SKRIPSIrepository.ub.ac.id/2943/1/Eka%20Citra%C2%A0Agustini.pdf · 2020. 7. 20. · ANALISIS...

ANALISIS PENGGANTIAN RELE ANALOG GEC ALSTOM KE

RELE DIGITAL COMPACT PADA BUS 6 kV DI PT. PJB UP GRESIK

SKRIPSI

TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK ENERGI ELEKTRIK

Ditujukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

EKA CITRA AGUSTINI

NIM. 135060301111036

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

PERNYATAAN ORISINALITAS SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa sepanjang pengetahuan saya dan

berdasarkan hasil penelusuran berbagai karya ilmiah, gagasan, dan masalah ilmiah yang diteliti

dan diulas di dalam naskah skripsi ini adalah asli dari pemikiran saya. Tidak terdapat karya

ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik di suatu

Perguruan Tinggi dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan

oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam

sumber kutipan dan daftar pustaka.

Apabila ternyata di dalam naskah Skripsi ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur

jiplakan, saya bersedia skripsi dibatalkan, serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-

undangan yang berlaku (UU No. 20 Tahun 2003, pasal 25 ayat 2 dan pasal 70).

Malang, 10 Agustus 2017

Mahasiswa,

EKA CITRA AGUSTINI

NIM 135060301111036

KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK Jl. Mayjend. Haryono no. 167, Malang, 65145, Indonesia

Telp. : +62-341-587710, 587711; Fax : +62-341-551430

http://teknik.ub.ac.id E-mail : [email protected]

Curriculum Vitae

Nama lengkap : Eka Citra Agustini Jurusan/ Prog. Studi/ Fakultas : Teknik Elektro/Fakultas Teknik Bidang Keahlian : Teknik Energi Elektrik Tahun Kelulusan : 2017 Alamat

Di Malang : Perum.GriyaShanta Eksekutif BlokP-581 Malang

Alamat Asal : Jl. Stadion 53A Kab. Pamekasan, Madura, Jawa Timur

No Telp Rumah : - No Telp HP : 081939326878

http://teknik.ub.ac.id/

mailto:[email protected]

Teriring Ucapan Terima Kasih Kepada:

Ayahanda Moh. Masuni dan Ibunda Nanik Herawati Tercinta

i

RINGKASAN

Eka Citra Agustini, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya,

Agustus 2017, Analisis Penggantian Rele Analog GEC Alstom ke Rele Digital Compact

pada Bus 6 kV di PT. PJB UP Gresik, Dosen Pembimbing: Unggul Wibawa dan Wijono.

Salah satu komponen penting dalam sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang

dapat mengamankan dan meningkatkan keandalan sistem proteksi. Pada unit pembangkit

listrik tentunya sering terjadi gangguan dari dalam maupun luar sistem yang dapat merusak

peralatan-peralatan pembangkit. Oleh karena itu Unit Pembangkitan Gresik memiliki

beberapa teknologi dalam sistem proteksi yang dapat menunjang produksi listrik yang

terjamin. Salah satu permasalahan yang terjadi terletak pada unit PLTGU PT. Pembangkit

Jawa Bali Unit Pembangkitan Gresik, dimana beberapa rele yang terpasang pada bus 6 kV

beroperasi secara abnormal. Hal itu terjadi sebanyak 1-2 kali, namun ketika dilakukan uji

coba terhadap rele tersebut tidak ada bagian yang rusak.

Penelitian yang dilakukan di PT.PJB UP. Gresik bertujuan untuk mengganti rele yang

lama dan melakukan penyetelan ulang rele. Rele yang diganti yaitu rele arus lebih, rele

tegangan kurang dan rele sinkronisasi. Dari hasil penelitian ini, didapatkan bahwa setelan

rele yang baru berbeda dengan setelan rele yang lama. Pada analisis setelan rele yang baru

didapatkan setelan rele lebih sensitif terhadap gangguan yang terjadi yaitu arus setelan

sebesar 876,456 A dengan time dial 0,14 untuk OCR dan 100 A dengan delay 0,26 detik

untuk GFR. Sedangkan setelan rele tegangan kurang yang baru sama dengan setelan rele

yang lama dan untuk setelan rele sinkronisasi yang baru terjadi perbedaan pada setelan ΔV

yaitu nilai setelan yang baru sebesar 458,18 volt. Dari hasil analisis koordinasi rele setelan

baru dengan rele yang terpasang pada pembebanan bus menunjukkan koordinasi rele sudah

tepat dan urutan kerja rele sudah benar.

Kata kunci: rele arus lebih, rele tegangan kurang, rele sinkronisasi, setelan rele

ii

SUMMARY

Eka Citra Agustini, Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering

University of Brawijaya, August 2017, Analysis of Replacing GEC Alstom Analog Relay to

Compact Digital Relay at Bus 6 kV in PT. PJB UP. Gresik, Academic Supervisor: Unggul

Wibawa and Wijono.

One of important component in electrical power system is protection system that can

preserve and increase reability of system. In the power plant unit, often occurs interference

from inside and outside system that can damage the generating equipment. Therefore,

PT.PJB UP Gresik has some technology in protection system that can support the production

of electricity. The problems that happened in unit of PLTGU PT. PJB UP Gresik, there are

some existing relays on 6 kV bus operate abnormally. It happened 1 until 2 times, but when

tested on the relays there was not damaged parts.

The research done at PT. PJB UP. Gresik has two main purposes which are replacing

the old relays and resetting relays. Replacement of relays are include overcurrent relay,

undervoltage relay and synchronization relay. The results from this research show that new

setting relays are different with old setting relays. Also, after analysing new setting relays

more sensitive than old setting relays from short-circuit that was 876,456 A with time dial

0,14 for OCR and 100 A with delay 0,26 second for GFR. While the new setting undervoltage

relay is the same with the old setting and new setting synchronization relay there is different

setting for ΔV that was 458,18 volt. The results from new relays coordination analysis with

existing relays on bus 6 kV show that relays coordination and the sequence of working relays

are correct.

Keywords : overcurrent relay, undervoltage relay, synchronization relay, relay setting

iii

PENGANTAR

Pada lembar ini, penulis ingin menyampaikan ungkapan terima kasih kepada berbagai

pihak yang telah memberikan bimbingan, arahan, dan dukungan sehingga penulisan skripsi

“Analisis Penggantian Rele Analog Gec Alstom ke Rele Digital Compact pada Bus 6 kV di

PT. PJB UP Gresik” dapat diselesaikan. Dengan rasa hormat, disampaikan ucapan terima

kasih kepada:

1. Bapak M. Aziz Muslim, S.T., M.T., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.

2. Bapak Hadi Suyono, S.T., M.T., Ph.D. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro.

3. Bapak Ali Mustofa, S.T., M.T. selaku Kepala Program Studi Jurusan Teknik

Elektro.

4. Ibu Rini Nur Hasanah, Dr., S.T., M.Sc. selaku KKDK Teknik Energi Elektrik.

5. Bapak Unggul Wibawa, Ir. M.Sc. dan Bapak Wijono, Ir. M.T., Ph.D. selaku dosen

pembimbing skripsi yang telah memberikan arahan, saran, dan waktu untuk

memberikan pelajaran agar segera terselesaikannya skripsi ini.

6. Bapak dan Ibu dosen serta segenap staf dan karyawan Jurusan Teknik Elektro.

7. Bapak M. Nur Sidik, Bapak Heru Minto Raharjo dan Primanda Yuntyansyah selaku

pembimbing di unit PLTGU PT.PJB UP Gresik yang telah memberikan izin dan

kesempatan serta membantu dalam melakukan penelitian.

8. Kedua orang tua yaitu Bapak Moh.Masuni dan Ibunda Nanik Herawati, serta Nenek

Hosna dan Adik Nurhayati Rahmani yang selalu memberikan motivasi dan

semangat untuk segera menyelesaikan studi.

9. Keluarga besar grup Rian A Bunyamin, Dasar Elektrik dan Pengukuran periode

2016-2017, High Voltage 2013, Pengurus Inti Eksekutif Mahasiswa Elektro

periode 2016-2017, dan SPECTRUM’13.

10. Dan semua pihak yang telah membantu namun tidak bisa disebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih terdapat beberapa

kekurangan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun akan sangat dibutuhkan agar

skripsi ini menjadi karya tulis yang lebih baik dan berguna bagi akademisi.

Malang, Agustus 2017

Penulis

v

DAFTAR ISI

Halaman

RINGKASAN ........................................................................................................................ i

SUMMARY .......................................................................................................................... ii

PENGANTAR ..................................................................................................................... iii

DAFTAR ISI ........................................................................................................................ v

DAFTAR TABEL ............................................................................................................... ix

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

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN ..................................................... Error! Bookmark not defined.

Latar Belakang ...................................................... Error! Bookmark not defined.

Rumusan Masalah ................................................. Error! Bookmark not defined.

Batasan Masalah ................................................... Error! Bookmark not defined.

Tujuan ................................................................... Error! Bookmark not defined.

Manfaat ................................................................. Error! Bookmark not defined.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................... Error! Bookmark not defined.

Sistem Proteksi Tenaga Listrik ............................. Error! Bookmark not defined.

Rele Pengaman ..................................................... Error! Bookmark not defined.

Keandalan ...................................................... Error! Bookmark not defined.

Selektivitas .................................................... Error! Bookmark not defined.

Kecepatan Operasi ......................................... Error! Bookmark not defined.

Sederhana....................................................... Error! Bookmark not defined.

Ekonomis ....................................................... Error! Bookmark not defined.

Proteksi Arus lebih ................................................ Error! Bookmark not defined.

Rele Arus Lebih Seketika .............................. Error! Bookmark not defined.

Rele Arus Lebih Waktu Tertentu .................. Error! Bookmark not defined.

Rele Arus Lebih Waktu Terbalik .................. Error! Bookmark not defined.

Proteksi Gangguan Tanah ..................................... Error! Bookmark not defined.

Proteksi Tegangan Kurang .................................... Error! Bookmark not defined.

Proteksi Sinkronisasi ............................................. Error! Bookmark not defined.

Penyetelan Rele Arus Lebih ................................. Error! Bookmark not defined.

Sistem Per Unit (pu) ............................................. Error! Bookmark not defined.

Arus Gangguan Hubung Singkat .......................... Error! Bookmark not defined.

Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah ............. Error! Bookmark not defined.

vi

Hubung Singkat Antar Fasa ........................... Error! Bookmark not defined.

Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah .............. Error! Bookmark not defined.

Hubung Singkat Tiga Fasa ............................. Error! Bookmark not defined.

Komponen Simetris ............................................... Error! Bookmark not defined.

BAB III METODE PENELITIAN ...................................... Error! Bookmark not defined.

Pengambilan Data .................................................. Error! Bookmark not defined.

Data Sekunder ................................................ Error! Bookmark not defined.

Perhitungan ............................................................ Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Impedansi ................................... Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Nilai Impedansi Urutan .............. Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Arus Hubung Singkat ................. Error! Bookmark not defined.

Setelan Rele .................................................... Error! Bookmark not defined.

Pemodelan dan Simulasi ........................................ Error! Bookmark not defined.

Analisis dan Pembahasan ...................................... Error! Bookmark not defined.

Pengambilan Kesimpulan dan Saran ..................... Error! Bookmark not defined.

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN ........................ Error! Bookmark not defined.

Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap PT.PJB UP Gresik .... Error! Bookmark

not defined.

Perhitungan Impedansi .......................................... Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Impedansi Sumber ..................... Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Impedansi Transformator ........... Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Impedansi Beban ........................ Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Impedansi Kabel ........................ Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Nilai Impedansi Urutan pada Titik Gangguan Error! Bookmark

not defined.

Arus Gangguan Hubung Singkat ........................... Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Arus Dasar ................................. Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa .... Error! Bookmark

not defined.

Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Antar Fasa .. Error! Bookmark

not defined.

Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah ....... Error!

Bookmark not defined.

Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah ....... Error!


Penyetelan Rele Arus Lebih .................................. Error! Bookmark not defined.

Perhitungan Arus Nominal ............................. Error! Bookmark not defined.

vii

Perhitungan Waktu Kerja Rele ...................... Error! Bookmark not defined.

Penyetelan Rele Tegangan Kurang ....................... Error! Bookmark not defined.

Penyetelan Rele Sinkronisasi ................................ Error! Bookmark not defined.

Koordinasi Rele Setelah Penyetelan Ulang .......... Error! Bookmark not defined.

BAB V PENUTUP ................................................................ Error! Bookmark not defined.

Kesimpulan ........................................................... Error! Bookmark not defined.

Saran ..................................................................... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

ix

DAFTAR TABEL

No. Judul Halaman

Tabel 2.1 Konstanta-konstanta α dan β .............................. Error! Bookmark not defined.

Tabel 2.2 Parameter Tipikal Sinkronisasi ........................... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.1 Data Generator..................................................... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.2 Data Tranformator Step-Down ............................ Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.3 Data Trafo Arus dan Trafo Tegangan ................. Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.4 Data Pembebanan pada Bus 6 kV ....................... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.5 Keterangan Instalasi Kabel .................................. Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.6 Impedansi Beban Motor ...................................... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Impedansi Beban ................... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.8 Impedansi Saluran .............................................. Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.9 Impedansi Saluran dalam satuan per-unit (pu) .... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.10 Impedansi Kabel – Motor pada Pembebanan Bus 6 kV ... Error! Bookmark not

defined.

Tabel 4.11 Impedansi Gangguan pada Titik F .................... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Arus Nominal Beban ........... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.13 Perbandingan Setelan Rele Arus Lebih ............. Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.14 Perbandingan Setelan Rele Tegangan Kurang .. Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.15 Perbandingan Setelan Rele Sinkronisasi ........... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.16 Setelan Rele pada Motor HPBFP (C) ............... Error! Bookmark not defined.

xi

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Halaman

Gambar 2.1 Karakteristik rele arus lebih seketika ............... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.2 Karakteristik rele arus lebih waktu tertentu ..... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.3 Karakteristik rele arus lebih waktu terbalik ..... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.4 Karakteristik Normal Inverse .......................... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.5 Karakteristik Very Inverse ............................... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.6 Karakteristik Extremely Inverse ..................... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.7 Gelombang arus hubung singkat ..................... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.8 Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah .. Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.9 Hubungan jala-jala urutan gangguan satu fasa ke tanahError! Bookmark not

defined.

Gambar 2.10 Gangguan hubung singkat antar fasa ............. Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.11 Hubungan jala-jala urutan gangguan antar fasaError! Bookmark not

defined.

Gambar 2.12 Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah . Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.13 Gangguan hubung singkat tiga fasa ............... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.14 Komponen simetris tiga fasa untuk tegangan Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian ....................... Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.1 Diagram satu garis bus 6 kV unit PLTGU di PT. PJB UP. Gresik .......... Error!


Gambar 4.2 Penyederhanaan diagram satu garis bus 6 kV unit PLTGU di PT. PJB UP.

Gresik ................................................................ Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.3 Rangkaian Impedansi Urutan Positif ............... Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.4 Penyederhanaan Rangkaian Impedansi Urutan PositifError! Bookmark not

defined.

Gambar 4.5 Rangkaian Impedansi Urutan Negatif ............. Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.6 Rangkaian Impedansi Urutan Nol ................... Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.7 Penyederhanaan Rangkaian Impedansi Urutan NolError! Bookmark not

defined.

Gambar 4.8 Diagram satu garis salah satu pembebanan bus 6 kVError! Bookmark not

defined.

xii

Gambar 4.9 Kurva kerja koordinasi rele incoming dan outgoing bus 6 kV ................. Error!


Gambar 4.10 Simulasi kerja koordinasi rele incoming dan outgoing bus 6 kV ........... Error!


xiv

DAFTAR LAMPIRAN

No. Judul Halaman

Lampiran 1. Diagram Satu Garis Bus 6 kV unit PLTGU di PT.PJB UP Gresik ......... Error!


Lampiran 2. Diagram Satu Garis Bus 6 kV unit PLTGU di PT.PJB UP Gresik pada

Pemodelan ETAP ............................................ Error! Bookmark not defined.

Lampiran 3. Spesifikasi Trafo – Union ................................ Error! Bookmark not defined.

Lampiran 4. Data Sheet Kabel ............................................. Error! Bookmark not defined.

Lampiran 5. Dokumentasi .................................................... Error! Bookmark not defined.

1

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Suatu sistem tenaga listrik pada dasarnya terdiri dari susunan pembangkit, transmisi dan

jaringan distribusi yang terhubung satu sama lain untuk membangkitkan, mentransmisikan, dan

mendistribusikan tenaga listrik tersebut hingga dapat dimanfaatkan oleh para pelanggan.

Karena manfaat dan fungsi suatu sistem tenaga listrik yang sangat vital dalam kehidupan

sehari-hari maka pengembangan sistem harus dilakukan melalui perancangan yang matang dan

pertimbangan semua aspek terkait secara menyeluruh dalam arti luas sehingga sistem yang

akan dibangun dapat dikelola secara optimum, handal, aman, dan ekonomis (Pandjaitan, B.,

2012: 1).

Salah satu komponen penting dalam sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi. Dengan

adanya pengaman, maka tenaga listrik yang dihasilkan memiliki keandalan yang tinggi

sehingga dapat ditransmisikan dan didistribusikan kepada konsumen. Dalam usaha

memproduksi energi listik yang handal kini dan mendatang, PT. Pembangkit Jawa Bali Unit

Pembangkitan Gresik merupakan salah satu perusahaan yang mengoperasikan mesin

pembangkit listrik dengan menggunakan mesin tenaga uap dan gas (PLTGU) dengan bahan

bakar utama berupa gas, minyak atau HSD (High Speed Diesel).

Pada unit pembangkit listrik tentunya sering terjadi gangguan dari dalam maupun luar

sistem yang dapat merusak peralatan-peralatan pembangkit. Karena itu Unit Pembangkitan

Gresik memiliki beberapa teknologi dalam sistem proteksi yang dapat menunjang produksi

listrik yang terjamin. Salah satu permasalahan yang terjadi terletak pada unit PLTGU PT.

Pembangkit Jawa Bali Unit Pembangkitan Gresik. Dimana beberapa rele yang terpasang pada

bus 6 kV beroperasi secara abnormal. Hal itu terjadi sebanyak 1-2 kali, namun ketika dilakukan

uji coba terhadap rele tersebut tidak ada bagian yang rusak.

Mengingat selama PT. Pembangkit Jawa Bali Unit Pembangkitan Gresik berdiri hingga

saat ini usianya sudah mencapai kurang lebih 20 tahun, dan tidak ada penggantian peralatan

proteksi pada bus 6 kV di unit PLTGU, sehingga faktor satu-satunya yang menyebabkan rele-

rele tersebut bekerja secara abnormal dikarenakan faktor umur rele. Oleh karena itu, maka perlu

dilakukan penyetelan ulang sekaligus penggantian rele analog ke digital. Dengan adanya

2

penyetelan ulang dan penggantian rele analog ke digital ini akan mempengaruhi kinerja rele-

rele yang terpasang pada bus 6 kV di PLTGU tersebut. Ada beberapa rele pada bus 6 kV yang

perlu diganti diantaranya: rele sinkronisasi, rele tegangan kurang, dan rele arus lebih.

Rele proteksi jenis digital lebih mendukung dan lebih memiliki fungsi-fungsi yang

dibutuhkan agar sistem lebih aman (Saputra, Friski Dwi, 2013: 3). Rele digital selain untuk

proteksi juga sebagai kontrol, monitor, metering, dan fungsi komunikasi. Karena fungsi-fungsi

tersebut dan stabilitas, keandalan, serta harganya yang murah maka rele ini banyak digunakan

pada saluran distribusi untuk menyelesaikan permasalahan pada sistem proteksi (Grabovickic

& Glynn, 2012 : 1).

Dengan demikian penelitian ini dilakukan untuk mengatur ulang rele sekaligus

melakukan penggantian rele dengan acuan setelan pada rele yang sudah ada (existing) dan

menganalisis parameter-parameter rele proteksi.

Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, maka rumusan masalah dalam

penelitian ini ditekankan pada:

1. Berapa besar arus gangguan hubung singkat pada bus 6 kV unit PLTGU di PT.PJB

UP Gresik.

2. Bagaimana setelan rele sinkronisasi, rele tegangan kurang, dan rele arus lebih yang

terpasang pada bus 6 kV unit PLTGU di PT.PJB UP Gresik.

3. Bagaimana koordinasi rele yang diganti dengan rele yang terpasang pada

pembebanan bus 6 kV unit PLTGU di PT.PJB UP Gresik.

Batasan Masalah

Agar permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini mencapai sasaran yang diharapkan,

maka batasan masalah yang perlu diberikan dalam penelitian ini mencapai sasaran yang

diharapkan, maka batasan masalah yang perlu diberikan dalam penelitian ini adalah sebagai

berikut:

1. Penggantian rele dilakukan pada incoming bus 6 kV unit PLTGU PT.PJB UP Gresik.

2. Tidak membahas karakteristik tentang rele analog dan digital.

3. Acuan standar rele yang digunakan tipe GEC ALSTOM dan IEEE.

4. Simulasi menggunakan software ETAP hanya untuk mendapatkan kurva kerja rele

dan mengetahui koordinasi rele setelah hasil analisis dan perhitungan setelan.

3

5. Untuk koordinasi rele maka hanya diambil koordinasi rele incoming bus dengan salah

satu beban motor pada pembebanan bus 6 kV.

Tujuan

Tujuan dari pembahasan dalam penelitian ini adalah mengetahui besar arus gangguan

hubung singkat, menghitung setelan ulang rele-rele yang diganti dan mengetahui koordinasi

rele yang diganti dengan rele yang terpasang pada bus 6 kV di PT.PJB UP Gresik.

Manfaat

Hasil yang diperoleh dari skripsi ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai

berikut:

1. Bagi Perusahaan

Dapat menjadi referensi bagi PT.PJB UP Gresik ketika melakukan perbaikan pada

proteksi sistem kelistrikannya, khususnya setelan rele pengaman.

2. Bagi Akademisi

Dapat menjadi referensi bagi orang lain yang hendak mempelajari masalah yang

serupa.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Sistem Proteksi Tenaga Listrik

Sistem proteksi adalah susunan perangkat proteksi secara lengkap yang terdiri dari

perangkat utama dan perangkat-perangkat lain yang dibutuhkan untuk melakukan fungsi

tertentu berdasarkan prinsip-prinsip proteksi sesuai dengan definisi yang terdapat pada standar

IEC 6255-20 (Pandjaitan, B., 2012: 4).

Proteksi terhadap tenaga listrik ialah sistem pengamanan yang dilakukan terhadap

peralatan-peralatan listrik, yang terpasang pada sistem tenaga listrik tersebut misalnya

generator, transformator, jaringan transmisi/distribusi dan lain-lain terhadap kondisi operasi

abnormal dari sistem itu sendiri. Yang dimaksud dengan kondisi abnormal tersebut antara lain

dapat berupa: hubung singkat tegangan lebih/kurang beban lebih frekuensi sistem turun/naik

dan lain-lain (Alawiy, M. Taqiyyuddin, 2006: 2).

Adapun fungsi dari sistem proteksi adalah sebagai berikut (Brown, Hewitson & Ramesh,

2004: 2):

1. Untuk menghindari atau mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat adanya

gangguan (kondisi abnormal). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang

digunakan, maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan terhadap kemungkinan

kerusakan alat.

2. Untuk mempercepat melokaliser luas/zona daerah yang terganggu, sehingga daerah

yang terganggu menjadi sekecil mungkin.

3. Untuk dapat memberikan pelayanan Iistrik dengan keandalan yang tinggi kepada

konsumen, dan juga mutu listriknya baik.

4. Untuk mengamankan manusia (terutama) terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh

Iistrik.

Rele Pengaman

Rele pengaman adalah sebuah perangkat listrik yang dirancang untuk merespon kondisi

input dengan cara yang ditentukan dan setelah kondisi tertentu terpenuhi, maka akan

menyebabkan operasi kontak atau setara dengan perubahan mendadak dalam rangkaian listrik

6

tersebut. Dengan catatan input yang dimaksud tidak hanya berupa elektrik, tetapi juga mekanik,

suhu dan lainnya (Blackburn & Domin, 2007: 1).

Ada empat faktor utama yang mempengaruhi rele pengaman (Blackburn & Domin, 2007:

22):

1. Ekonomis

2. Personality dari rele serta karakteristik sistem daya

3. Lokasi dan ketersediaan disconnecting dan peralatan isolasi (pemutus, switch, dan

perangkat input berupa CTs dan VTs)

4. Tersedia indikator kesalahan (studi kesalahan dan semacamnya)

Untuk mengevaluasi kinerja rele pengaman tidak mudah, karena banyak rele yang

terletak dekat dengan daerah gangguan mungkin akan mulai beroperasi ketika mendapatkan

beberapa gangguan. Kinerja yang baik hanya terjadi ketika rele utama beroperasi untuk

mengisolasi daerah gangguan. Kinerja (operasi rele) dapat dikategorikan sebagai berikut

(Blackburn & Domin, 2007: 26):

1. Benar, umumnya 95% -99%

a. Seperti yang direncanakan

b. Tidak seperti yang direncanakan

2. Salah, baik kegagalan untuk trip atau salah kesalahan trip

a. Tidak seperti yang direncanakan

b. Diterima untuk situasi tertentu

3. Tidak ada kesimpulan.

Terdapat lima aspek dasar rele pengaman yaitu (Blackburn & Domin, 2007: 18):

1. Keandalan

2. Selektivitas

3. Kecepatan operasi

4. Sederhana

5. Ekonomis

Keandalan

Keandalan adalah kemampuan rele dapat bekerja dengan baik dan menghindari operasi

yang tidak diperlukan atau salah kerja. Berdasarkan IEEE C 37.2, keandalan memiliki dua

aspek yaitu: dependability dan security. Dependability didefinisikan sebagai tingkat kepastian

rele atau sistem rele akan beroperasi dengan benar. Sedangkan security berkaitan dengan

tingkat kepastian bahwa rele atau sistem rele tidak akan beroperasi secara tidak benar.

7

Keandalan rele dihitung dengan jumlah rele yang bekerja di daerahnya terhadap jumlah

gangguan yang terjadi. Keandalan rele dikatakan cukup baik bila mempunyai nilai sekitar 90-

99%.

Selektivitas

Selektivitas juga dikenal sebagai koordinasi rele. Pengaman harus dapat memisahkan

bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin yaitu hanya sesi yang terganggu saja yang

menjadi pengaman yang selektif. Jadi rele harus dapat membedakan apakah gangguan terletak

di kawasan pengamanan utamanya dimana rele tersebut harus bekerja cepat atau dengan waktu

tunda atau harus tidak bekerja sama sekali karena gangguannya di luar daerah pengamannya

atau sama sekali tidak ada gangguan.

Kecepatan Operasi

Berdasarkan IEEE 100, sebuah rele dengan kecepatan operasi yang tinggi adalah salah

satu yang beroperasi dalam waktu kurang dari 50 msec (dalam tiga siklus dengan frekuensi 60

Hz). Istilah instantaneous didefinisikan untuk menunjukkan bahwa tidak ada (waktu) delay

yang terjadi pada operasi tersebut.

Mengingat suatu sistem tenaga mempunyai batas-batas stabilitas serta terkadang

gangguan sistem bersifat sementara, maka rele yang semestinya bereaksi dengan cepat

kerjanya perlu diperlambat (time delay), seperti yang ditunjukkan persamaan (Alawiy, M.

Taqiyyuddin, 2006: 3):

𝑡𝑜𝑝 = 𝑡𝑝 + 𝑡𝑜 ................................................................................................... ( 2-1 )

dengan:

top = waktu total yang digunakan untuk memutuskan hubungan (s)

tp = waktu bereaksi dari rele unit (s)

to = waktu yang digunakan untuk pelepasan CB (s)

Pada umumnya untuk top sekitar 0,1 detik kerja peralatan proteksi sudah dianggap bekerja

cukup baik. Kemampuan sistem proteksi untuk memisahkan gangguan secepat mungkin dari

sistem akan mengurangi akibat yang ditimbulkan gangguan tersebut.

Sederhana

Sebuah rele pengaman harus sederhana dan mudah sehingga bisa untuk mencapai tujuan

yang diinginkan. Setiap unit atau komponen yang ditambahkan dapat meningkatkan

pengamanan, tetapi terkadang tidak memenuhi aspek dasar rele pengaman sehingga hal

tersebut harus sangat hati-hati. Selain menimbulkan potensi sumber masalah juga bisa

menambah biaya pemeliharaan. Seperti yang telah dijelaskan, operasi yang tidak benar atau

8

tidak terdapat rele pengaman maka dapat mengakibatkan masalah dalam sistem tenaga listrik.

Masalah tersebut dapat berpengaruh pada sistem secara umum, atau bahkan sistem yang

lainnya (Blackburn & Domin, 2007 : 21).

Ekonomis

Sistem pengaman peralatan juga perlu mempertimbangkan aspek ekonomis dari

pemasangan peralatan tersebut. Tidak semua peralatan dilengkapi dengan pengamanan yang

lengkap karena harus mempertimbangkan harga peralatan pengaman namun tidak

menghilangkan efektivitas penyaluran daya listrik. Sisi ekonomis dipertimbangkan setelah

aspek teknis telah terpenuhi untuk kelayakan operasi peralatan.

Proteksi Arus lebih

Proteksi arus lebih meliputi proteksi terhadap gangguan hubung singkat yang dapat

berupa gangguan hubung singkat fasa-fasa, satu fasa ke tanah serta hubung singkat antar fasa.

Proteksi terhadap hubung singkat antar fasa dikenal sebagai proteksi arus lebih dan relai yang

digunakan disebut relai arus lebih (overcurrent relay). Jika arus gangguan mengalir melalui

tanah, gangguan ini disebut gangguan hubung singkat ke tanah dan relai yang digunakan

disebut proteksi hubung tanah (ground fault relay). Proteksi arus lebih banyak dipakai pada

distribusi primer, dan sebagai pengaman gangguan tanah.

Rele arus lebih merupakan rele yang bekerjanya berdasarkan adanya kenaikan arus yang

melebihi suatu nilai pengaman tertentu dan dalam jangka waktu tertentu. Rele arus lebih

dikategorikan menjadi 3, yaitu (Pane, Zulkarnaen, 2014: 16) :

1. Rele arus lebih seketika (instantaneous over-current relay).

2. Rele arus lebih dengan karakteristik tundaan waktu yang tidak tergantung pada

besarnya arus gangguan (definite time over-current relay).

3. Rele arus lebih dengan karakteristik tundaan waktu terbalik (inverse time over-

current relay).

a. Rele berbanding terbalik biasa (normal inverse).

b. Rele sangat berbanding terbalik (very inverse).

c. Rele sangat berbanding terbalik sekali (extremely inverse).

Proteksi arus untuk busbiasanya menggunakan dua jenis tahap waktu operasi. Pertama,

untuk proteksi dengan performansi yang lama memiliki karakteristik operasi waktu yang pasti

(definite time) dan yang kedua memiliki karakteristik operasi tanpa waktu tunda (Ferhatbegovic

& Al-Tawil, 2005: 1).

9

Rele Arus Lebih Seketika

Rele arus lebih seketika adaIah jenis rele arus lebih yang paling sederhana dimana jangka

waktu kerja rele yaitu mulai saat rele mengalami pick-up sampai selesainya kerja rele sangat

singkat yakni sekitar 20-100 mili detik tanpa adanya penundaan waktu (Alawiy, M.

Taqiyyuddin, 2006: 20).

Gambar 2.1 Karakteristik rele arus lebih seketika

Sumber: Alawiy (2006,p.21).

Rele Arus Lebih Waktu Tertentu

Rele arus lebih waktu tertentu adalah jenis rele arus lebih dimana jangka waktu rele muIai

pick-up sampai selesainya kerja rele dapat diperpanjang dengan nilai tertentu dan tidak

tergantung dari besarnya arus yang mengerjakannya, tergantung dari besarnya setelan arus,

melebihi setelan arus maka waktu kerja rele ditentukan oleh waktu setelannya (Alawiy, M.

Taqiyyuddin, 2006: 22). Setelan rele ini dapat disesuaikan sedemikian rupa sehingga pemutus

yang paling dekat dengan sumber gangguan akan trip lebih cepat daripada yang lain, dan

pengaman sisanya akan trip jika setelah waktu tunda yang diberikan gangguan masih berlanjut.

Gambar 2.2 menunjukkan karakteristik dari rele arus lebih waktu tertentu.

Gambar 2.2 Karakteristik rele arus lebih waktu tertentu


Rele Arus Lebih Waktu Terbalik

Waktu kerja (operating time) dari rele ini adalah berbanding terbalik dengan besarnya

arus masukan atau arus gangguan seperti yang terlihat pada gambar 2.3.

10

Gambar 2.3 Karakteristik rele arus lebih waktu terbalik


Secara matematis hubungan antara tundaan waktu kerja rele dengan besarnya arus masukan

atau arus gangguan dinyatakan oleh persamaan (Pane, Zulkarnaen, 2014: 20) :

𝑡 =𝑘β

[𝐼𝑓

𝐼𝑠𝑒𝑡]

α

−1

detik ............................................................................................ ( 2-2 )

di mana :

t = tundaan waktu kerja rele (detik)

k = setelan skala pengali waktu (time multiplier setting)

If = arus masukan ke rele

Iset = nilai setelan arus lebih

Konstanta-konstanta α dan β menentukan tingkat atau derajat inversitas dari tundaan

waktu rele dan menurut standar di atas nilainya adalah sebagai berikut :

Tabel 2.1

Konstanta-konstanta α dan β

IEEE Curve Shape α β t10 (s)

Normal Inverse (N) 0,02 0,14 3,00

Very Inverse (V) 1,00 13,50 1,50

Extremely Inverse (E) 2,00 80,00 0,80

Sumber: Pane (2014,p.21).

Di mana t10 menyatakan tundaan waktu kerja rele untuk besarnya arus masukan sama dengan

10 kali nilai setelan arus rele (I>) dan dengan setelan skala pengali waktu k = 1.

11

Gambar 2.4 Karakteristik Normal Inverse


12

Gambar 2.5 Karakteristik Very Inverse


13

Gambar 2.6 Karakteristik Extremely Inverse


Pada gambar 2.4, 2.5 dan 2.6 karakteristik waktu dan arus sesuai dengan BS 142: 1966 dan

IEC 255-4 diatas dijelaskan apabila arus masukan (energizing current) melebihi 22…23 kali

setelan I>, maka rele akan mengikuti karakteristik tundaan waktu independent.

Proteksi Gangguan Tanah

Fungsi relay ini adalah rele gangguan tanah (ground fault relay) adalah rele yang

14

mendeteksi adanya gangguan fasa ke tanah. Karena seringnya terjadi gangguan satu fasa ke

tanah dibandingkan antar fasa menjadikan rele ini penting untuk pengindraan dan melindungi

sistem dari gangguan yang terjadi. Arus gangguan satu fasa-tanah ada kemungkinan lebih kecil

dari arus beban, ini disebabkan karena salah satu atau dari kedua hal berikut:

1. Gangguan tanah ini melalui tahanan gangguan yang masih cukup tinggi.

2. Pentanahan netral sistemnya melalui impedansi/tahanan yang tinggi atau bahkan tidak

ditanahkan.

Setelan rele dari gangguan ke tanah jika menggunakan summing CT adalah 10% CT ≤

Iset GFR ≤ CT. Jika nilai Iset GFR kurang dari 15 A maka sebaiknya dipilih setelan 15 A (Institut

Teknologi Sepuluh November, 2017: 24). Selain diatur untuk bekerja dengan waktu tunda

standard inverse, GFR yang terpasang juga dikombinasikan untuk bekerja seketika atau tanpa

tunda waktu, Iset instantaneous = 7 Iset GFR.

Proteksi Tegangan Kurang

Timbulnya jatuh tegangan dapat disebabkan oleh:

1. Jaringan kelebihan beban.

2. Kesalahan operasi dari tap changer transformator.

3. Arus hubung singkat.

Rele undervoltage akan memberi perintah untuk trip agar sebelum motor atau peralatan

lain rusak. Rele jenis ini juga dapat digunakan (Prévé, Christophe, 2006: 297):

1. Untuk mengontrol pengoperasian regulator tegangan.

2. Untuk melepaskan beban pada jaringan konsumen ketika terjadi beban berlebih.

3. Untuk memantau tegangan sebelum sumber dialihkan.

Rele undervoltage bekerja bila salah satu tegangan lebih rendah dari Vset (setelan

tegangan). Dan terdapat waktu tunda ketika rele tersebut bekerja. Misalnya untuk pengaman

motor, setelan tegangannya yaitu:

𝑉𝑠𝑒𝑡 = 0,7 − 0,8 𝑉𝑛 ........................................................................................... ( 2-3 )

Pengaturan untuk waktu tunda akan dipertimbangkan berdasarkan:

1. Kemampuan motor.

2. Pelepasan beban.

3. Skema pengaman (memungkinkan diperlukan waktu tunda yang panjang).

Untuk setelan tegangan yang lebih rendah, Vset = 20-25% Vn dengan waktu tunda 0,1 detik.

15

Proteksi Sinkronisasi

Rele sinkronisasi adalah rele yang digunakan untuk proses sinkronisasi dua sumber daya

listrik yang berbeda secara otomatis. Rele ini berfungsi mengurangi kesalahan pada saat proses

sinkron. Dalam proses sinkron ada beberapa syarat yang harus dipenuhi:

1. Tegangan harus sama.

2. Frekuensi harus sama.

3. Sudut fasa harus sama.

4. Urutan fasa harus sama.

Untuk ketentuan setelan rele sinkronisasi harus mengacu pada standar pengoperasian

sistem tenaga listrik dan mempertimbangkan faktor kecepatan rele bekerja dan kecepatan

pemutus daya bekerja. Rele sinkronisasi (25) membandingkan perbedaan tegangan, frekuensi

slip, dan perbedaan fasa (slip) antara input generator dan bus. Parameter tersebut dapat dilihat

pada tabel berikut (Ransom, Daniel L, 2014: 4212):

Tabel 2.2

Parameter Tipikal Sinkronisasi

Parameter Typical Value

Voltage Difference 4 – 8 V (secondary)

Phase (Slip) Angle 0º – 30º

Slip Frequency 0,1 Hz

Sumber: Ransom (2014,p.4212).

Beberapa rele menggunakan pengaturan perbedaan tegangan aktual dan beberapa rele

menggunakan pengaturan perbedaan tegangan dalam satuan persentase.

Penyetelan Rele Arus Lebih

Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat, dipergunakan untuk menentukan nilai

setelan rele arus lebih terutama nilai setelan TMS (Time Multilpe Setting) dari rele arus lebih

jenis invers. Besarnya arus beban adalah (Alawiy, M. Taqiyyuddin, 2006: 28):

𝐼𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 = 𝑃

√3 𝑉𝐿−𝐿 [A] .................................................................................... ( 2-4 )

keterangan:

P = daya 3 fasa [VA]

VL-L = tegangan saluran [V]

Harus diperhatikan pula bahwa rele arus lebih tidak boleh bekerja pada saat terjadi beban

maksimum, sehingga:

𝐼𝑠 =𝑘𝑓𝑘

𝑘𝑑𝐼𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 ................................................................................................

( 2-5 )

16

keterangan:

Is = penyetelan arus

kfk = faktor keamanan

kd = faktor arus kembali

Ibeban = arus nominal yang mengalir pada beban

Nilai kfk berkisar 1,1-1,2 dan kd berkisar 0,7-1,0. Untuk definite relay, nilai kf = 1,1 dan kd =

0,8. Sedangkan untuk inverse relay, nilai kf = 1,2 dan kd =1,0. Nilai Is tersebut merupakan

setelan arus primer, sedangkan untuk mendapatkan nilai setelan arus sekunder yang diatur pada

rele arus lebih , maka harus dihitung dengan menggunakan data rasio transformator arus yang

terpasang, yaitu:

𝐼𝑠𝑒𝑡.𝑠𝑒𝑘 = 𝐼𝑠𝑒𝑡.𝑝𝑟𝑖 𝑥 ( 1 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 𝐶𝑇⁄ ) ................................................................. ( 2-6 )

Berdasarkan IEC 60225, terdapat tiga karakteristik rele arus lebih dengan time dial yang

berbeda sebagai berikut (Alstom, 2016: 87):

1. Inverse

Memiliki kurva yang sangat terjal. Dapat beroperasi pada nilai arus gangguan yang

rendah, namun pada arus gangguan yang tinggi memiliki waktu pengoperasian yang

signifikan. Persamaan karakteristik inverse adalah sebagai berikut:

𝑡𝑜𝑝 = 𝑇0,14

(𝐼𝐼𝑠

)0,02

− 1

.............................................................................. ( 2-7 )

2. Very Inverse

Kurva terletak di antara kurva inverse dan extremely inverse. Persamaan karakteristik

very inverse adalah sebagai berikut:

𝑡𝑜𝑝 = 𝑇13,5

(𝐼𝐼𝑠

) − 1

....................................................................................... ( 2-8 )

3. Extremely Inverse

Memiliki kurva yang sangat dangkal. Tidak beroperasi pada nilai arus gangguan yang

sangat rendah, namun beroperasi dengan sangat cepat pada arus gangguan yang tinggi.

Persamaan karakteristik dari extremely inverse sebagai berikut:

𝑡𝑜𝑝 = 𝑇80

(𝐼𝐼𝑠

)2

− 1

.................................................................................. ( 2-9 )

Untuk memperoleh koordinasi dan operasi yang diinginkan untuk setiap rele arus lebih yang

berdekatan, maka dilakukan pengaturan seperti berikut (Papaspiliotopoulos, Karalexis &

Korres, 2014: 3):

17

1. Rele arus lebih pada setiap fasa diatur untuk mendeteksi gangguan tiga fasa.

2. Rele pada urutan negatif disesuaikan untuk mendeteksi gangguan antar fasa.

3. Rele yang lain digunakan untuk gangguan fasa ke tanah.

Sistem Per Unit (pu)

Definisi nilai per unit untuk suatu kuantitas ialah perbandingan kuantitas tersebut

terhadap nilai dasamya yang dinyatakan dalam desimal. Perbandingan (ratio) dalam persen

adalah 100 kali nilai dalam perunit. Kedua metode perhitungan tersebut, baik dengan persen

maupun dengan per unit, lebih sederhana daripada menggunakan langsung nilai-nilai

ampere,ohm, dan volt yang sebenarnya. Metode per unit mempunyai sedikit kelebihan dari

metode persen, karena hasil perkalian dari dua kuantitas yang dinyatakan dalam per unit sudah

langsung diperoleh dalam per unit juga, sedangkan hasil perkalian dari dua kuantitas yang

dinyatakan dalam persen masih harus dibagi dengan 100 untuk mendapatkan hasil dalam

persen.

Tegangan, arus, kilovolt ampere dan impedansi mempunyai hubungan sedeimikian rupa

sehingga pemilihan nilai dasar untuk dua besaran diantaranya akan menentukan dua nilai dasar

untuk besaran-besaran yang lain. Jika nilai dasar dari arus dan tegangan sudah ditentukan maka,

nilai dasar dari impedansi dan kilovoltampere dapat ditentukan. Impedansi dasar adalah

impedansi yang akan menimbulkan jatuh tegangan (drop voltage) yang sama dengan tegangan

dasarnya apabila arus yang mengalir dalam impedansi itu sama dengan nilai arus dasarnya.

Kilovoltamper dasar pada sistem fasa tunggal adalah hasil perkalian dari tegangan dasar dalam

kilovolt dan arus dasar dalam ampere. Biasanya megavoltampere dasar dan tegangan dasar

dalam kilovolt merupakan besaran-besaran yang dipilih sebagai dasar atau referensi. Untuk

sistem fasa tunggal, atau sistem tiga fasa dimana istilah arus berhubungan dengan arus saluran,

dimana istilah tegangan berarti tegangan netral dan dimana istilah kilovoltampere berarti

kilovoltampere per fasa, rumus-rumus berikut memberikan hubungan-hubungan untuk

berbagai besaran (Grainger & Stevenson, 1994: 45):

Arus dasar, A = dasar kVA1∅

√3 x tegangan dasar, kVLN

................................................... ( 2-10 )

Impedansi dasar = Tegangan dasar, VLN

Arus dasar, A

.............................................. ( 2-11 )

Impedansi dasar = (Tegangan dasar, 𝑉𝐿𝑁)2𝑥1000

dasar, kVA1∅

.......................... ( 2-12 )

18

Impedansi dasar = (Tegangan dasar, 𝑘𝑉𝐿𝑁)2

dasar, MVA1∅

..................................... ( 2-13 )

Daya dasar, kW = dasar kVA

Daya dasar, MW = dasar MVA

Impedansi per unit (pu) = impedansi sebenarnya, Ω

impedansi dasar, Ω

............................. ( 2-14 )

Untuk mengubah dari impedansi per-unit menurut suatu dasar yang diberikan menjadi

impedansi per-unit menurut suatu dasar yang baru, dapat dipakai persamaan berikut (Grainger

& Stevenson, 1994: 49):

𝑍𝑏𝑎𝑟𝑢(pu) = Z𝑑𝑖𝑏𝑒𝑟𝑖𝑘𝑎𝑛(pu) (kVdiberikan dasar

kVbaru dasar)

2

x (kVAbaru dasar

kVAdiberikan dasar)

.....

( 2-15 )

Arus Gangguan Hubung Singkat

Pada saat terjadi hubung singkat, maka akan mengalir arus dari sumber yang sangat besar

dengan tiba-tiba dari sumber ke titik gangguan. Besarnya arus yang mengalir ini dipengaruhi

oleh reaktansi masing-masing komponen yang dilewati arus tersebut, mulai dari komponen

sumber, trafo maupun kabel penghantar. Tujuan dari analisis hubung singkat adalah

menentukan arus dan tegangan maksimum dan minimum pada bagian-bagian atau titik-titik

tertentu dari suatu sistem tenaga lsitrik. Dari nilai-nilai maksimum dan minimum ini akan dapat

ditentukan pola pengaman rele dan pemutus (circuit breaker) untuk mengamankan dari

keadaan abnormal dalam waktu yang seminimal mungkin.

Gambar 2.7 Gelombang arus hubung singkat

Sumber: Suyono (2008,p.6).

Dalam hubung singkat nilai reaktansi dibagi menjadi tiga bagian, reaktansi selama cycle

pertama setelah terjadinya gangguan dalam waktu 0.05-0.1 detik disebut reaktansi sub-

peralihan (X”d) dan besarnya sangat kecil sehingga arus yang mengalir menjadi sangat besar.

19

Untuk cycle selanjutnya yang terjadi dalam waktu 0.2-2 detik disebut reaktansi peralihan (X’d)

dan arus cenderung menurun karena nilai reaktansi yang membesar. Setelah mencapai keadaan

steady state reaktansinya disebut reaktansi sinkron (Xd) untuk menentukan arus gangguan yang

terjadi.

Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah

Untuk gangguan ini dianggap fasa a mengalami gangguan. Gangguan ini dapat dilihat

pada gambar 2.8 di bawah ini:

Gambar 2.8 Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah

Sumber: Grainger & Stevenson (1994,p.483).

Kondisi terminalnya sebagai berikut:

Dengan Ifb = 0 ; Ifc = 0 ; Va = 0

[

𝐼𝑓𝑎0

𝐼𝑓𝑎1

𝐼𝑓𝑎2

] = 1

3[1 1 11 𝑎 𝑎2

1 𝑎2 𝑎] [

𝐼𝑓𝑎

00

]

Diperoleh Ifa0 = Ifa1 = Ifa2 = 1/3 Ifa

Hubungan jala-jala urutan gangguan satu fasa ke tanah ditunjukkan oleh gambar 2.9:

20

Gambar 2.9 Hubungan jala-jala urutan gangguan satu fasa ke tanah


Dari gambar diatas maka dapat diperoleh arus hubung singkat satu fasa ke tanah:

Ihs = Ifa0 = Ifa1 = Ifa2 = 𝑉𝑓

𝑍1 + 𝑍2 + 𝑍0 + 3𝑍𝑓

......................................... ( 2-16 )

Ifa = 3𝐼𝑓𝑎0 = 3 𝑉𝑓

𝑍1 + 𝑍2 + 𝑍0 + 3𝑍𝑓

......................................................... ( 2-17 )

keterangan:

Ihs = arus hubung singkat (A)

Vf = tegangan sebelum gangguan (V)

Z1 = impedansi urutan positif (Ω)

Z2 = impedansi urutan negatif (Ω)

Z0 = impedansi urutan nol (Ω)

Zf = impedansi gangguan (Ω)

Hubung Singkat Antar Fasa

Gangguan terjadi pada fasa b dan c seperti terlihat pada gambar 2.10 di bawah ini:

21

Gambar 2.10 Gangguan hubung singkat antar fasa


Dengan Vb = Vc ; Ifc = -Ifb ; Ifa = 0

[𝑉𝑎0

𝑉𝑎1

𝑉𝑎2

] = 1

3[1 1 11 𝑎 𝑎2

1 𝑎2 𝑎] [

𝑉𝑎

𝑉𝑏

𝑉𝑐

]

Diperoleh Va1 = Va2, maka:

[

𝐼𝑓𝑎0

𝐼𝑓𝑎1

𝐼𝑓𝑎2

] = 1

3[1 1 11 𝑎 𝑎2

1 𝑎2 𝑎] [

𝐼𝑓𝑎

𝐼𝑓𝑏

−𝐼𝑓𝑏

]

Dari persamaan di atas, didapatkan bahwa:

𝐼𝑓𝑎0 = 0

Ifa1 =1

3 (𝑎 − 𝑎2) 𝐼𝑓𝑏

......................................................................................... ( 2-18 )

Ifa2 =1

3 (𝑎2 − 𝑎) 𝐼𝑓𝑏

......................................................................................... ( 2-19)

Sehingga:

Ifa1 = -Ifa2

Hubungan jala-jala urutan gangguan antar fasa ditunjukkan oleh gambar 2.11 dibawah ini:

22

Gambar 2.11 Hubungan jala-jala urutan gangguan antar fasa


Ifa1 =𝑉𝑓

𝑍1 + 𝑍2 + 𝑍𝑓

......................................................................................... ( 2-20 )

Ifb = −Ifc = 𝑎2𝐼𝑓𝑎1+ 𝑎𝐼𝑓𝑎2 + 𝐼𝑓𝑎0 .................................................................... ( 2-21 )

Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah

Berdasarkan gambar 2.12 diasumsikan bahwa fasa yang mengalami hubung singkat

adalah fasa b dan c, sehingga terdapat hubungan-hubungan berikut ini:

Vb = Vc = 0 ; Ifa = 0

Gambar 2.12 Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah


23

Sedangkan besar arus urutan postif, urutan negatif, dan urutan nol nya adalah sebagai

berikut (Grainger & Stevenson, 1994: 495):

Ifa1 =𝑉𝑓

𝑍1 +𝑍2𝑍0

𝑍2 + 𝑍0

......................................................................................... ( 2-22 )

Ifa2 = −𝐼𝑓𝑎1

𝑍0

𝑍2 + 𝑍0

......................................................................................... ( 2-23 )


𝑍2

𝑍2 + 𝑍0

......................................................................................... ( 2-24 )

Dan untuk arus pada masing-masing fasa yang terkena gangguan yaitu fasa b dan c adalah :

Ifb = Ifa0 + a2Ifa1+ aIfa2 ............................................................................... ( 2-25 )

Ifc = Ifa0 + aIfa1+ a2Ifa2 ............................................................................... ( 2-26 )

Hubung Singkat Tiga Fasa

Dengan memperhatikan gambar 2.13, maka dapat diketahui kondisi sebagai berikut:

Ifa + Ifb + Ifc = 0 ; Ifa = 0 ; E = Eb = Ec

Ifa0 = 0 ;

Ifa2 = 0 ;

Ifa1 =𝑉𝑓

𝑍1 + 𝑍𝑓

.................................................................................................. ( 2-27 )

Ifa = Ifa1 ; Ifb = 𝑎2Ifa1 ; Ifc = 𝑎Ifa1

Gambar 2.13 Gangguan hubung singkat tiga fasa


24

Arus hubung singkat tiga fasa:

Ihs =𝑉𝑓

𝑍1 + 𝑍𝑓

.................................................................................................. ( 2-28 )

Komponen Simetris

Menurut teorema Fortescue, tiga fasa tidak seimbang pada suatu sistem tiga fasa dapat

diturunkan menjadi tiga fasor yang seimbang yatiu (Grainger & Stevenson, 1994: 417):

a. Komponen-komponen urutan positif yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya,

terpisah satu dengan lainnya dalam fasa sebesar 120o dan mempunyai urutan fasa

yang sama seperti fasor aslinya.

b. Komponen-komponen urutan negatif yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya,

terpisah satu dengan lainnya dalam fasa sebesar 120o dan mempunyai urutan fasa

yang berlawanan dengan fasor aslinya.

c. Komponen-komponen urutan nol yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya dan

dengan pergeseran fasa nol antara yang satu dengan yang lainnya.

Dalam penyelesaian suatu persoalan dengan menggunakan komponen-komponen

simetris bahwa tiga fasa dalam sistem dinyatakan sebagai a, b, dan c sehingga urutan fasa arus

dan tegangan dalam sistem adalah abc. Maka urutan fasa dari komponen-komponen urutan

positif dari fasor-fasor tak seimbang itu adalah abc, sedangkan untuk komponen-komponen

urutan negatif adalah acb. Jika fasor aslinya adalah tegangan, tegangan tersebut dapat

dinyatakan dengan Va, Vb, Vc. Ketiga himpunan komponen-komponen simetris dinyatakan

dengan subskrip tambahan 1 untuk komponen-komponen urutan positif, 2 untuk komponen-

komponen urutan negatif, dan 0 untuk komponen-komponen urutan nol. Komponen-komponen

urutan positif dari Va, Vb, Vc adalah Va1, Vb1, Vc1. Demikian pula, komponen-komponen urutan

negatif adalah Va2, Vb2, Vc2, sedangkan komponen-komponen urutan nol adalah Va0, Vb0, Vc0.

Gambar 2.14 Komponen simetris tiga fasa untuk tegangan

Sumber: Suyono (2008,p.8).

Karena setiap fasor yang tidak seimbang merupakan jumlah komponen-komponen, maka

fasor-fasor aslinya dapat dituliskan sebagai berikut (Grainger & Stevenson, 1994: 418):

25

𝑉𝑎 = 𝑉𝑎1 + 𝑉𝑎2 + 𝑉𝑎0 ....................................................................................... ( 2-29 )

𝑉𝑏 = 𝑉𝑏1 + 𝑉𝑏2 + 𝑉𝑏0 ....................................................................................... ( 2-30 )

𝑉𝑐 = 𝑉𝑐1 + 𝑉𝑐2 + 𝑉𝑐0 ....................................................................................... ( 2-31 )

27

BAB III

METODE PENELITIAN

Untuk menyelesaikan rumusan masalah dan merealisasikan tujuan penelitian maka

diperlukan metode untuk menyelesaikan masalah tersebut. Langkah-langkah yang dilakukan

ditunjukkan pada diagram alir utama penelitian seperti pada gambar 3.1.

Mulai

Pengumpulan Data:

Trafo, Pembebanan,

Motor, Kabel, dan

Rele.

Menghitung arus

hubung singkat

Menghitung

penyetelan rele arus

lebih (50/51)

Setelan rele

aman ?

Standar Rele

Penyetelan rele

tegangan kurang

(27)

Pemodelan kerja

rele pada ETAP

Selesai

Y

T

Studi Literatur

Penarikan

kesimpulan

dan saran

1

Sudah

sesuai

setelan

Y

Mulai

Analisis dan

pembahasan

1

Y

T

Standar Rele

Penyetelan rele

sinkronisasi cek

(25)

Sudah

sesuai

setelan

Mulai

1

Y

T

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian

28

Pengambilan Data

Pengambilan data penelitian ini dilakukan di PT.UP PJB Gresik. Sesuai dengan laporan

kejadian bahwa perlunya penggantian rele analog ke rele digital pada bus 6 kV. Pengambilan

data berupa diagram satu garis, data generator, data transformator, data pembebanan bus 6 kV,

data instalasi kabel, data rele yang sudah terpasang, dan peralatan lain yang berhubungan

dengan penyetelan ulang rele arus lebih, rele tegangan kurang dan rele sinkronisasi.

Data Sekunder

Pada penelitian skripsi ini untuk melakukan perhitungan data yang digunakan data

sekunder. Data sekunder ini meliputi spesifikasi dari berupa data generator, data transformator,

data pembebanan bus 6 kV, data instalasi kabel, rele yang sudah terpasang dan jurnal

penelitian.

Perhitungan

Perhitungan Impedansi

Menghitung impedansi masing-masing komponen yaitu generator, tarnsformator, motor,

dan kabel dalam satuan per-unit (pu). Perhitungan satuan per-unit menggunakan persamaan (2-

15).

Perhitungan Nilai Impedansi Urutan

Perhitungan impedansi urutan berdasarkan diagram satu garis bus 6 kV PT.PJB UP

Gresik. Impedansi urutan yang dihitung adalah impedansi urutan positif, urutan negatif, dan

urutan nol. Perhitungan dilakukan dengan acuan titik gangguan yang sesuai dengan

penempatan rele yang akan diatur ulang yaitu pada bus 6 kV. Sehingga dari perhitungan nilai

impedansi urutan akan diperoleh nilai impedansi urutan subtransien dan transien.

Perhitungan Arus Hubung Singkat

Setelah mendapatkan nilai impedansi urutan maka dapat dihitung arus gangguan hubung

singkat. Arus hubung singkat yang akan dihitung yaitu arus gangguan hubung singkat tiga fasa,

antar fasa, dua fasa ke tanah, dan satu fasa ke tanah dengan menggunakan persamaan (2-17) –

(2-28).

Setelan Rele

Setelan rele arus lebih yang dianalisis adalah setting arus dan setting waktu. Setting arus

didapat dengan menghitung besaran arus yang terjadi pada saat gangguan hubung singkat tiga

fasa. Dan untuk setting waktu berdasarkan karakteristik waktu kerja rele dengan acuan standar

IEC 60255. Untuk rele tegangan kurang, dengan menggunakan persamaan (2-3) maka

29

diperoleh setelan untuk rele tegangan. Dan untuk rele sinkronisasi harus mengacu pada standar

pengoperasian sistem tenaga listrik dan mempertimbangkan faktor kecepatan rele bekerja dan

kecepatan pemutus daya bekerja.

Pemodelan dan Simulasi

Setelah mendapatkan data-data setelan rele maka dilakukan pemodelan dalam bentuk

simulasi menggunakan software ETAP 12.6. Dalam penelitian ini dilakukan pemodelan sistem

kelistrikan bus 6 kV PT.PJB UP Gresik dalam bentuk single line diagram. Tujuan dari simulasi

ini adalah mengetahui grafik kerja rele pada saat terjadi gangguan.

Analisis dan Pembahasan

Setelah dilakukan perhitungan setelan yang dilakukan maka akan diperoleh setelan untuk

rele baru. Dari hasil setelan untuk rele baru ini maka dilakukan analisis mengacu pada setelan

rele yang lama dan juga berdasarkan pada dasar-dasar teori yang ada, sehingga bisa diketahui

rele setelan baru lebih baik atau tidak. Dan untuk melihat hasil kerja rele setelan baru, maka

dilakukan simulasi menggunakan software ETAP yang akan menunjukkan kerja rele yang

disetel dengan rele-rele yang lain (outgoing bus) yaitu bisa diambil dengan salah satu beban

motor pada pembebanan bus 6 kV.

Pengambilan Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan diambil berdasarkan perhitungan yang dianalisis dari perhitungan arus

gangguan hubung singkat dan pengaturan ulang pada sistem kelistrikan bus 6 kV PT.PJB UP

Gresik dengan harapan bahwa perhitungan ini dapat menjadi acuan untuk penyetelan ulang rele

dalam memperbaiki keandalan sistem proteksi di PT.PJB UP Gresik.

31

BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap PT.PJB UP Gresik

Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) atau yang biasa dikenal dengan

Combined Cycle Power Plant merupakan salah satu pembangkit yang dimiliki dan diandalkan

oleh Unit Pembangkit Gresik. Jumlah pembangkit listrik di PLTGU PT.PJB UP Gresik ada 3

blok, tiap blok terdiri dari 3 Gas Turbine, 3 HRSG dan 1 Steam Turbine. Energi listrik yang

dihasilkan adalah rata-rata 500 MW per blok.

Kapasitas daya yang terpasang (Installed Capacity) pada Blok I, II, dan III masing-

masing memiliki nilai yang sama yaitu 526,26 MW sehingga total kapasitas daya yang

terpasang adalah 1578,78 MW. Dalam hal penyaluran daya ke grid, di PLTGU PT. PJB UP

Gresik terbagi menjadi dua macam tegangan yaitu 150 kV (untuk wilayah dan sekitarnya) yang

dibangkitkan oleh PLTGU Blok I dan 500 kV (untuk sistem interkoneksi Jawa-Bali-Madura)

yang dibangkitkan oleh PLTGU Blok II dan Blok III.

Berdasarkan data PLTGU PT.PJB UP Gresik ketika overhaul awal tahun 2017 dilakukan

penggantian rele analog ke rele digital pada Blok III yaitu pada bus 6 kV Steam Turbine (ST-

1) yang mendistribusikan tegangan ke beban-beban berupa motor listrik yang berfungsi dalam

sistem operasi PLTGU tersebut. Adapun diagram satu garis bus 6 kV Steam Turbine (ST-1) di

PT. PJB UP Gresik ditunjukkan pada lampiran 1.

Tabel 4.1

Data Generator

Merk SIEMENS

Daya 250 MVA

Faktor Daya 80 %

Tegangan 15,75 kV

Sumber: PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik

Tabel 4.2

Data Tranformator Step-Down

Merk SIEMENS

Tipe TSUN 6844

Daya 7 MVA

32

Impedansi 7,5 %

Tegangan 15,75 / 6,3 kV

Frekuensi 50 Hz


Tabel 4.3

Data Trafo Arus dan Trafo Tegangan

Trafo Arus 1000/5

Trafo Tegangan 6300/110


Tabel 4.4

Data Pembebanan pada Bus 6 kV

No Beban Kapasitas

1 Motor Penggerak Sea Water Booster Pump (A) 240 kW

2 Motor Penggerak Sea Water Booster Pump (B) 240 kW

3 Motor Penggerak High Pressure Bolier Feed Pump (A) 900 kW

4 Motor Penggerak High Pressure Bolier Feed Pump (B) 900 kW

5 Motor Penggerak High Pressure Bolier Feed Pump (C) 900 kW

6 Motor Penggerak High Pressure Bolier Feed Pump (D) 900 kW

7 Motor Penggerak Condensate Extraction Pump (A) 400 kW

8 Motor Penggerak Condensate Extraction Pump (B) 400 kW

9 Motor Penggerak Closed Cylce Cooling Water Pump (A) 450 kW

10 Motor Penggerak Closed Cylce Cooling Water Pump (B) 450 kW

11 Sub Transformator 1000 kVA


Tabel 4.5

Keterangan Instalasi Kabel

Lokasi Tipe Kabel Luas Penampang (mm2) Jarak (m)

Trafo 1 (sekunder)

– Input Feeder NA2XSEY 3 x 300 50

Output Bus–Motor NA2XSEY 3 x 150 200


Perhitungan Impedansi

Untuk mengubah semua nilai impedansi komponen-komponen dalam satuan pu (per-

unit) harus ditentukan terlebih dahulu daya dasar (MVAdasar ), tegangan dasar (kVdasar).

33

Perhitungan Impedansi Sumber

Perhitungan impedansi sumber diperoleh dari data generator, karena sumber yang

digunakan adalah generator. Impedansi dasar untuk generator menggunakan kV(dasar) yaitu

15,75 kV dengan MVA(dasar) sebesar 7 MVA. Dari data generator yang terlihat pada tabel (4.1)

dengan menggunakan software ETAP 12.6 maka diperoleh impedansi generator dalam bentuk

persentase. Maka impedansi generator dengan menggunakan dasar baru dapat diperoleh

dengan menggunakan persamaan (2-15) sebagai berikut:

Z(pu) = (1,00 + j 19,00)% x (15,75

15,75)

2

x (7

250)

= 0,0003 + j 0,0053 pu

Perhitungan Impedansi Transformator

Data sekunder impedansi transformator yang terlihat pada tabel (4.2) diketahui masih

dalam bentuk persentase, yaitu sebesar 7,5%. Dengan tegangan 6,3 kV sebagai tegangan dasar

dan daya transformator 7 MVA sebagai daya dasar, maka impedansi transformator dengan

menggunakan dasar baru dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (2-15) sebagai

berikut:

Z1T (pu) = Z2T (pu) = (j 7,5)% x (6,3

6,3)

2

x (7

7)

= j 0,075 pu

Pada transformator menggunakan sistem pentanahan melalu resistor sebesar 5 Ω jika diubah

menjadi satuan per-unit maka resistor pentanahan transformator yaitu:

R (pu) = 5

6,32

7

= 0,882 pu

Sehingga nilai dari impedansi urutan nol transformator sebagai berikut:

Z0T (pu)= 0,882 + j 0,075 pu

Perhitungan Impedansi Beban

Dari data motor yang terlihat pada tabel (4.3) dengan menggunakan software ETAP 12.6

maka diperoleh impedansi motor dalam bentuk persentase seperti pada tabel berikut:

Tabel 4.6

Impedansi Beban Motor

No Beban Kapasitas Z (%)

1 Motor Penggerak Sea Water

Booster Pump (A) 276 kVA 1,0757 + j15,03


Booster Pump (B) 276 kVA 1,0757 + j15,03

34

3 Motor Penggerak High Pressure

Bolier Feed Pump (A) 1020 kVA 0,5876 + j15,215


Bolier Feed Pump (B) 1020 kVA 0,5876 + j15,215


Bolier Feed Pump (C) 1020 kVA 0,5876 + j15,215


Bolier Feed Pump (D) 1020 kVA 0,5876 + j15,215

7 Motor Penggerak Condensate

Extraction Pump (A) 457 kVA 0,7642 + j15,118


Extraction Pump (B) 457 kVA 0,7642 + j15,118

9 Motor Penggerak Closed Cylce

Cooling Water Pump (A) 514 kVA 0,7392 + j15,135

10 Motor Penggerak Closed Cylce

Cooling Water Pump (B) 514 kVA 0,7392 + j15,135

11 Sub Transformator 1000 kVA 2,2811 + j15,22

Maka impedansi motor dengan menggunakan dasar baru dapat diperoleh dengan menggunakan

persamaan (2-15) sebagai berikut:

Z1M (pu) = Z2M (pu) = (1,0757 + j 15,03)% x (6

6,3)

2

x (7

0,276)

= 0,2475 + j 3,4576 pu

Z1M (pu) = Z2M (pu) = Z0M (pu) = 0,2475 + j 3,4576 pu

Sehingga impedansi motor dengan menggunakan dasar baru dapat diperoleh seperti pada tabel

berikut:

Tabel 4.7

Hasil Perhitungan Impedansi Beban

No Beban Z (%) Z (pu)


Booster Pump (A) 1,0757 + j15,03 0,2475 + j 3,4576


Booster Pump (B) 1,0757 + j15,03 0,2475 + j 3,4576

3

Motor Penggerak High

Pressure Bolier Feed Pump

(A)

0,5876 + j15,215 0,0366 + j 0,9471

4



(B)

0,5876 + j15,215 0,0366 + j 0,9471

5



(C)

0,5876 + j15,215 0,0366 + j 0,9471

6



(D)

0,5876 + j15,215 0,0366 + j 0,9471

35


Extraction Pump (A) 0,7642 + j15,118 0,1062 + j 2,1004


Extraction Pump (B) 0,7642 + j15,118 0,1062 + j 2,1004

9

Motor Penggerak Closed

Cylce Cooling Water Pump

(A)

0,7392 + j15,135 0,0913 + j 1,8696

10



(B)

0,7392 + j15,135 0,0913 + j 1,8696

11 Sub Transformator 2,2811 + j15,22 0,1448 + j 0,9660

Perhitungan Impedansi Kabel

Sesuai dengan data pada tabel (4.4) perhitungan impedansi kabel sesuai dengan masing-

masing ukuran diameter kabel. Dengan memasukkan data tipe kabel, luas penampang dan jarak

kabel pada software ETAP 12.6 dengan Library yang ada pada software tersebut maka

diperoleh impedansi kabel urutan positif, negatif dan juga urutan nol sebagai berikut:

Tabel 4.8

Impedansi Saluran

Dari tabel diatas maka dengan menggunakan persamaan (2-14) maka bisa dihitung besar

impedansi saluran dalam satuan per-unit (pu) sebagai berikut:

Z1 (pu) = Z2 (pu) = 0,12888 + j 0,21666

6,32

7

= 0,02273 + j 0,03821 pu

Z0 (pu) = 0,13318 + j 1,16198

5,67

= 0,02348 + j 0,20493 pu

Sehingga impedansi saluran per-unit dengan menggunakan persamaan (2-14) dapat diperoleh

seperti pada tabel berikut:

Lokasi Tipe Kabel Z1 = Z2 (Ω) Z0 (Ω)

Trafo 1 (sekunder) –

Input Feeder NA2XSEY 0,12888 + j 0,21666 0,13318 + j 1,16198

Output Bus- Motor NA2XSEY 0,26443 + j 0,23845 0,28064 + j 1,43392

36

Tabel 4.9

Impedansi Saluran dalam satuan per-unit (pu)

Untuk masing-masing pembebanan pada bus 6 kV terpasang secara seri dengan kabel maka

nilai impedansi masing-masing beban diperoleh dari penjumlahan impedansi kabel dari

outgoing bus– motor dengan motor sebagai berikut:

Z1 (pu) = Z2 (pu) = ( 0,04949+ j 0,25289 ) + ( 0,2475 + j 3,4576 )

= 0,2941 + j 3,4996 pu

Z0 (pu) = ( 0,04949+ j 0,25289 ) + ( 0,2475 + j 3,4576 )

= 0,2970 + j 3,7105 pu

Sehingga impedansi masing-masing beban pada bus 6 kV dapat diperoleh seperti pada tabel

berikut:

Tabel 4.10

Impedansi Kabel – Motor pada Pembebanan Bus 6 kV

No Beban Impedansi Kabel-Motor

Z1 = Z2 (pu) Z0 (pu)


Booster Pump (A) 0,2941 + j 3,4996 0,2970 + j 3,7105


Booster Pump (B) 0,2941 + j 3,4996 0,2970 + j 3,7105

3



(A)

0,0826 + j 0,9891 0,0861 + j 1,2

4



(B)

0,0832 + j 0,9891 0,0861 + j 1,2

5



(C)

0,0832 + j 0,9891 0,0861 + j 1,2

6



(D)

0,0832 + j 0,9891 0,0861 + j 1,2


Extraction Pump (A) 0,1528 + j 2,1424 0,1557 + j 2,3533


Extraction Pump (B) 0,1528 + j 2,1424 0,1557 + j 2,3533

9



(A)

0,1379 + j 1,9116 0,1408 + j 2,1225

Lokasi Z1 = Z2 (pu) Z0 (pu)

Trafo 1 (sekunder)–Incoming bus 0,02273 + j 0,03821 0,02348 + j 0,20493

Outgoing bus– Motor 0,04663 + j 0,04205 0,04949+ j 0,25289

37

10



(B)

0,1379 + j 1,9116 0,1408 + j 2,1225

11 Sub Transformator 0,1915 + j 1,0081 0,1943 + j 1,2189

Pembebanan pada bus 6 kV terpasang secara paralel maka nilai impedansi beban total diperoleh

dari penjumlahan impedansi kabel dari outgoing bus – motor dengan motor yang diparalel

dengan beban motor yang lainnya. Maka jumlah impedansi beban total yang ada yaitu:

1

Zbeban =

1

Zmotor1 +

1

Zmotor2 +

1

Zmotor3 + … +

1

Zmotor−n

Z1 = Z2 = 0,0125 + j 0,1320 pu

Z0 = 0,0126 + j 0,1543 pu

Perhitungan Nilai Impedansi Urutan pada Titik Gangguan

Untuk perhitungan nilai impedansi urutan pada titik gangguan maka perlu

menyederhanakan diagram satu garis menjadi rangkain ekuivalen. Diagram satu garis bus 6 kV

unit PLTGU di PT. PJB UP. Gresik bisa dilihat pada gambar berikut:

Gambar 4.1 Diagram satu garis bus 6 kV unit PLTGU di PT. PJB UP. Gresik

Pada diagram satu garis bus 6 kV unit PLTGU di PT. PJB UP. Gresik pembebanan pada bus 6

kV terpasang secara paralel, sehingga beban-beban tersebut diparalel sehingga diperoleh

diagram garis yang lebih sederhana seperti pada gambar berikut:

38

Gambar 4.2 Penyederhanaan diagram satu garis bus 6 kV unit PLTGU di PT. PJB UP. Gresik

Dari gambar diagram satu garis bus 6 kV unit PLTGU di PT. PJB UP. Gresik tersebut, maka

analisis titik gangguan yang dilakukan yaitu gangguan pada bus 6 kV yang akan disimbolkan

dengan huruf F.

4.2.5.1 Nilai Impedansi Urutan Positif pada Titik Gangguan

Setelah mendapatkan nilai impedansi urutan positif dari masing-masing komponennya,

dengan mengubah diagram garis sistem kelistrikan seperti pada gambar (4.1) maka dapat

dihitung nilai impedansi urutan positif pada titik gangguan tertentu.

Gambar 4.3 Rangkaian Impedansi Urutan Positif

39

Dari rangkaian diatas bisa menjadi rangkaian yang lebih sederhana dengan menjumlahkan

impedansi yang berada disisi kiri dari titik gangguan, yaitu impedansi generator, impedansi

kabel dan impedansi transformator. Rangkaian sederhana dari rangkaian diatas bisa dilihat

pada gambar (4.2) dibawah ini:

Gambar 4.4 Penyederhanaan Rangkaian Impedansi Urutan Positif

Dari gambar rangkaian diatas, maka untuk mendapatkan nilai impedansi ekivalennya dengan

cara paralel sehingga diperoleh nilai Z1 ekivalen sebagai berikut:

Z1 (pu) = (0.0245 + j 0,1185) x (0,0125+j10,1320)

(0.0245 + j 0,1185) + (0,0125+j10,1320) = 0,0096 + j 0,0626 pu

4.2.5.2 Nilai Impedansi Urutan Negatif pada Titik Gangguan

Setelah mendapatkan nilai impedansi urutan negatif dari masing-masing komponennya,


dihitung nilai impedansi urutan negatif pada titik gangguan tertentu.

Gambar 4.5 Rangkaian Impedansi Urutan Negatif

40

Dari rangkaian diatas nilai impedansi urutan negatif mempunyai nilai yang sama dengan

impedansi urutan negatif sehingga nilai dari impedansi urutan negatif sebagai berikut:

Z2 (pu) = Z1 (pu) = 0,0096 + j 0,0626 pu

4.2.5.3 Nilai Impedansi Urutan Nol pada Titik Gangguan

Setelah mendapatkan nilai impedansi urutan nol dari masing-masing komponennya,


dihitung nilai impedansi urutan nol pada titik gangguan tertentu.

Gambar 4.6 Rangkaian Impedansi Urutan Nol

Dari rangkaian diatas bisa menjadi rangkaian yang lebih sederhana dengan menjumlahkan

impedansi yang berada disisi kiri dari titik gangguan, yaitu impedansi generator, impedansi

kabel dan impedansi transformator. Rangkaian sederhana dari rangkaian diatas bisa dilihat

pada gambar (4.5) dibawah ini:

Gambar 4.7 Penyederhanaan Rangkaian Impedansi Urutan Nol

41

Dari gambar rangkaian diatas, maka untuk mendapatkan nilai impedansi ekivalennya dengan

cara paralel sehingga diperoleh nilai Z0 ekivalen sebagai berikut:

Z0 (pu) = (0,9055 + j 0,2852) x (0,0126+j10,1543)

(0,9055 + j 0,2852) + (0,0126+j10,1543) = 0,0319 + j 0,1408 pu

Perhitungan diatas merupakan perhitungan impedansi subtransien, dengan cara yang sama

maka bisa didapatkan nilai impedansi transien. Dari perhitungan nilai impedansi dengan titik

gangguan F diperoleh nilai Z1, Z2, dan Z0 seperti pada tabel berikut:

Tabel 4.11

Impedansi Gangguan pada Titik F

Subtransien

Z1 (pu) 0,0096 + j 0,0626

Z2 (pu) 0,0096 + j 0,0626

Z0 (pu) 0,0319 + j 0,1408

Transien

Z1 (pu) 0,0141 + j 0,0369

Z2 (pu) 0,0141 + j 0,0369

Z0 (pu) 0,0319 + j 0,1408

Nilai impedansi subtransien digunakan untuk menghitung arus hubung singkat maksimum

karena merupakan impedansi selama cycle pertama setelah terjadinya gangguan dalam waktu

0.05-0.1 detik dan nilai impedansi sangat kecil sehingga arus yang mengalir menjadi sangat

besar. Dan untuk nilai impedansi transien digunakan untuk menghitung arus minimum karena

merupakan impedansi pada cycle selanjutnya yang terjadi dalam waktu 0.2-2 detik dan arus

cenderung menurun karena nilai impedansi yang semakin besar.

Arus Gangguan Hubung Singkat

Setelah mendapatkan nilai dari impedansi gangguan pada titik gangguan, selanjutnya

perhitungan arus gangguan hubung singkat dapat dihitung. Tegangan sebelum gangguan

adalah:

Vf = 6

6,3

= 0,95238 0o pu

Nilai tegangan sebelum gangguan diatas digunakan untuk menghitung nilai arus gangguan

hubung singkat.

42

Perhitungan Arus Dasar

Berdasarkan tabel (4.2), nilai daya dasar dalam satuan kilovoltampere sebesar 7000 kVA

sedangkan untuk tegangan dasar sebesar 6,3 kV. Dengan menggunakan persamaan (2-10)

didapat nilai arus dasar sebagai berikut:

Idasar = kVA

√3 x kV

= 7000

√3 x 6,3

= 641,5 A

Arus dasar digunakan untuk mendapatkan nilai arus gangguan hubung singkat yang

sebenarnya, karena perhitungan yang dilakukan menggunakan sistem per unit sehingga untuk

mendapatkan nilai arus gangguan yang sebenarnya perlu nilai arus dasar.

Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa

Untuk perhitungan arus hubung singkat tiga fasa impedansi yang digunakan adalah

impedansi subtransien. Arus gangguan hubung singkat tiga fasa pada titik F dapat dihitung

menggunakan persamaaan (2-28) sebagai berikut:

Ihs = Vf

Z1

= 0,95238

(0,0096 + j 0,0626)

= 15,0305 - 81,3193° pu

Untuk hubung singkat tiga fasa, arus tiap fasanya sama sehingga dari hasil perhitungan

arus hubung singkat tersebut dalam satuan per unit (pu) bisa didapatkan nilai sebenarnya

dengan perhitungan sebagai berikut:

3 hsI (A) = hsI (pu) x Idasar (A)

3 hsI (A) = (15,0305 - 81,3193° pu) x 641,5 A

= 9649,581 A

Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Antar Fasa

Untuk perhitungan arus hubung singkat antar fasa impedansi yang digunakan adalah

impedansi transien. Arus gangguan hubung antar fasa pada titik F dapat dihitung menggunakan

persamaaan (2-20) dan (2-21) sebagai berikut:

Ifa0 = 0

Ifa1 = -Ifa2

43

Ifa1 = 𝑉f

Z1+Z2

= 0,95238

(0,0130 + j 0,0635)+(0,0130 + j 0,0635)

= 7,3462 -78,43° pu

Ifa2 = -Ifa1 = -(7,3462 -78,43°) = 7,3462101,57° pu

Ifb = 𝑎2Ifa1 + 𝑎Ifa2 + Ifa0

= (1120°)2 (7,3462 -78,43°) + (1120°) (7,3462101,57) + 0

= 12,724 -168,43° pu

Ifc = -Ifb = -(12,724 -171,281°) = 12,724 -11,57° pu

Dari hasil perhitungan arus hubung singkat tersebut dalam satuan per unit (pu) bisa didapatkan

nilai sebenarnya dengan perhitungan sebagai berikut:

If (A) = If (pu) x Idasar (A)

Ifb (A) = (12,724 -168,43°pu) x 641,5 A

= 8168,808 -168,43° A

Ifc (A) = (12,724 -11,57° pu) x 641,5 A

= 8168,808 -11,57° A

Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah

Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah pada titik F dapat dihitung

menggunakan persamaaan (2-17) sebagai berikut:

Ifb = 0

Ifc = 0 (diasumsikan bahwa fasa yang mengalami gangguan adalah fasa a)

Ifa = 3Ifa0 = 3 x 𝑉f

Z1 + Z2 + Z0

= 3 x 0,95238

(0,0130 + j 0,0635) + (0,0130 + j 0,0635) + (0,0319 + j 0,1408)

= 12,3539 -79,8247° pu




Ifa (A) = (12,3539 -79,8247°pu) x 641,5 A

44

= 7931,2038 -79,8247° A

Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah

Arus gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah pada titik F dapat dihitung

menggunakan persamaan (2-22), (2-23) dan (2-24) sebagai berikut:

Ifa = 0

Ifa1 =Vf

𝑍1 +𝑍2𝑍0

𝑍2 + 𝑍0

= 0,95238

(0,0130 + j 0,0635)+(0,0130 + j 0,0635) (0,0319 + j 0,1408)

(0,0130 + j 0,0635)+ (0,0319 + j 0,1408)

= 9,1214 -78,8942° pu


𝑍0

𝑍2 + 𝑍0

= - (9,1214 -78,8942°) (0,0319 + j 0,1408)

(0,0130 + j 0,0635)+ (0,0319 + j 0,1408)

= 5,5728102,33° pu


𝑍2

𝑍2 + 𝑍0

= - (9,1214 -78,8942°) (0,0130 + j 0,0635)

(0,0130 + j 0,0635)+ (0,0319 + j 0,1408)

= 3,551899,245° pu

Dan untuk arus pada masing-masing fasa yang terkena gangguan yaitu fasa b dan c berdasarkan

persamaan (2-25) dan (2-26) adalah sebagai berikut:

Ifb = Ifa0 + a2Ifa1+ aIfa2

= (5,5728102,33°) + (1120°)2 (9,1214 -78,8942°) + (1120) (5,5728 102,33°)

= 13,592168,514° pu

Ifc = Ifa0 + aIfa1+ a2Ifa2

= (5,5728102,33°) + (1120°) (9,1214 -78,8942°) + (1120)2 (5,5728 102,33°)

= 13,995 33,926° pu




Ifb (A) = (13,592168,514° pu) x 641,5 A

45

= 8719,653168,514° A

Ifc (A) = (13,995 33,926° pu) x 641,5 A

= 8977,69733,926° A

Dari hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat menunjukkan bahwa nilai arus hubung

singkat dari yang paling besar sampai terkecil yaitu arus gangguan hubung singkat tiga fasa,

dua fasa ke tanah, antar fasa, dan satu fasa ke tanah. Setelah mendapatkan nilai arus gangguan

hubung singkat maka nilai tersebut bisa digunakan untuk setelan rele arus lebih.

Pada penyetelan rele arus lebih (OCR) maka arus hubung singkat yang bisa digunakan

yaitu arus gangguan hubung singkat tiga fasa dan antar fasa. Sedangkan untuk penyetelan rele

gangguan tanah (GFR) maka arus hubung singkat yang bisa digunakan yaitu arus gangguan

hubung singkat dua fasa ke tanah dan satu fasa ke tanah. Untuk penyetelan rele OCR maupun

GFR maka dipilih arus gangguan yang paling besar yaitu arus gangguan hubung singkat tiga

fasa untuk OCR dan arus gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah untuk GFR.

Penyetelan Rele Arus Lebih

Setelah mendapatkan hasil perhitungan untuk arus gangguan hubung singkat selanjutnya

perhitungan setelan rele arus lebih. Penyetelan rele arus lebih meliputi OCR dan GFR, dimana

OCR digunakan untuk mengamankan sistem dari gangguan fasa ke fasa sedangkan GFR

digunakan untuk mengamankan sistem dari gangguan fasa ke tanah.

Perhitungan Arus Nominal

Arus nominal beban pada titik F diperoleh dari penjumlahan dari masing-masing arus

nominal beban seperti berikut:

Imotor = kVA

√3 x kV

= 276/0,942

√3 x 6

= 28,0385 -23,2197° A

Setelah mendapatkan nilai arus nominal beban diatas maka dapat dihitung nilai impedansi

beban sebagai berikut:

Zbeban = Zm + Zkabel

= 6000

√3 x (28,0385 ∠ −23,2197°) + (0,04663 + j 0,04205)

= 286,7344 + j 123,3261 Ω

46

Untuk nilai arus nominal dan impedansi beban pada pembebanan bus6 kV bisa dilihat pada

tabel dibawah ini:

Tabel 4.12

Hasil Perhitungan Arus Nominal Beban

No Beban Imotor (A) Zbeban (Ω)

1 Motor Penggerak Sea

Water Booster Pump (A) 26,6366 -23,2197° 286,7344 + j 123,3261

2 Motor Penggerak Sea

Water Booster Pump (B) 26,6366 -23,2197° 286,7344 + j 123,3261

3


Pressure Bolier Feed

Pump (A) 97,7278 -22,4069° 79,1034 + j 32,9431

4



Pump (B) 97,7278 -22,4069° 79,1034 + j 32,9431

5



Pump (C) 97,7278 -22,4069° 79,1034 + j 32,9431

6



Pump (D) 97,7278 -22,4069° 79,1034 + j 32,9431

7

Motor Penggerak

Condensate Extraction

Pump (A) 43,9795 -22,9126° 174,3223 + j 74,0009

8

Motor Penggerak

Condensate Extraction

Pump (B) 43,9795 -22,9126° 174,3223 + j 74,0009

9


Cylce Cooling Water

Pump (A) 49,4337 -22,8389° 155,2461 + j 65,7036

10


Cylce Cooling Water

Pump (B) 49,4337 -22,8389° 155,2461 + j 65,7036

11 Sub Transformator 91,4138 -31,7883° 77,7637 + j 48,3815

Maka jumlah impedansi beban total yang ada yaitu:

1

Zbeban =

1

Zbeban1 +

1

Zbeban2 +

1

Zbeban3 + … +

1

Zbeban−n

Zbeban = 4,2035 + j 1,8645 Ω

Setelah memperoleh nilai Zbeban untuk pembebanan pada bus6 kV maka didapatkan nilai dari

Ztotal sebagai berikut:

Ztotal = Zsumber + Zbeban = 4,3591+ j 2,40807

Sehingga bisa didapatkan nilai arus nominal yaitu:

In = V

√3 x Z =

6300

√3 x (4,3591 + j 2,40807) = 730,38 - 28,917° A

47

Nilai arus nominal pembebanan pada bus6 kV digunakan untuk menentukan nilai setelan rele

arus lebih.

Perhitungan Waktu Kerja Rele

4.4.2.1 Rele Arus Lebih (OCR)

Rele arus lebih yang digunakan memiliki karakteristik operasi waktu standar invers

maka nilai kf = 1,2 dan kd = 1,0. Dengan menggunakan persamaan (2-5) maka nilai arus setelan

dapat diperoleh sebagai berikut:

Is =kfk

kdIn

=1,2

1,0 x 730,38

Is = 876,456 A

Nilai Is tersebut merupakan setelan arus primer, sedangkan untuk mendapatkan nilai

setelan arus sekunder yang diatur pada rele arus lebih, maka menggunakan persamaan (268)

sebagai berikut:

Iset.sek = Iset.pri x ( 1 Ratio CT⁄ )

= 876,456 x ( 5 1000⁄ )

Iset.sek = 4,382 A

Selanjutnya untuk menentukan nilai time dial dengan menggunakan standar IEC 60225

pada persamaan (2-7) sebagai berikut:

If = 9649,581 A

top = 0,4 detik

T =(

IIs

)0,02

− 1

0,14x top

=(

9649,581876,456

)0,02

− 1

0,14x 0,4

= 0,1404

4.4.2.2 Rele Gangguan Tanah (GFR)

Setelan arus Iset GFR dipilih 10% InCT sehingga didapatkan nilai setelan arus GFR

sebagai berikut:

48

Iset = 10% CT primer

= 10% x 1000

= 100 A

Nilai Is tersebut merupakan setelan arus primer, sedangkan untuk mendapatkan nilai

setelan arus sekunder yang diatur pada rele gangguan tanah sebagai berikut:

Iset.sek = Iset.pri x ( 1 Ratio CT⁄ )

= 100 x ( 5 1000⁄ )

Iset.sek = 0,5 A

Selain diatur untuk bekerja dengan waktu tunda standard inverse, GFR yang terpasang

juga dikombinasikan untuk bekerja seketika atau tanpa tunda waktu. Adapun setelan arus

Instantaneous adalah sebagai berikut:

Iinstan = 7 x Iset.GFR

= 7 x 100

Iinstan = 700 A

Arus gangguan yang dipilih adalah arus gangguan terkecil yaitu arus gangguan hubung

singkat satu fasa ke tanah. Dengan nilai waktu operasi 0,4 detik sehingga bisa didapatkan nilai

dari time dial sebagai berikut:

If = 7931,2038 A

top = 0,4 detik

T =(

IIs

)0,02

− 1

0,14x top

=(

8977,697100 )

0,02

− 1

0,14x 0,4

= 0,2611

Sedangkan untuk waktu delay GFR Instantaneous yang bekerja seketika atau tanpa tunda

waktu, maka dipilih waktu yang paling singkat yaitu 0,02 detik. Perbandingan setelan rele arus

lebih yang sudah ada (existing) dengan perhitungan setelan rele arus lebih bisa dilihat pada

tabel dibawah ini:

49

Tabel 4.13

Perbandingan Setelan Rele Arus Lebih

Rele Setelan Lama Setelan Baru

OCR

Kurva Standard Inverse

Iset = 900 A Iset = 876,456 A

Pickup = 0,9 Pickup = 0,87

Time dial = 0,15 Time dial = 0,14

GFR


Iset = 200 A Iset = 100 A

Pickup = 0,2 Pickup = 0,1

Time dial = 0,5 Time dial = 0,26

Kurva Instantaneous

Iset = 2000 A Iset = 700 A

Delay = 0,02 detik Delay = 0,02 detik

Setelan lama dan setelan baru tidak jauh berbeda akan tetapi jika mengacu pada dasar teori dan

standar perhitungan untuk setelan rele arus lebih, maka setelan yang lama kurang sesuai. Untuk

setelan arus OCR maupun GFR yang baru lebih kecil daripada setelan yang lama. Ketika

terdeteksi adanya arus gangguan 885 A maka Ibaru < Ihs < Ilama, jika menggunakan setelan yang

lama rele tidak akan beroperasi karena nilai arus gangguan belum mencapai nilai arus setelan,

akan tetapi jika menggunakan setelan yang baru maka rele akan beroperasi karena nilai arus

terdeteksi sudah mencapai atau bahkan melebihi arus setelan yang baru sehingga peralatan dan

sistem akan aman. Untuk setelan waktu OCR maupun GFR yang baru juga lebih kecil daripada

setelan yang lama artinya setelan yang baru membutuhkan waktu yang singkat dari adanya

gangguan hingga rele beroperasi, karena mengingat besar arus gangguan sangat berbahaya

maka seharusnya diambil waktu yang paling singkat. Sehingga dilihat dari setelan arus dan

waktu maka setelan OCR dan GFR yang baru memiliki tingkat kepekaan (sensitifitas)

terhadapa gangguan yang lebih baik daripada setelan yang lama.

Penyetelan Rele Tegangan Kurang

Tegangan yang dilihat adalah tegangan jaringan dimana tegangan pada jaringan

menunjukkan kebutuhan pada sisi beban. Kebutuhan pada sisi beban tentu saja berpengaruh

pada nilai dari tegangan transformator. Sebagai batas aman untuk transformator bekerja dan

terproteksi dari naik turunnya tegangan jaringan maka perlu ditentukan setting point rele

50

tegangan kurang. Sehingga untuk menghitung setting point rele atau Vpickup maka harus

diketahui nilai dari tegangan transformator.

Seperti pada persamaan (2-3) bahwa untuk nilai Vpickup = 0,7 − 0,8 Vnominal. Sedangkan

rele tegangan kurang yang digunakan di PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik menggunakan

setting untuk nilai Vpickup = 70% Vn maka nilai tegangan pickup-nya adalah:

Vpickup = 70% Vn

= 0,7 x Vn

= 0,7 x 6300 volt

= 4410 volt

Trip langsung tanpa time delay atau instan bisa saja diatur jika jatuh tegangan yang terjadi

sudah mencapai level tegangan 70% dari tegangan primer transformator, sehingga dapat diatur

nilai dari time delay rele tegangan kurang dipilih waktu yang paling singkat yaitu 0,002 detik.

Perbandingan setelan rele tegangan kurang yang sudah ada (existing) dengan perhitungan

setelan rele tegangan kurang bisa dilihat pada tabel dibawah ini:

Tabel 4.14

Perbandingan Setelan Rele Tegangan Kurang

Setelan Lama Setelan Baru

Vpickup = 4410 V Vpickup = 4410 V

Delay = 0,002 detik Delay = 0,002 detik

Setelah dilakukan perhitungan maka setelan baru sama dengan setelan yang lama, sehingga

membuktikan bahwa setelan yang lama sudah sesuai dengan perhitungan berdasarkan teori dan

standar yang ada.

Penyetelan Rele Sinkronisasi

Pengaturan rele sinkronisasi menggunakan standar pada tabel 2.2. Parameter yang diatur

yaitu perbedaan tegangan, frekuensi slip, dan perbedaan fasa (slip). Rele yang terpasang

menggunakan pengaturan perbedaan tegangan aktual, yaitu 4 – 8 volt pada sisi sekunder.

Perbedaan tegangan = 8 x Rasio VT

= 8 x (6300/110)

= 458,18 volt

Untuk cek sinkronisasi generator, motor dan cek sinkronisasi nilai bus-to-bus yang besar maka

pengaturan frekuensi dan sudut fasa sebagai berikut:

51

Frekuensi slip = 0,04 atau 4% = 2 Hz

Sudut fasa (slip) = 10º

Perbandingan setelan rele sinkronisasi yang sudah ada (existing) dengan perhitungan setelan

rele sinkronisasi bisa dilihat pada tabel dibawah ini:

Tabel 4.15

Perbandingan Setelan Rele Sinkronisasi

Setelan Lama Setelan Baru

ΔV = 661,5 V ΔV = 458,18 V

Δf = 2 Hz Δf = 2 Hz

Δϕ = 10º Δϕ = 10º

Dari hasil perhitungan berdasarkan dasar teori dan standar yang ada maka diperoleh setelan

yang baru yang berbeda dari setelan lama. Adanya perbedaan pada setelan tegangan dimana

setelan baru < setelan yang lama. Ketika diketahui beda tegangan 460 V jika menggunakan

setelan rele lama maka tidak aman untuk melakukan penggantian incomer, yaitu dari SST (sub-

station trafo) ke UAT (unit auxiliary trafo) karena nilai beda tegangan jauh dari nilai setelan

ΔV. Akan tetapi jika menggunakan setelan rele baru maka ketika diketahui beda tegangan 460

V maka masih aman untuk dilakukannya penggantian incomer. Dan untuk beda frekuensi

toleransi maksimumnya yaitu 5% dan di PT.PJB UP. Gresik beda frekuensi yang digunakan

yaitu 4% yaitu 2 Hz, karena dengan 4% sudah cukup melindungi sistem yang ada, dan jika

diambil toleransi yang maksimum yaitu 5% bisa sangat berbahaya dan bisa saja terjadi gagal

sinkron.

Koordinasi Rele Setelah Penyetelan Ulang

Dari data hasil perhitungan setelan arus dan waktu rele arus lebih yang baru pada sisi

incoming bus 6 kV maka selanjutnya dilakukan studi koordinasi antara rele incoming

busdengan outgoing busdengan penggambaran kurva TCC menggunakan software ETAP 12.6

menggunakan Star Protective Device Coordination. Untuk koordinasi rele diambil koordinasi

rele incoming bus dengan salah satu beban motor pada pembebanan bus 6 kV yaitu beban

Motor HPBFP (C) 900 KW. Untuk setelan rele pada beban bisa dilihat pada tabel dibawah ini:

Tabel 4.16

Setelan Rele pada Motor HPBFP (C)

OCR

Instantaneous

Pickup = 2,42

Delay = 0,02 detik

52

GFR

Instantaneous

Pickup = 0,1

Delay = 0,02 detik

Sumber : Sumber: PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik

Diagram satu garis pemodelan ETAP untuk simulasi koordinasi rele dapat dilihat pada gambar

dibawah ini:

Gambar 4.8 Diagram satu garis salah satu pembebanan bus 6 kV

Dari pemodelan diagram satu garis tersebut maka dilakukan simulasi koordinasi dan kerja rele.

Kerja rele dan hasil kurva tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

53

Gambar 4.9 Kurva kerja koordinasi rele incoming dan outgoing bus 6 kV

Dari hasil kurva kerja koordinasi rele bisa menunjukkan bahwa kerja rele antar relay 6

(outgoing bus) dan relay 1 (incoming bus) sudah benar. Hal ini juga bisa dilihat dari selisih

waktu antar rele beroperasi yaitu 0,297 detik dimana sudah sesuai dengan standar yang ada,

yaitu untuk standar selisih waktu atau Δs = 0,2 – 0,3 detik.

54

Gambar 4.10 Simulasi kerja koordinasi rele incoming dan outgoing bus 6 kV

Pada gambar terlihat gangguan hubung singkat terjadi pada bus 4 yaitu pada Motor SWBP (A)

240 kW. Hasil dari simulasi bahwa urutan kerja rele sudah benar, yaitu relay 6 bekerja terlebih

dahulu dan berikutnya relay 1 akan bekerja, hal ini menunjukkan setelan dalam koordinasi

sudah tepat.

Adanya kerja rele yang abnormal bisa diakibatkan dari beberapa hal, sepeti kondisi dari

rele pengaman yang tidak baik dan catu daya pada rele masih dalam keadaan baik atau tidak.

Rele yang sudah lama digunakan maka perlu dilakukan pengecekan, karena kondisi komponen

dalam rele berpengarauh terhadap kerja rele. Jika kondisi komponen tidak baik atau dalam

keadaan rusak akan menyebabkan kerja rele tidak optimal. Dari hasil simulasi kerja dan

koordinasi bisa dilihat bahwa kerja rele sudah tepat sehingga dapat disimpulkan bahwa

penggantian rele baru dengan setelan yang baru pada incoming bus 6 kV bisa menunjukkan

kerja rele optimal.

55

BAB V

PENUTUP

Kesimpulan

Berdasarkan hasil yang diperoleh dari simulasi dan analisis penelitian tentang penggantia

rele analog ke rele digital dapat disimpulkan beberapa hal:

1. Besar gangguan hubung singkat yang terjadi pada bus6 kV:

a. Gangguan hubung singkat tiga fasa sebesar 9649,581 A.

b. Gangguan hubung singkat antar ke tanah Ifb = Ifc sebesar 8168,808 A (diasumsikan

yang mengalami gangguan adalah fasa b dan c).

c. Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah Ifb sebesar 8719,653 A dan Ifc sebesar

8977,697 A (diasumsikan yang mengalami gangguan adalah fasa b dan c).

d. Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah sebesar 7931,2038 A (diasumsikan yang

mengalami gangguan adalah fasa a).

Arus gangguan hubung singkat yang digunakan untuk penyetelan ulang rele yaitu arus

gangguan hubung singkat tiga fasa dan arus gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah.

2. Hasil setelan baru rele arus lebih:

a. OCR


Iset = 876,456 A

Pickup = 0,87

Time dial = 0,14

b. GFR


Iset = 100 A

Pickup = 0,1

Time dial = 0,26

Kurva Instantaneous

Iset = 700 A

Delay = 0,02 detik

Hasil setelan baru rele tegangan kurang:

56

Vpickup = 4410 volt

Time delay = 0,002 detik

Hasil setelan baru rele sinkronisasi:

ΔV = 458,18 volt

Δf = 2 Hz

Δφ = 10º

Setelah perhitungan, hasil setelan baru untuk rele-rele yang digunakan menunjukkan

kinerja yang optimal dan lebih sensitif terhadap gangguan daripada setelan rele yang

lama sehingga sesuai dengan tujuan adanya penggantian rele tersebut.

3. Koordinasi rele sudah tepat dan urutan kerja rele sudah benar sehingga penggantian rele

baru dengan setelan yang baru pada incoming bus 6 kV bisa menunjukkan kerja rele yang

optimal.

Saran

Untuk mendapatkan sistem koordinasi proteksi yang lebik baik lagi pada sistem proteksi

di PLTGU PT. Pembangkit Jawa Bali Unit Pembangkitan Gresik, sebaiknya dilakukan juga

analisis koordinasi antara rele yang terpasang pada bus 6 kV dengan rele yang terpasang pada

pembebanan sub-transformator. Dikarenakan pembebanan yang terlalu banyak sehingga pada

penelitian ini hanya dilakukan koordinasi dengan pembebanan bus 6 kV.

57

DAFTAR PUSTAKA

Alawiy, M. Taqiyyuddin. (2006). Diktat Kuliah Proteksi Sistem Tenaga Listrik. Malang:

Universitas Islam Malang.

Alstom. (2016). Technical Manual BusManagement IED. England: Alstom.

Blackburn, J.Lewis & Domin, Thomas J. (2007). Protective Relaying Principles and

Applications Third Edition. Boca Raton: CRC Press.

Brown, Mark., Hewitson, Les & Ramesh, Ben. (2004). Practical Power Systems Protection.

Oxford: IDC Technologies.

Ferhatbegovic, Seila Gruhonjic & Al-Tawil, Rinan. (2005). Application and Settings Inverse

Time Relay Characteristics for Feeders Overcurrent Protection. IEEE 18th International

Conference on Electricity Distribution, 1-5.

Grabovickic, Robert. & Glynn, Owen. (2012). Protection of Transformer-Ended Feeders Using

Multifunction Relays. IEEE PES T&D 2012, 1-10.

Grainger, John J. & Stevenson, Jr, William D. (1994). Power System Analysis. Singapore:

McGraw-Hill, Inc.

Institut Teknologi Sepuluh November. (2017). ETAP Protection Coordination Training

Module. Surabaya: Teknik Elektro ITS Surabaya.

Pandjaitan, Bonar. (2012). Praktik-praktik Proteksi Sistem Tenaga Listrik. Yogyakarta: Andi.

Pane, Zulkarnaen. (2014). Diktat Kuliah Proteksi Sistem Tenaga. Medan: Universitas Sumatera

Utara.

Papaspiliotopoulos, V A., Karalexis, D E & Korres, G N. (2014). Description, Setting and

Secondary Testing of A Digital Protective Relaying System. IEEE 12th IET International

Conference on Developments in Power System Protection (DPSDP 2014), 1-6.

Prévé, Christophe. (2006). Protection of Electrical Networks. London: ISTE Ltd.

Ransom, Daniel L. (2014). Get in Step with Synchronization. IEEE Transactions on Industry

Applications, 4210-4215.

Sutarti. (2010). Analisa Perhitungan Setting Arus dan Waktu pada Relai Arus Lebih (OCR)

Sebagai Proteksi Trafo Daya di Gardu Induk Cawang Lama Jakarta. Jurnal Sains Dan

Teknologi 9 (1), Maret 2010: 26-34.

Saputra, Friski Dwi. (2013). Peningkatan Keandalan Sistem Proteksi Jaringan Distribusi

Tegangan Menengah 20 kV dengan Penggantian Peralatan Analog ke Digital di Gardu

Induk Solobaru. Semarang: Universitas Diponegoro.

58

Suyono, Hadi. (2008). Diktat Kuliah Analisis Gangguan pada Sistem Daya Elektrik. Malang:

Universitas Brawijaya Malang.

SKRIPSIrepository.ub.ac.id/2943/1/Eka%20Citra%C2%A0Agustini.pdf · 2020. 7. 20. · ANALISIS...

Documents

Transcript of SKRIPSIrepository.ub.ac.id/2943/1/Eka%20Citra%C2%A0Agustini.pdf · 2020. 7. 20. · ANALISIS...