analisa sistem proteksi relay arus lebih dan …
TRANSCRIPT
ANALISA SISTEM PROTEKSI RELAY ARUS LEBIH DAN GANGGUAN TANAH PADA PENYULANG LIMO
Enggou Prastyo Utomo 1), Amien Rahardjo2) Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
Abstrak
Suatu sistem distribusi sangat rentan akan gangguan karena daerahnya yang luas dan dekat dengan konsumen. Pada sistem distribusi, jaringan tegangan menengah memiliki peranan penting dalam pendistribusi tenaga listrik. Dalam kenyataannya gangguan sering terjadi pada jaringan tegangan menengah. Gangguan ini dapat menyebabkan kerusakan pada perlatan listrik sehingga menyebabkab terganggunya kontinyuitas suatu sistem distribusi. Untuk mengatasi hal ini dibutuhkan sistem proteksi yang efektif. Sistem proteksi yang efektif memiliki beberapa syarat yaitu cepat, selektif, sensitif, dan handal sehingga dapat menghilangkan dan mengurangi dampak gangguan yang terjadi. Sistem proteksi distribusi tegangan menegah terdiri dari relai arus lebih dan relai gangguan tanah sebagai proteksi jaringan tegangan menegah. Pada skripsi ini akan dibahas tentang perbandingan setting hasil perhitungan dan setting eksisting yang ada pada penyulang limo di gardu induk Gandul. Dari perbandingan didapat bahwa hasil perhitungan dapat bekerja sedikit lebih cepat dari pada hasil seting lapangan. Kata kunci : Gangguan, Sistem Proteksi, Relai. Abstract
A distribution system is highly vulnerable to disruption due to a broad area and close to the consumer. In the distribution systems, medium voltage networks have an important role in electrical power distribution. In fact disturbance common in medium voltage networks in particular short circuit. This disturbance can cause damage to the electrical equipment and causing disruption of continuity of a distribution system. To overcome this needed an effective protection system. Effective protection system has several requirements like fast, selective, sensitive, and reliable so as to eliminate and reduce the impact of disturbance. Protection of medium voltage distribution system consists of overcurrent relay and ground-fault relay as protection for medium voltage networks. In this paper will discuss comparison between the results of the calculation and settings that exist in the field setting limo feeder in Gandul main station. The results obtained that the relay setting calculation may work slightly faster than on the results of field settings. Key word : Disturbance, Protection System, Relay
I. PENDAHULUAN
Distribusi tegangan menengah memiliki peranan penting dalam pendistribusian tenaga
listrik. Sistem distribusi tegangan menegah memiliki area yang luas dan dekat konsumen
sehingga sangat rentan terjadi gangguan-gangguan yang dapat menyebabkan terganggunya
sistem distribusi. Hal ini tentu sangat merugikan, selain dapat menyebabkan kerusakan pada
alat, gangguan dapat menyebabkan terganggunya kontinyuitas distribusi tenaga listrik.
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
Dalam sistem distribusi jaringan tegangan menengah, Sistem proteksi merupakan hal
yang sangat penting untuk menjaga kehandalan distribusi tenaga listrik. Dibutuhkan sistem
proteksi yang memenuhi syarat yaitu andal, sensitif, selektif, dan cepat. Hal ini dilakukan
untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan dan gangguan dapat
diisolasi dari sistem tenaga listrik. Dengan diisolasinya bagian yang terganggu dari sistem
tenaga listrik maka tidak akan mengganggu bagian sistem tenaga listrik lainnya.
Pada gardu induk gandul terdiri dari beberapa trafo tenaga yang memasok tenaga listrik
pada beberapa penyulang untuk wilayah jakarta dan sekitarnya. Penyulang limo merupakan
salah satu penyulang dari gardu induk gandul. Dibutuhkan setting relay penyulang yang tepat
pada relay tersebut agar dapat bekerja dan berkoordinasi dengan baik dengan relay Incoming.
Pada sistem proteksi penyulang digunakan relay proteksi arus lebih dan gangguan tanah.
Dalam perencanaan dan penyetingannya dibutuhkan perhitungan gangguan hubung singkat.
Hal ini dibutuhkan untuk menentukan spesifikasi peralatan listrik dan setting relay yang
digunakan. Dalam skripsi ini membahas mengenai analisa setting relay arus lebih dan
gangguan tanah pada penyulang distribusi Limo yang berada pada gardu induk gandul.
II. Dasar Teori
Proteksi tenaga listrik merupakan sistem pengamanan peralatan-peralatan pada sistem
tenaga listrik dengan tujuan untuk menghindari atau mengurangi kerusakan yang timbul
akibat dari gangguan dan melokalisir daerah gangguan. Selain itu, proteksi juga berfungsi
untuk mengamankan manusia dari bahaya yang di timbulkan gangguan.
Pada sistem proteksi dapat terjadi kegagalan. Kegagalan sistem proteksi dapat
menyebabkan kerusakan fatal dan pemadaman listrik yang luas. Ada beberapa penyebab
terjadinya kegagalan pada sistem proteksi. Berikut ini merupakan penyebab kegagalan sistem
proteksi :
• Kerusakan pada peralatan proteksi seperti baterai, pemutus tenaga, dan relay
• Trafo instrumen jenuh
• Kesalahan seting sistem proteksi
• Kesalahan pada pengkawatan relai
Dalam sistem proteksi tegangan menegah terdiri dari beberapa komponen yaitu :
1. Pemutus Tenaga
merupakan pemutus rangkaian listrik yang dapat bekerja saat adanya gangguan atau keadaan
normal. Pemutus tenaga dapat memutuskan rangkaian saat terjadi gangguan sehingga
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
gangguan dapat dipisahkan. Pemutus tenaga bekerjasama dengan relay untuk memutuskan
arus gangguan dalam sistem proteksi.
Gambar 1 : Pemutus Tenaga
2. Transformator Instrument
Merupakan trafo yang digunakan sebagai alat ukur, relai proteksi, atau rangkain kontrol.
Trafo instrumen terbagi menjadi 2 jenis yaitu :
• Trafo Arus
Merupakan peralatan listrik yang dapat mentransformasikan arus yang besar menjadi kecil
untuk digunakan sebagai pengukuran atau proteksi.
Gambar 2 : Trafo Arus
• Trafo Tegangan
Merupakan peralatan listrik yang dapat mentransformasikan tegangan yang besar menjadi
kecil untuk digunakan sebagai pengukuran atau proteksi.
Gambar 3 : Trafo Tegangan
3. Baterai
merupakan peralatan listrik yang dapat menyimpan dan menghasilkan energi listrik. Baterai
berfungsi untuk memberi suplai kepada relai dan rangkaian control proteksi.
Gambar 4 : Baterai
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
4. Relay
Merupakan peralatan listrik yang berfungsi mengamankan peralatan listrik jika terjadi
gangguan. Relay bekerjasama dengan pemutus tenaga dan trafo instrument serta baterai untuk
mengamankan sistem ketika terjadi gangguan.
Gambar 5 : Relai
Pada sistem proteksi penyulang digunakan relay arus lebih dan gangguan tanah untuk
mengatasi gangguan hubung singkat. Berikut ini penjelasannya:
• Relay arus lebih
Relay arus lebih ialah suatu relay yang bekerjanya berdasarkan adanya kenaikan arus yang
melebihi suatu nilai setting tertentu dan dalam waktu tertentu. Relay akan bekerja apabila arus
pada sistem melebihi arus dari settingnya dalam jangka waktu tertentu. Relay akan
memerintah pemutus tenaga untuk trip.
• Relay gangguan tanah
Relay gangguan ke tanah (Ground Fault Relay/GFR) merupakan alat yang berfungsi untuk
mengamankan sistem dari arus lebih yang diakibatkan adanya gangguan ke tanah. Berbeda
dengan arus lebih, relay gangguan tanah mendeteksi arus dari penjumlahan vektor pada
masing-masing fasa (I0).
Gambar 6 : pengawatan relai arus lebih dan gangguan tanah
Berikut ini merupakan beberapa karakteristik dari relay :
• Relai arus lebih seketika (moment/ instantaneous)
Relai arus lebih seketika merupakan jenis relay arus lebih yang bekerja saat arus mencapai
batas pick-up dengan waktu kerja sangat singkat (20-100ms). Relay ini jarang berdiri sendiri
biasanya dikombinasikan dengan relay lainnya.
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
• Relay arus lebih waktu tertentu (definite time)
Relay arus lebih tertentu merupakan jenis relay arus lebih dimana jangka waktu relay mulai
pick-up kerja relay dapat diatur dan tidak tergantung dari besarnya arus pada saat gangguan.
• Relay arus lebih berbanding terbalik (inverse)
merupakan jenis relai arus lebih dimana waktu kerja relay mulai pick-up sampai dengan
selesainya kerja, relay tergantung dari besarnya arus. Relay ini mempunyai sifat terbalik
untuk nilai arus dan waktu kerjanya. Dimana semakin besar arus gangguannya maka relay
akan semakin cepat bekerja. Relay arus lebih berbanding terbalik dibedakan menjadi 4 yaitu
standar inverse, very inverse, extremely inverse dan long time inverse.
Berikut ini merupakan rumus dari setting relay inverse :
!"# =!×
!!!!"#
!− 1
! (4)
Dimana :
Tms = Time Multiple Setting T = Waktu Kerja
If = Arus gangguan Iset = Arus setting
α dan ! = Konstanta jenis karakteristik relai inverse
Ganguan hubung singkat dapat menyebabkan sistem tak seimbang. Menurut teori
Forteuscue, Dalam system tak seimbang yang terdiri dari n buah fasor yang saling
berhubungan dapat diuraikan menjadi n buah sistem dengan fasor yang seimbang, hal ini
dikatakan sebagai komponen seimbang (symmetrical component). Tiga fasor yang seimbang
terdiri dari beberapa komponen-komponen sebagai berikut : komponen positif, komponen
negatif dan kompnen nol.
Tabel 1 Faktor α dan β setting relay invers
Nama Kurva α ! Standar Inverse 0,02 0,14
Very Inverse 1 13,2 Extremely
Inverse 2 80
Long Inverse 1 120
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
Berikut ini merupakan rumus dari beberapa macam hubung singkat :
• Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah
!!! ! ∅ =3!!
!! + !! + !! + 3!!(2)
• Gangguan hubung singkat 2 fasa
!!! ! !!!"! =3!!
!! + !! + !!(3)
• Gangguan hubung singkat 3 fasa
!!! ! !"#" = !!
!! + !!(4)
Dimana : Ea = tegangan fasa [V] Z0 = impedansi urutan nol [ohm] Z1 = impedansi urutan positif [ohm] Z2 = impedansi urutan negatif [ohm] Zf = impedansi gangguan [ohm]
Untuk menghitung arus gangguan dibutuhkan nilai ekivalen impedansi urutan positif,
negatif,dan nol dari titik gangguan ke sumber. Untuk itu dibutuhkan persamaan impedansi
ekivalen. Berikut ini persamaannya :
• Impedansi urutan positif dan urutan negatif (Z1eq=Z2eq)
!1!" = !2!" = !!" + !!! + !!! (5)
• Impedansi urutan nol
!!!" = !!! + 3!" + !!! (6)
Dimana :
Z1eq = impedansi ekivalen jaringan urutan positif [ohm] Z2eq = impedansi ekivalen jaringan urutan negatif [ohm]
Zsc = impedansi sumber (20kV) [ohm] ZT1 = impedansi positif trafo [ohm]
Z1j = impedansi positif jaringan [ohm]
III. Metode Penelitian
Metodologi penelitian dilakukan dalam penyusunan skripsi ini, diantara lain dengan cara
: Studi literatur, Pengambilan data, perhitungan arus gangguan dan seting relay, simulasi dan
analisa data. Analisa membandingkan setting relay arus lebih dan gangguan tanah hasil
perhitungan dengan data eksisting serta melihat waktu kerja relay.
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
IV. Perhitungan dan Analisa • Perhitungan arus gangguan
Dalam perhitungan arus gangguan hubung singkat dilakukan dibeberapa titik.
Gambar 7 : Perhitungan Gangguan pada Penyulang Limo
Data hubung singkat pada arus hubung singkat adalah 36,9694 kA. Dengan rumus MVAsc
dapat cari daya hubung singkatnya :
!"#!" = 3×!×!!"
!"#!" = 3×150×36,9694
!"#!" = 9602,49 !"#
Daya hubung singkat pada GI gandul sebesar 9602,49 MVA. Maka impedansi Xs pada sisi 20
kv ialah :
!"#!"# !" = !"#!" !" =!"!!"
!!" =!"!
!"#!"
!!" =20!
9602 = 0,041 !ℎ!
Besarnya reaktansi trafo 3 pada gardu induk gandul adalah 12,42%. Untuk mendapatkan nilai
reaktansi urutan positif, negatif, dan nol dari trafo. Kita harus menghitung reaktansi 100%
trafo. Dengan rumus :
!! !"#" 100% = !"!
!"#!"#$%
!! !"#" 100% = 20!
60 = 6,67 !ℎ!
Nilai reaktansi urutan positif dan negatif trafo tenaga ialah :
!!! = !!! = 12,42%×6,67 = 0,83 !ℎ!
Untuk reaktansi urutan nol, nilainya Xt0 karena trafo 3 pada gardu induk gandul memiliki
konfigurasi Ynyn sehingga nilainya menjadi :
!!! = !!! = 0,83 !ℎ!
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
Menghitung impedansi penyulang limo, dibutuhkan data kabel SKTM yang digunakan dan
panjang jaringan penyulang. Penyulang limo menggunakan kabel XLPE 240 mm2 sebagai
penghantar dan panjang penyulang sebesar 13,136 Km. Berikut ini contoh perhitungan
impedansinya saat 100%:
• Impedansi urutan positif dan negatif
!1 = !2 = !"#$"#% !"#$%×!"#$%&'(!Ω!"
!1 = !2 = 13,136×(0,125+ !0,097)Ω!"
!1 = !2 = 1,642+ !1,2741 Ω
• Impedansi urutan nol
!0 = !"#$"#% !"#$%×!"#$%&'(!Ω!"
!0 = 13,136×(0,275+ 0,29)Ω!"
!0 = 3,612+ !3,809 Ω
Dari beberapa titik maka didapat sebagai berikut : Tabel 2 Impedansi Penyulang Limo
panjang kabel (%)
Z1=Z2 Z0
R Jx r Jx 1% 0,01642 0,01274192 0,036124 0,038094
10% 0,1642 0,1274192 0,36124 0,380944 20% 0,3284 0,2548384 0,72248 0,761888 30% 0,4926 0,3822576 1,08372 1,142832 40% 0,6568 0,5096768 1,44496 1,523776 50% 0,821 0,637096 1,8062 1,90472 60% 0,9852 0,7645152 2,16744 2,285664 70% 1,1494 0,8919344 2,52868 2,666608 80% 1,3136 1,0193536 2,88992 3,047552 90% 1,4778 1,1467728 3,25116 3,428496
100% 1,642 1,274192 3,6124 3,80944
Ada beberapa macam hubung singkat yang mungkin terjadi. Pada perhitungannya digunakan
hambatan hubung singkat sama dengan nol. Berikut ini merupakan perhitungannya pada
gangguan hubung singkat :
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
• Gangguan hubung singkat 3 fasa
Berikut ini merupakan rumus gangguan 3 fasa :
!!!! =!!"#"!! + !!
=!!"#"!!"
!!" = (%!!! + !!)! + !!!" + !!! +%!!!!
Contoh perhitungan :
Gangguan hubung singkat 3 fasa pada 100% panjang kabel.
!!" = (1,642+ 0)! + 0,04+ 0,83+ 1,274 ! !!" = 2,7 !ℎ! Sehingga gangguan hubung singkatnya :
!!!! =!!"#"!!"
=20000
32,7 = 4,27 !"
Berikut ini tabel perhitungan gangguan 3 fasa : Tabel 3 Arus Gangguan 3 Fasa pada Panjang Penyulang (%)
Panjang Jaringan hubung singkat
(%Kabel)
Besar Arus Gangguan 3
fasa (kA)
0% 13.083676 10% 11.4269653 20% 9.856880039 30% 8.582958836 40% 7.558299112 50% 6.729382712 60% 6.051332701 70% 5.489667903 80% 5.0185867 90% 4.618847457 100% 4.276009519
• Gangguan Hubung Singkat 2 fasa
Berikut ini merupakan rumus gangguan 2 fasa :
!!!! =!!"#"!!"#"2!! + !!
=!!"#"!!"#"
!!"
!!" = (2!!! + !!)! + (2!!!" + 2!!! + 2!!!)!
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
Contoh perhitungan:
Gangguan hubung singkat 2 fasa pada 100% panjang kabel
!!" = 2 1,642 + 0 ! + 2 0,04 + 2 0,83 + 2 1,2 !
!!" = 5,4 Ω Maka arus hubung singkatnya ialah :
!!!! =!!"#"!!"#"
!!"
!!!! =200005,4 = 3,703 !"
Berikut ini tabel perhitungan gangguan 2 fasa :
Tabel 4 Arus Gangguan 2 Fasa pada Panjang Penyulang (%)
Panjang Jaringan Hubung Singkat
(%Kabel)
Arus Gangguan 2
Fasa (kA)
0% 11.33079579 10% 9.896042236 20% 8.536308516 30% 7.433060392 40% 6.545679041 50% 5.82781638 60% 5.240607846 70% 4.754191862 80% 4.346223573 90% 4.000039234 100% 3.70313287
• Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah
Rumus perhitungan Arus ganguan 1 fasa tanah adalah:
!!!!!!"#"! =!!"#"
!! + !! + !! + !!=!!"#"!!"
Z!" = (3R! + 3R! + 2R!" + R!")! + (2X!"# + 2X!" + X!" + 2X!" + X!")!
Contoh perhitungan :
Gangguan hubung singkat 1fasa-tanah pada 100% panjang kabel :
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
Z_eq = √((3(12) + 3(0) + 2(1,642) + 3,61)^2 + (2(0,04) + 2(0,83) + 0,83 + 2(1,27) +3.81)^2 ) !!" = 43,8 Ω Maka arus gangguan 1 fasa tanah menjadi :
!!!!!!"#"! =!!"#"!!"
!!!!!!"#"! =!""""
!!",!
= 0,79 !" Berikut ini tabel perhitungan gangguan 1 fasa-tanah :
Tabel 5 Arus Gangguan 1 Fasa ke Tanah pada Panjang Penyulang (%)
Panjang Jaringan Hubung Singkat
(%Kabel)
Arus Gangguan 1
Fasa (kA)
0% 0.957865924 10% 0.940585792 20% 0.921894749 30% 0.90373379 40% 0.886094959 50% 0.868968706 60% 0.85234422 70% 0.836209732 80% 0.820552752 90% 0.805360283 100% 0.790618999
Berikut ini merupakan grafik hasil dari dari perhitungan gangguan hubung singkat terhadap
jarak gangguan:
Gambar 8 : Grafik Arus gangguan hasil Perhitungan
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
• Analisa Dari grafik dapat dilihat bahwa besar arus gangguan hubung singkat dipengaruhi oleh jarak
titik gangguan. Hal ini dapat dilihat besar arus gangguan akan semakin kecil ketika titik
gangguan semakin jauh dari pada sumber. Hal ini terjadi karena impedansi yang semakin
meningkat jika semakin jauh titik gangguan. Pada perhitungan arus gangguan hubung singkat
ini didapat arus gangguan hubung singkat 3 fasa ke tanah yang paling besar yaitu sebesar
13,083 kA dan arus gangguan 1 fasa yang paling kecil yaitu sebesar 957 A.
• Setting relai arus lebih penyulang
Untuk setting relai arus lebih pada penyulang digunakan relai karakteristrik inverse dan
moment. Untuk menggunakan relai standar inverse kita harus menentukan arus
maksimum/beban maksimum pada penyulang. Arus beban maksimum penyulang limo ialah
230A.
!"#$ = 230 !
!!"# = 230×1,2 = 276 !
Pada perhitungan digunakan arus gangguan hubung singkat arus 3 fasa yang terdekat. Waktu
kerja relai pada penyulang ditetapkan 0,3 s. hal ini untuk mencegah kesalahan proteksi akibat
inrush current. Berikut ini rumus dan perhitungan setting TMS :
!"# =!×((!! !!"# !"#$%")
!,!" − 1)0,14
!"# =0,3×((13083 276)!,!" − 1)
0,14
!"# = 0,17
Menurut dari dari sumber kesepakatan setting relai moment pada penyulang, arus setting ialah
:
!"#$$%&' = 2×!! !"#$% !"#$%$
!"#$$%&' = 2×1732 = 3464 !
Maka setting arus sekunder :
!"#$ !"##$%& !"#$%&"' = 1
!"#$% !"×!"#$$%&'
!"#$ !"##$%& !"#$%&"' = 1
6005×3464 = 30,5 !
!! = 0,1 !"#$% Dengan waktu kerja sebesar 0,1 detik.
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
• Setting relai arus lebih Incoming
Untuk setting relai arus lebih pada Incoming digunakan relai dengan karakteristrik inverse.
Untuk menggunakan relai standar inverse kita harus menentukan arus maksimum/beban
maksimum pada penyulang. Arus maksimum pada Incoming ditentukan oleh daya trafo
tenaga untuk mengamankan trafo. Berikut ini rumus dan perhitungannya :
!! =!!"#$%3×!!!!
!! =6000020 3
!! = 1732 !
Untuk perhitungan arus setting relai inverse :
!!"# = 1,2×!!
!!"# = 1,2×1732 = 2078 ≈ 2000 !
Untuk setting TMS pada Incoming digunakan nilai arus gangguan maksimum 3 fasa dan
waktu setting 0,9 detik sesuai ketentuan kesepakatan.
!" = ! !"#$%&'#( + ! !" + ∆! = 0,3+ 0,3+ 0,3 = 0,9 !"#$%
!"# =(!!"#$%&)×(
!!!!"# !"#$%"
!,!"
− 1
0,14
!"# =0,9× 13083
2000!,!"
− 1
0,14 = 0,24
Setting moment arus lebih ditentukan 4xIn dan waktunya sebesar 0,7 detik. Waktu dalam
settingan ini melihat pada Perhitungan sebagai berikut :
!!"# = 4×!! = 4×1732 = 6928 !
!" = !!"!#$% !"#$%&'#( + !!"!#$% !" + ∆! = 0,1+ 0,3+ 0,3 = 0,7 !"#$%
• Relai gangguan tanah penyulang
Setting relai gangguan tanah tidak jauh beda seperti arus lebih. Setting relai gangguan tanah
menggunakan karakteristik inverse dan moment. Untuk menentukan setting karakteristik
inverse, kita harus menentukan nilai setting arus gangguan tanah. Berikut ini perhitungannya :
!"#$" !"##$%& = 10%×!!!∅
!"#$" !"##$%& = 10%×790 = 79 !
Untuk setting relai digunakan nilai arus dari trafo arus sekunder. Berikut ini perhitungannya :
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
!"#$ !"##$%& !"#$%&"' = 1
!"#$% !"×!"#$$%&'
!!"# !"#$%&"' =79
6005= 0,65 !
Untuk setting TMS pada outgoing digunakan nilai arus gangguan maksimum 1 fasa dan
waktu setting 0,3 detik sebagai delay :
!"# =!×((!!!∅ !!"# !"#$%")
!,!" − 10,14
!"# =0,3×((957 79)!,!" − 1
0,14
!"# = 0,11
Untuk setting karakteristik moment disetting dengan jarak gangguan minimum 50% gangguan
maksimum dan waktu 0,1.Gangguan maksimum dititik 50 % ialah 868 A.
• Relai gangguan tanah Incoming
Setting relai gangguan tanah pada Incoming terdiri dari 2 karakteristik yaitu inverse saja.
Untuk setting inverse, arus setting ditentukan dari kesepakatan setting . Berikut
perhitungannya :
!"#$" !"##$%& = 0,2×!!
!"#$" !"##$%& = 0,2×1732 = 346 !
Untuk menentukan nilai TMS digunakan arus gangguan maksimum satu fasa dan waktu
setting sebesar 0,9 s. Berikut ini perhitungan setting tms:
!"# =!"×(
!!!∅!!"# !"#$%"
!,!"
− 1)
0,14
!"# =0,9× 957
346!,!"
− 1
0,14 = 0,13
Untuk setting moment pada penyulang di blok.
• Waktu kerja relay
Untuk mengetahui selektifitas kerja relai, kita dapat menganalisa melalui waktu kerja relai.
Pada skripsi ini dilakukan beberapa skenario gangguan berdasarkan letak gangguan dan jenis
gangguan yaitu gangguan 1 fasa tanah,2 fasa dan 3 fasa pada jarak yang telah ditentukan yaitu
13,136 km, 9 km, 6 km, 3 km, dan 0 km yang disimulasikan dengan ETAP. Berikut ini
merupakan hasil dari pada simulasi :
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
Tabel 6 Hasil Simulasi Gangguan 3 Fasa
Dari data diatas dapat dilihat waktu kerja setting lebih cepat dari pada kerja waktu eksisting.
Pada dasarnya kedua setting diatas sudah baik karena dapat berkoordinasi dengan baik.
Berikut ini jika dilihat dari grafik waktu :
Gambar 9: Waktu kerja relai gangguan 3 fasa
Jika dilihat setting relai berdasarkan perhitungan lebih cepat bekerja dari pada relai setting
eksisting pada sisi incoming. Pada setting perhitungan didapat waktu yang lebih cepat dari
pada setting eksisting. Pada sisi incoming perhitungan diberi relai karakteristik moment
sehingga waktu kerja lebih cepat. Pada relai incoming ditambahkan karakteristik moment
dengan waktu kerja 0,7 detik. Hal ini dilakukan untuk mengurangi kerusakan yang mungkin
terjadi pada trafo tenaga saat terjadi hubung singkat. Untuk setting penyulang bekerja pada
0,1 detik baik setting eksisting maupun setting perhitungan karena gangguan yang ada pada
simulasi lebih besar dari setting moment sehingga waktu kerja relai 0,1 detik. Dilihat dari
perbedaan waktu antara incoming dan penyulang sudah baik sekitar 0,6 detik.
Letak
Gangguan
(Km)
Arus
Gangguan
3 Fasa
(kA)
Waktu kerja Eksisting Waktu kerja resetting
Incoming
(ms)
Penyulang
(ms)
Incoming
(ms)
Penyulang
(ms)
0 14,924 853 100 700 100
3 10,633 1040 100 700 100
6 8,017 1243 100 700 100
9 6,372 1493 100 1433 100
13,136 4,938 1919 100 1842 100
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
Berikut ini merupakan hasil simulasi dari gangguan 2 fasa :
Dari data diatas dapat dilihat waktu kerja setting lebih cepat dari pada kerja waktu eksisting.
Pada dasarnya kedua setting diatas sudah baik karena dapat berkoordinasi dengan baik. Dapat
terlihat pada incoming dipasang relai karakteristik moment dimana waktu kerja relai 0,7 detik.
Hal ini untuk memberikan perlindungan pada trafo tenaga jika mengalami hubung singkat
pada jaringan. Berikut ini jika dilihat dari grafik waktu :
Gambar 10 Waktu kerja relai gangguan 2 fasa
Terlihat bahwa relai pada sisi penyulang bekerja pada waktu 0,1 detik. Hal ini terjadi karena
besar gangguan yang terjadi pada penyulang diatas 4 kA. Sedangkan setting moment pada
setting perhitungan dan eksisting dibawah 4 kA. Jika dilihat dari waktu kerja relai incoming
dapat dilihat waktu kerja relai incoming hasil perhitungan lebih cepat. Walaupun tidak terlalu
besar perbedaannya. Dilihat dari perbedaan waktu antara incoming dan penyulang sudah baik
sekitar 0,6 detik.
Berikut ini merupakan hasil simulasi dari gangguan 1 fasa ke tanah :
Tabel 7 Hasil Simulasi Gangguan 2 Fasa
Letak
Gangguan
(Km)
Arus
Gangguan
2 Fasa
(kA)
Waktu kerja Eksisting Waktu kerja resetting
Incoming
(ms)
Penyulang
(ms)
Incoming
(ms)
Penyulang
(ms)
0 12,92 920 100 700 100
3 9,209 1129 100 700 100
6 6,943 1389 100 700 100
9 5,518 1707 100 1639 100
13,136 4,28 2285 100 2194 100
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
Tabel 8 Hasil Simulasi Gangguan 1 Fasa ke Tanah
Letak
Gangguan
(Km)
Arus
Gangguan
1 Fasa
(kA)
Waktu kerja Eksisting Waktu kerja resetting
Incoming
(ms)
Penyulang
(ms)
Incoming
(ms)
Penyulang
(ms)
0 1,068 847 130 799 100
3 1,025 879 130 829 100
6 0,984 912 130 861 100
9 0,946 948 130 896 100
13,136 0,896 1001 130 947 100
Jika dilihat dari waktu kerja penyulang, waktu kerja relai sama. Hal ini terjadi karena arus
gangguan satu fasa tanah pada simulasi terlalu besar sehinga relai moment gangguan tanah
bekerja. Berikut ini merupakan grafik dari waktu kerja relai :
Gambar 11 Waktu kerja relai gangguan 1 fasa ke tanah
Dapat dilihat waktu kerja relai hampir sama, dapat dilihat waktu kerja relai pada penyulang
berbeda 30 ms. hal ini karena ada perbedaan dalam setting moment pada penyulang. Namun
pada incoming terlihat bahwa relai setting hasil perhitungan lebih cepat bekerja. Walaupun
hanya terjadi sedikit perbedaan waktu kerja. Terdapat perbedaan waktu antara incoming dan
penyulang sekitar 0,7 detik (paling rendah). Hal ini cukup baik dimana seting dirancang
sekitar 0,6 detik.
Berdasarkan hasil dari simulasi gangguan hubung singkat didapat arus gangguan : Tabel 9 Arus Gangguan hasil dari Simulasi
Jarak Gangguan (km) Arus
Gangguan 3 Fasa (kA)
Arus Gangguan 2 Fasa (kA)
Arus Gangguan 1 Fasa (kA)
0 14,924 12.92 1.068
3 10.633 9.209 1.025
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
Berikut ini merupakan grafik dari arus gangguan :
Gambar 12 Arus Gangguan hasil Dari Simulasi
Dari hasil simulasi didapat hasil yang hampir sama seperti hasil perhitungan. Namun ada
sedikit perbedaan dimana hasil dari simulasi sedikit lebih tinggi dibandingkan hasil simulasi.
Pada gangguan 3 fasa pada ujung penyulang arus gangguannya sebesar 4,938 kA sedangkan
hasil perhitungan hanya 4,27 kA. Pada gangguan 2 fasa pada ujung penyulang arus gangguan
hasil simulasi sebesar 4,28 kA dan hasil perhitungan 3,7 kA. Pada gangguan 1fasa ke tanah
hasil simulasi didapat ialah 0,896 kA sedangkan hasil perhitungan didapat 0,79 kA. Hal ini
mungkin disebabkan oleh adanya perhitungan toleransi pada simulasi. Terdapat perbedaan
perhitungan pada simulasi ETAP. Ada beberapa setting toleransi pada trafo dan kabel
sehingga arus gangguannya berbeda sedikit terhadap perhitungan. Namun secara keseluruhan
besar arus gangguan hampir sama hanya terjadi sedikit perbedaan besar arus gangguan.
V. KESIMPULAN
• Besar arus gangguan juga dipengaruhi oleh jarak titik gangguan hubung singkat, semakin
jauh jarak gangguan maka akan semakin kecil arus gangguan hubung singkat.
• Pada perhitungan arus gangguan yang terbesar ialah arus gangguan 3 fasa sebesar 13,083
kA dan arus gangguan terkecil ialah arus gangguan 1 fasa ke tanah sebesar 0,957 kA.
6 8.017 6.943 0.984
9 6.372 5.518 0.946
13,136 4.938 4.28 0.896
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013
• Dalam setting pada perhitungan didapat :
Sisi Incoming 20 kV (OCR)
Iset primer(SI) = 2000 A
TMS = 0,24
Iset primer(Definite) = 6928 A
Td = 0,7 s
Sisi Incoming 20 kV (GFR)
Iset primer(SI) = 346 A
TMS = 0,13
Iset primer(Definite) = blok
Td = blok
Sisi Penyulang 20 kV (OCR)
Iset primer(SI) = 276 A
TMS = 0,17
Iset primer(moment) = 3464 A
Td = 0,1 s
Sisi Penyulang 20 kV (GFR)
Iset primer(SI) = 79 A
TMS = 0,11
Iset primer(moment) = 868 A
Td = 0,1 s
• Dari hasil simulasi data eksisting memiliki nilai yang sudah baik karena relai dapat
berkoordinasi dengan baik antara relai Incoming dan penyulang. Dimana relai penyulang
bekerja terlebih dahulu lalu diikuti oleh relai Incoming dengan waktu tunda tertentu.
VI. KEPUSTAKAAN [1] I. J. Nagrath, D. P. Kothari, “Modern Power System Analysis”, Tata McGraw-Hill, New
Delhi, 1980
[2] John Norchote, Green Robert Wilson, “Control and Automation of Electrical Power
Distribution Systems”,CRC Press, Taylor & Francis Group, Newyork, 2007.
[3] Luce M. Faulkenberry, Walter Coffer, “Electrical Power Distribution and Trasmission”,
Prentice-Hall, Engelwood Cliff, New Jersey 1996.
[4] Kesepakatan Bersama Pengelolaan Sistem Proteksi Trafo-Penyulang 20 kV Tahun 2012,
PT PLN Persero.
[5] Ir. Djiteng Marsudi, “Pembangkitan Energi Listrik”, Erlangga, Jakarta, 2005.
[6] Badrudin,”Modul pentanahan”, Pusat Pengembangan Bahan Ajar UMB
[7] Sarimun, Wahyudi, “Proteksi Sistem Distribusi Tenaga Listrik”,Garamond, 2012
Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013