TA_ku

(1)

ANALISIS SETTING RELEY ARUS LEBIH NETRAL BERARAH PADA SISTEM 115 KV TENAGA LISTRIK CENTRAL DURI-BANGKO PT. CPI

AKIBAT DARI PENAMBAHAN SUB STATION GULAMO MENGGUNAKAN SIMULASI ETAP

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Guna Memperoleh Ijazah Sarjana Pada Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Lancang Kuning Pekanbaru

Disusun Oleh : CAHYO BUDI PRAKOSO

NIM. 0810041421163

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS LANCANG KUNING

PEKANBARU 2010

(2)

TUGAS AKHIR

Tugas Akhir Ini Telah Diterima dan Disahkan Sebagai Kolokium Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Mencapai Gelar Sarjana Teknik Elektro Dalam Bidang Arus Kuat Dari Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lancang Kuning Pekanbaru

Disusun Oleh : CAHYO BUDI PRAKOSO

NIM. 0810041421163

Disahkan Oleh:

Ir. Eddon M Moenif, MT Arleny ST, MT

Pembimbing I Pembimbing II

Diketahui Oleh: Disetujui Oleh:

Ir. Virgo Trisep Haris, MT Ir. Eddon M Moenif, MT

(3)

Nama : Cahyo Budi Prakoso

NIM : 0810041421163

Pembimbing I: Ir. Eddon M Moenif, MT Pembimbing II : Arleny ST, MT

Abstrak

Netral Directional Time Over Current (67N) adalah salah satu jenis proteksi saluran transmisi udara tegangan tinggi yang digunakan oleh PT Chevron Pacific Indonesia (PT CPI). Dimana ketika terjadi penambahan substation baru bernama Gulamo Substation antara Central Duri-bangko setiing reley tersebut juga akan berubah di semua sistem jaringan transmisi Central Duri-Bangko.

Kondisi tersebut membuat perlu dilakukanya perhitungan ulang setting reley arus lebih berarah sehingga bisa di dapatkan settingan yang sesuai untuk reley arus lebih netral berarah yang dikarenakan adanya penambahan subsation Gulamo antara Central Duri-Bangko.

Untuk mendapatkan setting reley yang tepat, dibutuhkan data-data sistem yang akurat dan penghitungan yang cermat dan teliti. Dengan menggunakan simulasi ETAP sebagai media untuk analisis gangguan hubungan singkat ke tanah (ground) di beberapa titik jaringan trasmisi akan mempermudah proses penghitungan untuk mendapatkan setting reley 67N yang tepat dan benar.

Berdasarkan hasil analisa gangguan hubung singkat ke tanah (ground) akan diketahui besar arus gangguan hubung singkat (short circuit) ke tanah pada saluran transmisi serta bisa juga kita ketahui time current graphic. Dari hasil tersebut bisa kita lakukan perhitungan nilai setting reley 67N yang tepat untuk beberapa kondisi yang penting yang dikarenakan adanya penambahan substation baru..

(4)

DAFTAR ISI Halaman Judul ... i Lembar Pngesahan ... ii Abstrak ... iii Daftar Isi ... iv BAB 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan Penelitian ... 2 1.3 Manfaat Penelitian ... 2

1.4 Perumusan dan Batasan Masalah ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... BAB 2 KAJIAN PUSTAKA ... 4

2.1.Sistem Tenaga Listrik... 2.2.Sistem komponen Simetris ... 2.3.Analisa Gangguan hubung Singkat ... 2.3.1 Gangguan Tidak Seimbang ... 2.3.1.1 Gangguan 1 Phasa ke tanah ( Single Line To Ground Fault ) ... 2.3.1.2 Gangguan 2 phasa (Double Line fault) ... 2.3.1.3 Gangguan 2 Phasa ke Tanah (Double Line To Ground Fault) ... 2.4.Sistem proteksi Tenaga Listrik ... 2.4.1 Syarat Sistem Proteksi ... 2.4.2 Element-element Sistem Proteksi Tenaga Listrik ... 2.4.3 Operasi Relay ... 2.3.4 Jenis-jenis Relay proteksi ... 2.5.Relay Proteksi Neutral Directional Overcurrent (67N) ... 2.5.1 Penentuan Area Operasi Relay 67N (Directional) ... 2.5.2 Penentuan Setting Arus Lebih (Overcurrent) ... 2.5.2.1 Penentuan Setting Instantaneous Overcurrent ... 2.5.2.2 Penentuan Setting Time Overcurrent ... 2.6. Arus Charging ... 2.7. Pengaruh Perubahan Sistem Terhadap Setting Relay Arus Lebih (Neutral Directional Overcurrent) ...

2.8. Program ETAP ... 2.8.1 ETAP Powerstation 6.0.0 ... 2.8.2 Membuat Project Dengan ETAP Powerstation 6.0.0 ... 2.8.3 Analisa Aliran Daya ... 2.8.4 Analisa Hubung Singkat (Short Circuit Analysis) ...

(5)

BAB 3 METODE PEMBAHASAN ...

3.1. Sistem Jaringan Transmisi 115 kV PT. CPI area Bekasap ... 3.1.1 Data Konduktor Jaringan Transmisi 115 kV Central Duri – Bangko ...

3.1.2 Data Existing Jaringan Transmisi 115 kV Central Duri – Bangko ...

3.1.3 Data Circuit Breaker ... 3.1.4 Area Operasi Relay 67N ...

3.2. Perubahan Setting Relay 67N Akibat Penambahan Gulamo Substation ...

3.3. Metode Dan Sistematika Pembahasan ... BAB 4 PEMBAHASAN ... 4.1. Simulasi Gangguan Hubung Singkat ... 4.1.1 Data Gangguan Hubung Singkat 90% Saluran ... 4.1.2 Data CT (Current Transformer) Ratio Pada Masing-masing Breaker ...

4.2. Setting Instantaneous Overcurrent (IOC) Relay 67N ... 4.3. Setting Koordinasi Relay 67N ... 4.3.1 Waktu Trip Untuk Relay Nella-Pinang (Nilai Referensi) Untuk Relay Paling Kanan ...

4.3.2 Waktu Trip untuk Relay Nella-Balam (Nilai Referensi) Untuk Relay Paling Kanan ... 4.3.3 Waktu Trip Untuk Relay Sintong-Batang (Nilai Referensi) Untuk Relay Paling Kiri ... 4.3.4 Waktu Trip Untuk Relay Rokan-Central Duri (Nilai Referensi) Untuk Relay Paling Kiri ... 4.3.5 TMS Untuk Relay Bangko-Nella ... 4.4. Arah (Directional) Dan Selektifitas 67N ... BAB 5 PENUTUP ... 5.1 Kesimpulan ... 5.2 Saran ... RENCANA DAN JADWAL PENELITIAN/PENYUSUNAN

(6)

DAFTAR GAMBAR

2.1 Tiga Himpunan Fasor Seimbang Yang Merupakan Komponen Simetris Dari Fasor Tak Seimbang.

2.2 Fasor Yang Melukiskan Berbagai Pangkat Dari a 2.3 Rangkaian Untuk Gangguan 1 Fasa Ke Tanah 2.4 Arus Gangguan 1 Fasa Ke Tanah

2.5 Gangguan Fasa Ke Fasa 2.6 Arus Gangguan Fasa Ke Fasa. 2.7 Gangguan 2 Phasa Ke Tanah. 2.8 Area Operasi Relay Arah.

2.9 Cara Membuat Project Baru Pada ETAP Powerstation 6.0.0 2.10 Cara Membuat Nama Project Pada ETAP Powerstation 6.0.0 2.11 Tampilan Worksheet Project Etap 6.0.0

2.12 Tampilan Worksheet Project Etap 6.0.0 Yang Sudah Selesai Dibuat. 2.13 Tampilan Properties Komponen Listrik ETAP Powerstation 6.0.0 2.14 Tampilan Mode Toolbar Load Flow Analysis.

2.15 Tampilan Load Flow Toolbar

2.16 Tampilan Mode Toolbar Short Circuit Analysis 2.17 Tampilan Menu Pada Bus

2.18 Tampilan Short Circuit Toolbar 2.19 Tampilan Report Manager

3.1 Saluran Transmisi 115 kV PT. CPI Central Duri – Bangko

3.2 Saluran Existing Transmisi 115 kV PT. CPI Central Duri – Bangko 3.3 Ilustrasi Arah Operasi Relay 67N.

(7)

4.1 Simulasi Gangguan Hubung Singkat 90% Pada Saluran Balam, Nella-Pinang, Bangko-Nella.

4.2 Tampilan Simulasi Gangguan Hubung Singkat 90% Pada Saluran Nella-Balam, Nella-Pinang, Bangko-Nella.

4.3 Tampilan Simulasi Gangguan Hubung Singkat 90% Pada Saluran Sintong-Batang, Rokan-Gulamo, Gulamo-Menggala, Menggala-Sintong

4.4 Saluran Transmisi Central Duri-Bangko. 4.5 Asumsi Waktu Koordinasi.

4.6 Contoh Simulasi 100% Gangguan Antar Circuit Breaker Nella-Balam. 4.7 Data Bahwa 0.05 detik Sudah Dipakai Oleh Circuit Breaker Dalam Simulasi ETAP Powerstation 6.0.0

4.8 Kurva Koordinasi Hasil Perhitungan.

4.9 Contoh Simulasi ETAP Powerstation 6.0.0 Koordinasi Relay Pada Saat Gangguan 100% Di Gulamo.

4.10 Tampilan Simulasi ETAP Powerstation 6.0.0 (Gangguan 90% Saluran Gulamo-Menggala).

4.11 Tampilan Report Manager.

DAFTAR TABEL

2.1 Konstanta Kurva Standard IEEE

3.2 Data Panjang Dan Impedansi Konduktor.

4.1 Data Arus Gangguan Pada Masing-masing Saluran. 4.2 Data CT Ratio Yang Terpasang.

(8)

4.3 Nilai Setting Instantaneous Overcurrent.

4.4 Data I Fault, Pada Gangguan 100% Saluran , I set, dan Pick Up. 4.5 Data Perhitungan TMS Antar Relay.

(9)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam usaha memenuhi dan menjaga kebutuhan tenaga listrik untuk sistem operasi produksi PT Chevron Pacific Indonesia (PT. CPI) terus dilakaukan project pembangunan baik sistem jaringannya ataupun substationnya seiring dengan makin bertambahnya sumur produksi serta sistem pengolahan yang membutuhkan tenaga listrik lebih besar.

Sistem tenaga litrik PT.CPI dikelola oleh Power Generation & Tranmission (PG&T) dimana PG&T mempunyai tugas untuk menjaga kontinuitas penyampaian daya ke konsumen dengan keandalan sistem yang tinggi. Untuk membuat sistem kelistrikan di PT. CPI mempunyai keandalan yang tinggi, PG&T membutuhkan berbagai macam sistem proteksi pada sistem kelistrikannya baik itu pada saluran transmisinya ataupun saluran distribusinya.

Saluran transmisi udara tegangan tinggi di PT.CPI ada 2 yaitu saluran transmisi udara 230 kV dan saluran transmisi udara 115 kV. Kedua saluran transmisi udara tegangan tinggi ini mempunyai beberapa jenis proteksi salah satunya reley proteksi arus lebih berarah, sebagai usaha untuk menjaga keandalan pada sistem transmisi di PT. CPI.

Reley arus lebih berarah atau Netral Directional Over Current Reley (dikodekan dengan 67N) merupakan salah satu bentuk proteksi terhadap gangguan ke tanah (ground) pada saluran transmisi di PT CPI. Ketika akan di bangun

(10)

substation baru bernama Gulamo substation antara Central Duri-Bangko semua settingan reley arus lebih netral berarah perlu kita setting ulang sehingga reley tersebut dapat bekerja semestinya.

Oleh karena itu pada Tugas Akhir ini akan dibahas tentang perhitungan untuk menentukan setting reley arus lebih netral berarah sebagai akibat adanya penambahan Gulamo substation dengan menggunakan simulasi ETAP di sistem tenaga listrik Central Duri-Bangko.

1.2 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah :

1. Membuat simulasi ETAP penambahan substation Gulamo antara Central Duri-Bangko.

2. Dapat menghitung setting reley arus lebih netral berarah yang dikarenakan adanya penambahan substation Gulamo antara Central Duri-Bangko.

1.3 Manfaat Penelitian

Dengan membuat simulasi dan perhitungan setting reley arus lebih netral berarah yang dikarenakan penambahan Gulamo Substation antara Central Duri-Bangko, maka dapat diketahui perubahan setting dari reley yang digunakan di setiap jaringan sehingga keandalan sistem pada jaringan transmisi Cntral Duri- Bangko tetap terjaga.

(11)

1.4 Perumusan dan Batasan Masalah

Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah menghitung setting reley arus lebih netral berarah yang dikarenakan penambahan substation baru Central Duri-Bangko dengan menggunakan simulasi ETAP.

1.5 Sistematika Penulisan

Agar dalam penulisan tugas akhir ini lebih mudah dalam penguraian masalah, maka penulis mambaginya dalam beberapa bab yang meliputi:

BAB I :Pendahuluan

Berisi tentang latar belakang, tujuan penelitian, manfaat penelitian, perumusan dan batasan masalah dan sistematika penulisan.

BAB II :Tinjauan Pustaka

Berisi tentang teori-teori dasar komponen-komponen simetris, jenis-jenis gangguan, analisa gangguan hubung singkat, sistem proteksi, element-element sistem proteksi, jenis-jenis proteksi, proteksi Neutral Directional overcurrent (67N), penentuan area operasi reley 67N, penentuan setting reley 67N dan pengaruh perubahan sistem terhadap setting reley 67N.

BAB III : Metode Pembahasan

Berisi tentang kondisi dan sistem yang dibahas pada skripsi ini jaringan transmisi, data konduktor dan data setting reley pada kondisi sekarang.

(12)

BAB IV :Pembahasan

Berisi tentang pembahasan setting reley 67N meliputi data hasil simulasi ETAP Powerstation 6.0.0, perhitungan stting arus lebih (instantaneous overcurrent), setting arus lebih dengan waktu tunda (time overcurrent), penentuan arah operasi dan koordinasi antar reley 67N.

BAB V:Penutup

Berisi kesempulan dari pembahasan dan saran-saran dari penulis. DAFTAR PUSTAKA

(13)

BAB 2

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik merupakan kumpulan dari peralatan listrik yang terdiri dari peralatan pembangkitan, penyaluran, dan pendistribusian dimana antara peralatan satu dengan yang lainya saling berhubungan sehingga menghasilkan suatu tenaga listrik.

Sistem pembangkitan merupakan bagian yang berfungsi untuk menghasilkan daya listrik, sistem pembangkit dapat berupa PLTU, PLTG, PLTA.

Sistem penyaluran daya listrik tersebut terdiri dari saluran transmisi dan distribusi. Daya listrik yang berasal dari pembangkit akan disalurkan melalui saluran transmisi terlebih dahulu untuk dinaikan terlebih dahulu dengan menggunakan transformator penaik tegangan ( Transformator step-up), saluran transmisi memiliki level tegangan yang sangat tinggi diantaranya adalah 115 kV, 150 kV, 230 kV, dan 500 kV. Saluran transmisi ada yang berupa saluran udara dan saluran kabel tanah.

Setelah daya listrik disalurkan melalau jaringan transmisi sampai pada GI (substation) maka kemudian tegangan diturunkan dengan menggunakan transformer step down, sebagai tegangan menegah atau juga disebut dengan teggangan distribusi primer. Tegangan pada saluran distribusi tergolong menengah yaitu pada 13.8 kV dan 20 kV.

Sistem jaringan yang keluar dari gardu induk (GI) disebut dengan jaringan distribusi, komponen gardu induk terdiri dari; transformator daya, circuit breaker

(14)

(CB), disconnecting switch (DS), trafo arus (current transformer), lightning arrester, dan lain-lain. setelah tenaga listrik disalurkan melalui jaringan distribusi primer maka tenaga listrik diturunkan menjadi tegangan rendah 380 V/220 V yang selanjutnya dapat digunakan oleh konsumen.

2.2 Sistem Komponen Simetris

Sistem tiga fasa yang tidak seimbang dapat diuraikan menjadi tiga komponen simetris yaitu:

1. Komponen-komponen urutan positif terdiri dari 3 fasor-fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lainnyadalam fasa sebesar 120° dan mempunyai urutan fasa yang sama dengan fasor-fasor aslinya.

2. Komponen-komponen urutan negatif terdiri dari 3 fasor-fasor yang sama besarnya, terpisah antara satu dengan yang lainnya dalam fasa sebesar 120° dan mempunyai fasa yang berlawanan dengan fasor-fasor aslinya.

3. Komponen-komponen urutan nol terdiri dari 3 fasor-fasor yang sama besar dengan pergeseran fasa satu dengan yang lainnya nol.

Untuk memecahkan permasalahan dengan menggunakan komponen simetris bahwa ketiga fasa dari sistem dinyatakan sebagai a, b, dan c dengan cara demikian sehingga sehingga urutan fasa tegangan dan arus dalam sistem adalah abc. Jadi urutan fasa komponen urutan positif dari fasor tak seimbang itu adalah abc, sedangkan urutan fasa dari komponen urutan negatif adalah acb. Jika fasor aslinya adalah tegangan, maka tegangan tersebut dapat dinyatakan dengan Va, Vb, Vc. Ketiga himpunan komponen simetris dinyatakan dengan sibskrip tambahan 1 untuk komponen urutan positif, 2 untuk komponen urutan negatif, dan 0 untuk komponen

(15)

urutan nol. Komponen untuk urutan positif dari Va,Vb, Vc adalah Va1, Vb1, Vc1,

demikian pula untuk komponen urutan negatif adalah Va2, Vb2, Vc2, sedangkan

komponen urutan nol adalah Va0, Vb0, Vc0.

Va = Va1 + Va2 + Va0

Vb = Vb1 + Vb2 + Vb0 (2.1)

Vc = Vc1 + Vc2 + Vc0

Gambar 2.1 Tiga himpunan fasor seimbang yang merupakan komponen simetris dari fasor tak seimbang.

Nilai a biasanya digunakan untuk menunjukan nilai yang menyebabkan perputaran sebesar 120° dalam arah yang berlawanan dengan arah jarum jam. Nilai semacam ini adalah bilangan kompleks yang besarnya satu dan sudutnya 120° dan didefinisikan sebagai jarum jam.

(16)

Jika nilai a dikenakan pada fasor 2 kali berturt-turut, maka fasor itu akan diputar dengan sudut sebesar 240°. Untuk pengenaan 3 kali berturut-turut fasor akan diputar dengan 360°. Jadi:

a2_{= 1/240° = -0,5 + j 0,866}

(2.3) Dan;

a3_{= 1/360° = 1/0° = 1} _(2.4)

Gambar 2.2 Fasor yang melukiskan berbagai pangkat dari a.

Maka untuk menguraikan ketiga fasor tak simetris tersebut menjadi komponen simetris mula-mula kita perhatikan banyaknya kuantitas yang diketahui dapat dikurangi dengan menyatakan masing-masing komponen Vb dan Vc sebagai

hasil kali fungsi nilai a dan komponen Va. Dengan berpedoman pada Gambar 2.1

diperoleh hubungan sebagai berikut;

(17)

Atau dalam bentuk matriks:

(2.6)

Untuk lebih memudahkan;

(2.7)

Maka dapat dibuktikan:

(2.8)

Dan dengan mengalikan kedua sisi persamaan (2.8) dengan A-1 _diperoleh:

(2.9)

Kita dapat menulis masing-masing persamaan tersebut dalam bentuk biasa. Dari persamaan (2.11), kita peroleh:

(2.10)

(2.11)

(18)

Persamaan (2.12) menunjukan bahwa tidak ada komponen urutan noljika jumlah fasor tidak seimbang itu sama dengan nol. Karena jumlah fasor tegangan antara saluran pada system tuga fasa selalu nol, maka komponen urutan nol tidak pernah terdapat dalam tegangan saluran itu, tanpa memandang besarnya ketidakseimbangannya. Untuk persamaanya sebagai berikut:

Ia = Ia1 + Ia2 + Ia0 Ib = a2Ia1 + aIa2 + Ia0 Ic = aIa1 + a2Ia2 + Ia0 (2.13) Ia0 = 1/3 (Ia + Ib + Ic) Ia1 = 1/3 (Ia + aIb + a2Ic) Ia2 = 1/3 (Ia + a2Ib + aIc)

Dalam sistem tiga fasa, jumlah arus saluran sama dengan arus In, dalam jalur

kembali melalui netral. Maka:

(2.14) Dengan membandingkan persamaan (2.18) dan (2.21) kita peroleh:

(2.15)

2.3 Analisa Gangguan Hubung Singkat

Jenis-jenis gangguan hubung singkat adalah sebagai berikit: 1. Gangguan tidak seimbang (unbalance Fault)

a. Gangguan satu fasa ketanah (single line to ground fault) b. Gangguan 2 phasa (double line fault)

(19)

c. Gangguan 2 phasa ke tanah (double line to ground fault)

2. Gangguan seimbang (Balance Fault)

Adalah berupa gangguan 3-phasa yang digunakan menentukan kapasitas hubung singkat (short circuit capacity) peralatan pada titik gangguan, sehingga dapat ditentukan dimensi bus dan kapasitas pemutusan (interupting capacity) circuit breaker (CB).

2.3.1 Gangguan Tidak Seimbang

2.3.1.1 Gangguan 1 Phasa ke Tanah (Single Line To Ground Fault)

Persamaan yang dapat dikembangkan untuk jenis gangguan ini akan berlaku hanya bila gangguanya dalah fasa a. Keadaan pada gangguan dinyatakan dengan persamaan berikut:

Ib = 0, Ic = 0, Va = 0 (2.16)

Dengan Ib = 0 dan Ic = 0, komponen simetris arus diberikan oleh:

(2.17)

Sehingga Ia0, Ia1, dan Ia2 masing-masing sama dengan Ia/3 dan

Ia1 = Ia2 = Ia0 (2.18)

Dengan menggantikn Ia2 dan Ia0 denganIa1 pada persamaan (2...), kita dapatkan :

(20)

Dengan mengerjakan perkalian dan pengurangan matriks yang disebutkan itu, dihasilkan satu kesamaan matriks berkolom dua. Dengan mengalikan terlebih dahulu kesuatu matriks kolom dengan matriks baris [1 1 1] diperoleh;

(2.20)

Karena Va = Va0+Va1+Va2 = 0, kita selesaikan persamaan (diatas) untuk Ia1 kita peroleh;

(2.21)

Gambar 2.3 Rangkaian untuk gangguan satu fasa ke tanah.

Jika ketiga jaringan dihubungkan seri seperti ditunjukan dalam Gambar 2.3, kita akan menemukan bahwa arus dan tegangan yang dihasilkan memenuhi persamaan (diatas), maka tegangan pada masing-masing jaringan urutan adalah komponen simetris Va dengan urutan tersebut.

(21)

Gambar 2.4 Arus gangguan satu fasa ke tanah

Maka arus gangguan satu fasa ke tanah dapat dinyatakan (William D. Stevenson Jr, 1984):

If = Ia = 3Ia1 (2.22)

2.3.1.2 Gangguan 2 phasa (Double Line Fault)

Keadaan pada gangguan tersebut dinyatakan dalam persamaan berikut:

Vb = Vc Ia = 0 Ib = -Ic (2.23)

Dengan Vb = Vc komponen-komponen simetris tegangan diberikan oleh:

(2.24)

(22)

Va1 = Va2 (2.25)

Karena Ia = 0 dan Ib = -Ic, komponen simetris arusnya sebagai berikut:

(2.26)

Maka:

Ia0 = 0 , Ia2 = -Ia1 (2.27)

Gambar 2.5 Gangguan phasa ke phasa

Dengan satu sambungan dari netral ke tanah, Z0 adalah terbatas (finite),

sehingga:

Va0 = 0, Ia0 = 0 (2.28)

Maka persamaannya menjadi:

(2.29)

Dengan mennyelesaikan operasi matriks yang ditunjukan diatas memperlihatkan persamaan matriks yang dihasilkan dengan matriks baris [1 1 -1] maka diperoleh:

(23)

(2.30) Dan penyelesaian untuk Ia1 menghasilkan:

(2.31)

Untuk arus gangguan phasa ke phasa bisa dilihat dari persamaan berikut:

Gambar 2.6 Arus gangguan phasa ke phasa Persamaan untuk arus gangguan phasa ke phasa tersebut adalah:

If = -j√3 Ea/(Z1+Z2) (2.32)

2.3.1.3 Gangguan 2 Phasa ke Tanah (Double Line To Ground Fault) Keadaan pada gangguan ini dinyatakan dengan persamaan berikut:

(24)

Dengan Vb = 0 dan Vc = 0, komponen-komponen simetrinya sebagai

berikut:

(2.34)

Oleh karena itu, Va0, Va1, dan Va2 sama dengan Va√3, dimana:

(2.35)

Diperoleh:

(2.36)

Dengan memprakalikan kedua sisi persamaan diatas dengan matriks baris [1 1 1] dan mengingat kembali bahwa Ia1+Ia2+Ia3=0, didapatkan:

(2.37)

Dan dengan menggabungkan suku-sukunya diperoleh:

(25)

Gambar 2.7 Gangguan Dua Phasa ke Tanah Untuk persamaan arus gangguan ke tanahnya adalah sebagai berikut:

If = Ib = -j√3.Ia1 (2.39)

2.4 Sistem Proteksi Tenaga Listrik

Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik suatu sistem tenaga listrik, yang berfungsi untuk mendeteksi gangguan dan mengisolasi gangguan tersebut dengan secepat mungkin sampai system tersebut kembali normal.

2.4.1 Syarat Sistem Proteksi

Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem proteksi yang efektif, yaitu:

(26)

1. Selektif

Efektivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kesanggupan sistem dalam mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja.

2. Stabilitas

Sifat yang tetap inoperatif apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang melindungi (gangguan luar).

3. Kecepatan Operasi (Speed)

Sifat ini lebih jelas, semakin lama arus gangguan terus mengalir, semakin besar kemungkinan kerusakan pada peralatan. sehingga memerlukan system proteksi dengan kecepatan yang sangat tinggi (very high speed releying).

4. Sensitivitas (Sensitivity)

Yang dimaksud dengan sensitivitas yaitu mampu mendeteksi dalam ukuran terkecil sekalipun besarnya arus gangguan agar alat bekerja. Sehingga tidak terjadi kerusakan yang fatal.

5. Ekonomis & Simple

Dalam sistem system proteksi kemudahan pemasangan, serta alokasi biaya memegang peranan yang penting sehingga bisa mendapatkan system proteksi yang efisien.

(27)

Sistem proteksi ini harus dapat bekerja dengan baik dan benar setiap kali terjadi gangguan berdasarkan setting dari system proteksi itu sendiri.

2.4.2 Element-element Sistem Proteksi Tenaga Listrik a. Circuit Breaker (CB)

Circit Breaker (CB) adalah suatu alat proteksi yang dapat menghubungkan atau memutuskan rangkaian listrik dalam keadaan normal maupun abnormal, dilengkapi dengan alat pemutus busur api. Circuit Breaker dapat dioperasikan manual ataupun otomatis.

b. Reley proteksi

Reley proteksi adalah peralatan listrik yang biasanya dikordinasikan dengan CB, sehingga apabila terjadi gangguan (misalnya karena hubung singkat), reley segera memerintahkan CB untuk trip.

c. Trafo Arus (current transformer)

Trafo arus adalah trafo yang berfungsi untuk menurunkan arus yang melewati lilitan primernya yang dapat digunakan sebagai pengukuran maupun sebagai masukan untuk reley proteksi.

(28)

Trafo tegangan adalah instrument trafo yang berfungsi untuk menterjemahkan tegangan pada sisi primer menjadi besaran yang lebih kecil agar dapat digunakan untuk pengukuran (metering) maupun untuk reley proteksi.

2.4.3 Operasi Reley

Beberapa istilah umum pada operasi reley proteksi adalah: a. Pick-up adalah kondisi pada saat reley mendeteksi gangguan.

b. Operate adalah kondisi pada saat reley memerintahkan peralatan proteksi untuk bekerja/membuka.

c. Drop out adalah kondisi dimana reley proteksi tidak merasakan adanya gangguan lagi.

d. Reset adalah kondisi dimana reley sudah dikembalikan ke keadaan normal.

2.4.4 Jenis-jenis Reley Proteksi

Beberapa jenis reley proteksi yang digunakan pada sistem tenaga listrik adalah: 1. Reley Arus Lebih

Reley arus lebih merupakan salah satu proteksi yang harus digunakan pada jaringan distribusi. Reley ini membaca nilai arus yang dilewatkan pada saluran kemudian membandingkannya dengan nilai acuan yang disetting pada reley tersebut, jika arus yang lewat melebihi setting maka reley akan memerintahkan peralatan proteksi untuk membuka.

(29)

Reley frekuensi rendah digunakan untuk strategi pelepasan beban pada saluran distribusi. Frekuensi acuan di tetapkan pada satu nilai, jika frekuensi yang ada pada sistem mencapai titik acuan tersebut maka circuit breaker saluran distribusi akan membuka dan melepas beban. Tingkatan atau level pelepasan beban tergantung pada tingkat kritis beban dan kebutuhan operasi.

3. Reley Jarak

Reley jarak ini bekerja dengan membaca nilai impedansi saluran pada saluran transmisi. Jarak titik gangguan akan ditunjukan berdasarkan nilai impedansi yang terbaca oleh reley.

4. Reley Arah (Directional)

Untuk saluran transmisi yang kompleks tidak efektif lagi menggunakan reley overcurrent karena kemungkinan terjadi salah koordinasi antara reley menjadi lebih besar. Untuk itu digunakan unit reley directional yang hanya akan membaca gangguan pada arah yang telah ditetapkan, sehingga jika gangguan terjadi pada titik yang berlawanan arah maka reley tidak akan memerintahkan peralatan proteksi untuk bekerja.

5. Reley Differensial

Reley differensial bekerja dengan membandingkan arus disisi masukan dan sisi keluaran. Jika terjadi perbedaan yang melebihi setting maka reley akan memerintahkan peralatan proteksi untuk bekerja.

(30)

Reley Proteksi Netral Directinal over current atau biasa dikenal dengan reley 67N merupakan alat proteksi pada saluran transmisi udara tegangan tinggi yang bekerja hanya pada daerah operasinya saja, yaitu berdasarkan arah arus gangguan ke tanah.

Proteksi 67 N terdiri dari dua jenis, yaitu :

1. Netral Directional Time Over Current ( TOC ).

2. Netral Directional Instantaneous Over Current ( IOC ).

2.5.1 Penentuan Area Operasi Reley 67N ( Directional)

Pada reley GE UR D60 penentuan arah (direction) operasi reley ditentukan dengan mengkalkulasikan tegangan 3V0 dan 3I0. Tegangan -3V0 cerminan dari 3V0

dijadikan sebagai titik referensi untuk menentukan posisi garis element characteristic angle (ECA), garis ECA merupakan titik tengah dari karakteristik operasi reley arah. Dari garis ECA ini kemudian dapat dilakukan menarik garis lurus lagi ke sisi kiri dan kananya untuk menunjukan area operasi reley 67N.

(31)

Gambar 2.8 Area Operasi Reley Arah

2.5.2 Penentuan Setting Arus Lebih (Over Current)

Tujuan utama dari sistem koordinasi proteksi adalah sensitifitas sistem proteksi terhadap gangguan dengan tidak mengurangi sifat selektifitasnya. Untuk mendapatkan kedua hal tersebut maka dalam mensetting neutral directional over current reley diperlukan setting Instantaneous over current dan setting time over current.

Untuk mendapatkan setting Instantaneous over current didapatkan pada level maksimum arus hubung singkat pada titik 90% panjang saluran, hal ini dilakukan untuk menjaga jarak aman dari selektifitas proteksi. Sedangkan area diatas 90% di cover dengan waktu tunda (time overcurrent) yang akan di koordinasikan dengan reley proteksi diatas dan dibawahnya.

(32)

2.5.2.1 Penentuan Setting Instantaneous Overcurrent

Untuk mendapatkan besar nilai arus setting Instantaneous overcurrent di dapatkan dengan membagi hasil arus hubung singkat pada titik gangguan (90% panjang saluran) dengan perbandingan nilai trafo arus (CT ratio).

Iinst = ISCtotal/CTprim (2.40)

Keterangan:

Iinst = nilai setting arus Instantaneous (A)

ISCtotal = nilai arus total hubung singkat (A)

CTprim = nilai lilitan primer trafo arus (A)

2.5.2.2 Penentuan Setting Time Overcurrent

Untuk menentukan setting time overcurrent dapat menggunakan rumus seperti diatas tadi yaitu dengan membagi nilai arus hubung singkat dengan CT ratio. Nilai arus hubung singkat diambil berdasarkan nilai arus dari kontribusi masing-masing bus.

Rumus untuk perhitungan waktu trip dan kurva adalah sebagai berikut:

T = TMS. [(A/(I/Is)P – 1) +B] (2.41)

Keterangan: T = waktu trip

TMS = time multiplier setting (time dial) Is = nilai setting arus reley

I = nilai arus aktual

(33)

Tabel 2.1 Konstanta kurva standard IEEE

IEEE curve shape A B P TR

Extremely Inverse 28.2 0.1217 2.0000 29.1

Very Inverse 19.61 0.491 2.0000 21.6

Moderately Inverse 0.0515 0.1140 0.0200 4.85 Sumber: Manual book of GE UR L90

2.6 Arus Charging (Charging Current)

Arus charging adalah arus yang ditimbulkan pada saluran transmisi pada kondisi tidak berbeban karena pengaruh sifat kapasitansi di sepanjang saluran tersebut. Nilai arus ini akan mempengaruhi kerja dari reley arus lebih jika arus setting untuk reley arus lebih yang terpasang lebih kecil dari arus charging. Oleh karena itu setting nilai arus pada reley harus lebih besar dari nilai chargingnya.

Untuk menghitung besarnya arus charging pada suatu saluran transmisi dapat menggunakan rumus sebagai berikut:

T = VLN X Y0 (2.42)

Keterangan:

T = waktu trip

VLN = nilai setting arus reley

Y0 = nilai arus aktual

2.7 Pengaruh Perubahan Sistem Terhadap Setting Reley arah arus Lebih (Neutral Directional Overcurrent Reley)

(34)

Perubahan yang terjadi pada konfigurasi sistem baik yang dikarenakan karena adanya penambahan ataupun pemutusan pembangkit, pemutusan saluran transmisi karena adanya gangguan ataupun pemeliharaan akan mempengaruhi nilai arus hubung singkat pada satu titik gangguan. Penambahan ataupun pengurangan pembangkit akan mempengaruhi rating kapasitas dari hubung singkat pada sistem, sedangkan pemutusan saluran akan mempengaruhi perubahan nilai impedansi saluran. Perubahan nilai arus hubung singkat ini secara otomatis akan mempengaruhi nilai setting reley 67N baik untuk setting instantaneous overcurrentnya maupun untuk setting arus lebih dengan waktu tundanya (time overcurrent).

Sehingga perhitungan untuk setting reley 67N tersebut harus kita lakukan perhitungan ulang agar reley 67N tetap bisa beroperasi dengan baik.

2.8 Porgam ETAP

2.8.1 ETAP Powerstation 6.0.0

ETAP Powerstation 6.0.0 merupakan program yang digunakan untuk melakukan analisa pada jaringan listrik yang bisa diaplikasikan pada Microsoft Windows 2003/2008, XP, dan Vista operating sistem. Pada dasarnya ETAP dapat menggunakan real-time operating data untuk advance monitoring, real-time simulation, optimization, dan high speed intelligent load shedding.

Program ETAP telah dibuat berdasarkan 3 konsep utama yaitu: 1. Virtual Reality Operation

(35)

Program ini dibuat agar dapat beroperasi menyerupai kondisi sistem listrik yang sesungguhnya.

2. Total Integration Data

ETAP mengkombinasikan semua elemen data elektrik, logic, mekanikal, dan data fisik kedalam database yang sama. Sistem integrasi ini dibuat secara terus menerus oleh system untuk mencegah data ganda untuk satu element data yang sama.

3. Simplicity in Data Entry

ETAP menyiapkan data yang detail untuk setiap peralatan listrik. Data editor didisain untuk mempercapat proses memasukan data dengan meyusun property editor dengan cara yang sederhana untuk memasukan data yang berbeda tipe dari analisa maupun disainnya.

2.8.2 Membuat Project Dengan ETAP Powerstation 6.0.0

Dalam membuat aplikasi simulasi dengan ETAP Powerstation 6.0.0 aplikasi tersebut di kelompokan dalam sebuah project di ETAP Powerstation 6.0.0. Setiap project menyediakan fasilitas untuk membuat one-line diagram (pemodelan) dan analisa sistem tenaga listrik. untuk melakukan analisa sistem tenaga listrik pertama kita harus membuka program ETAP Powerstation 6.0.0 (pastikan program ETAP Powerstation 6.0.0 sudah terinstal) dengan cara double klick setelah program ETAP Powerstation 6.0.0 terbuka pilih menu File, kemudian New project

(36)

Gambar 2.9 Cara Membuat Project Baru Pada ETAP Powerstation 6.0.0

Gambar 2.10 Cara Membuat Nama Project Baru Pada ETAP Powerstation 6.0.0

Masukan nama file project yang diinginkan setelah itu, project baru siap digunakan untuk membuat one-line diagram dengan menggunakan one-line diagram editor yang telah tersedia.

Project View

Edit Toolbar

(37)

Gambar 2.11 Tampilan Work Sheet Project ETAP Powerstation 6.0.0

Dengan memanfaatkan menu-menu yang tersedia pada Edit toolbar, kita dapat memasukan berbagai macam komponen yang kita perlukan untuk membuat one line diagram yang akan kita lakukan analisa seperti generator, transformator, kabel, busbar, overcurrent reley, dan lain sebagainya.

Gambar 2.12 Tampilan Work Sheet Project ETAP Powerstation 6.0.0 Yang Sudah Selesai di Buat

Setelah memasukan semua konponen yang kita kita perlukan ke dalam one-line diagram editor, selanjutnya kita masuk ke properties dari masing-masing

One-line diagram in editor mode

(38)

komponen listrik tersebut untuk melakukan setting propertiesnya. Dengan cara double klik pada komponen tersebut bisa dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.13 Tampilan Properties Komponen Listrik Pada ETAP Powerstation 6.0.0

Setelah one-line diagram dan seluruh properties dari semua komponen yang dibuat selesai disetting, maka analisa sistem listrik tersebut dapat dilakukan. Dengan memanfaatkan juga aplikasi yang ada pada ETAP Powerstation 6.0.0 serta hasil perhitungannya juga langsung ditampilkan pada one-line diagramnya.

2.8.3 Analisa Aliran Daya

Dalam aplikasi program ETAP Powerstation 6.0.0 telah tersedia aplikasi untuk analisa aliran daya yaitu hanya dengan mengklik Load Flow Analysis yang terdapat pada Mode Toolbar, bisa dilihat pada gambar dibawah ini:

(39)

Gambar 2.14 Tampilan Mode Toolbar Pada Tombol Load Flow Analysis

Setelah di klik menu Load flow analysis maka fungsi tersebut telah aktif, kemudian pada sisi sebelah kanan akan muncul Load Flow Toolbar, bisa dilihat pada gambar dibawah ini;

Gambar 2.15 Tampilan Load Flow Toolbar

Fungsi dari menu-menu yang terdapat pada Load Flow Analysis adalah sebagai berukut:

1. Run Load Flow

Fungsinya untuk menampilkan hasil perhitungan Load Flow. Menu ini akan langsung menampilkan hasil perhitungan pada one-line diagram.

2. Display Option

Run Load Flow Display Option Alert

(40)

Fungsinya untuk menampilkan berbagai macam option untuk hasil analisa yang ditampilkan. Terdapat pilihan untuk mengatur warna angka hasil perhitungan, satuan yang digunakan dan sebagainya.

3. Alert

Fungsinya menampilkan nilai yang melebihi batas toleransi, sehingga pengguna dapat dengan mudah kondisi yang tidak normal pada system.

4. Report Manager

Berfungsi untuk menampilkan maupun mecetak laporan yang dihasilkan dari analisa pada sistem.

2.8.4 Analisa Hubung Singkat (Short Circuit Analysis)

ETAP Powerstation 6.0.0 juga telah menyediakan aplikasi untuk melakukan analisa hubung singkat yaitu dengan mengklik Short Circuit Analysis pada Mode Toolbar.

Gambar 2.16 Tampilan Mode Toolbar Pada Short Circuit Analysis Setelah itu dapat ditentukan bus yang akan kita lakukan analisa hubung singkat pada sistem. Hal ini dilakukan pada one-line diagram sistem dengan cara melakukan klik kanan pada bus yang ingin kita lakukan analisa, setelah melakukan klik kanan akan terlihat menu seperti gambar dibawah ini:

(41)

Gambar 2.17 Tampilan Menu Pada Bus

Kemudian untuk mengaktifkan hubung singkat pada sistem tersebut klik Fault. Untuk membatalkannya dapat di klik Don’t Fault. Pada sisi sebelah kanan terdapat short circuit toolbar. Fungsi dari toolbar-toolbar ini adalah untuk megaktifkan berbagaimacam fasilitas dan pengaturan yang diperlukan dalam analisa hubung singkat.

(42)

Gambar 2.18 Tampilan Short Circut Toolbar

Short Circuit Toolbar dengan standard ANSI/IEEE mempunyai beberapa menu seperti terlihat pada gambar diatas, untuk penjelasan fungsi dari masing-masing menu tersebut adalah sebagai berikut:

1. 3-Phase Faults - Device Duty

Berfungsi untuk menampilkan simulasi hubung singkat 3-phasa dengan standard ANSI C37.

Display Standard

3-Phase Faults - Device Duty

Panel/UPS/ 1-Ph System Device Duty

LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - ½ Cycle (Max. Short-Circuit Current)

LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 1.5 to 4 Cycle

LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 30 Cycle

(Min. Short-Circuit Current) Arc Flash Hazard Calculation Short-Circuit Display Options Alert View

(43)

2. Panel/UPS/ 1-Ph System Device Duty

Click on this button to perform a device duty short circuit study per ANSI Standards untuk bagian system dibawah panel, sebuah UPS and sebuah phase adapter.

LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - ½ Cycle (Max. Short-Circuit Current)

Berfungsi untuk simulasi hubung singkat pada line-to-ground, line-to-line, line-to-line-to-ground, dan hubung singkat 3-phasa dengan standard ANSI. Analisa perhitungan arus short circuit pada ½ cycle fault di bus.

3. LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 1.5 to 4 Cycle

Berfungsi untuk menampilkan simulasi hubung singkat 3-phasa, line-to-ground, line-to-line, line-to-line-to-line-to-ground, dan gangguan 3-phase berdasarkan standard ANSI. Analisa perhitungan arus short circuit pada 1.5 - 4 cycle fault di bus.

4. LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 30 Cycle (Min. Short-Circuit Current) Berfungsi untuk menampilkan simulasi hubung singkat 3-phasa, line-to-ground, line-to-line, line-to-line-to-line-to-ground, dan gangguan 3-phase berdasarkan standard ANSI. Analisa perhitungan arus short circuit pada 30 cycle fault di bus.

(44)

5. Arc Flash Hazard Calculation

Berfungsi untuk menampilkan simulasi Arc Flash Hazard analysis berdasarkan option yang dipilih pada Short-Circuit Study Case Arc Flash page (NFPA 70E or IEEE 1584).

6. Short-Circuit Display Options

Berfungsi untuk menampilkan berbagai macam option untuk hasil analisa yang ditampilkan. Terdapat pilihan untuk mengatur warna angka hasil perhitungan, satuan yang digunakan dan sebagainya.

7. Alert

Fungsinya menampilkan nilai yang melebihi batas toleransi, sehingga pengguna dapat dengan mudah kondisi yang tidak normal pada system.

8. Report Manager

Berfungsi untuk menampilkan maupun mecetak laporan yang dihasilkan dari analisa pada sistem.

(45)

BAB 3

METODE PEMBAHASAN

3.1 Sistem Jaringan Transmisi 115 kV PT. CPI Area Bekasap

Salah satu sistem jaringan transmisi yang ada di PT. CPI adalah jaringan transmisi 115 kV. Untuk menjaga keandalannya, dan pencegahan terhadap gangguan jaringan transmisi 115 kV tersebut dilengkapi dengan beberapa reley proteksi diantaranya adalah reley jarak (Distance Reley), reley differensial dan reley arus lebih (Overcurrent reley). Jenis overcurrent reley yang digunakan adalah neutral directional overcurrent reley (67N).

Seiring dengan meningkatnya kebutuhan listrik di PT. CPI dimana berbanding lurus dengan penambahan-penambahan sumur baru, maka untuk memenuhi hal tersebut dibangun substation baru bernama Gulamo substation antara Central Duri-Bangko yang dijadikan dalam pembahasan skripsi ini, berikut ini adalah sistem transmisi 115 kV area Central Duri-Bangko.

(46)

3.1.1 Data Konduktor Jaringan Transmisi 115 kV Central Duri-Bangko

Untuk data konduktor yang di pakai yaitu kawat penghantar dengan tipe ACSR (Alluminium Conductor Stell Rainforced) ukuran n 336.4 MCM jumlah kawat penghantar yang digunakan adalah 30 strand serta panjang masing-masing jaringan transmisi antara 1 bus dengan bus yang lain bisa dilihat pada tabel berikut dibawah ini:

Tabel 3.1 Data Panjang dan Impedansi Konduktor

Saluran

Konduktor Impedansi (ohm)/Km

Urutan Positif Urutan Nol

Jenis (MCM) Panjang (Km) R1 X1 R0 X0 CD-BTG 336.4 34 0.2987 0.79348 0.869 244.036 BTG-STG 336.5 35.6 0.2987 0.79348 0.870 244.037 STG-BKO 336.6 13.5 0.2987 0.79348 0.871 244.038 STG-MGL 336.7 11.4 0.2987 0.79348 0.872 244.039 CD-RKN 336.8 23.7 0.2987 0.79348 0.873 244.040 RKN-GLM 336.9 7.1 0.2987 0.79348 0.874 244.041 GLM-MGL 336.10 31.9 0.2987 0.79348 0.875 244.042 CD-PMT 336.11 16 0.2987 0.79348 0.876 244.043 BKO-NLA 336.12 13.5 0.2987 0.79348 0.877 244.044 NLA-PNG 336.13 20.5 0.2987 0.79348 0.878 244.045 NLA-BLM 336.14 15 0.2987 0.79348 0.879 244.046

Sumber: PT. CPI/ PG&T/ TDO-BKS

3.1.2 Data Existing Jaringan Transmisi 115 Kv Central Duri-Bangko

Untuk data existing jaringan transmisi Central Duri-Bangko sebelum adanya penambahan substation Gulamo bisa dilihat pada gambar berikut:

(47)

Gambar 3.2 Saluran Exixting Transmisi 115 kV PT. CPI Central Duri-Bangko Berikut ini data untuk reley 67N yang di pakai dan dipasang pada jaringan transmisi 115 kV Central Duri-Bangko.

Tabel 3.2 Data Reley Yang Terpasang Pada Jaringan Transmisi 115 kV CD-BKO Saluran Merk Reley Reley Model CT Ratio NLA-PNG GE L90 600/5 NLA-BLM GE L90 600/5 BKO-NLA GE L90 600/5 STG-BKO GE L90 600/5 STG-MGL GE L90 600/5 MGL-STG GE L90 1200/5 GLM-MGL GE L90 600/5 MGL-GLM GE L90 1200/5 RKN-GLM GE L90 600/5 GLM-RKN GE L90 600/5

(48)

CD-RKN GE L90 600/5 RKN-CD GE L90 600/5 BTG-STG GE L90 600/5 STG-BTG GE L90 600/5 CD-BTG GE L90 600/5

3.1.3 Data Circuit Breaker

Circuit breaker yang digunakan pada saluran transmisi 115 kV PT. CPI umumnya adalah jenis Oil Circuit Breaker (OCB) dan Gas Circuit Breaker (GCB). Data umum dari circuit breaker tersebut adalah sebagai berikut:

a. Oil Circuit Breaker (OCB)

 Pabrikan (Manufacturing) : General Electric

 Tipe (Type) : FK-121-22000

 Tegangan (Voltage Rating) : 115 kV  Interruoter Rating : 22000 Amp  Continuous Current : 1200 Amp

b. Gas Circuit Breaker (GCB)

 Pabrikan (Manufacturing) : ABB

 Tipe (Type) : 145 PMC 40-31.5

 Tegangan (Voltage Rating) : 145 kV  Interruoter Rating : 40000 Amp  Continuous Current : 3150 Amp

(49)

Arah operasi untuk reley untuk area Central Duri-Bangko dimana sikarenakan adanya penambahan Gulamo substation bisa dilihat seperti gambar 3.3. Breaker 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 13, 14, 15 di set membaca gangguan ke arah kanan, sedangkan breaker 3, 5, 7, 9, 11 diset untuk membaca gangguan ke arah kiri.

Gambar 3.3 Ilustrasi Arah Operasi Reley 67N

3.2Perubahan Setting Reley 67N PT. CPI Akibat Penambahan Gulamo Substation

Permasalahan yang terjadi ketika dilakukan penambahan substation baru, yaitu Gulamo substation antara Central Duri-Bangko mengakibatkan settingan reley arus lebih netral berarah (67N) harus dilakukan perhitungan ulang baik IOC (Instantenous Overcurrent) maupun TOC (Time Overcurrent), sehingga sistem proteksi 67N jaringan transmisi 115 kV PT. CPI tetap berkerja dengan baik.

(50)

3.3 Metode dan Sistematika Pembahasan

Untuk menyelesaikan pembahasan setting reley 67N yang diakibatkan karena adanya penambahan Gulamo substation dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

1.Menghitung arus hubung singkat satu phase ke tanah pada bus Balam, Pinang, Nella, bangko, Sintong, Menggala, Gulamo, dan Rokan dengan menggunakan software ETAP Powerstation 6.0.0, sebagai dasar untuk melakukan setting reley 67N pada kondisi real nantinya.

2.Menentukan setting dan koordinasi reley netral directional overcurrent (67N).

(51)

BAB 4 PEMBAHASAN

4.1 Simulasi Gangguan Hubung Singkat

Pada sistem kelistrikan PT. CPI kondisi jringan yang di bahas dalam skripsi ini yaitu jaringan 115 kV, sehingga untuk mendapatkan data arus gangguan hubung singkat dilakukan dengan menggunakan simulasi ETAP Powerstation 6.0.0 pada sistem 115 kV yang dikarenakan adanya penambahan substation Gulamo antara Central Duri-Bangko. Penambahan substation ini juga menimbulkan penambahan panjang jaringan transmisi 115 kV sepanjang 4 km antara substation Rokan-Gulamo dan substation Rokan-Gulamo-Menggala. Untuk itu setting dari reley 67N yang terpasang harus dilakukan perhitungan ulang, maka untuk mendapatkan nilai arus hubung singkat ada beberapa hal yang harus diperhatikan:

1. Kondisi saluran transmisi 230 kV dan 115 kV pada kondisi normal.

2. Semua pembangkit pada kondisi mensupply dayak e sistem jaringan, kecuali turbin 3,4, dan 6 di minas serta turbin 7 duri.

3. Panjang jaringan transmisi antara antara substation Rokan-Gulamo dan substation Gulamo-Menggala sudah ditambahkan 4 km.

(52)

Dalam pembahasan di skripsi ini ketika kita ingin melakukan setting reley arus lebih netral berarah (67N) ada 2 hal yang harus kita lakukan setting yaitu:

1. Netral Directional Time Over Current ( TOC ).

2. Netral Directional Instantaneous Over Current ( IOC ).

Untuk menghitung setting IOC dan TOC maka harus di lakuakan terlebih dahulu perhitungan gangguan hubung singkat dengan ETAP powerstation 6.0.0. Data pada skripsi ini diambil pada gangguan 90% dan 100 % masing-masing bus.

4.1.1 Data Gangguan Hubung Singkat 90% Saluran.

Gambar 4.1 Simulasi Gangguan Hubung Singkat 90% Pada Saluran Nella-Balam, Nella-Pinang, dan Bangko-Nella.

Untuk dapat menghitung IOC pada jaringan transmisi 115 kV Central Duri-Bangko yang dikarenakan adanya penambahan Gulamo substation maka harus didapatkan terlebih dahulu arus gangguan pada 90 % saluran masing-masing bus dengan menggunakan ETAP Powerstation 6.0.0. untuk simulasinya bisa dilihat pada gambar dibawah ini:

(53)

Gambar 4.2 Tampilan Simulasi Dengan ETAP (90% arus gangguan pada Nella-Pinang, Nella-Balam, dan Bangko-Nella.)

Gambar 4.3 Tampilan Simulasi Dengan ETAP (90% arus gangguan pada Sintong-Batang, Rokan-Gulamo, Gulamo-Menggala, dan Menggala-Sintong)

(54)

Dari simulasi ETAP yang dilakukan pada gangguan 90% saluran maka kita dapatkan data arus gangguan hubung singkat pada masing-masing saluran (bus) yaitu:

Tabel 4.1 Data Arus Gangguan Pada Masing-Masing Saluran

Jaringan 3I0 (kA) 3I0 (A) NLA-PNG 1,040778 1040,778 NLA-BLM 1,1527305 1152,7305 BKO-NLA 1,3149597 1314,9597 STG-BKO 1,6506621 1650,6621 STG-MGL 0,91802 46 918,024 6 MGL-STG 1,0255413 1025,5413 GLM-MGL 1,2171591 1217,1591 MGL-GLM 0,6050667 605,0667 RKN-GLM 2,1633054 2163,3054 GLM-RKN 0,5244162 524,4162 CD-RKN 2,8435338 2843,5338 RKN-CD 0,15048 81 150,488 07 BTG-STG 1,1220249 1122,0249 STG-BTG 0,6306507 630,6507 CD-BTG 2,1057258 2105,7258

(55)

4.1.2 Data CT (Current Transformer) Ratio Pada Masing-Masing Breaker Untuk data CT ratio pada masing-masing breaker dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 4.2 Data CT Ratio Yang Terpasang

Saluran ReleyMerk ModelReley RatioCT NLA-PNG GE L90 600/5 NLA-BLM GE L90 600/5 BKO-NLA GE L90 600/5 STG-BKO GE L90 600/5 STG-MGL GE L90 600/5 MGL-STG GE L90 1200/5 GLM-MGL GE L90 600/5 MGL-GLM GE L90 1200/5 RKN-GLM GE L90 600/5 GLM-RKN GE L90 600/5 CD-RKN GE L90 600/5 RKN-CD GE L90 600/5 BTG-STG GE L90 600/5 STG-BTG GE L90 600/5

(56)

CD-BTG GE L90 600/5

4.2 Setting Instantaneous Overcurrent (IOC) Reley 67N.

\ Setelah melakuakan simulasi untuk mendapatkan nilai arus gangguan pada masing-masing saluran (tabel 4.1) dan dengan data CT yang terpasang (tabel 4.2), maka dapat dilakukan perhitungan untuk setting IOC pada masing-masing breker yang ada pada saluran 115 kV Central Duri-Bangko dengan persamaan 2.40.

Gambar 4.4 Saluran Transmisi Central Duri-Bangko

Dengan persamaan:

Iinst = ISCtotal/CTprim Keterangan:

Iinst = nilai setting arus Instantaneous (Ampere)

ISCtotal = nilai arus total hubung singkat (Ampere)

CTprim = nilai lilitan primer trafo arus (Ampere)

Contoh perhitungan Mencari IOC untuk reley di jaringan Gulamo-Menggala: Iinst = ISCtotal/Ctprim

(57)

= 2,028 A.

 Jaringan Menggala-Gulamo: Iinst = ISCtotal/Ctprim

= 605,0667/1200 = 0,504 A.

 Jaringan Rokan-Gulamo: Iinst = ISCtotal/Ctprim

= 2163,3054/600 = 3,605 A.

 Jaringan Gulamo-Rokan: Iinst = ISCtotal/Ctprim

= 524,4162/600

= 0,874 A.

Maka nilai IOC untuk masing-masing reley pada saluran bisa dilihat dalam tabel berikut:

Tabel 4.3 Nilai Setting Instantaneous Overcurrent (IOC) Reley

Jaringa

n (kA)3I0 3I0 (A)

CT prime r) IOC NLA-PNG 1,040778 1040,778 600 1,73463 NLA-BLM 1,1527305 1152,7305 600 1,921218 BKO-NLA 1,31495 97 1314,95 97 600 2,1916 STG-BKO 1,6506621 1650,6621 600 2,751104 STG-MGL 0,9180246 918,0246 600 1,530041 MGL-STG 1,0255413 1025,5413 1200 0,854618 GLM-MGL 1,2171591 1217,1591 600 2,028599

(58)

MGL-GLM 0,6050667 605,0667 1200 0,504222 RKN-GLM 2,1633054 2163,3054 600 3,605509 GLM-RKN 0,5244162 524,4162 600 0,874027 CD-RKN 2,8435338 2843,5338 600 4,739223 RKN-CD 0,1504881 150,48807 600 0,250813 BTG-STG 1,12202 49 1122,02 49 600 1,8700 42 STG-BTG 0,6306507 630,6507 600 1,051085 CD-BTG 2,1057258 2105,7258 600 3,509543

4.3 Setting Koordinasi Reley 67N

Untuk dapat menentukan setting koordinasi reley 67N, kita harus menentukan terlebih dahulu titik dan nilai referensi yang akan menjadi acuan untuk setting reley berikutnya. Pada pembahasan skripsi ini untuk mensetting reley 67N diberikan referensi titik dan nilai pada jaringan paling kanan yaitu Pinang dan Nella-Balam. Dengan demikian setting waktu kerja untuk circuit breaker Nella-Pinang dan Nella-Balam akan menjadi acuan untuk koordinasi reley diatasnya, dan jaringan paling kiri yaitu Rokan-Central Duri dan Sintong-Batang. Waktu koordinasi antara reley adalah 0,2-0,3 detik, nilai ini adalah nilai minimum yang dianjurkan.

(59)

Gambar 4.5 Asumsi Waktu koordinasi Antara Circuit Breaker

Akan tetapi dalam skripsi ini ketika kita menggunakan simulasi ETAP 6.0.0 nilai koordinasi antar reley menjadi 0,15 detik dikarenakan 0,05 detik sudah terpakai oleh Circuit breaker.

Langkah awal kita untuk menghitung Time Over Current adalah dengan memberikan gangguan di 100% masing-masing saluran yang akan kita hitung setting TOC dimulai dari yang paling kanan dengan berpedoman pada titik dan nilai referensi yang telah kita berikan sebelumnya pada jaringan paling kanan Nella-Pinang dan Nella-Balam, dan jaringan paling kiri Rokan-Central Duri dan Sintong-Batang.

(60)

Gambar 4.6 Contoh Simulasi 100% Gangguan Pada Nella-Balam

Selain data I fault pada gangguan di 100% saluran untuk menghitung TOC kita juga harus menentukan I set nya. I set adalah nilai pick up dimana reley baru merasakan adanya gangguan. Nilai I set diasumsikan bertingkat menurut urutan koordinasi yang akan dibuat.

Berikut ini adalah data I set yang telah kita tentukan:

(61)

Saluran

Fau lt

Loc I fault (A) I set (A) (A)CT Pick Up (A)

NLA-PNG PNG 1010 ₂₀ ₆₀₀ _0,033 NLA-BLM BLM 1096 ₂₀ ₆₀₀ _0,033 BKO-NLA NLA 1350 ₂₄ ₆₀₀ _0,040 STG-BKO BKO 1700 28 600 0,047 STG-MGL MGL 876 30 600 0,050 MGL-STG STG 1060 30 1200 0,025 GLM-MGL MGL 1220 32 600 0,053 MGL-GLM GLM 608 32 1200 0,027 RKN-GLM GLM 2230 34 600 0,057 GLM-RKN RKN 544 ₄₀ ₆₀₀ _0,067 CD-RKN RKN 2760 ₄₀ ₆₀₀ _0,067 RKN-CD CD 2760 ₄₄ ₆₀₀ _0,073 BTG-STG STG 1130 ₄₄ ₆₀₀ _0,073 STG-BTG BTG 202 ₄₆ ₆₀₀ _0,077 CD-BTG BTG 2030 ₄₆ ₆₀₀ _0,077

Dari data yang kita dapatkan pada tabel diatas, maka dengan menggunakan rumus 2.41, kita sudah dapat melakukan perhitungan setting koordinasi untuk masing-masing Circuit Breaker. Dengan memperhatikan nilai referensi yang telah kita berikan sebelumnya pada jaringan paling kanan Nella-Pinang dan Nella-Balam, dan jaringan paling kiri Rokan-Central Duri dan Sintong-Batang yaitu masing-masing 0,2 detik. Dimana urutan kerja antara reley ke reley yang kita gunakan dalam skripsi ini adalah 0,15 detik dikarenakan pada simulasi ETAP powerstation 6.0.0, 0,05 detik (50 ms) sudah dipakai oleh circuit breaker.

(62)

Gambar.4.7 Data Bahwa 0,05 detik Sudah di Pakai Oleh Circuit Breaker Dalam Simulasi ETAP Powerstation 6.0.0

Maka perhitungan untuk setting TOC pada masing-masing reley pada jaringan yaitu:

4.3.1 Waktu Trip Untuk reley Nella-Pinang (Nilai referensi) reley paling kanan

• Reley Nella-Pinang TMS = 0,2 A

Curve Extremely Inverse (A = 28,2 B = 0,1217 C = 2) I fault = 1010 A

I set = 20 A

Maka : T = TMS. [(A/(I/Is)P – 1) +B]

= 0,2 . [(28,2/(1010/20)2_-1)+0,1217]

T = 0,0265 A

4.3.2 Waktu Trip Untuk reley Nella-Balam (Nilai referensi) reley paling kanan

(63)

TMS = 0,2 A

I set = 20 A

Maka : T = TMS. [(A/(I/Is)P – 1) +B]

= 0,2 . [(28,2/(1096/20)2_-1)+0,1217]

T = 0,0262 A

4.3.3 Waktu Trip Untuk reley Sintong-Batang (Nilai referensi) reley paling kiri

• Sintong-Batang TMS = 0,2 A

I set = 46 A

Maka : T = TMS. [(A/(I/Is)P – 1) +B]

= 0,2 . [(28,2/(202/46)2_-1)+0,1217]

T = 0,339 A

4.3.4 Waktu Trip Untuk reley Rokan-Central Duri (Nilai referensi) reley paling Kiri.

(64)

TMS = 0,2 A

I set = 44 A

Maka : T = TMS. [(A/(I/Is)P – 1) +B]

= 0,2 . [(28,2/(2760/44)2_-1)+0,1217]

T = 0,0258 A

Setelah kita dapatkan waktu trip referensi baru kita bisa menghitung setting koordinasi untuk reley-reley berikutnya:

4.3.5 TMS Untuk reley Bangko-Nella

Ketika kita akan menghitung TMS reley Bnagko-Nella kita harus melihat reley di depannya (reley Nella-Pinang dan Nella-Balam) sebagai T referensi, sehingga ketika kita menghitung TMS reley Bangko-Nella maka T yang kita pakai yaitu T pada saat gangguan di Nella, di Pinang, dan di Balam kemudian kita ambil nilai TMS yang paling besar, perhitungannya adalah sebagai berikut:

 Bangko-Nella Fault di Nella: T = 0,15

I set = 24 A

Maka : T = TMS. [(A/(I/Is)P – 1) +B]

0,15 = TMS . [(28,2/(1350/24)2_-1)+0,1217]

(65)

 Bangko-Nella Fault di Pinang: T = 0,0265+0,15 = 0,1765

I set = 24 A

Maka : T = TMS. [(A/(I/Is)P – 1) +B]

0,1765 = TMS . [(28,2/(1010/24)2_-1)+0,1217]

TMS = 1,282 A  Bangko-Nella Fault di Balam:

T = 0,0262+0,15 = 0,1762

I set = 24 A

Maka : T = TMS. [(A/(I/Is)P – 1) +B]

0,1762 = TMS . [(28,2/(1096/24)2_-1)+0,1217]

TMS = 1,302 A

Maka TMS yang kita pakai untuk reley Bangko-Nella adalah TMS = 1,302 A. Begitu juga untuk setting reley-reley berikutnya kita harus memperhatikan setting reley di depannya sebagai T referensi.

Maka untuk setting TMS untuk reley keseluruhannya bisa dilihat pada tabel berikut: Tabel 4.5 Data Perhitungan TMS Antara Reley

Reley

Loc. Loc.Fault I set T-1 T CT I fault TMS

Sintong Bangko 28 0 0,15 600 1700 1,159625

nela 28 0,169 0,319 600 1350 2,38351

(66)

Reley

Loc. Loc.Fault I set T-1 T CT TMS

menggal

a sintong 30 0 0,15 1200 1060 1,039456

batang 30 0,339 0,489 1200 202 2,631991

TMS yang digunakan 2,631991

Reley

Gulamo Menggala 32 0 0,15 600 1220 1,062966 Sintong 32 0,379 0,529 600 1060 3,588297

Reley

rokan gulamo 34 0 0,15 600 2230 1,169528

mengg

ala 34 0,5 0,65 600 1220 4,525857

Reley

CD rokan 40 0 0,15 600 2760 1,175324

Gulamo 40 0,57 0,72 600 2230 5,505593

Reley

Gulamo rokan 40 0 0,15 600 544 0,545466

CD 40 0,025774 0,175774 600 2670 1,372906

Reley

Menggg

ala gulamo 32 0 0,15 1200 608 0,749875

rokan 32 0,377 0,527 1200 544 2,399636

Reley

sintong menggala 30 0 0,15 600 948 1,000207 gulamo 30 0,467 0,617 600 608 3,238429

Reley

batang sintong 44 0 0,15 600 1130 0,911738

bangko 44 0,3 0,45 600 1700 3,200484

(67)

Loc. lt

CD batang 46 0 0,15 600 2030 1,101422

sintong 46 0,52 0,67 600 1130 3,976052

(68)

Gambar 4.9 Contoh Simulasi ETAP powerstation 6.0.0 Koordinasi Reley Pada Saat Gangguan 100% Saluran di Gulamo

4.4 Arah (Directional) dan Selektifitas Reley 67N

Pada skripsi ini penentuan arah reley dan selektifitas kerja dari reley 67N akan dicontohkan pada jaringan Gulamo-Menggala dengan memberikan gangguan hubung singkat pada 90% Gulamo-Menggala.

Gambar 4.10 Tampilan Simulasi ETAP Powerstation 6.0.0 (Gangguan 90% saluran Gulamo-Menggala)

(69)

Gambar 4.11 Tampilan Report Manager Simulasi ETAP Powerstation 6.0.0 (Gangguan 90% saluran Gulamo-Menggala)

Tabel 4.6 Data Hasil Simulasi (Gulamo-Menggala)

Saluran _GangguanTitik _{Mag. Ang.}Va(%kV) _Mag.Vb(%kV)_Ang. _Mag.Vc(%kV)_Ang. MGL Mgl_Rkn10% 4,34 -3,5 132,78 -138,2 136,11 136,7

GLM Bus22 44,70 -1,9 118,83 -131,2 121,09 130,2

Saluran _GangguanTitik _Mag.Ia(kA)_Ang. _Mag.Ib(kA)_Ang. _Mag.Ic(kA)_Ang. _I0 I0(kA)_Ang. MGL Mgl_Rkn10% 1,095 -73,8 0,096 100,7 0,096 100,7 0,301 -72,67 GLM Bus22 1,087 -71,4 0,096 -79,3 0,096 -79,3 0,426 -72,14 Setelah kita mendapatkan sudut I0, maka kita dapat mengetahui arah kerja dari reley 67N dengan membandingkan besarnya sudut I0 terhadap sudut batas area operasi reley (Forward/Reverse limit angel). Jika besar I0 lebih kecil dari sudut FWD LA maka reley akan bekerja, sedangkan jika I0 lebih besar dari sudut FWD LA maka reley tidak akan bekerja.

Asumsi setting untuk penentuan arah kerja reley:

(70)

Sudut Batas : 80° (Forward/Reverse Limit angel) I pick up : 0,053

Dengan asumsi setting tersebut diatas maka dari data pada tabel 4.5 dapat dilihat sudut (I0) yang dirasakan oleh reley di Gulamo dan Menggala lebih kecil dari FWD LA sehingga reley akan bekerja untuk memerintahkan circuit beraker yang mengarah ke titik gangguan untuk membuka (trip).

(71)

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari pembahasan pada BAB 4 skripsi ini, maka bisa diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Ketika terjadi penambahan Substation Gulamo dan panjang jaringan transmisi sepanjang 4 km Rokan-Gulamo dan Gulamo-Menggala antara Central Duri-Bangko maka setting reley proteksi 67N harus dilakukan perhitungan ulang sehingga sistem proteksi reley 67N tetap beroperasi secara baik.

2. Ketika menggunakan simulasi ETAP powerstation 6.0.0 untuk perhitungan setting reley 67N jarak waktru trip antara reley ke reley tidak 0,2 detik melainkan 0,15 detik dikarenakan pada simulasi ETAP Powerstation 6.0.0 waktu breaker diperhitungkan 0,05 detik.

3. Dikarenakan penambahan substation Gulamo setting IOC dan TMS reley 67N sekarang adalah sebagai berikut:

(72)

Saluran CT Prim (A) IOC (A) I set (A) TMS (A) NLA-PNG 600 1,7346 3 20 0,2 NLA-BLM 600 1,921218 20 0,2 BKO-NLA 600 2,1916 24 1,3 STG-BKO 600 2,751104 28 2,3 STG-MGL 600 1,530041 30 3,2 MGL-STG 1200 0,854618 30 2,6 GLM-MGL 600 2,0285 99 32 3,5 MGL-GLM 1200 0,5042 22 32 2,3 RKN-GLM 600 3,605509 34 4,5 GLM-RKN 600 0,874027 40 1,3 CD-RKN 600 4,739223 40 5,5 RKN-CD 600 0,250813 44 0,2 BTG-STG 600 1,870042 44 3,2 STG-BTG 600 1,0510 85 46 0,2 CD-BTG 600 3,509543 46 3,9 5.2 Saran

1. Setiap terjadi perubahan pada sistem jaringan transmisi 115 kV Central Duri-Bangko terutama ketika terjadi penambahan substatio baru setting dari reley 67N harus dilakukan perhitungan ulang.

3. Dengan adanya penambahan substatio Gulamo antara Central

Duri-Bangko perlu dilakukan perubahan setting seperti tertera pada tabel kesimpulan diatas.

(73)

Daftar Pustaka

[1] Sadat, Hadi. “Power System Analysis”. International Edition, WBC/McGraw Hill Companies.inc. United states. 1999.

[2] Cekdin, Cekmas. Sistem Tenaga Listrik (contoh soal dan penyelesaiannya menggunakan Matlab). Penerbit Andi. Yogyakarta. 2007.

[3] S, J.C. Power System Analysis (Short-Circuit Load Flow and Harmonic). Amec, inc. Atlanta, Georgia. 2002.