RANCANG BANGUN SIMULATOR DAN MODUL PRAKTIKUM RELAI ARUS NETRAL ABB SPAM 150 C PADA SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

(1)

i

RANCANG BANGUN SIMULATOR DAN MODUL

PRAKTIKUM RELAI ARUS NETRAL ABB SPAM 150 C

PADA SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

DESIGN SIMULATOR AND ABB SPAM 150 C RELAYS

EXPERIMENT MODULE FOR NEUTRAL CURRENT

IN POWER DISTRIBUTION SYSTEM

PROYEK AKHIR

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

Jurusan Teknik Elektro

Oleh : Dodi Irwandi

091321072

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

(2)

(3)

iii

DATA PRIBADI

Nama : Dodi Irwandi

Alamat : Lobener Lor Blok Kebon Kopi Rt.19 Rw.05 Kec. Jatibarang Kab. Indramayu

NIM : 091321072

Tempat, tanggal lahir : Indramayu, 4 Mei 1991 Agama : Islam

Hoby : Futsal, Touring, Membaca Jenis kelamin : Laki-laki

Status perkawinan : Belum Menikah Kewarganegaraan : Indonesia

Universitas : Politeknik Negeri Bandung Program studi : Teknik Listrik

E-mail : dodi.irwandi@yahoo.co.id Telepon : 085724851518

PENDIDIKAN FORMAL

1997 – 2003 : SD Negeri Lobener II 2003 – 2006 : SMP Negeri Unggulan 2006 – 2009 : SMA Negeri 1 Sindang 2009 – sekarang : Politeknik Negeri Bandung

(4)

KATA MUTIARA

“Dan sungguh akan Kami berikan cobaan kepadamu, dengan sedikit ketakutan, kelaparan, kekurangan harta, jiwa dan buah-buahan. Dan berikanlah berita gembira kepada orang-orang yang sabar.”

(QS. Al-Baqarah ayat 155)

“Semoga Allah merahmati seorang hamba yang merenung sejenak sebelum melakukan suatu amalan.

Jika niatnya adalah karena Allah, maka ia melakukannya. Tapi jika niatnya bukan karena Allah maka ia mengurungkannya.”

(Imam Hasan Al Bashri)

"Seseorang yang memerankan dirinya dengan baik dan sungguh-sungguh pada tugas yang diembankan kepadanya. Dimana kebaikan dan kesungguhan tersebut harus memiliki 3 unsur yang berkaitan erat,

yakni : kompetensi, kepatuhan, dan kontribusi" (Mario Teguh)

Karya ini kupersembahkan kepada orang tuaku tercinta yang selalu memberi

kasih sayang sepanjang zaman, dan adikku tersayang yang selalu mendukung serta

memberi motivasi serta kepada seluruh sahabat – sahabatku yang selalu menemani di

dalam sedih ataupun senang.

(5)

v

ABSTRAK

Di Era globalisasi ini Indonesia sedang melaksanakan pembangunan di segala bidang. Salah satunya adalah pembangunan di sektor industri. Seiring dengan laju pertumbuhan pembangunan maka dituntut adanya sarana prasarana yang mendukung seperti tersedianya tenaga listrik. Penyediaan tenaga listrik yang stabil dan kontinyu merupakan syarat yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan listrik. Dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik tersebut terjadi pembagian beban - beban yang pada awalnya merata tetapi karena ketidakserempakan waktu penyalaan beban-beban tersebut maka menimbulkan ketidakseimbangan beban.

Ketidakseimbangan beban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan penyebab ketidakseimbangan tersebut adalah pada beban-beban satu fasa. Akibat ketidakseimbangan beban tersebut timbullah arus dinetral trafo. Melihat kejadian diatas, jika pada saat beban tidak seimbang pasti akan ada arus pada netral transformator, oleh karena itu diperlukan pengujian pada modul terhadap ketidakseimbangan beban dan memproteksi peralatan transformator dari arus netral yang timbul. Pada pembuatan modul praktikum ini akan mendeskripsikan pengujian karakteristik relai ABB SPAM 150 C dan implementasi proteksi terhadap beban tidak seimbang dengan menggunakan GFR dan Unbalance pada sistem distribusi tenaga listrik.

Kata Kunci : Ketidakseimbangan Beban, Arus Netral, GFR, Transformator

(6)

ABSTRACT

In this globalization era, Indonesia is implementing a development in all sector. One is the development in the industrial sector. Along with the growth rate of construction of the infrastructure required to support such as availability of electricity. Electricity supply is stable and continuous requirement to be fulfilled in meeting electricity demand. In statisfy of electric power, there is allocation the burdens which prevail but because of not simultaneous ignition time burdens that is causes load imbalance.

Load imbalance in a power distribution system is always occur and the cause of the unbalanced is in the single-phase loads. Because of load unbalanced come in neutral current in transformator. Beside of that’s situation, if the load is not balanced there will be neutral current in transformator, therefore it is necessary to tests the module against the load unbalance and protect equipment from the neutral currents arise in transformator. In this module will describe about characteristics of ABB SPAM 150 C Relays and the implementation of protection against unbalanced load by using the GFR and unbalance in power distribution system.

Keywords: Unbalanced, Neutral current, GFR, Transformator

(7)

vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah membimbing dan menyertai penulis dengan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “RANCANG BANGUN SIMULATOR DAN MODUL PRAKTIKUM RELAI ARUS NETRAL ABB SPAM 150 C PADA SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis banyak menghadapi rintangan dan halangan yang ada. Namun segala rintangan itu akhirnya dapat penulis lalui berkat adanya bantuan moril dan spiritual dari segenap pihak yang ada. Bimbingan dan arahan yang telah penulis dapatkan dari pembimbing serta dorongan dan bantuan dari semua pihak sangat berarti dalam penulisan proyek akhir ini. Untuk itu, dengan segala kerendahan hati dan permohonan maaf atas segala kekurangan yang ada dalam masa penulisan laporan ini, penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah berkenan membantu dalam penulisan laporan proyek akhir ini antara lain:

1. Bapak dan Ibu yang telah memberi dukungan doa dan materi kepada penulis hingga saat ini.

2. Bapak Hari Purnama, Ir., M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 3. Bapak Sunarto, ST.,M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik. 4. Bapak Dwi Asmono, Drs.,M.Pd dan Bapak Sunarto, ST.,M.Eng. selaku

Dosen Pembimbing yang telah memberikan pengarahan dan dorongan dalam penyusunan tugas akhir ini.

5. Bapak Yudi Prana Hikmat, ST.,MT selaku Wali Kelas 3C atas waktu, perhatian dan bimbingannya sehingga penulis bisa menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini.

(8)

6. Seluruh staf pengajar dan teknisi Program Studi Teknik Listrik yang telah memberikan ilmu dan berbagi pengalaman yang sangat berharga.

7. Andika Reza L dan Apep Saepul U selaku rekan seperjuangan dalam proyek akhir ini yang telah banyak meluangkan waktu dan membantu penulis dalam menyelesaikan proyek akhir ini, ”terimakasih banyak sahabat atas bantuan dan dukungannya semoga seluruh kebaikanmu mendapatkan balasan yang lebih baik dari Allah swt”.

Tidak lupa juga saya ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada teman-teman kelas 3C, seluruh keluarga besar Himpunan Mahasiswa Listrik (HML), Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu namun telah banyak membantu dalam pembuatan dan penyusunan tugas akhir sehingga tugas akhir ini dapat selesai.

Maka dengan segala kerendahan hati penulis berlapang dada atas segala kritik, pendapat dan saran yang positif untuk dapat menyempurnakan laporan tugas akhir ini. Akhir kata penulis mohon maaf jika ada kekeliruan dan berharap laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat baik bagi penulis maupun semua pihak yang terkait. Bandung, Juli 2012 Penulis

(9)

ix

DAFTAR ISI

Hal LEMBAR 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 Penulisan ... 1.5.1 Identifikasi Masalah ... 1.5.2 Studi Literatur ... 1.5.3 Perancangan Alat... 1.5.4 Pengujian... 1.5.5 Analisa Data dan Evaluasi... 1.5.6 Penyusunan Laporan Proyek Akhir... 1.5.7 Bimbingan... 1.5.8 Perbaikan dan Penyempurnaan... 1.6 Sistematika Penulisan ... 1 1 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4

(10)

BAB II LANDASAN TEORI ... 2.1 Pengantar ... 2.2 Klasifikasi Saluran Distribusi Tenaga Listrik ... 2.3 Faktor Penyebab Gangguan... 2.4 Relai Pengaman... 2.4.1 Fungsi Relai Pengaman... 2.4.2 Persyaratan Relai Proteksi... 2.5 Prinsip Kerja Transformator... 2.6 Perhitungan Arus Beban Penuh pada Transformator... 2.7 Losses Akibat Adanya Arus Netral pada Pengahantar Transformator 2.8 Sistem 3 Fasa Seimbang ... 2.8.1 Hubungan Segitiga ... 2.8.2 Hunbungan Bintang ... 2.9 Sistem 3 Fasa Tidak Seimbang ... 2.9.1 Beban 3 Fasa Tidak Seimbang Hubung Bintang... 2.9.1.1 Dengan Saluran Netral ... 2.9.1.2 Tanpa Saluran Netral ... 2.9.2 Beban 3 Fasa Tidak Seimbang Hubung Segitiga... 2.10 Arus Netral Karena Beban Tidak Seimbang ... 2.11 Standard Ketidakseimbangan Beban ... 2.12 Karakteristik Relai Arus Waktu ... 2.12.1 Relai Arus Lebih Karakteristik Waktu Sesaat/Moment... 2.12.2 Relai Arus Lebih Karakteristik Waktu Tertentu ... 2.12.3 Relai Arus Lebih Karakteristik Waktu Terbalik... 2.13 Konstruksi Relai OCR/GFR ABB SPAM 150 C ... 2.14 Perhitungan Pengaturan Relai... 2.15 Petunjuk Pemograman Relai... 2.16 Setting Relai ... 2.17 Programing Switching... 6 6 8 12 14 15 15 17 18 19 20 21 21 22 23 23 24 25 25 27 27 27 28 29 31 32 34 37 38

(11)

xi

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ... 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 Menentukan Spesifikasi Komponen ... 3.3.4 Flowchart ... 3.3.5 Deskripsi Cara Kerja Modul Praktikum ... 3.3.6 Komponen yang Digunakan ... BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ... 4.1 Karakteristik OCR & GFR ABB SPAM 150 C ... 4.1.1 Tujuan ... 4.1.2 Sasaran ... 4.1.3 Peralatan Yang Digunakan ... 4.2 Gambar Rangkaian Pengujian Karakteristik GFR ...

4.2.1 Langkah Percobaan ... 4.2.2 Data Pengujian Karakteristik dan Kurva Perhitungan ... 4.2.3 Analisa Pengujian ... 4.2.3.1 Prosedur Setting Waktu ... 4.2.3.2 Hasil Pengujian ... 4.3 Proteksi Beban Tidak Seimbang Terhadap Arus Netral Trafo Menggunakan GFR tipe ABB SPAM 150 C ... 4.3.1 Tujuan ... 4.3.2 Prosedur Setting ... 4.3.3 Peralatan Yang Digunakan ... 4.3.4 Langkah Percobaan Beban Seimbang... 4.3.5 Langkah Percobaan Beban Tidak Seimbang... 4.3.6 Analisa Pengujian ... 4.4 Proteksi Beban Tidak Seimbang Terhadap Arus Netral Trafo Menggunakan Unbalance Tipe ABB SPAM 150 C ...

45 45 45 45 46 46 48 49 50 50 54 54 54 54 54 55 55 56 59 59 59 60 60 60 60 61 62 64 65

(12)

4.4.1 Tujuan ... 4.4.2 Prosedur Setting ... 4.4.3 Peralatan Yang Digunakan ... 4.4.4 Langkah Percobaan Beban Seimbang... 4.4.5 Langkah Percobaan Beban Tidak Seimbang... 4.4.6 Analisa Pengujian ... BAB V PENUTUP ... 5.1 Kesimpulan ... 5.2 Saran ... DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 65 65 65 66 67 69 71 71 72

(13)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Penyaluran Tenaga Listrik ... 7

Gambar 2.2 Komponen Sistem Distribusi ... 11

Gambar 2.3 Sistem 3 Phasa ... 20

Gambar 2.4 Hubungan Segitiga (Δ) ... 21

Gambar 2.5 Hubungan Bintang (Y) ... 22

Gambar 2.6 Vektor Diagram Arus ... 23

Gambar 2.7 Beban Hubungan Bintang 4 Kawat Tidak Seimbang ... 24

Gambar 2.8 Beban Hubungan Bintang 3 Kawat Tidak Seimbang ... 24

Gambar 2.9 Beban Hubungan Delta Tidak Seimbang ... 25

Gambar 2.10 Karakteristik Relai Arus Lebih Waktu Seketika (Instantaneous). 28 Gambar 2.11 Karakteristik Relai Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time). 29 Gambar 2.12 Karakteristik Relai Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Time).. 29

Gambar 2.13 Kurva karakteristik waktu IEC... 30

Gambar 2.14 Konstruksi Relai Arus Lebih tipe ABB SPAM 150C ... 31

Gambar 3.1 Perancangan Fungsional ... 46

Gambar 3.2 Perancangan Fisik/Konstruksi OCR/GFR ABB SPAM 150C... 46

Gambar 3.3 Perancangan Fisik/Konstruksi Karakteristik OCR ABB SPAM 150 C ... 47

Gambar 3.4 Gambar Rangkaian Pengujian Karakteristik GFR tipe ABB SPAM 150C... 47

Gambar 3.5 Rangkaian Pengujian Proteksi Beban Tidak Seimbang Terhadap Arus Netral Trafo Mengunakan GFR Tipe ABB SPAM 150 C... 48

Gambar 3.6 Flowchart Perancangan... 49

Gambar 3.7 Relai OCR-GFR ABB SPAM 150 C... 50

Gambar 3.8 Simulator Jaringan Distribusi Tenaga Listrik... 51

Gambar 3.9 Simulator CB-CT... 51

Gambar 3.10 Sumber Variabel Setting (Power Supply) 48 V / 125 V DC... 52

(14)

Gambar 3.11 Current Injector... 52 Gambar 3.12 Simulator Beban... 53 Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian Karakteristik GFR ABB SPAM 150 C... 55 Gambar 4.2 Kurva Karakteristik GFR Jenis Definite t0 = 1s ... 57 Gambar 4.3 Kurva Karakteristik GFR Jenis Definite t0 = 2s ... 58 Gambar 4.4 Kurva Karakteristik GFR Jenis Definite t0 = 3s ... 58

Gambar 4.5 Rangkaian Pengujian Proteksi Beban Tidak Seimbang Terhadap Arus Netral Trafo Menggunakan GFR ABB SPAM 150 C ... 61 Gambar 4.6 Rangkain Pengujian Proteksi Beban Tidak Seimbang Terhadap

Arus Netral Trafo Menggunakan Unbalance GFR ABB SPAM 150C... 66 Gambar 4.7 Kurva Ketidakseimbangan (unbalance) ... 70

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Indikator Operasi ... 33

Tabel 2.2 Contoh Cara Mensetting Relai ... 34

Tabel 2.3 Pengaturan Relai ... 37

Tabel 4.1 Tabel karakteristik Definite GFR dengan t0 = 1s ... 56

Tabel 4.4 Perbandingan waktu pemutusan pada t0 = 1s ... 59

Tabel 4.5 Besar Arus Netral Transformator pada konsisi seimbang... 62

Tabel 4.6 Besar Arus Netral Transformator pada konsisi tidak seimbang. 63 Tabel 4.7 Besar Arus Netral Transformator pada konsisi tidak seimbang dengan R = 200 Ω ... 64

Tabel 4.8 Besar Arus Netral Transformator pada kondisi seimbang... 67

Tabel 4.9 Besar Arus Netral Transformator pada kondisi tidak seimbang 10% IL ... 68

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A JOBSHEET RELAI ABB SPAM 150 C

LAMPIRAN B JOBSHEET MODUL PRAKTIKUM

(17)

xvii

DAFTAR PUSTAKA

[1] Kadir,Abdul.1989. Transformator, Jakarta: PT. Elex Media Komputindo. [2] Sudaryatno Sudirham, Dr., Pengaruh Ketidakseimbangan Arus Terhadap

Susut daya pada Saluran, Bandung : ITB, Tim Pelaksana Kerjasama

PLN-ITB, 1991.

[3] Dahlan, Mochamad, Akibat Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus

Netral dan Losses Pada Transformator Distribusi, Universitas Muria

Kudus.

[4] SPAM 150 C Overcurrent and Earth-Faulth Relay Modules, www.abb.com. Finlandia, 2006.

[5] Utomo, Heri Budi. Modul Bahan Ajar Distribusi Tenaga Listrik. 2010. Bandung.

[6] Pradito, Sinyo.2010. Rancang Bangun Modul Praktikum Pengaruh Beban

Tidak Seimbang Terhadap Arus Netral Trafo, Politeknik Negeri Bandung.

[7] Hage. Sistem 3 Fasa, http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/sistem-3-fasa.html