4

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir

Pada usulan tugas akhir ini dicantumkan hasil penelitian yang telah

dilaksanakan terlebih dahulu tentang sympathetic trip sebagai berikut : Cakasana

Alif Bathamantri, Rony Seto Wibowo, dan Ontoseno Penangsang (2012) dengan

judul penelitian “Analisis Sympathetic Trip pada Penyulang Unggasan dan Bali

Resort, Bali”. Metode penelitian yang dipakai dalam penelitian beliau adalah

studi literatur yang dimana merupakan proses pembelajaran bahan-bahan yang

berkaitan dengan materi bahasan yang berasal dari buku-buku, jurnal ilmiah, dan

situs-situs internet, pengolahan data untuk perhitungan arus kapasitif, melakukan

analisa tentang sympathetic trip, melakukan setting pada GFR, membuat

pemodelan single line diagram sistem pada ETAP 7.0, setelah didapatkan

pemodelan single line diagram pada ETAP 7.0 dilanjutkan dengan melakukan

simulasi setting koordinasi, pada simulasi akan diketahui apakah setting GFR

berfungsi normal atau tidak.

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Sistem Jaringan Distribusi

Pembangkit listrik umumnya terletak jauh dari pusat beban, terlebih

pembangkit listrik berskala besar, sehingga untuk menyalurkan tenaga listrik

tersebut sampai ke konsumen atau pusat beban maka tenaga listrik tersebut harus

disalurkan melalui sistem jaringan distribusi. Sistem distribusi merupakan bagian

dari sistem tenaga listrik yang paling banyak mengalami gangguan, sehingga

masalah utama dalam Operasi Sistem Distribusi adalah mengatasi gangguan.

Tenaga listrik dibangkitkan dalam pusat – pusat listrik seperti PLTA,

PLTU, PLTG, PLTP dan PLTD kemudian disalurkan melalui saluran transmisi

setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik tegangan

(step up transformator) yang ada pada pusat listrk. Setelah tenaga listrik

disalurkan melalui saluran transmisi maka sampailah tenaga listrik ke Gardu

5

Induk untuk diturunkan tegangannya melalui transformator penurun tegangan

(step down transformator) menjadi tegangan menengah atau juga disebut sebagai

tegangan distribusi primer. Sistem jaringan distribusi dapat dibedakan menjadi

dua yaitu sistem jaringan distribusi primer dan sistem jaringan distribusi sekunder.

Kedua sistem tersebut dibedakan berdasarkan tegangan kerjanya. Pada umumnya

tegangan kerja pada sistem jaringan distribusi primer adalah 20 kV, sedangkan

tegangan kerja pada sistem jaringan distribusi sekunder adalah 220/380 V

(Marsudi, 2006).

2.2.1.1 Sistem Jaringan Distribusi Primer 20 kV

Sistem jaringan distribusi primer adalah bagian dari sistem tenaga listrik

diantara Gardu Induk (GI) dan Gardu Distribusi. Jaringan distribusi primer ini

umumnya terdiri dari jaringan tiga fasa, yang jumlahnya tiga kawat atau empat

kawat.Penurunan tegangan sistem ini dari tegangan transimisi pertama dilakukan

pada gardu induk subtransmisi dimana tegangan diturunkan ke tegangan yang

lebih rendah mulai sistem tegangan 500 kV ke sistem tegangan 150 kV atau 70

kV, kemudian pada gardu induk distribusi kembali dilakukan.

Pada sistem jaringan distribusi primer saluran yang digunakan untuk

menyalurkan daya listrik pada masing-masing beban disebut penyulang (feeder).

Pada umumnya setiap penyulang diberi nama sesuai dengan daerah beban yang

dilayani, hal ini bertujuan untuk memudahkan mengingat dan menandai jalur-jalur

yang dilayani oleh penyulang tersebut. Terdapat beberapa sistem penyaluran daya

listrik pada sistem distribusi primer antara lain (Aslimeri, 1994):

1. Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM)

Jenis penghantar yang dipakai adalah kawat (tanpa isolasi) seperti kawat

AAAC (All Aluminium Alloy Conductor), ACSR (Aluminium Conductor Stell

Reinforced), dll.

2. Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah (SKUTM)

Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel berisolasi seperti MVTIC

(Medium Voltage Twisted Insulated Cable).

6

3. Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM)

Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel tanam berisolasi PVC (Poly Venyl

Clorida), XLPE ( Crosslink Polyethelene).

Dalam pendistribusian tenaga listrik ada beberapa hal yang harus

diperhatikan yaitu sebagai berikut :

1. Regulasi tegangan yaitu variasi tegangan pelayanan (tegangan terminal

konsumen) harus pada batas-batas yang diijinkan, maksimum 5% dan

minimum 10% (SPLN 52-3, 1987).

2. Kontinyuitas pelayanan dan pengamanan yaitu tidak sering terjadi pemadaman

listrik karena gangguan dan kalau terjadi dapat dengan cepat di atasi. Hal

tersebut dapat dicapai dengan sistem pengamanan yang baik.

3. Efisiensi sistem distribusi listrik yaitu menekan serendah mungkin rugi-rugi

teknis dengan pemilihan peralatan dan pengoperasiannnya yang baik dan juga

menekan rugi-rugi non teknis dengan mencegah pencurian dan kesalahan

pengukuran.

4. Fleksibilitas terhadap pertambahan beban. Untuk menyalurkan tenaga listrik

dari sumber daya listrik baik berupa pusat pembangkit maupun gardu induk

sampai ke pusat-pusat beban.

2.2.1.2 Sistem Jaringan Distribusi Sekunder 220/380 V

Jaringan distribusi sekunder merupakan bagian dari jaringan distribusi

primer dimana jaringan ini berhubungan langsung dengan konsumen tenaga

listrik. Pada jaringan distribusi sekunder sistem tegangan distribusi primer 20 kV

diturunkan menjadi sistem tegangan rendah 220/380 V dengan menggunakan trafo

penurun tegangan yang terdapat pada Gardu Distribusi. Sistem distribusi sekunder

merupakan salah satu bagian dalam sistem distribusi, yaitu mulai dari gardu trafo

sampai pada pemakai akhir atau konsumen. Sistem distribusi sekunder

berhubungan langsung dengan konsumen, jadi sistem ini selain berfungsi

menerima daya listrik dari sumber daya (trafo distribusi), juga akan mengirimkan

serta mendistribusikan daya tersebut ke konsumen. Mengingat bagian ini

berhubungan langsung dengan konsumen, maka kualitas listrik harus sangat

7

diperhatikan. Pada sistem distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak

digunakan ialah sistem radial. Sistem ini dapat menggunakan kabel maupun kawat

(Kadir, 2006).

Sistem penyaluran daya listrik pada jaringan distribusi sekunder dapat

dibedakan menjadi dua yaitu :

1. Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR)

Jenis penghantar yang dipakai adalah kawat (tanpa isolasi) seperti kawat

AAAC, kawat ACSR, dan lain-lain.

2. Saluran Udara Tegangan Rendah (SKUTR)

Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel berisolasi seperti kabel LVTC

(Low Voltage Twisted Conductor)

Gambar 2.1 Hubungan Tegangan Menengah ke Tegangan Rendah dan Konsumen

Sumber: Pandjaitan, 1999

2.2.2 Konfigurasi Jaringan Distribusi Primer

Sistem jaringan distribusi primer mempunyai saluran yang berfungsi

sebagai sarana untuk menyalurkan daya listrik ke beban yang disebut penyulang

(feeder). Jumlah penyulang yang ada di suatu kawasan/daerah biasanya lebih dari

8

satu. Semakin besar dan kompleks beban yang dilayani di suatu kawasan/daerah,

maka semakin banyak pula jumlah penyulang yang diperlukan.

Beberapa penyulang berkumpul di suatu titik yang disebut gardu hubung

(GH). Gardu hubung adalah suatu instalasi peralatan listrik yang berfungsi sebagai

(Hadi, 1991) :

1. Titik pengumpul dari satu atau lebih sumber dan penyulang.

2. Tempat pengalihan (transfer) beban apabila terjadi gangguan pada salah satu

jaringan yang dilayani.

Peralatan utama yang terdapat di dalam gardu hubung adalah Circuit

Breaker (CB), Disconecting Switch (DS), Penutup Balik Otomatis (PBO), arrester

dan transformator pengukuran yang terdiri dari current transformator (CT) dan

voltage transformator (VT).

Dalam distribusi jaringan tegangan menengah, dikenal beberapa macam

sistem jaringan, dimana masing-masing sistem mempunyai kelebihan dan

kekurangan. Dasar pemilihan suatu sistem tergantung dari tingkat kepentingan

konsumen atau daerah beban itu sendiri yang meliputi :

1. Kontinyuitas pelayanan yang baik

2. Kualitas daya yang baik

3. Luas dan penyebaran daerah beban yang dilayani seimbang

4. Kondisi dan situasi lingkungan.

5. Kerapatan beban pada daerah yang dihendaki

6. Regulasi tegangan

7. Sistem penyambungan beban

8. Pertimbangan faktor teknis dan ekonomis

9. Perencanaan dan besar kapasitas gardu distribusi

10. Keperluan darurat penambahan daya listrik pada penyulang.

Beberapa konfigurasi jaringan distribusi primer diantaranya :

1. Jaringan Distribusi Tipe Radial

2. Jaringan Distribusi Tipe Loop

3. Jaringan Distribusi Tipe Spindel

4. Jaringan Distribusi Tipe Mesh

9

Adapun dasar pemilihan dari tiap-tiap sistem jaringan distribusi adalah :

1. Tipe Radial :

a. Biaya murah

b. Sistem jaringan lebih sederhana.

2. Tipe Loop/Ring:

a. Mempunyai tingkat keandalan yang cukup tinggi

b. Sistem pengoperasiannya mudah.

3. Tipe Mesh/Cluster :

a. Mempunyai keandalan sistem yang lebih tinggi

b. Dapat mengikuti pertumbuhan dan perkembangan beban

c. Kualitas tegangan baik, dan rugi daya kecil.

4. Tipe Spindle :

a. Mempunyai tingkat keandalan yang cukup tinggi

b. Rugi tegangan dan rugi daya relatif kecil.

2.2.2.1 Jaringan Distribusi Primer Tipe Radial

Sistem jaringan distribusi primer tipe radial memiliki jumlah sumber dan

penyulang hanya satu buah. Bila terjadi gangguan pada salah satunya (baik

sumber ataupun penyulangnya), maka semua beban yang dilayani oleh jaringan

ini akan padam. Oleh karena itu nilai keandalan dari sistem jaringan distribusi

primer tipe radial ini adalah rendah. Sistem ini masih banyak dipergunakan di

daerah pedesaan dan perkotaan yang tidak membutuhkan nilai keandalan tinggi

(Pabla, 1991). Bagan sistem jaringan distribusi primer tipe radial ditunjukkan

pada gambar 2.2. Adapun keunggulan dan kelemahan dari sistem saluran radial

antara lain :

1. Keunggulan :

a. Bentuknya sederhana.

b. Biaya investasinya relatif murah.

2. Kelemahan :

a. Kualitas pelayanannya kurang baik karena rugi tegangan dan daya

pada saluran relatif besar.

10

b. Kontinyuitas pelayanan daya tak terjamin sebab antara titik sumber

dan titik beban hanya ada satu alternatif saluran.

c. Bila saluran tersebut mengalami gangguan, maka seluruh rangkaian

setelah gangguan akan mengalami pemadaman total.

Gambar 2.2 Sistem Jaringan Distribusi Primer Tipe Radial

Sumber: Gonen, 1986

2.2.2.2 Sistem Jaringan Distribusi Primer Tipe Spindle

Sistem jaringan distribusi primer tipe spindle merupakan modifikasi dari

sistem lingkar (loop/ring) yang terdiri dari beberapa sistem radial. Sistem ini

terdiri dari beberapa penyulang (maksimum tujuh penyulang), masing-masing

penyulang berpangkal pada satu gardu induk dan ujung-ujungnya akan terhubung

di gardu hubung. Penyulang tersebut dibagi menjadi dua jenis, yaitu : (Pabla,

1991)

1. Penyulang kerja/working feeder

Adalah penyulang yang dioperasikan untuk mengalirkan daya listrik dari

sumber pembangkit sampai kepada konsumen, sehingga penyulang ini

dioperasikan dalam keadaan bertegangan dan sudah dibebani. Operasi normal

penyulang ini hampir sama seperti sistem radial.

Main feeder

Konsumen

Trafo distribusi Trafo

distribusi

11

2. Penyulang cadangan/express feeder

Adalah penyulang yang menghubungkan gardu induk langsung ke gardu

hubung dan tidak dibebani gardu-gardu distribusi. Pada operasi normal,

penyulang ini tidak dialiri arus-arus beban dan hanya berfungsi sebagai

penyulang cadangan untuk menyuplai penyulang tertentu yang mengalami

gangguan melalui gardu hubung. Bagan sistem jaringan distribusi primer tipe

spindle seperti terlihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Sistem Jaringan Distribusi Primer Tipe Spindel

Sumber: Gonen, 1986

Keunggulan dan kelemahan dari sistem ini adalah :

a. Keunggulan :

1. Mempunyai keandalan sistem yang lebih tinggi.

2. Rugi tegangan dan rugi daya relatif kecil.

3. Adanya gardu hubung

b. Kelemahan :

1. Beban setiap penyulang terbatas

2. Maksimum 7 penyulang dan panjang penyulang kurang lebih 8 km

3. Biayanya sangat mahal.

4. Harus mempunyai tenaga lapangan yang terampil.

2.2.3 Karakteristik Beban

Tujuan akhir dari suatu sistem tenaga listrik adalah untuk mensuplai energi

listrik pada alat-alat yang nantinya merubah energi listrik tersebut dalam bentuk

lain. Dengan banyaknya jenis-jenis beban listrik yang ada, maka beban-beban

Express Feeder

Working Feeder

12

tersebut dapat dikelompokkan menjadi 4, yaitu : beban penerangan, beban tenaga,

beban pemanasan dan beban elektronik. Selain itu, beban-beban energi listrik

yang ada juga biasa diklasifikasikan berdasarkan karakter umum pelanggan dari

beban tersebut, yaitu : beban residensial/rumah tangga, beban industri dan beban

komersial.

Beban residensial/rumah tangga merupakan beban-beban yang biasa

digunakan dalam suatu tempat tinggal. Di sisi lain, beban industri menggunakan

energi yang besar untuk proses manufaktur dan proses-proses lain dalam

perindustrian. Penggunaannya terbatas pada beberapa alat besar saja dan biasanya

hanya sedikit jumlahnya dalam suatu sistem. Sedangkan beban komersial adalah

perpaduan antara beban rumah tangga dan beban industri, walaupun memiliki

banyak peralatan yang harus disuplai.

2.2.4 Drop Tegangan pada Sistem Distribusi

Saat penyaluran tenaga listrik akan timbul penyimpangan tegangan dari

tegangan yang diinginkan. Penyimpangan ini biasa disebut dengan drop tegangan.

Dengan adanya penyimpangan ini, maka pihak konsumen/pelanggan banyak

mengalami kerugian terutama umur dan daya guna dari peralatan listrik yang

digunakan. Dengan perkembangan pembangunan yang cukup pesat saat ini

seringkali fasilitas jaringan listrik PLN tertinggal bila dibandingkan dengan

peningkatan atau renovasi bangunan yang ada. Hal ini menyebabkan penambahan

fasilitas penunjang antara lain kebutuhan akan tenaga listrik bertambah sedangkan

jaringan ada, belum ditingkatkan kemampuannya sehingga tegangan akan turun

dibawah standar. Untuk menjamin kontinuitas penyaluran tenaga listrik ke

konsumen maka drop tegangan perlu dibatasi pada harga tertentu.

Pada jaringan yang dilalui arus listrik akan timbul drop tegangan disisi

beban. Drop tegangan yang paling besar terjadi pada saat beban puncak. Pada saat

beban puncak, besar drop tegangan disetiap beban tidak boleh melebihi batas

yang diijinkan. Menurut persyaratan, drop tegangan yang diijinkan pada jaringan

distribusi primer, trafo distribusi pertama dengan yang terakhir menurut standar

SPLN tidak boleh melebihi 5% terhadap tegangan nominalnya, artinya kalau

13

tegangan 220 Volt kenaikan tegangan sebesar (220 + (5% x 220)) Volt 231 Volt

dan turunnya tegangan yang diijinkan (220 – (10% x 220)) Volt 198 Volt

(Marsudi, 2006).

Adapun penyebab drop tegangan adalah :

1. Jauhnya jaringan, jauhnya jarak transformator dari Gardu Induk.

2. Rendahnya tegangan yang diberikan GI atau rendahnya tegangan

transformator distribusi.

3. Sambungan penghantar yang tidak baik, penjamparan disaluran distribusi

tidak tepat sehingga bermasalah di sisi Tegangan Menegah dan Tegangan

Rendah.

4. Jenis penghantar atau konektor yang digunakan.

5. Arus yang dihasilkan terlalu besar.

Besarnya drop tegangan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

ΔV = I.Z ..…………………………………(2.1)

atau

sincos XRIV ……………………… (2.2)

dimana:

ΔV = Drop tegangan (Volt)

I = Arus (Amper)

Z = Impedansi (Ohm)

Sedangkan impedansi dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Z = R + jX………………………………….(2.3)

dimana:

R = Resistansi (Ohm)

X = Reaktansi (Ohm)

Menghitung Arus Nominal Transformator, digunakan persamaan:

In = LLV

S

.3

3 (A) …………………………….(2.4)

14

dimana:

In = Arus nominal transformator (A)

S3ø = Daya semu tiga fasa (VA)

VLL = Tegangan antara Fasa (V)

Menurut Marsudi (2006), adapun penyebab jatuh tegangan antara lain:

1. Resistansi (R)

Nilai tahanan pada jaringan tegangan rendah dipengaruhi oleh tahanan jenis

konduktor. Sehingga dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan :

A

IR (ohm) …..…………………………………….(2.5)

dimana :

R = resistansi padapenghantar (Ohm)

R = tahanan jenis penghantar (Ohm-cm)

l = panjang penghantar (meter)

A = luas penampang penghantar (mm2)

2. Induktansi (L)

Besarnya induktansi saluran tegangan rendah ditentukan oleh konfigurasi

jaringan tegangan rendah itu sendiri. Dalam hal ini dipakai pendekatan

bahwa jaringan tegangan rendah yang digunakan memiliki konfigurasi

seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.4.

Hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan :

XL = jωL (Ohm) ......................................(2.6)

Gambar 2.4 Konfigurasi Penghantar

Sumber : Marsudi (2006)

15

Dimana :

ω = 2 .π .f

f = Frekuensi (Hz)

L = Induktansi (Hendry/meter)

2.2.4.1 Pengaruh Drop Tegangan pada Peralatan Listrik

Apabila tegangan yang diterima suatu peralatan listrik berbeda dengan

tegangan nominalnya, maka akan berpengaruh terhadap peralatan listrik tersebut.

Hal ini sangat tergantung pada peralatan listrik tersebut, berapa besar

penyimpangan yang terjadi dan apakah masih sesuai dengan toleransi yang

diperkenankan. Sebagaimana diketahui bahwa umumnya pemakai tenaga listrik

yang terbanyak adalah beban rumah tangga yang digunakan untuk penerangan dan

kebutuhan alat-alat rumah tangga lainnya, maka pengaruh jatuh tegangan terhadap

peralatan listrik pada pemakai rumah tangga. Untuk pemakaian rumah tangga

dengan daya kecil, tenaga listrik dipakai untuk penerangan dalam hal ini lampu

pijar dan TL. Selain untuk pemakaian penerangan juga digunakan pada alat-alat

listrik seperti alat pemanas dan alat elektronik (Marsudi, 2006 ; Kadir, 2000).

2.2.5 Analisa Aliran Daya

Dalam sistem tenaga listrik banyak sekali ditemui persoalan. Persoalan

tersebut antara lain:

1. Penentuan aliran daya pada sistem.

2. Perhitungan hubung singkat.

3. Stabilitas tenaga listrik.

4. Pengaturan daya reaktif dan tegangan.

5. Kondisi yang terjadi saat pelepasan beban.

6. Interkoneksi antara sistem tenaga listrik yang saling mendukung.

7. Keandalan suatu sistem tenaga listrik.

Banyaknya persoalan-persoalan tersebut, mengakibatkan diperlukannya

suatu sistem analisa yang memudahkan dan juga mempercepat penelitian terhadap

16

masalah-masalah tersebut, sehingga bisa ditemukan solusi yang lebih baik dalam

pelaksanaan operasi sistem tenaga listrik itu sendiri.

Salah satu sistem analisa yang bisa digunakan adalah sistem analisa aliran

daya, yang secara definisi dapat diartikan sebagai perhitungan daya aktif dan

reaktif yang mengalir dalam setiap saluran dan besar serta sudut fasa tegangan

setiap bus dari suatu sistem dengan pembangkitan serta kondisi beban yang

tertentu yang dianggap konstan (steady state).

Hasil yang diharapkan bisa didapat dalam suatu sistem analisa dengan

metode aliran daya ini adalah sebagai berikut :

1. Besar dan sudut fasa dari tegangan.

2. Daya reaktif pada generator.

3. Aliran daya aktif dan reaktif pada sistem.

4. Rugi-rugi daya.

Dari hasil yang didapatkan dari analisa tersebut diharapkan dapat

digunakan untuk:

1. Monitoring secara terus-menerus terhadap arus yang mengalir pada sistem.

2. Mengetahui kondisi mula untuk studi operasi yang lebih ekonomis, hubung

singkat, stabilitas dan perencanaan pengembangan sistem.

3. Menganalisa keefektifan sistem baru , jika ditambahkan pembangkit

maupun saluran-saluran dan beban-beban tambahan di masa yang akan

datang untuk memenuhi permintaan suplai daya yang lebih besar.

4. Dalam perhitungan aliran daya secara garis besar ada 3 (tiga) langkah utama,

yaitu :

a. Di setiap bus perlu ditentukan atau dihitung 4 (empat) variabel wajib,

yaitu besarnya daya aktif (P), daya reaktif (Q), tegangan (V) dan sudut

fasa V. Menghitung daya aktif dan daya reaktif dapat dicari dengan

persamaan (2.13 dan 2.14)

b. Persamaan pertama dalam langkah perhitungan ini adalah persamaan yang

menyatakan hubungan antara arus (I), tegangan (V), daya aktif (P), dan

daya reaktif (Q) pada suatu bus i, yaitu :

17

i

iii

V

jQPI …………………………(2.15)

Dimana :

Vi* : L conjugate tegangan dan bus i.

I : Diberi tanda positif apabila mengalir ke bus i dan diberi tanda

negatif apabila mengalir meninggalkan bus. Persamaan kedua

yang dipakai adalah persamaan yang menggambarkan hubungan

antara besarnya arus di bus I, yaitu I dengan tegangan di semua

bus dalam sistem (bus j) melalui matriks.

n

j

ijji YVI1

………………………..(2.16)

Dimana :

j : 1, 2, 3, ....n, n adalah jumlah bus yang ada pada sistem dan Yij

merupakan admitansi. Arus yang ada di bus i yaitu li, harus dapat

memenuhi persamaan 2.13 dan persamaan 2.14. Hal ini dapat

dilakukan sebagai berikut :

iiii IVjQP ………………………(2.17)

Nilai Ii dari persamaan 2.16 dimasukkan ke dalam persamaan

2.17 memberikan :

n

j

ijjiii YVVjQP1

...………………...(2.18)

Dimana :

i = 1, 2, 3, …n

Jika bagian riil (Ri) dan bagian imajiner (Im) dipisahkan maka didapat :

ijjiii YVVRP ...………………….(2.19)

ijjimi YVVIQ ……………………(2.20)

Selanjutnya daya nyata dan daya reaktif dapat dinyatakan sebagai berikut :

jiijjiij

n

j

jii BGVVP

sincos1

………..(2.21)

18

Dimana :

i = 1, 2, 3, …n

jiijjiij

n

j

jii BGVVP

cossin1

..…………(2.22)

2.2.6 Faktor-Faktor Kegagalan Sistem Distribusi

2.2.6.1 Perencanaan Yang Tidak Mengindahkan Kriteria Teknik Yang Baik

Hal ini dapat terjadi seperti dalam pengembangan sistem distribusi yang

dilakukan tanpa mengikuti suatu pola tertentu, tetapi hanya menarik jaringan yang

terdekat dari beban dan tanpa ramalan beban selanjutnya. Hal ini menyebabkan

jaringan cepat berbeban lebih yang akan menaikkan susut. Perencanaan jaringan

yang terlalu panjang walaupun menggunakan pengatur tegangan untuk memenuhi

standar tegangan ujung juga merupakan sumber kenaikan susut.

2.2.6.2 Pembangunan Tidak Sesuai Dengan Standar

Ini dapat terjadi bukan hanya pada saat konstruksi jaringan tetapi juga

pada saat pengadaan materialnya. Misalnya karena tidak dilakukan acceptance

test maka didapat material konektor dibawah spesifikasi dimana nilai spesifikasi

muai antara bagian badan konektordan bautnya tidak sesuai sehingga baru

beroperasi setengah sampai satu tahun konektor telah kendor jepitannya yng

menaikkan susut.

2.2.6.3 Pengoperasian Yang Tidak Optimum

Hal ini terjadi misalnya pada sistem distribusi yang cukup besar dan mulai

kompleks dimana pengoperasian dilakukan tanpa bantuan Software Manajemen

Distribusi, apalagi bila data-data operasi tidak lengkap. Dalam hal ini dapat terjadi

pembebanan yang berlebih ataupun pembebanan yang menyebabkan power factor

kecil atau juga tegangan ujung dibawah standar.

19

2.2.6.4 Proses Pengelolaan Pelanggan Kurang Dikendalikan

Pada poin ini yang paling berpengaruh pada susut adalah mulai proses

penyambungan, proses pembacaan meter dan proses pembuatan rekening. Pada

proses penyambungan, bila penyambungan baru kurang dikendalikan akan dapat

terjadi periode penyambungan yang lama, sehingga bila calon pelanggan tak

sabar, dapat melakukan penyambungan illegal sehingga terjadi pemakaian yang

tidak tercatat.

Pada proses pembacaan meter bila kurang pengendalian dapat terjadi

pembacaan yang terlalu rendah jauh dibawah pemakaian yang sebenarnya,

pelanggan tak dicatat meternya, pelanggan tercatat resmi tetapi alamat tidak

ditemukan sehingga tidak pernah dicatat meternya. Bila hasil pembacaan meter

tidak dianalisa dan dievaluasi secara cepat maka tidak akan sempat melakukan

pembacaan ulang untuk hasil pembacaan yang terlalu rendah sehingga sebagian

pemakaian akan menjadi susut.Pada proses pembuatan rekening bila kurang

pengendaliannya dapat terjadi rekening terlalu rendah (khusus pada sistem

pembacaan manual) yang berarti pemakaian terlalu rendah yang disebabkan oleh

kesalahan entry data.

2.2.6.5 Pengukuran Kurang Tepat

Hal ini terjadi bila ada kesalahan pengawatan baik pada meternya atau

pengawatan antara current transformator, potensio transformator, time switch dan

meternya. Atau kekurang sesuaian antara rating meter dengan daya tersambung

pelanggan sehingga penunjukan meter tidak benar. Kemungkinan lain adalah

adanya salah baca oleh pembaca meter.

2.2.6.6 Pengaman Instalasi Tidak Sesuai Aturan

Hal ini mencakup pengamanan secara elektrik maupun mekanik.

Pengamanan secara elektrik misalnya bila pada trafo pengukuran dilengkapi

pengaman lebur, maka bila pengaman lebur tersebut putus menyebabkan sebagian

tegangan yang masuk pada meter akan hilang dan bila hal ini tidak menyebabkan

20

terbukanya pemutus sirkuit utama maka pengukuran meter akan jauh dibawah

pemakaian sebenarnya.

Pengaman mekanik misalnya bila pengelolaan tang segel maupun segelnya

tidak dijaga ketat, maka mudah terjadi kecurangan untuk membuka dan

memasang segel guna merubah kedudukan register pada meter dirumah

pelanggan. Hal ini pula yang akan menyebabkan penunjukan meter dibawah

pemakaian sebenarnya.

2.2.7 Gangguan Sympathetic Trip Akibat Pengaruh Arus Kapasitif

Gangguan hubung singkat terjadi pada fasa R penyulang 1 pada gambar

2.5 dengan titik gangguan umpamakan jaraknya 25% panjang saluran penyulang

1. Arus gangguan dari pangkal saluran menuju titik gangguan melalui GFR1, dan

mengakibatkan rele ini bekerja sehingga PMT trip. Tetapi pada saat yang sama,

arus kapasitif yang dikandung fasa R pada penyulang 2 sampai dengan penyulang

yang lain juga mengalir menuju titik gangguan di fasa R pada penyulang 1 melalui

interbus trafo.

Gambar 2.5 Kondisi Saat Terjadi Gangguan

Sumber : Cakasana A. F, 2012

Bila setting rele pada penyulang 2 dan penyulang yang lain lebih kecil dari

arus kapasitif yang mengalir, maka penyulang 2 dan penyulang yang lain akan

trip. Tetapi bila setting relenya lebih besar dari arus kapasitif yang mengalir maka

penyulang 2 dan penyulang yang lainnya tidak akan trip. Jadi sebagai kesimpulan,

agar tidak terjadi sympathetic trip, setting tanah harus lebih besar dari arus

kapasitif yang dikandung masing-masing penyulang yang keluar dari interbus

trafo yang sama.

21

2.2.7.1 Arus Kapasitif

Arus kapasitif merupakan arus lebih atau juga dapat disebut arus residu

yang dimana timbul pada line yang sehat ketika terjadi gangguan pada sebuah line

di penyulang tiga fasa. Ketika terjadi gangguan pada salah satu line, tegangan

akan menjadi nol sehinga mengakibatkan arus yang mengalir akan menjadi besar.

Kelebihan arus inilah merupakan arus kapasitif yang akan mengalir melalui line

yang sehat. Jika arus kapasitif bertemu belitan / trafo, arus kapasitif tidak dapat

diredam atau dihilangkan. Hubungan antara arus kapasitif dengan gangguan tanah

adalah semakin besar arus kapasitif, maka gangguan tanah akan semakin besar.

Salah satu sifat dari kapasitor adalah membersihkan riak. Disini kapasitor

menyimpan arus, setelah penuh arus akan dilewatkan. Tetapi sebelum dilewatkan,

kapasitor akan menghilangkan riak pada arus. Riak inilah yang mengakibatkan

sympathetic trip.

Sebelum menghitung arus kapasitif pada penyulang, terlebih dahulu

menentukan reaktansi kapasitif total penyulang dengan rumus :

XC = 1

2 × 𝜋 × 50 ×𝐶𝑒 × 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑠𝑎𝑙𝑢𝑟𝑎𝑛 × 10−6 ……… (2.23)

Hasil dari perhitungan reaktansi kapasitif total penyulang dimasukan

kedalam rumus untuk mencari arus kapasitif penyulang.

Ice = 3×Vsekunder ×1000/ 3

𝑋𝐶 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑒𝑛𝑔 𝑕𝑎𝑛𝑡𝑎𝑟 A ……………….…. (2.24)

2.2.8 Pengertian dan Fungsi Pengaman

2.2.8.1 Pengertian Pengaman

Sistem pengaman adalah cara untuk mencegah/membatasi kerusakan

peralatan terhadap gangguan, sehingga kelangsungan penyaluran tenaga listrik

dapat dipertahankan salah satu alat pengaman yang digunakan adalah rele. Rele

adalah suatu alat pengaman yang bekerja secara otomatis mengukur /

22

memasukkan rangkaian listrik ( rangkaian trip atau alarm ) akibat adanya

perubahan rangkain lain.

2.2.8.2 Fungsi Pengaman

Fungsi sistem pengaman adalah :

1. Untuk menghindari atau mengurangi kerusakan akibat gangguan pada yang

terganggu atau peralatan yang dilalui oleh arus gangguan.

2. Untuk melokalisir ( mengisolir ) daerah gangguan menjadi sekecil mungkin.

3. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalanyang tinggi

kepada konsumen.

2.2.9 Persyaratan Kerja Sistem Pengaman

Untuk memenuhi fungsi di atas, rele proteksi harus memenuhi beberapa

persyaratan sebagai berikut:

1. Selektif

Suatu rele proteksi proteksi adalah bertugas mengamankan suatu alat atau

bagian dari sistem tenaga listrik dalam jangkauan pengamannya. Letak

pemutus tenaga ( PMT ) sedemikian rupa sehingga setiap bagian dari sistem

dapat dipisah-pisahkan. Maka tugas rele adalah mendeteksi adanya gangguan

yang terjadi pada daerah pengamannya, dan 22eriod perintah untuk membuka

PMT, dan memisahkan bagian dari sistem yang terganggu. Dengan demikian

bagian sistem yang lain yang tidak terganggu dapat beroperasi dengan normal.

Jika hal ini dapat direalisir, maka pengaman yang selektip.

2. Dapat diandalkan

Dalam keadaan normal, tidak ada gangguan tidak bekerja, mungkin berbulan –

bulan atau bertahun – tahun. Tetapi bila pada suatu saat ada gangguan, maka ia

harus bekerja, maka dalam hal ini rele tidak boleh gagal bekerja, karena

pemadaman akan meluas. Disamping itu juga rele tidak boleh salah bekerja.

Dalam hal yang harus dapat diandalkan bukan hanya relenya saja, tetapi juga

komponen – komponen perangkat proteksi itu. Keadaan rele proteksi itu

ditentukan mulai dari rencana, pengerjaan, bahan yang digunakan dengan

23

pengawatannya. Oleh karena itu diperlukan perawatan yang dalam hal ini perlu

adanya pengujian secara periodik.

3. Cepat

Waktu kerja rele cepat, makin cepat rele bekerja, maka tidak hanya dapat

memperkecil kerusakan akibat gangguan tetapi juga dapat memperkecil

kemungkinan meluasnya gangguan.

Adakalanya demi terciptanya selektivitasnya dikehendaki adanya penundaan

waktu (time delay). Tetapi secara keseluruhan tetap dikehendaki waktu kerja

rele yang cepat. Jadi harus dapat memberikan selektivitas yang baik dengan

waktu yang lebih cepat.

4. Peka

Rele dikatakan peka bila dapat bekerja dengan masukan (input) dari besaran

yang dideteksi adalah kecil. Jadi rele dapat bekerja pada awal kejadian

gangguan.

2.2.10 Perhitungan Arus Hubung Singkat

Perhitungan praktis untuk menghitung besar arus hubung singkat dalam

sistem distribusi dapat dilakukan sebagai berikut :

a. Hubung Singkat Tiga Fasa

𝐼3𝐹 =V/ 3

𝑍𝑒𝑞 A ………………………….(2.25)

Di mana V adalah tegangan nominal line to line, dan Zeq adalah impedansi

ekivalen sistem ketika arus mengalir dari sumber menuju titik hubung singkat.

b. Hubung Singkat Dua Fasa

𝐼2𝐹 =𝑉

𝑧1𝑒𝑞+𝑧2𝑒𝑞 A ……………………….(2.26)

c. Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah

Hubung singkat ini melibatkan impedansi urutan nol (Z0), dan besarnya arus

hubung singkat ini tergantung sistem pentanahan yang digunakan.

𝐼1𝐹 =3𝑉/ 3

𝑧1𝑒𝑞+𝑧2𝑒𝑞+𝑧0𝑒𝑞 A …………………….(2.27)

24

2.2.11 Menghitung Impedansi

Dalam menghitung impedansi dikenal tiga macam impedansi urutan yaitu :

1. Impedansi urutan positif ( Z1 ), yaitu impedansi yang hanya dirasakan oleh

arus urutan positif.

2. Impedansi urutan negatif ( Z2 ), yaitu impedansi yang hanya dirasakan

oleh arus urutan negatif.

3. Impedansi urutan nol ( Z0 ), yaitu impedansi yang hanya dirasakan oleh

urutan nol.

Sebelum melakukan perhitungan arus hubung singkat, maka kita harus memulai

perhitungan pada rel daya tegangan primer di gardu induk untuk berbagai jenis

gangguan, kemudian menghitung pada titik – titik lainnya yang letaknya semakin

jauh dari gardu induk tersebut. Untuk itu diperlukan pengetahuan mengenai dasar

impedansi urutan rel daya tegangan tinggi atau bisa juga disebut sebagai

impedansi sumber, impedansi transformator, dan impedansi penyulang.

a) Impedansi sumber

Sebelum menghitung impedansi sumber pada sisi bus 20 kV harus diketahui nilai

hubung singkat MVA. Persamaan untuk mencari nilai hubung singkat MVA

adalah:

MVAhs = Ihs3Ømax × (Tegangan Primer Trafo × 3 )………(2.28)

Untuk menghitung impedansi sumber di sisi bus 20 kV, maka harus dihitung dulu

impedansi sumber di bus 150 kV. Impedansi sumber di bus 150 kV diperoleh

dengan rumus :

Zs = kV ²

MVAsc ……………………………. (2.29)

Dimana :

Zs = Impedansi sumber (Ω)

kV² = Tegangan sisi primer trafo tenaga (kV)

MVA = Data hubung singkat di bus 150 kV (MVA)

25

b) Impedansi transformator

Pada perhitungan impedansi suatu transformator yang diambil adalah harga

reaktansinya, sedangkan tahanannya diabaikan karena harganya kecil. Untuk

mencari nilai reaktansi trafo dalam Ohm dihitung dengan cara sebagai berikut.

Langkah petama mencari nilai ohm pada 100% untuk trafo pada 20 kV, yaitu

dengan menggunakan rumus :

Zt =kV ² sisi sekunder

MVAtrafo ……………………… (2.30)

Dimana :

Zt = Impedansi trafo (Ω)

kV² sisi sekuner = Tegangan sisi sekunder trafo tenaga (kV)

MVA = kapasitas daya trafo (MVA)

Lalu tahap selanjutnya yaitu mencari nilai impedansi tenaganya :

1. Untuk menghitung impedansi urutan positif dan negatif (Zt1 = Zt2)

dihitung dengan menggunakan rumus :

Zt = % Zt yang diketahui × Zt (pada 100%) …………….. (2.31)

2. Sebelum menghitung reaktansi urutan nol (Xt0) terlebih dahulu harus

diketahui data trafo tenaga itu sendiri yaitu data dari kapasitas belitan delta

yang ada dalam trafo :

1. Untuk trafo tenaga dengan hubungan belitanY dimana kapasitas

belitan delta sama besar dengan kapasitas belitan Y, maka

Xt0 = Xt1 ……………………………. (2.32)

2. Untuk trafo tenaga dengan hubungan belitan Yyd dimana kapasitas

belitan delta (d) biasanya adalah sepertiga dari kapasitas belitan Y

(belitan yang dipakai untuk menyalurkan daya, sedangkan belitan

delta tetap ada di dalam tetapi tidak dikeluarkan kecuali satu terminal

delta untuk ditanahkan), maka

Xt0 = 3 × Xt1 ………………………. (2.33)

26

3. Untuk trafo tenaga dengan hubungan belitan YY dan tidak

mempunyai belitan delta di dalamnya, maka untuk menghitung

besarnya Xt0 berkisar antara 9 s/d 14 × Xt1. Dalam perhitungan

dipakai persamaan:

Xt0 = 10 × Xt1 ………………………… (2.34)

c) Impedansi penyulang

Untuk perhitungan impedansi penyulang, perhitungannya tergantung dari

besarnya impedansi per km dari penyulang yang akan dihitung, dimana besar

nilainya tergantung pada jenis penghantarnya, yaitu dari bahan apa penghantar

tersebut dibuat dan juga tergantung dari besar kecilnya penampang dan panjang

penghantarnya.

Disamping itu penghantar juga dipengaruhi perubahan temperatur dan konfigurasi

dari penyulang juga sangat mempengaruhi besarnya impedansi penyulang

tersebut. Contoh besarnya nilai impedansi suatu penyulang : Z = (R + jX)

Sehingga untuk impedansi penyulang dapat ditentukan dengan menggunakan

rumus :

1. Urutan positif dan urutan negative

Z1 = Z2 = panjang penyulang (km) × Z1 / Z2 (Ω) …... (2.35)

Dimana :

Z1 = Impedansi urutan positif (Ω)

Z2 = Impedansi urutan negatif (Ω)

2. Urutan nol

Z0 = panjang penyulang (km) × Z0 (Ω) …………... (2.36)

Dimana :

Z0 = Impedansi urutan nol (Ω)

d) Impedansi ekivalen jaringan

Perhitungan yang akan dilakukan di sini adalah perhitungan besarnya nilai

impedansi ekivalen positif, negatif dan nol dari titik gangguan sampai ke sumber.

Karena dari sejak sumber ke titik gangguan impedansi yang terbentuk adalah

27

tersambung seri maka perhitungan Z1eq dan Z2eq dapat langsung dengan cara

menjumlahkan impedansi tersebut, sedangkan untuk perhitungan Z0eq dimulai

dari titik gangguan sampai ke trafo tenaga yang netralnya ditanahkan. Akan tetapi

untuk menghitung impedansi Z0eq ini, harus diketahui dulu hubungan belitan

trafonya. Impedansi ekivalen jaringan dapat dihitung dengan menggunakan

rumus:

1. Urutan positif dan urutan negative (Z1eq = Z2eq)

Z1eq = Z2eq = Zs1 + Zt1 + Z1 penyulang ………… (2.37)

Dimana :

Z1eq = Impedansi ekivalen jaringan urutan positif (Ω)

Z2eq = Impedansi ekivalen jaringan urutan negatif (Ω)

Zs1 = Impedansi sumber sisi 20 kV (Ω)

Zt1 = Impedansi trafo tenaga urutan positif dan negatif (Ω)

Z1 = Impedansi urutan positif dan negatif (Ω)

2. Urutan nol

Z0eq = Zt0 + 3RN + Z0 penyulang ………………….. (2.38)

Dimana :

Z0eq = Impedansi ekivalen jaringan nol (Ω)

Zt0 = Impedansi trafo tenaga urutan nol (Ω)

RN = Tahanan tanah trafo tenaga (Ω)

Zo = Impedansi urutan nol (Ω)

2.2.12 Ground Fault Relay (GFR)

Gangguan satu fasa ke tanah sangat tergantung dari jenis pentanahan dan

sistemnya. Gangguan satu fasa ke tanah umumnya bukan merupakan hubung

singkat melalui tahanan gangguan, sehingga arus gangguannya menjadi semakin

kecil dan tidak bisa terdeteksi oleh Over Current Relay (OCR). Dengan demikian

diperlukan rele pengaman gangguan tanah.

Pada gambar di bawah merupakan rangkaian pengawatan dari rele GFR.

Rele hubung tanah yang lebih dikenal dengan GFR (Ground Fault Relay) pada

dasarnya mempunyai prinsip kerja sama dengan rele arus lebih (OCR) namun

28

memiliki perbedaan dalam kegunaannya. Bila rele OCR mendeteksi adanya

hubungan singkat antara fasa, maka GFR mendeteksi adanya hubung singkat ke

tanah.

Gambar 2.6 Rangkaian pengawatan rele GFR

Sumber : Irfan Affandi

2.2.12.1 Jenis Ground Fault Relay Berdasarkan Waktu Kerja

Ground Fault Relay (GFR) dapat dibedakan menjadi beberapa jenis,

diantaranya adalah :

1. Ground Fault Relay (GFR) Inverse

Ground Fault Relay (GFR) Inverse adalah waktunya kerjanya

tegantung dari arus gangguan. Rele ini akan memberikan perintah

kepada PMT (Pemutus Tenaga) pada saat terjadi gangguan bila besar

gangguannya melampaui arus penyetelannya dan jangka waktu rele ini

mulai pick up sampai kerja waktunya diperpanjang berbanding terbailk

dengan besarnya arus.

Sifat atau karakteristik dari rele inverse adalah rele baru akan bekerja

bila yang mengalir pada rele tersebut melebihi besarnya arus setting (Is)

yang telah ditentukan. Dan lamanya waktu rele bekerja untuk

memberikan komando tripping adalah paling lambat sesuai dengan

waktu setting (Ts) yang dipilih. Pada rele ini waktu bekerjanya (T trip)

tidak sama dengan waktu setting (Ts). Karena sangat tergantung dengan

besarnya arus yang mengerjakan rele tersebut, sehingga makin besar

29

arus yang mengerjakan rele tersebut maka makin cepat waktu kerja (T

trip) dari rele tersebut.

detik

tset

I (amp)

Gambar 2.7 Karakteristik Inverse

Sumber : Prasetyo, N. E. 2009

2. Ground Fault Relay (GFR) Definite

Ground Fault Relay (GFR) Definite adalah Ground Fault Relay (GFR)

yang waktu kerjanya tidak tergantung dari arus gangguan. Rele ini

memberikan perintah kepada PMT (Pemutus Tenaga) pada saat terjadi

gangguan bila besar gangguannya melampaui arus penyetelannya, dan

jangka waktu rele ini mulai pick up sampai kerja diperpanjang dengan

waktu tidak tergantung besarnya arus.

Sifat atau karakteristik dari rele definite adalah rele baru akan bekerja

bila yang mengalir pada rele tersebut melebihi besarnya arus setting (Is)

yang telah ditentukan. Dan lamanya selang waktu rele bekerja untuk

memberikan komando tripping adalah sesuai dengan waktu setting (Ts)

yang diinginkan. Pada rele ini waktu bekerjanya (T tripping = Ts) tetap

konstan, tidak dipengaruhi oleh besarnya arus yang mengerjakan rele

tersebut.

detik

tset I(A)

Gambar 2.8 Karakteristik Definite

Sumber : Prasetyo, N. E. 2009

30

3. Ground Fault Relay (GFR) Instantaneous

Ground Fault Relay (GFR) Instantaneous adalah Ground Fault Relay

(GFR) yang bekerja tanpa waktu tunda. Rele ini akan memberikan

perintah kepada PMT (Pemutus Tenaga) pada saat terjadi gangguan bila

besar arus gangguannya melampaui arus penyetelannya, dan jangka

waktu kerja mulai pick up sampai kerja sangat singkat tanpa penundaan

waktu (20 – 60 mdet).

Karena rele ini tanpa perlambatan, maka koordinasi untuk mendapatkan

selektifitas didasarkan tingkat beda arus. Adapun jangkauan rele ini

karena bekerjanya seketika atau tanpa perlambatan waktu, supaya

selektif maka tidak boleh menjangkau pada keadaan arus gangguan

maksimum.

detik

tset I(A)

Gambar 2.9 karakteristik Instantaneous

Sumber : Prasetyo, N. E. 2009

2.2.12.2 Penyetelan Ground Fault Relay (GFR)

Sebagian besar gangguan hubung singkat yang terjadi adalah gangguan

hubung singkat fasa ke tanah maka rele yang perlu digunakan adalah Ground

Fault Relay (GFR). Untuk gangguan penggerak Ground Fault Relay (GFR)

dipakai arus urutan nol serta tegangan urutan nol.Untuk sistem yang beroperasi

dalam keadaan normal arus urutan nol tidak mengalir.

Pada prinsipnya kerja Ground Fault Relay (GFR) dan Over Current Relay

(OCR) sama namun karena besar arus gangguan tanah lebih kecil dibandingkan

besar arus gangguan fasa maka digunakan Ground Fault Relay (GFR). Prinsip

kerja Ground Fault Relay (GFR) yaitu pada kondisi normal dengan beban

seimbang arus –arus fasa Ir, Is, dan It (Ib) sama besar sehingga kawat netral tidak

timbul arus dan rele gangguan tanah tidak dialiri arus. Namun bila terjadi

ketidakseimbangan arus atau terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah maka

31

akan timbul arus urutan nol pada kawat netral. Arus urutan nol ini akan

mengakibatkan Ground Fault Relay (GFR) bekerja.

Untuk menentukan penyetelan (setting) Ground Fault Relay (GFR)

terlebih dahulu diketahui besar arus hubung singkat yang mungkin terjadi, dan

harus diketahui terlebih dahulu impedansi sumber, reaktansi trafo tenaga, dan

impedansi penyulang. Dan setelah ketiga komponen yang telah disebutkan , baru

dapat ditentukan total impedansi jaringan. Total impedansi jaringan inilah yang

akan langsung digunakan dalam perhitungan arus hubung singkat. Dalam

perhitungan arus hubung singkat satu fasa ke tanah sangat dipengaruhi oleh sistem

pentanahan yang digunakan.

2.2.12.3 Penyetelan Ground Fault Relay (GFR) pada Sistem Tanpa

Pentanahan

Pada sistem ini arus gangguan satu fasa ke tanah relatif kecil namun terjadi

pergeseran tegangan bila sistemnya menggunakan rele tegangan urutan nol. Maka

rele ini tidak boleh bekerja bila terjadi pergeseran tegangan pada keadaan normal.

V0 = 30% × V …………………………. (2.38)

Dimana:

V0 = Penyetelan rele tegangan urutan nol

V = Tegangan nol

2.2.12.4 Penyetelan Ground Fault Relay (GFR) pada Sistem Pentanahan

Langsung

Penyetelan untuk pengaman gangguan tanah pada sistem ini sama dengan

sistem pentanahan melalui tahanan rendah tetapi untuk sistem 3 fasa 4 kawat

harus dipertimbangkan adanya ketidakseimbangan yang minimum. Penyetelan

rele gangguan tanah pada sistem ini adalah :

Iset = ks × Ivb A …………………………(2.39)

Dimana :

Iset = Penyetelan arus gangguan tanah

32

Ivb = Arus tidak seimbang yang mungkin terjadi

Ks = Faktor keamanan, digunakan 1,2 – 1,5

Karena pada jaringan ini arus gangguan cukup besar maka kriteria

penyetelannya sama dengan rele gangguan antar fasa tetapi batas minimum dapat

lebih kecil dari arus beban nominal.

2.2.12.5 Penyetelan Ground Fault Relay (GFR) pada Sistem Pentanahan

Melalui Tahanan Rendah

Penyetelan Ground Fault Relay GFR) pada Sistem Pentanahan Melalui

Tahanan Rendah ada beberapa jenis, yaitu :

1. Ground Fault Relay (GFR) pada SUTM

Arus gangguan pada umumnya lebih kecil, hal ini karena gangguan tanah

melalui tahanan gangguan tanah maka penyetelan rele ini adalah :

Iset = 10% × I0 A …………………………(2.40)

Dimana, Iset = Penyetelan arus rele

Io = Arus gangguan terkecil ( ujung penyulang )

2. Ground Fault Relay (GFR) pada SKTM

Pada jaringan SKTM saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah aka mengalir

arus kapasitif yang cukup besar termasuk pada penyulang yang tidak

terganggu. Dengan diasumsikan saat menentukan penyetelan untuk batasan

minimum harus diperhitungkan bahwa rele tidak boleh bekerja pada saluran

yang tidak terganggu. Penyetelannya sebagai berikut :

Iset = ks × IsCE A ………………………..(2.41)

Dimana :

Iset = Penyetelan arus

IsCE = Arus kapasitif saluran yang terpanjang operasinya

Ks = Faktor keamanan digunakan 1,2 – 1,5.

33

2.2.12.6 Penyetelan Ground Fault Relay(GFR) pada Sistem Pentanahan

Melalui Tahanan Tinggi.

Pada sistem ini arus gangguan satu fasa ke tanah besarnya hanya 23 A dan

tidak jauh dengan kapasistansi ke tanah. Artinya arus kapasistansi ke tanah tidak

dapat diabaikan terhadap arus resistif.

Adapaun rele yang digunakan adalah rele gangguan tanah berarah. Rele ini

sangat sensitif dengan karakteristik waktu tertentu. Rele ini mendapat suplai dari

arus urutan nol tegangan urutan nol. Setelan minimum rele gangguan ini adalah 1

A.

Jika Is minimum masih bisa menyebabkan rele bekerja adalah 1,25 × Iset.

Maka tahanan gangguan Rf maksimum yang masih menyebabkan rele bekerja

sekitar 8500 Ω. Jadi akibat sentuhan ranting pohon atau kawat putus menyentuh

tanah diharapkan rele bekerja.

2.2.12.7 Setting GFR

Dalam Ground Fault Relayada beberapa hal yang harus disetting, dimana

itu arus dan setelan waktunya. Penjelasannya sebagai berikut :

1. Arus Setting GFR

Penyetelan rele GFR pada sisi primer dan sisi sekunder transformator tenaga

terlebih dahulu harus dihitung arus setting. Arus setting untuk rele GFR baik

pada sisi primer maupun pada sisi sekunder transformator tenaga adalah :

Iset = 0,1 × Arus gangguan tanah terkecil A ………………(2.42)

2. Setelan waktu (TMS)

Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat, selanjutnya digunakan untuk

menentukan nilai setelan waktu kerja rele (TMS). Rele GFR menggunakan

rumus penyetingan TMS dimana waktu kerja rele yang diinginkann lebih

sensitif dari pada rele OCR.

34

tms =

𝑡𝑠𝑒𝑡 𝐼𝑓𝑎𝑢𝑙𝑡

𝐼𝑠𝑒𝑡

0,02− 1

0,14 SI ………..…. (2.43)

Untuk menentukan nilai TMS yang akan disetkan pada rele GFR sisi incoming

20 kV dan sisi 150 kV transformator tenaga diambil arus hubung singkat 1 fasa

ke tanah.

Persamaan untuk menentukan nilai TMS yang akan disetkan pada rele GFR

sisi penyulang yang mengalami gangguan Sympathetic Trip menggunakan

rumus dibawah ini.

tms =

𝑡𝑠𝑒𝑡 𝐼𝑓𝑎𝑢𝑙𝑡 ²+𝐼𝑐𝑒 ²

𝐼𝑠𝑒𝑡

0,02

− 1

0,14 SI ……..…. (2.44)

3. Pemeriksaan Selektifitas Kerja Ground Fault Relay(GFR)

Hasil perhitungan setelan Ground Fault Relay(GFR) masih harus diperiksa.

Waktu kerja Ground Fault Relay(GFR) yang terpasang di penyulang dan yang

terpasang di incoming trafo tenaga 20 kV sudah bekerja selektif, tetapi masih

harus diperiksa apakah memberikan beda waktu kerja (grading time) yang

terlalu lama. Untuk Gradding Time yang terlalu lama, bila terjadi kegagalan

kerja Ground Fault Relay(GFR) di penyulang, maka Ground Fault

Relay(GFR) di incoming 20 kV dalam hal ini bekerja sebagai pengaman

cadangan menjadi terlalu lama mengetripkan PMTnya sehingga bisa merusak

trafo.

Pemeriksaan ini dilakukan terutama pada Ground Fault Relay(GFR) jenis

standar inverse, karena setelan waktu tms pada Ground Fault Relay(GFR) jenis

inverse bukan menunjukkan lamanya waktu kerja rele tersebut. Lamanya

waktu kerja rele ini ditentukan oleh besarnya arus gangguan yang mengalir

direle. Makin besar arus gangguan yang mengalir di rele, makin cepat kerja

rele tersebut menutup kontaknya yang kemudian mentripkan PMT.

35

t = 0,14 × 𝑇𝑚𝑠

𝐼𝑓𝑎𝑢𝑙𝑡

𝐼𝑠𝑒𝑡

0,02− 1

detik …………………… (2.45)

Persamaan yang digunakan dalam mencari waktu kerja rele pada penyulang

yang terkena gangguan penyulang lain adalah sebagai berikut.

t = 0,14 × 𝑇𝑚𝑠

𝐼𝑓𝑎𝑢𝑙𝑡 ²+ 𝐼𝑐𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑦𝑢𝑙𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑔𝑎𝑛𝑔𝑔𝑢 ²

𝐼𝑠𝑒𝑡

0,02

− 1

detik ….. (2.46)

Persamaan yang digunakan dalam mencari waktu kerja rele akibat

pertambahan arus kapasitif dari penyulang lain adalah sebagai berikut.

t = 0,14 × 𝑇𝑚𝑠

𝐼𝑐𝑒 𝑝𝑒𝑦𝑢𝑙𝑎𝑛𝑔 𝑘𝑒 1+𝐼𝑐𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑦𝑢𝑙𝑎𝑛𝑔 𝑘𝑒 2

𝐼𝑠𝑒𝑡

0,02− 1

detik …. (2.47)