

adanya sumber arus dari ZCT (Zero Current Transformer) dan sumber

tegangan dari PT.

(37)

19 D.2.1 Relai differensial (differensial relay)

Proteksi relai diferensial adalah salah satu proteksi utama dari

perangkat apa pun. yang didasarkan pada perbandingan arus. Sifat pengaman

relai diferensial sebagai pengaman utama bekerja sangat efektif dan

cepat, dan tidak perlu dikoordinir dengan relai lain. relai ini juga tidak dapat

digunakan sebagai pengaman cadangan untuk seksi atau daerah berikutnya,

daerah pengamannya dibatasi oleh pasangan trafo arus dimana relai

diferensial dipasang. Penggunaan relai diferensial untuk pengaman

generator, trafo daya, saluran transmisi yang pendek dan motor-motor yang

kapasitasnya besar.

E .Relai Diferensial

Relai diferensial merupakan suatu relai yang prinsip kerjanya

berdasarkan kesimbangan, yang membandingkan arus-arus sekunder trafo

arus yang terpasang pada terminal-terminal peralatan atau instalasi listrik

yang diamankan. Relai ini sangat selektif dan sistem kerjanya sangat cepat.

Relai diferensial mempunyai prinsip dalam kondisi normal, arus yang

mengalir melalui peralatan listrik yang diamankan (Generator, Transformator).

Ada dua tipe relai diferensial yaitu :

E.1.Relai differensial longitudinal

Relai differensial longitudinal biasa dikenal sebagai tipe sirkulasi arus.

(38)

20

pengamanan (zone) mengakibatkan tidak ada arus atau bahkan sangat

kecil yang mengalir di operating coil.

E.2 Relai differensial persentase

Relai differensial persentase muncul karena kelemahan relai

differensial longitudinal yakni penyetelan arus harus dibuat lebih besar dari

arus operasi dalam keadaan normal untuk mengatasi arus luber dan

gangguan yang cukup besar berada di luar daerah proteksinya.

F. Relai Diferensial pada Proteksi Transmisi

Suatu relai diferensial dapat melakukan tugas proteksi secara

sempurna seperti untuk memproteksi trafo, generator maupun kabel bawah

tanah. Dahulu praktik penggunaan relai diferensial untuk memproteksi

saluran transmisi masih sangat terbatas terutama karna adanya kesulitan

dalam mnghubungkan trafo arus antara dua gardu yang saling berjauhan.

Namun akhir–akhir ini proteksi saluran transmisi dengan menggunakan relai

diferensial sudah mulai diterapkan terutama karena sudah tersedianya

kanal-kanal sistem komunikasi yang dapat digunakan untuk membandingkan arus

pada kedua ujung saluran yang berjauhan tersebut. Pada dasarnya yang

dibutuhkan untuk membangun sistem proteksi diferensial yang dapat

digunakan untuk memproteksi saluran transmisi adalah tersedianya kanal

telekomunikasi yang dapat digunakan untuk mengirim maupun menerima

besaran listrik dari satu ujung ke ujung lain sehingga besaran–besaran

(39)

21

Gambar 7. Relai Diferensial pada Saluran Transmisi

Relai kawat pilot dapat diterapkan dengan sukses untuk mendeteksi

gangguan pada saluran transmisi yang panjangnya kurang dari 20 km. Hal

ini disebabkan karena hambatan dan kapasitansi yang terkait dengan kawat

pilot. Berbagai cara kompensasi pilot telah dikembangkan, tetapi secara

umum proteksi pilot berbasis kabel tidak dapat diterapkan secara

memuaskan ke banyak sirkuit transmisi. Perkembangan terbaru dalam

perlindungan diferensial digital telah ditunjukan untuk mengatasi keterbatasan

ini (John dan Salman, 1995).

F.1. Prinsip Kerja Relai differensial

Proteksi diferensial dengan menggunakan prinsip relai diferensial tipe

longitudinal, biasa dikenal sebagai sirkulasi arus. Dalam keadaan normal,

maka gangguan yang terjadi di luar daerah pengamanan mengakibatkan

tidak ada arus atau bahkan sangat kecil yang mengalir di operating coil.

Arus diferensial antara lain adalah unit proteksi yang dilengkapi

dengan kabel pilot yang menghubungkan trafo-trafo arus yang terpasang pada

kedua ujung saluran. Dalam keadaan Normal atau gangguan berada diluar

daerah proteksi arus sekunder kedua trafo arus akan mengelilingi rangkaian

(40)

22

Bila terjadi gangguan diantara kedua CT maka kedua arus sekunder

menjadi tidak simetris sehingga terdapat beda kedua arus yang akan mengalir

melalui rele yang selanjutnya bisa digunakan untuk melaksanakan perintah

trip pada kedua PMT untuk menggisolasi saluran yang terganggu.

Gambar 8. Relai Diferensial Kondisi Gangguan di Luar

Gambar 9. Relai Diferensial Kondisi Gangguan Dalam Sistem

G . Perangkat Lunak PSCAD/EMTDC

PSCAD / EMTDC adalah simulasi domain waktu dan alat profesional

untuk mempelajari perilaku transien jaringan listrik. PSCAD adalah

antarmuka pengguna grafis dan EMTDC adalah mesin simulasinya. PSCAD /

EMTDC adalah yang paling cocok untuk mensimulasikan tanggapan instan

domain waktu, yaitu transien elektromagnetik sistem listrik. PSCAD /

(41)

23

sistem daya termasuk perakitan sirkuit, kontrol run-time, analisis dan

pelaporan (Liu & Wilson, 2004).

PSCAD (Power Systems Computer Aided Design) adalah antarmuka

pengguna grafis yang kuat dan fleksibel untuk solusi mesin EMTDC yang

terkenal di dunia. PSCAD memungkinkan pengguna untuk membuat

skematis sirkuit, menjalankan simulasi, menganalisis hasil, dan mengelola

data dalam lingkungan grafis yang benar-benar terintegrasi. Fungsi

perencanaan online, kontrol dan meter juga disertakan, sehingga pengguna

dapat mengubah parameter sistem selama menjalankan simulasi, dan melihat

hasilnya secara langsung (Muller, 2005).

PSCAD hadir dengan pustaka model yang telah diprogram dan diuji,

mulai dari elemen pasif sederhana, fungsi kontrol dan model yang lebih

kompleks seperti mesin listrik, perangkat FACTS, saluran transmisi,

transformer dan kabel. EMTDC (Electromagnetic Transient, Including DC)

mengusulkan dan memecahkan persamaan diferensial dalam domain waktu.

Solusinya dihitung berdasarkan langkah waktu tetap, dan struktur program

memungkinkan untuk representasi sistem kontrol (Saini dkk., 2012).

a. Studi Tipikal PSCAD

Dijelaskan dalam Muller (2005), pengguna PSCAD mencakup

insinyur dan ilmuwan dari utilitas, produsen, konsultan, lembaga

penelitian dan akademis. Ini digunakan dalam perencanaan, operasi,

(42)

24

penelitian. Berikut ini adalah contoh dari jenis penelitian yang secara rutin

dilakukan menggunakan PSCAD:

 Studi kontijensi jaringan AC yang terdiri dari mesin berputar, exciters, governor, turbin, transformer, jalur transmisi, kabel, dan muatan.

 Relai koordinasi.  Efek saturasi trafo.

 Koordinasi isolasi transformator, pemutus dan penangkap.  Pengujian impuls transformer.

 Studi resonansi sub-sinkron (SSR) jaringan dengan mesin, saluran transmisi, dan sistem HVDC.

 Evaluasi desain filter dan analisis harmonik.

 Kontrol desain sistem dan koordinasi FACTS dan HVDC; termasuk STATCOM, VSC, dan cycloconverters.

 Desain parameter pengontrol yang optimal.  Investigasi sirkuit baru dan konsep kontrol.

 Sambaran petir, kesalahan atau operasi pemutus arus.  Pembelajaran Steep front and fast front.

 Investigasi efek pulsing mesin diesel dan turbin angin pada jaringan listrik.

PSCAD/EMTDC digunakan oleh Washington Group International

untuk melakukan studi transfer bus cepat di IPEC Energy Center Indian Point

2 (IP2) Entergy Corp. Model simulasi terdiri dari sekitar 50 motor induksi baik

(43)

25

transformer, tap changer, skema transfer bus, kesalahan bus, urutan beban,

lebih dari 70 pemutus, kabel, dan jalur transmisi.(Nayak, Corp., 2005).

b. Mengenal dan Menjalankan PSCAD

1. Memulai PSCAD

Untuk memulai PSCAD, pergi ke Start - Program - PSCAD di

Menu Mulai Windows, dan pilih PSCAD. Ini akan membuka lingkungan

utama PSCAD, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Gambar 10. Lingkungan Utama PSCAD (Muller, 2005)

Anda harus melihat daftar item di bagian atas lingkungan (File,

Edit, dll.). Barang-barang ini adalah bagian dari Menu Utama.

Tombol-tombol langsung di bawah menu utama adalah bagian dari Toolbar Utama.

2. Title, Menu dan Main Tool Bar.

Gambar di bawah ini menunjukkan Judul PSCAD V4 dan Bilah Menu

(44)

26

 Title Bar dan Active Project

Bagian paling atas dari jendela yang menampilkan PSCAD

[Edition] disebut Bilah Judul. Bar Judul juga akan mencakup halaman

Proyek yang saat ini sedang dilihat di Editor Desain, setelah Proyek

dibuka.

 Menu Bar dan Menu Items

Area di bawah Title Bar, yang terdiri dari item menu dan tombol

menu, disebut Menu Utama. Semua item menu utama adalah menu

drop-down, jadi ketika Anda klik kiri dengan penunjuk mouse Anda

di atas salah satu menu ini, Anda akan melihat daftar yang muncul di

bawahnya.

Untuk memilih item dari daftar ini, pertama-tama pindahkan

penunjuk ke item itu (item menjadi terangkat) lalu klik tombol kiri

mouse. Menu berikut menunjukkan cara memuat proyek

menggunakan menu File dari bilah Menu Utama.

(45)

27

 Toolbar Buttons

Deretan tombol langsung di bawah bilah Menu Utama terdiri

dari bilah Alat Utama.

Gambar 12. Toolbar Buttons PSCAD (Muller, 2005)

Sementara item menu adalah proses dua tahap, toolbar

menawarkan alternatif satu-klik. Tombol Bilah Alat Utama memulai

tindakan segera setelah Anda mengekliknya dan karena itu akan lebih

mudah digunakan. Untuk alasan ini, operasi yang paling sering

digunakan memiliki tombol toolbar yang setara.

3. Workspace dan Output Windows

Jika Anda melihat sudut kiri atas Lingkungan PSCAD, Anda akan

melihat jendela yang lebih kecil yang disebut sebagai jendela Ruang

Kerja. Jika tidak terlihat, buka bilah menu utama dan klik View –

Workspace.

(46)

28

Ruang Kerja memberi Anda pandangan menyeluruh tentang pustaka

dan/atau proyek kasus apa pun yang dimuat. Anda dapat menggunakannya

untuk memilih komponen dan melakukan banyak kegiatan lainnya.

Tepat di bawah jendela Workspace atau Ruang Kerja, Anda akan

melihat jendela lain yang disebut sebagai jendela Output. Jika jendela

Output tidak terlihat, klik pada View – Output.

Gambar 14. Jendela Keluaran/Output PSCAD (Muller, 2005)

Semua status, peringatan, dan pesan kesalahan yang terlibat

dalam prosedur Build dan Runtime akan dicatat dalam jendela ini, jadi

merupakan ide yang baik untuk menjaga jendela ini tetap terbuka dan

terlihat setiap saat.

Kedua jendela Workspace dan Output didasarkan pada struktur

jenis pohon, di mana cabang dapat diperluas dan diciutkan sesuka hati.

4. Loading a Case Project

Kami akan mulai dengan contoh kasus yang paling sederhana

untuk tutorial ini. Latihan ini akan membantu kami memastikan bahwa

PSCAD dan kompiler Fortran yang digunakan dipasang dengan benar.

Untuk memuat Proyek Kasus yang ada, klik pada File dari bilah Menu

(47)

29

klik tombol Muat di Bilah Alat Utama atau Main Tool Bar. Anda akan

melihat dialog Load Project muncul di layar Anda. Secara default, jenis file yang dipilih adalah „File PSCAD (* .psc, .psl)‟ di bagian bawah dialog. Dengan jenis file yang dipilih, Anda hanya akan melihat file

Proyek PSCAD yang memiliki ekstensi dan direktori „* .psc‟ atau „* .psl‟. Ekstensi file terdiri untuk pscad case atau pustaka PSCAD.

Gambar 15. Memuat Proyek PSCAD (Muller, 2005)

Arahkan ke direktori „tutorial‟ di dalam direktori instalasi PSCAD Anda (yaitu C:\Program Files\PSCAD4xx\examples\tutorial). Klik pada file „vdiv_1.psc‟ dan kemudian klik tombol Open untuk memuat Proyek Kasus ini ke PSCAD.

Jendela Ruang Kerja sekarang akan mendaftar proyek kedua yang berjudul „vdiv_1 (Pembagi Tegangan Fase Tunggal)‟ langsung di bawah Daftar Perpustakaan Utama. Klik dua kali pada judul Proyek (atau klik

kanan dan pilih Buka) di jendela Workspace untuk membuka dan melihat

(48)

30

Gambar 16. Membuka Proyek PSCAD (Muller, 2005)

Anda harus melihat sirkuit pembagi tegangan yang dirakit seperti

ditunjukkan di bawah ini, yang terletak di sudut kiri atas halaman utama

proyek yang baru saja Anda buka. Petak terletak langsung di sebelah

kanan sirkuit.

Gambar 17. Contoh Sederhana Rangkaian yang Dibuat dalam PSCAD (Muller, 2005)

(49)

31

Sirkuit ini terdiri dari sumber tegangan resistif fase tunggal yang terhubung ke beban resistif. Karena besarnya resistansi sumber (1 Ω) dan resistan beban sama.

Tegangan.di terminal beban setengah dari tegangan di belakang

resistansi sumber. Tegangan ini diukur menggunakan voltmeter yang

disebut 'Vmid' yang terhubung ke simpul antara sumber dan beban. Arus

di sirkuit harus:

𝐼

_{𝐿𝑜𝑎𝑑}

=

_𝑅 𝐸

𝑆+𝑅𝐿

…

……… (11)

Plot dan grafik akan berisi nilai-nilai tegangan pada titik tengah

sirkuit, dan arus yang mengalir melalui rangkaian saat proyek dijalankan.

5. Running a Simulation

Sebelum kita menjalankan simulasi, kita akan melakukan

perhitungan sederhana untuk mencari tahu apa beban tegangan arus dan

titik tengah yang harus kita harapkan. Klik dua kali pada komponen

sumber untuk membuka dan melihat propertinya - perhatikan bahwa

besarnya tegangan sumber adalah 70,71 kV RMS (atau 100 kV peak).

Tutup dialog ini dengan mengklik tombol Batal di bagian bawah dialog

dan klik kiri di mana saja dalam ruang kosong pada halaman, untuk

membatalkan pilihan komponen sumber yang dipilih (ini akan

menghentikan komponen dari berkedip). Untuk tegangan sumber 100

(50)

32

puncak, dan arus beban harus 50 kA puncak. Sekarang mari kita jalankan

simulasi dan benar-benar memverifikasi bentuk gelombang arus dan

tegangan.

Untuk menjalankan kasus, cukup klik tombol Run di Main Tool

Bar. Ketika tombol ini ditekan, PSCAD akan melalui beberapa tahap

pemrosesan sirkuit sebelum memulai simulasi EMTDC. Anda akan

melihat pesan di bilah status di bagian bawah jendela PSCAD, terkait

dengan berbagai tahapan proses. Tergantung pada seberapa cepat

komputer Anda, Anda mungkin tidak dapat membaca ini.

Amati grafik saat simulasi berlangsung. Jika Anda melihat di dekat sudut kanan bawah Lingkungan PSCAD, Anda akan melihat pesan „xx% selesai‟ di mana „xx‟ mewakili persentase total panjang simulasi. Di sebelah kanannya Anda juga akan melihat waktu simulasi saat ini, yang

berubah dengan simulasi. Sekali lagi, tergantung pada kecepatan komputer

Anda, simulasi dapat selesai hampir seketika.

Kasus tutorial ini diatur untuk dijalankan selama 0,2 detik. Di akhir proses, Anda akan melihat pesan „EMTDC run completed‟ di bilah status. Plot Anda harus terlihat mirip dengan yang berikut - tergantung pada

(51)

33

Gambar 18. Plot Hasil Simulasi PSCAD (Muller, 2005)

Pastikan bahwa simulasi anda PSCAD menghasilkan hasil yang

sama seperti yang ditunjukkan di sini. Ini adalah satu langkah untuk

memastikan bahwa Anda diinstal dengan benar.

Klik lagi pada tombol Run untuk melihat simulasi sekali lagi.

PSCAD akan melalui ketiga tahap (yaitu, mengkompilasi, membangun

dan menjalankan), namun, Anda mungkin tidak dapat mendeteksi dua

tahap pertama, saat mereka lewat dengan sangat cepat. Ini karena

PSCAD melakukan mereka hanya jika perubahan telah dilakukan ke

sirkuit Manitoba HVDC Research.

6. Printing the Circuit

Untuk mencetak rangkaian bersama dengan grafik yang baru saja

Anda simulasikan, klik tombol kanan mouse di latar belakang halaman

(52)

34

Gambar 19. Menu untuk Mencetak Rangkaian dan Grafik PSCAD (Muller,

2005)

Ini harus memunculkan dialog Print atau Print Preview Viewer.

Isi dialog Print tergantung pada apa yang Anda cetak - klik tombol OK

untuk melanjutkan. Print Preview Page memungkinkan Anda untuk

(53)

35 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Pemodelan sistem saluran transmisi, gangguan serta relai dengan software PSCAD

Power system Computer Aided Design (PSCAD) V 4.2.0 digunakan untuk

mengukur sinyal-sinyal transien dalam sistem tenaga.Gambar 4.1 menunjukan

model sistem yang digunakan dalam simulasi. Sebuah model suatu saluran

transmisi dengan dua sumber ekivalen tiga fase 150 kV, frekuensi 50 Hz. Sumber

memiliki impedansi resistif sebesar 1,0 Ohm dan induktansi sebesar 0.1 H.

Saluran yang digunakan adalah saluran transmisi dengan panjang 20 km. Ada tiga

jenis Gambar rangkaian yang digunakan di bawah ini yaitu (a) Gambar kondisi

normal,(b). Gambar gangguan eksternal dan (c).Gambar gangguan internal, yang

disimulasikan menggunakan software PSCAD.Pada gangguan internal akan

disimulasikan gangguan satu fase ke tanah yaitu fase A, gangguan dua fase (AB)

ke tanah,gangguan dua fase dan tiga fase.

Gambar 4.1. Model Simulasi Tiga Keadaan Sistem Tenaga Listrik (a) Keadaan Normal, (b) Gangguan Internal, dan (c) Gangguan Eksternal

(54)

36 Gambar 4.2 Model Relai

Pemodelan sistem proteksi tenaga listrik tersebut dibuat dua relai pada

setiap ujung saluran terdapat beberapa bagian seperti multimeter, data sampling,

kalkulasi relai dan signal trip. Pada bagian multimeter terdapat komponen

pembaca arus tegangan dan fasor. Kemudian pada data sampling terdapat dua

kompoen, yaitu frekuensi scanner, yang berfungsi mengubah arus menjadi besaran

magnitude dan fase, serta polar rectangular konverter yang berfungsi mengubah

(55)

37

dan arah aruh. sementara pada bagian kalkulasi terdapat dua komponen yang

pertama summing/ differencing junction yang berfungsi menjumlah nilai

rectangular kedua relai. Kedua adalah komponen rectangular polar yang berfungsi

mengubah nilai rectangular menjadi polar. Pada bagian signal trip terdapat signal

detector yang berfungsi memberikan signal trip ke CB.Dalam keadaan normal

nilai differensial kedua relai dijadikan setelan untuk perintah trip. Pada simulasi

ini parameter yang digunakan untuk membedakan gangguan eksternal dan internal

adalah nilai differensial dan nilai bias. Dikatakan sistem mengalami gangguan

internal apabila nilai differensial lebih besar dari nilai bias. Sedangkan sistem

dikatakan mengalami gangguan eksternal apabila nilai bias lebih besar daripada

nilai differensial. Simulasi tersebut dilakukan selama 0.3detik.

B .Hasil Simulasi

1. Simulasi Dalam Keadaan Normal

Gambar 4.3 Grafik Arus dan Tegangan Relai A dan B dalam Kaadaan Nomal

(56)

38

Dalam keadaan normal, magnitudo arus dan tegangan kedua relai terlihat konstan

dan stabil saat keadaan steady state, pada grafik arus kedua relay memiliki nilai

arus 0.09 kA dan nilai tegangan 187 kV.

Gambar 4.4 Grafik Nilai Differensial, Fasor Arus, Dan Signal Trip Relai Adan B

Pada saat normal nilai bias relai A dan B adalah 0.06 kA, kemudian nilai

differensial keduanya 0,0128 kA x 150% = 0.0192 kA. Nilai differensial pada

keadaan normal dijadikan sebagai niali setelan pada relai. Fasor meter

menujukkan nilai sudut fase yang sama. Signal trip pada kedua relai terlihat blok

(non trip).

2. Simulasi Gangguan Internal

Gangguan internal adalah gangguan pada saluran transmisi yang berada

pada zona yang di lindungi, Dikatakan sistem mengalami gangguan internal

apabila nilai differensial lebih besar dari nilai bias. Hasil simulasi berupa

gelombang keluaran pscad. Nilai yang diperoleh merupakan nilai maksimum pada

(57)

39 a. Gangguan internal satu-fase ke tanah (A-G)

Gangguan divariasikan dengan dua variasi resistansi gangguan Rf (2,3 dan 10

ohm). Gangguan pada sistem terjadi di waktu 0.3 detik. Bentuk gelombang hasil

simulasi gangguan satu-fase ke tanah dengan nilai Rf sebesar 2 ohm keluaran dari

PSCAD di perlihatkan pada gambar 4.5 sebagai berikut

Gambar 4.5 Gelombang Arus dan Tegangan Gangguan Internal Satu Fase ke Tanah Rf=2 Ohm

Gambar diatas adalah Hasil simulasi keluaran gelombang arus pada kedua relai,

terlihat ketika terjadi gangguan pada detik 0.3 setelah simulasi dijalankan arus

mengalami lonjakan sebesar 18.8 kA dari arus normal 0.09 kA . sedangkan

keluaran gelombang tegangan pada kedua relai mengalami penurunan dari 187 kV

(58)

40 Gambar 4.6 Grafik Nilai Differensial, Fasor Arus, Dan Signal Trip Relai

Adan B pada saat gangguan internal satu fasa ke tanah Rf= 2 ohm

Gambar diatas menampilkan grafik arus bias pada setiap relai dan juga

arus diferensial dari kedua relai, arus bias relai A dan B masing-masing memiliki

nilai sebesar 0.0192kA dan arus diferensial sebesar 24.9kA. Pada grafik diatas

menunjukkan nilai arus diferensial lebih besar dari nilai arus bias pada setiap relai

yang mana pada setelan parameter relai apabila arus diferensial lebih besar dari

arus bias maka gangguan tersebut di kategorikan ke dalam gangguan internal dan

kedua relai akan trip, hal tersebut diperkuat dengan panel signal trip A dan B

menunjukkan perubahan nilai dari 0 menjadi 1 yang artinya kedua relai

mengirimkan signal trip untuk CB.

Nilai arus, tegangan, relai dan respon relai gangguan internal satu-fasa ke

tanah (Ag) dengan fariasi Rf dapat dilihat selengkapnya pada tabel 4.1 berikut:

Tabel 4.1 Performa relai terhadap gangguan internal satu fase ke tanah (A-G)

Res.

Arus Tegangan I bias

I.diff

Respon Relai

Relai A Relai B Relai A Relai B Relai A Relai B Relai A Relai Trip (1) Blok (0) Trip (1) Blo k (0) 3 ohm 18.8 kA 18.8 kA 179kV 179kV 0.0192 0.0192 24.9  -  - 5 ohm 12.4 kA 12.4 kA 180.3kA 180.3kA 0.0192 0.0192   10ohm 12 kA 12 kA 180 kV 180kV 0.0192 0.0192 17.4  -  -

(59)

41

Dari tabel 4.1 menampilkan data hasil simulasi dua varian Rf yaitu 2

ohm,5 ohm dan 10 ohm. Terlihat ketika gangguan internal arus gangguan terbesar

terjadi pada varian 10 ohm yaitu 12kA pada setiap relai, sedangkan nilai tegangan

gangguan terbesar terjadi pada varian Rf 10 ohm yaitu 180kV, respon relai pada

kedua varian sama sama mengalami trip. Hal di atas menunjukkan bahwa semakin

besar nilai tahanan gangguan maka semakin kecil arus gangguan yang terjadi,

akan tetapi nilai tahanan gangguan berbanding lurus dengan nilai tegangan saat

terjadi gangguan yaitu semakin besar nilai tahanan gangguan maka semakin besar

pula nilai tegangan saat gangguan.

b. Gangguan internal dua fase ke tanah (AB-G)

Gangguan divariasikan dengan dua variasi resistansi gangguan Rf (2,5 dan

10 ohm). Gangguan pada sistem terjadi di waktu 0.3 detik. Bentuk gelombang

hasil simulasi gangguan satu-fase ke tanah dengan nilai Rf sebesar 2 ohm keluaran

dari PSCAD di perlihatkan pada gambar 4.7 sebagai berikut:

Gambar 4.7 Gelombang Arus Dan Tegangan Gangguan Internal Dua Fase Ke Tanah Rf=2ohm

(60)

42

Gambar diatas adalah Hasil simulasi keluaran gelombang arus pada kedua relai,

terlihat ketika terjadi gangguan pada detik 0.3 setelah simulasi dijalankan arus

mengalami lonjakan sebesar 21.2 kA dari arus normal 0.09 kA . sedangkan

menjadi 175 kV. Gambar 4.8Grafik Nilai Differensial, Fasor Arus, Dan Signal Trip

Relai Adan B pada saat gangguan internal satu fasa ke tanah Rf 0.2 ohm

Gambar 4.8 Grafik Nilai Differensial, Fasor Arus, Dan Signal Trip Relai A dan B pada Saat Gangguan Internal Dua Fasa ke Tanah Rf= 2 ohm

Gambar diatas menampilkan grafik arus bias pada setiap relay dan juga

nilai sebesar 0.0192 dan arus diferensial sebesar 28.2kA. Pada grafik diatas

Nilai arus, tegangan, relai dan respon relai gangguan internal dua-fasa ke

(61)

43 Tabel 4.2 Performa relai terhadap gangguan internal dua-fase ke tanah(AB-G)

Dari tabel 4.2 menampilkan data hasil simulasi dua varian Rf yaitu 2,5

ohm dan 10 ohm. Terlihat ketika gangguan internal arus gangguan terbesar terjadi

pada varian 2 ohm yaitu 21.2kA pada setiap relai, sedangkan nilai tegangan

akan tetapi nilai tahanan gangguan berbanding lurus dengan nilai tegangan saat

terjadi gangguan yaitu semakin besar nilai tahanan gangguan maka semakin besar

pula nilai tegangan saat gangguan

c. Gangguan internal dua fase (AB)

Gangguan divariasikan dengan dua variasi resistansi gangguan Rf (3 dan 5

ohm). Gangguan pada sistem terjadi di waktu 0.3 detik. Bentuk gelombang hasil

simulasi gangguan satu-fase ke tanah dengan nilai Rf sebesar 3 ohm keluaran dari

PSCAD di perlihatkan pada gambar 4.9 sebagai berikut:

Res.

I.diff

Respon Relai

Relai A Relai B Relai A Relai B Relai A Relai B Relai A Relai Trip (1) Blok (0) Trip (1) Blok (0) 2 ohm 21.2 kA 21.2 kA 175kV 175 kV 0.0192 0.0192 28.2  -  - 5 ohm 12.8 kA 12.8 kA 177 kV 177kV 0.0192 0.0192 17.9  -  - 10 ohm 7.9kA 7.9kA 180 kV 180 kV 0.0192 0.0192 10.7  -  -

(62)

44 Gambar 4.9 Gelombang Arus dan Tegangan Gangguan Internal Dua Fase

Rf=2 Ohm

Gambar diatas adalah Hasil simulasi keluaran gelombang arus pada kedua

relai, terlihat ketika terjadi gangguan pada detik 0.3 setelah simulasi dijalankan

arus mengalami lonjakan sebesar 24.5 kA dari arus normal 0.0192 kA . sedangkan

menjadi 171 kV.

Gambar 4.10 Grafik Nilai Bias, Nilai Differensial, Fasor Arus, Dan Signal Trip Relai A dan B pada saat gangguan internal dua fase Rf=2 ohm

(63)

45

Gambar diatas menampilkan grafik arus bias pada setiap relai dan juga

nilai sebesar 0.0192 kA dan arus diferensial sebesar 31.3kA. Pada grafik diatas

Nilai arus, tegangan, relai dan respon relai gangguan internal dua-fasa ke

tanah (Ag) dengan fariasi Rf dapat dilihat selengkapnya pada tabel 4.3 berikut:

Tabel 4.3 Performa relai terhadap gangguan internal dua-fase AB

Dari tabel 4.3 menampilkan data hasil simulasi dua varian Rf yaitu 2 ohm,

5 ohm dan10 ohm. Terlihat ketika gangguan internal arus gangguan terbesar

terjadi pada varian 2 ohm yaitu 24.5kA pada setiap relai, sedangkan nilai tegangan

Res.

I.diff

Respon Relai

Relai A Relai B Relai A Relai B Relai A Relai B Relai A Relai Trip (1) Blok (0) Trip (1) Blok (0) 2 ohm 24.5 kA 24.5 kA 171kV 171 kV 0.0192 0.0192 31.3  -  - 5 ohm 17.8 kA 17.8 kA 172 kV 172kV 0.0192 0.0192 24.6  -  - 10 ohm 12kA 12kA 175 kV 175 kV 0.0192 0.0192 17  -  -