PROPOSAL SKRIPSI

PERENCANAAN SISTEM PROTEKSI UNTUK SALURAN

TRANSMISI 500 kV JAWA-BALI CROSSING

SEKOLAH TINGGI TEKNIK-PLN

DISUSUN OLEH :

VALLY OKTADIELLA ERMIN

NIM : 2010 – 11 – 220

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA STRATA SATU

TEKNIK ELEKTRO

JAKARTA 2014

ABSTRAK

Saluran transmisi 500 kV merupakan Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi

(SUTET) yang digunakan sebagai sistem interkoneksi pada sistem tenaga listrik

dengan kapasitas yang besar, seperti sistem interkoneksi Jawa-Bali. Untuk

menurunkan penggunaan pembangkit BBM di Pulau Bali, maka PT PLN (Persero)

selaku penyedia energi listrik merencanakan proyek Jawa-Bali Crossing, yaitu

pembangunan saluran transmisi dari pulau Jawa ke pulau Bali (Over Head Line)

yang akan dilaksanakan dalam dua tahap, untuk tahap pertama pada tahun 2013,

saluran transmisi akan dioperasikan pada level tegangan 150 kV, sedangkan tahap

kedua pada tahun 2015, saluran transmisi akan dioperasikan pada level tegangan

500 kV.

Dalam operasinya, keandalan penyaluran tenaga listrik pada saluran

transmisi 500 kV harus diusahakan sebaik mungkin. Oleh sebab itu, saluran

transmisi ini harus dilengkapi dengan sistem proteksi yang berfungsi untuk

meminimumkan daerah padam dan waktu padam jika terjadi gangguan, dengan cara

mentripkan Circuit Breaker (CB) secara tepat.

Sebagaimana yang telah kita ketahui, semakin tinggi tegangannya maka daya

yang dihantarkan juga akan semakin tinggi, sehingga beban yang hilang ketika

terjadi gangguan juga semakin besar. Hal ini menyebabkan betapa pentingnya untuk

memperhatikan sistem proteksi yang baik pada saluran transmisi tersebut.

Katakunci : sistem proteksi, transmisi.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Jaringan tenaga listrik secara garis besar terdiri dari pusat pembangkit,

jaringan transmisi (gardu induk dan saluran transmisi) dan jaringan distribusi. Di

Indonesia sendiri, konstruksi dari sistem transmisi daya listrik menggunakanan dua

jenis kabel, yaitu kabel udara dan kabel tanah. Untuk tegangan ekstra tinggi (500

kV) digunakan kabel udara. Dengan penggunaan Saluran Udara Tegangan Ekstra

Tinggi (SUTET) ini, diharapkan drop tegangan dan penampang kawat dapat

diminimalisir, sehingga dapat dioperasikan secara efektif dan efisien.

Salah satu penerapan dari penggunaan saluran transmisi 500 kV adalah

saluran transmisi antara pulau Jawa dan pulau Bali yang tengah dibangun oleh

PT.PLN (Persero) selaku penyedia energi listrik. Saluran transmisi ini dikenal

dengan istilah Jawa-Bali Crossing.

Dalam usaha untuk meningkatkan keandalan penyediaan energi listrik,

kebutuhan sistem proteksi yang memadai tidak dapat dihindarkan. Untuk menjaga

keandalan suplay listrik di Bali yang terus meningkat drastis, perlu dilakukan proteksi

saluran transmisi dengan menggunakan distance relay (relay jarak) sebagai proteksi

utamanya, dan didukung dengan peralatan proteksi lainnya seperti line current

differential relay, directional comparison relay, phase comparison relay, OCR, GFR

dan sebagainya.

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :

1. Untuk merencanakan sistem proteksi pada saluran transmisi 500 kV

Jawa-Bali Crossing.

2. Untuk memenuhi salah satu prasyarat untuk memperoleh gelar sarjana

Strata satu (S1) jurusan Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknik-PLN.

1.3 Manfaat Penulisan

Adapun manfaat dari skripsi ini adalah sebagai berikut :

1. Untuk mempelajari lebih mendalam mengenai sistem proteksi pada

saluran transmisi 500 kV (Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi),

khususnya pada Jawa-Bali Crossing.

2. Sebagai bahan referensi bagi mahasiswa lain mengenai materi tersebut

di atas.

1.4 Rumusan Masalah

Untuk dapat menyusun skripsi ini dengan baik dan terarah, maka perlu

diketahui hal-hal sebagai berikut :

1. Jenis gangguan apa saja yang terjadi pada saluran transmisi 500 kV?

2. Peralatan proteksi apa yang digunakan pada saluran transmisi 500 kV

sesuai jenis gangguannya?

3. Bagaimana cara merencanakan system proteksi pada saluran transmisi

500 kV Jawa-Bali Crossing?

1.5 Batasan Masalah

Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada skripsi ini, maka perlu

ditetapkan batasan masalah yang akan dibahas, yaitu sebagai berikut :

1. Sistem proteksi untuk saluran transmisi 500 kV Jawa-Bali Crossing.

2. Penentuan kapasitas Circuit Breaker (CB).

3. Penentuan jenis rele yang digunakan untuk saluran transmisi 500 kV

Jawa-Bali Crossing.

4. Penyetelan awal masing-masing rele yang digunakan pada saluran

transmisi 500 kV Jawa-Bali Crossing.

1.6 Sistematika Penulisan

Bab satu membahas mengenai pendahuluan, bab dua membahas mengenai

sistem transmisi 500 kV Jawa-Bali Crossing, bab tiga membahas mengenai sistem

proteksi untuk saluran transmisi 500 kV, bab empat membahas mengenai

perencanaan sistem proteksi untuk saluran transmisi 500 kV Jawa-Bali Crossing,

dan bab lima merupakan kesimpulan.

BAB II

SISTEM PROTEKSI PADA SALURAN TRANSMISI

2.1 Saluran Transmisi 500 kV (SUTET)

Saluran transmisi 500 kV merupakan Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi

(SUTET) yang ditujukan untuk menyalurkan energi listrik dari pusat-pusat

pembangkit yang jaraknya jauh menuju pusat-pusat beban. Dengan penggunaan

SUTET ini, diharapkan drop tegangan dan penampang kawat dapat diminimalisir,

sehingga dapat dioperasikan secara efektif dan efisien.  Akan tetapi terdapat

permasalahan mendasar dalam pembangunan SUTET, yaitu konstruksi tiang (tower)

yang besar dan tinggi, memerlukan tanah yang luas, dan isolator yang banyak,

sehingga membutuhkan biaya yang besar. Masalah lain yang timbul dalam

pembangunan SUTET adalah masalah sosial, yang akhirnya berdampak pada

masalah pembiayaan.

Saluran transmisi 500 kV ini harus dilengkapi dengan sistem proteksi yang

baik. Fungsi peralatan proteksi adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan

memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih sehat

serta sekaligus mengamankan bagian yang masih sehat dari kerusakan atau

kerugian yang lebih besar.

Sistem proteksi terdiri dari peralatan CT, PT, pemutus tenaga (PMT), catu daya

DC/AC, relay proteksi dan tele proteksi yang diintegerasikan dalam suatu rangkaian

wiring. Disamping itu, diperlukan juga peralatan pendukung untuk kemudahan

operasi dan evaluasi seperti sistem recorder, sistem SCADA dan indikasi relai

(annunciator). PMT sendiri berfungsi untuk memisahkan atau menghubungkan satu

bagian jaringan dengan bagian lain, baik jaringan dalam keadaan normal maupun

dalam keadaan terganggu. Bagian-bagian jaringan tersebut dapat terdiri dari satu

PMT atau lebih.

2.2 Sistem Proteksi Pada SUTET

Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) diproteksi menggunakan relay

jarak sebagai peralatan proteksi utamanya dan didukung dengan peralatan proteksi

lainnya seperti line current differential relay, directional comparison relay, phase

comparison relay, OCR, GFR dan sebagainya. Relay jarak merupakan relay

penghantar yang prinsip kerjanya berdasarkan pengukuran impedansi penghantar.

Relay ini sebagai pengaman utama zone satu disetting 80% dari impedansi SUTET.

Sistem proteksi jaringan (SUTT dan SUTET) terdiri dari Proteksi Utama dan

Proteksi Cadangan. Relai untuk proteksi utama terdiri dari :

a. Distance Relay.

b. Differential Relay.

c. Directional Comparison Relay.

Sedangkan Proteksi Cadangan adalah sebagai berikut :

a. Sistem proteksi cadangan lokal : OCR & GFR.

b. Sistem proteksi cadangan jauh : Zone 2 GI remote.

Pada dasarnya, hanya ada satu pola pengaman SUTET yang dipakai pada

sistem transmisi 500 kV di pulau Jawa, yaitu suatu pola yang menggunakan dua

Line Protection (LP) berupa Distance Relay (Z) + Tele Proteksi (TP) yang identik,

disebut LP(a) dan LP(b). Pada setiap LP terdapat Directional Earth Fault Relay

(DEF) sebagai komplemennya. Pola ini selanjutnya dilengkapi dengan Reclosing

Relay untuk melakukan SPAR. Pola ini dipakai di hampir seluruh SUTET PLN di

Jawa dan untuk itu sering disebut sebagai pola standar. Namun demikian, disamping

pola yang standar terdapat dua pola lain yang non standar, yaitu sebagai berikut :

Pola non standar yang pertama mempunyai dua LP, yaitu LP(a) berupa

Directional Comparison (DC) dari jenis Non-Impedance Relay, yang di-

backup oleh sebuah Distance Relay tanpa Tele Proteksi, LP(b) berupa

distance relay + DEF dengan Tele Proteksi, yang di-backup oleh sebuah

Distance Relay tanpa Tele Proteksi. Pola ini hanya digunakan pada SUTET

Saguling – Cirata 1.

Pola non standar yang kedua mempunyai LP(a) berupa Phase Comparison

yang di backup oleh Distance Relay tanpa Tele Proteksi, dan LP(b) berupa

Distance Relay + DEF dengan Tele Proteksi yang di-backup oleh Distance

Relay tanpa Tele Proteksi. Pola ini hanya digunakan pada SUTET Saguling –

Cirata 2.

Sistem proteksi pada saluran transmisi terdiri dari :

1. Proteksi terhadap sambaran langsung (petir)

Proteksi saluran transmisi terhadap sambaran langsung (petir) dilakukan oleh

kawat tanah. Kawat tanah merupakan kawat yang melindungi saluran transmisi dari

sambaran petir langsung agar tidak mengenai kawat fasa, sehingga kawat tanah

ditempatkan di atas kawat fasa.

2. Proteksi terhadap tegangan lebih

a. Tegangan lebih akibat surja petir

b. Tegangan lebih akibat surja hubung

Proteksi tegangan lebih yang disebabkan oleh sambaran petir (Ligthning

Surge) maupun surja hubung (Switching Surge).dilakukan oleh Lightning Arrester

yang fungsinya membuang tegangan lebih dan memutus arus ikutan sehingga rele

tidak membaca adanya gangguan satu fasa ke tanah. Di dalam Lightning Arrester

terdapat resistor, pada kondisi normal nilai resistansi tinggi, sehingga Lightning

Arrester berfungsi sebagai isolator (pemisah antara fasa dan ground). Sedangkan

pada saat terjadi gangguan (timbul tegangan surja), tegangan akan meningkat,

dengan demikian alat ini berfungsi sebagai konduktor yang resistansinya relatif

rendah sehingga fasa terhubung dengan ground. Kondisi ini mengakibatkan arus

ikutan terputus, dan arus yang tinggi tersebut diteruskan ke tanah. Setelah surja

hilang, Lightning Arrester harus dapat dengan cepat kembali menjadi isolator.

3. Proteksi terhadap arus hubung singkat.

Besarnya arus hubung singkat dapat mencapai enam kali lebih besar dari

nilai arus nominalnya. Proteksi pada saluran transmisi terhadap bahaya arus hubung

singkat yang disebabkan oleh gangguan dilakukan oleh saklar pemutus tenaga

(PMT) atau Circuit Breaker (CB) yang dilengkapi dengan rele.

2.3 Cara Menentukan Penyetelan Rele

2.3.1 Penyetelan Rele Jarak (Distance Relay)

Penyetelan relai jarak terdiri dari tiga daerah pengamanan, yaitu penyetelan

zone-1 dengan waktu kerja relai t1, zone-2 dengan waktu kerja relai t2, dan zone-3

dengan waktu kerja relai t3.

1. Penyetelan Zone-1.

Dengan mempertimbangkan adanya kesalahan-kesalahan dari data saluran,

CT, PT, dan peralatan penunjang lain sebesar 10% – 20 %,.

Zone-1 = 80 % ZL1.

Waktu kerja relai seketika (instantaneous), (t1= 0) tidak dilakukan penyetelan

waktu .

2. Penyetelan Zone-2.

Zona-2 minimum = 1,2 . ZL1

Zona-2 maksimum = 0,8 (ZL1 +ZL2)

di mana : ZL1 : Impedansi saluran yang diamankan

ZL2 : Impedansi saluran berikutnya yang terpendek

Waktu kerja relai t2= 0.4 s/d 0.8 dt.

3. Penyetelan Zone-3.

Zona-3 minimum = 1,2 (ZL1 + 0,8 . ZL3)

Zona-3 maksimum = 0,8 (ZL1 +1,2 . ZL3)

di mana : ZL1 : Impedansi saluran yang diamankan

ZL3 : Impedansi saluran berikutnya yang terpanjang

Waktu kerja relai t3= 1.2 s/d 1.6 dt.

4. Penyetelan Zone-3 reverse.

Fungsi penyetelan zone-3 reverse adalah digunakan pada saat pemilihan

teleproteksi pola blocking.

- Bila Z3 Reverse member sinyal trip, maka zona-3 Rev sebesar :

Zona-3 Rev = 1,5 . ZL2 – ZL1

- Bila Z3 rev memberi sinyal trip, maka zona-3 Rev sebesar :

Zona-3 Rev = 1,5 . ZL2 – ZL1

- Bila Z3 Rev tidak member sinyal trip, maka zona-3 Rev sebesar :

Zone-3 Rev = 2 . ZL2 - ZL1

5.Penyetelan Starting.

Fungsi starting relai jarak adalah sebagai berikut :

1. Mendeteksi adanya gangguan.

2. Menentukan jenis gangguan dan memilih fasa yang terganggu.

6. Penyetelan Resistif Reach.

Fungsi penyetelan resistif reach adalah mengamankan gangguan yang

bersifat high resistance. Prinsip penyetelan resistif reach (Rb) tidak melebihi dari

kreteria setengah beban (1/2 Zbeban ).

Rele jarak dapat membedakan antara gangguan dengan ayunan daya. Untuk

itu rele jarak dilengkapi dengan Powerswing Block (PSB) yang akan bekerja jika

adanya ayunan daya. Selain itu, untuk memproteksi saluran transmisi terdapat

Aided Scheme yang membantu rele jarak. Dengan adanya Aided Scheme, ketika

terjadi gangguan pada saluran transmisi dimana dua rele jarak dari arah dan zona

yang berlawanan bekerja, maka rele jarak dengan daerah kerja zona-1 akan

mengirim sinyal melalui Aided Scheme ke rele jarak dengan daerah kerja zona-2 di

arah sebaliknya. Sehingga rele jarak di zona-2 tersebut dapat langsung bekerja

bersamaan dengan rele jarak zona-1 tersebut tanpa menunggu time delaynya, dan

hal ini mengakibatkan Circuit Breaker kedua rele jarak akan trip bersamaan.

2.3.2 Penyetelan Rele Arus Lebih (Over Current Relay)

Cara menghitung setting OCR berdasarkan WECC 1989 adalah sebagai berikut :

a. Arus nominal

Arus nominal adalah arus kerja dari suatu peralatan listrik.

In = Ibase =Sbase

√3Vbase

di mana : In = Ibase : arus nominal (A)

Sbase : daya semu (VA)

Vbase : tegangan (V)

b. Rasio CT

Rasio CT ditentukan dari besarnya arus nominal peralatan atau dari kabel

pada umumnya.

Rasio CT = PrimerSekunder

c. Arus yang mengalir melalui rele

Irele = Ibase x 1

Rasio CT

d. Arus kerja rele (standar OCR 110%)

Iset OCR = 1,1 x Ibase

e. Waktu operasi

Time Setting (Ts) adalah waktu yang dibutuhkan oleh suatu pengaman

(rele) untuk bekerja.

Ts = k

( Iset OCR)α−1x TMS

di mana : TMS : Time Multiple Setting (Standar Waktu Setting)

k : konstanta standar invers (0,14)

α : konstanta standar invers (0,02)

2.3.3 Penyetelan Rele Gangguan Tanah (Ground Fault Relay)

Cara menghitung setting GFR berdasarkan WECC 1989 adalah sebagai berikut :

a. Arus setting primer

Iset primer = 10% x In CT

b. Arus setting GFR

Iset GFR = Iset primer x 1

Rasio CT

c. Waktu setting rele GFR

Ts = k

( Iset GFR)α−1x TMS

BAB III

METODE PENELITIAN

Metode yang digunakan dalam penyusunan seminar ini adalah sebagai berikut :

a. Studi literatur.Mengumpulkan dan menelaah acuan-acuan perpustakaan seperti literatur

dan sumber bacaan yang relevan yang sesuai dengan seminar ini.

b. Studi lapangan di PT.PLN (Persero) P3B Jawa-Bali.

Pengambilan data dan informasi yang relevan untuk penulisan dan

pembahasan seminar ini di PT.PLN (Persero) P3B Jawa-Bali. Adapun data

yang dibutuhkan antara lain :

1. Beban puncak di Bali tahun 2014 dan besarnya pasokan listrik dari

Jawa.

2. Kapasitas pembangkit di Bali tahun 2014.

3. Total pembangkit di Paiton yang menyuplai Bali Crossing (Bus

Generator) sebelum dan setelah Bali Crossing beroperasi.

4. Data Circuit Breaker (CB), DS, CT, generator, dan motor sebelum dan

setelah Bali Crossing beroperasi.

5. Data jaringan sistem Jawa-Bali sebelum dan setelah Bali Crossing

beroperasi.

6. Data beban (data trafo yang terkoneksi di ujung Bali Crossing) sebelum

dan setelah Bali Crossing beroperasi.

7. Single line diagram substation di sistem Jawa dan sistem Bali.

8. Data arus gangguan PLN.

c. Metode konsultasi dan diskusi.

Diskusi berupa tanya jawab dan bimbingan dengan dosen pembimbing yang

telah ditunjuk oleh pihak jurusan Teknik Elektro STT-PLN mengenai masalah-

masalah yang timbul selama penulisan seminar ini berlangsung maupun para

ahli terkait baik di lingkungan PLN maupun dosen-dosen lain.

DAFTAR PUSTAKA

1. Basri, Hasan, Proteksi Sistem Tenaga Listrik, ISTN, Jakarta, 2003.

2. Felienty, Syofvi, dan Jemjem Kurnaen. Proteksi Sistem Tenaga Listrik.

Jakarta, 2005.

3. GEC Measurements, Protective Relays Application Guide, The General

Electric Company p.l.c, England, 1987.

4. Kadir, Abdul, Transmisi Tenaga Listrik, UI-Press, 1998.

5. Saadat, Hadi. Power System Analysis. Singapore, 1999.

6. T.S. Hutauruk, Transmisi Daya Listrik, Erlangga, Jakarta, 1985.