i

ANALISIS PENENTUAN SETTING RELAY PROTEKSI ELEKTRONIK

UNTUK PROTEKSI SISTEM DISTRIBUSI DAYA LISTRIK

PLTU TANJUNG JATI B UNIT 1 DAN 2

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh :

TAUFIQ WAL HIDAYAT

201010130311186

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2015

ii

iii

iv

v

ABSTRAK

Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting untuk menunjang

segala bentuk aktivitas. Selain pemenuhan kebutuhan daya listrik, juga diperlukan stabilitas

tenaga listrik yang andal. Kestabilan sistem tenaga listrik harus dipertahankan dengan baik,

dalam keadaan normal maupun setelah terjadi gangguan. Gangguan yang terjadi pada sistem

kelistrikan dapat dideteksi oleh relay proteksi. Bilamana terjadi gangguan relay proteksi

kemudian akan memberi perintah trip untuk memutus dan memisahkan sistem tenaga listrik

dari gangguan.

Tujuan dari tugas akhir ini adalah Menganalisis dan mencari solusi kasus selalu trip-

nya circuit

breaker pada sisi incoming busbar 10 kV unit board 1B atau A saat energize transformator

6000 kVA pada 3 kV unit board 2B atau A, menghitung arus residual pada incoming CB di

10 kV unit board 1B yang trip akibat terdeteksinya over current ground pada kasus,

menghitung dan menganalisis setting relay proteksi pada 10 kV unit board 2B pada

penyulang ke transformator 10/3 kV untuk menganalisis permasalahan yang terjadi

Kata kunci : Relay Proteksi, Distribusi, Daya Listrik, PLTU

vi

ABSTRACT

Electrics Energi represent one of the very important requirement to support all kind of

activity. Besides accomplishment of requirement of electricity, is also needed by electric

power stability which is reliable. Stability of electric power system have to be defended

better, under normal circumstances and also after happened trouble. Trouble that happened at

system of kelistrikan can detect by proteksi relay. When happened trouble of relay proteksi

later;then will give comand of trip to break and dissociate electric power system of trouble

Intention of this final duty is to Analyse and look for case solution always its it him

circuit breaker at side of incoming busbar 10 unit kV of board 1B or A moment of energize

transformator 6000 kVA at 3 unit kV of board 2B or A, calculation current of residual at CB

incoming in 10 unit kV of board 1B which is trip effect of detecting of ground current over at

case, [counting/calculating] and analysing proteksi relay setting at 10 unit kV of board 2B at

penyulang to transformator 10 / 3 kV to analyse problems that happened.

Keyword : Relay Proteksi, Distribution, Electricity, PLTU

vii

LEMBAR PERSEMBAHAN

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada :

1. Allah SWT, atas segala pemberian petunjuk dan kelancaran dalam pengerjaan dan

penyelesaian tugas akhir ini.

2. Kedua orang tua yaitu Bapak. Halili dan Ibu Sapiya yang selalu mendo’akan,

mendukung dan memotivasi penulis sehingga bisa menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Ir. Diding Suhardi, M.T. dan bapak Ir. M. Irfan, M.T. selaku pembimbing

tugas akhir.

4. Bapak Ir. Sudarman, MT sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Malang.

5. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Malang.

6. Nurul Qomariyah yang sudah memberikan motivasi dan mendukung dalam segala

hal.

7. Mas Bowo yang sudah meluangkan waktu untuk membimbing mempelajari sofware

Etap.

8. Teman-teman seperjuangan elektro D angkatan 2010.

9. Pihak Dosen beserta Staff TU Jurusan Teknik Elektro UMM.

10. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

berjasa dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

viii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat dan

hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul :

“ANALISIS PENENTUAN SETTING RELAY PROTEKSI ELEKTRONIK

UNTUK PROTEKSI SISTEM DISTRIBUSI DAYA LISTRIK

PLTU TANJUNG JATI B UNIT 1 DAN 2”

Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok pembahasan yang meliputi pendahuluan,

dasar teori, perancangan sistem, dan pengujian sistem. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa

dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu

penulis mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi

perkembangan ilmu pengetahuan kedepan.

Malang, 29 April 2015

Penulis

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ....................................................................................................i

LEMBAR PERSETUJUAN .....................................................................................ii

LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................................iii

SURAT PERNYATAAN .........................................................................................iv

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

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

LEMBAR PERSEMBAHAN ....................................................................................vii

KATA PENGANTAR ...............................................................................................viii

DAFTAR ISI .............................................................................................................ix

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................xii

DAFTAR TABEL .....................................................................................................xiii

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ..........................................................................................1

1.2 Rumusan Masalah .....................................................................................2

1.3 Tujuan ........................................................................................................2

1.4 Batasan Masalah ........................................................................................3

1.5 Metodologi ................................................................................................3

1.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir ...........................................................4

BAB II. DASAR TEORI

2.1 One Line Diagram .....................................................................................5

2.2 Perhitungan Arus Residual ........................................................................7

2.3 Gangguan – gangguan pada Sistem Tenaga Listrik ..................................8

x

2.4 Peralatan Pelindung (Protective Device) ...................................................11

2.5 Aplikasi Metoda Per-Unit untuk Perhitungan Hubung Singkat ................15

2.6 Industrial Short Current Calculation -Circuit .......................................18

2.7 Relay Proteksi ...........................................................................................20

BAB III. PERANCANGAN

3.1 Deskripsi Sistem Distribusi Daya PLTU Tanjung Jati Unit 1 dan 2 .........25

A. Operasi 1 Unit oleh Unit 1 .......................................................................25

B. Operasi 1 Unit oleh Unit 2 .......................................................................26

C. Operasi 2 Unit ..........................................................................................26

3.2 Penjabaran Masalah ...................................................................................28

A. Permasalan Yang Terjadi ........................................................................28

3.3 Perhitungan Setting Relay Proteksi ...........................................................30

A. Relay Proteksi Arus Lebih .......................................................................30

B. Relay Proteksi Gangguan ke Tanah .........................................................32

BAB IV. ANALISIS PENENTUAN SETTING RELAY PROTEKSI ELEKTRONIK

UNTUK PROTEKSI SISTEM DISTRIBUSI DAYA LISTRIK

PLTU TANJUNG JATI B UNIT 1 DAN 2

4.1 Relay Arus Lebih / Over Current Relay (OCR) dan Relay

Gangguan Tanah / Ground Fault Relay (GFR) .........................................33

4.2 Pengujian Relay Arus Lebih / Over Current Relay (OCR) .......................33

4.3 Pengujian Relay Gangguan Tanah / Ground Fault Relay (GFR) ...............34

4.4 Perhitungan Arus Residual di 10 kV Unit Board 1B ..................................36

4.5 Perhitungan Arus Hubung Singkat Singkat (Short-Circuit) pada fault

di 10/3kV Transformers pada 10 kV Unit Board 2B ..................................40

xi

4.6 Perhitungan Setting Relay Proteksi ........................................................72

4.7 Analisis Perhitungan Setting Relay ........................................................77

BAB V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan ................................................................................................79

5.2 Saran ..........................................................................................................79

DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................................80

LAMPIRAN

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 One Line Diagram .................................................................................5

Gambar 2.2 Perhitungan Arus Residual dengan CT ..................................................7

Gambar 2.3 Jenis Gangguan ......................................................................................11

Gambar 2.4 Karakteristik Power Circuit Breaker ......................................................12

Gambar 2.5 Rating Standar CB Tegangan Rendah ...................................................13

Gambar 2.6 Reaktansi Mesin dan Faktor Pengali ......................................................13

Gambar 2.7 Rumus Penggabungan Reaktanis Per Unit.............................................18

Gambar 2.8 Blok Diagram Pengamanan ...................................................................20

Gambar 3.1 One Line Diagram Sistem Unit 1 ...........................................................25

Gambar 3.2 One Line Diagram Sistem Unit 2 ...........................................................26

Gambar 3.3 One Line Diagram Operasi 2 Unit (1) ...................................................27

Gambar 3.4 One Line Diagram Operasi 2 Unit (2) ...................................................28

Gambar 3.5 One Line Diagram Sistem ......................................................................29

Gambar 4.1 Relay arus lebih dan relay gangguan tanah ............................................33

Gambar 4.2 One Line Diagram Board 2B .................................................................41

Gambar 4.3 One Line Diagram Board B ...................................................................42

Gambar 4.4 One Line Diagram Board 1B .................................................................43

Gambar 4.5 One Line Diagram Board 2A .................................................................44

Gambar 4.6 One Line Diagram Board A ...................................................................45

Gambar 4.7 One Line Diagram Board 1A .................................................................46

Gambar 4.8 Reactance Diagram ................................................................................47

Gambar 4.9 Penyederhanaan Zero-Reactance Diagram I ..........................................67

Gambar 4.10 Penyederhanaan Zero-Reactance Diagram II ......................................69

Gambar 4.11 Penyederhanaan Zero-Reactance Diagram III .....................................70

Gambar 4.12 Penyederhanaan Zero-Reactance Diagram IV .....................................71

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Arus Residual Inrush Current 10 kV UB1B ..............................................37

Tabel 4.2 Arus Residual Rating Current 10 kV UB1B ..............................................37

Tabel 4.3 Arus Residual pada saat kasus ...................................................................38

Tabel 4.4 Arus Residual .............................................................................................39

Tabel 4.5 Daftar Indeks Reactance Diagram .............................................................48

Tabel 4.6 Perhitungan Beban Load_A .......................................................................51

Tabel 4.7 Perhitungan Konversi Reaktansi ................................................................53

Tabel 4.8 Indeks Ekivalen I .......................................................................................69

Tabel 4.1 Indeks Ekivalen II ......................................................................................70

Tabel 4.10 Perbandingan Relay Proteksi Arus Lebih ...............................................75

Tabel 4.11 Perbandingan Relay Proteksi Gangguan ke Tanah ..................................77

xiv

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim. “Enhanching Energy”, PT. PLN (Persero) Pembangkitan Tanjung Jati B.

[2] Setiyoko, Wisnu. ”GET Final Project Report”. PT. Tanjung Jati B Power Services.

2010.

[3] Rosidi, Hafizh Rahman. “Rele Arus Lebih / OCR dan GFR Sebagai Proteksi

Transformator dan Penyulang Pada GI 150 kV Krapyak”. Makalah Seminar Kerja

Praktek. Semarang.

[4] Sutarti. “Analisa Perhitungan Setting Arus Dan Waktu Pada Relai Arus Lebih (OCR)

Sebagai Proteksi Transformator Daya Di Gardu Induk Cawang Lama Jakarta”.

Jakarta.

[5] Anonim. “10kV & 3kV Load List”. Sumitomo Corporation. PT. Tanjung Jati B Power

Services. 2004

[6] Anonim. “10kV and 3kV Motor List”. Sumitomo Corporation. PT. Tanjung Jati B

Power Services. 2005.

[7] Anonim. “802,000 kVA Turbine Generator Design Data”. Toshiba Coorporation. PT.

Tanjung Jati B Power Services. 2003.

[8] Anonim. “Specification for 802,000 MVA”. Toshiba Coorporation. PT. Tanjung Jati

B Power Services. 2003.

[9] Anonim. “Instruction Manual of Generator Main Circuit Breaker”. Toshiba

Coorporation. PT. Tanjung Jati B Power Services. 2003.

xv

[10] Anonim. “Specification for Unit Transformers”. Toshiba Coorporation. PT. Tanjung

Jati B Power Services. 2003.

[11] Anonim. “Specification for 786 MVA Generator Transformers”. Toshiba

Coorporation. PT. Tanjung Jati B Power Services. 2003.

[12] Anonim. “Protective Relay Setting”. Toshiba Coorporation. PT. Tanjung Jati B Power

Services. 2004.

[13] Anonim. “Calculation of Power Cable Sizing”. Sumitomo Coorporation. PT. Tanjung

Jati B Power Services. 1998.

[14] Anonim. “Specification for MV, LV Power, Control, Instrument and Fire Resistant

Cable”. Sumitomo Coorporation. PT. Tanjung Jati B Power Services. 1995.

[15] Anonim. “Protective Relay Setting”. Toshiba Coorporation. PT. Tanjung Jati B Power

Services. 2004.

[16] Wahyudi. “Sistem Pengaman Tenaga Listrik”. Presentasi. Institut Teknologi Sepuluh

November. Surabaya. 2010.