Studi Koordinasi Fuse Dan Recloser Pada Jaringan Distribusi 20 Kv Yang Terhubung Dengan Distributed Generation (Studi Kasus: Penyulang PM. 6 Gardu Induk Pematangsiantar)

(1)

1 TUGAS AKHIR

STUDI KOORDINASI FUSE DAN RECLOSER PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20

KV YANG TERHUBUNG DENGAN DISTRIBUTED GENERATION

( STUDI KASUS: PENYULANG PM. 6 GARDU INDUK PEMATANGSIANTAR)

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

Riko Jogi Petrus Pasaribu

NIM : 110402066

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

i ABSTRAK

Penggunaan Distributed Generation pada jaringan distribusi dapat mengganggu

koordinasi fuse dan recloser dikarenakan arus gangguan tidak hanya disuplai oleh gardu

induk tetapi juga disuplai oleh Distributed Generation. Penelitian sebelumnya telah

dilakukan terhadap keandalan koordinasi fuse dan recloser pada jaringan distribusi yang

terhubung dengan Distributed Generation dimana penelitian tersebut menjelaskan bahwa

terjadi perubahan kinerja dari koordinasi kedua perangkat tersebut sehingga keandalan sistem

pengaman dalam mengamankan jaringan distribusi menjadi sangat buruk

Pada penelitian ini, penulis melakukan studi koordinasi fuse dan recloser pada

jaringan distribusi 20 KV penyulang PM.6 GI Pematangsiantar yang terhubung dengan

PLTM Silau 2 dan PLTmH Tonduhan untuk memperoleh sistem proteksi yang benar

menggunakan program komputer dan prosedur – prosedur tertentu. Dari hasil studi diperoleh

bahwa terjadi perubahan setelan recloser – recloser eksisting dan rating fuse yang

berkoordinasi dengan recloser. Semua recloser – recloser eksisting (recloser 1, recloser 2,

dan recloser 3) dan recloser yang akan ditambah pada jaringan (recloser 4) menggunakan

Kurva TCC1 Kyle 102 dan Kurva TCC2 IEC INV. Setelan arus fasa dan tanah recloser 1

dan 2 adalah 15 A dan 7 A, recloser 3 adalah 76 A dan 38 A, serta recloser 4 adalah 134 A

dan 67 A dimana kurva TCC2 recloser 1, 3 dan 4 dikali dengan faktor pengali sebesar 25

sedangkan recloser 2 dikali dengan faktor pengali sebesar 3. Rating fuse yang berkoordinasi

recloser 1, 2, 3, dan 4 adalah sebesar 50T dan 80T; 40T; 40T, 65T dan 80T; 40T dan 65T.

(4)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus, karena atas

berkat dan rahmat-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang baru diselesaikan untuk

memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen

Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas akhir ini

adalah:

“STUDI KOORDINASI FUSE DAN RECLOSER PADA JARINGAN

DISTRIBUSI 20 KY YANG TERHUBUNG DENGAN DISTRIBUTED GENERATION

(STUDI KASUS: PENYULANG PM. 6 GARDU INDUK PEMATANGSIANTAR)”

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda

(Binsar Pasaribu) beserta Ibunda (Celly Siahaan) dan adik – adik tersayang (Andreas

Pasaribu dan Tunggul Pasaribu) yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis

selama studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini penulis juga banyak

mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin

menyampaikan rasa terimakasih yang mendalam kepada:

1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang

telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan

bantuan bimbingan dan pengarahan kepada penulis hingga penyusunan Tugas

Akhir ini selesai.

2. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., selaku Penguji Tugas Akhir yang telah

(5)

iii memberikan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga

penyusunan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Yulianta Siregar S.T., M.T., selaku dosen Penguji Tugas Akhir yang

telah memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Ketua Departemen Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah banyak

memberikan bimbingan, nasehat dan motivasi kepada penulis selama

menjalani perkuliahan dan menjabat sebagai Ketua Ikatan Mahasiswa Teknik

Elektro periode 2014/2015.

5. Bapak Ir. Arman Sani, M.T., selaku dosen Wali yang selalu memberikan

arahan, bimbingan dan nasihat selama penulis menjalani perkuliahan di

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan

pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis.

7. Bang Marthin, Kak Ester, Kak Umi, Pak Ponijan dan Bang Dipo, selaku staf

pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera

Utara yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi.

8. Sahabat “KP”, Ann Alberth Sitorus, Rizky Wira Handalan dan Andreas VHS,

yang telah memberikan motivasi dan semangat selama perkuliahan, Kerja

Praktek hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.

9. Seluruh pengurus Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro periode 2014/2015

stambuk 2011, Wahyudi Syahputra, Yudha Pratama Simamora, Sakinah,

Hazijah Afni, Seprianti, James Napitupulu, Emir Lutfi Pahlevi, Ferro Hudson,

Samgar Siahaan, Riandi Fuanto, Tidauccy Samuel, Faisal Hasibuan, Bill

(6)

Biondi Laurens, yang sudah membantu penulis untuk menjalankan

kepengurusan Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro periode 2014/2015.

10. Rekan - rekan Asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi dan Asisten

Laboratorium Transmisi dan Distribusi, Sandro Levi Panggabean, Josiah,

Memory, M. Fikri, Syahlan dan Frederik yang telah menjadi teman diskusi

serta memberikan masukan selama perkuliahan.

11.Seluruh teman – teman stambuk 2011 yang sudah memberikan pelajaran

hidup, cerita, canda dan ilmu selama penulis menjalani perkuliahan di

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

12.Seluruh abang – abang stambuk 2010 dan 2009 yang telah memberikan

bantuan selama penulis menjalani perkuliahan di Departemen Teknik Elektro.

13.Seluruh adik – adik stambuk 2013 yang telah membantu penulis selama

perkuliahan dan menjabat sebagai Ketua Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro

periode 2014/2015.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna oleh karena itu penulis

mengharapkan adanya kritik dan saran dari pembaca yang dapat membuat Tugas Akhir ini

lebih baik lagi. Semoga Tugas Akhir ini dapat berguna dan bermanfaat bagi pembaca.

Medan, Oktober 2015

Riko Jogi Petrus Pasaribu

(7)

v DAFTAR ISI

ABSTRAK...i

KATA PENGANTAR...ii

DAFTAR ISI...v

DAFTAR GAMBAR...viii

DAFTAR TABEL...xxiii

BAB 1 PENDAHULUAN...1

1.1 Latar Belakang...1

1.2 Perumusan Masalah...2

1.3 Tujuan...2

1.4 Batasan Masalah...3

1.5 Manfaat...3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA...4

2.1 Distributed Generation...4

2.1.1 Pengaruh Interkoneksi Distributed Generation Pada Jaringan Distribusi...4

2.2 Jenis – Jenis Gangguan Pada Jaringan Distribusi...6

2.3 Konsep Perhitungan Gangguan Arus Lebih...8

2.3.1 Metode Penyelesaian Analisis Arus Hubung Singkat...9

(8)

2.3.2 Contoh Perhitungan Arus Hubung Singkat Menggunakan

Metode Thevenin...11

2.4 Peralatan – Peralatan Perlindungan Arus Lebih Pada Jaringan Distribusi...17

2.4.1 Fuse...17

2.4.2 Recloser...19

2.4.2.1 Penempatan dan Jumlah Recloser Pada Jaringan Distribusi...21

2.5 Koordinasi Fuse dan Recloser...23

2.8 Pengaruh Interkoneksi Distributed Generation terhadap Koordinasi Fuse dan Recloser pada Jaringan Distribusi...26

BAB 3 METODE PENELITIAN...29

3.1 Tempat dan Penelitian...29

3.2 Bahan dan Peralatan...29

3.3 Pelaksanaan Penelitian...29

3.4 Variabel yang Diamati...30

3.5 Prosedur Penelitian...30

BAB 4 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN...37

4.1 Umum...37

4.2 Keadaan Eksisting Koordinasi Fuse dan Recloser Pada Penyulang PM.6 Gardu Induk Pematangsiantar...42

4.2.1 Pengujian dan Analisis Koordinasi Fuse dan Recloser Pada Bus 143...45

4.3 Studi Koordinasi Fuse dan Recloser Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung dengan Distributed Generation...70

4.3.1 Studi Koordinasi Fuse dan Recloser Pada Daerah yang Dilindungi Oleh Recloser 1...73

4.3.2 Pengujian dan Analisis Hasil Studi Koordinasi Fuse dan Recloser Pada Bus 143 ...77

(9)

vii 4.3.4 Pengujian dan Analisis Hasil Studi Koordinasi Fuse dan Recloser

Pada Bus 577...89

4.3.5 Studi Koordinasi Fuse dan Recloser Pada Daerah yang Dilindungi Oleh

Recloser 3...96 4.3.6 Pengujian dan Analisis Hasil Studi Koordinasi Fuse dan Recloser

Pada Bus 769...102

4.3.7 Studi Koordinasi Fuse dan Recloser Pada Daerah yang Dilindungi Oleh

Recloser 4...110 4.3.8 Pengujian dan Analisis Hasil Studi Koordinasi Fuse dan Recloser

Pada Bus 240...115

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan...122

5.2 Saran...123

DAFTAR PUSTAKA...124

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 (a) Jaringan Distribusi yang Tidak Terhubung dengan DG...5

Gambar 2.1 (b) Jaringan Distribusi yang Terhubung dengan DG...5

Gambar 2.2 Ilustrasi Penyederhanaan Jaringan Distribusi Menggunakan Metode Thevenin...10

Gambar 2.3 One Line Diagram Jaringan Distribusi 3 Bus Tanpa Terhubung Dengan DG...12

Gambar 2.4 Diagram Impedansi dari Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Tanpa Terhubung Dengan DG...12

Gambar 2.5 One Line Diagram Jaringan Distribusi 3 Bus Terhubung DG1...13

Gambar 2.6 Diagram Impedansi Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG1...14

Gambar 2.7 One Line Diagram Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG1 dan DG2...15

Gambar 2.8 Diagram Impedansi Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG1 dan DG2...16

Gambar 2.9 Bentuk Fisik Fuse Tipe Expulsion...18

Gambar 2.10 Karakteristik Waktu Arus Fuse (TCC)...18

Gambar 2.11 Bentuk Fisik Recloser...19

Gambar 2.12 Kurva Arus Waktu Recloser...20

Gambar 2.13 Urutan Operasi Recloser Saat Terjadi Gangguan Tetap...21

Gambar 2.14 Recloser – Recloser yang Diletakkan Pada Suatu Jaringan Distribusi...23

Gambar 2.15 Letak dari Fuse dan Recloser yang Saling Berkoordinasi Pada Suatu Jaringan Distribusi...24

(11)

ix

Gambar 2.17 Titik Gangguan Disuplai Oleh Arus dari Gardu dan Arus dari DG...27

Gambar 2.18 Kurva Arus dan Waktu Koordinasi Fuse dan Recloser Saat Jaringan Distribusi Terhubung dengan Distributed Generation...27

Gambar 3.1 (a) Diagram Alir Penelitian Saat Tidak Terhubung Dengan DG...31

Gambar 3.1 (b) Diagram Alir Penelitian Saat Terhubung Dengan DG...32

Gambar 4.1 Bus 143 Pada One Line Diagram...39

Gambar 4.5 (a) Urutan Waktu Operasi Koordinasi Fuse 10, Fuse 12 dan Recloser 1 Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Dengan Distributed Generation...45

Gambar 4.5 (b) Kurva Karakteristik Koordinasi Fuse 10, Fuse 12 dan Recloser 1 Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Dengan Distributed Generation...45

Gambar 4.6 (a) Urutan Waktu Operasi Koordinasi Fuse 10, Fuse 12 dan Recloser 1 Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung Dengan PLTmH Tonduhan...47

Gambar 4.6 (b) Kurva Karakteristik Koordinasi Fuse 10, Fuse 12 dan Recloser 1 Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung Dengan PLTmH Tonduhan...47

Gambar 4.7 (a) Urutan Waktu Operasi Koordinasi Fuse 10, Fuse 12 dan Recloser 1 Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung Dengan PLTM Silau 2...47

Gambar 4.7 (b) Kurva Karakteristik Koordinasi Fuse 10, Fuse 12 dan Recloser 1

(12)

PLTM Silau 2...47

Gambar 4.8 (a) Urutan Waktu Operasi Koordinasi Fuse 10, Fuse 12 dan Recloser 1

Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung Dengan

PLTmH Tonduhan dan PLTM Silau 2...48

Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi Terhubung yang Dengan

PLTmH Tonduhan dan PLTM Silau...48

Eksisting Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung yang Dengan

PLTMH Silau 2 dan PLTmH Tonduhan...49

Eksisting Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung Dengan

PLTMH Silau 2 dan PLTmH Tonduhan...49

Gambar 4.10 Kurva Karakteristik Arus – Waktu Fuse 58 Saat Terjadi Gangguan

3 Fasa Pada Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung

Dengan PLTM Silau 2 dan PLTmH Tonduhan...50

Eksisting Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Dengan

Distributed Generation...51

Eksisting Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung

Dengan PLTmH Tonduhan...52

(13)

xi

Gambar 4.13 (b) Kurva Karakteristik Koordinasi FuseFuse 10, Fuse 12 dan Recloser 1

Dengan PLTM Silau 2...52

Gambar 4.14 (a) Urutan Waktu Operasi Koordinasi Fuse 22 dan Recloser 2

Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 577 Pada

Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Dengan DG...55

Gambar 4.14 (b) Kurva Karakteristik Koordinasi Fuse 22 dan Recloser 2

Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 577 Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Dengan

Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 577 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung

PLTM Silau 2 dan PLTmH Tonduhan...58

(14)

Distributed Generation....60

Eksisting Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 577 Pada Jaringan Distribusi yang Tidak Terhubung Dengan

Dengan PLTmH Silau 2...61

Gambar 4.22 (a) Urutan Waktu Operasi Koordinasi Fuse68, Fuse 69 dan Recloser 3

Dengan PLTM Tonduhan...64

(15)

xiii Eksisting Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 769 Pada

Jaringan Distribusi yang Terhubung

Dengan PLTM Tonduhan...64

Gambar 4.26 (a) ) Urutan Waktu Operasi Koordinasi Fuse 68, Fuse 69 dan Recloser 3

Gambar 4.27 Kurva Karakteristik Arus – Waktu Pada Fuse 58 Saat Terjadi Gangguan

3 Fasa di Bus 769 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung

Dengan PLTM Silau 2 dan PLTmH Tonduhan...67

(16)

Gambar 4.31 (a) Urutan Waktu Operasi Studi Koordinasi Fuse 10, Fuse 12 dan Recloser 1

Saat Terjadi Gangguan Minimum Pada Daerah yang Dilindungi

Oleh Recloser 1 Sebelum Kurva TCC2 Dikalikan

Dengan Faktor Pengali...76

Gambar 4.31 (b) Kurva Karakteristik Studi Koordinasi Fuse 10, Fuse 12 dan Recloser 1

Oleh Recloser 1 Setelah Kurva TCC2 Dikalikan

Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Dengan

(17)

xv Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada

Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung

Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan yang Distribusi Terhubung Dengan

Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung Dengan

Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung Dengan

Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung

(18)

Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 143 Pada Jaringan Distribusi yang Terhubung

Gambar 4.41 (a) Urutan Waktu Operasi Studi Koordinasi Fuse 17 dan Recloser 2

Gambar 4.41 (b) Kurva Karakteristik Studi Koordinasi Fuse 17 dan Recloser 2

Oleh Recloser 2 Sesudah Kurva TCC2 Dikalikan

(19)

xvii Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 577 Pada

Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 577 Pada J aringan Distribusi yang Terhubung Dengan

Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 577 Pada Jaringan Distribusi yang Tanpa Terhubung Dengan

(20)

Gambar 4.51 (a) Urutan Waktu Operasi Studi Koordinasi Fuse 68, Fuse 69, Fuse 71

dan Recloser 3 Saat Terjadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah di Bus 774

Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Dengan DGSebelum

Kurva TCC2 Dikalikan Dengan Faktor Pengali...99

Gambar 4.51 (b) Kurva Karakteristik Studi Koordinasi Fuse 68, Fuse 69, Fuse 71

Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung dengan DGSebelum

Gambar 4.53 (a) Urutan Waktu Operasi Studi Koordinasi Fuse 68, Fuse 69, Fuse 71

Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Dengan DGSesudah

Gambar 4.53 (b) Kurva Karakteristik Studi Koordinasi Fuse 68, Fuse 69, Fuse 71

Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Dengan DGSesudah

(21)

xix Saat Terjadi Gangguan 1 Minimum Pada Daerah yang Dilindungi

Saat Terjadi Gangguan 1 Minimum Pada Daerah yang Dilindungi

PLTmH Tonduhan dan PLTMH Silau 2...104

(22)

Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 769 Pada Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Dengan

Gambar 4.63 Kurva Karakteristik Arus – Waktu Fuse 68...109

Gambar 4.64 (a) Urutan Waktu Operasi Studi Koordinasi Fuse 51, Fuse 53 dan Recloser 4

Oleh Recloser 4Sebelum Kurva TCC2 Dikalikan

Gambar 4.64 (b) Kurva Karakteristik Studi Koordinasi Fuse 51, Fuse 53 dan Recloser 4 Saat Terjadi Gangguan Minimum Pada Daerah yang Dilindungi

(23)

xxi

Gambar 4.65 (a) Urutan Waktu Operasi Studi Koordinasi Fuse 51, Fuse 53 dan Recloser 4

Gambar 4.65 (b) Kurva Karakteristik Studi Koordinasi Fuse 51, Fuse 53 dan Recloser 4 Saat Terjadi Gangguan Minimum Pada Daerah yang Dilindungi

Gambar 4.66 (b) Urutan Waktu Operasi Studi Koordinasi Fuse 29 dan Recloser 4

(24)

Gambar 4.70 (b) Kurva Karakteristik Studi Koordinasi Fuse 29 dan Recloser 4 Saat Terjadi Gangguan 3 Fasa di Bus 240 Pada

Jaringan Distribusi yang Terhubung Dengan

(25)

xxiii DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Setelan Arus, Waktu dan Karakteristrik Kurva Arus – Waktu Recloser 1...42

Tabel 4.2 Setelan Arus, Waktu dan Karakteristik Kurva Arus – Waktu Recloser 2...43