RANCANG BANGUN SIMULATOR PROTEKSI ARUS HUBUNG SINGKAT FASA KE TANAH PADA SISTEM DISTRIBUSI MENGGUNAKAN RELAY TIPE MCGG 53.

(1)

i

RANCANG BANGUN SIMULATOR PROTEKSI

ARUS HUBUNG SINGKAT FASA KE TANAH PADA SISTEM

DISTRIBUSI MENGGUNAKAN RELAY TIPE MCGG 53

DESIGN PROTECTION SIMULATOR OF SHORT-CIRCUIT CURRENT PHASE TO GROUND IN ELECTRICAL DISTRIBUTION SYSTEM

USING RELAY TYPE MCGG 53

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik

Jurusan Teknik Elektro

Oleh:

Surda

091321029

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

(2)

(3)

iii

DATA PRIBADI

Nama : Surda

NIM : 091321029

Tempat, Tanggal Lahir : Indramayu, 08 September 1991

Alamat : Desa Patrol Lor RT/RW : 08/03 Kel. Patrol Lor Kec. Patrol Kab. Indramayu

Hobi : Olahraga dan membaca

Nomor HP : 08562186717

E-mail : surdaelisah@yahoo.com

Pendidikan :

 SD Lulus Tahun : 2003 di SD Negeri 6 Patrol Lor  SLTP Lulus Tahun : 2006 di SMP Negeri 1 Patrol

 SLTA Lulus Tahun : 2009 di SMA Negeri 1 Kandanghaur

Pengalaman Berorganisasi :

1. Anggota PMR SMP Negeri 1 Patrol

2. Wakil ketua PMR SMA Negeri 1 Kandanghaur 3. Anggota OSIS SMA Negeri 1 Kandanghaur

4. Anggota Humas Himpunan Mahasiswa Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung

5. Pengurus FKHMEB (Forum Komunikasi Himpunan Mahasiswa Elektro se-Bandung)

(4)

Rasa malas yang menguasai orang hebat, adalah kekuatan yang menjadikannya sama tidak berguna-nya dengan orang lemah yang membakati kemalasan. Maka janganlah engkau membakati kemalasan.

Karena ketahuilah, bahwa

Bahkan setan pun tidak tertarik untuk mengganggu orang malas.

Karena, kemalasan itu sudah lebih dari cukup untuk mengkerdilkan kehidupan anak manusia, apapun kehebatan yang aslinya ada pada dirinya.

Dan jika engkau sedang memanjakan kemalasan dalam dirimu, sadarilah bahwa Rasa malas itu bukanlah kelemahan.

Rasa malas adalah kekuatan yang sangat luar biasa keefektifannya untuk mengkerdilkan kehidupan.

Telah berapa banyakkah jiwa-jiwa yang sejatinya dilahirkan mulia dan berbakat menjadi pemimpin besar, yang dikerdilkan oleh rasa malas? (Mario Teguh)

Karya ini Ku persembahkan sebagai awal bakti kepada mama, papa, kakak, adik dan keluargaku tercinta

(5)

v

ABSTRAK

Kebutuhan akan energi listrik dewasa ini sangatlah besar sehingga haruslah terjaga dari segi kualitas penyaluran dan pemanfaatan pencegahan kerusakan alat dan komponen listrik akibat adanya ganguan hubung singkat. Gangguan hubung singkat ini antara lain ganguan satu fasa ke tanah atau fasa-fasa yang lainnya.

Pengamanan yang digunakan untuk mengetahui arus gangguan hubung singkat terutama hubung singkat fasa ke tanah adalah relai gangguan tanah atau Ground Fault Relay (GFR). Dengan mengetahui arus gangguan yang dapat terjadi dan memperhatikan karakteristik serta pola setting peralatan pengaman terpasang, diharapkan dapat diketahui tingkat keandalan penyulang. Dengan demikian dibuatlah simulator proteksi fasa ke tanah guna mengetahui besar arus hubung singkat fasa ke tanah dan menentukan pengamannya. Simulasi ini menggunakan relai tipe MCGG 53, trafo CT, dan menggunakan MCB 3 fasa sebagai pengaman dengan menggunakan lampu bohlam 100W sebagai beban.

Kata kunci : arus gangguan hubung singkat fasa ke tanah, relai GFR tipe MCGG 53.

(6)

ABSTRACT

The need for electrical energy today is so large that must be maintained in terms of distribution quality and utilization of prevention of damage to equipment and electrical components due to the interruption of short circuit. Short circuit interruption, among others, single phase to ground disturbance or other phases.

Security is used to determine the short circuit fault current is mainly a short circuited to the ground phase is ground fault relay (GFR). By knowing the fault current that can occur and consider the characteristics and patterns of setting safety equipment installed, are expected can to know the reliability of the feeders. Thus, was made simulator phase to ground protection to know value the short circuit current to the ground and determine the safety. This simulation uses a relay types MCGG 53, transformer CT, and using 3-phase MCB as a safety by using a 100W light bulb as a load..

Keywords : the value of fault current to ground short circuit, Relay GFR types MCGG 53.

(7)

vii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr.Wb.

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan proyek akhir dengan judul “RANCANG BANGUN PROTEKSI ARUS HUBUNG SINGKAT FASA KE TANAH MENGGUNAKAN RELAI TIPE MCGG 53” yang disusun untuk memenuhi salah satu salah satu syarat kelulusan program diploma III pada Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Eletro Politeknik Negeri Bandung. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak yang telah membantu maka makalah ini tidak akan selesai dengan sebaik-baiknya, oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak diantaranya adalah

1. Bapak Hari Purnama, Ir., M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 2. Bapak Sunarto, ST. M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik. 3. Bapak Dwi Asmono, Drs., M.Pd. selaku dosen pembimbing I proyek akhir

ini yang telah memberikan ide, masukan, pengarahan, dan bantuannya serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dari awal pelaksanaan sampai terselesaikannya proyek akhir ini.

4. Bapak Supriyanto, ST., MT. Selaku dosen pembimbing II yang telah membantu masukan, pengarahan, dan bantuannya serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dari awal pelaksanaan sampai terselesaikannya proyek akhir ini.

5. Bapak Yudi Prana Hikmat, S.T., M.T, selaku ketua Panitia Pelaksanaan Proyek Akhir tahun 2012 dan juga kepada seluruh anggota panitia.

6. Dosen-dosen Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung yang telah membantu penulis baik dalam

(8)

penyelesaian laporan proyek akhir maupun atas ilmu yang telah diberikan sejak penulis kuliah di Program Studi Teknik Listrik.

7. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Program Studi Teknik Listrik yang telah banyak membantu dan memberikan kritikan terhadap proses penyelesaian proyek akhir ini.

8. Gilang Pramesti dan Saepul sebagai partner saya dalam melaksanakan proyek akhir ini.

9. Teman-teman angkatan 2009 khususnya listrik kelas A yang telah memberikan dukungan doa, saran, dan semangat kepada penulis.

10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu atas bantuannya.

Apabila dalam penulisan ini masih banyak kekurangan, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk bisa dijadikan pegangan dalam menghasilkan karya tulis lain yang lebih baik.

Semoga laporan proyek akhir ini dapat memberikan manfaat kepada para pembaca. Bandung, Juli 2012 Penulis

(9)

ix

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN PENGESAHAN ……… DATA PRIBADI ………... KATA MUTIARA ………. ABSTRAK ………..……….... ABSTRACT ………..……... KATA PENGANTAR ……….... DAFTAR ISI ………....……... DAFTAR GAMBAR ……….. DAFTAR TABEL ……….. DAFTAR LAMPIRAN ……….. ii iii iv v vi vii ix xiii xv xvi BAB I PENDAHULUAN ... 1.1 Latar Belakang Masalah... 1.2 Tujuan ... 1.3 Perumusan Masalah ... 1.4 Pembatasan Masalah ... 1.5 Metodelogi Pengerjaan Proyek Akhir Penulisan ... 1.5.1 Identifikasi Masalah ... 1.5.2 Studi Literatur ... 1.5.3 Perancangan Alat... 1.5.4 Pengujian……… ... 1.5.5 Analisis Data dan Evaluasi ……... 1.5.6 Penyusunan Laporan Proyek Akhir ... 1.5.7 Perbaikan dan Penyempurnaan ... 1.5.8 Bimbingan... 1.6 Sistematika Penulisan ... 1 1 1 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4

(10)

BAB II LANDASAN TEORI ... 2.1 Sistem Distribusi... 2.2 Klasifikasi Saluran Distribusi Tenaga Listrik ... 2.3 Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik ...

2.3.1 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa ... 2.3.2 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah ... 2.3.3 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ... 2.3.4 Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah ... 2.3.5 Faktor Penyebab Gangguan ... 2.4 Peralatan Proteksi ... 2.4.1 Relai Proteksi ... 2.4.2 Relai Hubung Tanah (GFR) ...

2.4.2.1 Definisi Relai GFR ... 2.4.2.2 Fungsi Relai GFR ... 2.4.2.3 Jenis Relai GFR ... 2.4.2.4 Parameter pada Relai GFR ……...

2.4.2.5 Setting Relai GFR ... 2.4.3 Trafo Arus (CT) ...

2.4.3.1 Rating CT ... 2.4.5.2 Kelas CT ... 2.4.6 MCB (Miniatur Circuit Breaker) ... 2.5 Relai GFR MCGG 53 ...

2.5.1 Konstruksi ... 2.5.2 Wiring Relai GFR Tipe MCGG 53 ... 2.5.3 Metode Setting Relai MCGG 53... 2.5.3.1 Setting Arus Waktu Tunda ... 2.5.3.2 Pemilihan Kurva Karakteristik ... 2.5.3.3 Setting TMS ... 2.5.3.4 Setting Arus Instantaneous ...

BAB III PERANCANGAN ALAT ... 6 6 8 14 14 16 16 17 18 20 21 24 24 24 25 30 30 31 33 33 34 36 36 37 37 37 38 39 39 41

(11)

xi

3.1 Definisi Perancangan ... 3.2 Tujuan Perancangan ... 3.3 Langkah Perancangan ... 3.3.1 Perancangan Fungsional ... 3.3.2 Perancangan Fisik / Konstruksi ... 3.3.3 Perancangan Kinerja ... 3.3.4 Menentukan Spesifikasi Alat ... 3.3.5 Menentukan Urutan Kerja ... 3.3.6 Deskripsi Cara Kerja Alat ... 3.3.7 Pemilihan Komponen …………...

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ... 4.1 Pengujian Karakteristik GFR tipe MCGG 53 ... 4.1.1 Tujuan ... 4.1.2 Peralatan Yang Digunakan ... 4.1.3 Rangkaian Pengujian ... 4.1.4 Langkah Percobaan ... 4.1.5 Tabel dan Kurva Pengujian Karakteristik ... 4.1.6 Hasil Pengujian ... 4.1.7 Analisa Pengujian Karakteristik GFR... 4.2 Proteksi Hubung Singkat pada Distribusi Tenaga Listrik

Menggunakan Relai Arus Hubung Singkat Fasa ke Tanah (GFR) tipe MCGG 53 ...

4.2.1 Tujuan ... 4.2.2 Peralatan Yang Digunakan ... 4.2.3 Gambar Rangkaian Pengujian ... 4.2.4 Langkah Percobaan ... 4.2.5 Setting GFR MCGG 53 ...

4.2.5.1 Setting Arus Waktu Tunda (time delay)... 4.2.5.2 Setting TMS ... 4.2.5.3 Setting Instantaneous ... 41 41 41 42 43 44 44 45 46 46 52 52 52 52 52 52 56 65 65 66 66 66 67 67 69 69 70 71

(12)

4.2.5.4 Analisa Pengujian ... BAB V PENUTUP ... 5.1 Kesimpulan ... 5.2 Saran ... DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 73 74 74 75

(13)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Penyaluran tenaga listrik [6] ... Gambar 2.2 Konfigurasi jaringan radial primer [6] ... Gambar 2.3 Konfigurasi jaringan ring primer [6] ... Gambar 2.4 Konfigurasi jaringan spindel primer [6] ... Gambar 2.5 Komponen sistem distribusi[8] …... Gambar 2.6 Gangguan hubung singkat tiga fasa (a), Rangkaian ekivalen gangguan hubung singkat tiga fasa (b) …... Gambar 2.7 Gangguan hubung singkat dua fasa (a), Rangkaian ekivalen gangguan hubung singkat dua fasa (b) ... Gambar 2.8 Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah ... Gambar 2.9 Rangkaian pengawatan GFR ... Gambar 2.10 Relai gangguan tanah dengan karakteristik waktu kerja seketika

[3] ... Gambar 2.11 Relai gangguan tanah dengan karakteristik waktu kerja

tertentu [3] ... Gambar 2.12 Relai gangguan tanah dengan karakteristik waktu kerja

terbalik [3] ... Gambar 2.13 Kurva karakteristik waktu inverse... Gambar 2.14 Kurva kejenuhan untuk pengukuran dan proteksi ... Gambar 2.15 Rangkaian konstruksi trafo arus ... Gambar 2.16 MCB (Miniatur Circuit Breaker) [9] ... Gambar 2.17 Kontruksi relai tipe MCGG 53 ... Gambar 2.18 Wiring relai OCR/GFR tipe MCGG 53 pada jaringan tenaga

listrik ... Gambar 3.1 Perancangan fungsional karakteristik relai tipe MCGG 53 ... Gambar 3.2 Perancangan fisik/konstruksi karakteristik relai arus lebih tipe MCGG 53... 7 10 11 12 13 15 17 17 24 25 26 27 29 32 33 35 36 37 41 43

(14)

Gambar 3.3 Perancangan fisik/konstruksi proteksi arus hubung singkat pada sistem distribusi menggunakan Relai tipe MCGG 53... Gambar 3.4 Flowchart Perancangan ...

Gambar 3.5 Simulator sumber jaringan 3 fasa ...

Gambar 3.6 Simulator CB ... Gambar 3.7 Amperemeter ... Gambar 3.8 Relai OCR /GFR tipe MCGG 53 ... Gambar 3.9 Simulator beban ... Gambar 3.10 Simulator jaringan distribusi tenaga listrik ... Gambar 3.11 Simulator CB-CT... Gambar 3.12 Sumber variabel DC ... Gambar 4.1 Gambar Setting ∑ Is GFR ... Gambar 4.2 Setting kurva standard inverse dengan waktu tunda ... Gambar 4.3 Setting TMS ... Gambar 4.4 Setting kurva I set instantaneous ( I >> ) ... Gambar 4.5 Gambar kurva waktu arus karakteristik SI (standard inverse)... Gambar 4.6 Gambar kuva waktu arus karakteristik VI (very inverse) ... Gambar 4.7 Gambar kurva waktu arus karakteristik EI (extremely inverse).. Gambar 4.8 Gambar kurva waktu arus karakteristik LTI (long time inverse) Gambar 4.9 Rangkaian pengujian hubung singkat satu fasa ke tanah ... Gambar 4.10 Setting ∑ Is GFR pada relai tipe MCGG 53 ... Gambar 4.11 Gambar 4.15 Setting ∑ TMS ... Gambar 4.12 Setting ∑ I instant/moment Relai ... 44 45 46 47 47 48 48 49 50 51 53 54 55 55 58 60 62 64 67 67 70 71

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Kesalahan rasio dan pergeseran fasa CT proteksi ...

Tabel 4.1 Setting kurva karakteristik ... Tabel 4.2 Perhitungan dan pengujian kurva waktu arus karakteristik standard inverse ... Tabel 4.3 Perhitungan dan pengujian kurva waktu arus karakteristik very

invers ... Tabel 4.4 Perhitungan dan pengujian kurva waktu arus karakteristik

extremely inverse ... Tabel 4.5 Perhitungan dan pengujian kurva waktu araus karakteristik long

time inverse ... Tabel 4.6 Perbandingan waktu pemutusan pada karakteristik standard

inverse pada saat TMS 1 ... Tabel 4.7 Besar arus gangguan ... Tabel 4.8 Perhitungan TMS, Iset time delay dan intantaneous ... Tabel 4.9 Besar arus gangguan setelah dilakukan penyetelan ...

34 54 57 59 61 63 65 69 72 73

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A Manual Book RELAI OCR & GFR TIPE MCGG 53