ANALISA SISTEM PROTEKSI RELAY ARUS LEBIH DAN …

ANALISA SISTEM PROTEKSI RELAY ARUS LEBIH DAN GANGGUAN TANAH PADA PENYULANG LIMO

Enggou Prastyo Utomo 1), Amien Rahardjo2) Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia

Abstrak

Suatu sistem distribusi sangat rentan akan gangguan karena daerahnya yang luas dan dekat dengan konsumen. Pada sistem distribusi, jaringan tegangan menengah memiliki peranan penting dalam pendistribusi tenaga listrik. Dalam kenyataannya gangguan sering terjadi pada jaringan tegangan menengah. Gangguan ini dapat menyebabkan kerusakan pada perlatan listrik sehingga menyebabkab terganggunya kontinyuitas suatu sistem distribusi. Untuk mengatasi hal ini dibutuhkan sistem proteksi yang efektif. Sistem proteksi yang efektif memiliki beberapa syarat yaitu cepat, selektif, sensitif, dan handal sehingga dapat menghilangkan dan mengurangi dampak gangguan yang terjadi. Sistem proteksi distribusi tegangan menegah terdiri dari relai arus lebih dan relai gangguan tanah sebagai proteksi jaringan tegangan menegah. Pada skripsi ini akan dibahas tentang perbandingan setting hasil perhitungan dan setting eksisting yang ada pada penyulang limo di gardu induk Gandul. Dari perbandingan didapat bahwa hasil perhitungan dapat bekerja sedikit lebih cepat dari pada hasil seting lapangan. Kata kunci : Gangguan, Sistem Proteksi, Relai. Abstract

A distribution system is highly vulnerable to disruption due to a broad area and close to the consumer. In the distribution systems, medium voltage networks have an important role in electrical power distribution. In fact disturbance common in medium voltage networks in particular short circuit. This disturbance can cause damage to the electrical equipment and causing disruption of continuity of a distribution system. To overcome this needed an effective protection system. Effective protection system has several requirements like fast, selective, sensitive, and reliable so as to eliminate and reduce the impact of disturbance. Protection of medium voltage distribution system consists of overcurrent relay and ground-fault relay as protection for medium voltage networks. In this paper will discuss comparison between the results of the calculation and settings that exist in the field setting limo feeder in Gandul main station. The results obtained that the relay setting calculation may work slightly faster than on the results of field settings. Key word : Disturbance, Protection System, Relay

I. PENDAHULUAN

Distribusi tegangan menengah memiliki peranan penting dalam pendistribusian tenaga

listrik. Sistem distribusi tegangan menegah memiliki area yang luas dan dekat konsumen

sehingga sangat rentan terjadi gangguan-gangguan yang dapat menyebabkan terganggunya

sistem distribusi. Hal ini tentu sangat merugikan, selain dapat menyebabkan kerusakan pada

alat, gangguan dapat menyebabkan terganggunya kontinyuitas distribusi tenaga listrik.

Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013

Dalam sistem distribusi jaringan tegangan menengah, Sistem proteksi merupakan hal

yang sangat penting untuk menjaga kehandalan distribusi tenaga listrik. Dibutuhkan sistem

proteksi yang memenuhi syarat yaitu andal, sensitif, selektif, dan cepat. Hal ini dilakukan

untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan dan gangguan dapat

diisolasi dari sistem tenaga listrik. Dengan diisolasinya bagian yang terganggu dari sistem

tenaga listrik maka tidak akan mengganggu bagian sistem tenaga listrik lainnya.

Pada gardu induk gandul terdiri dari beberapa trafo tenaga yang memasok tenaga listrik

pada beberapa penyulang untuk wilayah jakarta dan sekitarnya. Penyulang limo merupakan

salah satu penyulang dari gardu induk gandul. Dibutuhkan setting relay penyulang yang tepat

pada relay tersebut agar dapat bekerja dan berkoordinasi dengan baik dengan relay Incoming.

Pada sistem proteksi penyulang digunakan relay proteksi arus lebih dan gangguan tanah.

Dalam perencanaan dan penyetingannya dibutuhkan perhitungan gangguan hubung singkat.

Hal ini dibutuhkan untuk menentukan spesifikasi peralatan listrik dan setting relay yang

digunakan. Dalam skripsi ini membahas mengenai analisa setting relay arus lebih dan

gangguan tanah pada penyulang distribusi Limo yang berada pada gardu induk gandul.

II. Dasar Teori

Proteksi tenaga listrik merupakan sistem pengamanan peralatan-peralatan pada sistem

tenaga listrik dengan tujuan untuk menghindari atau mengurangi kerusakan yang timbul

akibat dari gangguan dan melokalisir daerah gangguan. Selain itu, proteksi juga berfungsi

untuk mengamankan manusia dari bahaya yang di timbulkan gangguan.

Pada sistem proteksi dapat terjadi kegagalan. Kegagalan sistem proteksi dapat

menyebabkan kerusakan fatal dan pemadaman listrik yang luas. Ada beberapa penyebab

terjadinya kegagalan pada sistem proteksi. Berikut ini merupakan penyebab kegagalan sistem

proteksi :

• Kerusakan pada peralatan proteksi seperti baterai, pemutus tenaga, dan relay

• Trafo instrumen jenuh

• Kesalahan seting sistem proteksi

• Kesalahan pada pengkawatan relai

Dalam sistem proteksi tegangan menegah terdiri dari beberapa komponen yaitu :

1. Pemutus Tenaga

merupakan pemutus rangkaian listrik yang dapat bekerja saat adanya gangguan atau keadaan

normal. Pemutus tenaga dapat memutuskan rangkaian saat terjadi gangguan sehingga


gangguan dapat dipisahkan. Pemutus tenaga bekerjasama dengan relay untuk memutuskan

arus gangguan dalam sistem proteksi.

Gambar 1 : Pemutus Tenaga

2. Transformator Instrument

Merupakan trafo yang digunakan sebagai alat ukur, relai proteksi, atau rangkain kontrol.

Trafo instrumen terbagi menjadi 2 jenis yaitu :

• Trafo Arus

Merupakan peralatan listrik yang dapat mentransformasikan arus yang besar menjadi kecil

untuk digunakan sebagai pengukuran atau proteksi.

Gambar 2 : Trafo Arus

• Trafo Tegangan

Merupakan peralatan listrik yang dapat mentransformasikan tegangan yang besar menjadi

kecil untuk digunakan sebagai pengukuran atau proteksi.

Gambar 3 : Trafo Tegangan

3. Baterai

merupakan peralatan listrik yang dapat menyimpan dan menghasilkan energi listrik. Baterai

berfungsi untuk memberi suplai kepada relai dan rangkaian control proteksi.

Gambar 4 : Baterai


4. Relay

Merupakan peralatan listrik yang berfungsi mengamankan peralatan listrik jika terjadi

gangguan. Relay bekerjasama dengan pemutus tenaga dan trafo instrument serta baterai untuk

mengamankan sistem ketika terjadi gangguan.

Gambar 5 : Relai

Pada sistem proteksi penyulang digunakan relay arus lebih dan gangguan tanah untuk

mengatasi gangguan hubung singkat. Berikut ini penjelasannya:

• Relay arus lebih

Relay arus lebih ialah suatu relay yang bekerjanya berdasarkan adanya kenaikan arus yang

melebihi suatu nilai setting tertentu dan dalam waktu tertentu. Relay akan bekerja apabila arus

pada sistem melebihi arus dari settingnya dalam jangka waktu tertentu. Relay akan

memerintah pemutus tenaga untuk trip.

• Relay gangguan tanah

Relay gangguan ke tanah (Ground Fault Relay/GFR) merupakan alat yang berfungsi untuk

mengamankan sistem dari arus lebih yang diakibatkan adanya gangguan ke tanah. Berbeda

dengan arus lebih, relay gangguan tanah mendeteksi arus dari penjumlahan vektor pada

masing-masing fasa (I0).

Gambar 6 : pengawatan relai arus lebih dan gangguan tanah

Berikut ini merupakan beberapa karakteristik dari relay :

• Relai arus lebih seketika (moment/ instantaneous)

Relai arus lebih seketika merupakan jenis relay arus lebih yang bekerja saat arus mencapai

batas pick-up dengan waktu kerja sangat singkat (20-100ms). Relay ini jarang berdiri sendiri

biasanya dikombinasikan dengan relay lainnya.


• Relay arus lebih waktu tertentu (definite time)

Relay arus lebih tertentu merupakan jenis relay arus lebih dimana jangka waktu relay mulai

pick-up kerja relay dapat diatur dan tidak tergantung dari besarnya arus pada saat gangguan.

• Relay arus lebih berbanding terbalik (inverse)

merupakan jenis relai arus lebih dimana waktu kerja relay mulai pick-up sampai dengan

selesainya kerja, relay tergantung dari besarnya arus. Relay ini mempunyai sifat terbalik

untuk nilai arus dan waktu kerjanya. Dimana semakin besar arus gangguannya maka relay

akan semakin cepat bekerja. Relay arus lebih berbanding terbalik dibedakan menjadi 4 yaitu

standar inverse, very inverse, extremely inverse dan long time inverse.

Berikut ini merupakan rumus dari setting relay inverse :

!"# =!×

!!!!"#

!− 1

! (4)

Dimana :

Tms = Time Multiple Setting T = Waktu Kerja

If = Arus gangguan Iset = Arus setting

α dan ! = Konstanta jenis karakteristik relai inverse

Ganguan hubung singkat dapat menyebabkan sistem tak seimbang. Menurut teori

Forteuscue, Dalam system tak seimbang yang terdiri dari n buah fasor yang saling

berhubungan dapat diuraikan menjadi n buah sistem dengan fasor yang seimbang, hal ini

dikatakan sebagai komponen seimbang (symmetrical component). Tiga fasor yang seimbang

terdiri dari beberapa komponen-komponen sebagai berikut : komponen positif, komponen

negatif dan kompnen nol.

Tabel 1 Faktor α dan β setting relay invers

Nama Kurva α ! Standar Inverse 0,02 0,14

Very Inverse 1 13,2 Extremely

Inverse 2 80

Long Inverse 1 120


Berikut ini merupakan rumus dari beberapa macam hubung singkat :

• Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah

!!! ! ∅ =3!!

!! + !! + !! + 3!!(2)

• Gangguan hubung singkat 2 fasa

!!! ! !!!"! =3!!

!! + !! + !!(3)


!!! ! !"#" = !!

!! + !!(4)

Dimana : Ea = tegangan fasa [V] Z0 = impedansi urutan nol [ohm] Z1 = impedansi urutan positif [ohm] Z2 = impedansi urutan negatif [ohm] Zf = impedansi gangguan [ohm]

Untuk menghitung arus gangguan dibutuhkan nilai ekivalen impedansi urutan positif,

negatif,dan nol dari titik gangguan ke sumber. Untuk itu dibutuhkan persamaan impedansi

ekivalen. Berikut ini persamaannya :

• Impedansi urutan positif dan urutan negatif (Z1eq=Z2eq)

!1!" = !2!" = !!" + !!! + !!! (5)

• Impedansi urutan nol

!!!" = !!! + 3!" + !!! (6)

Dimana :

Z1eq = impedansi ekivalen jaringan urutan positif [ohm] Z2eq = impedansi ekivalen jaringan urutan negatif [ohm]

Zsc = impedansi sumber (20kV) [ohm] ZT1 = impedansi positif trafo [ohm]

Z1j = impedansi positif jaringan [ohm]

III. Metode Penelitian

Metodologi penelitian dilakukan dalam penyusunan skripsi ini, diantara lain dengan cara

: Studi literatur, Pengambilan data, perhitungan arus gangguan dan seting relay, simulasi dan

analisa data. Analisa membandingkan setting relay arus lebih dan gangguan tanah hasil

perhitungan dengan data eksisting serta melihat waktu kerja relay.


IV. Perhitungan dan Analisa • Perhitungan arus gangguan

Dalam perhitungan arus gangguan hubung singkat dilakukan dibeberapa titik.

Gambar 7 : Perhitungan Gangguan pada Penyulang Limo

Data hubung singkat pada arus hubung singkat adalah 36,9694 kA. Dengan rumus MVAsc

dapat cari daya hubung singkatnya :

!"#!" = 3×!×!!"

!"#!" = 3×150×36,9694

!"#!" = 9602,49 !"#

Daya hubung singkat pada GI gandul sebesar 9602,49 MVA. Maka impedansi Xs pada sisi 20

kv ialah :

!"#!"# !" = !"#!" !" =!"!!"

!!" =!"!

!"#!"

!!" =20!

9602 = 0,041 !ℎ!

Besarnya reaktansi trafo 3 pada gardu induk gandul adalah 12,42%. Untuk mendapatkan nilai

reaktansi urutan positif, negatif, dan nol dari trafo. Kita harus menghitung reaktansi 100%

trafo. Dengan rumus :

!! !"#" 100% = !"!

!"#!"#$%

!! !"#" 100% = 20!

60 = 6,67 !ℎ!

Nilai reaktansi urutan positif dan negatif trafo tenaga ialah :

!!! = !!! = 12,42%×6,67 = 0,83 !ℎ!

Untuk reaktansi urutan nol, nilainya Xt0 karena trafo 3 pada gardu induk gandul memiliki

konfigurasi Ynyn sehingga nilainya menjadi :

!!! = !!! = 0,83 !ℎ!


Menghitung impedansi penyulang limo, dibutuhkan data kabel SKTM yang digunakan dan

panjang jaringan penyulang. Penyulang limo menggunakan kabel XLPE 240 mm2 sebagai

penghantar dan panjang penyulang sebesar 13,136 Km. Berikut ini contoh perhitungan

impedansinya saat 100%:

• Impedansi urutan positif dan negatif

!1 = !2 = !"#$"#% !"#$%×!"#$%&'(!Ω!"

!1 = !2 = 13,136×(0,125+ !0,097)Ω!"

!1 = !2 = 1,642+ !1,2741 Ω

• Impedansi urutan nol

!0 = !"#$"#% !"#$%×!"#$%&'(!Ω!"

!0 = 13,136×(0,275+ 0,29)Ω!"

!0 = 3,612+ !3,809 Ω

Dari beberapa titik maka didapat sebagai berikut : Tabel 2 Impedansi Penyulang Limo

panjang kabel (%)

Z1=Z2 Z0

R Jx r Jx 1% 0,01642 0,01274192 0,036124 0,038094

10% 0,1642 0,1274192 0,36124 0,380944 20% 0,3284 0,2548384 0,72248 0,761888 30% 0,4926 0,3822576 1,08372 1,142832 40% 0,6568 0,5096768 1,44496 1,523776 50% 0,821 0,637096 1,8062 1,90472 60% 0,9852 0,7645152 2,16744 2,285664 70% 1,1494 0,8919344 2,52868 2,666608 80% 1,3136 1,0193536 2,88992 3,047552 90% 1,4778 1,1467728 3,25116 3,428496

100% 1,642 1,274192 3,6124 3,80944

Ada beberapa macam hubung singkat yang mungkin terjadi. Pada perhitungannya digunakan

hambatan hubung singkat sama dengan nol. Berikut ini merupakan perhitungannya pada

gangguan hubung singkat :



Berikut ini merupakan rumus gangguan 3 fasa :

!!!! =!!"#"!! + !!

=!!"#"!!"

!!" = (%!!! + !!)! + !!!" + !!! +%!!!!

Contoh perhitungan :

Gangguan hubung singkat 3 fasa pada 100% panjang kabel.

!!" = (1,642+ 0)! + 0,04+ 0,83+ 1,274 ! !!" = 2,7 !ℎ! Sehingga gangguan hubung singkatnya :

!!!! =!!"#"!!"

=20000

32,7 = 4,27 !"

Berikut ini tabel perhitungan gangguan 3 fasa : Tabel 3 Arus Gangguan 3 Fasa pada Panjang Penyulang (%)

Panjang Jaringan hubung singkat

(%Kabel)

Besar Arus Gangguan 3

fasa (kA)

0% 13.083676 10% 11.4269653 20% 9.856880039 30% 8.582958836 40% 7.558299112 50% 6.729382712 60% 6.051332701 70% 5.489667903 80% 5.0185867 90% 4.618847457 100% 4.276009519

• Gangguan Hubung Singkat 2 fasa

Berikut ini merupakan rumus gangguan 2 fasa :

!!!! =!!"#"!!"#"2!! + !!

=!!"#"!!"#"

!!"

!!" = (2!!! + !!)! + (2!!!" + 2!!! + 2!!!)!


Contoh perhitungan:

Gangguan hubung singkat 2 fasa pada 100% panjang kabel

!!" = 2 1,642 + 0 ! + 2 0,04 + 2 0,83 + 2 1,2 !

!!" = 5,4 Ω Maka arus hubung singkatnya ialah :

!!!! =!!"#"!!"#"

!!"

!!!! =200005,4 = 3,703 !"

Berikut ini tabel perhitungan gangguan 2 fasa :

Tabel 4 Arus Gangguan 2 Fasa pada Panjang Penyulang (%)

Panjang Jaringan Hubung Singkat

(%Kabel)

Arus Gangguan 2

Fasa (kA)

0% 11.33079579 10% 9.896042236 20% 8.536308516 30% 7.433060392 40% 6.545679041 50% 5.82781638 60% 5.240607846 70% 4.754191862 80% 4.346223573 90% 4.000039234 100% 3.70313287

• Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah

Rumus perhitungan Arus ganguan 1 fasa tanah adalah:

!!!!!!"#"! =!!"#"

!! + !! + !! + !!=!!"#"!!"

Z!" = (3R! + 3R! + 2R!" + R!")! + (2X!"# + 2X!" + X!" + 2X!" + X!")!

Contoh perhitungan :

Gangguan hubung singkat 1fasa-tanah pada 100% panjang kabel :


Z_eq = √((3(12) + 3(0) + 2(1,642) + 3,61)^2 + (2(0,04) + 2(0,83) + 0,83 + 2(1,27) +3.81)^2 ) !!" = 43,8 Ω Maka arus gangguan 1 fasa tanah menjadi :

!!!!!!"#"! =!!"#"!!"

!!!!!!"#"! =!""""

!!",!

= 0,79 !" Berikut ini tabel perhitungan gangguan 1 fasa-tanah :

Tabel 5 Arus Gangguan 1 Fasa ke Tanah pada Panjang Penyulang (%)

Panjang Jaringan Hubung Singkat

(%Kabel)

Arus Gangguan 1

Fasa (kA)

0% 0.957865924 10% 0.940585792 20% 0.921894749 30% 0.90373379 40% 0.886094959 50% 0.868968706 60% 0.85234422 70% 0.836209732 80% 0.820552752 90% 0.805360283 100% 0.790618999

Berikut ini merupakan grafik hasil dari dari perhitungan gangguan hubung singkat terhadap

jarak gangguan:

Gambar 8 : Grafik Arus gangguan hasil Perhitungan


• Analisa Dari grafik dapat dilihat bahwa besar arus gangguan hubung singkat dipengaruhi oleh jarak

titik gangguan. Hal ini dapat dilihat besar arus gangguan akan semakin kecil ketika titik

gangguan semakin jauh dari pada sumber. Hal ini terjadi karena impedansi yang semakin

meningkat jika semakin jauh titik gangguan. Pada perhitungan arus gangguan hubung singkat

ini didapat arus gangguan hubung singkat 3 fasa ke tanah yang paling besar yaitu sebesar

13,083 kA dan arus gangguan 1 fasa yang paling kecil yaitu sebesar 957 A.

• Setting relai arus lebih penyulang

Untuk setting relai arus lebih pada penyulang digunakan relai karakteristrik inverse dan

moment. Untuk menggunakan relai standar inverse kita harus menentukan arus

maksimum/beban maksimum pada penyulang. Arus beban maksimum penyulang limo ialah

230A.

!"#$ = 230 !

!!"# = 230×1,2 = 276 !

Pada perhitungan digunakan arus gangguan hubung singkat arus 3 fasa yang terdekat. Waktu

kerja relai pada penyulang ditetapkan 0,3 s. hal ini untuk mencegah kesalahan proteksi akibat

inrush current. Berikut ini rumus dan perhitungan setting TMS :

!"# =!×((!! !!"# !"#$%")

!,!" − 1)0,14

!"# =0,3×((13083 276)!,!" − 1)

0,14

!"# = 0,17

Menurut dari dari sumber kesepakatan setting relai moment pada penyulang, arus setting ialah

:

!"#$$%&' = 2×!! !"#$% !"#$%$

!"#$$%&' = 2×1732 = 3464 !

Maka setting arus sekunder :

!"#$ !"##$%& !"#$%&"' = 1

!"#$% !"×!"#$$%&'

!"#$ !"##$%& !"#$%&"' = 1

6005×3464 = 30,5 !

!! = 0,1 !"#$% Dengan waktu kerja sebesar 0,1 detik.


• Setting relai arus lebih Incoming

Untuk setting relai arus lebih pada Incoming digunakan relai dengan karakteristrik inverse.

Untuk menggunakan relai standar inverse kita harus menentukan arus maksimum/beban

maksimum pada penyulang. Arus maksimum pada Incoming ditentukan oleh daya trafo

tenaga untuk mengamankan trafo. Berikut ini rumus dan perhitungannya :

!! =!!"#$%3×!!!!

!! =6000020 3

!! = 1732 !

Untuk perhitungan arus setting relai inverse :

!!"# = 1,2×!!

!!"# = 1,2×1732 = 2078 ≈ 2000 !

Untuk setting TMS pada Incoming digunakan nilai arus gangguan maksimum 3 fasa dan

waktu setting 0,9 detik sesuai ketentuan kesepakatan.

!" = ! !"#$%&'#( + ! !" + ∆! = 0,3+ 0,3+ 0,3 = 0,9 !"#$%

!"# =(!!"#$%&)×(

!!!!"# !"#$%"

!,!"

− 1

0,14

!"# =0,9× 13083

2000!,!"

− 1

0,14 = 0,24

Setting moment arus lebih ditentukan 4xIn dan waktunya sebesar 0,7 detik. Waktu dalam

settingan ini melihat pada Perhitungan sebagai berikut :

!!"# = 4×!! = 4×1732 = 6928 !

!" = !!"!#$% !"#$%&'#( + !!"!#$% !" + ∆! = 0,1+ 0,3+ 0,3 = 0,7 !"#$%

• Relai gangguan tanah penyulang

Setting relai gangguan tanah tidak jauh beda seperti arus lebih. Setting relai gangguan tanah

menggunakan karakteristik inverse dan moment. Untuk menentukan setting karakteristik

inverse, kita harus menentukan nilai setting arus gangguan tanah. Berikut ini perhitungannya :

!"#$" !"##$%& = 10%×!!!∅

!"#$" !"##$%& = 10%×790 = 79 !

Untuk setting relai digunakan nilai arus dari trafo arus sekunder. Berikut ini perhitungannya :


!"#$ !"##$%& !"#$%&"' = 1

!"#$% !"×!"#$$%&'

!!"# !"#$%&"' =79

6005= 0,65 !

Untuk setting TMS pada outgoing digunakan nilai arus gangguan maksimum 1 fasa dan

waktu setting 0,3 detik sebagai delay :

!"# =!×((!!!∅ !!"# !"#$%")

!,!" − 10,14

!"# =0,3×((957 79)!,!" − 1

0,14

!"# = 0,11

Untuk setting karakteristik moment disetting dengan jarak gangguan minimum 50% gangguan

maksimum dan waktu 0,1.Gangguan maksimum dititik 50 % ialah 868 A.

• Relai gangguan tanah Incoming

Setting relai gangguan tanah pada Incoming terdiri dari 2 karakteristik yaitu inverse saja.

Untuk setting inverse, arus setting ditentukan dari kesepakatan setting . Berikut

perhitungannya :

!"#$" !"##$%& = 0,2×!!

!"#$" !"##$%& = 0,2×1732 = 346 !

Untuk menentukan nilai TMS digunakan arus gangguan maksimum satu fasa dan waktu

setting sebesar 0,9 s. Berikut ini perhitungan setting tms:

!"# =!"×(

!!!∅!!"# !"#$%"

!,!"

− 1)

0,14

!"# =0,9× 957

346!,!"

− 1

0,14 = 0,13

Untuk setting moment pada penyulang di blok.

• Waktu kerja relay

Untuk mengetahui selektifitas kerja relai, kita dapat menganalisa melalui waktu kerja relai.

Pada skripsi ini dilakukan beberapa skenario gangguan berdasarkan letak gangguan dan jenis

gangguan yaitu gangguan 1 fasa tanah,2 fasa dan 3 fasa pada jarak yang telah ditentukan yaitu

13,136 km, 9 km, 6 km, 3 km, dan 0 km yang disimulasikan dengan ETAP. Berikut ini

merupakan hasil dari pada simulasi :


Tabel 6 Hasil Simulasi Gangguan 3 Fasa

Dari data diatas dapat dilihat waktu kerja setting lebih cepat dari pada kerja waktu eksisting.

Pada dasarnya kedua setting diatas sudah baik karena dapat berkoordinasi dengan baik.

Berikut ini jika dilihat dari grafik waktu :

Gambar 9: Waktu kerja relai gangguan 3 fasa

Jika dilihat setting relai berdasarkan perhitungan lebih cepat bekerja dari pada relai setting

eksisting pada sisi incoming. Pada setting perhitungan didapat waktu yang lebih cepat dari

pada setting eksisting. Pada sisi incoming perhitungan diberi relai karakteristik moment

sehingga waktu kerja lebih cepat. Pada relai incoming ditambahkan karakteristik moment

dengan waktu kerja 0,7 detik. Hal ini dilakukan untuk mengurangi kerusakan yang mungkin

terjadi pada trafo tenaga saat terjadi hubung singkat. Untuk setting penyulang bekerja pada

0,1 detik baik setting eksisting maupun setting perhitungan karena gangguan yang ada pada

simulasi lebih besar dari setting moment sehingga waktu kerja relai 0,1 detik. Dilihat dari

perbedaan waktu antara incoming dan penyulang sudah baik sekitar 0,6 detik.

Letak

Gangguan

(Km)

Arus

Gangguan

3 Fasa

(kA)

Waktu kerja Eksisting Waktu kerja resetting

Incoming

(ms)

Penyulang

(ms)

Incoming

(ms)

Penyulang

(ms)

0 14,924 853 100 700 100

3 10,633 1040 100 700 100

6 8,017 1243 100 700 100

9 6,372 1493 100 1433 100

13,136 4,938 1919 100 1842 100


Berikut ini merupakan hasil simulasi dari gangguan 2 fasa :

Dari data diatas dapat dilihat waktu kerja setting lebih cepat dari pada kerja waktu eksisting.

Pada dasarnya kedua setting diatas sudah baik karena dapat berkoordinasi dengan baik. Dapat

terlihat pada incoming dipasang relai karakteristik moment dimana waktu kerja relai 0,7 detik.

Hal ini untuk memberikan perlindungan pada trafo tenaga jika mengalami hubung singkat

pada jaringan. Berikut ini jika dilihat dari grafik waktu :

Gambar 10 Waktu kerja relai gangguan 2 fasa

Terlihat bahwa relai pada sisi penyulang bekerja pada waktu 0,1 detik. Hal ini terjadi karena

besar gangguan yang terjadi pada penyulang diatas 4 kA. Sedangkan setting moment pada

setting perhitungan dan eksisting dibawah 4 kA. Jika dilihat dari waktu kerja relai incoming

dapat dilihat waktu kerja relai incoming hasil perhitungan lebih cepat. Walaupun tidak terlalu

besar perbedaannya. Dilihat dari perbedaan waktu antara incoming dan penyulang sudah baik

sekitar 0,6 detik.

Berikut ini merupakan hasil simulasi dari gangguan 1 fasa ke tanah :

Tabel 7 Hasil Simulasi Gangguan 2 Fasa

Letak

Gangguan

(Km)

Arus

Gangguan

2 Fasa

(kA)


Incoming

(ms)

Penyulang

(ms)

Incoming

(ms)

Penyulang

(ms)

0 12,92 920 100 700 100

3 9,209 1129 100 700 100

6 6,943 1389 100 700 100

9 5,518 1707 100 1639 100

13,136 4,28 2285 100 2194 100


Tabel 8 Hasil Simulasi Gangguan 1 Fasa ke Tanah

Letak

Gangguan

(Km)

Arus

Gangguan

1 Fasa

(kA)


Incoming

(ms)

Penyulang

(ms)

Incoming

(ms)

Penyulang

(ms)

0 1,068 847 130 799 100

3 1,025 879 130 829 100

6 0,984 912 130 861 100

9 0,946 948 130 896 100

13,136 0,896 1001 130 947 100

Jika dilihat dari waktu kerja penyulang, waktu kerja relai sama. Hal ini terjadi karena arus

gangguan satu fasa tanah pada simulasi terlalu besar sehinga relai moment gangguan tanah

bekerja. Berikut ini merupakan grafik dari waktu kerja relai :

Gambar 11 Waktu kerja relai gangguan 1 fasa ke tanah

Dapat dilihat waktu kerja relai hampir sama, dapat dilihat waktu kerja relai pada penyulang

berbeda 30 ms. hal ini karena ada perbedaan dalam setting moment pada penyulang. Namun

pada incoming terlihat bahwa relai setting hasil perhitungan lebih cepat bekerja. Walaupun

hanya terjadi sedikit perbedaan waktu kerja. Terdapat perbedaan waktu antara incoming dan

penyulang sekitar 0,7 detik (paling rendah). Hal ini cukup baik dimana seting dirancang

sekitar 0,6 detik.

Berdasarkan hasil dari simulasi gangguan hubung singkat didapat arus gangguan : Tabel 9 Arus Gangguan hasil dari Simulasi

Jarak Gangguan (km) Arus

Gangguan 3 Fasa (kA)

Arus Gangguan 2 Fasa (kA)

Arus Gangguan 1 Fasa (kA)

0 14,924 12.92 1.068

3 10.633 9.209 1.025


Berikut ini merupakan grafik dari arus gangguan :

Gambar 12 Arus Gangguan hasil Dari Simulasi

Dari hasil simulasi didapat hasil yang hampir sama seperti hasil perhitungan. Namun ada

sedikit perbedaan dimana hasil dari simulasi sedikit lebih tinggi dibandingkan hasil simulasi.

Pada gangguan 3 fasa pada ujung penyulang arus gangguannya sebesar 4,938 kA sedangkan

hasil perhitungan hanya 4,27 kA. Pada gangguan 2 fasa pada ujung penyulang arus gangguan

hasil simulasi sebesar 4,28 kA dan hasil perhitungan 3,7 kA. Pada gangguan 1fasa ke tanah

hasil simulasi didapat ialah 0,896 kA sedangkan hasil perhitungan didapat 0,79 kA. Hal ini

mungkin disebabkan oleh adanya perhitungan toleransi pada simulasi. Terdapat perbedaan

perhitungan pada simulasi ETAP. Ada beberapa setting toleransi pada trafo dan kabel

sehingga arus gangguannya berbeda sedikit terhadap perhitungan. Namun secara keseluruhan

besar arus gangguan hampir sama hanya terjadi sedikit perbedaan besar arus gangguan.

V. KESIMPULAN

• Besar arus gangguan juga dipengaruhi oleh jarak titik gangguan hubung singkat, semakin

jauh jarak gangguan maka akan semakin kecil arus gangguan hubung singkat.

• Pada perhitungan arus gangguan yang terbesar ialah arus gangguan 3 fasa sebesar 13,083

kA dan arus gangguan terkecil ialah arus gangguan 1 fasa ke tanah sebesar 0,957 kA.

6 8.017 6.943 0.984

9 6.372 5.518 0.946

13,136 4.938 4.28 0.896


• Dalam setting pada perhitungan didapat :

Sisi Incoming 20 kV (OCR)

Iset primer(SI) = 2000 A

TMS = 0,24

Iset primer(Definite) = 6928 A

Td = 0,7 s

Sisi Incoming 20 kV (GFR)


TMS = 0,13

Iset primer(Definite) = blok

Td = blok

Sisi Penyulang 20 kV (OCR)


TMS = 0,17

Iset primer(moment) = 3464 A

Td = 0,1 s

Sisi Penyulang 20 kV (GFR)


TMS = 0,11

Iset primer(moment) = 868 A

Td = 0,1 s

• Dari hasil simulasi data eksisting memiliki nilai yang sudah baik karena relai dapat

berkoordinasi dengan baik antara relai Incoming dan penyulang. Dimana relai penyulang

bekerja terlebih dahulu lalu diikuti oleh relai Incoming dengan waktu tunda tertentu.

VI. KEPUSTAKAAN [1] I. J. Nagrath, D. P. Kothari, “Modern Power System Analysis”, Tata McGraw-Hill, New

Delhi, 1980

[2] John Norchote, Green Robert Wilson, “Control and Automation of Electrical Power

Distribution Systems”,CRC Press, Taylor & Francis Group, Newyork, 2007.

[3] Luce M. Faulkenberry, Walter Coffer, “Electrical Power Distribution and Trasmission”,

Prentice-Hall, Engelwood Cliff, New Jersey 1996.

[4] Kesepakatan Bersama Pengelolaan Sistem Proteksi Trafo-Penyulang 20 kV Tahun 2012,

PT PLN Persero.

[5] Ir. Djiteng Marsudi, “Pembangkitan Energi Listrik”, Erlangga, Jakarta, 2005.

[6] Badrudin,”Modul pentanahan”, Pusat Pengembangan Bahan Ajar UMB

[7] Sarimun, Wahyudi, “Proteksi Sistem Distribusi Tenaga Listrik”,Garamond, 2012


ANALISA SISTEM PROTEKSI RELAY ARUS LEBIH DAN …

Documents

Transcript of ANALISA SISTEM PROTEKSI RELAY ARUS LEBIH DAN …