KOORDINASI PROTEKSI RELE ARUS LEBIH PADA PERENCANAAN
JARINGAN DISTRIBUSI SPINDLE DI GI CIAWI TRAFO 1 BOGOR
Femy Sanana Sanvia, Iwa Garniwa M.K.
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
ABSTRAK
Perubahan bentuk jaringan distribusi radial menjadi bentuk jaringan spindle pada GI Ciawi Bogor bertujuan untuk meningkatkan keandalan sistem tenaga listrik dengan adanya penyulang express yang dapat berfungsi sebagai suplai cadangan. Untuk menunjang sistem yang handal maka diperlukan adanya sistem proteksi yang baik. Pada sistem proteksi jaringan distribusi spindle digunakan rele arus lebih sebagai pengaman dari gangguan hubung singkat. Tahapan awal dalam menentukan setting rele arus lebih adalah dengan melakukan studi aliran daya untuk menentukan arus beban maksimum (nominal) yang melalui rele. Selanjutnya dilakukan perhitungan arus gangguan hubung singkat untuk menentukan setting arus pada rele. Skripsi ini akan membahas mengenai koordinasi proteksi rele arus lebih pada perencanaan jaringan distribusi spindle GI Ciawi Trafo 1 Bogor. Berdasarkan hasil simulasi didapatkan bahwa koordinasi antar rele telah bekerja sesuai urutan dengan waktu kerja antar rele berkisar 0,1-0,2 detik.
Kata kunci : jaringan distribusi spindle; koordinasi proteksi; rele arus lebih
ABSTRACT
Changes in the radial distribution network form into the spindle network form at GI Ciawi Bogor aims to increase the reliability of power system with the express feeder which could serve as backup supply. To support the reliability of power system then it is necessary to have a good protection system. The protection system of spindle distribution network uses the overcurrent relay to protect from nuisance overcurrent. The first step of determining overcurrent relay setting is perform power flow studies to determine the maximum load current (nominal) passing through the relay. Further step is perform the short circuit fault current calculations to determine the current setting of the relay. This thesis will discuss about coordination of overcurrent relay in the planning of spindle distribution network in GI Ciawi Transformers 1 Bogor. The result of simulations is the coordination between the relay has been working sequentially with the work time of relay range is 0,1-0,2 seconds.
Keywords: spindle distribution network; protection coordination; overcurrent relay
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Dalam meningkatkan keandalan dan mutu suplai listrik kepada beban-beban dalam upaya menghindari pemadaman listrik secara keseluruhan pada pelanggan listrik, PLN Bogor menerapkan perencanaan sistem jaringan distribusi spindle pada jaringan distribusi 20 kV di GI Ciawi, Bogor, yang semula berbentuk jaringan distribusi radial. Oleh karena itu, untuk menambah fungsi keandalan dalam jaringan distribusi spindle diperlukan peninjauan mengenai penyetelan proteksi rele pada jaringan distribusi spindle. Dalam menentukan waktu
kerja rele digunakan studi arus beban maksimum dan arus hubung singkat yang diperoleh dari sistem spindle.
1.2 Tujuan
Perancangan sistem koordinasi proteksi dilakukan dengam melakukan penyetelan rele arus lebih dan rele gangguan tanah untuk setiap penyulang listrik pada perencanaan jaringan distribusi spindle di GI Ciawi Bogor agar diperoleh sistem proteksi yang selektif.
1.3 Pembatasan Masalah
Masalah dalam perancangan sistem proteksi ini dibatasi pada beberapa hal yaitu simulasi dilakukan pada perencanaan jaringan distribusi spindle 20 kV pada GI Ciawi Bogor (Trafo 1) dengan menggunakan bantuan perangkat lunak ETAP 6.0. Simulasi ini dilakukan pada kondisi normal dimana setiap penyulang listrik tidak terhubung langsung dengan Gardu Hubung (GH), kecuali penyulang express. Rele yang akan digunakan dalam konfigurasi sistem proteksi adalah rele arus lebih dan rele gangguan tanah yang mengikuti standar PLN (SPLN 52-3:1983, Pola Pengamanan Sistem Bagian Tiga : Sistem Distribusi 6 kV dan 20 kV) dan memiliki karakteristik waktu terbalik (standard/ normal inverse).
II. DASAR TEORI 2.1 Rele Arus Lebih
Rele arus lebih (Overcurrent Relay/OCR) merupakan peralatan yang mendeteksi adanya arus lebih, baik yang disebabkan oleh adanya gangguan hubung singkat atau beban lebih yang dapat merusak peralatan sistem tenaga yang berada dalam wilayah proteksinya. Rele arus lebih akan bekerja apabila arus yang terdeteksi oleh rele melebihi setting nilai ambang batas arusnya.
Fungsi utama OCR adalah sebagai pengaman utama atau cadangan untuk gangguan hubung singkat yang terjadi pada sistem, terutama gangguan hubung singkat fasa ke fasa dan gangguan hubung singkat fasa ke tanah. Oleh karena itu, rele arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda yaitu pengamanan terhadap hubung singkat fasa (OCR/Over Current Relay) dan pengamanan hubung tanah(GFR/ Ground Fault Relay).
2.2 Jenis OCR Berdasarkan Karakteristik Waktu
Karakteristik waktu kerja rele proteksi secara garis besar dapat dikelompokkan sebagai berikut, yaitu:
Rele yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) dengan jangka waktu kerja rele mulai dari pick up hingga bekerja sangat singkat (10 – 20 ms). Berikut ini adalah karakteristik rele waktu sesaat :
Gambar 1. Karakteristik Rele Waktu Seketika (Instantaneous Relay) Sumber : The Art and Science of Protective Relaying. C Russel Masson (2005)
b. Rele arus lebih waktu tertentu (Definite time-lag relay)
Rele ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is), dan jangka waktu kerja rele dimulai dari kondisi rele mendeteksi arus gangguan (kondisi pick up) sampai kerja rele diperpanjang dengan waktu tertentu yang tidak tergantung dengan besarnya arus yang mengerjakan rele. Berikut ini adalah karakteristik rele arus lebih waktu tertentu :
Gambar 2. Karakteristik rele arus lebih waktu tertentu (Definite Time Relay) Sumber : The Art and Science of Protective Relaying. C Russel Masson (2005)
c. Rele arus lebih waktu terbalik (Inverse Time Relay)
Rele yang bekerja dengan waktu saat terjadinya gangguan dan bekerjanya kontak-kontak pada rangkaian pemutus, saling berbanding terbalik dengan besar arus gangguan atau besaran lainnya yang mengerjakan rele tersebut.
Gambar 3. Karakteristik rele arus lebih waktu terbalik (Inverse Relay) Sumber : The Art and Science of Protective Relaying. C Russel Masson (2005)
Rele ini akan bekerja dengan nilai waktu tunda yang berbanding terbalik dengan besarnya arus (inverse time), yaitu semakin besar arus gangguan yang mengalir maka semakin kecil waktu tundanya. Rele jenis ini memiliki karakteristik kecuraman waktu-arus yang dikelompokkan menjadi: standar/normal inverse, long time inverse, very inverse, dan
extremely inverse.
Gambar 4. Perbandingan kelengkungan kurva karakteristik inverse time
d. Rele Arus Lebih Inverse Definite Minimum Time (IDMT)
Rele ini merupakan kombinasi karakteristik antara rele arus lebih waktu terbalik (inverse time) dan relai arus lebih waktu tertentu (definite time). Rele ini memiliki karakteristik kerja waktu yang berbanding terbalik untuk arus gangguan yang kecil setelah kondisi pick up dan berubah menjadi waktu tertentu untuk nilai arus gangguan besar.
Gambar 5. Karakteristik rele arus lebih IDMT
III. METODE PENELITIAN 3. 1 Objek dan Parameter Penelitian
Objek penelitian yang digunakan pada skripsi ini berupa konfigurasi diagram satu garis jaringan distribusi tipe spindle, yaitu perencanaan jaringan distribusi spindle GI Ciawi Trafo 1 Bogor. Sedangkan parameter keluaran dalam penelitian skripsi ini adalah sistem koordinasi rele proteksi yang baik, meliputi nilai arus setting (Isetting) dan Time Multiplier Setting (TMS), agar sistem proteksi yang didesain memiliki keandalan kerja yang tinggi dan selektif.
3.2 Instrumen Penelitian
Spesifikasi perangkat lunak yang dipergunakan dalam penelitian skripsi ini adalah perangkat lunak ETAP 6.0.0. Perangkat lunak ETAP tersebut digunakan untuk mendesain konfigurasi diagram satu garis, perhitungan data dan simulasi sistem koordinasi rele proteksi.
3.3 Langkah-langkah Perancangan Sistem Proteksi
Tahapan perancangan sistem proteksi tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir sebagai berikut :
Gambar 6. Diagram alir perancangan sistem koordinasi proteksi rele
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Perencanaan Jaringan Distribusi Spindle GI Ciawi Trafo 1 Bogor
Pembentukan jaringan spindle dilakukan dengan menghubungkan beberapa penyulang menjadi dalam satu jaringan spindle dengan sumber tegangan berasal dari trafo 1 GI Ciawi dan berakhir pada GH IDO. Penyulang listrik yang dihubungkan antara lain adalah penyulang Jeruk, Kiwi, dan Anggur serta dengan penambahan sebuah penyulang ekspres. Berikut ini adalah rencana konfigurasi sistem proteksi pada jaringan spindle Trafo 1 GI Ciawi Bogor :
Gambar 7. Rencana konfigurasi diagram satu garis sistem proteksi Jaringan Spindle
4.2 Karakteristik Komponen Pada Perencanaan Jaringan Spindle a. Data Sumber Jaringan Listrik dan Trafo Daya GI Ciawi
Ø Data Sumber Jaringan Listrik (Power Grid)
• Rated kV = 150 kV • Daya Aktif (P) = 12,108 MW • Daya Reaktif (Q) = 8,771 Mvar Ø Data Trafo Tenaga 1 GI Ciawi
• Merk = MEIDEN
• Tipe = BORSL
• Kapasitas Daya = 60 MVA • Tegangan = 150/20 kV • Impedansi (%Z) = 12,5
• FLA (Arus Nominal) = 230,9 A (Primary); 1732 A (Secondary) • Ratio CT Trafo = 400/5
• Hubungan Belitan = Ynyn0 (3 fasa,4 kawat) • Frekuensi = 50 Hz
Ø Data Trafo Distribusi
• Merk = TRAFINDO
• Standar = SPLN 50/97 • Tegangan = 20 kV/400 V
• Impedansi (%Z) = 7 %
• Hubungan Belitan = Ynyn0 (3 fasa,4 kawat) • Frekuensi = 50 Hz
Ø Data Rele
• Merk = Siemens
• No Seri = 7SJ512
• Karakteristik = Normal Inverse • Inominal = 5 A
Gambar 8. Rele Arus Lebih Siemens 7SJ512
4.3 Perhitungan Penyetelan Arus dan Waktu Kerja Rele
Untuk mendapatkan sistem koordinasi proteksi yang selektif, maka hal yang sangat utama untuk diperhatikan adalah perhitungan penyetelan arus dan waktu kerja rele. Kaidah yang dapat digunakan dalam perhitungan setting rele adalah:
1. Penentuan karakteristik rele dimulai dari sisi yang paling dekat hilir (dekat beban). Rele yang terletak pada bagian ini harus mempunyai settingwaktu yang paling singkat. 2. Pemilihan karakteristik rele berdasarkan letak rele tersebut. Rele yang berada paling
hilir harus mempunyai karakteristik yang cepat dalam merespon adanya arus gangguan hubung singkat. Pemilihan kurva karakteristik tergantung dari hasil perhitungan dan koordinasi relenya.
3. Penentuan faktor pengali waktu pada kurva rele (Time Multiplier Setting/TMS) dengan memilih TMS terkecil untuk bagian paling hilir, sedangkan untuk daerah selanjutnya tergantung dari perhitungan dan koordinasi rele.
4. Waktu interval setiap rele digunakan 0.4 detik dengan asumsi telah memperhitungkan waktu overshoot, pembukaan pemutus tenaga, faktor kesalahan dan faktor keamanan.
5. Sistem proteksi harus tetap stabil pada kondisi operasi normal terberat yang mungkin timbul. Kondisi operasi normal yang terberat yang diperhitungkan dalam analisa unjuk kerja sistem proteksi adalah starting motor induksi.
6. Untuk setting rele yang terpasang pada penyulang dihitung berdasarkan arus nominal. Untuk rele inverse biasanya diset sebesar 1,2 sampai dengan 1,3 x Inominal (berdasarkan Kesepakatan Bersama Pengelolaan Sistem Trafo-Penyulang 20 kV PLN tahun 2012). Sehingga setting pada rele arus lebih adalah sebagai berikut:
1.2 arus nominal ≤ I setting < 0.5 arus hubung singkat minimum
Pada penyetelan rele gangguan tanah yang menjadi acuan adalah arus gangguan hubung singkat ke tanah. Penyetelan pada rele gangguan tanah memiliki nilai yang lebih kecil dari arus nominal yang mengalir. Berikut ini adalah kaidah yang digunakan untuk setting GFR :
I setting = 0,2 x I nominal [Ampere] (4.1) Pada setting OCR dan GFR, nilai arus nominal yang digunakan merupakan nilai arus jatah (Ijatah) pada setiap gardu distribusi. Arus jatah merupakan arus yang harus ditanggung sebuah gardu distribusi/seksi pada suatu penyulang, yaitu merupakan total nilai antara arus nominal untuk gardu/seksi itu sendiri dan nilai arus nominal untuk gardu/seksi dibawahnya. Alasan penggunaan nilai arus jatah dalam setting OCR dan GFR adalah dengan mengasumsikan adanya pengaruh nilai nominal dari seksi lain yang berada dibawah gardu distribusi yang dimaksud. Berikut ini adalah tabel nilai arus jatah untuk setiap gardu distribusi pada setiap penyulang di GI Ciawi :
Tabel 1. Nilai arus jatah pada setiap gardu
No. Penyulang dilalui arus Seksi yang Rele Arus Beban (A) I jatah (A)
1. GI CIAWI R_GI 395,5 395,5 2. Jeruk GD TIM R_1 67,4 153,1 3. GD KMI R_1a 47,9 85,7 4. GD MIC R_1c 28,6 37,8 5. GD YYK R_1e 9,2 9,2 6. Kiwi GD TFJ R_2 189,9 189,9 7. Anggur GD ANR R_4 138,3 436,2 8. GD PFP R_4b 132,9 297,9 9. GD PFB R_4d 108,2 165 10. GD UPB R_4f 44,5 56,8 11. GD IDO R_4h 12,3 12,3
Sehingga persamaan yang digunakan dalam penyetelan arus OCR dan GFR pada perencanaan jaringan distribusi spindle GI Ciawi Trafo 1 Bogor adalah :
Isetting OCR = 1,2 x Ijatah gardu distribusi [Ampere] (4.2) Isetting OCR = 1,2 x Ijatah gardu distribusi [Ampere] (4.3)
4.3.1 Penentuan Setting Trafo Arus (CT) dan Trafo Tegangan (PT)
Tabel 2. Setting Nilai Rasio CT
No. Penyulang Seksi yang dilalui
arus Rele Arus Beban (A) I jatah (A) Rasio CT
1. GI Ciawi GI CIAWI R_GI 395,5 395,5 400/5
2. Jeruk GD TIM R_1 67,4 153,1 200/5 3. GD KMI R_1a 47,9 85,7 100/5 4. GD MIC R_1c 28,6 37,8 40/5 5. GD YYK R_1e 9,2 9,2 10/5 6. Kiwi GD TFJ R_2 189,9 189,9 200/5 7. Anggur GD ANR R_4 138,3 436,2 500/5 8. GD PFP R_4b 132,9 297,9 300/5 9. GD PFB R_4d 108,2 165 200/5 10. GD UPB R_4f 44,5 56,8 60/5 11. GD IDO R_4h 12,3 12,3 15/5
Kelas error CT yang digunakan adalah 7,5 VA Class 5P10 (IEC 60044-1), yaitu rating burden sebesar 7,5 VA dengan error tidak melebihi 5% hingga batas akurasi rating arusnya. Sedangkan untuk setting trafo tegangan (PT), rating yang digunakan adalah 20 kV/150 kV. Sedangkan kelas akurasi yang digunakan adalah kelas 3P, yaitu dengan batas error sebesar 3% untuk trafo proteksi. Hal ini sesuai dengan standar IEC 60044-2.
4.3.2 Setting Nilai Arus Untuk OCR dan GFR
Dalam menentukan nilai setting arus rele, penulis mengambil nilai arus setting yaitu sama dengan 1,2 arus jatah untuk setiap gardu distribusi, yang merupakan nilai setting arus primernya. Pada rele, setiap nilai arus setting tersebut yang terbaca pada kumparan sekunder CT merupakan nilai setting arus primer yang dibagi dengan ratio CT, yang dinyatakan dalam persamaan berikut:
!!"##$%&!"#$%&"'= !!"##$%&!"!"#$%"
!"#$% (4.5) Sebagai contoh, pada rele R_1 (GD_TIM) ditentukan nilai setting arus untuk relenya adalah 1,2 dari arus jatahnya = 183,72 A. Maka nilai setting arus sekunder nya dapat ditentukan sebagai berikut :
I!"##.!"#$%&"'R! = !!"##.!"#$%"!! !"!"#$% = !,! ! !"#$#% !"!"#$% = !"#,!" ! !" =4,59 !
Berikut ini adalah tabel nilai setting arus pada rele fasa:
Tabel 3. Arus Setting Pada Rele Fasa
No. Penyulang Rele Jatah (A) 1,2 Arus
0,5 Arus Gangguan Minimum (A) Rasio CT Isetting sekunder (A) 1. GI Ciawi R_GI 474,6 5465 400/5 5,93 2. Jeruk R_1 183,72 4145 200/5 4,59 3. R_1a 102,84 2210 100/5 5,14 4. R_1c 45,36 1830 40/5 5,67 5. R_1e 11,04 1705 10/5 5,52 6. Kiwi R_2 227,88 2855 200/5 5,70 7. Anggur R_4 523,44 4845 500/5 5,23 8. R_4b 357,48 2380 300/5 5,96 9. R_4d 198 2385 200/5 4,95 10. R_4f 68,16 2405 60/5 5,68 11. R_4h 14,76 2405 15/5 4,92
Sedangkan untuk rele tanah, setting arus pada rele tanah adalah sebagai berikut : Tabel 4. Arus Setting Pada Rele Tanah
No. Penyulang Rele
Arus Gangguan Minimum L-G (A) 0,2 Arus Jatah (A) Rasio
CT sekunder (A) Isetting
1. GI Ciawi R_GI 12540 79,1 400/5 0,99 2. Jeruk R_1 7850 30,62 200/5 0,77 3. R_1a 3660 17,14 100/5 0,86 4. R_1c 2960 7,56 40/5 0,95 5. R_1e 2710 1,84 10/5 0,92 6. Kiwi R_2 4960 37,98 200/5 0,95 7. Anggur R_4 9950 87,24 500/5 0,87 8. R_4b 4140 59,58 300/5 0,99 9. R_4d 4120 33 200/5 0,83 10. R_4f 4080 11,36 60/5 0,95 11. R_4h 4050 2,46 15/5 0,82
4.3.3 Penentuan Time Multiplier Setting (TMS)
Hal-hal yang perlu diperhatikan pada penyetelan waktu koordinasi rele adalah sebagai berikut:
a. Penentuan karakteristik rele dimulai dari bagian yang paling hilir (dekat dengan beban). Rele yang terletak pada bagian ini harus mempunyai penyetelan waktu yang paling singkat.
b. Pemilihan faktor pengali waktu pada kurva rele (Time Multiplier Setting/TMS) dengan memilih TMS yang terkecil untuk bagian paling hilir, sedangkan untuk daerah selanjutnya tergantung dari perhitungan dan koordinasi rele.
c. Penyetelan waktu minimum dari rele arus lebih, terutama pada penyulang listrik tidak lebih kecil dari 0,3 detik. Hal ini sesuai dengan keputusan PLN agar rele tidak sampai trip akibat adanya arus inrush dari trafo-trafo distribusi yang sudah tersambung pada jaringan distribusi.
d. Waktu interval antar rele digunakan 0.3 – 0.4 detik dengan anggapan bahwa waktu overshoot, pembukaan pemutus tenaga, faktor kesalahan dan faktor keamanan telah diperhitungkan waktunya.
Persamaan untuk mendapatkan waktu kerja rele menurut IEC standard adalah:
!
=
!.!"#
(!!!
!)
!! ! [detik] (4.6)
Dimana :
• TMS (Time Multiplier Setting) adalah setting waktu atau kurva yang akan digunakan (detik).
• If//Is adalah perbandingan dari arus primer terhadap setting arus (Ampere).
• K dan α merupakan konstanta karakteristik rele arus lebih waktu terbalik. Masing-masing karakteristiknya dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 5. Karakteristik operasi waktu jenis rele inverse time (Catalogue Overcurrent Relay Type MC30/VAMP 40/MIFF II)
Karakteristik K α Setting Waktu (TMS)
Standar Inverse 0,14 0,02 !"#= !! !! !,!" −1 .! 0,14 Very Inverse 13,5 1 !"#= !! !! −1 .! 13,5 Extremely Inverse 80 2 !"#= !! !! ! −1 .! 80 Long time Inverse 120 1
!"#=
!!
!! −1 .!
Pada standar PLN, kurva karakteristik untuk rele arus lebih yang biasa digunakan adalah karakteristik waktu terbalik (standar/normal inverse). Sehingga persamaan untuk menentukan nilai TMS pada rele arus lebih adalah :
TMS
=
!! !! !,!" !!.! !,!" [detik] (3.17)Waktu kerja pada bagian paling hilir ditetapkan adalah t = 0,3 detik. Hal ini diputuskan atas pertimbangan agar rele tidak akan trip lagi akibat arus inrush yang timbul dari trafo-trafo distribusi yang sudah tersambung pada jaringan distribusi ketika PMT penyulang tersebut dimasukkan.
Tabel 6. Setting TMS pada rele fasa
No. Penyulang Rele TMS (detik) Karakteristik Kurva
1. GI Ciawi R_GI 0,925 SI/NI
2. Jeruk R_1 0,848 SI/NI 3. R_1a 0,614 SI/NI 4. R_1c 0,459 SI/NI 5. R_1e 0,260 SI/NI 6. Kiwi R_2 0,143 SI/NI 7. Anggur R_4 0,816 SI/NI 8. R_4b 0,569 SI/NI 9. R_4d 0,516 SI/NI 10. R_4f 0,444 SI/NI 11. R_4h 0,263 SI/NI
Tabel 7. Setting TMS pada rele gangguan tanah
No. Penyulang Rele TMS (detik) Karakteristik
Kurva
1. GI Ciawi R_GI 1,523 SI/NI
2. Jeruk R_1 1,257 SI/NI 3. R_1a 0,890 SI/NI 4. R_1c 0,634 SI/NI 5. R_1e 0,337 SI/NI 6. Kiwi R_2 0,219 SI/NI 7. Anggur R_4 1,349 SI/NI 8. R_4b 0,948 SI/NI 9. R_4d 0,796 SI/NI 10. R_4f 0,624 SI/NI 11. R_4h 0,342 SI/NI
Pada perancangan koordinasi sistem proteksi rele ini, penulis menggunakan rele arus lebih dengan merk Siemens dengan nomor seri 7SJ512. Rele tersebut dipilih karena umumnya berfungsi sebagai pengaman pada sistem distribusi tegangan menengah. Selain itu, jenis rele yang digunakan dalam perancangan ini terdiri atas rele arus lebih untuk fasa (OCR) dan tanah (GFR).
Berikut ini adalah nilai penyetelan rele yang digunakan dalam simulasi gangguan hubung singkat untuk mendapatan koordinasi kerja rele :
Tabel 8. Setting rele OCR dan GFR untuk perencanaan jaringan spindle
Rele Merek CT
Setting Rele
Fasa Tanah
Iset TMS Kurva Iset TMS Kurva R_GI Siemens 7SJ512 (51) 400/5 5,93 0,925 SI/NI 0,99 1,523 SI/NI
R_1 Siemens 7SJ512 (51) 200/5 4,59 0,848 SI/NI 0,77 1,257 SI/NI R_1a Siemens 7SJ512 (51) 100/5 5,14 0,614 SI/NI 0,86 0,890 SI/NI R_1c Siemens 7SJ512 (51) 40/5 5,67 0,459 SI/NI 0,95 0,634 SI/NI R_1e Siemens 7SJ512 (51) 10/5 5,52 0,260 SI/NI 0,92 0,337 SI/NI R_2 Siemens 7SJ512 (51) 200/5 5,70 0,143 SI/NI 0,95 0,219 SI/NI R_4 Siemens 7SJ512 (51) 500/5 5,23 0,816 SI/NI 0,87 1,349 SI/NI R_4b Siemens 7SJ512 (51) 300/5 5,96 0,569 SI/NI 0,99 0,948 SI/NI R_4d Siemens 7SJ512 (51) 200/5 4,95 0,516 SI/NI 0,83 0,796 SI/NI R_4f Siemens 7SJ512 (51) 60/5 5,68 0,444 SI/NI 0,95 0,624 SI/NI R_4h Siemens 7SJ512 (51) 15/5 4,92 0,263 SI/NI 0,82 0,342 SI/NI
4.4 Hasil Simulasi Koordinasi Rele Arus Lebih
Simulasi koordinasi rele proteksi pada jaringan distribusi spindle GI Ciawi Trafo 1 Bogor ini dilakukan pada kondisi normal, yaitu kondisi penyulang listrik kerja tidak ada yang terhubung dengan GH, kecuali penyulang ekspres. Dalam simulasi ini hanya memperhatikan nilai arus yang mengalir secara langsung saja dari sumber listrik GI kepada setiap penyulang listrik kerja, yaitu penyulang Jeruk, Kiwi, dan Anggur.
4.4.1 Kasus Gangguan pada Penyulang Jeruk
Berdasarkan hasil simulasi gangguan pada penyulang Jeruk, dapat terlihat bahwa saat gangguan 3 fasa dan satu fasa ke tanah, urutan kerja rele telah menunjukkan koordinasi yang sesuai. Pada gangguan tiga fasa, selisih waktu kerja menunjukkan angka dibawah 120 mili detik. Sedangkan pada gangguan satu fasa ke tanah, perbedaan jeda waktu kerja rele cukup singkat yaitu rata-rata 45 mili detik. Selain itu, waktu kerja pada sebagian besar rele bernilai konstan yaitu rele bekerja dengan nilai waktu yang sama untuk setiap titik gangguan. Sebagai contoh pada rele R_1c yang selalu bekerja pada nilai 0,408 detik dan rele R_1a yang bekerja pada waktu 0,499 detik. Berikut ini adalah tabel hasil simulasi koordinasi rele fasa dan rele tanah pada kasus gangguan di Penyulang Jeruk :
Tabel 9.Data waktu kerja OCR dan GFR saat gangguan pada penyulang Jeruk
Fault
Waktu Kerja Rele Fasa (detik)
Margin/Selisih Waktu Kerja Rele Fasa (detik)
R_1e R_1c R_1a R_1 R_1e R_1c R_1a R_1
GD_YYK 0,34 0,408 0,499 0,632 - 0,068 0,091 0,133
GD_MIC 0,408 0,499 0,615 - - 0,091 0,116
GD_KMI 0,499 0,612 - - - 0,113
GD_TIM 0,612 - - - -
Fault
Waktu Kerja Rele Tanah (detik)
Margin/Selisih Waktu Kerja Rele Tanah (detik)
R_1e R_1c R_1a R_1 R_1e R_1c R_1a R_1
GD_YYK 0,113 0,159 0,204 0,249 - 0,046 0,045 0,045
GD_MIC 0,159 0,204 0,249 - - 0,045 0,045
GD_KMI 0,204 0,249 - - - 0,045
GD_TIM 0,249 - - - -
4.4.2 Kasus Gangguan pada Penyulang Kiwi
Pada simulasi saat gangguan terjadi pada penyulang Kiwi, karena hanya terdapat satu buah gardu distribusi pada penyulang ini, yaitu GD TFJ, maka hanya rele R_2 yang bekerja saat terjadi gangguan 3 fasa dan gangguan satu fasa ke tanah agar arus gangguan tidak sampai menuju GI. Waktu kerja rele R_2 bernilai sangat singkat. Berikut ini adalah tabel hasil simulasi koordinasi rele fasa dan rele tanah pada kasus gangguan di penyulang Kiwi :
Tabel 10. Data waktu kerja OCR dan GFR saat gangguan pada penyulang Kiwi
Fault
Waktu Kerja Rele Fasa (detik)
Waktu Kerja Rele Fasa (detik)
R_2 R_2
4.4.3 Kasus Gangguan pada Penyulang Anggur
Berdasarkan hasil simulasi gangguan pada penyulang Anggur, dapat terlihat bahwa saat gangguan 3 fasa, urutan kerja rele telah sesuai dan waktu kerja antar rele pada gardu distribusinya memiliki rata-rata perbedaan waktu yaitu antar 68-200 mili detik. Sedangkan pada gangguan satu fasa ke tanah, perbedaan waktu kerjanya cukup singkat antar rele yaitu 45-46 mili detik. Selain itu, waktu kerja pada sebagian besar rele bernilai konstan yaitu rele bekerja dengan nilai waktu yang sama untuk setiap titik gangguan. Sebagai contoh pada rele R_4d yang selalu bekerja pada nilai 0,408 detik dan rele R_4f yang bekerja pada waktu 0,499 detik. Berikut ini adalah tabel hasil simulasi koordinasi rele fasa dan rele tanah pada kasus gangguan di Penyulang Anggur :
Tabel 11. Data waktu kerja OCR dan GFR saat gangguan pada penyulang Anggur Fault Waktu Kerja Rele Fasa (detik)
Margin/Selisih Waktu Kerja Rele Fasa (detik) R_4h R_4f R_4d R_4b R_4 R_4h R_4f R_4d R_4b R_4 GD_IDO 0,34 0,408 0,499 0,717 0,908 - 0,068 0,091 0,218 0,191 GD_UPB 0,408 0,499 0,715 0,905 - - 0,091 0,216 0,190 GD_PFB 0,499 0,712 0,901 - - - 0,213 0,189 GD_PFP 0,711 0,899 - - - - 0,188 GD_ANR 0,675 - - - - -
Fault Waktu Kerja Rele Fasa (detik)
Margin/Selisih Waktu Kerja Rele Fasa (detik) R_4h R_4f R_4d R_4b R_4 R_4h R_4f R_4d R_4b R_4 GD_IDO 0,113 0,159 0,204 0,249 0,295 - 0,046 0,045 0,045 0,046 GD_UPB 0,159 0,204 0,249 0,295 - - 0,045 0,045 0,046 GD_PFB 0,204 0,249 0,295 - - - 0,045 0,046 GD_PFP 0,249 0,295 - - - - 0,046 GD_ANR 0,295 - - - - -
4.5 Perbandingan Sistem Proteksi Pada Setiap Sisi Incoming Gardu Distribusi dengan Sistem Proteksi Pada Sisi Penyulang
Berikut ini adalah tabel perbandingan hasil simulasi sistem pengamanan pada setiap sisi incoming gardu distribusi dan sistem pengamanan pada sisi penyulang berdasarkan nilai waktu kerja rele yang paling cepat tanggap/rele yang pertama kali bekerja ketika terdapat gangguan :
Tabel 12. Data perbandingan waktu kerja rele fasa yang paling cepat tanggap
Penyulang Fault
Sistem Proteksi pada sisi Incoming Gardu Distribusi
Sistem Proteksi Pada Sisi Penyulang Rele Fasa
Yang Bekerja
Waktu Kerja Rele Fasa (detik)
Rele Fasa Yang Bekerja
Waktu Kerja Rele Fasa (detik)
Jeruk GD_YYK R_1e 0,34 R_1 0,612 GD_MIC R_1c 0,408 R_1 0,612 GD_KMI R_1a 0,499 R_1 0,612 GD_TIM R_1 0,612 R_1 0,612 Kiwi GD_TFJ R_2 0,34 R_2 0,34 Anggur GD_IDO R_4h 0,34 R_4 0,83 GD_UPB R_4f 0,408 R_4 0,828 GD_PFB R_4d 0,499 R_4 0,825 GD_PFP R_4b 0,711 R_4 0,824 GD_ANR R_4 0,675 R_4 0,67
Tabel 13. Data perbandingan waktu kerja rele tanah yang paling cepat tanggap
Penyulang Fault
Sistem Proteksi pada sisi Incoming Gardu Distribusi
Sistem Proteksi Pada Sisi Penyulang Rele Tanah Yang Bekerja Waktu Kerja Rele Tanah (detik) Rele Tanah Yang Bekerja Waktu Kerja Rele Tanah (detik) Jeruk GD_YYK R_1e 0,113 R_1 0,249 GD_MIC R_1c 0,159 R_1 0,249 GD_KMI R_1a 0,204 R_1 0,249 GD_TIM R_1 0,249 R_1 0,249 Kiwi GD_TFJ R_2 0,113 R_2 0,113 Anggur GD_IDO R_4h 0,113 R_4 0,295 GD_UPB R_4f 0,159 R_4 0,295 GD_PFB R_4d 0,204 R_4 0,295 GD_PFP R_4b 0,249 R_4 0,295 GD_ANR R_4 0,295 R_4 0,295
Berdasarkan hasil perbandingan antara waktu kerja rele yang paling cepat tanggap, dapat terlihat bahwa waktu kerja rele pada sistem proteksi sisi incoming gardu distribusi lebih cepat dibandingkan dengan waktu kerja rele pada sistem proteksi sisi penyulang saat terjadinya gangguan. Terdapat selisih waktu kerja rele yang cukup besar pada kedua sistem. Pada saat gangguan hubung singkat tiga fasa terjadi, selisih waktu kerja rele fasa antara kedua sistem mencapai hingga + 400 mili detik. Sedangkan pada gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, selisih waktu kerja rele tanah antara kedua sistem mencapai hingga + 180 milidetik.
Hal ini menunjukkan bahwa sistem proteksi pada sisi incoming gardu distribusi memiliki keunggulan dalam kecepatan (speed) yang lebih tinggi dalam menanggapi gangguan hubung singkat, dimana sistem proteksinya memberikan respon waktu yang tepat. Selain itu keunggulan lain pada sistem proteksi sisi incoming gardu distribusi ini adalah faktor selektifitas proteksi yang lebih baik, dimana dengan adanya komponen pengaman pada setiap gardu distribusi/seksi pada setiap penyulang akan lebih meningkatkan efektivitas dalam mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja serta mempermudah untuk mengetahui titik terjadinya gangguan pada sistem sehingga penanganan gangguan akan lebih cepat untuk dilakukan.
V. KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan yang telah diuraikan pada bab-bab sebelumnya maka dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu:
1. Langkah-langkah dalam menentukan setting arus pada rele adalah melakukan simulasi aliran daya untuk mendapatkan arus nominal setiap seksi dan perhitungan arus gangguan hubung singkat yang mungkin melewati rele. Penyetelan arus pada rele harus lebih besar dari arus beban maksimum dan lebih kecil dari arus gangguan minimum.
2. Dari hasil simulasi koordinasi rele, terlihat bahwa koordinasi antar rele telah berjalan dengan baik, yaitu bekerja sesuai urutan pada setiap seksi dengan waktu kerja antar rele utama dan rele backup rata-rata 0,1-0,2 detik.
3. Sistem proteksi pada setiap sisi incoming gardu distribusi dapat diterapkan pada sistem jaringan distribusi spindle untuk memperoleh sistem proteksi yang lebih selektif.
4. Waktu kerja rele pada sistem proteksi sisi incoming gardu distribusi lebih cepat dibandingkan dengan waktu kerja rele pada sistem proteksi sisi penyulang saat terjadinya gangguan, yaitu selisih waktu kerja rele pada saat gangguan hubung singkat tiga fasa terjadi adalah + 400 mili detik dan selisih waktu kerja rele pada saat gangguan hubung tanah mencapai hingga + 180 milidetik.
DAFTAR PUSTAKA
Blackburn , J. Lewis.Symmetrical Components for Power Systems Engineering. Marcel Dekker, 1993.
---. Protective Relaying: Principles and Application. CRC Press, 2006. Buku Kesepakatan Bersama Pengelolaan Sistem Proteksi Trafo- Penyulang 20 kV PT PLN
(Persero) Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban Jawa Bali
Gers, Juan M. & Holmes, Edward J..Protection of Electricity Distribution Network. IEE Press, 2004.
Hewitson, L. G., et al. Practical Power System Protection. Newnes Elsevier,2004.
Masson, C Russel. The Art and Science of Protective Relaying.General Electric Ltd, 2005. Tleis, Nasser. Power Systems Modelling and Faults Analysis. Newnes Elsevier, 2008.
