Makalah Tugas Akhir. ANALISA GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA JARINGAN SUTT 150 kv JALUR KEBASEN BALAPULANG BUMIAYU MENGGUNAKAN PROGRAM ETAP

(1)

1

Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP Semarang 2

Staff Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP Semarang

Makalah Tugas Akhir

ANALISA GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA JARINGAN SUTT 150 kV JALUR KEBASEN – BALAPULANG – BUMIAYU MENGGUNAKAN PROGRAM ETAP

Rachmad Hidayatulloh1, Juningtyastuti2, Karnoto2

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia

[email protected]

ABSTRACT

Transmission system is very vulnerable to disruption, especially on the SUTT 150kV line this leads to decreased reliability of the electrical system, so that from the electricity providers and consumers alike suffered losses.

There are several types of disturbances that often occur in SUTT 150 kV line, one of which is a short circuit interruption on the line SUTT. The first step, the author tries to calculate and analyze interference SUTT 150 kV line in order not to damage the equipment interference is used. Interference analysis is conducted by simulating the disorder with the help of ETAP software version 4.0.

The results of calculation and analysis indicates that the short circuit fault current in the event that the smallest disruption to the flow of one phase and the biggest annoyances is when an interruption of 3 phase. Safety relays are used to consist of two types include safety relays Distance which is the main (main Protection) for the 3 phase fault current If the largest in Bus 2 is 21.383 kA the Distance relays mounted on Bus 2 detects disturbances in Zone 1, which zone 1 has tms = 0 seconds (instant), while relay OCR is a safety backup (backup protection) due to the fault current If 3 phase biggest Bus 2 is 21.383 kA OCR then relays mounted on Bus 2 large tms = 0.24 sec . So relay Distance will always work first than relay OCR during the disruption.

Keyword : Disturbance Analysis, SUTT 150 kV line, ETAP Software version 4.0, Relay Distance, Relay OCR.

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah

Listrik sekarang ini sudah menjadi kebutuhan sekunder yang penting bagi seluruh masyarakat baik di perkotaan maupun pedesaan, bahkan industri-industri juga menggunakan listrik dari PLN untuk kelangsungan proses produksi.

Ketersediaan listrik PLN dari pembangkit-pembangkit di pulau Jawa sudah cukup untuk memenuhi kebutuhan konsumen seluruh pulau Jawa-Bali, namun dalam proses penyaluran listrik tersebut masih banyak muncul kendala / gangguan yang terjadi. Banyak faktor yang dapat menyebabkan terjadinya gangguan sistem tenaga listrik diantaranya adalah gangguan pada sistem Transmisi baik itu transmisi Tegangan Tinggi (SUTT) atau transmisi Tegangan Extra Tinggi (SUTET), baik gangguan tiga fasa, antar fasa maupun gangguan fasa ke tanah. Penyebabnya bermacam-macam antara lain kelebihan beban, jaringan yang terganggu, dan lain-lain, untuk meminimalisir area gangguan dan mempersingkat waktu terjadinya gangguan maka perlu dipasang peralatan proteksi yang cocok untuk mengatasi gangguan yang muncul. Sistem proteksi

bertujuan untuk mengurangi terjadinya gangguan serta mengurangi akibat gangguan tersebut. Sistem Proteksi yang digunakan haruslah mampu melindungi Sistem Transmisi baik SUTT maupun SUTET secara optimal, handal serta memiliki sensitifitas tinggi. Banyak peralatan proteksi (dalam hal ini rele pengaman) yang digunakan pada pengaman sistem transmisi diantaranya adalah Rele Arus Lebih / Over Current Rele (OCR) dan Rele Jarak (Distance Rele). Prinsip kerja rele OCR adalah mendeteksi kelebihan arus akibat beban lebih atau terjadi hubung singkat pada sistem, maka Rele memerintahkan PMT untuk membuka sehingga gangguan dapat dilokalisi. Sedangkan Distance Rele adalah untuk mendeteksi impedansi saluran yang terjadi gangguan di sepanjang jalur Transmisi, sehingga diketahui zona titik gangguan.

Kedua rele (OCR dan Distance) diaplikasikan untuk mengatasi gangguan hubung singkat pada line SUTT Kebasen – Balapulang – Bumiayu agar sistem kelistrikan di daerah tersebut lebih handal. Untuk menganalisa besarnya arus gangguan hubung singkat untuk menentukan seting rele digunakan program simulator yaitu program ETAP.

(2)

2

1.2 Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :

1. Menghitung dan menganalisis besarnya Arus gangguan pada jaringan SUTT 150kV Kebasen – Balapulang – Bumiayu di area PT. PLN (Persero) APP Purwokerto.

2. Menghitung dan menganalisa jarak/zona gangguan untuk rele Distance

3. Menghitung dan menganalisa setting rele OCR 4. Menganalisa koordinasi antara rele OCR

dengan rele Distance

1.3 Pembatasan Masalah

Untuk menghindari presepsi yang salah dan meluasnya pembahasan, maka pada penelitian ini pembatasan masalahnya meliputi :

1. Standard rele OCR yang digunakan adalah Standard Inverse.

2. Karakteristik rele Distance yang digunakan adalah karakteristik Mho.

3. Impedansi Generator ZG diabaikan.

4. Standarisasi perhitungan mengacu pada standard IEC.

5. Program Simulator yang digunakan adalah program ETAP Versi 4.0, dan digunakan untuk mensimulasi arus hubung singkat.

6. Semua nilai impedansi real, impedansi shunt, arus magnetisasi, arus pengisian saluran transmisi dan arus beban nol diabaikan.

7. Impedansi bersama (timbal balik) antara saluran diabaikan.

II. DASAR TEORI 2.1 Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik adalah sistem penyaluran energi listrik dari pembangkit kepelanggan yang membutuhkan energi listrik tersebut. Pada gambar 2.1 ditunjukkan suatu sistem kelistrikan terpadu, seperti: generator, transformator, jaringan tenaga listrik dan beban listrik.

Busbar 1 Busbar 2

Generator

Transmisi

Gb 2.1 Sistem Tenaga Kelistrikan

Secara garis besar suatu sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan atas 3 bagian sub sistem. Bagian sub sistem tersebut terdiri dari beberapa komponen dan peralatan yang saling berhubungan, antara lain : 1 Sistem pembangkitan yang meliputi generator

dan gardu induk pembangkit.

2 Sistem penyaluran meliputi : Jaringan transmisi, gardu induk, jaringan sub-transmisi.

3 Bagian distribusi dan beban meliputi : Gardu induk distribusi, jaringan distribusi primer, gardu distribusi, jaringan distribusi sekunder, beban listrik / pelanggan.

2.2 Pembangkit Tenaga Listrik

Energi listrik merupakan energi yang setiap periode kebutuhannya semakin bertambah. Untuk itu perlu adanya pemanfaatan energi listrik secara optimum dengan sistem distribusi daya yang efektif.

Pusat pembangkit tenaga listrik dapat dibedakan menjadi :

1) Pusat pembangkit tenaga listrik konvensional, terdiri dari :

 Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA).

 Pusat Listrik Tenaga Thermo (PLTT), meliputi :

- Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) - Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG) - Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD) - Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) - Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi

(PLTB)

2) Pusat tenaga listrik non konvensional, terdiri dari :

 Pusat Listrik Tenaga Angin.  Pusat Listrik Tenaga Matahari.  Pusat Listrik Tenaga Pasang Surut. 2.2.1 Generator / Motor Listrik

Suatu sistem pembangkit yang ditunjukkan pada gambar 2.2 yang merupaka rangkaian setara generator berikut ini,

E

X sinkron

R

V

Gambar 2.2. Rangkaian setara suatu generator (mesin serempak )

terdiri dari beberapa bagian penting yaitu motor serempak, dalam motor serempak terdapat dua

(3)

3 bentuk konstruksi rotor yang menghasilkan

karakteristik yang sangat berpengaruh terhadap operasi suatu sistem, yaitu motor serempak dengan rotor bulat (Round or cylindrical rotor) dan motor serempak dengan kutub menonjol (the salient pole

rotor). Diameter rotor bulat relatif lebih kecil

dibandingkan diameter rotor dengan kutub menonjol. Motor serempak dengan rotor bulat dioperasikan pada putaran tinggi, dan dikenal sebagi turbo generator. Rangkaian setara motor serempak diberikan sebagai suatu sumber tegangan dengan satu impedansi yang dihubungkan seri dengan sumber tegangan tersebut. Pengaruh reaksi jangkar dan fluks bocor merupakan reaktansi sinkron. Tahanan setiap fasa dari belitan jangkar yang terhubung seri dengan reaktansi dapat diabaikan terhadap reaktansinya.Rangkaian setara tersebut digunakan untuk menganalisis suatu sistem tenaga listrik hanya dalam keadaan tetap.

Berdasarkan gambar 2.2 digunakan untuk menghitung arus hubung singkat, dengan persamaan berikut : 𝐼𝐺 = 𝐸 (𝑅 + 𝐽𝑋) Dimana: 𝐼𝐺 = Arus Gangguan

𝐸 = Tegangan sumber / Generator 𝑅 = Tahanan real

𝑋 = Tahanan imajiner 2.2.2 Sistem Penyaluran 2.2.2.1 Jaringan Transmisi

Transmisi adalah proses penyaluran energi listrik dari satu tempat ke tempat lainnya, yang besaran tegangannya adalah Tegangan Ultra Tinggi (UHV), Tegangan Ekstra Tinggi (EHV), Tegangan Tinggi (HV), Tegangan Menengah (MHV), dan Tegangan Rendah (LV).

Sedangkan Transmisi Tegangan Tinggi, adalah: 1 Berfungsi menyalurkan energi listrik dari satu

gardu induk ke gardu induk lainnya.

2 Terdiri dari konduktor yang direntangkan antara tiang-tiang (tower) melalui isolator-isolator, dengan sistem tegangan tinggi.

3 Standar tegangan tinggi yang berlaku di Indonesia adalah : 30 KV, 70 KV dan 150 KV.

2.2.3 Gardu Induk

Gardu Induk (GI) sebagai sub-sistem dalam penyaluran energi listrik memegang peranan penting dalam menaikkan maupun menurunkan tegangan. Dalam gardu induk dilakukan proses pencatatan (recording) terhadap parameter-parameter ketenagalistrikan yang meliputi tegangan (V), Arus (A), Frektiensi (Hz), Daya aktif (MW), Daya Reaktif (MVAR). Di dalam Gardu Induk juga dilakukan fungsi proteksi terhadap komponen-komponen yang terdapat di dalam gardu induk, fungsi proteksi penting untuk melindungi peralatan dari kondisi sistem kelistrikan yang abnormal yang mungkin disebabkan adanya gangguan penghantar ataupun adanya tegangan surja / petir. Dalam Gardu Induk juga dilakukan proses, kontrol on/off terhadap peralatan switching device sebagai salah satu mekanisme on/off aliran daya. Secara garis besar fungsi dari Gardu Induk adalah sebagai berikut: 1. Transformasi tenaga listrik dari satu level

tegangan ke level tegangan yang lain (dari tegangan tinggi ke tegangan menengah atau sebaliknya).

2. Pengukuran, pengawasan operasi, serta pengaturan pengaman sistem tenaga listrik. 3. Pengaturan daya ke gardu-gardu Induk lain

melalui tegangan tinggi dan gardu-gardu induk distribusi melalui feeder tegangan menengah. Bila dilihat dari sifatnya, gardu Induk dapat dibedakan menjadi tiga yaitu:

a. Gardu Induk Slack adalah gardu induk yang menyalurkan tenaga listrik dari satu gardu induk ke gardu Induk yang lain pada level tegangan yang sama.

b. Gardu Induk Distribusi adalah gardu induk yang menyalurkan tenaga listrik dari tegangan sistem / tegangan trasmisi ke tegangan distribusi. c. Gardu Induk Industri adalah gardu induk yang

menyalurkan tenaga listrik dari tegangan sistem langsung hanya ke industri yang membutuhkan (biasanya gardu induk ini dibangun dekat dengan industri tersebut).

2.2.3.1 Peralatan Gardu induk

Suatu gardu induk merupakan semacam unit rangkaian yang meliputi bagian-bagian peralatan pemasuk rangkaian(circuit entry), rel (busbar), pemisah (disconecting switch), pemtus tenaga (circuit breaker), transformator daya dan peralatan-peralatan pendukung lainnya seperti trafo tegangan (voltage transformer), trafo arus (current transformer), arrester, pemisah dan lain-lain.

(4)

4 1. Busbar atau Rel

2. Ligthning Arrester

3. Sakelar Pemisah (PMS) atau Disconnecting Switch (DS)

4. Sakelar Pentanahan

5. Circuit Breaker (CB)/Pemutus Tenaga (PMT) 6. Peralatan SCADA dan Telekomunikasi 7. Papan Alarm (Announciator)

8. Transformator Daya 9. Rele Proteksi

 Rele OCR (Over Current Relay)

Rele arus lebih (Over Current Relay) adalah rele yang bekerja berdasarkan adanya kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengaman tertentu dan jangka waktu tertentu.

R S T CT Trip Coil PMT PMT CT CT Relay Arus Lebih Battery Ib Ib Ib IR IR IR

Gambar 2.11 wiring tiga buah rele arus lebih (OCR) Tabel 2.1 menunjukkan karakteristik kurva Invers berdasarkan standar IEC

Kurva karakteristik β α

IEC Standard inverse (SIT) 0,14 0,02 IEC Very Inverse (VIT) 13,5 1 IEC Long Time Inverse (LIT) 120 1 IEC Extremely Inverse (EIT) 80 2 IEC Ultra Inverse (UIT) 315,2 2,5

 Setting OCR

Apabila standar yang digunakan untuk penyetingan rele adalah standar IEC (International Electrical Cooperation). Waktu tunda kerja antar CB (pemutus tenaga) adalah 0,4 detik, Standar IEC untuk kurva invers.

Setting berdasarkan standard IEC menurut kurva invers maka didapat persamaan sebagai berikut :                   1 3  set fault I I tms k top 𝑡𝑚𝑠 =𝑇 𝛽 (2.5) dengan t0 = 1 detik maka akan didapatkan nilai

TMS berdasarkan rumus (2.5) yaitu tms = 0,1

 Rele Jarak (Distance Relay)

Rele jarak (Distance Relay) merupakan proteksi yang paling utama pada saluran transmisi. Rele jarak menggunakan pengukuran tegangan dan arus untuk mendapatkan impedansi saluran yang harus diamankan. Jika impedansi yang terukur didalam batas settingnya, maka rele akan bekerja. Disebut rele jarak, karena impedansi pada saluran besarnya akan sebanding dengan panjang saluran. Oleh karena itu, rele jarak tidak tergantung oleh besarnya arus gangguan yang terjadi, tetapi tergantung pada jarak gangguan yang terjadi

Terhadap rele proteksi. Impedansi yang diukur dapat berupa Z, R saja ataupun X saja, tergantung jenis rele yang dipakai.

Macam – macam rele jarak, yang digunakan untuk proteksi saluran transmisi dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Tabel 2.1 Jenis Rele jarak Proteksi Saluran Transmisi

(5)

5

 Setting Rele Jarak

Setting rele jarak berdasarkan pada derah atau zone dari saluran transmisi yang akan diproteksi. Zone ini menggambarkan seberapa panjang saluran yang diproteksi oleh pengaman jarak. Secara umum, zone pada proteksi rele jarak terdiri dari tiga zone, yaitu:

a. Zone I : mengamankan saluran yang diproteksi (protected line) Settingnya adalah 80 persen impedansi saluran yang diproteksi.

b. Zone II : mengamankan saluran yang diproteksi (protected line) dan saluran sebelahnya (adjacent line) Settingnya adalah 120 persen impedansi saluran yang diproteksi.

c. Zone III : mengamankan saluran sebelahnya (adjacent line) Settingnya adalah saluran yang diproteksi ditambah 120 persen saluran sebelahnya (adjacent line)

 Pengaruh Infeed

Pengaruh infeed adalah pengaruh penambahan atau pengurangan arus menuju ke titik gangguan terhadap arus yang melewati rele. Hal ini akan menyebabkan pendeteksian lokasi gangguan menjadi salah. Hal‐hal yang menyebabkan terjadinya pengaruh infeed adalah:

a. Pembangkit pada ujung saluran yang diamankan. Seperti terlihat pada gambar dibawah ini, maka jika terjadi gangguan di titik F, impedansi dilihat dari rele A adalah :

Z rA = VA/I1 = (I1ZAB + IF ZBF)/ I1 (2.4)

= ZAB + (IF/I1) ZBF

= ZAB + [ (I1 + I2)/I1] ZBF

= ZAB + (1 + I2/I1) ZBF

Sehingga rele di A akan merasakan gangguan semakin

menjadi lebih pendek.

Gambar 2.11 Pengaruh Infeed Akibat Adanya Unit Pembangkit di Ujung Saluran Yang

Diproteksi b. Perubahan saluran transmisi

Perubahan konfigurasi saluran akan mempengaruhi impedansi yang terbaca oleh rele jarak. Sebagai contoh kasus adalah seperti berikut ini (seperti gambar di bawah ini):

 Saluran tunggal ke ganda

Impedansi dilihat dari rele A, dengan gangguan di titik F adalah:

ZrA = (I ZAB + I1 ZBF)/I (2.5)

= ZAB + I1/I ZBF

= ZAB + [(2l – x) / 2l ] ZBF

Gangguan di dekat bus B, x = 0, maka k = 1 Gangguan di bus C, x = l, maka k = ½

Sehingga gangguan disalah satu transmisi antara B‐C, impedansi yang dilihat oleh rele A selalu lebih kecil dari sesungguhnya. Akibatnya jangkauan rele lebih panjang.

 Saluran ganda ke tunggal

Impedansi saluran jika dilihat dari rele A, untuk gangguan di titik F adalah:

ZrA = (I1 ZAB + IF ZBF)/I1

= ZAB + IF/I1 ZBF

= ZAB + [(I1/I2)/I1] ZBF

Jika I1= I2, maka ZrA = ZAB + 2ZBF

Sehingga gangguan setelah bus B, impedansi dilihat dari rele A akan selalu lebih besar. Akibatnya rele mempunyai jangkauan yang lebih pendek.

Gambar 2.12 Pengaruh Infeed Akibat perubahan Saluran

(a). Saluran tunggal ke ganda (b). Saluran ganda ke tunggal

(6)

6

2.4 Konversi Satuan ke dalam per-unit (pu) Untuk mempermudah dalam melakukan perhitungan impedansi urutan maka diperlukan perubahan satuan dari satuan ohm ke dalam satuan

pu (per unit). Bila base yang digunakan adalah.

MVAbase = 100 MVA

kVbase = 150 kV

Maka impedansi dalam pu diperoleh: 𝑍_𝑝𝑢 = 𝑍𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎 𝑍_{𝑏𝑎𝑠𝑒} (2.9) 𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 = 𝑘𝑉_{𝑏𝑎𝑠𝑒}2 𝑀𝑉𝐴𝑏𝑎𝑠𝑒 (2.10) 𝐼_{𝑏𝑎𝑠𝑒} = 𝑀𝑉𝐴𝑏𝑎𝑠𝑒 3. 𝑘𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒 (2.11) 𝑘𝑉_𝑝𝑢 =𝑘𝑉𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎 2 𝑘𝑉_{𝑏𝑎𝑠𝑒}2 = 1502_kV 1502_kV = 1 pu (2.12) 2.5 Transformasi Impedansi

2.5.1 Transformasi Delta (Δ) ke Bintang (Y) Transformasi Delta (Δ) ke Bitang (Y) merupakan suatu perubahan formasi dari susunan impedansi berbentuk Delta diubah menjadi berbentuk Bintang, hal ini bertujuan agar memudahkan dalam menghitung impedansi totalnya. formasi Delta (Δ ) ke bintang (Y), seperti ditunjukkan pada gambar 2.15 berikut ini.

Z1-2 Z2-3 Z1-3 B1 B2 B3 B1 B2 B3 Za Zc Zb a. b.

Gambar 2.15. Formasi Impedansi Delta (Δ) dan Bintang (Y)

(a) Impedansi formasi Delta (Δ) (b) Impedansi formasi Bintang (Y)

Persamaan transformasi dari delta ke bintang adalah: 𝑍_𝑎 = 𝑍1−3. 𝑍1−2 𝑍₁₋₂+ 𝑍₂₋₃+ 𝑍₁₋₃ (2.14) 𝑍𝑏 = 𝑍₁₋₂. 𝑍₂₋₃ 𝑍₁₋₂ + 𝑍₂₋₃+ 𝑍₁₋₃ (2.15) 𝑋_𝑐 = 𝑍1−3. 𝑍2−3 𝑍₁₋₂+ 𝑍₂₋₃ + 𝑍₁₋₃ (2.16)

2.5.2 Transformasi Bintang (Y) ke Delta (Δ) Transformasi Bintang (Y) ke Delta (Δ) merupakan suatu perubahan formasi dari susunan impedansi berbentuk Bintang diubah menjadi berbentuk Delta, formasi Delta (Δ ) ke bintang (Y), seperti ditunjukkan pada gambar 2.16 berikut ini.

B1 B2 B3 Za Zc Zb b. Impedansi formasi Υ B1 Z1-2 Z2-3 Z1-3 B2 B3 a. Impedansi formasi Δ Gambar 2.16. Formasi Impedansi Bintang (Y) dan Delta (Δ)

(a) Impedansi formasi Bintang (Y) (b) Impedansi formasi Delta (Δ)

Persamaan transformasi dari Bintang ke Delta adalah: 𝑍_𝑎 =𝑍1−2 𝑍1−3+ 𝑍1−2 𝑍2−3+ 𝑍1−3 𝑍2−3 𝑍₂₋₃ (2.17) 𝑍_𝑏 = 𝑍1−2 𝑍1−3+ 𝑍1−2 𝑍2−3 + 𝑍1−3 𝑍2−3 𝑍1−3 (2.18) 𝑍_𝑐 = 𝑍1−2 𝑍1−3+ 𝑍1−2 𝑍2−3 + 𝑍1−3 𝑍2−3 𝑍₁₋₂ (2.19)

2.6 Gangguan-Gangguan Pada Sistem Tenaga Gangguan pada sistem tenaga terdiri dari dua jenis yaitu :

1. Gangguan Nonsimetris

a. Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (L-Gnd)

b. Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah (L-L-Gnd)

c. Gangguan hubung singkat dua fasa (L-L) 2. Gangguan Simetris

a. Gangguan hubung singkat tiga fasa (L-L-L) b. Gangguan hubung singkat tiga fasa ke tanah

(L-L-L-Gnd)

2.6.1 Hubung singkat satu fasa ke tanah

Hubung singkat ini disebabkan oleh adanya sambaran petir, isolator pecah, benturan mekanis, satu kawat kena pohon ataupun tali layang-layang dan lain-lain.

Dengan demikian arus gagguan pada fasa a dapat dicari dengan:

𝐼𝑎𝑓 = 3𝐼𝑎0 = 3𝐼𝑎1 = 3𝐼𝑎2

(7)

7 maka,   G a G L f Z Z Z Z V I I 3 . 3 2 1 0      

2.6.2 Hubung singkat dua fasa ke tanah

Hubung singkat ini disebabkan oleh adanya tegangan lebih pada salah satu fasa yang disertai flash over yang terjadi dengan isolator dari fasa disebelahnya. Pada gangguan F dengan sebuah impedansi gangguan Zf dan impedansi dari saluran ke tanah ZG

(yang sama dengan nol atau tak terhingga). Dari persamaan arus di titik gangguan dihasilkan arus gangguan dua fasa ke tanah, yaitu:

Iaf = 0 =Ia0+Ia1+Ia2

jika Ia1 dan Ia2 diketahui maka:

Ia0 = -(Ia1+Ia2) G G L L G L L f Z Z Z Z Z Z Z V I 3 ) 3 .( . 3 0 2 0 2 1 ) (        

2.6.3 Hubung singkat antar fasa Dari gangguan berikut diketahui bahwa:

Iaf = 0, Iao = 0, Ibf = -Icf

Dan Vbc = Vb-Vc = Zf.Ibf

Iao=0

Sehingga arus urutan dapat dikethui sebagai berikut:

G L L a a Z Z Z V I I       2 1 2 1 . 3

2.6.4 Hubung singkat tiga fasa ke tanah

Gangguan ini jarang terjadi namun tetap harus mendapat perhatian. penyebab gangguan ini antara lain surja petir yang menyambar ketiga kawat fasa ataupun pohon yang mengenai kawat fasa. Gangguan ini Merupakan gangguan yang paling besar dari gangguan-gangguan tersebut diatas.

𝐼_𝑎0 = 0, 𝐼_𝑎2= 0, ) ( ₁ _G af Z Z V I  

Jika ZG = 0, Maka arus gangguan tiga fasanya

adalah: 1 1 Z V I I I I If  fa  fb  fc  a 

III. METODE PENELITIAN 3.1 Sistem Penulisan Tugas Akhir

Langkah – langkah dalam Penelitian Tugas Akhir ini dijelaskan dalam diagram alir berikut ini :

Data

Masukkan data

Proses olah data dengan program dan perhitungan Hasil proses program dan

perhitungan

Perbandingan hasil perhitungan dengan program

Analisa

Kesimpulan

Gambar 3.1 Diagram alir Penelitian Tugas Akhir 3.1 Data-data Tiap Komponen

Data-data yang diperoleh dari hasil observasi dan penelitian di lapangan adalah sebagai berikut: a. Data sumber 1

Sumber suplay Gardu Induk 150 kV Bumiayu dengan data sebagai berikut:

 MVA hubung singkat 3Φ : 10.392 MVA  Impedansi urutan positif (Z1) : 0,258 + j2,16 Ω

 Impedansi urutan negatif (Z2) : 0,258 + j2,16 Ω  Impedasi urutan nol (Z0) : 1,810 + j15,026 Ω

b. Data sumber 2

Sumber suplay Gardu Induk 150 kV Bumiayu dengan data sebagai berikut:

 MVA hubung singkat 3Φ : 10.392 MVA  Impedansi urutan positif (Z1) : 0,258 + j2,16 Ω

 Impedansi urutan negatif (Z2) : 0,258 + j2,16 Ω  Impedasi urutan nol (Z0) : 1,810 + j15,026 Ω

c. Data Bus

Busbar yang digunakan pada sistem adalah :  Busbar 1 (GI Bumiayu), Busbar 2 (GI

Balapulang), Busbar 3 (GI Kebasen) adalah Busbar dengan tegangan operasi nominal 150 kV.

(8)

8 d. Data impedansi saluran

Konduktor yang digunakan pada jaringan transmisi 150 kV adalah jenis ACSR, adapun konstanta impedansi urutannya adalah sebagai berikut :

- Imp.urutan positif (Z1) : 0.0336 + j.0.2614 Ω/km.

- Imp.urutan positif (Z2) : 0.0336 + j.0.2614 Ω/km - Imp.urutan positif (Z0) : 0.5970 + j.2.0483 Ω/km  Jarak dari bus 1 (GI Bumiayu) ke bus 2 (GI

Balapulang) sejauh 21.5 km maka impedansi

salurannya adalah: Z1 = 0.0336 + j0.2614 Ω/km x 21.5 km = 0.722 + j5.62 Ω Z2 = Z1 = 0.722 + j5.62 Ω Z0 = 0.5970 + j.2.0483 Ω/km x 21.5 km = 12.836 + j44.038 Ω

 Jarak antara bus 2 (GI Balapulang) ke bus 3 (GI Kebasen) sejauh 22 km maka impedansi salurannya adalah: Z1 = 0.0336 + j0.2614 Ω/km x 22 km = 0.739 + j5.751 Ω Z2 = Z1 = 0.739 + j5.751 Ω Z0 = 0.5970 + j.2.0483 Ω/km x 22 km = 13.134 + j45.063 Ω

 Jarak antara bus 1 (GI Bumiayu) ke bus 3 (GI Kebasen) sejauh 22 km maka impedansi salurannya adalah: Z1 = 0.0336 + j0.2614 Ω/km x 22 km = 0.739 + j5.751 Ω Z2 = Z1 = 0.739 + j5.751 Ω Z0 = 0.5970 + j.2.0483 Ω/km x 22 km = 13.134 + j45.063 Ω 3.3 Data setting OCR

a. Setting rele OCR pada tegangan nominal 150 kV Arus maksimum yang dapat dialirkan melalui konduktor jaringan transmisi adalah 600 A. Setting sisi 150 kV merupakan sisi yang mempunyai setting rele OCR sebagai berikut: - Setting OCR GI 150 kV Bumiayu arah Bay

Balapulang

Setting arus (Iset) prim : 600 A

Setting arus (Iset) sec : 600 x 5 / 600 = 5 A

tms (time multiple set) : 0,1 kurva standar (SI)

- Setting OCR GI 150 kV Balapulang arah Bay Bumiayu

Setting Arus (Iset) prim : 1100 A

Setting arus (Iset) sec : 1100 x 1 / 2000 = 0,55A

- Setting OCR GI 150 kV Balapulang arah Bay Kebasen

Setting Arus (Iset)prim : 1100 A

Setting arus (Iset) sec : 1100 x 1 / 2000 = 0,55A

- Setting OCR GI 150 kV Kebasen arah Bay Balapulang

Setting Arus (Iset) : 600 A

tms (time multiple setting) : 0,1 kurva standar (SI)

- Setting OCR GI 150 kV Bumiayu arah Bay Kebasen

- Setting OCR GI 150 kV Kebasen arah Bay Bumiayu

3.4 Data setting DR (Distance Rele)

Setting rele Distance pada Jaringan Transmisi 150 kV dengan tiga zona gangguan yaitu zona 1, zona 2 dan zona 3, masing – masing memiliki prosentase pengamanan terhadap total panjang saluran transmisi. Setting rele Distance sebagai berikut: 1. Setting Zone pada Line 1

- Setting DR GI 150 kV Bumiayu arah Bay Balapulang

Setting Zone 1 : 4,5 Ω Setting Zone 2 : 6,8 Ω Setting Zone 3 : 11,3 Ω

- Setting DR GI 150 kV Balapulang arah Bay Bumiayu

Setting Zone 1 : 4,5 Ω Setting Zone 2 : 6,8 Ω Setting Zone 3 : 11,3 Ω 2. Setting Zone pada Line 2

- Setting DR GI 150 kV Balapulang arah Bay Kebasen

(9)

9 - Setting DR GI 150 kV Kebasen arah Bay

Balapulang

Setting Zone 1 : 4,6 Ω Setting Zone 2 : 6,96 Ω Setting Zone 3 : 11,6 Ω 3. Setting Zone pada Line 3

- Setting DR GI 150 kV Bumiayu arah Bay Kebasen

- Setting DR GI 150 kV Kebasen arah Bay Bumiayu

3.5 Program Simulasi dengan ETAP versi 4.0 Perhitungan arus hubung singkat disimulasikan dengan bahasa komputasi dengan menggunakan program ETAP dan hasil simulasi perhitungan arus hubung singkat tersebut digunakan untuk menghitung nilai arus setting rele over current dan menghitung jarak titik gangguan guna menentukan Zona gangguan tersebut.

Program yang digunakan untuk simulasi adalah program ETAP versi 4.0 yang didalamnya terdapat fasilitas untuk membuat single line diagram yang sesuai dengan obyek penelitian dari menu-menu program yang ada pada program ETAP 4.0, sehingga memberikan kemudahan bagi pengguna untuk dapat menjalankan program tersebut.

Tampilan awal program perhitungan arus hubung singkat dengan menggunakan program ETAP versi 4.0 adalah sebagai berikut:

1. Menu Pendataan yang terdiri dari submenu antara lain:

- Form Create New Project File yaitu masukan dan keterangan yang menyangkut penamaan dari project yang akan dibuat, folder penyimpanan, sistem unit, permohonan password, dan data base access.

- Form User Information ini merupakan masukan keterangan dan informasi perihal user / pengguna program tersebut.

- Layar OLV yaitu layar kerja untuk membuat gambar project yang berupa single line diagram dari project yang dikerjakan

- Form gambar adalah gambar single line diagram tiga bus.

2. Menu Perhitungan yang mempunyai submenu antara lain:

- Perhitungan hubung singkat input data berupa data-data / parameter yang diperoleh dari lapangan.

- Perhitungan Ihs pada busbar 150 kV

3. Menu Data lapangan yaitu berbagai data yang diperoleh dari lapangan yang berupa antara lain: - Data arus hubung singkat,

- Data setting rele arus lebih (OCR), - Data setting rele jarak (Distance Relay).

4. Menu laporan yaitu laporan yang dihasilkan dari pengolahan data atau perhitungan yang antara lain berupa:

- Laporan impedansi saluran, - Laporan arus per unit,

- Laporan arus hubung singkat dan

- Laporan nilai impedansi gangguan penentu jarak gangguan.

5. Menu Utility yaitu menu untuk menambah atau mengganti user dan password.

6. Menu help yang berupa menu bantuan panduan menjalankan program.

IV. PERHITUNGAN dan ANALISIS 4.1 Perhitungan Arus Hubung Singkat

Dibawah ini menunjukkan gambar single line diagram dari penelitian ini.

Daya Sumber 1 Busbar 1 GI Bumiayu 150 kV Busbar 2 GI Balapulang Busbar 3 GI Kebasen Daya Sumber 2 Beban GI Balapulang Beban GI Kebasen Line 1 Bumiayu-Balapulang Line 2 Balapulang-Kebasen Line 3 Bumiayu-Kebasen 150 kV 150 kV 10392 MVAsc 150 kV 5,433 MVA 130 MVA 10392 MVAsc 150 kV F1 F2 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 F3

Gambar 4.1. Single line diagram, rele dan gangguan Bus

(10)

10

4.1.1 Perhitungan Impedansi Setiap Bagian Impedansi-impedansi setiap bagian pada jaringan SUTT 150kV Bumiayu-Balapulang-Kebasen yang di dapat diubah menjadi satuan pu adalah sebagai berikut:

Dengan mengacu pada, MVAbase = 100 MVA

kVbase = 150 kV

Dengan menggunakan persamaan 2.9, maka impedansi dalam pu diperoleh:

Tabel4.1 impedansi setiap bagian dalam per unit (pu)

Komponen Daya MVA

Tegangan (kV)

Impedansi urutan (pu)

X1 X2 X0 Sumber 1 100 150 0,010 0,010 0,066 Sumber 2 100 150 0,010 0,010 0,066 Line 1-2 150 0,025 0,025 0,196 Line 2-3 150 0,026 0,026 0,200 Line 1-3 150 0,026 0,026 0,200

4.1.2 Perhitungan Arus Hubung Singkat Tiap Bus

Setelah diketahui nilai impedansi tiap komponen kemudian melakukan perhitungan impedansi urutan positif, impedansi urutan negatif dan impedansi urutan nol dalam bentuk pu (per unit) sehingga arus hubung singkat pada tiap bus dan Line dapat diketahui. Perhitungan arus hubung singkat tiap bus dan Line adalah sebagai berikut:

4.1.2.1 Perhitungan arus hubung singkat pada bus 1

1. Impedansi urutan Bus 1 tegangan tinggi 150 kV dari data yang diperoleh dengan menggunakan persamaan 2.11, 2.12, dan 2.13 maka didapatkan impedansi urutan sebagai berikut:

- Impedansi urutan positif 𝑋₁ = 𝑗0,0073

- Impedansi urutan negative 𝑋₂ = 𝑗0,0073

- Impedansi urutan nol 𝑋₀ = 𝑗0,049

2. Perhitungan arus hubung singkat bus 1 tegangan tinggi 150 kV dengan menggunakan persamaan pada sub bab 2.6.1 sampai 2.6.4

- Arus hubung singkat satu fasa ke tanah If(L-G)

dengan ZG = 0 adalah

𝐼𝑓 𝐿−𝐺 = 46,88∠ − 90° 𝑝𝑢 = 18042 𝐴

- Arus hubung singkat dua fasa adalah 𝐼_ℎ𝑠2Ø = 118,49∠ − 90° 𝑝𝑢 = 45606 𝐴 - Arus hubung singkat dua fasa ke tanah adalah

𝐼ℎ𝑠2Ø−𝐺 = 126,28∠ − 90° 𝑝𝑢 = 48604 𝐴 - Arus hubung singkat tiga fasa adalah

𝐼ℎ𝑠 3 Ø = 136,99 ∠ − 90° 𝑝𝑢 = 52727 𝐴 Tabel 4.2 Arus hubung singkat Bus 1

BUS 1 Arus Hubung Singkat (Ampere)

1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 18042 45606 48604 52727

Program ₁₇₈₀₂ ₄₇₁₀₇ ₄₇₅₃₄ ₅₄₃₉₄

4.1.2.2 Perhitungan arus hubung singkat bus 2 1. Impedansi urutan Bus 2 tegangan tinggi 150 kV

dari data yang diperoleh adalah sebagai berikut: Impedansi saluran untuk arus hubung singkat pada Bus 2, line membentuk formasi delta (Δ), untuk memudahkan perhitungan impedansi urutan maka formasi line harus diubah menjadi formasi bintang (Y), seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

L1-2 L2-3 L1-3 B1 B2 B3 B1 B2 B3 Xa Xc Xb a. b.

Gambar 4.2 Formasi impedansi a. Impedansi formasi Delta (Δ) b. Impedansi formasi Bintang (Y)

Dengan menggunakan persamaan 2.11, 2.12, dan2.13 maka didapatkan impedansi urutan sebagai berikut :

- Impedansi urutan negatif 𝑋₂ = 𝑗0,018

(11)

11 - Arus hubung singkat satu fasa ke tanah If(L-G)

dengan

ZG = 0 adalah

𝐼_{𝑓 𝐿−𝐺} = 17,86∠ − 90° 𝑝𝑢 = 6873 𝐴 - Arus hubung singkat dua fasa adalah

𝐼_{ℎ𝑠 2 Ø} = 48,06∠ − 90° 𝑝𝑢 = 18497 𝐴 - Arus hubung singkat dua fasa ke tanah adalah

𝐼_{ℎ𝑠2Ø−𝐺} = 51,18∠ − 90° 𝑝𝑢 = 19701 𝐴 - Arus hubung singkat tiga fasa adalah

𝐼_{ℎ𝑠 3 Ø}55,56 ∠ − 90° 𝑝𝑢 = 21383 𝐴 Tabel 4.3 Arus hubung singkat Bus 2

1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 6873 18497 19701 21383

Program 6741 18995 19317 21934

4.1.2.3 Perhitungan Arus Hubung Singkat Bus 3 1. Impedansi urutan Bus 3 tegangan tinggi 150 kV

dari data yang diperoleh dengan menggunakan persamaan 2.11, 2.12, dan 2.13 maka didapatkan impedansi urutan sebagai berikut:

- Impedansi urutan negative 𝑋₂= 𝑗0,0073

- Impedansi urutan nol 𝑋₀= 𝑗0,049

𝐼_ℎ𝑠2Ø = 118,49∠ − 90° 𝑝𝑢 = 45606 𝐴 - Arus hubung singkat dua fasa ke tanah adalah

𝐼_{ℎ𝑠 3 Ø} = 136,99 ∠ − 90° 𝑝𝑢 = 52727 𝐴 Tabel 4.4 Arus hubung singkat Bus 3

1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 18042 45606 48604 52727

Program 17802 47107 47534 54395

4.1.3 Perhitungan arus hubung singkat tiap

Jaringan Transmisi (Line)

4.1.3.1 Perhitungan arus hubung singkat pada

Line 1

1. Perhitungan impedansi urutan

 Impedansi saluran untuk arus hubung singkat pada Line 1, line membentuk formasi delta (Δ), untuk memudahkan perhitungan impedansi urutan maka formasi line harus diubah menjadi formasi bintang (Y), seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

½ L1-2 L2-3 L1-3 B1 B2 B3 B1 F B3 Xa Xc Xb

a. Impedansi formasi Δ b. Impedansi formasi Υ ½ L1-2

F

Gambar 4.3 a. Impedansi formasi Delta (Δ) b. Impedansi formasi Bintang (Y)

Dengan menggunakan persamaan 2.11, 2.12, dan 2.13 maka didapatkan impedansi urutan

sebagai berikut : - Impedansi urutan positif

𝑋₁ = 𝑗0,015

- Impedansi urutan negatif 𝑋₂ = 𝑗0,015

- Impedansi urutan nol 𝑋0 = 𝑗0,11

2. Perhitungan arus hubung singkat line 1 tegangan tinggi 150 kV dengan menggunakan persamaan pada sub bab 2.6.1 sampai 2.6.4

(12)

12 - Arus hubung singkat tiga fasa adalah

𝐼_{ℎ𝑠 3 Ø} = 66,67 ∠ − 90° 𝑝𝑢 = 25660 𝐴 Tabel 4.5 Arus hubung singkat Line 1

Line 1 Arus Hubung Singkat (Ampere)

1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 8132 22196 23783 25660

Program 8087 22603 22966 26099

Line 2

L1-2 L1-3 B1 B2 B3 B1 F B3 Xa Xc Xb

F

Gambar 4.3 a. Impedansi formasi Delta (Δ) b. Impedansi formasi Bintang (Y)

½ L2-3

Dengan menggunakan persamaan 2.11, 2.12, dan 2.13 maka didapatkan impedansi urutan sebagai

berikut : - Impedansi urutan positif

𝑋₁ = 𝑗0,015

- Impedansi urutan negatif 𝑋2 = 𝑗0,015

b. Perhitungan arus hubung singkat line 2 tegangan tinggi 150 kV dengan menggunakan persamaan pada sub bab 2.6.1 sampai 2.6.4

𝐼ℎ𝑠 2 Ø = 57,67∠ − 90° 𝑝𝑢 = 22196 𝐴 - Arus hubung singkat dua fasa ke tanah adalah

1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 8133 22196 23783 25660

Program 7949 22236 22595 25675

Line 3

L1-2 L2-3 B1 B2 B3 B1 F B3 Xa Xc Xb

F

Gambar 4.3 a. Impedansi formasi Delta (Δ) b. Impedansi formasi Bintang (Y) ½ L1-3

Dengan menggunakan persamaan 2.11, 2.12, dan2.13 maka didapatkan impedansi urutan sebagai berikut :

- Impedansi urutan negatif 𝑋2 = 𝑗0,012

2. Perhitungan arus hubung singkat line 3 tegangan tinggi 150 kV dengan menggunakan persamaan pada sub bab 2.6.1 sampai 2.6.4

𝐼_{𝑓 𝐿−𝐺}= 28,04∠ − 90° 𝑝𝑢 = 10793 𝐴 - Arus hubung singkat dua fasa adalah

(13)

13 - Arus hubung singkat tiga fasa adalah

1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 10793 27745 29595 32074

Program 10699 29620 30068 34202

4.2 Perhitungan setting Distance rele

4.2.1 Perhitungan setting Zona gangguan (Zone 1, 2 & 3)

Rele jarak (distance relay) merupakan proteksi yang paling utama pada saluran transmisi. Rele jarak menggunakan pengukuran tegangan dan arus untuk mendapatkan impedansi saluran yang harus diamankan. Jika impedansi yang terukur didalam batas setting, maka rele akan bekerja.

Di sebut rele jarak, karena impedansi pada saluran besarnya akan sebanding dengan panjang saluran. Oleh karena itu, rele jarak tidak tergantung oleh besarnya arus gangguan yang terjadi, tetapi tergantung pada jarak gangguan yang terjadi terhadap rele proteksi. Impedansi yang diukur dapat berupa Z, R saja ataupun X saja, tergantung jenis rele yang dipakai.

 Perhitungan Rf, jika gangguan berada di Bus 1

(dilihat dari Bus 2)

 Gangguan 1Ø-Gnd - 𝑘𝑉_𝑓 = Tegangan gangguan = 150 kV - 𝐼_𝑓−3Ø = Arus gangguan 3Ø = 18,042 kA Maka, 𝑍_𝑟3 = 𝑘𝑉𝑓 3. 𝐼_𝑓−1Ø = 150 𝑘𝑉 3. 18,042 𝑘𝐴 = 150 𝑘𝑉 28,891 𝑘𝐴= 5,8 Ω

Jadi, gangguan 1Ø pada Bus 1 berada di zona 2 karena Zr4 & Zr7 lebih besar dari Zzone1 namun lebih

kecil dari Zzone2 (𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 1(4,6) < 5,8 < 𝑍_{𝑧𝑜𝑛𝑒 2}(6,9))  Gangguan 3Ø - 𝑘𝑉_𝑓 = Tegangan gangguan = 150 kV - 𝐼_𝑓−1Ø= Arus gangguan 1Ø = 52,727 kA Maka, 𝑍_𝑟3 = 3. 𝑘𝑉𝑓 𝐼_𝑓−3Ø = 3. 150 𝑘𝑉 52,727 𝑘𝐴 = 5,8 Ω

Jadi, gangguan 3Ø pada Bus 1 berada di zona 2 karena Zr4 & Zr7 lebih besar dari Zzone1 namun

lebih kecil dari Zzone2 (𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 1(4,6) < 5,8 <

𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 2(6,9)).

Tabel 4.9 Nilai impedansi gangguan di Bus 1

Ganggu an

Rele 3&8 Rele 4&7

Impedansi

(Ω) Zona Impedansi (Ω) Zona

1 Ø-G 0 1 5,8 2

3 Ø-G 0 1 5,8 2

Time operasi 0 detik - 0,4 detik

 Perhitungan Rf, jika gangguan di Bus 2 (dilihat

dari Bus 1 & 3)

 Gangguan 1Ø-Gnd - 𝑘𝑉_𝑓 = Tegangan gangguan = 74,74 kV - 𝐼𝑓−1Ø = Arus gangguan 1Ø = 6,873 kA Maka, 𝑍_𝑟3= 𝑘𝑉𝑓 3. 𝐼_𝑓−1Ø = 74,40 𝑘𝑉 3. 6,873 𝑘𝐴 = 74,40 𝑘𝑉 11,86 𝑘𝐴= 5,8 Ω

Jadi, gangguan 1Ø pada Bus 2 berada di zona 2 karena Zr3 & Zr6 lebih besar dari

Zzone1 namun lebih kecil dari Zzone2

(𝑍_{𝑧𝑜𝑛𝑒 1}(4,6) < 5,8 < 𝑍_{𝑧𝑜𝑛𝑒 2}(6,9))  Gangguan 3Ø - 𝑘𝑉_𝑓 = Tegangan gangguan = 74,40 kV - 𝐼_𝑓−3Ø = Arus gangguan 3Ø = 21,383 kA Maka, 𝑍𝑟3 = 𝑘𝑉𝑓 𝐼𝑓−3Ø = 3. 74,40 𝑘𝑉 21,383 𝑘𝐴 = 5,8 Ω Jadi, gangguan 3Ø pada Bus 2 berada di zona 2 karena Zr3 & Zr6 lebih besar dari

(𝑍_{𝑧𝑜𝑛𝑒 1}(4,6) < 5,8 < 𝑍_{𝑧𝑜𝑛𝑒 2}(6,9)). Tabel 4.10 Nilai impedansi gangguan di Bus 2

Ganggu an

Rele 4 & 5 Rele 3 & 6

Impedansi

(Ω) Zona Impedansi (Ω) Zona

1 Ø-G 0 1 5,8 2

3 Ø-G 0 1 5,8 2

(14)

14  Perhitungan Rf, jika gangguan berada di Bus 3

Rele 6 (dilihat dari rele 5)

 Gangguan 1Ø-Gnd - 𝑘𝑉𝑓 = Tegangan gangguan = 150 kV - 𝐼_𝑓−1Ø = Arus gangguan 1Ø = 18,042 kA Maka, 𝑍_𝑟3 = 𝑘𝑉𝑓 3. 𝐼𝑓−1Ø = 150 𝑘𝑉 3. 18,042 𝑘𝐴 = 150 𝑘𝑉 28,891 𝑘𝐴= 5,8 Ω

Jadi, gangguan 1Ø pada Bus 3 berada di zona 2 karena Zr5 & Zr8 lebih besar dari Zzone1

namun lebih kecil dari Zzone2 (𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 1(4,6) < 5,8 < 𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 2(6,9))  Gangguan 3Ø - 𝑘𝑉_𝑓 = Tegangan gangguan = 150 kV - 𝐼_𝑓−3Ø = Arus gangguan 3Ø = 52,727 kA Maka, 𝑍_𝑟3 = 𝑘𝑉𝑓 𝐼_𝑓−3Ø = 3. 150 𝑘𝑉 52,727 𝑘𝐴 = 5,8 Ω

Jadi, gangguan 3Ø pada Bus 3 berada di zona 2 karena Zr5 & Zr8 lebih besar dari

(𝑍_{𝑧𝑜𝑛𝑒 1}(4,6) < 5,8 < 𝑍_{𝑧𝑜𝑛𝑒 2}(6,9)). Tabel 4.11 Nilai impedansi gangguan di Bus 3

Ganggu an

Rele 6&7 Rele 5&8

Impedansi (Ω) Zona Impedansi (Ω) Zona 1 Ø-G 0 1 5,8 2 3 Ø-G 0 1 5,8 2

Time operasi 0 detik - 0,4detik

4.3 Perhitungan Setting Rele OCR

4.3.1 Perhitungan Setting Kerja Rele arus lebih (OCR)

Rele arus lebih (Over current Relay ) harus disetting diatas arus beban maksimum dan dibawah arus hubung singkat minimum, artinya pada saat sistem dalam keadaan beban puncak maka rele tidak diharapkan trip oleh karena hal tersebut bukan merupakan sebuah gangguan. Sebaliknya, rele diharapkan mampu mendeteksi arus gangguan sekecil mungkin yang dapat mengganggu kinerja dari sistem.

Dalam perhitungan setting rele ada dua hal yang perlu dilakukan yaitu setting arus dan setting waktu operasi rele. Perhitungan rele arus lebih pada jaringan tenaga listrik dimulai dari rele pada bus penyalur ke beban dalam hal ini bus 2. Pada jaringan konfigurasi ring terdapat dua prosedur dalam melakukan setting waktu rele OCR yaitu prosedur pengurutan waktu searah jarum jam (clockwise) dan pengurutan waktu berlawanan arah jarum jam

(anti-clockise).

Dari perhitungan sehingga diperoleh setting arus rele arus lebih dari hasil perhitungan adalah sebagai berikut:

Tabel 4.12 Hasil perhitungan setting rele arus lebih (OCR) lokasi Rele I hs 3Ø (kA) CT rasio _Iset (perhitungan) Primer Sek Bus 1 1 52,73 1200 5 1440 Bus 2 21,38 4000 1 4800 Bus 3 2 52,73 1200 5 1440 Line 1 3 25,66 600 5 720 4 25,66 2000 1 1320 Line 2 5 25,66 2000 1 1320 6 25,66 600 5 720 Line 3 7 32,07 600 5 720 8 32,07 600 5 720

4.4 Koordinasi Rele Distance dan Rele Over Current

Rele yang digunakan dalam sistem ini terdiri dari dua jenis yaitu Rele Distance dan Rele Over Current, dimana rele Distance merupakan main protection atau pengaman utama sedangkan rele over current merupakan backup protection atau pengaman cadangan namun kedua rele tersebut sangat penting untuk pengaman sistem jaringan. Koordinasi kerja dari rele distance dan rele over current ditunjukkan sebagai berikut;

1. Koordinasi antara Rele Distance R3 & R4, serta OCR R3 & R4

 Gangguan di Bus 1;

Distance R3 = 0 Ω; Zona 1; Time operasi : 0 s OCR R3 = Time operasi : 0,35 s

Distance R4 = 5,8Ω; Zona 2; Time operasi : 0,4s

(15)

15

Distance R5 = 0 Ω; Zona 1; Time operasi : 0s OCR R5 = Time operasi : 0,24s

Distance R6 = 5,8Ω; Zona 2; Time operasi : 0,4s

Distance R6 = 0 Ω; Zona 1; Time operasi : 0s OCR R6 = Time operasi : 0,35s

Distance R5 = 5,8Ω; Zona 2; Time operasi : 0,4s 4.5 Analisa Hasil Perhitungan

4.5.1 Analisa Arus Hubung Singkat

Setelah dilakukan perhitungan arus hubung singkat dengan prediksi gangguan pada tiap Bus dan Line maka didapatkan hasil sebagai berikut:

Tabel 4.8 arus hubung singkat setiap Bus dan Line

Arus HS

Arus BUS (Ampere)

1 2 3

Hit Prog Hit Prog Hit Prog

1 Ø-G 18042 17802 6873 6741 18042 17802 2 Ø 45606 47107 18497 18995 45606 47107 2 Ø-G 48604 47534 19701 19317 48604 47534 3 Ø 52727 54395 21383 21934 52727 54395 Arus HS

Arus Line (Ampere)

1 2 3

Hit Prog Hit Prog Hit Prog

1 Ø-G 8132 8087 8133 7949 10793 10699 2 Ø 22196 22603 22196 22236 27745 29620 2 Ø-G 23783 22966 23783 22595 29595 30068 3 Ø 25660 26099 25660 25675 32074 34202

Merujuk pada tabel 4.8 arus hubung singkat pada setiap bus dan Line hasil perhitungan dan hasil program ETAP. Hasil perhitungan diketahui bahwa gangguan 3Ø terbesar terjadi pada bus 1 & 3 sebesar 52.727 Ampere dan arus hubung singkat 3Ø terkecil ada pada bus 2 sebesar 21.383 Ampere. Untuk arus hubung singkat satu fasa ketanah, gangguan terbesar juga berada pada pada bus 1 & 3 sebesar 18.042 Ampere sedangkan arus hubung singkat fasa tanah terkecil berada pada bus 2 sebesar 6.873 Ampere. Begitu pula untuk hasil dari program ETAP untuk arus gangguan terbesar dan terkecil baik itu gangguan 1 Ø-G sampai gangguan 3Ø sama dengan hasil perhitungan

begitu pula nilainya juga mendekati dari hasil perhitungan.

4.5.2 Analisa Rele Distance

Berdasarkan hasil perhitungan impedansi gangguan dan waktu operasi rele Distance dengan prediksi gangguan pada tiap Bus dan Line maka didapatkan hasil sebagai berikut: Tabel 4.9 Waktu operasi rele Distance

R e l e Distance Gangguan (tms) second

Bus 1 Bus 2 Bus 3 Line 1 Line 2 Line 3

Z o n a To p Z o n a To p Z o n a To p Z o n a T o p Z o n a T o p Z o n a T o p 1 - - - - - - - - 2 - - - - 3 1 0 2 0,4 - 1 0 - - 4 2 0,4 1 0 - 1 0 - - 5 - 1 0 2 0,4 - 1 0 - 6 - 2 0,4 1 0 - 1 0 - 7 2 0,4 - 1 0 - - 1 0 8 1 0 - 2 0,4 - - 1 0

Bus 1 Bus 2 Bus 3

80 % Zona 1 Zona 2 120 % Zona 3 200 % Zona 1 80 % Zona 2 120 % Zona 3 200 % Zona 1 80 % Zona 2 120 % Zona 3 200 % 80 % Zona 1 Zona 2 120 % Zona 3 200 %

Gambar 4.3 Arah Zona gangguan

Secara logika teori, jika lokasi gangguan semakin jauh dari sumber, maka impedansi gangguan semakin besar dan akibatnya arus gangguan semakin kecil. Berdasarkan logika tersebut. Terlihat bahwa arus gangguan pada

(16)

16 bus 2 lebih kecil bila dibandingkan dengan arus

gangguan pada bus 1 & 3.

Hasil perhitungan hubung singkat yang diambil dari contoh gangguan pada bus 1 & 3 dengan bus 2 yang terjauh dari sumber maka diperoleh bahwa arus hubung singkat terbesar pada bus 1 & 3 sebesar 52,727 kA dengan impedansi gangguan sebesar 5,8 Ω untuk gangguan 1 Ø ke tanah dan impedansi gangguan 5,8 Ω untuk gangguan 3Ø bila dilihat dari bus 2 sehingga terdeteksi gangguan di zona 2, namun bila dilihat dari rele di bus 1&3 itu sendiri nilai impedansi gangguan adalah 0 Ω sehingga terdeteksi di zona 1. Begitu juga saat gangguan berada di bus 2 arus hubung singkat terbesar sebesar 21,383 kA dengan impedansi gangguan sebesar 5,8 Ω untuk gangguan 1 Ø ke tanah dan impedansi gangguan 5,8 Ω untuk gangguan 3Ø bila dilihat dari bus 1&3 sehingga terdeteksi gangguan di zona 2, namun bila dilihat dari rele di bus 2 itu sendiri nilai impedansi gangguan adalah 0 Ω sehingga terdeteksi di zona 1. 4.5.3 Analisa Rele OCR

Berdasarkan perhitungan setting rele arus lebih (OCR) dibandingkan dengan data setting dilapanngan adalah sebagai berikut:

Tabel 4.13 Perbandingan setting rele OCR hasil perhitungan dan data lapangan

lokasi Rele I hs 3Ø (kA) CT rasio _Iset (hit) Iset (data) tms Prim sek Bus 1 1 52,73 1200 5 1440 1400 - Bus 2 21,38 4000 1 4800 4800 - Bus 3 2 52,73 1200 5 1440 1400 - Line 1 3 25,66 600 5 720 700 0,35 4 25,66 2000 1 1320 1200 0,24 Line 2 5 25,66 2000 1 1320 1200 0,24 6 25,66 600 5 720 700 0,35 Line 3 7 32,07 600 5 720 700 0,54 8 32,07 600 5 720 700 0,54

Tabel 4.5 diatas yaitu tabel perbandingan data

setting arus OCR hasil perhitungan dan data

lapangan dapat kita lihat bahwa nilai arus setting OCR hasil perhitungan masih mempunyai selisih dengan data lapangan hal ini dapat di sebabkan oleh faktor pengali atau persentase yang digunakan untuk setting rele OCR berbeda, kaidah atau aturan setting rele arus lebih (OCR) yaitu:

 Setting arus rele harus lebih besar dari beban maksimal (Iset >Ifull load) dan tidak trip pada

beban maksimal maka setting arus rele arus lebih. Jika mengacu pada aturan tersebut maka baik setting data dilapangan maupun telah sesuai dengan aturan tersebut. Ini dapat dilihat ketika pada jaringan mengalir arus sebesar 600 A dengan setting arus sebesar 720 A maka rele tidak akan pick up karena arus beban maksimal tersebut lebih kecil dari arus setting sehingga pada keadaan tersebut rele arus lebih OCR tidak

trip dan jaringan masih dapat mengalirkan arus

ke beban dengan normal.

 Rele Arus lebih (OCR) harus trip pada arus hubung singkat dua phasa minimum diujung penghantar yang diamankan,

Imax < Iset < 0.8 Ihs 2Ø min

Bila Imax tidak diketahui, maka dapat

menggunakan In penghantar. Berdasarkan pada

kaidah ini maka setting arus dari tabel 4.5 juga telah sesuai baik data hasil perhitungan maupun data lapangan jika arus hubung singkat dua phasa minimum sebesar 18497 A maka, 600 A < 720 A < 14798 A.

 Koordinasi antara rele 3 dan 4 bila kita lihat dari hasil perhitungan nilai tms rele 3 adalah 0,35 detik dan rele 4 adalah 0,24, bila terjadi gangguan diantara rele 3 dan 4 maka rele 4 akan bekerja untuk mentripkan CB (Circuit Breaker) lebih cepat dibandingkan kerja dari rele 3.

 Koordinasi antara rele 5 dan 6 bila kita lihat dari hasil perhitungan nilai tms rele 5 adalah 0,24 detik dan rele 6 adalah 0,35, bila terjadi gangguan diantara rele 5 dan 6 maka rele 5 akan bekerja untuk mentripkan CB (Circuit Breaker) lebih cepat dibandingkan kerja dari rele 6.

 Koordinasi antara rele 7 dan 8 bila kita lihat dari hasil perhitungan nilai tms rele 7 dan rele 8 sama yaitu 0,54 detik, bila terjadi gangguan diantara rele 7 dan 8 maka rele 7 dan 8 akan bekerja untuk mentripkan CB (Circuit Breaker) bersamaan, hal ini dikarenakan Bus pada rele 7 dan 8 terdapat sumber tegangan sehingga untuk menjaga kestabilan dan keandalan sistem maka jika yang terjadi hanya gangguan sementara tidak akan mentripkan CB pada Bus sumber tegangan tersebut.

(17)

17

4.5.4 Analisa koordinasi Rele Distance dan Rele Over Current

Berdasarkan hasil perhitungan rele Distance dan rele arus lebih (OCR) maka didapatkan rekapitulasi hasil sebagai berikut:

Tabel 4.14 Rekapitulasi hasil perhitungan Hubung Singkat, Distance dan OCR

loka si R e l e I hs 3Ø (kA) Iset (Hit) (kA) Iset Lap (kA) OCR tms Distance Gangguan (tms) B1 B2 B3 L 1 L 2 L 3 Bus 1 1 52,7 1,44 1,4 - - - - Bus 2 21,4 4,8 4,8 - - - - Bus 3 2 52,7 1,44 1,4 - - - - Line 1 3 25,7 0,72 0,7 0,35 0 0,4 - 0 - - 4 25,7 1,32 1,2 0,24 0,4 0 - 0 - - Line 2 5 25,7 1,32 1,2 0,24 - 0 0,4 - 0 - 6 25,7 0,72 0,7 0,35 - 0,4 0 - 0 - Line 3 7 32,1 0,72 0,7 0,54 0,4 - 0 - - 0 8 32,1 0,72 0,7 0,54 0 - 0,4 - - 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1 4 8 12 16 20 24 T im e O p e ra ti o n ( t o p )

Current (multiples of plug setting)

0,1 s 0,35 s

Waktu setting rele OCR R7&R8 0,54 s

Waktu setting rele OCR R3&R6 Waktu setting rele

OCR R4&R5 Zona 1

0

Zona 2 Waktu setting rele Distance

Gambar 4.4 Grafik waktu operasi rele Distance dan rele OCR

Distance R4 = 5,8 Ω; Zona 2; Time operasi : 0,4s Dari data diatas saat gangguan di Bus 1 maka rele yang bekerja lebih dulu adalah rele Distance R3 yang mendeteksi gangguan di Zona 1 dan time operasinya 0 detik (instan), setelah Distance R3 operasi disusul rele Distance R4 akan beroperasi setelah 0,4 detik kemudian karena Distance R4 merasakan gangguan berada di Zona2. Namun apabila terjadi kegagalan operasi pada rele Distance R3 maka rele cadangan yaitu OCR R3 akan bekerja setelah 0,35 detik setelah terjadinya gangguan baru disusul Distance R4 pada 0,4 detik setelah gangguan.

Distance R6 = 5,8 Ω; Zona 2; Time operasi : 0,4s Dari data diatas saat gangguan di Bus 1 maka rele yang bekerja lebih dulu adalah rele Distance R5 yang mendeteksi gangguan di Zona 1 dan time operasinya 0 detik (instan), setelah Distance R5 operasi disusul rele Distance R6 akan beroperasi setelah 0,4 detik kemudian karena Distance R6 merasakan gangguan berada di Zona 2. Namun apabila terjadi kegagalan operasi pada rele Distance R5 maka rele cadangan yaitu OCR R5 akan bekerja setelah 0,24 detik setelah

(18)

18 terjadinya gangguan baru disusul Distance R6

pada 0,4 detik setelah gangguan.

V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan

1. Hasil perhitungan diketahui bahwa gangguan terbesar terjadi pada bus 1 & 3 sebesar 52.727 Ampere dan arus hubung singkat 3Ø terkecil ada pada bus 2 sebesar 21.383 Ampere. Untuk arus hubung singkat satu fasa ketanah, gangguan terbesar juga berada pada pada bus 1 & 3 sebesar 18.042 Ampere sedangkan arus hubung singkat fasa tanah terkecil berada pada Bus 2 sebesar 6.873 Ampere.

2. Distance Rele pada sistem jaringan 3 Bus Bumiayu-Balapulang-kebasen terpasang saling berhadapan untuk tiap line, sehingga penentuan zona gangguan saling berbanding terbalik antara 2 rele yang berhadapan, hal ini bertujuan agar pengamanan pada sistem saat terjadi gangguan lebih protektif dan handal. Dari hasil perhitungan diketahui bahwa untuk rele Distance yang terpasang dekat dengan gangguan maka rele tersebut akan bekerja lebih cepat dibandingkan rele yang jauh dari gangguan.

3. Hasil dari perhitungan dan analisis untuk setting rele arus lebih (OCR) pada konfigurasi jaringan

ring 3 bus dengan menggunakan karakteristik

kurva normal inverse maka dapat diketahui bahwa rele-rele yang mempunyai setting waktu operasi (top) serta nilai tms yang kecil akan beroperasi lebih cepat dalam melokalisir gangguan dibandingkan dengan rele yang

mempunyai waktu operasi (top) dan tms yang besar.

4. Koordinasi antara kedua rele yaitu rele Distance dan rele OCR, dilihat dari waktu operasinya maka dapat kita ketahui bahwa rele Distance merupakan pengaman utama (main Protection) karena dengan arus gangguan If 3Ø terbesar di Bus 2 yaitu 21,383 kA maka R4 Distance tms = 0 detik (instan), sedangkan rele OCR merupakan pengaman cadangan (backup protection) karena untuk arus gangguan If 3Ø terbesar di Bus 2 yaitu 21,383 kA maka R4 OCR besarnya tms = 0,24 detik. Jadi rele Distance akan selalu bekerja lebih dulu dibandingkan rele OCR saat terjadi gangguan.

5.2 Saran

1. Program ETAP versi 4.0 hanya dapat digunakan untuk mensimulasikan arus hubung singkat saja, sehingga untuk menentukan besaran nilai untuk setting rele yang digunakan hanya bisa dilakukan melalui perhitungan manual dimana parameter untuk perhitungan tersebut bisa didapatkan dari hasil simulasi arus hubung singkat.

2. Koordinasi antar rele sangat penting terutama untuk sistem yang lebih kompleks, untuk menghindari terjadinya rele tidak bekerja atau kesalahan pada penunjukan indikasi alarm gangguan.

(19)

19

DAFTAR PUSTAKA:

[1]. Christopoulos, C, Wright, A. “Electrical

Power System Protection”, Chapman & Hall :

London : 1993

[2]. Das J.C. “Power System Anayisis

Short-Circuit Load Flow And Harmonic ” Marcel

Dekker Inc. Newyork : 2002

[3]. Gonen, Turan. “Modern Power System

Analysis”. John Wiley & Son, Inc. 1988

[4]. Hewitson, Les. Mark Brown. Ramesh, B.

“Practical Power System Protection”.

Newnes & Elsevier : 2004

[5]. Jamaah, Akhmad S.T. “Buku Pegangan

Kuliah Proteksi Sistem Tenaga ” POLINES:

2004

[6]. Paithankar, Y.G. Bhide, S.R.”Fundamental Of

Power System Protection”, Prentice-Hall of INDIA. New Delhi.2003.

[7]. Saadat, Hadi. 1999. “ Power System Analysis “. New York : The McGraw-Hill Companies. [8]. Sulasno, Ir “Analisa sistem Tenaga Listrik”

Satya Wacana : Semarang : 1993

[9]. Stevenson, Jr, William, D. “Analisa sistem

tenaga listrik ”edisi keempat, Erlangga:

Jakarta : 1994

[10]. Zuhal,”Dasar Teknik Tenaga Listrik dan

Elekronika Daya”,PT Gramedia Pustaka

Utama, Jakarta:1992

[11]. PT. PLN (Persero) P3B. ”Pelatihan O&M

Relai Proteksi Jaringan” September 2005.

[12]. PT. PLN (Persero) P3B “Diklat Kursus Rele

Proteksi” Semarang : 2007

[13]. http://www.abb.com/global/seitp328.nsf [14]. http://dunia-listrik.blogspot.com

BIODATA PENULIS

Rachmad Hidayatulloh lahir di Semarang pada 27 Mei 1982. Menempuh pendidikan di SDN Delik Rejo 1 & 2, SMPN 8 Semarang, SMKN 4 Semarang, D3 Politeknik Negeri Semarang konsentrasi teknik elektronika dan saat ini sedang menyelesaikan studi Strata-1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang dengan mengambil konsentrasi Power / Ketenagaan.

Semarang, Agustus 2012 Menyetujui, Dosen Pembimbing I Ir. Juningtyastuti, MT. NIP. 195209261983032001 Dosen Pembimbing II Karnoto, ST. MT. NIP. 196907091997021001