institut teknologi pln skripsi kajian sistem proteksi …

64
INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI RELE DIFERENSIAL TERHADAP GANGGUAN INTERNAL PADA TRANSFORMATOR STEP-UP 150 kV PLTU TANJUNG PRIOK DISUSUN OLEH : AHMAD RAZIQ ALBIHAR NIM : 201611026 PROGRAM STRATA SATU TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS KETENAGALISTRIKAN DAN ENERGI TERBARUKAN INSTITUT TEKNOLOGI PLN JAKARTA, 2020

Upload: others

Post on 28-Oct-2021

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

INSTITUT TEKNOLOGI PLN

SKRIPSI

KAJIAN SISTEM PROTEKSI RELE DIFERENSIAL

TERHADAP GANGGUAN INTERNAL PADA

TRANSFORMATOR STEP-UP 150 kV PLTU TANJUNG

PRIOK

DISUSUN OLEH : AHMAD RAZIQ ALBIHAR

NIM : 201611026

PROGRAM STRATA SATU TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS KETENAGALISTRIKAN DAN ENERGI TERBARUKAN

INSTITUT TEKNOLOGI – PLN

JAKARTA, 2020

Page 2: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

ii

Nazamudin
Textbox
14 Agustus 2020
Page 3: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

iii

Page 4: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

iv

Page 5: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

v

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan ini saya menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang

sebesar – besarnya kepada yang terhormat:

(Isworo Pujotomo, Ir.,MT) Selaku Pembimbing I

(Rizki Pratama Putera, ST.,M.T) Selaku Pembimbing II

Yang telah memberikan petunjuk, saran-saran serta bimbingannya sehingga

Proyek Akhir/Skripsi ini dapat diselesaikan.

Terima kasih yang sama, saya sampaikan kepada orang tua saya juga yang

telah membimbing saya menjadi seperti sekarang, dan juga terima kasih juga

kepada rekan-rekan saya yang telah banyak membantu saya.

Jakarta, 26 Juli 2020

Ahmad Raziq Albihar

NIM : 2016-11-026

Page 6: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

vi

LAMPIRAN - LAMPIRAN

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai civitas akademika Sekolah Tinggi Teknik - PLN, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Ahmad Raziq Albihar

NIM : 2016 – 11 – 026

Program Studi : Strata 1

Jurusan : Teknik Elektro

Jenis karya : Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Institut

Teknologi - PLN Hak Bebas Royalti Non eksklusif (Non- exclusive Royalty Free Right)

atas karya ilmiah saya yang berjudul :

KAJIAN SISTEM PROTEKSI RELE DIFERENSIAL TERHADAP GANGGUAN INTERNAL

PADA TRANSFORMATOR STEP – UP 150 KV PLTU TANJUNG PRIOK.

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non eksklusif ini

Institut Teknologi - PLN berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, mengelola dalam

bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan Tugas Akhir saya

selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak

Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Jakarta Pada tanggal : 26 Juli 2020

Yang Menyatakan

Ahmad Raziq Albihar

Page 7: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

vii

ABSTRAK

KAJIAN SISTEM PROTEKSI RELE DIFERENSIAL TERHADAP GANGGUAN INTERNAL PADA

TRANSFORMATOR STEP-UP 150 Kv PLTU TANJUNG PRIOK

Ahmad Raziq Albihar, 201611026

Isworo Pujotomo, Ir.,MT, Rizki Pratama Putera, ST.,M.T

Transformator dan rele proteksi adalah dua komponen yang penting dalam sistem pembangkit listrik. Gangguan Internal pada kedua komponen tersebut akan mengakibatkan kerusakan besar dan berhentinya operasional jika tidak ditangani dengan cepat. Kendala inilah yang sering dihadapi oleh Transformator 150 kV di PLTU Tanjung Priok. Sehingga perlu dilakukan kajian terhadap kerusakan untuk dijadikan bahan refferensi mengidentifikasi prediksi gangguan berikutnya. Metode penelitian ini menggunakan data dari hasil observasi dan wawancara dengan pihak teknik PLTU Tanjung priok. Terdapat enam gangguan yang muncul dan penyebabnya adalah dari instalasi kabel, kesalahan pemeliharaan dan pada rele proteksi differential paling banyak muncul yaitu masing –masing sebanyak 4 kali dalam kurun waktu 5 tahun terakhir. Setting rele differential menjadi jenis gangguan internal yang paling lama untuk dilakukan perbaikan yaitu 130 menit. Kegagalan sistem proteksi mengakibatkan distribusi listrik terganggu dan membuat kwh hilang paling tinggi sebesar 13464.57 kwh. Maka dari itu ditentukan rasio CT sebesar 22 kV = 2000/5 A dan 150 kV 300/5 A dengan error mismatch 20 kV = 0,20% dan 150 kV = 0,29%. Dan arus setting rele diferensial sebesar 0,11 A. hal tersebut diperhitungkan guna mengoptimalkan kinerja sistem proteksi PLTU Tanjung Priok.

Kata Kunci : Transformator 150 kV, Rele Differensial, Gangguan Internal

Page 8: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

viii

ABSTRACT

STUDY OF DIFFERENTIAL RELE PROTECTION SYSTEM ON INTERNAL DISORDERS IN 150 kV STEP-UP TRANSFORMERS PLTU TANJUNG PRIOK

Ahmad Raziq Albihar, 201611026

Isworo Pujotomo, Ir.,MT, Rizki Pratama Putera, ST.,M.T

Transformer and protection relay are two important components in a power

generation system. Internal disturbances in these two components will cause major damage and cease operations if not handled quickly. This obstacle is often faced by the 150 kV Transformer at PLTU Tanjung Priok. So it is necessary to study the damage to be used as reference material to identify predictions of the next disturbance. This research method uses data from observations and interviews with the Tanjung Priok PLTU engineering party. There are six disturbances that arise and the causes are from cable installation, maintenance errors and on the differential protection relay, the most occurring, namely 4 times each in the last 5 years. Differential relay setting is the longest type of internal fault to be repaired, which is 130 minutes. Failure of the protection system results in disrupted electricity distribution and makes the highest kwh lost at 13464.57 kwh. Therefore, a CT ratio of 22 kV = 2000/5 A and 150 kV 300/5 A was determined with a mismatch error of 20 kV = 0.20% and 150 kV = 0.29%. And the current differential relay setting is 0.11 A. This is calculated to optimize the performance of the protection system of PLTU Tanjung Priok.

Keywords: 150 kV Transformer, Differential Relay, Internal Interference

Page 9: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................................ i

LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI .................................................................... ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI......................................................................... iii

UCAPAN TERIMA KASIH .......................................................................................... iv

ABSTRAK ................................................................................................................... v

ABSTRACT ................................................................................................................ vi

DAFTAR ISI .............................................................................................................. vii

DAFTAR TABEL ..............................................................................................................vii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 12

1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 12

1.2 Permasalah Penelitian ..................................................................................... 13

1.2.1 Identifikasi Masalah .......................................................................................... 13

1.2.2 Ruang lingkup Masalah.................................................................................... 14

1.2.3 Rumusan Masalah ........................................................................................... 14

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian........................................................................ 14

1.3.1 Tujuan penelitian ............................................................................................. 14

1.3.2 Manfaat penelitian........................................................................................... 15

1.4 Sistematika Penulisan ...................................................................................... 16

BAB II LANDASAN TEORI ....................................................................................... 17

2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................................................. 17

2.2 Landasan Teori .................................................................................................... 18

2.2.1 Prinsip Dasar Relay Diferensial......................................................................... 19

2.2.2 Proteksi Diferensial pada Transformator ........................................................... 20

2.2.3.1 Dasar Pertimbangan Untuk Proteksi Diferensial pada Transformator .............. 21

2.2.3.2 Saluran Transformator Arus Rating Primer ...................................................... 22

2.2.3.3 Perbaikan Fasa ............................................................................................... 22

2.2.3.4 Penyaringan dari Arus Konsekuensi Nol (Zero Sequence Currents) ................ 23

Page 10: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

x

2.2.3.5 Perbaikan Rasio .............................................................................................. 24

2.2.3.6 Penyetelan Bias .............................................................................................. 24

2.2.3.7 Transformator dengan Banyak Kumparan ....................................................... 25

2.2.4 Kondisi Operasi Relay Diferensial .................................................................... 27

2.2.4.1 Operasi pada Kondisi Normal ....................................................................... 27

2.2.4.2 Operasi pada Kondisi Gangguan Internal...................................................... 27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................................ 30

3.1 Analisa Kebutuhan ............................................................................................... 30

3.2 Perancangan Penelitian ....................................................................................... 30

3.2.1 Waktu dan tempat penelitian ............................................................................ 30

3.2.2 Studi Literatur .................................................................................................. 30

3.2.3 Pengumpulan Data .......................................................................................... 30

3.2.4 Pengolahan Data ............................................................................................. 30

3.2.5 Diagram Alur Penelitian ................................................................................... 31

3.3 Teknik Analisis ..................................................................................................... 32

3.4 Jadwal Penelitian ................................................................................................. 34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................ 36

4.1 Data Penelitian ................................................................................................... 36

4.2 Pembahasan ...................................................................................................... 38

4.2.1 Penyebab kegagalan sistem proteksi ............................................................... 38

4.2.2 Akibat Kegagalan sistem proteksi pada tranformator ....................................... 39

4.2.3 Rele differential terhadap gangguan hubung singkat ....................................... 39

4.2.3.1 Perhitungan CT Ratio Sisi Primer ................................................................. 40

4.2.3.2 Perhitungan Error Mismatch CT .................................................................... 40

4.2.3.3 Perhitungan Arus Sekunder CT .................................................................... 41

4.2.3.4 Perhitungan Rele Diferensial dan Restrain.................................................... 42

4.2.3.5 Perhitungan Persentase Slope ...................................................................... 43

4.2.3.6 Perhitungan Arus Setelan ............................................................................. 43

4.2.3.7 Simulasi Gangguan ....................................................................................... 45

4.3 Hasil Pengolahan Data ....................................................................................... 47

BAB V PENUTUP ..................................................................................................... 49

5.1 Kesimpulan .......................................................................................................... 49

5.2 Saran ................................................................................................................... 49

Page 11: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

xi

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 50

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ...................................................................................... 51

LAMPIRAN - LAMPIRAN .......................................................................................... 52

LAMPIRAN DATA ..................................................................................................... 61

Page 12: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Rekomendasi penyetelan untuk operasi tidak terkendali .......................... 28 Tabel 3. 1 Jadwal kegiatan penelitian ....................................................................... 35 Tabel 4. 1 Data Transformator. ................................................................................. 36 Tabel 4. 2 Data Rele Diferensial. .............................................................................. 36 Tabel 4. 3 Data gangguan dan kegagalan 150 kv ......................................................38 Tabel 4. 4 Uji Peforma Rele Differential Pihak PLTU ................................................. 49

Page 13: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Koneksi dasar rele diferensial. .................................................................. 20 Gambar 2.2 Prinsip proteksi diferensial pada transformator. ........................................ 20 Gambar 2.3 Proteksi diferensial untuk transformator dua kumparan .delta/bintang ...... 22 Gambar 2.4 Karakteristik khusus bias. ......................................................................... 25 Gambar 2.5 transformator tiga kumparan (satu sumber daya) ..................................... 26 Gambar 2.6 transformator tiga kumparan (tiga sumber daya) ...................................... 26 Gambar 2.7 transformator tiga kumparan dengan tersier delta yang dibongkar ........... 26 Gambar 2.8 Waktu operasi arus. .................................................................................. 28 Gambar 2.9 Kerangka Pemikiran ................................................................................. 29 Gambar 3.1 diagram alur penelitian ............................................................................. 31 Gambar 4.1 Karakteristik rele diferensial ...................................................................... 45 Gambar 4.2 Wiring Rele diagram untuk vector grup trafo Ynyn0 d ............................... 46

Page 14: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

12

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Transformator pada pembangkit merupakan bagian yang

sangat berharga dan merupakan objek vital pada sistem pembangkit

tenaga listrik. Oleh karena itu transformator menjadi hal paling utama

untuk segera diselamatkan ketika terjadi gangguan. Pihak PLTU

pasti mengharapkan tidak banyak terjadi kerusakan transformator

meskipun kenyataannya keruskana itu tidak bisa dihindari. Oleh

karena itu, untuk meminimalisir terjadinya kerusakan pada

transformator pembangkit maka setiap transformator diberikan

sistem proteksi untuk melindungi dari kerusakan yang lebih berat.

Salah satu perlatan proteksi yang dapat digunakan untuk

memproteksi transformator dari gangguan tersebut adalah relay

diferensial. Relay ini bertujuan untuk melindungi trafo ketika terjadi

perbedaan nominal arus yang mengalir pada sisi tegangan tinggi dan

sisi tegangan rendah, dan bekerja tanpa waktu tunda. Sehingga perlu

dipastikan bahwa sistem proteksi bekerja dengan baik untuk bisa

melindungi transformator ketika terjadi gangguan.

Rele diferensial adalah salah satu sistem proteksi yang

diperlukan untuk mengamankan dari gangguan. Salah satu

gangguan yang sering terjadi yaitu kesalahan dalam membaca suatu

perbedaan arus yang disebut error mismatch. Rele diferensial

merupakan rele pengaman yang bekerja berdasarkan

keseimbangan, yang membandingkan arus-arus sekunder

transformator arus (CT) yang terpasang pada terminal peralatan atau

instalasi listrik yang diamankan. Pemilihan dan pemasangan yang

sesuai harus dilakukan agar rele ini bekerja secara optimal. Tujuan

pemasangan rele proteksi pada transformator daya adalah untuk

mengamankan peralatan sehingga kerugian akibat gangguan dapat

Page 15: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

13

dihindari atau dikurangi sekecil mungkin. Fungsi rele diferensial pada

trafo adalah sebagai pengaman utama dari gangguan hubung

singkat dari kumparan trafo. Pada operasi normalnya sebuah rele

diferensial hanya akan melihat gangguan di daerah kerjanya dan

tidak terpengaruh dengan gangguan dari luar. Rele diferensial

tersebut lebih efektif untuk menangani gangguan yang terdapat pada

internal transformator.

Masalah kegagalan proteksi merupakan masalah pada

transformator di PLTU tanjung priok, masalah yang terjadi

memerlukan investigasi lebih lanjut untuk mengetahui faktor apa saja

yang bisa menyebabkan kegagalan dari sistem proteksi.

Berdasarkan observasi dan diskusi dengan pihak teknik PLTU

kegagalan proteksi disebabkan oleh faktor internal transformator dan

faktor internal sistem rele proteksi itu sendiri. Sehingga diperlukan

sebuah kajian dengan melihat pola – pola kerusakan yang pernah

terjadi sebelumnya.

.Berdasarkan latar belakang tersebut maka penulis melakukan

kajian untuk mengetahui penyebab gangguan internal yang bisa

mengakibatkan kegagalan proteksi dan pengaruhnya pada

transformator 150 kV.

1.2 Permasalah Penelitian

1.2.1 Identifikasi Masalah

Dari latar belakang diatas, maka didapat identifikasi masalah

yang dibahas pada skripsi ini, yaitu:

1. Sering terjadi kegagalan proteksi sehingga rele proteksi

tidak bisa mengamankan transformator 150 kV dari

kerusakan ketika terjadi gangguan internal.

2. Pemilihan rasio CT harus dilakukan dengan tepat agar

memiliki error mismatch yang tidak melebihi

karakteristiknya.

Page 16: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

14

3. Perhitungan arus setting rele diferensial didapat

berdasarkan nilai arus diferensial, arus penahan dan

persentase slope.

1.2.2 Ruang lingkup Masalah

Agar pembahasan dalam penulisan skripsi ini tidak meluas

dan tercapainya pembahasan yang tepat dan terarah, maka

penulis perlu membuat batasan masalah berupa:

1. Penyebab dan pengaruh kegagalan sistem proteksi rele

differential terhadap gangguan internal transformator

150 kV pada PLTU Tanjung Priok.

2. Transformator yang digunakan ialah transformator daya

step up 60 MVA; 22 – 150 kV di PLTU Tanjung Priok.

3. Rele yang digunakan ialah rele diferensial.

1.2.3 Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada penulisan skripsi ini ialah :

1. Mengetahui penyebab dan pengaruh apa saja yang

terjadi ketika mengalami kegagalan proteksi sehingga

rele proteksi tersebut tidak bisa mengamankan

transformator 150 kV.

2. Bagaimana cara menentukan rasio CT agar memiliki error

mismatch yang tidak melebihi karakteristiknya?

3. Bagaimana perhitungan arus setting rele diferensial pada

transformato 150 kV?

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian

1.3.1 Tujuan penelitian

Tujuan penulis dalam penulisan proposal skripsi ini adalah :

1. Untuk memenuhi syarat kelulusan mata kuliah skripsi 6

sks program sarjana strata satu (S1) teknik elektro.

2. Untuk mengidentifikasi bagaimana sistem proteksi pada

Page 17: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

15

saat terjadi kegagalan rele diferensial terhadap

gangguan internal transformator 150 kV PLTU Tanjung

Priok.

1.3.2 Manfaat penelitian

Manfaat dalam penulisan proposal skripsi ini adalah :

1. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi bahan

referensi penelitian untuk mahasiswa jurusan Teknik

Elektro konsentrasi tenaga listrik (arus kuat).

2. Dengan diadakannya kajian pada sistem proteksi rele

diferensial pada transfomator 150 kV di PLTU Tanjung

Priok ini diharapkan dapat menjadi bahan pertimbangan

dan pembelajaran untuk menyelesaikan permasalahan

yang sering terjadi pada sistem proteksi rele deferensial.

Page 18: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

16

1.4 Sistematika Penulisan

Penulisan laporan penelitian ini dibagi lima bab dengan sistematika

sebagai berikut. Bab I berisi pendahuluan, dalam bab ini akan dikemukakan

latar belakang masalah, perumusan masalah, ruang lingkup penelitian,

tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika penelitian. Bab II berisi

kerangka teoritis, dalam bab ini akan dikemukakan landasan teori yang

diperoleh melalui buku-buku yang relevan dan kerangka pemikiran. Bab III

berisi obyek observasi, dalam bab ini akan dikemukakan metodologi

penelitian apa yang digunakan pada kajian ini. Bab IV hasil dan

pembahasan, dalam bab ini merupakan penjelasan dari hasil dan

pembahasan yang berisikan tentang data spesifikasi komponen,

perhitungan, serta mengetahui sebab dan akibat dari kegagalan sistem

proteksi rele diferensial. Ban V penutup, berisikan tentang kesimpulan dan

saran yang didapan dari pembahasan dari bab sebelumnya.

Page 19: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

17

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Transformator dan rele proteksi merupakan komponen penting pada

pembangkit listrik. Dalam pengoperasian transformator terdapat gangguan yang

bisa disebabkan oleh internal transformator dan internal rele proteksi itu sendiri.

Gangguan internal pada transformator dan rele proteksi perlu diidentifikasi lebih

cepat agar tidak menimbulkan kerusakan yang lebih besar. Sehingga perlu

adanya analisa terhadap kerusakan akibat kegagalan proteksi ataupun

gangguan internal transformator itu sendiri. Untuk membantu pembuatan skripsi

ini, dibutuhkan adanya beberapa referensi yang dapat menjadi acuan penulis

dalam melakukan penelitian.

(Sugianto, Nasrun Lubis. 2017. Jurnal “ Kegagalan Proteksi Pada

Gardu Induk 150 kV Akibat Supply Tegangan DC.”): Pada jurnal ini

menjelaskan penelitian tentang kegagalan proteksi akibat hilangnya power

supply ke rele proteksi. Dari hasil penelitian didapatkan hasil bahwa kegagalan

proteksi disebabkan oleh kondisi batterai yang telah menurun. Data hasil

menunjukan batteri 400 Vdcturun menjadi 125.6 Vdc. Sehingga peneliti

menyimpulkan perlu adanya pemeliharaan intesif terhadap batteri rele proteksi.

(Hariono, Dedi. 2019. Jurnal “ Analisa Proteksi Rele Differential

Terhadap Gangguan eksternal transformator “): Pada jurnal ini dilakukan

penelitian tentang analisa proteksi rele differential menggunkan data sekunder

PLTU belawan IV. Dari data tersebut kemudian dilakukan perhitungan matematis

untuk mendapatkan nilai setting differential agar rele proteksi bekerja lebih

optimal dan lebih cepat. Dari hasil penelitian ini didapatkan setting arus

differential sebesar 0.3 A.

(Nur Fadliyah, Rizkaurum. 2017. Tugas Akhir “ Evaluasi Kegagalan

Setting Rele Differential Pada Bus 18 kV di Sistem Kelistrikan PLTU UP

Paiton Unit 1”): Pada tugas akhir ini dilatarbelakangi oleh kinerja dari proteksi

busbar yang belum pernah dilakukan evaluasi setelah beroperasi cukup lama

Page 20: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

18

dengan berbagai kegagalan proteksi yang pernah terjadi. Dalam tugas akhir ini

dijelaskan bagaimana melakukan evaluasi terhadap setting rele differential pada

PLTU paiton untuk dijadikan sebagai bahan refferensi penentuan setting rele

differential agar kinerja sistem proteksi semakin handal dan cepat. Dari hasil

evaluasi didapatkan setting Idiff sebesar 1.5 A dengan slope 75%.

Dari hasil penelitian sebelumnya belum dilakukan penelitian lebih dalam

penyebab dan akibat kegagalan proteksi untuk dianalisa dan diidentifikasi

sehingga nantinya bisa dijadikan sebagai refferensi untuk pola penanganan dan

perbaikan prediksi kerusakan. Sejalan dengan beberapa acuan diatas, maka

pada penelitian ini penulis akan meniliti dan menganalisa apa penyebab

kegagalan proteksi rele differential terhadap gangguan internal baik dari

transformator ataupun dari rele differential itu sendiri

.

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Relay Proteksi pada Transformator

Ukuran dari transformator dan level tegangan mempuyai

pengaruh pada tingkat dan pemilihan peralatan proteksi. Monitor

mencegah terjadinya gangguan dan relay proteksi membatasi

kerusakan yang disebabkan oleh gangguan. Biaya untuk peralatan

proteksi dibandingan secara marjinal dengan total biaya dan biaya

yang melibatkan gangguan pada transformator.

Banyak opini yang berbeda tentang tingkat proteksi pada

transformator. Bagaimanaun, kurang lebihnya transformator dengan

minyak konservator di lengkapi dengan peralatan sebagai berikut.

Untuk transformator lebih besar dari 5 MVA:

a. Relay pendeteksi gas (Bucholtz relay)

b. Proteksi beban lebih (relay thermal atau sistem monitor

temperatur)

c. Proteksi arus lebih

d. Proteksi gangguan tanah

e. Relay tekanan untuk kompartemen tap-changer

f. Monitor level minyak

Page 21: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

19

Untuk transformator lebih kecil dari 5 MVA:

a. Relay detector (Bucholtz relay)

b. Proteksi beban lebih

c. Proteksi arus lebih

d. Proteksi gangguan tanah

Untuk transformator yang mungkin terdapat tegangan lebih:

Proteksi eksitasi lebih juga harus di gunakan. Sebagai

tambahan, relay proteksi dan monitor, unit gangguan dan sistem

alarm juga dibutuhkan.

2.2.1 Prinsip Dasar Relay Diferensial

Sistem relay diferensial secara umum digunakan untuk

memproteksi generator, transformator, bus, dan saluran transmisi.

Semua sistem diferensial ini berdasarkan pada prinsip dari

keseimbangan atau membandingkan arus sekunder pada

transformator arus di terminal dari peralatan. Disebabkan oleh jarak

antara terminal dari saluran transmisi, perbandingan ini tidak dapat di

buat secara langsung, dan oleh karena itu relay saluran transmis

terpisah karena berbeda dengan relay diferensial. Subjek ini

diperlakkan di tempat lain.

Skema diferensial dasar ditunjukan secara diagram pada

gambar 1. Dibawah kondisi beban normal, aliran arus melalui

peralatan proteksi (generator, bus, atau transformator) dan arus

sekunder transformator arus I1 dan I2 akan mengalir melalui jalur IA.

Dengan relay proteksi dihubungkan antara titik 1 dan 2, tidak ada

arus yang akan mengalir malalui relay dibawah kondisi normal. Akan

terjadi gangguan eksternal pada peralatan, aliran arus akan

meningkat tetapi akan berada pada arah yang relatif sama dalam

keadaan normal, dan relay ini tidak akan beroperasi untuk kondisi

gangguan eksternal.

Ketika gangguan terjadi pada peralatan yang terproteksi, aliran

arus pada satu sisi dibalikkan. Berkurangnya keseimbangan normal

dan menyebabkan arus ID mengalir melalui relay dari titik 1 ke titik 2.

Page 22: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

20

Gambar 2. 1. Koneksi dasar rele diferensial

Sumber : ABB Power T&D Company Inc. April 1991. Differential

Relays for Protection of AC Generators, Transformers, and Station

Bus.

Selama arus sekunder transformator arus hampir sama, tidak

akan ada arus yang cukup besar mengalir melalui sirkit operasi relay.

Gangguan arus lainnya. Bagaimanapun, untuk ke fasa lain atau ke

tanah, akan mengurangi keseimbangan dan mengirim arus melalui

lilitan operasi relay. Jika arus ini melebihi setelan pada relay, maka

akan menyebabkan trip pada pemutus dan memutuskan peralatan

yang terjadi gangguan.

2.2.2 Proteksi Diferensial pada Transformator

Sistem diferensial dapat siatur untuk perlindungan transformator

secara keseluruhan. Hal ini dimungkinkan, karena efisiensi yang tinggi

dari transformator, dan gaya gerak magnet (ampere-turns) yang

dihasilkan pada kumparan primer dan sekunder yang hampir sama.

Gambar 2.2 mengilustrasikan prinsip dari rele diferensial pada

transformator. Transformator arus (CT) pada pada sisi primer dan

sekundernya terhubung untuk membentuk sistem peredaran arus.

Gambar 2.2 Prinsip proteksi diferensial pada transformator

Page 23: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

21

Sumber : ABB. 2011. Distribution Automation Hanbook: Section 8.7 Protection of HV Transformers.

2.2.3.1 Dasar Pertimbangan untuk Proteksi Diferensial pada

Transformator

Dalam menerapkan prinsip dari proteksi diferensial pada

transformator, beberapa pertimbangan harus diambil

kedalam perhitungan, termasuk:

a. Perbaikan untuk kemungkinan perubahan fasa pada

kumparan-kumparan transformator (perbaikan fasa).

b. Efek dari berbagai macam pembumian dan pengaturan

kumparan (penyaringan dari arus konsekuensi nol).

c. Perbaikan untuk kemungkinan ketidak seimbangan sinyal

dati transformator arus di antara sisi kumparan (perbaikan

rasio),

d. Efek dari pemagnetan arus masuk selama pemberian energi

(energisation) awal.

e. Kemungkinan terjadinya kelebihan fluks (overfluxing).

Pada skema diferensial transformator tradisional,

persyaratan untuk perbaikan fasa dan rasio ditentukan oleh

penerapan dari transformator arus interposing (ICT)

eksternal., sebagai tiruan sekunder dari hubungan kumparan

utama, atau oleh hubungan delta dari CT utama hanya untuk

memberikan perbaikan fasa. Relay digital/numerik

menerapkan perbaikan rasio dan fasa dalam perangkan

lunak relay sebagai gantinya. Sehingga memungkinkan

banyak kombinasi-kombinasi dari pengaturan kumparan

transformator untuk dipenuhi, terlepas dari hubungan

kumparan primer pada CT. Hal ini mencegah tambahan

ruang dan kebutuhan biaya dari perangkat keras ICT.

Page 24: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

22

2.2.3.2 Saluran Transformator Arus Rating Primer

Saluran tranformator arus mempunyai rating perimer

yang dipilih untuk menjadi sekitar sama dengan nilai arus

dari kumparan transformator yang diberikan. Rating primer

biasanya akan dibatasi dengan standar rasio CT yang

tersedia.

2.2.3.3 Perbaikan Fasa

Operasi perbaikan dalam proteksi diferensial

transformator memerlukan arus primer dan sekunder dari

transformator, yang di ukur oleh relay, berada dalam fasa.

Jika transformator dihung delta/bintang, seperti ditunjukan

pada gambar 2.3, 3-fasa seimbang yang dilalui arus

mendapatkan perubahan fasa sebesar 30o. jika dibiarkan

tidak di perbaiki, perbedaan fasa ini akan menuju relay

mengingat bahwa aliran arus sebagai gangguan arus tidak

seimbang, dan mengakibatkan relay beroperasi. Perbaikan

fasa harus dilaksanakan.

Gambar 2. 3 Proteksi diferensial untuk transformator dua kumparan delta/bintang

Sumber : ABB Power T&D Company Inc. April 1991. Differential Relays for Protection of AC Generators, Transformers, and Station Bus.

Relay elektromekanik dan static digunakan sesuai

hubungan CT/ICT untuk memastikan bahwa arus primer dan

Page 25: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

23

sekunder diberikan pada relay dalam fasa.

Untuk relay digital dan numerik, sering digunakan

saluran CT hubungan bintang pada seuma kimparan dari

transformator dan menkompensasi perubahan fasa

kumparan dalam perangkat lunak. Tergantung pada desin

relay, satu-satunya data yang dibutuhkan pada kondisi

tersebut adalah penunjukan kelompak vektor transformator.

Kompensasi fasa selanjutnya dilakukan secara otomatis.

Dibutuhkan kewaspadaan jika relay seperti itu di gunakan

untuk menggantikan relay elektromekanik atau static,

sebagaimana saluran primer dan sekunder CT mungkin

tidak mempunyai konfigurasi kumparan yang sama.

Kompensasi fasa dan relay yang terkait membutuhkan

pertimbangan data masukan yang lebih detail pada kondisi

tersebut. Sangat jarang, fasilitas kompensasi fasa yang

tersedia tidak dapat mengakomodasi hubungan kumparan

transformator, dan pada kasus seperti ini interposing CT

harus digunakan.

2.2.3.4 Penyaringan dari Arus Konsekuensi Nol (Zero Sequence

Currents)

Sangat penting untuk membuktikan beberapa bentuk

dari penyaringan konsekuensi nol dimana kumparan

transformator dapat diliintasi arus konsekuensi nol ke

gangguan tanah eksternal. Hal ini untuk memastikan bahwa

gangguan tanah yang berada di luar zona gangguan tidak

dapat terlihat oleh proteksi transformator sebagai gangguan

yang berada di dalam zona gangguan. Hal ini dicapai

dengan menggunakan saluran CT hubungan delta atau

interposing CT untuk relay yang lama, dan oleh karena itu

hubungan kumparan dari saluran dan atau interposing CT

harus dimasukan ke dalam perhitungan, sebagaimana

pentingnya setiap kompensasi fasa. Untuk relay

digital/numerik, diterapkan penyaringan yang dibutuhkan

dalam perangkat lunak relay.

Page 26: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

24

2.2.3.5 Perbaikan Rasio

Operasi perbaikan dari elemen diferensial

membutuhkan arus yang berada pada elemen diferensial

seimbang pada beban rendah dan seluruh kondisi

gangguan. Sebagaimana rasio saluran primer dan sekunder

mungkin sedikit tidak sama dengan rating kumparan arus

transformator, relay digital/numerik tersedia denga

perbaikan faktor rasio untuk setiap masukan CT. Faktor

perbaikan mungkin di hitung secara otomatis olek relay dari

pengetahuan pada rasio saluran CT dan rating MVA

transformator. Bagaimanapun, jika iinterposing CT

digunakan, perbaikan rasio mungkin tidak seperti hak yang

mudah dan membutuhkan faktor perhitungan dari jika

CT dalam hubungan delta atau ICT terlibat. Jika

transformator dengan tap-changer, rasio saluran CT dan

faktor perbaikan biasanya dipilih untuk mendapatkan arus

yang seimbang dalam keadaan tap-changer transformator

pada posisi tengah. Sangatlah penting untuk membuktikan

bahwa arus yang tidak sama karena operasi tap off- nominal

tidak akan menyebabkan operasi palsu.

2.2.3.6 Penyetelan Bias

Bias diberikan pada proteksi deferensial transformator

untuk maksud yang sama dengan unit proteksi lainnya yaitu

untuk memastikan stabilitas pada gangguan eksternal ketika

meberikan penyetelan sensitive untuk memperoleh

gangguan internal. Kondisinya akan sedikit rumit jika ada

tap-changer. Dengan rasio saluran CT/ICT dan faktor

koreksi yang diatur untuk mendapatkan arus yang seimbang

pada nominal tap, tap off-nominal mungkin dilihat sebagai

gangguan internal oleh proteksi diferensial. Dengan memilih

bias minimum lebih besar dari penjumlahan tap maksimum

dari transformator dan kemungkinan error pada CT,

kesalahan operasi yang menyebabkan hal tersebut harus

Page 27: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

25

dihindari. Beberapa relay menguunakan karakteristik bias

dengan tiga bagian, seperti ditunjukan pada gambar 2.4.

Bagian pertama di atur lebih besar dari arus magnetisasi

transformator. Bagian kedua di atur untuk memberikan

penyetelan tap off-nominal, sementara bagian ketiga

mempunyai bias dengan kemiringan awal yang lebih besar

jauh diatas rating arus untuk melayani kegagalan yang berat

secara terus menerus.

Gambar 2. 4 Karakteristik khusus bias

Sumber : R, Nylén. Maret 1988.

Power Transformer Protection.

2.2.3.7 Transformator dengan Banyak Kumparan

Prinsip unit proteksi tetap berlaku untuk sistem yang

mempunyai lebih dari dua hubungan, jadi transfformator

dengan tiga kumparan atau lebih tetap bisa diproteksi oleh

penerapan prinsip diatas.

Ketika transformator daya hanya terhubung satu

kumparan dari tiga kumparan yang terhubung pada sumber

persediaan, dengan dua kumparan lainnya memberikan

masukan pada beban, relay dengan dua masukan CT dapat

digunakan, hubungannya ditunjukan pada gambar 2.5(a).

Arus beban yang terpisah dijumlahkan dalam sirkit sekunder

CT. dan akan seimbang dengan arus infeed pada sisi

persediaan.

Page 28: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

26

Ketika terjadi lebih dari satu sumber kegagalan arus

infeed, akan ada bahaya pada gambar 2.5(a) dari sirkulasi

arus antara dua pasang parallel dari transformator arus

tanpa menghasilkan bias. Oleh karena itu, sangat penting

untuk menggunakan relay dengan masukan CT yang

terpisah untuk dua sekunder – gambar 2.5(b).

Ketika terdiri dari tiga kumparan hubungan delta tersier

dengan tidak ada hubungan yang dibawa keluar,

transformator dianggap sebagai transformator dua

kumparan untuk tujuan proteksi dan di proteksi

debagaimana ditunjukkan pada gambar 2.5, 2.6 dan 2.7 (c).

Gambar 2. 5 transformator tiga kumparan (satu sumber

daya)

Gambar 2. 6 transformator tiga kumparan (tiga sumber daya)

Gambar 2. 7 transformator tiga kumparan dengan tersier delta

yang dibongkar

Sumber : ABB Power T&D Company Inc. April 1991. Differential Relays for Protection of AC Generators, Transformers, and Station Bus.

Page 29: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

27

Gambar 2.5, 2.6 dan 2.7 Pengaturan proteksi

diferensial untuk transformator tiga kumparan (ditampilkan

dalam fasa tunggal agar lebih mudah)

2.2.4 Kondisi Operasi Relay Diferensial

2.2.4.1 Operasi pada Kondisi Normal

Selama kondisi normal, arus diferensial yang kecil

mengalir melalui relay diferensial. Arus yang mengalir ini

disebabkan oleh arus eksitasi pada transformator daya,

rasio kesalahan pada transformator arus dan posisi dari tap-

changer, jika disediakan.

Transformator daya dengan dengan tap-changer

berada pada kondisi ujung memberikan arus diferensial

sebesar 10-20% dari arus beban tergantung pada

pengaturan tap-changer. Oleh karena itu, ketidak samaan

kerena tap-changer pada posisi ujung menentukan

penyetelan dari relay diferensial. Biasanya penyetelan

sebesar 15% lebih besar dari ketidak samaan arus.

2.2.4.2 Operasi pada Kondisi Gangguan Internal

Untuk gangguan di dalam zona proteksi dari relay,

arusnya sebanding dengan arus gangguan yangterjadi pada

sirkit diferensial dan relay akan beroperasi.

Waktu operasi dari relay diferensial tansformator tipe

RADSB di tunjukkan pada gambar 2.6, untuk arus gangguan

5 kali arus operasi, waktu operasi terkendali adalah sebesar

2.7 ms.

Relay ini juga tersedia dengan operasi sirkit tidak

terkendali untuk mempercepat operasi pada arus gangguan

yang tinggi. Tersedia tiga penyetelan: 8, 13 dan 20 kali dari

rating arus. Penyetelan arus untuk operasi tidak terkendali

harus diatur diatas arus inrush maksimum ketika

transformator menyalurkan energi. Pada saat arus

gangguan 10 kali dari pengaturan arus operasi, relay ini

beroperasi selama 8 ms

Page 30: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

28

.

Tabel 2. 1 Rekomendasi Penyetelan Untuk Operasi Tidak Terkendali

Hubungan

Transformator

Daya

Rating Daya

Rekomendasi Penyetelan

x In ketika menyalurkan

energi dari:

Sisi

Tegangan

Tinggi

Sisi

Tegangan

Rendah

< 10 MVA 20x 20x

Yy 10 – 100

MVA 13x 13x

Yy > 100 MVA 8x 8x

Yd - 13x 13x

Dy < 100 MVA 13x 20x

Dy > 100 MVA 8x 13x

*Diasumsikan pada transformator step-down

Penyetelan sebesar 20 x In dibutuhkan ketika arus

gangguan yang mengalir sangat tinggi yang dapat membuat

CT jenuh dan menyebabkan arus diferensial yang besar. Hal

ini bias terjadi, contohnya, ketika bus termasuk dalam zona

proteksi dari relay diferensial atau ketika digunakan

pengaturan breaker satu setengah

Gambar 2. 8 Waktu operasi arus

Sumber : ABB Power T&D Company Inc. April 1991. Differential Relays for Protection of AC Generators, Transformers, and Station Bus.

Page 31: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

29

Mulai

Pengajuan surat permohonan pengambilan data

Pengambilan data di PLTU Tanjung

Priok

Data Gangguan, Transformator 150

kV dan Rasio CT

Selesai

Analisa perhitungan

Analisa Gangguan pada sistem

proteksi

2.3 Kerangka Pemikiran

Kerangka pemikiran pada penulisan skripsi ini akan dijelaskan melalui

gambar dibawah ini:

Gambar 2. 9 Kerangka Pemikiran

Pertama penulis melakukan pengajuan surat permohonan pengambilan data

kemudian penulis melakukan pengambilan data di PLTU tanjung priok, setelah itu

penulis mencari data gangguan, transformator 150 kv dan rasio CT, setelah itu baru

melakukan analisa gangguan pada sistem proteksi dan baru buat analisa perhitungan.

Page 32: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

30

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Analisa Kebutuhan

Sehubungan dengan penelitian ini, penulis menggunakan metode

kuantitatif dikarenakan pada bahasan skripsi ini penulis ingin mengkaji

data gangguan yang terjadi pada transformator 150 kV di PLTU Tanjung

Priok dan menganalisa melalui perhitungan. Untuk itu, digunakan

pendekatan metode kuantitatif yang menggunakan angka, baik dari

pengumpulan data serta perhitungan pada penelitian ini.

3.2 Perancangan Penelitian

3.2.1 Waktu dan tempat penelitian

Sesuai dengan judul penelitian, pelaksanaan penelitian dilakukan di

PLTU Tanjung Priok, Transformator daya 22/150 kV. Penelitian ini

dilakukan pada bulan Juni 2020.

3.2.2 Studi Literatur

Pada tahap ini dilakukan pencarian landasan-landasan teori yang

diperoleh dari berbagai buku, jurnal untuk melengkapi perbendaharaan

konsep dan teori, sehingga memiliki landasan dan keilmuan yang baik

dan sesuai.

3.2.3 Pengumpulan Data

Pada tahap ini dilakukan proses pengumpulan data dengan metode

wawancara dan observasi untuk melakukan pengamatan dan analisa

terhadap objek penelitian sehingga mendapatkan data dan informasi yang

dibutuhkan peneliti.

3.2.4 Pengolahan Data

Pengolahan data merupakan suatu cara yang digunakan untuk

mendapatkan data yang diperlukan dalam penelitian. Untuk itu pada

penelitian kali ini penulis melakukan pengolahan data dengan cara

perhitungan dengan tujuan untuk mendapatkan rasio CT yang

digunakan dan arus setelan rele diferensial.

Page 33: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

31

mulai

1. Data spesifikasi 2. Data gangguan

Analisa penyebab dan

pengaruh gangguan

selesai

Simulasi dan hasil

3.2.5 Diagram Alur Penelitian

Gambar 3. 1 diagram alur penelitian

Pertama penulis mencari data spesifikasi dan data gangguan,

kemudian menganalisa penyebab dan pengaruh ganggua kemudian

menentukan rasio CT, setelah itu kita menghitung Erorr Mismatch, baru

Menghitung Error

Mismatch

Menghitung Slope dan

Setting Arus

Menghitung Rele Diferensial dan Restrain

Menentukan rasio CT

Page 34: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

32

kita menghitung rele diferensial dan restrain dan selanjutnya kita

menghitung slope dan setting arus kemudian baru kita melihat simulasi

dan hasil.

3.3 Teknik Analisis

Penyetelan Rele Diferensial

Perhitungan arus setting rele diferensial berupa perhitungan arus

nominal untuk menentukan rasio CT terpasang pada trafo daya tersebut.

Kemudian menghitung besar error mismatch dan menghitung parameter rele

berupa arus sekunder pada CT, arus diferensial, arus restrain (penahan),

persen slope dan arus setting rele diferensial.

1. Menentukan Rasio CT

Untuk menghitung rasio CT, terlebih dahulu menghitung arus

rating. Arus rating berfungsi sebagai batas pemilihan rasio CT.

Perhitungan arus rating menggunakan rumus :

𝐼rating = 110% 𝑥 𝐼𝑛 .........................................................................................................(3.1)

𝐼𝑛 = 𝑆

…………………………………………………………….(3.2) √3 𝑥 𝑉

Dimana:

Irating = Arus pengenal (Ampere)

In = Arus nominal (Ampere)

S = Daya Semu (MVA)

V = Tegangan (Volt)

2. Melakukan perhitungan error mismatch

Error mismatch merupakan kesalahan dalam membaca perbedaan

arus dan tegangan di sisi primer dan sekunder transformator serta

pergeseran fasa di trafo tersebut. Menghitung besarnya arus

mismatch yaitu dengan cara membandingkan rasio CT ideal dengan

CT yang ada di pasaran, dengan ketentuan error mismatchnya

tergantung karakteristik kelas CT nya. Sebelum menghitung error

mismatch perlu dihitung besar CTideal untuk mendapatkan

perbandingan error mismatchnya

𝐶𝑇𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙1 = 1

𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝐶𝑇1

𝑥 𝑉1………………………………………………(3.3) 𝑉2

Dimana :

Page 35: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

33

CTideal1 = Tegangan Transformator arus ideal(Volt)

V1 = Tegangan pada sisi primer (Volt)

V2 = Tegangan pada sisi sekunder (Volt)

𝐶𝑇𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙2 = 1

𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝐶𝑇2

𝑥 𝑉2………………………………………………(3.4) 𝑉1

Dimana :

CTideal2 = Tegangan Transformator arus sekuder ideal (Volt)

V1 = Tegangan pada sisi primer (Volt)

V2 = Tegangan pada sisi sekunder (Volt)

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑀𝑖𝑠𝑚𝑎𝑡𝑐ℎ = 𝐶𝑇𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 % ..................................................................... (3.5) 𝐶𝑇𝑡𝑒𝑟𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑔

Dimana:

Error Mismatch = Kesalahan Mismatch

CTideal = Tegangan transformator arus (Volt)

CTterpasang = Tegangan transformator arus terpasang (Volt)

3. Melakukan perhitungan arus sekunder pada CT

Arus sekunder CT merupakan arus yang mengalir pada rele.

𝐼𝑠𝑒𝑘 𝐶𝑇 = 1

𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝐶𝑇 𝑥 𝐼𝑛 ………………..………………………….…..(3.6)

Dimana:

Isek CT = arus sekunder CT yang mengalir pada rele (Ampere)

In = arus nominal (Ampere)

4. Melakukan perhitungan arus diferensial

Arus diferensial adalah selisih arus sekunder yang mengalir pada

CT1 dan CT2.

𝐼𝑑 = 𝐼𝑠𝑒𝑘 𝐶𝑇1 − 𝐼𝑠𝑒𝑘 𝐶𝑇2

…………………………………..………….(3.7)

Dimana:

Id = Arus diferensial (Ampere)

Isek CT1 = Arus sekunder CT1 yang mengalir pada rele (Ampere)

Isek CT2 = Arus sekunder CT2 yang mengalir pada rele (Ampere)

5. Melakukan perhitungan arus penahan (restain)

𝐼𝑟

= 𝐼𝐶𝑇1+𝐼𝐶𝑇2……………………………………………………….(3.8)

2

Dimana:

Ir = Arus penahan (Ampere)

Page 36: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

34

Isek CT1 = Arus sekunder CT2 yang mengalir pada rele (Ampere)

Isek CT2 = Arus sekunder CT1 yang mengalir pada rele (Ampere)

6. Melakukan perhitungan persentase slope

Slope didapat dengan dari persentase membandingkan arus

diferensial dengan arus restrain. Slope 1 akan menentukan arus

diferensial dan arus restrain pada saat kondisi normal dan

memastikan sensitifitas rele pada saat gangguan internal dengan arus

gangguan yang kecil, sedangkan slope 2 berguna supaya rele

diferensial tidak bekerja oleh gangguan eksternal dengan arus

gangguan yang besar sehingga salah satu CT mengalami saturasi

(Fransiscus Sihombing, 2012).

Rumus yang digunakan untuk mencari % Slope1 dan % Slope2 yaitu:

% 𝑆𝑙𝑜𝑝𝑒1 = 𝐼𝑑 𝑥 100%..............................................................(3.9)

𝐼𝑟

𝐼𝑑

% 𝑆𝑙𝑜𝑝𝑒1 = (

Dimana:

𝐼𝑟 𝑥2) 𝑥 100%........................................................(3.10)

% Slope1 = Setting kecuraman 1

% Slope2 = Setting kecuraman 2

Id = Arus diferensial (Ampere)

Ir = Arus penahan (Ampere)

7. Melakukan perhitungan arus setting rele

Arus setting didapat dengan mengalikan antara slope dengan arus

restain. Arus setting inilah yang nanti akan dibandingkan dengan arus

diferensial.

𝐼𝑠𝑒𝑡 = % 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒1𝑥 𝐼𝑟……………………………………………….(3.11)

Dimana:

Iset = Arus Setting (Ampere)

%Slope1= Setting Kecuraman 1 (%)

Ir = Arus penahan (Ampere)

3.4 Jadwal Penelitian

Berikut ini adalah tabel jadwal kegiatan penelitian. Jadwal

kegiatan penelitian ini mengacu pada rencana kegiatan dengan keluaran

yang diharapkan.

Page 37: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

35

Tabel 3. 1 Jadwal kegiatan penelitian

NO

KEGIATAN

BULAN

Februari Maret April Mei

Minggu ke- 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1

1 Studi Literatur

2 Observasi Lapangan

3 Pengumpulan Data

4 Pengolahan Sistem

5 Pembuatan Laporan

Page 38: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

36

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

4.1.1 Data Spesifikasi

Sebelum mengkaji sistem proteksi rele deferensial terhadap gangguan

internal pada transformator step-up 150 kV di PLTU Tanjung Priok, penulis

harus mengetahui data spesifikasi yang ada pada transformator 150 kV.

Berikut adalah data spesifikasi pada transformator 150 kV :

Tabel 4. 1 Data Transformator

Manufaktur B&D

Serial PX-001-FOHB

Aplikasi outdoor

Jumlah fasa 3

Kapasitas 60 MVA

Tegangan primer 150 kV / 230.9

Tegangan sekunder 22 kV / 1574.5 A

Frekuensi 50 Hz

Winding Ynyn0 d

Pendingin ONAN/ONAF/OFAF

Impedansi 12.05 %

Tabel 4. 2 Data Rele Differential

CT Sisi 22 kV CT Sisi 150 kV

Merk BBC Merk ABB

Tipe ISX 148 Tipe IMDB 170

A3

Page 39: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

37

Rasio CT 2000/5 Rasio CT 200/1

Dari data spesifikasi diatas, dapat diketahui bahwa transformator

yang digunakan adalah transformator step-up dengan kapasitas 60

MVA; 22 – 150 kV. Dan menggunakan transformator CT dengan rasio

CT untuk 22 kV adalah 2000/5 dan untuk 150 kV adalah 200/1.

Tabel 4. 3 Data Gangguan dan kegagalan 150 kv

Beban

Trafo (A)

Penyebab

Gangguan

Internal Rele

Proteksi

Akibat

Kegagalan

Rele

Proteksi

Durasi

Perbaiakan

(Menit)

KWH

Hilang

125 instalasi kabel busur api 30 1991.8

195 circuit breaker

rusak

short circuit 42 4350.0912

125 pemeliharaan over heat 56 3718.026667

125 supply rele hilang short circuit 87 5776.22

195

rele proteksi

rusak

short circuit 120 12428.832

195 pemeliharaan over heat 87 9010.9032

125 setting rele short circuit 110 7303.266667

195 setting rele short circuit 130 13464.568

125 supply rele hilang short circuit 41 2722.126667

195 instalasi kabel busur api 49 5075.1064

195 pemeliharaan over heat 65 6732.284

125 instalasi kabel busur api 35 2323.766667

125 instalasi kabel busur api 28 1859.013333

195

circuit breaker

rusak

short circuit 98 10150.2128

125 setting rele short circuit 114 7568.84

195 supply rele hilang short circuit 43 4453.6648

195 pemeliharaan over heat 65 6732.284

195 supply rele hilang short circuit 88 9114.4768

Berdasarkan data gangguan Tabel 4.3 diketahui trafo 150 kV

Trafo #1 tanjung priok mempunyai beban 125 A dan trafo 150 kV Trafo

#12 tanjung priok mempunyai beban 195 A. Dari tabel tersebut

diketahui faktor penyebab kegagalan dan pengaruh akibat kegagalan

Page 40: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

38

sistem proteksi rele differential sebagai berikut :

a. Penyebab 1. Instalasi kabel dengan jumlah gangguan 4

2. Power supply rele dengan jumlah gangguan 4

3. Keruskan Rele dengan jumlah gangguan 1

4. Circuit breaker (PMT) dengan jumlah gangguan 2

5. Setting rele differential dengan jumlah gangguan 3

6. Prosedur pemeliharaan dengan jumlah gangguan 4

b. Akibat 1. Short circuit

2. Over heat

3. Spark

Dari semua penyebab gangguan internal yang menyebabkan

kegagalan sistem proteksi rele diferensial diatas, dapat diketahui bahwa setiap

gangguan yang terjadi akan membutuhkan waktu perbaikan yang bervariasi

sehingga menyebabkan kehilangan KWH listrik yang cukup banyak. Hal

tersebut membuat kinerja dari PLTU Tanjung Priok terutama dalam

membangkitkan listrik kurang optimal. Maka dari itu, masalah pada sistem

proteksi rele deferensial pada transformator step-up 150 kV ini perlu dikaji agar

kedepannya dapat meminimalisir kegagalan sistem proteksi akibat dari

ganguan internal pembangkit.

4.2 Pembahasan

4.2.1 Penyebab kegagalan sistem proteksi

Berdasarkan pembacaan tabel 4.3 kegagalan yang sering

muncul adalah akibat prosedur pemeliharaan, instalasi kabel dan power

supply untuk relay differential yang hilang yaitu masing – masing

sebanyak empat kali dalam kurun waktu 5 tahun. Ketiga jenis

kegagalan tersebut lebih condong kegagalan yang diakibatkan pola

pemeliharaan yang salah. Berdasarkan hasil observasi kondisi di

lapangan, kondisi rele dipasang di luar dengan paparan matahari, debu

ataupun hujan. Secara geografis kondisi di indonesia memiliki

Page 41: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

39

kelembaban yang cukup tinggi. Dengan kondisi itu memungkinkan

komponen elektronik menurun kondisinya sehingga perlu dilakukan

pengawasan dan pengecekan rutin untuk kondisi rele proteksi tersebut.

Dengan melakukan pengecekan secara rutin maka dapat membuat

sebuah prediksi kapan akan terjadi kerusakan. Sedangkan durasi

perbaikan paling lama adalah ketika terjadi gangguan setting rele yaitu

130 menit.

4.2.2 Akibat kegagalan sistem proteksi pada tranformator

Berdasarkan data gangguan sistem proteksi, akibat yang

sering muncul akibat kegagalan proteksi adalah terjadinya short circuit

(hubung singkat). Sesuai dengan karakterisk dari rele differential, rele

ini memang difungsikan sebagai alat proteksi dengan cara mendeteksi

perubahan arus gangguan yang masuk di area internal transformator.

Jika arus gangguan yang masuk lebih besar dengan nilai setting dari

rele maka memerintahkan PMT menjadi trip. Jika terjadi kegagalan

sistem proteksi maka arus gangguan akan masuk ke sistem dan

merusak transformator. Akibat rusaknya transformator maka distribusi

listrik menjadi terganggu dan mengakibatkan terganggunya sistem

distribusi listrik dan kehilangan kwh. Berdasarkan hasil pengolahan nilai

kwh hilang yang paling tinggi adalah 13464.57 saat terjadi gangguan

setting rele.

4.2.3 Rele differential terhadap gangguan hubung singkat

Berdasarkan hasil penelitian ini, akibat gangguan internal

short circuit pada transformator dan kegagalan setting rele proteksi

menjadi parameter utama kerusakan pada transformator. Rele

differential bekerja dengan membandingkan arus di CT primer dan

sekunder dengan batasan arus diferensial yang harus di setting.

Dengan melakukan perhitungan matematis maka akan diketahui setting

arus rele diferensial yang digunakan untuk memproteksi transformator

Page 42: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

40

150 kV. Untuk mengetahui respon rele diferensial terhadap gangguan

internal akibat short circuit dapat dilakukan dengan melakukan simulasi

secara sistematis. Sebelum melakukan pembahasan lebih lanjut

tentang rele differential perlu diketahui data spesifikasi trafo dan rele

yang digunakan untuk penelitian pada tabel 4.1 dan tabel 4.2 diatas.

4.2.3.1 Perhitungan CT Ratio Sisi Primer

A. Sisi 22 kV

𝐼𝑛 = 𝑆

√3 𝑥 𝑉

60 𝑀𝑉𝐴 =

√3𝑥22 𝑘𝑉

= 1574,591 𝐴

𝐼𝑟𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔 = 110% 𝑥 𝐼𝑛 = 110% 𝑥 1574,591 𝐴 = 1732,0501 𝐴

Karena arus yang mengalir pada sisi primer CT sebesar

1574,591 A dengan arus pengenal nya 1732,0501 A maka rasio

CT yang dipilih adalah 2000/5 A.

B. Sisi 150 kV

𝐼𝑛 = 𝑆

√3 𝑥 𝑉

60 𝑀𝑉𝐴 =

√3𝑥150 𝑘𝑉

= 230,940 𝐴

𝐼𝑟𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔 = 110% 𝑥 𝐼𝑛 = 110% 𝑥 230,940 𝐴 = 254,034 𝐴

Karena arus yang mengalir pada sisi primer CT sebesar

230,940 A dengan arus pengenalnya 254,034 A rasio CT yang

dipilih adalah 300/5 A.

Jadi rasio pada transformator arus (CT) adalah sebagai

berikut:

A. Sisi 22 kV : 2000/5 A

B. Sisi 150 kV : 300/5 A

4.2.3.2 Perhitungan Error Mismatch CT

A. Sisi 22 kV

Pada data CT yang didapat, terlihat bahwa CT1 merupakan

CT proteksi klas 5P20 yang memiliki kesalahan rasio ± 1%

Page 43: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

41

𝑉2 𝐶𝑇𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙1 = 𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝐶𝑇2𝑥

𝑉

300 = 𝑥

5

150 𝑘𝑉 = 409,09

22 𝑘𝑉

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑀𝑖𝑠𝑚𝑎𝑡𝑐ℎ = 𝐶𝑇𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

% = 𝐶𝑇𝑡𝑒𝑟𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑔

409,09

2000

% = 0,20 %

Maka didapat error mismatch pada 𝐶𝑇𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙1 adalah 0,20%

yang merupakan nilai aman karena kesalahan rasio

maksimalnya adalah 1%.

B. Sisi 150 kV

Pada data CT yang didapat, terlihat bahwa CT2 merupakan

CT proteksi pada klas 5P20 yang memiliki kesalahan rasio ±

1%.

𝑉1 𝐶𝑇𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙2 = 𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝐶𝑇1𝑥

𝑉

2000 = 𝑥

5

22 𝑘𝑉 = 58,67

150 𝑘𝑉

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑀𝑖𝑠𝑚𝑎𝑡𝑐ℎ = 𝐶𝑇𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

% = 𝐶𝑇𝑡𝑒𝑟𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑔

58,67

200

% = 0,29 %

Maka didapat error mismatch pada 𝐶𝑇𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙2 adalah 0,29 %

yang merupakan nilai aman karena kesalahan rasio

maksimalnya adalah 1%.

4.2.3.3 Perhitungan Arus Sekunder CT

Arus sekunder CT merupakan arus yang akan mengalir

pada rele.

A. Sisi 22 kV

1 𝐼𝑠𝑒𝑘 𝐶𝑇1 =

𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝐶𝑇

𝑥 𝐼𝑛1 =

1

2000 𝑥 1574,591 𝐴 = 3,936 𝐴

5

B. Sisi 150 kV

1 𝐼𝑠𝑒𝑘 𝐶𝑇2 =

𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝐶𝑇

𝑥 𝐼𝑛2 =

1

300 𝑥 230,940 𝐴 = 3,849 𝐴

5

Jadi, besarnya arus yang mengalir pada sekunder CT

adalah:

1. Sisi 22 kV : 3,936 A

Page 44: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

42

2. Sisi 150 kV : 3,849 A

4.2.3.4 Perhitungan Rele Diferensial dan Restrain

A. Arus Diferensial

Arus diferensial adalah arus yang mengalir ke rele

diferensial yang merupakan selisih arus sekunder CT1

dan arus sekunder CT2.

𝐼𝑠𝑒𝑘 𝐶𝑇1 = 3,936 𝐴

𝐼𝑠𝑒𝑘 𝐶𝑇2 = 0,769 𝐴

𝐼𝑑 = 𝐼𝑠𝑒𝑘 𝐶𝑇1 − 𝐼𝑠𝑒𝑘 𝐶𝑇2

𝐼𝑑 = 3,936 𝐴 − 3,849𝐴

𝐼𝑑 = 0,087 𝐴

Berdasarkan perhitungan arus diferensial diatas,

didapat arus yang mengalir pada rele diferensial sebesar

0,087 A. Pada umumnya, dalam kondisi normal akan selalu

ada arus yang mengalir pada rele diferensial walaupun kecil.

Hal tersebut dikarenakan adanya perbedaan arus

magnetisasi pada kedua CT yang terpasang. Selisih arus

tersebut pada kenyataannya memang tidak seimbang,

karena pada kondisi aktualnya, tidak ada CT yang

mengalirkan arus sekunder yang sama. Tetapi apabila besar

arus yang mengalir pada rele akan sangat besar jika terjadi

gangguan hubung singkat. Agar dapat mengatasi masalah

ini, maka pada rele diferensial harus ditambahkan kumparan

penahan atau sering disebut restaining coil pada kumparan

kerja rele.

B. Arus Penahan (Restain)

Untuk mengatasi adanya ketidakseimbangan arus pada

CT maka harus ditambahkan kumparan penahan.

𝐼𝑟 = 𝐼𝐶𝑇1

+ 𝐼𝐶𝑇2

2

Page 45: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

43

𝐼𝑟 = 3,936 𝐴 + 3,849 𝐴

2

𝐼𝑟 = 3,89 𝐴

Besar arus penahan yang didapat adalah sebesar 3,89A.

4.2.3.5 Perhitungan Persentase Slope

Persentase slope dibagi menjadi 2, yaitu slope 1 dan slope

2. Slope 1 digunakan untuk memastikan pada saat terjadi

gangguan hubung singkat di dalam zona proteksinya rele bekerja

dengan baik. Sedangkan slope 2 digunakan untuk memastikan

bahwa pada saat terjadinya gangguan hubung singkat di luar zona

proteksinya rele tidak bekerja.

𝑆𝑙𝑜𝑝𝑒1 = 𝐼𝑑

𝑥 100% 𝐼𝑟

0,087 𝐴 𝑆𝑙𝑜𝑝𝑒1 =

3,89 𝐴 𝑥 100%

𝑆𝑙𝑜𝑝𝑒1 = 2,23% ≈ 3%

Sedangkan untuk mengetahui slope 2, menggunakan

rumus seperti dibawah ini.

𝑆𝑙𝑜𝑝𝑒2 = ( 𝐼𝑑

𝑥 2 )𝑥100% 𝐼𝑟

0,087 𝐴 𝑆𝑙𝑜𝑝𝑒2 = ( 𝑥 2 )𝑥100%

3,89 𝐴

𝑆𝑙𝑜𝑝𝑒2 = 4,47 % ≈ 5%

4.2.3.6 Perhitungan Arus Setelan

Arus setelan (setting arus) adalah arus yang akan

dibandingkan dengan arus diferensial.

𝐼𝑠𝑒𝑡 = 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒1𝑥 𝐼𝑟

𝐼𝑠𝑒𝑡 = 3% 𝑥 3,89 𝐴 = 0,11 𝐴

Arus setelan (Iset) yang didapatkan adalah sebesar 0,11 A.

Page 46: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

44

Gambar 4. 1 Karakteristik rele diferensial

ABB Power T&D Company Inc. April 1991. Differential Relays for Protection of AC Generators, Transformers, and Station Bus.

Dimana:

Iset = Arus setelan rele (0,11 A)

In 22 kV = Arus nominal Transformator GT sisi 22 kV

S1 = Slope 1 (3%)

S2 = Slope 2 (5%)

N = 6 (ketetapan)

Kurva di atas merupakan daerah kerja rele (operating area),

rele akan bekerja jika terjadi gangguan hubung singkat yang

menyebabkan arus diferensial berada diatas kurva. Sedangkan

daerah di bawah kurva merupakan daerah penahan (restain area),

rele tidak akan bekerja saat terjadi gangguan hubung singkat yang

tidak melebihi kurva karakteristik rele.

ln 22 N ln 22

Page 47: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

45

4.2.3.7 Simulasi Gangguan

Gambar 4. 2 Wiring Rele diagram untuk vector grup trafo Ynyn0 d

Sumber : ABB Power T&D Company Inc. April 1991. Differential Relays for Protection of AC Generators, Transformers, and Station Bus.

IsekunderCT = ..................................................................... (4.1)

IsekunderACT= ...................................................... (4.2)

Id= IsekunderACT - Isekunder(22 kV) ............................................................................... (4.3)

Gangguan hubung singkat yang terjadi di dalam zona proteksi

rele diferensial umumnya adalah gangguan hubung singkat 3 fasa,

gangguan hubung singkat 2 fasa dan gangguan hubung singkat 1

fasa ke tanah. Dalam studi hubung singkat, studi gangguan hubung

singkat 2 fasa biasanya tidak diperhitungkan karena umumnya nilai

Z1 = Z 2 sehingga besar arus hubung singkat 2 fasa adalah

sebesar 0,866 dari arus hubung singkat 3 fasa. Untuk studi arus

hubung singkat yang digunakan pada analisa sistem proteksi,

umumnya hanya mencakup gangguan hubung singkat 3 fasa dan

1 fasa ke tanah. Pada kajian penelitian ini arus gangguan hubung

singkat menjadi variabel yang ditetapkan sendiri untuk simulasi

gangguan.

Page 48: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

46

a. Gangguan hubung singkat 3 fasa

Jika diketahui arus gangguan sebesar IHS 3 fasa = 3000 A

Maka :

IHS 3 fasa pada sekunder CT =3000 A x 5/2000=7,5 A

Arus gangguan hubung singkat 3 fasa yang mengalir pada rele

diferensial adalah sebesar 7.5 A melebihi arus setelan rele

diferensial (7.5 A > 0,11 A). Karena arus yang mengalir pada sisi

sekunder CT pada saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa

melebihi arus setelan rele diferensial maka pada saat terjadi

gangguan hubung singkat 3 fasa terbesar rele akan

bekerja.Namun pada saat terjadi hubung singkat 3 fasa di luar

zona proteksi rele diferensial, rele tidak akan bekerja walaupun

arus hubung singkat 3 fasa nya sangat besar.Hal ini dikarenakan

sirkulasi arus pada CT pada kedua sisi transformator tetap sama.

b. Gangguan Hubung sngkat fasa ke tanah

Jika diketahui arus gangguan sebesar IHS 3 fasa = 1000 A

Maka :

IHS 3 fasa pada sekunder CT =1000 A x 5/2000=2,5 A

Arus gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah yang mengalir

pada rele diferensial adalah sebesar 2,5 A melebihi arus setelan

rele diferensial (2,5 A > 0,11 A). Karena arus yang mengalir pada

sisi sekunder CT pada saat terjadi gangguan hubung singkat 1

fasa ke tanah melebihi arus setelan rele diferensial maka pada

saat terjadi gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah terbesar

rele akan bekerja.Namun pada saat terjadi hubung singkat 1 fasa

ke tanah di luar zona proteksi rele diferensial, rele tidak akan

bekerja walaupun arus hubung singkat 1 fasa ke tanahnya sangat

besar. Hal ini dikarenakan sirkulasi arus pada CT pada kedua sisi

transformator tetap sama.

Page 49: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

47

4.3 Hasil Pengolahan Data

1. Hasil pengolahan data dari arus diferensial yang didapat adalah arus

yang mengalir pada rele diferensial sebesar 0, 87 A biasanya dalam

kondisi normal akan ada arus yang mengalir pada rele diferensial

walaupun kecil. dikarenakan adanya perbedaan arus magnetisasi pada

kedua CT yang terpasang. Selisih arus tersebut pada kenyataannya

memang tidak seimbang, karena pada kondisi aktualnya, tidak ada CT

yang mengalirkan arus sekunder yang sama. tapi apabila besar arus

yang mengalir pada rele akan sangat besar jika terjadi gangguan hubung

singkat. Agar dapat mengatasi masalah ini, maka pada rele diferensial

harus ditambahkan kumparan penahan atau sering disebut restaining

coil pada kumparan kerja rele.

2. Untuk error arus missmatch didapat nilai CT ideal 1 adalah 0,20% dan

untuk CT ideal 2 adalah 0,29%, dari hasil tersebut bisa dilihat bahwa nilai

dari CT ideal 1 dan 2 masi dalam batas aman dimana masih dibawah

1%

3. Cara untuk menangani kegagalan sistem proteksi rele differential

akibat gangguan internal yaitu :

a.Meningkatakan performa pemeliharaan

Dari data yang didapatkan cara pemeliharaan dan instalasi lebih sering

menyebabkan gangguan. Saat ini pihak PLTU menambah tenaga ahli

dari pihak ketiga untuk membantu melakukan pemeliharaan aset –aset

transformator. Dengan melakukan evaluasi dan memberikan pelatihan

standar pemeliharaan diharapkan mampu untuk meningkatkan performa

alat sehingga dapat meminimalisir kerusakaan.

b. Melakukan uji performa rele proteksi differential secara rutin.

Setting arus rele differential termasuk jenis gangguan yang

membutuhkan durasi perbaikan paling lama. Komponen elektronik

sangat rentan dengan adanya vibrasi. Sehingga setiap peralatan

elektronik yang dipergunakan dengan tingkat vibrasi yang tinggi perlu

dilakukan pengujian. Pengujian ini untuk memastikan bahwa komponen

didalam rele proteksi tersebut berfungsi dengan baik. Serta perlu

Page 50: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

48

Tabel 4. 5 Uji Performa Rele Differential Pihak PLTU

dilakukan uji kehandalan sistem proteksi untuk mengetahui seberapa

layak rele proteksi itu digunakan. Apakah rele proteksi terebut memenuhi

kriteria kualitas sistem proteksi (selektivitas dan diskriminasi, stabilitas,

kecepatan, sensitifitas, relaibilitas, proteksi pendukung dan

pertimbangan harga) sehingga perlu adanya uji performa rele proteksi

secara rutin. Dengan mengetahui kondisi rele proteksi maka bisa

dilakukan prediksi kemungkinan gangguan terjadi sehingga dapat

meminimalisir gangguan. Tabel 4.5 adalah salah satu contoh hasil

inspeksi yang dilakukan oleh pihak PLTU untuk menguji performa dari

relle differential dengan melakukan injeksi gangguan secara simulasi.

Diketahui setting Idiff sebesar 0.3 A.

Tabel 4. 4 Uji Peforma Rele Differential Pihak PLTU

Simulasi pengujian relay dilakukan sampai terjadi trip dengan arus

injeksi keluaran dari alat uji, jadi kolom calculated adalah arus

keluaran dari alat uji sedangkan tetapi kolom measured, itu

menunjukkan arus terukur ketika trip pada display relay saat diinjeksi

arus dari alat uji. Dari data tabel 4.4 hanya terjadi sedikit selisih

pembacaan antara perhitungan dan aktual. Bisa disimpulkan rele

differential bekerja dengan baik.

Dari tabel 4.4 jika dilihat performa PLTU terjadi kenaikan performa

dimana gangguan semakin sedikit setiap berganti tahun. Ini menjadi

indikasi bahwa PLTU telah mampu mengatasi permasalah gangguan

dari tahun ke tahun

Page 51: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

49

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Menentukan rasio CT dapat dilihat dari arus yang mengalir pada sisi

primer CT yaitu sebesar 1574,591 A dengan arus pengenalnya

1732,0501 A pada sisi 22kV, maka ditentukan rasio CT adalah sebesar

2000/5 A. dan untuk 150 kV arusnya adalah 230,940 A dengan arus

pengenalnya 254,034 A, maka ditentukanlah rasio CT sebesar 300/5 A.

Dengan rasio tersebut, error mismatch CT sisi 20 kV adalah 0,20% dan

sisi 150 kV adalah 0,29% yang merupakan nilai tersebut aman karena

kesalahan rasio maksimalnya adalah 1%.

2. Arus setting rele diferensial adalah sebesar 0,11 A yang didapat dari

persentase slope dan arus penahan pada CT. maka jika ada arus pada

rele diferensial akan disetel atau diatur hanya mencapai 0,11 A. apabila

arus berlebih, maka rele akan bekerja mengamankan sistem.

5.2 Saran

Untuk meminimalisir gangguan akibat kegagalan sistem proteksi adalah

dengan meningkatkan performa pemeliharaan dan melakukan uji performa rele

proteksi secara rutin untuk mengetahui tingkat kelayakan ketika digunakan

dalam operasional.

Page 52: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

50

DAFTAR PUSTAKA

ABB. 2011. Distribution Automation Hanbook: Section 8.7 Protection of HV Transformers.

ABB Power T&D Company Inc. April 1991. Differential Relays for Protection of

AC Generators, Transformers, and Station Bus.

Areva. Juli 2002. Guide Network Protection & Automation First Edition.

R, Nylén. Maret 1988. Power Transformer Protection.

(Sugianto, Nasrun Lubis. 2017. Jurnal “ Kegagalan Proteksi Pada Gardu Induk 150 kV Akibat Supply Tegangan DC.”).

(Hariono, Dedi. 2019. Jurnal “ Analisa Proteksi Rele Differential Terhadap Gangguan eksternal transformator “).

(Nur Fadliyah, Rizkaurum. 2017. Tugas Akhir “ Evaluasi Kegagalan Setting Rele Differential Pada Bus 18 kV di Sistem Kelistrikan PLTU UP Paiton Unit 1”).

Page 53: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

51

Page 54: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

52

Dengan ini saya,

INSTITUT TEKNOLOGI – PLN PERMOHONAN MENGIKUTI SIDANG SKRIPSI

Nama Mahasiswa : Ahmad Raziq Albihar

NIM : 2016 – 11 – 026

Program Studi : S1 Teknik Elektro

No.HP dan Email : 081907117913

Mengajukan permohonan untuk mengikuti siding Skripsi pada Semester Genap Tahun Akademik

2019/2020, Dimana Judul Skripsi Dan Dosen Pembimbingnya Sebagai Berikut :

Judul skripsi : Kajian Sistem Proteksi Rele Diferensial Terhadap Gangguan

Internal Pada Transformator step-up 150 KV PLTU Tanjung Priok

Pembimbing I : Isworo Pujotomo, Ir.,MT

Pembimbing II : Rizki Pratama Putera, ST.,M.T

Sebagai bahan pertimbangan terlampir disampaikan data-data pendukung untuk mengikuti ujian Skripsi sebagai berikut :

No Persyaratan Memenuhi

syarat

1 Telah menyelesaikan naskah Skripsi. ( foto copy lembar bimbingaan,

dan surat persetujuan dosen pembimbing )

Ya Tidak

2 Persetujuan dosen Pembimbing pertama Ya Tidak

3 Memiliki Sertifikat Eprt Ya Tidak

4 Memiliki Sertifikat soft skill minimal 5 buah Ya Tidak

5 Memiliki Sertifikat seminar minimal 5 buah Ya Tidak

6 Memiliki Sertifikat MOS Ya Tidak

7 Memiliki Sertifikat Uji Kompeteansi** Ya Tidak

Page 55: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

53

8 Lulus semua mata kuliah dengan nilai minimum C Ya Tidak

9 Tidak mempunyai tunggakan keuangan Ya Tidak

10 Tidak mempunyai pinjaman buku perpustakaan Ya Tidak

11 Tidak mempunyai pinjaman alat-alat laboratorium Ya Tidak

Disetujui

Kepala Fakultas KetenagaListrikan

dan Energi Terbarukan

Erlina, ST.,MT

Diperiksa Oleh,

Kepala Program Studi

Tony Koerniawan,ST.,MT

Jakarta 26 Juli, 2020

Hormat Saya,

Ahmad Raziq Albihar

Page 56: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

54

Page 57: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

55

Page 58: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

56

Page 59: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

57

Page 60: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

58

Page 61: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

59

Page 62: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

60

LAMPIRAN DATA

Page 63: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

61

LAMPIRAN DATA

Page 64: INSTITUT TEKNOLOGI PLN SKRIPSI KAJIAN SISTEM PROTEKSI …

62

LAMPIRAN DATA