koordinasi sistem pengaman pada jaringan tegangan menengah 20kv di pt. pln (persero) area pelayanan...
DESCRIPTION
Keandalan suatu sistem distribusi listrik tidak lepas dari peralatan proteksi yang digunakan yang berfungsi melindungi peralatan dari gangguan. Salah satu gangguan yang terjadi adalah gangguan hubung singkat. Gangguan ini dapat diatasi dengan menggunakan rele proteksi dan peralatan pemutus rangkaian yang bekerja secara bersama yang disebut sistem proteksi.TRANSCRIPT
-
1
Makalah Seminar Kerja Praktek
KOORDINASI SISTEM PENGAMAN PADA JARINGAN TEGANGAN MENENGAH 20KV
DI PT. PLN (PERSERO) AREA PELAYANAN JARINGAN SEMARANG
Dominggus Yosua Suitella.
1, Ir. Agung Warsito, DHET.
2
1Mahasiswa dan
2Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof.Sudharto, Tembalang, Semarang
Abstrak - Keandalan suatu sistem distribusi listrik tidak lepas dari peralatan proteksi yang digunakan yang berfungsi
melindungi peralatan dari gangguan. Salah satu gangguan yang terjadi adalah gangguan hubung singkat. Gangguan ini
dapat diatasi dengan menggunakan rele proteksi dan peralatan pemutus rangkaian yang bekerja secara bersama yang disebut
sistem proteksi.
Akan tetapi apabila setting sistem proteksi ini tidak efektif hal ini akan menyebabkan peralatan proteksi bekerja tidak
semestinya. Sehingga hanya akan menambah angka SAIDI SAIFI yang tidak perlu, Kwh yang hilang bertambah besar, dan
resiko rusaknya peralatan bertambah banyak.
Dalam kerja praktek di PLN APJ Semarang ini Penyulang KPK-01 terbagi menjadi beberapa seksi yang masing-
masing seksi dilindungi oleh Recloser dan PMT dengan rele OCR dan GFR sebagai pengindranya. Untuk meminimalisir
pemadaman yang terjadi akibat gangguan setiap rele mempunyai interfal waktu untuk PMT/Recloser bekerja dengan tetap
memperhatikan aspek selektifitas yaitu hanya PMT/Recloser yang dekat dengan gangguan yang bekerja. Dengan setting rele
yang yang tepat maka tingkat keandalan sistem tenaga akan dapat tercapai.
Kata kunci: Sistem Proteksi, OCR dan GFR, Penyulang KPK-01
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi listrik wilayah kecamatan
Semarang Barat disuplai oleh GI (Gardu Induk)
Krapyak dan GI Randu Garut. Dimana Semarang
Barat merupakan daerah yang terdapat banyak industri
besar. Salah satunya adalah suplai dari GI Krapyak
Trafo I penyulang Krapyak 01 (KPK01) dan dari GI
Krapyak Trafo III penyulang Krapyak 10 (KPK10).
Dalam kondisi operasi normal kedua penyulang
tersebut dipisahkan oleh ABSW (Air Break Switch)
pada posisi buka/NO (Normaly Open). Pada kondisi
tertentu untuk keperluan pemeliharaan atau perbaikan
peralatan disuatu seksi diperlukan manuver
(pelimpahan) beban dari penyulang satu ke penyulang
yang lainnya, untuk meminimalkan daerah padam.
Dimana penyulang Krapyak 1 (KPK01) dalam
kondisi tertentu (manuver beban) harus memikul
beban dari penyulang Krapyak 10 (KPK10) maka
diperlukan pembahasan koordinasi peralatan
pengaman, sehingga keandalan sistem penyaluran
tenaga listrik dapat lebih terjamin secara optimal
dengan tetap berpedoman pada desain kriteria dari
masing-masing peralatan.
1.2 Tujuan
Hal-hal yang menjadi tujuan penulisan laporan kerja
praktek ini adalah :
1. Mengetahui sistem jaringan distribusi tegangan menengah 20kV.
2. Mengetahui jenis-jenis gangguan yang terjadi pada jaringan distribusi tegangan menengah
20Kv.
3. Mengetahui jenis pemeliharaan jaringan distribusi tegangan menengah 20kV.
4. Mengetahui berbagai macam peralatan pengaman pada jaringan distribusi tegangan menengah
20kV.
1.3 Pembatasan Masalah
a. Pembahasan sistem proteksi pada JTM 20 KV b. Pembahasan tentang rele OCR dan GFR sebagai
pengindra arus gangguan hanya pada PMT dan
Recloser pertama (B1-36) Penyulang I GI
Krapyak (KPK-01)
c. Tidak membahas arus gangguan sebelum incoming sisi 150 Trafo I GIS Krapyak
d. Tidak membahas arus gangguan setelah Recloser kedua (U4-180)
e. Tidak membahas seting/pemilihan peralatan proteksi selain OCR dan GFR secara mendalam
(misalnya: pemilihan LA, CT, PT, Isolator,
Konduktor, dll)
II. KAJIAN PUSTAKA 2.1 Sistem JTM 20kV dan Gangguan 2.1.1Sistem Jaringan Distribusi 20 kV
a. Sistem Radial b. Sistem ring (loop) c. Sistem mesh d. Sistem jaring-jaring (NET) e. Jaringan distribusi spindel f. Saluran Radial Interkoneksi
2.1.2 Sistem Pentanahan Jaringan Distribusi di
Jawa Tengah
Sistem kelistrikan pada PLN Distribusi Jawa
Tengah adalah menggunakan tiga fasa empat kawat
dengan pentanahan netral secara langsung atau sesuai
SPLN 12 : 1978 (Pola 2)
-
2
Gambar 2.1 Sistem pentanahan langsung 3 fasa 4 kawat
2.1.3 Macam gangguan dan akibatnya
a. Gangguan beban lebih. b. Gangguan hubung singkat. c. Gangguan tegangan lebih d. Gangguan hilangnya Pembangkit e. Gangguan Instability
2.1.4 Cara mengatasi gangguan
a. Mengurangi terjadinya gangguan b. Mengurangi akibat gangguan
2.1.5 Impedansi Jaringan Distribusi
Pada sistem distribusi tenaga listrik impedansi
yang menentukan besarnya arus hubung singkat,
adalah :
Impedansi sumber
Impedansi transformator tenaga
Impedansi hantaran/jaringan
Impedansi gangguan atau titik hubung singkat
2.1.6 Komponen Simetris.
a. Sistem Tenaga Listrik Tiga Fasa Ketiga sistem simetris yang merupakan hasil
uraian komponen simetris dikenal dengan nama:
Komponen urutan positif
Komponen urutan negatif
Komponen urutan nol Dari komponen vektor yang tidak seimbang dapat
diuraikan menjadi komponen-komponen simetris
Gambar 2.2 Diagram komponen simetris
b. Operator Vektor a Pada penggunaan komponen simetris sistem 3 fasa
memerlukan suatu fasor atau operator yang akan
memutar rotasi dengan vektor lainnya yang
berbeda sudut 120. Operator yang dipakai vektor
satuan adalah a. Didefinisikan bahwa :
........(2.1)
Gambar 2.3 Vektor scalar a
2.1.7 Teori Hubung Singkat
a. Arus hubung singkat 3 fasa
....................(2.2)
b. Arus hubung singkat 2 fasa
............................(2.3)
c. Arus hubung singkat 1 fasa
...............(2.4)
maka, dapat dihitung
(2.5)
(2.6)
(2.7)
2.2 Peralatan Pengaman JTM 20 kV 2.2.1 Pemutus Tenaga (PMT)
Pemutus Tenaga (PMT) adalah alat pemutus
otomatis yang mampu memutus/menutup rangkaian
pada semua kondisi, yaitu pada kondisi normal
ataupun gangguan. Secara singkat tugas pokok
pemutus tenaga adalah :
Keadaan normal, membuka / menutup rangkaian listrik.
Keadaan tidak normal, dengan bantuan relay, PMT dapat membuka sehingga gangguan dapat
dihilangkan.
2.2.2 Relay Arus Lebih (OCR)
Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat
yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu
jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau
besaran yang boleh melewatinya disebut dengan
setting.
Macam-macam karakteristik relay arus lebih :
-
3
a. Relay waktu seketika (Instantaneous relay) b. Relay arus lebih waktu tertentu (Definite time
relay)
c. Relay arus lebih waktu terbalik
a. Relay Waktu Seketika (Instantaneous relay)
Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda)
ketika arus yang mengalir melebihi nilai settingnya,
relay akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik
(1020 ms).
b. Relay arus lebih waktu tertentu (deafinite time
relay)
Relay ini akan memberikan perintah pada PMT
pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan
besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is),
dan jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai
kerja relay diperpanjang dengan waktu tertentu tidak
tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay.
c. Relay arus lebih waktu terbalik.
Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang
tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse
time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya.
Karakteristik ini bermacam-macam. Setiap pabrik
dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda,
karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga
kelompok :
Standar invers
Very inverse
extreemely inverse
Gambar 2.2 Karakteristik relay waktu Inverse
Pada relay arus lebih memiliki 2 jenis
pengamanan yang berbeda antara lain:
Pengamanan hubung singkat fasa Relay mendeteksi arus fasa. Oleh karena itu, disebut
pula Relay fasa. Karena pada relay tersebut dialiri oleh arus fasa, maka settingnya (Is) harus lebih besar
dari arus beban maksimum.
Pengamanan hubung tanah Rele arus lebih yang mendeteksi arus gangguan
satu fasa tanah.
2.2.3 Pemutus Balik Otomatis (Recloser)
Pemutus balik otomatis (Automatic circuit
recloser = Recloser) ini secara fisik mempunyai
kemampuan seperti pemutus beban, yang dapat
bekerja secara otomatis untuk mengamankan sistem
dari arus lebih yang diakibatkan adanya gangguan
hubung singkat.
2.2.4 Pelebur (fuse cut out)
Adalah suatu alat pemutus, dimana dengan
meleburnya bagian dari komponen yang telah
dirancang khusus dan disesuaiakan ukurannya untuk
membuka rangkaian dimana pelebur tersebut dipasang
dan memutuskan arus bila arus tersebut melebihi suatu
nilai dalam waktu tertentu. Oleh karena pelebur
ditujukan untuk menghilangkan gangguan permanen,
maka pelebur dirancang meleleh pada waktu tertentu
pada nilai arus gangguan tertentu.
2.2.5 Lightning Arrester (LA)
Suatu alat pelindung dari tegangan lebih yang
disebabkan oleh surja petir maupun surja hubung.
Arrester beroperasi melindungi peralatan sistem
tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan
lebih yang datang dan mengalirkannya ke tanah.
2.2.5 Koordinasi Peralatan Pengaman SUTM 20
kV
Pada dasarnya prinsip pokok dari koordinasi
adalah:
a. Peralatan pengaman pada sisi beban harus dapat menghilangkan gangguan menetap atau
sementara yang terjadi pada saluran, sebelum
peralatan pengaman di sisi sumber beroperasi
memutuskan saluran sesaat atau membuka terus.
b. Pemadaman yang terjadi akibat adanya gangguan menetap harus dibatasi sampai pada seksi sekecil
mungkin.
III. ANALISIS KOORDINASI SISTEM PROTEKSI
3.1 Data Perusahaan Data-data untuk menentukan setting OCR dan GFR
I hs 3tt : 17.856,96 Ampere Kapasitas Trafo : 60 MVA
Impedansi Trafo : 12,5 %
Impedansi JTM 3 saluran dari outgoing 20 kV ke
Recloser 1 :
Z1 = Z2 = 0,134 + j0,308 = 0,335 66,4870
Z0 = 0,413 + j0,949 = 1,034 66,4810
Impedansi JTM 1 saluran dari outgoing 20 kV ke
Recloser 1 :
Z1f = 1,623 + j0,746
Gambar 3.1 diagram komponen arus gangguan
-
4
3.2 Perhitungan dan analisis impedansi trafo Impedansi Trafo:
833,060
20%5,12
MVA
kV Z
2
trf
2
2
tr ............(3.1)
Menghitung MVAhs tt, bila diketahui Ihs3tt
MVA 3866,15
10
0,8333 150 3 17856,96MVA
10
ZkV1 3 IMVA
3 tths
3
trtt3 hs
tths
............(3.2)
Impedansi sisi TT (Ztt) =
Ohm 1035,03865,87
02
MVA
V 2
2
2
2 k
..................(3.3)
Arus gangguan maksimum adalah yang terjadi pada
dekat rel 20kV GI
(Ztr + Ztt)= Z1 = Z2 Untuk gangguan 1 fasa ke tanah dekat GI : Z1 = Z2 =
Z0
1
fn
021
fn
Maxn -1F hs
21
fn
Max 2F hs
1
fn
hsmax3ph
3.Z
kV 3.
) Z Z (Z
kV 3. I
Amp 10.686,70) Z (Z
kV 3 I
Amp 12.326,07
)1035,0833,0(
547.11
Z
kV I
Amp 12.326,07 I TM 3F hs
Semakin jauh suatu daerah/titik dari Trafo Daya,
maka arus gangguan yang terjadi akan semakin kecil
(berbanding terbalik dengan impedansi saluran). Arus
gangguan pada ujung jaringan SUTM (JTM) adalah
merupakan arus hubung singkat minimum, rumus
perhitungan sebagai berikut:
210trtt
fn
n-1F hs
21trtt
fn
2F hs
1trtt
fn
hs3
Z Z ) Z 3.(Z
kV 3. I
Z Z ) Z 2.(Z
kV 3 I
) Z Z (Z
kV I
Z
.............(3.4)
..............(3.5)
..............(3.6)
Rancangan Setting Relay Proteksi Arus Lebih
Terhadap Gangguan Hubung Singkat
Menggunakan Standar IEC
Apabila standar yang digunakan untuk
penyetingan relay adalah standar IEC (International
Electrical Cooperation). Waktu tunda kerja antar CB
(pemutus tenaga) adalah 0,4 detik. Standar IEC untuk
kurva invers ditunjukan oleh rumus di bawah ini dan
tabel 3.1
T
Is
I
ktop
1
..................................(3.7)
Is
IPMS ..................................(3.8)
TTMS ..................................(3.9)
k
Is
It
T
op
1
................................(3.10)
Tabel 3.1 Tabel Karakteristik kurva invers berdasarkan standar
IEC
Kurva karakteristik K IEC Standard inverse
(SIT)
0,14 0,02 2,97
IEC Very Inverse
(VIT)
13,5 1 1,50
IEC Long Time
Inverse (LIT)
120 1 13,33
IEC Extremely
Inverse (EIT)
80 2 0,808
IEC Ultra Inverse
(UIT)
315,2 2,5 1
3.3 Setting pada PMT Outgoing Trafo I 3.3.1 Setting OCR
Peralatan dengan arus nominal terendah adalah
CT, dengan In = 400 Ampere.
Is ocr = 1,2 x In CT = 480 Ampere
Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 = 1
detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan
rumus (3.9) yaitu TMS = 0,1
Setting waktu tunda relay OCR untuk penyulang
dipilih karakteristik Standar Inverse standar IEC
ditunjukan oleh tabel 3.1, dengan rumus (3.7)
Tabel 3.2 perhitungan waktu tunda OCR pada PMT
x Is OCR I hs td
100% 300
100%+1 381
200% 600 3,130
300% 900 1,107
400% 1200 0,757
500% 1500 0,607
600% 1800 0,523
700% 2100 0,467
800% 2400 0,428
900% 2700 0,398
1000% 3000 0,375
I hs max 12236,07 0,231
Apabila dibuat kurva karakteristik antara waktu
dan arus gangguan maka hasilnya dapat dilihat pada
gambar 3.2 dibawah ini
-
5
Gambar 3.2 Kurva OCR PMT Standar Inverse
3.3.2 Setting GFR
Setting GFR pada penyulang : 0,6 x In CT = 0,6
x 400 = 240 Ampere
Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 = 1
detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan
rumus (3.9) yaitu TMS = 0,2
Tabel 3.3 Perhitungan waktu tunda GFR pada PMT
x Is GFR I hs GFR
100% 300 6,260
100%+1 381 3,015
200% 600 1,514
300% 900 1,045
400% 1200 0,856
500% 1500 0,750
600% 1800 0,681
700% 2100 0,632
800% 2400 0,594
900% 2700 0,565
1000% 3000 0,540
I hs max 12236,07 0,435
Apabila dibuat kurva karakteristik antara waktu
dan arus gangguan maka hasilnya dapat dilihat pada
gambar 3.3 dibawah ini
Gambar 3.3 Kurva GFR PMT Standar Inverse
3.4 Setting pada Recloser B1-36 3.4.1 Setting OCR
Peralatan dengan arus nominal terendah adalah CT,
dengan In = 250 Ampere.
Is ocr = 1,2 x In CT = 300 Ampere
Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 = 1
detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan
rumus (3.9) yaitu TMS = 0,08
Setting waktu tunda relay OCR untuk penyulang
dipilih karakteristik Standar Inverse standar IEC
ditunjukan oleh tabel 3.1, dengan rumus (3.7)
Tabel 3.4 perhitungan waktu tunda OCR pada Recloser
x Is OCR I hs td
100% 300
100%+1 381 2,337
200% 600 0,802
300% 900 0,504
400% 1200 0,398
500% 1500 0,342
600% 1800 0,307
700% 2100 0,282
800% 2400 0,264
900% 2700 0,249
1000% 3000 0,238
I hs max 9081,40 0,159
Gambar 3.4 Kurva OCR Recloser Standar Inverse
3.4.2 Setting GFR
Setting GFR pada penyulang : 0,6 x In CT = 0,6 x 250
= 150 Ampere
Ratio CT = 600/5
Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 = 1
detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan
rumus (3.9) yaitu TMS = 0,08
Tabel 3.5 Perhitungan waktu tunda GFR pada Recloser
x Is GFR I hs td
100% 300
100%+1 381 0,595
200% 600 0,398
300% 900 0,307
400% 1200 0,264
500% 1500 0,238
600% 1800 0,220
700% 2100 0,207
800% 2400 0,196
900% 2700 0,188
1000% 3000 0,181
I hs max 5448,84 0,150
Gambar 3.5 Kurva GFR Recloser Standar Inverse
-
6
3.5 Interval Kerja Reclose-Open Recloser B1-36
Feeder KPK-01
Berikut ini adalah setting interval Recloser B1-36
pada penyulang KPK-01 :
1st :5 detik
2nd :5 detik
3rd : 10 detik
Lock out :4X trip (reclose 3x)
Reset delay :90 detik
3.6 Setting Arus Momen
Setting arus momen (Im) yang akan bekerja tanpa
tunda waktu, baik pada PMT maupun pada recloser
penetapannya sebagai berikut :
Setting arus momen OCR = 500 % x In terendah
Setting arus momen GFR = 500 % x In terendah
3.7 Koordinasi OCR PMT dengan Recloser
Relay OCR juga dikombinasi dengan setting
waktu tunda definite (waktu tunda tertentu), yang
mana pemilihannya ditetapkan 0,5 detik.
Tabel 3.6 Pebandingan waktu tunda OCR pada PMT dan Recloser
x Is OCR I hs PMT Recloser
100% 300
100%+1 381
200% 600 3,13 0,802
300% 900 1,107 0,504
400% 1200 0,757 0,398
500% 1500 0,607 0,342
600% 1800 0,523 0,307
700% 2100 0,467 0,282
800% 2400 0,428 0,264
900% 2700 0,398 0,249
1000% 3000 0,375 0,238
I hs max 9081,84 0,231 0,159
Gambar 3.6 Koordinasi OCR pada PMT dan Recloser
IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan 1. Besar arus gangguan pada sistem 3 fasa 4 kawat
memberikan keuntungan koordinasi atara
peralatan pengaman yang satu dengan yang lain
dengan baik.
2. Jangkauan relay sangat dipengaruhi besar kecilnya arus hubung singkat, sedangkan besar
arus hubung singkat dipengaruhi :
a. Jumlah pembangkit yang masuk ke sistem jaringan.
b. Kapasitas dan impedansi trafo c. Titik gangguan atau panjang jaringan.
3. Peralatan Pengaman pada penyulang KPK-01 masih bisa menjangkau (melakukan
penginderaan) pada saat menerima pelimpahan
beban dari penyulang KPK-10.
4.2 Saran 1. Sebaiknya waktu tunda definite antara rele PMT
dengan Recloser pertama di perlama, hal ini
untuk megantisipasi bahwa rele PMT lebih trip
dulu daripada rele Recloser
2. Sebaiknya masalah pembumian lebih diperhitungkan, tidak asal menaruh batang
elektroda ke dalam tanah.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Sulasno, Ir., Analisis Sistem Tenaga Listrik, Jilid I, Satya Wacana, Semarang, Mei 1993.
[2] Komari Ir., Proteksi Sistem Tenaga Listrik, PT PLN (Persero), Udiklat Teknologi Kelistrikan.
[3] Pribadi Kadarisman Ir., Pengaman Arus lebih, Udiklat Teknologi Kelistrikan.
[4] SPLN 52 3 : 1983, Pola pengaman sistem [5] Hasan Basri, Ir., Diktat mata kuliah Proteksi
Sistem Tenaga Listrik ISTN Jakarta, Jakarta,
2002
[6] Diktat mata kuliah Sistem Proteksi & Relay UNDIP Semarang, Semarang, 2007
[7] Suhadi, Teknik Distribusi Listrik [8] Agus Darmanto, Nugroho., Susatyo Handoko,
Analisa koordinasi ocr-recloser penyulang
kaliwungu 03, Universitas Diponegoro.
BIODATA PENULIS
Dominggus Yosua Suitella
(L2F606021) lahir di Ungaran,
5 Mei 1988. Saat ini sedang
menempuh pendidikan Strata 1
di Universitas Diponegoro
Semarang Konsentrasi
Ketenagaan.
Semarang, April 2010
Mengetahui
Dosen Pembimbing
Ir. Agung Warsito, DHET
NIP. 19580617 198703 1 002