RANCANG BANGUN SIMULASI PROTEKSI GANGGUAN TANAH PADA SISTEM DISTRIBUSI MENGGUNAKAN RELAY SEPAM 1000

(1)

RANCANG BANGUN SIMULASI PROTEKSI GANGGUAN

TANAH PADA SISTEM DISTRIBUSI MENGGUNAKAN

RELAY SEPAM 1000

DESIGN AND BUILD OF PROTECTION SIMULATION GROUND FAULT

IN DISTRIBUTION SYSTEM USING RELAY SEPAM 1000

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan

Diploma III Program Studi Teknik Listrik

Jurusan Teknik Elektro

Oleh :

Dida Nurdiansyah ( 091321009 )

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

(2)

(3)

ii

Nama

: Dida Nurdiansyah

NIM

: 091321009

Tempat, tanggal lahir : Garut, 26 Desember 1990

Alamat

: Jalan Raya Samarang, Hampor RT/RW 03/10 No

1152, Kelurahan Sukagalih, Kecamatan Tarogong

Kidul, Garut

Agama

: Islam

No. Telepon / HP

: 082126734910

E-Mail

:

[email protected]

SD lulus tahun

: 2003 di SD Negeri Sukagalih III, Garut

SMP lulus tahun

: 2006 di SMP Negeri 1 Tarogong Kaler, Garut

SMA lulus tahun

: 2009 di SMK Negeri 2 Garut

Pengalaman Organisasi

: 1.Anggota Himpunan Mahasiswa Listrik (HML)

2009-2012

2.Anggota Divisi IPTEK HML 2010 - 2012

3.Anggota

Forum

Komunikasi

Himpunan

Mahasiswa Elektro Bandung (FKHMEB)

2009 - 2012

4. Anggota UKM Bola Voli 2009-2010

5.Anggota

Paguyuban

Mahasiswa

Garut

(PAMAGAR) 2009-2012

Judul Proyek Akhir

: Rancang Bangun Simulasi Proteksi Gangguan

Tanah Pada Sistem Distribusi Menggunakan

Relay SEPAM 1000.

(4)

iii

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan Maka apabila kamu telah selesai

(dari suatu urusan) Kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain Dan hanya

kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap”

(Q. S. Al-Insyiroh: 6-8)

“Segala sesuatu ditentukan oleh niat, jika niat kita baik

Maka hidup kita akan baik, mungkin tidak segera tetapi PASTI”

(Mario Teguh)

“Orang-orang yang tidak mau belajar akan menjadi pemilik masa lalu dan

orang-orang yang terus mau belajar akan menjadi pemilik masa depan ”

(Mario Teguh)

“We are all inventors, each sailing out on a voyage of discovery, guided each by a private

chart, of which there is no duplicate. The world is all gates, all opportunities.”

(Ralph Waldo Emerson)

”Aku ingin mendaki puncak tantangan, menerjang batu granit kesulitan, menggoda

marabahaya, dan memecahkan misteri dengan sains. Aku ingin berkelana, menemui arahku

dengan membaca bintang gemintang. Aku ingin hidup! Aku Ingin merasakan sari pati

kehidupan!”

(Andrea Hirata dalam Edensor)

Karya ini kupersembahkan untuk Mama Tercinta, Bapak, Ema, Kakak, dan Semua Keluarga

Tercinta Atas segala do’a, dorongan, serta semangat untuk menjadikan diri ini berguna

Semoga ilmu yang kudapat bisa menjadi penerang bagi jalan hidupku

dan menjadi amal ibadah dikemudian hari.

(5)

iv

ABSTRAK

Sistem proteksi berperan sangat penting untuk menjamin keandalan sistem

penyaluran tenaga listrik. Oleh sebab itu perlu diterapkan sistem pengamanan

guna mengamankan komponen-komponen baik dari sisi sumber maupun

penyulang. Pengamanan yang digunakan untuk mengetahui arus gangguan

hubung singkat terutama hubung singkat fasa ke tanah adalah relay 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.

Untuk itu dibuat simulator proteksi guna mengetahui besar arus hubung singkat

fasa ke tanah. Simulasi ini menggunakan relay tipe SEPAM 1000, trafo CT, dan

menggunakan MCB 3 fasa sebagai pengaman dengan menggunakan lampu

bohlam 100W sebagai beban. Hasil Penelitian ini pada saat pengujian

karakteristik dengan mengambil sampel Standard Inverse Time (SIT) didapatkan

persen (%) error sebesar 0,01%, dan pada saat pengujian menggunakan simulator

jaringan pada sisi sekunder CT tanpa tahanan pentanahan (solid) didapatkan arus

hubung singkat 1 fasa ke tanah sebesar 2,44 Ampere, arus hubung singkat 2 fasa

ke tanah adalah 3,46 Ampere, dan arus hubung singkat 3 fasa ke tanah adalah 3,75

Ampere.

Kata Kunci: Simulator jaringan distribusi, arus gangguan tanah,

Ground Fault Relay (GFR) , SEPAM 1000

(6)

v

ABSTRACT

Protection system plays a very important to ensure reliable electrical

power supply system. Therefore needs to be applied in order to safeguard the

security system components from the source and feeders. Security is used to

determine the short circuit fault current is mainly a short-circuit the relay phase

to ground disturbance ground or 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 to know the reliability of the

feeders. Simulator for protection was made to determine the phase of the short

circuit current to ground. This simulation uses a relay types SEPAM 1000,

transformer CT, and using 3-phase MCB as a safety by using a 100W light bulb

as a load. The results of this study at the time of testing characteristics by taking

samples of Standard Inverse Time (SIT) obtained percent (%) error of 0.01%, and

at the time of testing using a network simulator on the secondary side of CT

without resistance grounding (solid) obtained a short-circuit current phase to

ground of 2.44 Ampere, 2-phase short circuit current to ground is 3.46 amperes,

and 3-phase short circuit current to ground is 3.75 Amperes.

Keyword: Simulator of Distribution network, current of ground fault ,

Ground Fault Relay (GFR), SEPAM 1000

(7)

vi

LEMBAR PERSEMBAHAN

Alhamdulillahirobbil’alamin, Puji syukur kepada Allah SWT yang senantiasa melimpahkan nikmat dan karunia-Nya kepada kita semua dan berkat rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan proyek akhir ini dengan Lancar. Penulis menyadari bahwa keberhasilan yang penulis raih saat ini merupakan sebuah jawaban do’a restu yang selalu mendampingi penulis selama ini. Oleh karena itu, Penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Anggota keluarga penulis yaitu :

 Orang tua tercinta, Mamah (Hj. Nuraeni) dan Bapak (Syamsudin). Terima kasih Dida sampaikan kepada Mamah dan Bapak yang telah mendidik dan mendoakan Dida hingga saat ini, karena tanpa doa dari Mamah dan Bapak, Tugas akhir ini tidak akan selesai tepat waktu.

 Nenek tercinta, Ema Esin Kuraesin, Dida mengucapkan terima kasih atas do’a, didikan dan dukungannya kepada Dida.

 Kakek Burhan (Alm.), terima kasih untuk kenangan indah kita. Dida yakin Allah SWT memberikan tempat yang layak kepada kakek di sana. Amien

 Semua Kakak tersayang, Rika Kartika, Nani Kartini, dan Yadi Setiadi. Terima kasih atas dukungannya baik Moril maupun materil.

 Kedua kakak ipar, Entis Sutisna dan Dodi Rusmana, terimakasih atas semua dukungannya.

 Paman dan Bibi tercinta yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, wabilkhusus kepada Nina Hernawati dan Yanti Sukmayanti, terima kasih atas dukungannya.

 Semua sepupu tercinta yang lucu-lucu kepada Windy Nuranggraeni, Sharla Martiza Maulana Yusuf dan Khaerul Nur Ramadhan. Terima kasih telah memberikan tawa dan canda dan semangat selama ini.

2. Rekan Tugas Akhir Relay SEPAM 1000, Ferry Yuliansyah dan Ridwan Sativa yang telah menjadi rekan TA yang solid.

3. Semua rekan-rekan SDTL Crew, yang telah memberikan inspirasi dan motivasi.

(8)

vii

4. Teman - teman Teknik Listrik angkatan 2009 khususnya kepada teman – teman di kelas 3A yang telah banyak membantu penulis dalam menyusun proyek akhir ini. Kalian adalah penggalan sejarah yang tidak akan mungkin terlupakan.

5. Teman - teman seperjuangan di Himpunan Mahasiswa Listrik (HML) karena semangat dan motivasi mereka membuat penulis mampu bertahan di POLBAN. 6. Teman–teman Kosan Markas Besar Garuters, Gang mamayaman 56, Omen, Vicky,

Dadang, Jimy, Oinx, Mamet, Ibet, Ridwan, dan Risman yang senantiasa membantu penulis dengan memberikan pikiran, tenaga, waktu dan doa’nya hingga penulis mampu menyelesaikan proyek akhir ini.

7. Teman-teman Paguyuban Mahasiswa Garut (PAMAGAR) yang senantiasa memberikan dorongan sehingga penulis lebih menjadi percaya diri dalam melaksanakan Proyek Akhir.

Terima kasih Penulis ucapkan, semoga Alloh selalu memberi keamanan, keselamatan, kelancaran dan kebarokahan kepada kita semua, aamiin.

Alhamdulillah Jaza Kumullohu Khoiro.

(9)

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, dan kedua orang tua tercinta, Mamah dan Bapak, serta nenek, kakak, dan sepupu tercinta yang selalu memberikan motivasi, bimbingan, nasehat dan petuah-petuah yang sangat menyentuh hati sehingga Penulis dapat menyelesaikan proyek akhir yang berjudul “Rancang Bangun Simulasi Proteksi Gangguan Tanah Pada Sistem Distribusi Menggunakan Relay Sepam 1000”, yang merupakan salah satu syarat kelulusan pendidikan Diploma III, Program Studi Teknik Listrik, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung.

Melalui laporan Proyek Akhir ini, Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Hari Purnama, Ir., M.Eng., sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung

2. Bapak Supriyanto, ST., MT., sebagai pembimbing utama yang telah meluangkan waktu untuk memberikan ilmu, nasehat, masukan dan bimbingannya kepada Penulis.

3. Bapak Sunarto, ST., M.Eng., sebagai pembimbing pendamping yang telah memberikan masukan dan bimbingannya kepada Penulis. Juga sebagai Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung.

(10)

ix

4. Staff panitia proyek akhir yang selalu memperhatikan dan memberi informasi terbaru dalam proses penyusunan laporan ini hingga dilangsungkannya sidang proyek akhir.

5. Seluruh Teknisi dan pramukantor Teknik Listrik yang telah banyak membantu dalam kegiatan perkuliahan Penulis selama berada di POLBAN.

6. Serta semua pihak yang tidak dapat Penulis sebutkan satu per satu.

Semoga Allah SWT membalas semua kebaikan dan pihak yang telah membantu Penulis dalam penulisan laporan proyek akhir ini. Akhir kata, Penulis mengharapkan laporan proyek akhir ini dapat bermanfaat dan memberi pengetahuan yang cukup berarti bagi para pembaca.

Bandung, Juli 2012 Penulis

(11)

x

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ………. i

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ……… ii

KATA MUTIARA ……… iii

ABSTRAK ……… iv

ABSTRACT ………... v

LEMBAR PERSEMBAHAN ………... vi

KATA PENGANTAR ……….. viii

DAFTAR ISI ………. x

DAFTAR GAMBAR ……… xiv

DAFTAR TABEL ……… xvii

DAFTAR LAMPIRAN ……… xviii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ……….. 1 1.2 Tujuan……….………... 2 1.3 Rumusan Masalah ………... 2

(12)

xi

1.4 Pembatasan Masalah ………... 2

1.5 Metoda Penyelesaian Proyek akhir ……….………....

1.5.1 Identifikasi masalah ………...

1.5.2 Studi Literatur ………

1.5.3 Pembuatan Alat ………..

1.5.4 Analisa dan Evaluasi ……….

1.5.5 Penyusunan Laporan Proyek Akhir ………...

1.5.6 Perbaikan dan penyempurnaan ………..

3 3 3 3 3 3 4 1.6 Sistematika Penulisan ………. 4

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik……..………... 5

2.2 Pengelompokan Jaringan Distribusi Tenaga Listrik ... 6

2.3 Klasifikasi Saluran Distribusi Tenaga Listrik ...

2.3.1 Menurut Nilai Tegangannya ………..

2.3.2 Menurut Bentuk Tegangannya ……….

2.3.3 Menurut Jenis/Tipe Konduktornya ………

2.3.4 Menurut Susunan (Konfigurasi) Salurannya ……….

2.3.5 Menurut Susunan Rangkaiannya ………...

8 8 8 8 9 9

(13)

xii

2.3.5.1 Jaringan Sistem Distribusi Primer ………...…...

2.3.5.2 Jaringan Sistem Distribusi Sekunder ………..……

9

10

2.4 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik ... 11

2.4.1 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa ... 12

2.4.2 2.4.3 2.4.4 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ... Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah ... Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa Ke Tanah ... 13 14 14 2.5 Faktor-Faktor Penyebab Terjadinya Gangguan... 15

2.6 Sistem Proteksi ... 17

2.6.1 Pengertian Sistem Proteksi ... 17

2.6.2 Tujuan Sistem Proteksi ………... 17

2.7 2.8 Relay Proteksi... 2.7.1 Pengertian Sistem Proteksi ……… 2.7.2 Fungsi Relay Proteksi ……… 2.7.3 Persyaratan Relay Proteksi ……… Relay Arus Lebih ……… 2.8.1 Pengertian Relay Arus Lebih ……… 18 18 19 20 21 21 2.8.2 Jenis Relay Arus Lebih ... 22

(14)

xiii 2.9

2.10

2.11

2.12

Relay Gangguan Tanah/Ground Fault Relay (GFR) ...

Setting dan Koordinasi Relay Arus Lebih ...

2.10.1 Pertimbangan Umum ...

2.10.2 Parameter Setting Arus Lebih ...

Relay SEPAM 1000 ...

Trafo Arus / Current Tansformer (CT) ...

2.12.1 Klasifikasi Trafo arus ...

2.12.2 Rating Trafo Arus...

2.12.3 Accuracy Limit Factor (ALF)...

2.12.4 Kelas CT pengukuran ... 2.12.5 Kelas CT Proteksi ... 26 28 27 27 28 30 30 30 31 31 31

BAB III PERANCANGAN

3.1 Definisi Perancangan... 32 3.2 Tujuan Perancangan... 32 3.3 Langkah Perancangan... 32 3.3.1 Perancangan Fungsional ... 33 3.3.2 Perancangan Fisik/Konstruksi... 33 3.3.3 Perancangan kinerja... 35

(15)

xiv 3.3.4

3.3.5

3.3.6

3.3.7

Menentukan Spesifikasi Alat...

Flowchart Perancangan...

Deskripsi Cara Kerja Alat...

Alat/Peralatan yang Digunakan...

35

36

37

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Karakteristik GFR tipe SEPAM 1000...…………...

4.1.1 Tujuam...

41

4.2 Peralatan yang Digunakan ... 41

4.3

4.4

4.5

4.6

Analisa Grafik ...

Gambar Rangkaian Pengujian...

Langkah Percobaan...

Analisa Pengujian...

4.5.1 Prosedur setting Arus...

4.5.2 Prosedur Setting Waktu...

4.5.3 Hasil Pengujian...

Proteksi Gangguan Tanah Pada Sistem Distribusi Menggunakan Relay SEPAM 1000... 4.6.1 Tujuan... 41 41 42 53 53 54 54 55

(16)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem penyaluran tenaga listrik... 6

Gambar 2.2 Pembagian tegangan sistem tenaga listrik... 7

Gambar 2.3 Hubungan tegangan menengah ke tegangan rendah dan konsumen ...

4.6.2 Prosedur Setting...

4.6.3 Peralatan Yang Digunakan...

4.6.4 Gambar Rangkaian Pengujian Relay SEPAM 1000...

4.6.5 Langkah Percobaan...

4.6.6 Penyetingan Relay SEPAM 1000...

4.6.7 Analisa Pengujian... 55 55 55 56 59 60 62 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ………. 63 5.2 Saran ………... 64 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(17)

xvi

10

Gambar 2.4

a) Gangguan hubung singkat 3 fasa...

b) Rangkaian ekivalen gangguan hubung singkat 3 fasa...

13

Gambar 2.5

a) Gangguan hubung singkat 2 fasa...

b) Rangkaian ekivalen gangguan hubung singkat 2 fasa...

13

Gambar 2.6

a) Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah...

b) Rangkaian ekivalen gangguan hubung singkat 1 fasa ke

tanah ...

14

Gambar 2.7 Karakteristik relay arus lebih waktu seketika

(instantaneous)... 22

Gambar 2.8 Karakteristik relay arus lebih waktu tertentu

(Definite Time)...

23

Gambar 2.9 Karakteristik relay arus lebih waktu terbalik

(invers time)...

23

Gambar 2.10 Kurva karakteristik waktu invers...

a) Standard Inverse Time (SIT)...

b) Very Inverse Time (VIT)...

c) Extremely Inverse Time (EIT)...

d) Ultra Inverse Time (UIT)...

25 25 25 25 25

(18)

xvii

Gambar 2.11 Relay gangguan tanah (GFR)... 26

Gambar 2.12 Skema fungsional dan koneksi relay SEPAM 1000... 28

Gambar 2.13

a) Display relay SEPAM 1000...

b) Tampak depan relay SEPAM 1000...

c) Tampak belakang relay SEPAM 1000...

29

30

Gambar 3.1 Perancangan fungsional... 33

Gambar 3.2 Perancangan fisik rangkaian pengujian karakteristik

Relay SEPAM 1000... 33

Gambar 3.3 Perancangan Fisik rangkaian pengujian simulator jaringan

Distribusi relay SEPAM 1000...

34

Gambar 3.4 Perancangan konstruksi pengujian karakteristik relay arus

Lebih gangguan tanah (GFR) SEPAM 1000...

34 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10

Flowchart perancangan proyek akhir (GFR) SEPAM 1000

Modul praktikum proteksi arus lebih gangguan tanah (GFR)

SEPAM 1000...

Ampere meter...

Simulator jaringan distribusi tenaga listrik...

Simulator CB-CT... Sumber DC Variabel... 36 37 38 38 39 39

(19)

xviii Gambar 3.11

Gambar 3.12

Simulator jaringan 3 fasa...

Simulator beban 3 fasa...

40

Gambar 4.1 Rangkaian pengujian karakteristik relay SEPAM 1000... 41

Gambar 4.2 Kurva perhitungan dan pengujian karakteristik

SIT (Standard Inverse Time) dengan berbagai

macam harga to>...

46

VIT (Very Inverse Time) dengan berbagai

macam harga to>... 48

EIT (Extremely Inverse Time) dengan berbagai

macam harga to...

50

UIT (Ultra Inverse Time) dengan berbagai

macam harga to>...

52

Gambar 4.6 Rangkaian pengujian simulator hubung singkat 1 Fasa

Ke tanah...

56

Gambar 4.7 Rangkaian pengujian simulator hubung singkat 2 fasa

(20)

xix

Ke tanah... 57

Gambar 4.8 Rangkaian pengujian simulator hubung singkat 3 fasa

Ke tanah... 58

(21)

xx

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 4.1 Kelas CT Pengukuran... Kelas CT Proteksi...

Perhitungan dan pengujian kurva karakteristik Standard Inverse Time (SIT) dengan berbagai macam harga to>...

31

45

Tabel 4.2 Perhitungan dan pengujian kurva karakteristik Very Inverse Time (VIT) dengan berbagai macam harga to>...

47

Tabel 4.3 Perhitungan dan pengujian kurva karakteristik Extremely Invers Time (EIT) dengan berbagai macam harga to>...

49

Tabel 4.4 Perhitungan dan pengujian kurva karakteristik Ultra Inverse Time (UIT) dengan berbagai macam harga to>...

51

Tabel 4.5 Perbandingan waktu pemutusan pada karakteristik SIT pada saat to> = 1,5...

54

Tabel 4.6 Besar arus gangguan. dengan berbagai macam Tahanan Pentanahan...

60

Tabel 4.7 Pengujian Kinerja Relay Delay Time dan Instantaneous untuk berbagai macam harga Tahanan Pentanahan ...

62

(22)

xxi

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 LAMPIRAN 2

Katalog Relay SEPAM 1000

Anggaran Biaya Perancangan Proyek Akhir

(23)

xxii