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
2.1.1Sistem 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
 
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
2.1.5 Impedansi Jaringan Distribusi
Pada sistem distribusi tenaga listrik impedansi yang menentukan besarnya arus hubung singkat, adalah :
  Impedansi sumber
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
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
2.1.7 Teori Hubung Singkat
...................(2.2)
...........................(2.3)
...............(2.4)
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.
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
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  
 
Impedansi Trafo:
833,0 60
20 %5,12
MVA3866,15 
10
  ..................(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-1Fhs
21
fn
Max2Fhs
1
fn
hsmax3ph
3.Z
 kV3.
)ZZ(Z
Amp12.326,07I  TM3Fhs    
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:
210tr tt
Terhadap Gangguan Hubung Singkat
Apabila standar yang digunakan untuk  penyetingan relay adalah standar IEC (International Electrical Cooperation). Waktu tunda kerja antar CB
   
Kurva karakteristik K        
IEC Standard inverse 
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
I hs max 12236,07 0,231
 
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
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
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
Gambar 3.5 Kurva GFR Recloser Standar Inverse
 
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
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.
Dominggus Yosua Suitella
(L2F606021) lahir di Ungaran, 5 Mei 1988. Saat ini sedang menempuh pendidikan Strata 1 di Universitas Diponegoro Semarang Konsentrasi
Ketenagaan.