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

(10–20 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 3Φtt : 17.856,96 Ampere

Kapasitas Trafo : 60 MVA

Impedansi Trafo : 12,5 %

Impedansi JTM 3Ø 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 1Ø 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 Ihs3Ǿtt

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