STUDI KOORDINASI PROTEKSI TRANSFORMATOR DAN PENYULANG DI GARDU INDUK … · 2020. 7. 1. · Gardu...

STUDI KOORDINASI PROTEKSI TRANSFORMATOR DAN

PENYULANG DI GARDU INDUK BOLANGI

TUGAS AKHIR

Disusun dalam rangka memenuhi salah satu persyaratan untuk menyelesaikan

Program Strata Satu Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah

Makassar

Oleh :

MUH. ANDIKAPATI MAKMUR

10582 1576 15

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH

MAKASSAR

2019

i

Studi Koordinasi Proteksi Transformator dan Penyulang di

Gardu Induk Bolangi

Muh. Andikapati M1, Andi Faharuddin2

1)Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Unismuh Makassar

Email : [email protected]

2)Dosen Jurusan Teknik Elektro Unismuh Makassar

Email : [email protected]

ABSTRAK

Gardu Induk Bolangi merupakan salah satu Gardu Induk asuhan ULTG

Panakkukang. GI Bolangi melayani beberapa penyulang 20 kV antara lain, Penyulang

Samata, Penyulang Cheng Ho, Penyulang Biringbilayya, Penyulang Paccelekkang,

Penyulang Moncongloe dan Penyulang Royal yang disuplai dengan Trafo 60 MVA. Pada

hari Selasa, tanggal 2 April 2019 dan hari Minggu, 28 April 2019 terjadi gangguan satu

fasa ke tanah pada jaringan TM penyulang yang mengakibatkan trip langsung pada sisi

150 kV dan Incoming trafo tanpa mentripkan proteksi penyulang. Keadaan ini disebabkan

oleh adanya kekeliruan dalam pengimplimentasian setting, fungsi GFR pada relay

incoming tidak diaktifkan, ratio CT untuk fungsi SBEF trsfo yang diinput pada relay

adalah 2000/5 A sedangkan ratio CT SBEF pada NGR 300/5. Hal ini menyebabkan

pembacaan pada relay lebih besar dari arus yang ada pada CT. Selain itu pada setting

relay SBEF digunakan kurva standard inverse yang seharusnya diguanakn kurva LTI.

Beberapa perbaikan telah dilaksanakan yaitu dengan melakukan resetting relay

SBEF dan pengaktifan fungsi GFR pada relay Incoming. Tulisan ini akan membahas

tindak lanjut yang telah dilaksanakan untuk meminimalisir kemungkinan terjadinya

gangguan serupa di kemudian hari. Efektifitas resetting relay belum dapat dikatakan

maksimal, walaupun telah didapatkan hasil yang sesuai pada uji fungsi relay dengan

tujuan untuk menguji koordinasi proteksi trafo 60 MVA yang ada pada Gardu Induk

Bolangi, namun saat terjadi gangguan satu fasa tanah pada sisi Incoming maka akan trip

kedua sisi proteksi Trafo yaitu sisi 150 kV dan Incoming.

Kata Kunci: Resetting, GFR, SBEF

ABSTRACT

Bolangi substation is one of the Panakkukang ULTG substations. This substation

serves several 20 kV feeders, including Samata feeder, Cheng Ho feeder, Biringbilayya

feeder, Paccelekkang feeder, Moncongloe feeder and Royal feeder supplied with 60 MVA

transformer. On Tuesday, April 2, 2019 and Sunday, April 28, 2019 there was a single

phase disturbance to the ground in the feeder TM network which resulted direct trip on

the 150 kV side and an incoming transformer without tripping the feeder protection.This

situation was caused by a mistake in implementing settings, the GFR function on the

incoming relay was not activated. The CT ratio for the transformer SBEF function

inputted on the relay was 2000/5 A while the CT SBEF ratio on the NGR was 300/5. This

ii

situation causes the reading on the relay was higher then the current on CT. In addition,

in the SBEF relay settings used inverse standard curves that actually should be used LTI

curves.

Several improvements have been made by resetting SBEF relays and activating

the GFR function in Incoming relays. This paper will discuss the follow-up that has been

implemented to minimize the possibility of similar disruptions in the future. The

effectiveness of relay resetting can not be said maximal, although it has obtained

appropriate results in the relay function test with the aim of testing the coordination of 60

MVA transformer protection at the Bolangi substation, but when there is a single phase

ground disturbance on the Incoming side, it will trip both sides of the Transformer

protection, that are the 150 kV side and Incoming side.

Keywords: Resetting, GFR, SBEF.

iii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Alhamdulillah wa syukurillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke

hadirat Allah SWT atas segala Rahmat dan Hidayah-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Studi Koordinasi Proteksi

Transformator dan Penyulang di Gardu Induk Bolangi”.

Penulis menyampaikan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah

memberikan bantuan, dukungan dan motivasi selama studi hingga

terselesaikannya Tugas Akhir ini, terutama kepada:

1. Orang tua saya H. Makmur DL dan Hj. Marlina, S.H. juga mertua saya Muh.

Taufiq Ghani, S. IP, Dg. Ropu dan Hartaty A. Dg. Ngasseng, Istri saya Intan

Sakinah Auliah Taufiq, S.H., Kakak saya Ahmad Agung Akbar, Adik Saya

Muh. Adipati RM, Muh. Arya Dewa Saputra, Siti Annisa RY, Miftahul Khaer

alias Angga, Rahmatullah Punggawa Gau alias Acca dan keluarga kami yang

telah memberikan doa, dukungan, material dan moral.

2. Bapak Hamzah AL Imran, S.T.,M.T.

Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

3. Bapak Andi Faharuddin S.T.,M.T.

Selaku pembimbing Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Makassar.

4. Ibu Adriani, S.T.,M.T.

Selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Makassar.

iv

5. Rahmania, S.T.,M.T.

Selaku Teman Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah

Makassar.

6. St. Khadija, S.T.

Selaku Teman Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah

Makassar.

7. Seluruh Dosen Teknik Elektro Universitas Unismuh yang telah memberikan

dukungan, bantuan dan ilmunya kepada saya.

8. Terima Kasih juga buat seluruh karyawan/i PT. PLN (Persero) Unit Layanan

Transmisi Dan Garduk Induk Panakukang yaitu letting saya pak Muh. Ikbal,

Pak Muh. Hadi Satria, juga Pak Abdul Hafid Alias Dennai, Pak Afiq Fauzan

alias Aldo, Pak Achmad Rhomadon, Pak Idris Afandi, Pak Adi Gunawan, Pak

Hamzah Alias Anca, Pak Suharwan, Bu Adriani Syam, Pak Awaluddin KM,

Pak Wawan Dermawan, Pak Ismail, Pak Nursalam SR dan Pak Sapri Nappe

yang telah membantu selama pembuatan Tugas Akhir ini.

9. Teman-teman seperjuangan Teknik Elektro 2015 yaitu Muhammad Iqbal,

Muhammad Hidayat, Muhaidir Alamsyah, Muh Fajar K, Ahmad Tzaury

Ismail, Alamsyah, Muh Nur Alfian, Febry Nur Engga Sholiq, Amaluddin,

Anshar dan Ahyan yang telah memberikan banyak cerita, saran dan motivasi.

10. Sahabat-sahabat BOS saya yang selalu memotivasi dan membagi cerita, yaitu

Muh. Ilham, S.H., alias Ilo, Muhammad Haris, S.H, Aan Anugerah, S.H., dan

Haldi Hamid, S.H.

v

Pada dasarnya saya sadar dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak

kekurangan dan kesalahan di dalamnya dan jauh dari kesempurnaan. Maka

dengan penuh kerendahan hati kami selaku penulis memohon agar diberikan saran

dan kritik yang membangun guna perbaikan dari tulisan ini. Semoga Tugas Akhir

ini dapat memberikan manfaat kepada kami, khususnya kepada pembaca.

Billahifisabilhaq fastabiqulkhaerat.

Wasalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Makassar, 11 Mei 2019

Muh. Andikapati M.

vi

DAFTAR ISI

JUDUL .............................................................................................................................. -

LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................................. -

ABSTRAK ........................................................................................................................ i

KATA PENGANTAR ....................................................................................................... iii

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL.............................................................................................................. xi

DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN........................................................................ xii

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

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ..................................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ................................................................................................ 2

1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................................. 2

1.4. Batasan Masalah .................................................................................................. 3

1.5. Manfaat ................................................................................................................ 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Gangguan ............................................................................................ 4

2.2. Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik ................................................................. 4

2.3. Teori Dasar Relai Proteksi .................................................................................... 8

vii

2.4. Jenis – jenis Relai Proteksi ................................................................................... 12

2.5. Pola Proteksi Transformator Tenaga TT/TM ....................................................... 13

2.6. Proteksi Transformator Tenaga............................................................................. 15

2.7. Relay Differential.................................................................................................. 19

2.8. Relai Arus Lebih ................................................................................................... 20

2.8.1. Cara Kerja ................................................................................................ 20

2.8.2. Karakteristik Relai ................................................................................... 21

2.9. Relai Gangguan Tanah .......................................................................................... 29

2.10. Relai SBEF............................................................................................................ 29

2.11. Relai REF .............................................................................................................. 29

2.12. Setting Relai Trafo Daya ...................................................................................... 30

BAB III PEMBAHASAN

3.1. Umum .................................................................................................................. 34

3.2. Teknik Pengumpulan Data .................................................................................... 34

3.3. Teknik Analisis Data............................................................................................. 35

3.4. Metode Penyelesaian Masalah ............................................................................. 36

3.5. Langkah Penelitian ............................................................................................... 37

3.6. Bahan Penelitian .................................................................................................. 38

3.6.1. RCPS (Root Cause Problem Solving)....................................................... 38

3.6.2. Ide Perbaikan ............................................................................................ 39

3.6.3. Matriks Prioritas........................................................................................ 39

viii

3.6.4. Single Line Diagram ................................................................................. 39

3.6.5. Kesepakatan Bersama Sistem Proteksi Trafo – Penyulang 20k kV ......... 40

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Gardu Induk Bolangi .......................................................................................... 42

4.2. Peralatan Kubikel 20 Kv Merk Schneider Type Pix 24 ..................................... 43

4.3. Data Gangguan Pada Penyulang Biring Bilayya ................................................ 45

4.4. Laporan Gangguan ............................................................................................. 47

4.5. BIP (Bagan Inisiatif Perbaikan) .......................................................................... 48

4.6. WORKPLAN...................................................................................................... 51

4.7. Tindak Lanjut ..................................................................................................... 54

4.8. Hasil Pengujian Resetting ................................................................................... 61

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ........................................................................................................ 66

5.2. Saran .................................................................................................................. 66

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 67

LAMPIRAN ....................................................................................................................... 68

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Daerah pengaman trafo-penyulang 20 kV ...................................................... 15

Gambar 2.2 Wilayah kerja proteksi transformator dan penyulang ..................................... 17

Gambar 2.3 Proteksi Trafo Daya ........................................................................................ 17

Gambar 2.4 Daerah kerja proteksi trafo daya dengan kondisi normal ................................ 19

Gambar 2.5 Daerah kerja proteksi trafo daya dengan kondisi gangguan ........................... 19

Gambar 2.6 Relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja seketika ............................ 23

Gambar 2.7 Relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja tertentu ............................. 24

Gambar 2.8 Relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja terbalik ............................. 25

Gambar 2.9 Kurva Karakteristik Waktu Standar Normal Inverse ...................................... 26

Gamba 2.10 Kurva Karakteristik Waktu Very Inverse ....................................................... 27

Gambar 2.11 Kurva Karakteristik Waktu Extremly Inverse ............................................... 28

Gambar 2.12 Kurva Karakteristik Waktu Long Time Inverse ............................................ 29

Gambar 2.13 Kurva Karakteristik Inverse Time IEC ........................................................ 30

Gambar 2.14 Setelan Relai Differensial.............................................................................. 32

Gambar 3.1 Langkah – langkah penelitian ......................................................................... 39

Gambar 3.2 RCPS (Root Cause Problem Solving) ............................................................. 40

Gambar 3.3 Single Line Gardu Induk Bolangi .................................................................. 42

Gambar 4.1 Single Line Gardu Induk Bolangi .................................................................. 44

Gambar 4.2 Kubikel 20 Kv Merk Schneider Type Pix 24 .................................................. 45

x

Gambar 4.3 Data Penyulang 20 kV Gardu Induk Bolangi.................................................. 47

Gambar 4.4 Kondisi Normal Pada Penyulang .................................................................... 47

Gambar 4.5 Kondisi Ketika Merasakan Gangguan Pada Penyulang .................................. 48

Gambar 4.6 Kondisi Gangguan Pada Penyulang ................................................................ 48

Gambar 4.7 Kronologi Gangguan ....................................................................................... 49

Gambar 4.8 Setting relay GFR Incoming sebelum resetting .............................................. 55

Gambar 4.9 Setting relay GFR Incoming setelah resetting................................................. 55

Gambar 4.10 Setting relay SBEF Trafo #1 60 MVA sebelum resetting ............................. 56

Gambar 4.11 Setting relay SBEF Trafo #1 60 MVA setelah resetting ............................... 57

Gambar 4.12 Koordinasi OCR Sebelum dan Setelah Resetting ......................................... 59

Gambar 4.13 Koordinasi GFR Sebelum Resetting ............................................................. 60

Gambar 4.14 Koordinasi GFR Setelah Resetting ............................................................... 61

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Ketentuan jenis proteksi sesuai SPLN 52.1 ........................................................ 16

Tabel 2.2 Rumus Karakteristik Relai Standar Invers SPLN 52.1 ....................................... 26

Tabel 2.3 Rumus Karakteristik Relai IEEE Very Invers SPLN 52.1.................................. 27

Tabel 2.4 Rumus Karakteristik Relai Extrenely Invers SPLN 52.1 .................................... 28

Tabel 2.5 Rumus Karakteristik Relai Long time standart earth fault SPLN 52.1 .............. 29

Tabel 2.6 Batasan setelan OCR trafo penyulang ................................................................ 34

Tabel 2.7 Batasan setelan GFR icoming, penyulang dan NGR .......................................... 34

Tabel 3.1 Ide Perbaikan....................................................................................................... 41

Tabel 3.2 Matriks Prioritas .................................................................................................. 41

Tabel 3.3 Pola Koordinasi Proteksi Trao Gardu Induk di Wilayah Sulawesi ..................... 43

Tabel 4.1 Spesifikasi Incoming dan Outgoing 20 kV ...................................................... 46

Tabel 4.2 Laporan Gangguan ULTG Panakkukang ............................................................ 49

Tabel 4.3 BIP (Bagan Inisiatif Perbaikan) .......................................................................... 50

Tabel 4.4 Workplan ............................................................................................................. 51

Tabel 4.5 Setting OCR Sebelum dan Sesudah Resetting .................................................... 58

Tabel 4.6 Setting GFR Sebelum dan Sesudah Resetting .................................................... 59

xii

DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN

1. Gardu Induk (GI) Gardu Induk merupakan sub sistem dari

sistem penyaluran (transmisi) tenaga

listrik, atau merupakan satu kesatuan dari

sistem penyaluran (transmisi).

2. Relai Proteksi Suatu alat yang bekerja secara otomatis

untuk mengatur memasukan suatu

rangkaian listrik (rangkaian trip atau

alarm) akibat adanya perubahan lain.

3. Over current Relay (OCR) Relay arus lebih adalah suatu relai yang

bekerjanya berdasarkan adanya kenaikan

arus yang melebihi suatu nilai pengaman

tertentu dalam jangka waktu tertentu.

4. Ground Fault relay (GFR) Relay hubung tanah ini berfungsi untuk

memproteksi SUTM/SKTM dari gangguan

tanah.

5. Restricted Earth Fault (REF) Suatu relai yang berfungsi untuk

melindungi trafo terhadap gangguan fasa

ke tanah dalam daerah pengaman

transformator, khususnya untuk gangguan

didekat titik netral yang tidak dapat

dirasakan oleh relai differensial.

6. Standby Earth Fault (SBEF) Merupakan proteksi NGR terhadap arus

lebih yang berfungsi untuk mengamankan

NGR dari hubung singkat phasa tanah.

Oleh karena itu SBEF hanya ada pada

transformator yang pentanahannya

menggunakan NGR.

7. Transformator Tenaga Suatu peralatan tenaga listrik yang

berfungsi untuk mentransformasikan daya

listrik dari tegangan tinggi ke tegangan

rendah atau sebaliknya.

8. PMT Circuit breaker (CB) atau Pemutus Daya

(PMT) adalah peralatan pada sistem

tenaga listrik yang berfungsi untuk

memutuskan hubungan antara sisi sumber

tenaga listrik dan sisi beban yang dapat

bekerja secara otomatis ketika terjadi

xiii

gangguan atau secara manual ketika

dilakukan perawatan atau perbaikan.

9. CT Pemisah (PMS) atau Disconnecting Switch

(DS) adalah suatu peralatan sistem tenaga

listrik yang berfungsi sebagai saklar

pemisah rangkaian listrik tanpa arus beban

(memisahkan peralatan listrik dari

peralatan lain yang bertegangan), dimana

pembukaan atau penutupan PMS ini hanya

dapat dilakukan dalam kondisi tanpa

beban.

10. Catu daya Sering disebut dengan Power Supply

adalah sebuah piranti yang berguna

sebagai sumber listrik untuk piranti lain.

11. Incoming Sebagai penghubung dari sisi sekunder

trafo daya ke busbar 20 Kv.

12. Penyulang Sebagai penghubung / penyalur dari

busbar ke beban

13. Breakdown Kata dalam bahasa Inggris yang jika

diartikan dalam Bahasa Indonesia adalah 1

kemacetan. 2 kerusakan. 3 perincian. 4

gangguan. 5 laporan.

14. Temporer Untuk sementara waktu; sementara;

darurat

15. Permanen Kondisi suatu benda yang berlangsung

dalam waktu lama, baik oleh gejala alam,

maupun diupayakan oleh manusia.

16. Hubung singkat Arus lebih yang dihasilkan oleh gangguan

dengan mengabaikan impedansi antara

titik-titik pada potensial yang berbeda,

dalam kondisi layanan normal.

17. SOP Standar Operasional Prosedur adalah

dokumen yang berkaitan dengan prosedur

yang dilakukan secara kronologis untuk

menyelesaikan suatu pekerjaan.

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Investigasi Gangguan ..................................................................................... 68

Lampiran 2. Penambahan Relai Proteksi OCR/GFR di Incoming 20 kV ........................... 69

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sistem proteksi merupakan, suatu sistem pengamanan terhadap peralatan

listrik, yang diakibatkan adanya gangguan sep erti gangguan teknis, gangguan alam,

kesalahan operasi, dan penyebab yang lainnya. Sistem proteksi bertujuan untuk

mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian yang terganggu dari bagian

lain yang masih sehat sekaligus mengamankan bagian yang masih sehat dari

kerusakan atau kerugian yang lebih besar.

Permasalahan yang sering dijumpai pada penyulang 20 kV adalah

terjadinya gangguan hubung singkat. Jika penyetelan Over current Relay (OCR)

atau Ground Fault relay (GFR) pada penyulang kurang baik, kadang-kadang akan

mentripkan penyulang lainnya sehingga menyebabkan pemadaman yang meluas.

Jika pada salah satu penyulang terjadi gangguan hubung singkat, yang

menyebabkan penyulang yang lain (penyulang yang normal) juga ikut trip, tentu

saja hal ini tidak kita harapkan karena dapat memperluas daerah padam dan

sebaliknya jika terjadi gangguan hubung singkat namun tripnya terlambat, hal ini

juga tidak boleh terjadi karena akan merusak peralatan sistem.

Perencanaan sistem proteksi dalam suatu sistem tenaga listrik, perlu

mempertimbangkan kondisi-kondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem

melalui analisa gangguan. Setelah hasil analisa gangguan diperoleh, kemudian

sistem proteksi yang digunakan dapat segera ditentukan, seperti jenis relay yang

2

digunakan dan penetapan besaran-besaran yang menentukan bekerjanya suatu

relay.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan pada pemaparan latar belakang di atas, maka penulis tertarik

untuk membuat karya tulis ilmiah yang dituliskan dalam bentuk Tugas Akhir. Dari

permasalahan tersebut diperoleh sub permasalahan, sebagai berikut :

1. Bagaimanakah koordinasi proteksi kubikel incoming dan kubikel

outgoing pada Gardu Induk Bolangi sebelum gangguan ?

2. Bagaimanakah hasil koordinasi proteksi kubikel incoming dan kubikel

outgoing pada Gardu Induk Bolangi setelah analisa dilakukan ?

3. Bagaimanakah perbandingan antara koordinasi proteksi kubikel

incoming dan kubikel outgoing sebelum gangguan dan setelah analisa

pada Gardu Induk Bolangi ?

1.3. Tujuan Penelitian

1. Bagaimanakah koordinasi proteksi kubikel incoming dan kubikel

outgoing pada Gardu Induk Bolangi sebelum gangguan ?

2. Bagaimanakah hasil koordinasi proteksi kubikel incoming dan kubikel

outgoing pada Gardu Induk Bolangi setelah analisa dilakukan ?

3

3. Bagaimanakah perbandingan antara koordinasi proteksi kubikel

incoming dan kubikel outgoing sebelum gangguan dan setelah analisa

pada Gardu Induk Bolangi ?

1.4. Batasan Masalah

Agar dapat dicapainya sasaran yang diharapkan, penulis menetapkan

batasan masalah dalam penyusunan proposal. Masalah yang dibahas pada proposal

ini adalah tentang koordinasi proteksi kubikel incoming, dan kubikel outgoing.

1.5. Manfaat

Manfaat penelitian dalam tugas akhir ini mencakup :

1. Untuk pengembangan ilmu pengetahuan dan informasi tentang proteksi.

2. Dapat dijadikan bahan acuan untuk evaluasi setting system proteksi pada

kubikel incoming dan kubikel outgoing 20 kV Gardu Induk tersebar.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Gangguan

Gangguan adalah suatu keadaan tidak normal yang terjadi dalam sistem

tenaga yang menyebabkan terganggunya aliran arus normal yang mengalir pada

rangkaian sistem tersebut. Permasalahan yang sering dijumpai pada penyulang 20

kV adalah terjadinya gangguan hubung singkat. Jika penyetelan Over current

Relay (OCR) atau Ground Fault Relay (GFR) pada penyulang kurang baik, kadang-

kadang akan mentripkan penyulang lainnya sehingga menyebabkan pemadaman

yang meluas. Jika pada salah satu penyulang terjadi gangguan hubung singkat yang

menyebabkan penyulang yang lain (penyulang yang normal) juga ikut trip, tentu

saja hal ini tidak kita harapkan karena dapat memperluas daerah padam dan

sebaliknya jika terjadi gangguan hubung singkat namun tripnya terlambat, hal hal

ini juga tidak kita harapkan karena dapat memperluas daerah padam dan merusak

peralatan.

2.2. Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik

Gangguan yang terjadi pada system tenaga listri sangat beragam besaran

dan jenisnya. Gangguan dalam sistem tenaga listrik adalah keadaan tidak normal

dimana keadaan ini dapat mengakibatkan terganggunya kontinuitas pelayanan

tenaga listrik. Secara umum klasifikasi gangguan pada system tenaga listrik

disebabkan oleh 2 faktor, yaitu:

1. Gangguan yang berasal dari system.

5

2. Gangguan yang berasal dari luar system.

Penyebab gangguan yang berasal dari dalam sistem antara lain :

1. Tegangan dan arus tidak normal.

2. Pemasangan yang kurang baik.

3. Kesalahan mekanis karena proses penuaan.

4. Beban lebih.

5. Kerusakan material seperti isolator pecah, kawat putus, kegagalan

isolasi atau kabel cacat isolasinya.

Sedangkan untuk gangguan yang berasal dari luar sistem antara lain.

1. Gangguan-gangguan mekanis karena pekerjaan galian saluran lain.

Gangguan ini terjadi untuk sistem kelistrikan bawah tanah.

2. Pengaruh cuaca seperti hujan, angin, serta surja petir. Pada gangguan

surja petirdapat mengakibatkan gangguan tegangan lebih dan dapat

menyebabkan gangguan hubung singkat karena tembus isolasi peralatan

(breakdown).

3. Pengaruh lingkungan seperti pohon, binatang dan benda-benda asing

serta akibat kecerobohan manusia.

Bila ditinaju dari segi lamanya waktu gangguan, maka dapat dikelompokkan

menjadi.

1. Gangguan yang bersifat temporer, yang dapat hilang dengan sendirinya

atau dengan memutuskan sesaat bagian yang terganggu dari sumber

tegangannya. Gangguan sementara jika tidak dapat hilang dengan

6

segera, baik hilang dengan sendirinya maupun karena bekerjanya alat

pengaman dapat berubah menjadi gangguan permanen.

2. Gangguan yang bersifat permanen, dimana untuk membebaskannya

diperlukan tindakan perbaikan dan menyingkirkan penyebab gangguan

tersebut.

Untuk gangguan yang bersifat sementara setelah arus gangguannya terputus

misalnya karena terbukanya PMT oleh relai pengamannya, peralatan atau saluran

yang terganggu tersebut siap dioperasikan kembali. Sedangkan pada gangguan

permanen terjadi kerusakan yang bersifat permanen sehingga baru bisa

dioperasikan kembali setelah bagian yang rusak diperbaiki atau diganti. Pada saat

terjadi gangguan akan mengalir arus yang sangat besar pada fasa yang terganggu

menuju titik gangguan, dimana arus gangguan tersebut mempunyai harga yang jauh

lebih besar dari rating arus maksimum yang diijinkan, sehingga terjadi kenaikan

temperatur yang dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan listrik yang

digunakan.

Sebab-sebab timbulnya gangguan pada sistem tenaga listrik dalam sistem

tenaga listrik tiga fasa, gangguan-gangguan arus lebih yang mungkin terjadi adalah

sebagai berikut yaitu :

a. Gangguan beban lebih (overload)

Gangguan ini sebenarnya bukan gangguan alami, tetapi bila dibiarkan

terus menerus berlangsung, dapat merusak peralatan listrik yang dialiri

arus tersebut. Pada saat gangguan ini terjadi arus yang mengalir

melebihi dari kapasitas peralatan listrik dan pengaman yang terpasang.

7

b. Gangguan hubung singkat

Gangguan hubungan singkat yang mungkin terjadi dalam jaringan

sistem kelistrikan, yaitu:

1. Gangguan hubung singkat tiga fasa.

2. Gangguan hubung singkat dua fasa.

3. Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah.

Adapun akibat-akibat yang ditimbulkan dengan adanya gangguan

hubung singkat tersebut antara lain:

1. Rusaknya peralatan listrik yang berada dekat dengan gangguan yang

disebabkan arus-arus yang besar, arus tak seimbang maupun

tegangan-tegangan rendah.

2. Berkurangnya stabilitas daya system tersebut.

3. Terhentinya penyaluran listrik kepada konsumen apabila gangguan

hubung singkat tersebut sampai mengakibatkan bekerjanya PMT

yang biasa disebut dengan pemadaman litrik.

c. Gangguan tegangan lebih

Gangguan tegangan lebih diakibatkan karena adanya kelainan pada

sistem. Gangguan tegangan lebih dapat terjadi antara lain karena,

1. Gangguan petir

2. Gangguan surja hubung, di antaranya adalah penutupan saluran tak

serempak pada pemutus tiga fasa, penutupan kembali saluran

dengan cepat, pelepasan beban akibat gangguan, penutupan saluran

8

yang semula tidak masuk sistem menjadi masuk sistem, dan

sebagainya.

2.3. Teori Dasar Relai Proteksi

Fungsi proteksi dalam sistem tenaga listrik adalah untuk mengamankan

peralatan/sistem sehingga kerugian akibat gangguan dapat dihindari atau dikurangi

menjadi sekecil mungkin, dengan cara :

1. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan tidak normal lainnya yang dapat

membahayakan peralatan atau sistem.

2. Melepaskan bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami keadaan tidak

normal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu

yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatasi seminimum mungkin

dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi.

Sistem proteksi terdiri dari perangkat peralatan yang merupakan sistem

yang terdiri dari komponen-komponen berikut:

1. Relei dan relai bantu.

2. Trafo arus/Current Transformator (CT) dan Trafo tegangan/Potensial

Transformator (PT).

3. Pemutus tenaga (PMT).

4. Catu daya (Battery) AC dan atau DC.

5. Sistem pengawatan.

Jika salah satu komponen saja dari perangkat proteksi tidak bekerja

sebagaimana mestinya, maka proteksi tersebut akan gagal bekerja. Jika proteksi

9

bekerja sebagai mana mestinya, maka kerusakan yang parah akibat gangguan,

mestinya dapat dicegah atau jika gangguan disebabkan karena sudah ada kerusakan,

maka kerusakan ini dapat dibatasi sekecil-kecilnya. Proteksi yang benar harus dapat

bekerja sesuai dengan fungsinya. Oleh karena itu Relai proteksi yang terpasang

pada instalasi harus memenuhi persyaratan, karena jika persyaratan tersebut tidak

terpenuhi akan terjadi kegagalan.

Kegagalan kerja proteksi dapat disebabkan antara lain oleh :

1. Relainya rusak atau tidak bekerja konsisten

2. Setting relai tidak benar

3. Catu daya

4. Gangguan pada mekanisme triping PMT

5. Kegagalan PMT memutuskan arus gangguan

6. CT jenuh

7. Kesalahan pengawatan

8. Dan sabagainya.

Pada sistem proteksi sistem pengaman yang baik harus mampu :

1. Melakukan koordinasi dengan sistem pengaman yang lain

2. Mengamankan peralatan dari kerusakan yang lebih luas akibat gangguan

3. Membatasi kemungkinan terjadinya kecelakaaan

4. Secepatnya membebaskan pemadaman karena gangguan

5. Membatasi daerah pemadaman akibat gangguan

6. Mengurangi frekuensi pemutusan permanen karena gangguan

10

Persyaratan yang harus dimiliki oleh alat pengaman atau sistem pengaman

1. Ketelitian (Selektifitas)

Selektifitas dari pengaman, adalah kwalitas kecermatan dalam mengadakan

pengamanan bagian yang terbuka dari suatu sistem oleh karena terjadinya

gangguan diusahakan seminimal mungkin jika dapat tercapai maka

pengamanan demikian disebut pengamanan selektif.

2. Kepekaan (Sensitifitas)

Suatu pengaman, bertugas mengamankan suatu alat atau bagian tertentu dari

sistem tenaga listrik termasuk dalam jangkauan pengamanannnya merupakan

daerah pengaman tugas suatu pengaman mendeteksi adanya gangguan yang

terjadi didaerah pengamanannya harus cukup sensitif untuk mendeteksi dengan

nilai minimum dan bila perlu mentripkan PMT untuk memisahkan bagian yang

terganggu dengan bagian yang sehat.

3. Kecepatan. (Speed)

Makin cepat pengaman bekerja tidak hanya dapat memperkecil kerusakan

tetapi juga dapat memperkecil kemungkinan meluasnya akibat-akibat yang

ditimbulkan oleh gangguan.

4. Keandalan ( Realibilitas)

Dalam keadaan normal pengaman tidak boleh bekerja, tetapi harus pasti dapat

bekerja bila diperlukan. Pengaman tidak boleh salah bekerja, jadi susunan alat-

alat pengaman harus dapat diandalkan. Keandalan keamanan tergantung

kepada desain, pengerjaan dan perawatannya.

11

5. Ekonomis dan sederhana

Penggunaan, relaipengaman harus dipertimbangkan sisi ekonomisnya

tanpamempengaruhi fungsi relai tersebut.keadaan normal pengaman tidak

boleh bekerja, tetapi harus pasti dapat bekerja bila diperlukan.

Pembagian tugas dalam sistem proteksi. Dalam sistem proteksi pembagian tugas

dapat diuraikan menjadi :

1. Proteksi utama, adalah suatu sistem proteksi yang diharapkan sebagai

prioritas untuk mengamankan gangguan atau menghilangkan kondisi tidak

normal pada trafo tenaga. Proteksi tersebut biasanya dimaksudkan untuk

memprakarsainya saat terjadinya gangguan dalam kawasan yang harus

dilindungi. (lEC 15-05-025).

Ciri-ciri pengaman utama :

- waktu kerjanya sangat cepat seketika (instanteneoues)

- Tidak bisa dikoordinasikan dengan relai proteksi lainnya

- Tidak tergantung dari proteksi lainnya

2. Proteksi cadangan dipasang untuk bekerja sebagai pengganti bagi proteksi

utama pada waktu proteksi utama gagal atau tidak dapat bekerja

sebagaimana mestinya. (IEC l6-05-030).

Ciri-ciri pengaman cadangan :

- waktu kerjanya lebih lambat atau ada waktu tunda (time delay), untuk

memberi kesempatan kepada pengaman utama bekerja lebih dahulu.

- Relai pengaman cadangan harus dikoordinasikan dengan relai proteksi

pengamanan cadangan lainnya di sisi lain.

12

- Secara sistem, proteksi cadangan terpisah dari proteksi utama pola

proteksi cadangan pada trafo tenaga umumnya terdiri dari OCR untuk

gangguan fasa-fasa atau 3-fasa dan GFR untuk gangguan 1-fasa

ketanah..

3. Proteksi tambahan, berfungsi untuk pemakaian pada waktu tertentu, sebagai

pembantu proteksi utama pada daerah tertentu yang dibutuhkan.

2.4. Jenis – jenis Relai Proteksi

a. Jenis-jenis relai berdasarkan prinsip kerjanya :

- Relai elektromagnetis

Relai elektromagnetis atau yang disebut dengan electromechanical relai.

Relai ini menghubungkan rangkaian beban ON dan OFF dengan pemberian

energi elektromagnetis, yang membuka dan menutup kontak pada rangkaian

listrik maupun elektronis. Relai ini dapat digunakan untuk mengontrol

rangkaian beban tegangan tinggi dengan control tegangan rendah.

- Relai Termis

Dengan namanya relai, ini menggunakan panas sebagai pembatas arus,

khususnya pada motor. Relai ini biasanya disebut Thermis Over Load Relay.

Cara kerja relai ini adalah dengan mengkonversi arus yang mengalir

menjadi panas untuk mempengaruhi bimital. Bimetal akan menggerakkan

tuas untuk menghentikan aliran listrik pada motor melalui suatu kontrol

motor starter. Pengaturan dilakukan dengan mengatur besaran arus pada dial

di alat tersebut.

13

- Relai Elektronis

Mekanisme relai elektronis adalah bekerja karena adanya medan magnet

yang digunakan untuk menggerakkan saklar. Saat kumparan diberikan

tegangan sebesar tegangan kerja relai maka akan timbul medan magnet pada

kumparan karena adanya arus yang mengalir pada lilitan kawat. Kumparan

yang bersifat sebagai elektromagnet ini kemudian akan menarik saklar dari

kontak NC (Normally Close) ke kontak NO (Normally Open). Jika tegangan

– tegangan pada kumparan dimatikan maka medan magnet pada kumparan

akan hilang, sehingga pegas akan menarik saklar ke kontak NC.

b. Jenis-jenis relai berdasarkan kontruksinya :

- Tipe angker tarikan

- Tipe batang seimbang

- Tipe cakram induksi

- Tipe kumparan bergerak

c. Jenis-jeni relai berdasarkan besaran yang diatur :

- Relai Tegangan adalah relai yang bekerja berdasarkan pengaturan

teganganyang ada pad sistem.

- Relai Arus adalah relai yang bekerja berdasarkan pengaturan arus yang

akan bekerja pada sistem.

- Relai Impedansi adalah relai yang bekerja berdasarkan batasan

impedansi pada sistem.

- Relai Frekuensi adalah relai yang bekerja berdasarkan pengaturan

frekuensi yang telah ditentukan.

14

d. Jenis-jenis relai berdasarkan cara kerja kontrol elemen :

- Direct acting : Bagian elemen kontrol yang bekerja langsung

memutuskan aliran.

- Indirect acting : Bagian kontrol elemen hanya digunakan untuk

menutup kontak suatu peralatan lain yang digunakan untuk memutus

rangkaian.

2.5. Pola Proteksi Transformator Tenaga TT/TM

Proteksi transformator, tenaga umumnya menggunakan relai Diferensial

dan relai Restricted Earth Fault (REF) sebagai proteksi utama. Sedangkan proteksi

cadangan menggunakan relai OCR dan relai GFR. Sedangkan Standby Earth Fault

(SBEF) umumnya hanya dipergunakan pada transformator dengan belitan Y yang

ditanahkan dengan resistor, dan fungsinya lebih mengamankan NGR. Umumnya

skema proteksi disesuaikan dengan kebutuhan.

Gambar 2.1 Daerah pengaman trafo-penyulang 20 kV

(Sumber : Hasil Kesepakatan Bersama Proteksi 20 kV UIKL Sulawesi)

15

Keterangan :

a. OCR penyulang 20kV

b. OCR trafo sisi 20kV

c. OCR trafo sisi primer (150kV/66kV)

d. OCR Gardu Induk jauh

Pola Proteksi Transformator Tenaga TT/TM Proteksi transformator tenaga,

umumnya menggunakan Relai Diferensial dan Relai REF sebagai proteksi utama.

Sedangkan proteksi cadangan menggunakan Relai OCR dan GFR. Sedangkan

SBEF fungsinya lebih mengamankan NGR. Umumnya skema proteksi disesuaikan

dengan kebutuhan.

Gambar 2.2 Wilayah kerja proteksi transformator dan penyulang

(Sumber : Buku Pedoman Proteksi)

2.6. Proteksi Transformator Tenaga

Untuk memperoleh efektifitas, dan efisiensi dalam menentukan sistem

proteksi trafo tenaga, maka setiap peralatan proteksi yang dipasang harus

16

disesuaikan dengan kebutuhan dan prediksi gangguan yang akan terjadi yang

mengancam ketahanan trafo itu sendiri.

Gambar 2.3 Proteksi Trafo Daya (Sumber : Buku Diklat Rele Proteksi Trafo Daya dan Daerah Kerjanya)

Relai No. 1 adalah OCR/GFR Incoming 20 kV yang fungsinya adalah untuk

mendeteksi gangguan Ph-Ph dan Ph-tanah pada rul (Bus) 20 kV atau sebagai cadang

(back up) proteksi OCR/GFR penyulang 20 kV.

Relai No. 5 adalah OCR/GFR sisi 150 kV yang fungsinya adalah sbb :

• Sebagai pengaman cadangan relai Differential (bila terjadi gangguan di

daerah relai Differential & REF tetapi relai Differential maupun REF tidak

bekerja)

• Sebagai pengaman cadangan OCR/GFR Incoming (bila terjadi gangguan di

Bus 20 kV tetapi OCR/GFR Incoming tidak bekerja)

• Sebagai pengaman, cadangan OCR/GFR penyulang 20 kV (bila terjadi

gangguan di Penyulang 20 kV tetapi OCR/GFR penyulang 20 kV &

OCR/GFR Incoming tidak bekerja).

17

Relai No. 2 & 4 adalah Relai REF (Relai Hubung Tanah Terbatas) yang fungsinya

adalah sebagai pengaman utama untuk mendeteksi gangguan hubung tanah pada

daerah/sebagian kumparan yang tidak dapat dideteksi oleh relai Differential.

Relai No. 3 adalah relai Differential yang fungsinya adalah sebagai pengaman

utama untuk mendeteksi gangguan hubung singkat yang terjadi pada transformer di

antara CT 1 & CT 2.

Gambar 2.4 Daerah kerja proteksi trafo daya dengan kondisi normal (Sumber : Buku Diklat Relai Proteksi Trafo Daya dan Daerah Kerjanya)

Kondisi normal, atau gangguan di F, maka kondisi arus di relai Differential adalah

sebagai berikut :

I diff = i 1 – i 2 dan i 1 = i 2 sehingga I diff = 0, maka relai Differential tidak

akan bekerja.

18

Gambar 2.5 Daerah kerja proteksi trafo daya dengan kondisi gangguan (Sumber : Buku Diklat Rele Proteksi Trafo Daya dan Daerah Kerjanya)

Kondisi gangguan di F 1, maka kondisi arus di relai Differential adalah sebagai

berikut :

I diff = i 1 – i 2 dan i 2 = 0 , sehingga I diff = i 1, maka relai Differential akan

bekerja

Syarat suatu proteksi Differential adalah :

• Besarnya arus yang masuk ke relai Differential harus sama.

• Phasa – phasa arus yang masuk ke relai Differential harus sama dan punya

arah yang berlawanan.

Agar syarat tersebut terpenuhi, dapat dipergunakan trafo arus bantu (auxiliary CT)

yang berfungsi unutk :

• Mencocokan arus yang masuk ke relai Differential dari masing-masing sisi

(disebut penyesuaian arus).

• Mencocokan pergeseran phasa dari arus-arus yang akan masuk ke relai

Differential (disebut penyesuaian phasa).

19

Relai No. 6 adalah relai Netral Grounding (Standby Earth Fault/SBEF) yang

fungsinya adalah, untuk mendeteksi gangguan phasa – tanah.

Relai No. 1 s.d 6 tersebut di atas adalah relai proteksi adalah Jenis

pengamanan/proteksi elektrik, sedangkan yang Jenis pengamanan/proteksi

mekanik adalah sbb :

1. Bucholz : Mendeteksi adanya gas yang timbul dalam tangki utama trafo

(fungsi alarm dan trip).

2. Tekanan Lebih (Suddent Pressure) : Mendeteksi gangguan yang ditimbulkan

adanya tekanan lebih (fungsi trip).

3. Temperatur (Suhu) : Mendeteksi temperature minyak dan temperature

kumparan trafo (fungsi alarm dan trip).

4. Jansen (Bucholz Tap Changer) : Mendeteksi adanya gas yang timbul dalam

tangki OLTC (Tap Changer) trafo (fungsi alarm dan trip).

2.7. Relay Differential

Fungsi relay differential pada trafo tenaga adalah mengamankan

transformator dari gangguan hubung singkat yang terjadi di dalam transformator,

antara lain hubung singkat antara kumparan dengan kumparan atau antara

kumparan dengan tangki. Relay ini harus bekerja kalau terjadi gangguan di daerah

pengamanan, dan tidak boleh bekerja dalam keadaan normal atau gangguan di luar

daerah pengamanan.

Prinsip kerja dari relay differential adalah berdasarkan hukum Kirchhoff

dimana arus yaitu membandingkan arus yang masuk ke primer (Ip) dengan jumlah

20

arus yang keluar di sekunder (Is). Relai differential membandingkan arus yang

mengalir pada daerah pengamannya

𝐼𝑑 = |𝐼𝑃| + |𝐼𝑆| (2.5)

Keterangan :

Id = arus differential

2.8. Relai Arus Lebih

Relei arus lebih, adalah suatu relai yang bekerjanya berdasarkan kenaikan

arus yang melebihi suatu nilai pengamanan tertentu dan dalam jangka waktu

tertentu, sehingga relai ini dapat dipakai sebagai pola pengaman arus lebih. Relai

ini pada dasarnya mengamankan adanya arus lebih yang disebabkan oleh gangguan

hubung singkat atau beban lebih. Relei arus lebih akan bekerja bila besarnya arus

input melebihi suatu harga tertentu (arus kerja) yang dapat diatur dan dinyatakan

menurut kumparan sekunder dari trafo arus. Relai arus lebih akan memberi isyarat

kepada PMT bila terjadi gangguan hubung singkat untuk membuka rangkaian

sehingga kerusakan alat akibat gangguan dapat dihindari.

2.8.1. Cara Kerja

Relai arus lebih adalah suatu relei proteksi yang dikerjakan oleh suatu

besaran arus gangguan akibat hubung singkat yang mengalir pada rangkaian

kumparan geraknya. Apabila besarnya arus yang dideteksi melebihi batas

settingnya, maka akan bekerja, kemudian dalam waktu tertentu akan memberikan

perintah trip ke PMT untuk mengeliminir gangguan tersebut.

21

Prinsip kerja relai arus lebih yang bekerja berdasarkan besaran arus lebih

akibat adanya gangguan hubung singkat dan memberikan perintah trip ke PMT

sesuai dengan karakteristik waktunya.

2.8.2. Karakteristik Relai

Waktu pemutusan gangguan merupakan salah satu faktor yang sangat

penting dalam menentukan suatu skema proteksi. Hal ini dikarenakan suatu

peralatan proteksi harus dikoordinasikan waktunya dengan peralatan proteksi yang

lain agar hanya peralatan proteksi yang paling dekat dengan gangguan saja yang

bekerja. Waktu pemutusan suatu peralatan proteksi berkaitan erat dengan

karakteristik dari peralatan proteksi tersebut.

Karakteristik kerja relai proteksi didasarkan pada waktu kerjanya, yaitu:

1. Relai arus lebih waktu seketika (moment-instantaneous)

Relei ini akan memberi perintah kepada PMT, pada saat terjadi gangguan bila arus

gangguan besarnya melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai mulai

pick-up sampai kerja relai sangat singkat tanpa penundaan waktu yaitu 20 – 60 ms.

Gambar 2.6 Relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja seketika

(Sumber : Politeknik Bandung)

22

Keterangan

• CB : Circuit Breaker/PMT

• C : Relai Arus Lebih.

• CT : Current Transformer.

• top : waktu operasi.

• TC : Tripping Coil.

• Ip : Arus Setting Relai.

2. Relai arus lebih waktu tertentu (definite time)

Relai ini akan memberi perintah kepada PMT pada saat terjadi gangguan bila

besarnya arus gangguan melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja relai

mulai pick-up sampai kerja relai waktunya ditunda dengan harga tertentu tidak

dipengaruhi oleh besarnya arus gangguan.

Gambar 2.7 Relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja tertentu


Keterangan

• CB : Circuit Breaker/PMT

• top : waktu operasi

23

• CT : Current Transformer

• Ip : Arus Setting (Arus Kerja)

• TC : Tripping Coil

• A : Relai Bantu

• S : Relai Sinyal

• C : Relai Arus Lebih

• T : Relai Waktu Tunda

3. Relai arus lebih berbanding terbalik (inverse)

Relei ini akan memberi perintah kepada PMT, pada saat terjadi gangguan

bila besarnya arus gangguan melampaui penyetelannya, dan jangka waktu kerja

relai mulai pick-up sampai kerja relei waktu tundanya berbanding terbalik dengan

besarnya arus gangguan. Terdapat 4 macam relai inverse yaitu Standard Inverse

Time (SIT), Very Inverse Time (VIT), Extremelly Inverse Time (EIT), dan Long

Time Inverse (LTI).

Gambar 2.8 Relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja terbalik


24

Keterangan

• CB : Circuit Breaker / PMT

• C : Relai Arus Lebih

• CT : Current Transformer

• T : Relai Waktu Tunda

• TC : Tripping Coil

Macam – macam karakteristik Relai Inverse

1. Standard Inverse Time (SIT)

Yaitu karakteristik yang menunjukan perbandingan antara besar arus dengan waktu

kerja relai yang standar, ditulis dengan rumus :

Tabel 2.2 Rumus Karakteristik Relai Standar Invers SPLN 52.1

Karakteristik Relai Persamaan IEC 602555

Standar Invers 𝑡 = 𝑇𝑀𝑆

(

0.14

(𝐼𝑓𝑎𝑢𝑙𝑡𝐼𝑠𝑒𝑡

)0.02

− 1)

Keterangan :

• Iset : Setelan Arus 1.05 x Ibeban

• t : waktu kerja (sec).

• TMS : Time Multiple setelan

• Ifault : Arus Gangguan

• Iset : Arus Setelan Pimer

25

Gambar 2.9 Kurva Karakteristik Waktu Standar Normal Inverse

(Sumber : Alstom T&D Protection & Control Ltd. 1999)

2. Very Inverse Time

Yaitu karakteristik yang menunjukkan, perbandingan antara besar arus dengan

waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari standar inverse, ditulis dengan rumus

Tabel 2.3 Rumus Karakteristik Relai IEEE Very Invers SPLN 52.1

Karakteristik Relay Persamaan IEC 602555

IEEE Very Invers 𝑡 = 𝑇𝑀𝑆

(

1.35


) − 1)

26

Gambar 2.10 Kurva Karakteristik Waktu Very Inverse


3. Extremelly Inverse Time (EIT)


waktu kerja relai yang lebih cepat/tinggi dari standard dan very inverse, ditulis

dengan rumus :

Tabel 2.4 Rumus Karakteristik Relai Extrenely Invers SPLN 52.1


Extrenely Invers 𝑡 = 𝑇𝑀𝑆

(

80


)2

− 1)

27

Gambar 2.11 Kurva Karakteristik Waktu Extremly Inverse


4. Long Time Inverse (LTI)


waktu kerja relai yang lebih lambat/rendah diantara karakteristik yang lain, ditulis

dengan rumus :

Tabel 2.5 Rumus Karakteristik Relai Long time standart earth fault SPLN 52.1


Long time standart earth fault 𝑡 = 𝑇𝑀𝑆(120


) − 1

)

28

Gambar 2.12 Kurva Karakteristik Waktu Long Time Inverse


Gambar 2.13 Kurva Karakteristik Inverse Time IEC


29

2.9. Relai Gangguan Tanah

Relai gangguan tanah yang lebih dikenal dengan Ground Fault Relay

(GFR), pada dasarnya mempunyai prinsip kerja sama dengan relai arus lebih namun

memiliki perbedaan dalam kegunaannya. Bila relai arus lebih mendeteksi adanya

hubungan singkat antara phasa, maka relai hubung tanah mendeteksi adanya

hubung singkat ke tanah.

Prinsip kerja relai gangguan tanah adalah pada kondisi normal beban seimbang Ir,

Is, It sama besar, sehingga pada kawat netral tidak timbul arus dan relai hubung

tanah tidak dialiri arus. Bila terjadi ketidakseimbangan arus atau terjadi gangguan

hubung singkat ke tanah, maka akan timbul arus urutan nol pada kawat netral,

sehingga relai gangguan tanah akan bekerja.

2.10. Relai SBEF

Fungsi SBEF (Stand by Earth Fault) sisi netral 20 kV , pada dasarnya

merupakan pengaman NGR akibat gangguan 1-phasa ketanah pada jaringan

SUTM.

2.11. Relai REF.

Prinsip kerja relay REF sama dengan dengan relay differential yaitu

membandingkan besarnya arus sekunder kedua trafo arus yang digunakan, akan

tetapi batasan daerah kerjanya hanya antara CT fasa dengan CT titik netralnya.

REF ditujukan unuk memproteksi gangguan 1-fasa ketanah.

Terdapat dua posisi REF yaitu REF pada sisi Primer transformator dan REF sisi

Sekunder transformator.

30

2.12. Setting Relai Proteksi Trafo Daya

Setting OCR/GFR sisi 150 kV Trafo Daya harus dikoordinasikan dengan

setting OCR/GFR Incoming 20 kV juga dengan setting OCR/GFR peyulang 20 kV.

Khusus untuk Trafo Daya yang terdapat kumparan tertier setting GFR sisi 150 kV

Trafo Daya harus dikoordinasikan dengan setting GFR Penghatar.

Setting Relai Differential adalah sbb :

Minimum Pick Up = (10 ÷ 30)% x In CT

Cukup aman di set 30% x In CT, untuk mengantisipasi hal-hal sbb :

• Kesalahan sadapan 10%

• Kesalahan CT 10%

• Mismatch 4%

• Arus eksitasi 1%

• Faktor keamanan 5%

Maka penyetelan slope adalah sebagai berikut :

Slope-1 : 25 – 35 % dan Slope-2 : 50 – 70 %

Gambar 2.14 Setelan Relai Differensial

(Sumber : Buku Diklat Rele Proteksi Trafo Daya dan Daerah Kerjanya)

31

Keterangan

• Ih = (I1 + I2)/2 A

• Id = I1 – I2

Setting OCR/GFR sisi 150 kV :

Seting arus, untuk gangguan di Bus 20 kV :

OCR :

• I set = 1,2 x In Trf (150 kV)

• T set = 1,5 dt (Standar Inverse)

• I set mom = Blok

GFR :

• I set = (0,5-0,8) x In Trf (150 kV)


• I set mom = Blok

Setting OCR/GFR sisi 20 kV Incoming Trafo Daya harus dikoordinasikan dengan

dengan setting OCR/GFR penyulang 20 kV

Setting OCR/GFR sisi Incoming 20 kV :

Seting arus untuk gangguan di Bus 20 kV sbb :

OCR :

• I set = 1,2 x In Trf (20 kV)


• I set mom = 4,0 x In Trf (20 kV)

• T set = 0,5 dt

32

GFR :

• I set = 0,4 x In Trf (20 kV)


• I set mom = 4,0 x In Trf (20 kV)

• T set = 0,5 dt

Tabel 2.6 Batasan setelan OCR trafo penyulang

*) Pilih yang terkecil.

**) Tidak lebih kecil dari arus gangguan di bus GH terdekat.

Tabel 2.7 Batasan setelan GFR incoming, penyulang dan NGR

URAIAN PENYULANG INCOMING TRF Sisi HV TRF

Jenis

Karakteristik

OCR

S I

OCR

S I

OCR

S I

Setelan arus

(1.0 – 1.2) x InCT

(1.0 – 1.2) x CCC *)

(1.0 – 1.2) x In Trf MV

(1.0 – 1.2) x CCC *)

(1.0 – 1.2) xInTrf (HV)

Waktu kerja

(HS fasa-fasa di bus 20 kV)

0.2 - 0.4 detik 0.7 - 1.0 detik 1.2 - 1.6 detik

Setelan arus Momen 0.5 x (1/Z x In Trf MV)**)

0.8 x (1/Z x In Trf

MV)

Di blok

Waktu arus momen Instan 0.4 – 0.5 detik (def) Di blok

URAIAN PENYULANG INCOMING TRF NGR

Jenis

Karakteristik

GFR

SI

GFR

SI

SEF

LTI

Setelan arus

0.1 x In NGR

0.2 x Ihs1ømin *)

0.2 x In Trf

0.1 x CCC

0.1 x InNGR

33

*) Pilih yang terkecil.

Setting Relai REF (Relai Hubung Tanah Terbatas)

Data yang diperlukan dalam penyetelan/setting relai REF adalah sbb :

• Resistansi CT phasa = Rct

• Resistansi CT netral = Rctn

• Resistansi Lead = Rl

• Tegangan Knee point = Vk

• Burden Relai REF = Rr

• Arus hubung singkat 150 kV & 20 kV = If

• Stabilising Resistor = Rs

Tegangan Relai Vs = If (Rct +2Rl)

Rs =( Vs/Is) – Rr

Is = Minimum Pick Up (0,1 ÷ 0,4) x In , dipilih Is = 0,15 x In

Waktu kerja

(HS fasa-G di bus 20 kV) SI : 0.5 detik SI : 1.0 detik LTI : < 5 dtk

Setelan arus Momen Im = 8 x Iset & tdk melebihi

GH tm = inst Di Blok Di Blok

34

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Umum

Gardu Induk Bolangi merupakan salah satu Gardu Induk asuhan ULTG

Panakkukang. GI Bolangi melayani beberapa penyulang 20 kV antara lain,

Penyulang Samata, Penyulang Cheng Ho, Penyulang Biringbilayya, Penyulang

Paccelekkang, Penyulang Moncongloe dan Penyulang Royal yang disuplai dengan

Trafo 60 MVA. Pada hari Selasa, tanggal 2 April 2019 dan hari Minggu, 28 April

2019 terjadi gangguan satu phasa ke tanah pada jaringan TM penyulang yang

mengakibatkan trip langsung pada sisi 150 kV dan Incoming trafo tanpa mentripkan

proteksi penyulang.

3.2. Teknik Pengumpulan Data

Metode yang digunakan dalam menganalisa gangguan Gangguan Trafo

Distribusi #1 60 MVA Terkait Koordinasi Sistem Proteksi Trafo dan Incoming 20

kV pada Gardu Induk Bolangi adalah observasi, wawancara dan dokumentasi.

a. Observasi

Dalam hal ini observasi kami lakukan dengan cara melakukan pengamatan

secara langsung ke area Unit Layanan Transmisi dan Gardu Induk (ULTG)

Panakkukang pada Gardu Induk Bolangi dan menganalisa gangguan yang

terjadi. Dari sana dapat diketahui beberapa data yang dibutuhkan dalam

kegiatan penelitian ini.

35

b. Wawancara

Pengambilan data dengan metode wawancara dilakukan dengan cara

mewawancarai pihak yang langsung berkaitan dengan Sistem proteksi trafo

ini baik waktu pemeliharaan maupun komponen-komponen yang diperiksa

pada saat pemeliharaan dilakukan serta gangguan yang dapat menyebabkan

relay proteksi pada trafo dan incoming bekerja tidak normal.

c. Dokumentasi

Metode dokumentasi adalah mencari data mengenai hal-hal atau variabel

penelitian yang berupa catatan transkrip, agenda, buku, surat kabar,

majalah, prasasti, notulen, dan sebagainya. Peneliti menggunakan metode

ini untuk memperoleh data Gangguan Trafo Distribusi #1 60 MVA Terkait

Koordinasi Sistem Proteksi Trafo dan Incoming 20 kV pada Gardu Induk

Bolangi.

3.3. Teknik Analisis Data

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya penelitian ini menggunakan 3

metode yakni metode observasi yang dilakukan dengan pengamatan secara

langsung dengan memperhatikan perawatan yang dilakukan. Selanjutnya metode

yang dilakukan adalah dengan menggunakan metode wawancara kepada operator

yang berjaga di gardu induk tersebut. Kemudian metode selanjutnya dengan

melakukan dokumentasi yakni suatu cara mencari data atau mengumpulkan data

yang diperoleh dari dokumen-dokumen yang ada atau catatan-catatan mengenai

teori-teori yang terkait dengan hasil penelitian tentang pemeliharaan dan gangguan

36

yang dapat menyebabkan Gangguan Trafo Distribusi #1 60 MVA Terkait

Koordinasi Sistem Proteksi Trafo dan Incoming 20 kV pada Gardu Induk Bolangi.

Setelah mengulas data yang telah diperoleh yakni berupa hal-hal yang

berkaitan dengan Gangguan Trafo Distribusi #1 60 MVA Terkait Koordinasi

Sistem Proteksi Trafo dan Incoming 20 kV pada Gardu Induk Bolangi. Data yang

lain yakni komponen-komponen yang diperiksa serta kerusakan-kerusakan apa saja

yang menyebabkan komponen ini tidak lagi dilakukan pemeliharaan melainkan

harus mengalami penggantian komponen. Data bertujuan agar dalam pemeliharaan

ini juga dapat mengetahui dan mengatasi Gangguan Trafo Distribusi #1 60 MVA

Terkait Koordinasi Sistem Proteksi Trafo dan Incoming 20 kV pada Gardu Induk

Bolangi.

Hal terakhir yang dilakukan dalam teknik analisis data ini yakni

mengintegrasikan kedalam teori yang ada. Dengan membandingkan teori dan

hipotesis yang ada maka akan dilakukan analisis Gangguan Trafo Distribusi #1 60

MVA Terkait Koordinasi Sistem Proteksi Trafo dan Incoming 20 kV pada Gardu

Induk Bolangi sesuai dengan SOP yang ada sehingga keandalan dan efisiensi dari

Trafo Distribusi #1 60 MVA dan Koordinasi Sistem Proteksi Trafo dan Incoming

20 kV pada Gardu Induk Bolangi ini tetap terjaga.

3.4. Metode Penyelesaian Masalah

Metode penyelesaian masalah adalah dengan menggunakan data - data pada

Gardu Induk Bolangi, dan menggunakan metode RCPS (Root Cause Problem Solving)

atau biasa disebut juga diagram pohon atau 5 Whys.

37

3.4. Langkah – Langkah Penelitian

Di bawah ini adalah flowchart dari proposal ini.

Gambar 3.1 Langkah – langkah penelitian

(Sumber: Dokumen Pribadi)

Mulai

Pengumpulan

Data

Metode

Observasi

Metode

Wawancara

Metode

Dokumentasi

Melakukan

penelitian

Investigasi

Gangguan

Uji Fungsi

Peralatan

Resetting Koordinasi

Ada Hasil

Penyelesaian Laporan

Selesai

38

3.5. Bahan Penelitian

3.6.1. RCPS (Root Cause Problem Solving)

RCPS lebih mencari penyebab masalah berdasarkan data-data atau fakta,

bukan berdasarkan asumsi/perkiraan. Untuk mencari penyebab masalah dilakukan

dengan pertanyaan mengapa? (why?) sampai dengan 5 (lima) kali.

Gambar 3.2 RCPS (Root Cause Problem Solving)

Dari penyusunan RCPS dapat ditemukan beberapa akar permasalahan antara lain:

1. PMT Penyulang 20 kV gagal trip

2. Koordinasi Proteksi transformator yang keliru

39

Dam

pak

3.6.2. Ide Perbaikan Tabel 3.1 Ide Perbaikan

NO Akar Masalah Solusi ( Inisiatif

Perbaikan )

P

I

C

Target

Waktu

Evaluasi

Kemudahan Dampak Prioritas

1 PMT Penyulang 20 kV

Gagal Trip

Melakukan pelumasan

PMT 20 kV saat

pemeliharaan rutin

kubikel

Supv

Ophar 1 hari Mudah tinggi 1

Pelaksanaan Inspeksi Supv

Ophar 1 hari Mudah tinggi 1

2 Koordinasi Proteksi

Transformator yang

Keliru

Resetting dan Uji

Fungsi Relay Terkait

Supv

Ophar 1 hari Sedang tinggi 1

3.6.3. Matriks Prioritas

Tabel 3.2 Matriks Prioritas

3.6.4. Single Line Diagram

Single line diagram gardu induk adalah bagan kutub tunggal yang

menjelaskan sistem kelistrikan pada gardu induk secara sederhana sehingga

memudahkan mengetahui kondisi dan fungsi dari setiap bagian peralatan instalasi

yang terpasang, untuk operasi maupun pemeliharaan.

Matriks No. Ide Perbaikan Prioritas

High

1 Melakukan pelumasan PMT

20 kV saat pemeliharaan rutin

kubikel 1

Medium

Low 2 Pelaksanaan Inspeksi 1

Difficult Medium Easy 3

Resetting dan Uji Fungsi

Relay Terkait 1

Kemudahan Implementasi

40

Gambar 3.3 Single Line Gardu Induk Bolangi

(Sumber : Dokumen Pribadi)

3.6.5. Kesepakatan Bersama Sistem Proteksi Trafo – Penyulang 20 kV

Sehubungan dengan perubahan dan pembentukan Organisasi PT PLN

(Persero) Unit Induk Pembangkitan dan Penyaluran (UIKL) Sulawesi sesuai

Peraturan Direksi No. 1786.P/DIR/2018 tentang Susunan Organisasi dan Formasi

Jabatan PT. PLN (Persero) Unit Induk Pembangkitan dan Penyaluran Sulawesi

serta pengelolaan pemeliharaan asset 20 kV dari PT PLN (Persero) Unit Induk

Wilayah (UIW) sesuai Kepdir No 0520-3.K/DIR/2014 tentang Himpunan Buku

Pemeliharaan Peralatan Sekunder Gardu Induk, maka diperlukan kesepakatan

bersama dalam pengelolaan sistem proteksi trafo - penyulang 20 kV agar :

41

• Batas wewenang dan tanggung jawab menjadi jelas, serta

• Kemungkinan terjadi kesalahan dalam koordinasi sistem proteksi dapat

diperkecil.

Tabel 3.3 Pola Koordinasi Proteksi Trao Gardu Induk di Wilayah Sulawesi

POLA KASKADE POLA NON KASKADE

Sisi Primer

(150kV;

70kV)

NGR

40 ohm

REL 20kV

R

S

R

S

Keterangan NGR : Neutral Ground Resistor R : Recloser S : Sectionalizer In CT : maks 400/5 A atau 400/1 A

NGR 40 Ohm

1. OCR sisi 150kV 1. OCR sisi 150kV 1. EFR sisi 150kV NGR 40 ohm

Jenis Relai : OCR non-directional Jenis Relai : OCR non-directional Jenis Relai : OCR non-

directional Untuk TRAFO 3-

Winding Karakteristik : Standard

Inverse (SI)

I set : 0.5 - 0.8 x In Trafo

t set : > t Zone-2 Line

Penghantar (I hs p-n

sisi HV Trafo)

I moment : blok

Untuk TRAFO 2-

Winding

Karakteristik : Standard Inverse (SI)

I set : 0.2 x In Trafo

t set : 1 - 1.5 dtk (I hs p-n dibus LV)

I moment : blok

Karakteristik : Standard Inverse (SI) Karakteristik : Standard Inverse (SI)

I set > : min 1.2 x In trafo I set > : min 1.2 x In trafo

t set > : 1.5 dtk (I hs p-p dibus LV) t set > : 1.5 dtk (I hs p-p dibus LV)

I moment : (1.2 - 1.3) x (In trafo x (1/Z (pu))

I moment : (1.2 - 1.3) x (In trafo x (1/Z (pu))

t moment : 0.4 dtk (definite ) t moment :

2. OCR sisi 20kV 2. OCR sisi 20kV

Jenis Relai : OCR non-directional Jenis Relai : OCR non-directional


I set > : min 1.2 x In trafo I set > : min 1.2 x In trafo

t set > : 1.0 dtk (I hs p-p dibus LV) t set > : 1.0 dtk (I hs p-p dibus LV) : 0.7 dtk (trafo Unindo) : 0.7 dtk (trafo Unindo)

I high set >> : 10 MVA ( 1150 A ) I high set >> : 10 MVA ( 1150 A )

16 MVA ( 1800 A ) 16 MVA ( 1800 A ) 2. SBEF trafo 20 kV 20 MVA ( 2300 A ) 20 MVA ( 2300 A ) Jenis Relai : EFR non-directional (SBEF) 30 MVA ( 3400 A ) 30 MVA ( 3400 A ) Karakteristik : Long Time Inverse (SI) 60 MVA ( 6000 A ) 60 MVA ( 6000 A ) I set : (0.2 - 0.4) x In NGR

T high set >> : 0,7 dtk (Definite ) T high set >> : 0,7 dtk (Definite ) t set : 50% kemampuan thermis NGR

I high set >>> : 10 MVA ( 1980 A ) I high set >>> : 10 MVA ( 1980 A ) I moment : blok 16 MVA ( 2640 A ) 16 MVA ( 2640 A )

20 MVA ( 3000 A ) 20 MVA ( 3000 A ) 3. GFR Trafo sisi 20 kV (Incoming) 30 MVA ( 4380 A ) 30 MVA ( 4380 A ) Jenis Relai : EFR non-directional 60 MVA ( 7500 A ) 60 MVA ( 7500 A ) Karakteristik : Standard Inverse (SI)

T high set >> : 0,3 dtk (Definite ) T high set >> : 0,3 dtk (Definite ) I set : (0,2 - 0,4) x In NGR/In trafo t set : 1,0 dtk (I hs p-n dibus LV)

3. OCR penyulang 20kV 3. OCR penyulang 20kV I moment : blok


Karakteristik : Standard Inverse (SI) Karakteristik : Standard Inverse (SI) 4. GFR Penyulang (Outgoing)

I set > : min 1,2 x In terkecil I set > : min 1,2 x In terkecil Jenis Relai : EFR non-directional


I set : (0,2 - 0,4) x In NGR

t set : 0,5 dtk (I hs p-n dibus LV)

I moment(>>) : 1 x In NGR / In CCC / In CT

(blok apabila ada recloser /

GH) t moment (>>) : 0.15 ms (definite )

t moment (>>>) : 0.00 ms

(definite ) t moment (>>>) : 0.00

ms (definite )

t set > : 0,5 dtk (I hs p-p dibus LV) t set > : 0,5 dtk (I hs p-p dibus LV)

I high set >> : 10 MVA ( 920 A ) I high set >> : 10 MVA ( 920 A ) 16 MVA ( 1380 A ) 16 MVA ( 1380 A ) 20 MVA ( 1500 A ) 20 MVA ( 1500 A ) 30 MVA ( 2080 A ) 30 MVA ( 2080 A ) 60 MVA ( 3400 A ) 60 MVA ( 3400 A )

T high set >> : 0,2 dtk (Definite ) T high set >> : 0,2 dtk (Definite )

I high set >>> : 10 MVA ( 1650 A ) I high set >>> : 10 MVA ( 1650 A ) 16 MVA ( 2200 A ) 16 MVA ( 2200 A )

20 MVA ( 2500 A ) 20 MVA ( 2500 A ) 5. GFR Seksi 1 30 MVA ( 3650 A ) 30 MVA ( 3650 A ) Jenis Relai : EFR non-directional


I set > : (0,2 - 0,4) x In CT

t set > : 0,2 dtk (I hs p-p dibus LV)

I set >> : 0.5 - 1 x In NGR atau In CCC

atau In CT

t set>> : 0 ms (definite instant )

60 MVA ( 6000 A ) 60 MVA ( 6000 A )

T higt set >>> : 0,00 dtk (Definite ) T high set >>> : 0,00 dtk (Definite )

4. OCR Seksi 1 4. OCR Seksi 1


Karakteristik I set >

: Standard Inverse (SI) : Lebih kecil dari nilai OCR Penyulang

Karakteristik I set >

: :

Standard Inverse (SI) min 1,2 x In terkecil

t set > : Lebih cepat dari waktu penyulang t set > : 0,5 dtk (I hs p-p dibus LV)

I set >> : I set >> : min 1,2 x In terkecil 6. GFR Seksi 2

t set >> : t set >> : 0,5 dtk (I hs p-p dibus LV) Jenis Relai : EFR non-directional


I set > : (0,2 - 0,4) x In CT

t set > : 0,1 dtk (I hs p-p dibus LV)

I set >> : 0.5 - 1 x In NGR atau In CCC

atau In CT

t set>> : 0 ms (definite instant )

5. OCR Seksi 2 5. OCR Seksi 2



I set > : Lebih kecil dari nilai OCR Seksi 1 I set > : min 1,2 x In terkecil

t set > : Lebih cepat dari waktu seksi 1 t set > : 0,5 dtk (I hs p-p dibus LV)

I set >> : I set >> : min 1,2 x In terkecil

t set >> : t set >> : 0,5 dtk (I hs p-p dibus LV)

42

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Gardu Induk Bolangi

Trafo 60 MVA GI Bolangi 150 kV melayani enam penyulang yaitu,

Penyulang Samata, Penyulang Cheng Ho, Penyulang Biringbilayya, Penyulang

Pacelekkang, Penyulang Moncongloe dan Penyulang Royal.

Gambar 4.1 Single Line Gardu Induk Bolangi


2000/5 A

43

4.2. Data Peralatan Kubikel 20 Kv Merk Schneider Type Pix 24

Gambar 4.2 Kubikel 20 Kv Merk Schneider Type Pix 24


Keterangan :

1. KWh Meter

2. Announciator

3. Tombol Announciator

4. Lampu Indikasi PMT 20 kV

5. Saklar

6. Amperemeter

7. Rele Arus Lebih (OCR) dan

Rele Gangguan Tanah (GFR)

8. Test Plug

9. Single Line Diagram

10. Panel Lokal Manual

11. Lubang tuas pentanahan

12. Lampu Indikasi Tegangan

Ujung Mof

13. Indikasi pentanahan

44

Tabel 4.1 Spesifikasi Incoming dan Outgoing 20 kV

PMT Incoming PMT Outgoing

CT Incoming CT Outgoing

Relay OCR Incoming Relay OCR Outgoing

20 kV (2000/5) 20 kV (600/5) Arus 2000 A Arus 600 A TMS 0.25 TMS 0.1 Kurva Standard Inverse Kurva Standard Inverse Instant None Instant 2400 A

Setting GFR Incoming Setting GFR Outgoing

20 kV (2000/5) Outgoing 20 kV (600/5)

Arus 200 A Arus 60 A

TMS 0.25 TMS 0.1

Kurva Standard Inverse Kurva Standard Inverse

Instant None Instant 2400 A

45

Gambar 4.3 Data Penyulang 20 kV Gardu Induk Bolangi

(Sumber : Komputer SAS Gardu Induk Bolangi 11 Mei 2019)

Tabel 4.1 Beban Miimum dan Beban Maximum Gardu Induk Bolangi 2019

Beban Minimum Maximum

Penyulang A kV MW MVar A kV MW MVar

F. Biring Bilayya 51 20.2 1.70 0.48 104 20.2 3.05 1.71

F. Cheng Ho 105 20.2 3.52 0.94 160 20.2 5.31 1.51

F. Romang Pol 40 20.2 1.38 0.2 94 20.2 3.22 0.76

F. Paccellekang 80 20.2 2.55 1.06 147 20.2 4.69 1.69

F. Samata 84 20.2 2.82 0.88 136 20.2 4.57 1.44

4.3. Data Gangguan Pada Penyulang Biring Bilayya

Pada hari selasa tanggal 02-04-2019 dan minggu 28-04-2019 terjadi

gangguan kubikel incoming dan 150 trafo trafo trip yang disebabkan oleh PMT

penyulang yang gagal trip. Permasalahan diawali oleh gangguan penyulang akibat

gangguan jaringan TM yang tembus hingga incoming.

46

Gambar 4.4 Kondisi Normal Pada Penyulang

(Sumber : Aplikasi Wavewin ABB)

Gambar 4.5 Kondisi Ketika Merasakan Gangguan Pada Penyulang


Gambar 4.6 Kondisi Gangguan Pada Penyulang


47

4.4. Laporan Gangguan

Tabel 4.2 Laporan Gangguan ULTG Panakkukang

Gambar 4.7 Kronologi Gangguan


2000/5 A

D C

B

A

48

Keterangan :

1. A : Relay GFR Penyulang Biring Bilaya

2. B : Relay GFR Incoming 20 kV

3. C : Relay GFR Sisi 150 kV bay Trafo

4. D : Relay GFR SBEF

4.5. BIP (Bagan Inisiatif Perbaikan)

Tabel 4.3 BIP (Bagan Inisiatif Perbaikan)

BAGAN INISIATIF PERBAIKAN

JUDUL Bidang /Bagian:

Analisa gangguan trip trafo 60 MVA GI Bolangi sisi

Incoming dan 150 kV akibat gangguan penyulang 20 kV

ULTG Panakkukang

Deskripsi:

1. Kajian ini bertujuan untuk menghindari pemadaman listrik kepada konsumen akibat tripnya transformator

60 MVA pada GI Bolangi 150 Kv.

2. Melaksanakan uji fungsi dan individual pada relay OCR/GFR sisi 150 Kv, Incoming, SBEF dan

Penyulang

Latar belakang: Rincian tindakan:

1. Penurunkan gangguan trafo akibat penyulang

1. Resetting relay OCR/GFR terkait

2. Penambahan relay OCR/GFR Incoming

KPI yang terpengaruh Kemudahan

implementasi

Manfaat atau Dampak

ENS (Energi Not Suplied) Sedang Tinggi

49

Kriteria umum yang perlu diperhatikan dalam melakukan koordinasi

proteksi sistem adalah terjaminnya kontinuitas penyaluran tenaga listrik yang

diukur dengan indeks sering dan lamanya padam.

Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi jumlah dan lama padam pada

penyediaan tenaga listrik, antara lain :

a. Jumlah gangguan pada peralatan primer,

b. Kondisi sistem/ jaringan dan

c. Kinerja sistem proteksi.

Agar sistem proteksi dapat bekerja sesuai dengan fungsinya, maka dalam

melakukan koordinasi sistem pengaman harus memperhatikan hal-hal sebagai

berikut :

• Keamanan peralatan,

• Keamanan sistem,

• Kebutuhan konsumen.

Perhatian terhadap keamanan peralatan dan sistem serta kebutuhan

konsumen harus diberikan secara proporsional, agar secara sistem akan diperoleh

indeks sering dan lama padam yang optimum. Pengamanan yang berlebih terhadap

peralatan dan sistem dapat menyebabkan tingginya jumlah padam, sedangkan

perhatian yang berlebih terhadap kebutuhan konsumen dapat membahayakan

peralatan dan sistem .

50

Lamanya waktu pemulihan setelah terjadi gangguan sangat tergantung pada

tingkat kerusakan peralatan atau luas padam yang ditimbulkan. Sebagai contoh

bahwa kerusakan permanen pada trafo akan menyebabkan pemadaman yang luas

dan waktu pemulihan yang lebih lama serta biaya untuk perbaikan yang lebih tinggi.

Dengan memperhatikan hal tersebut maka dalam mengkoordinasikan

sistem pengaman trafo, keamanan dari trafo tersebut merupakan faktor yang harus

lebih diperhatikan

Hal yang perlu diperhatikan dalam menetapkan koordinasi pengaman trafo

dan penyulang antara lain sebagai berikut :

• Pola operasi dan konfigurasi sistem,

• Kemampuan trafo terhadap beban lebih,

• Ketahanan trafo terhadap gangguan hubung singkat eksternal,

• Trafo arus untuk relai proteksi,

• Statistik gangguan,

• Penutup balik otomatis dan CBO (Circuit Breaker Outgoing),

• Pentanahan sistem dan konfigurasi belitan trafo,

• Kondisi spesifik yang berpotensi menyebabkan PMT trafo trip,

• Ketahanan kabel terhadap gangguan hubung singkat tanah,

• Pengamanan yang berlapis dan sumber DC,

• Waktu pemisahan gangguan,

• Penggunaan Pola Pengaman Non kaskade.

51

4.6. WORKPLAN

Tabel 4.4 Workplan

Gangguan Trafo 60 MVA Tanggal 2 April 2019

a Kronologi gangguan

Kronologi yang terjadi pada saat gangguan di trafo 60 MVA GI Bolangi 150 kV

pada tanggal 2 April 2019, adalah sebagai berikut:

52

b Kondisi sebelum gangguan

Beban trafo 60 MVA GI Bolangi 150 kV: 18.5 MW, 565 A, 145 kV

c Kronologi Gangguan

Jam 14:43 PMT 150/20 kV Trafo Trip, Relay: Backup Protection Earth Fault 20

kV Jam 14:44 PMT semua penyulang di lepas bertahap

d Akibat Gangguan

Trafo 60 MVA GI Bolangi hilang tegangan

e Penyebab Gangguan

Gangguan penyulang Biring Bilayya relay GFR yang arus gangguannya

melampaui setting pada incoming 20 kV Trafo 60 MVA

Gangguan Trafo 60 MVA Tanggal 28 April 2019

a Kronologi gangguan

Kronologi yang terjadi pada saat gangguan di trafo 60 MVA GI Bolangi 150 kV

pada tanggal 28 April 2019, adalah sebagai berikut:

b Kondisi sebelum gangguan

Beban trafo 60 MVA GI Bolangi 150 kV: 15 MW

c Indikasi Yang Muncul

Bay Incoming Trafo: Earth Fault 20 kV Penyulang Biringbilayya: Pickup GFR

d Langkah Pemeriksaan Gangguan

53

Memeriksa peralatan, mencatat dan mereset relay yang bekerja yang mengalami

gangguan oleh operator/piket, kemudian melaporkan ke PLNUP2B Sistem

Sulsel dan piket ULTG Panakkukang

e Tindakan Pemulihan

Jam 01.26 Pemeriksaan fisik dan penormalan indikasi relay

Jam 01.40 Dicoba dimasukkan kembali bay Trafp dikarenakan tidak ada anomali

f Penyebab Gangguan

Bersamaan dengan pickup Penyulang Biringbilayya

g Tindak Lanjut

• Melakukan pemeriksaan fisik peralatan

• Melakukan download relay terkait

• Melakukan scanning proteksi relay terkait

Dari data gangguan tersebut, terjadinya 2 kali gangguan pada tarfo 60 MVA

GI Bolangi diakibatkan oleh kesalahan input ratio pada relay OCR/GFR incoming

20 kV trafo, Ratio CT 20 kV untuk Penyulang Biring Bilayya adalah 600/5 A, untuk

incoming adalah 2000/5 A, dan untuk relay SBEF adalah 300/5 A. Namun ratio CT

yang diinput pada relay OCR/GFR 20 kV adalah 300/5 A. Hal ini mengakibatkan

pembacaan arus gangguan pada sisi incoming lebih tinggi dibandingkan dengan

penyulang. Hal ini mengakibatkan relay OCR/GFR incoming Trafo yang bekerja

saat timbul arus gangguan penyulang yang mencapai settingnya. Permasalahan

54

lainnya adalah tidak adanya fungsi SBEF pada trafo 60 MVA GI Bolangi dan output

relay incoming yang mentripkan dua sisi trafo yaitu untuk sisi 150 kV dan 20 kV.

Tindak lanjut yang dilakukan adalah melakukan resetting ratio CT 20 kV

pada relay OCR/GFR incoming trafo dari 300/5 A menjadi 2000/5 A dan

pengaktifan fungsi SBEF. Karena tidak tersedianya relay untuk SBEF maka fungsi

tersebut di aktifkan pada relay OCR/GFR incoming trafo. Keadaan ini dapat

menghindari kemungkinan gangguan penyulang tembus hingga incoming dan 150

kV trafo namun, saat terjadi gangguan yang mentripkan incoming maka sisi 150 kV

juga akan ikut trip.

Pekerjaan resetting dilakukan dalam keadaan online trafo sisi 150 kV dan 20

kV dan resetting penyulang dilakukan dalam keadaan padam. Kondisi saat ini

adalah fungsi SBEF diaktifkan pada relay incoming, namun dengan inputan CT

berbeda. Pembacaan pada relay tidak sesuai dengan CT di NGR Ratio CT di NGR

300/5 A sedangkan pada relay 2000/5 A. Hal ini dapat menyebabkan pembacaan

arus pada relay akan selalu tinggi. Oleh karena itu perlu pemisahan peralatan relay

incoming dan SBEF. Penambahan relay incoming akan dilakukan bersamaan

dengan pemeliharaan 2 tahunan.

4.7. Tindak Lanjut

Resetting Koordinasi oleh UPT Makassar dan ULTG Panakkukang di GI

Bolangi 4 Mei 2019

55

1. Setting relay GFR Incoming GI Bolangi

Gambar 4.8 Setting relay GFR Incoming sebelum resetting

(Sumber : Aplikasi PCM600 2.7)

Gambar 4.9 Setting relay GFR Incoming setelah resetting


56

Pada saat dilaksanakan Scanning Koordinasi Proteksi Trafo dan Penyulang

untuk Bay Trafo Distribusi #1 didapatkan hasil download setting relay

Incoming 20 kV dengan merk ABB tipe REF615 ditemukan fungsi GFR

(EFHPTOC1:1) dalam kondisi off/disable. Tindak lanjut yang dilakukan

adalah mengaktifkan fungsi GFR sesuai dengan Approval data setting dari

UPT Makassar.

2. Setting relay SBEF Trafo 60 MVA GI Bolangi

Gambar 4.10 Setting relay SBEF Trafo #1 60 MVA sebelum resetting


57

Gambar 4.11 Setting relay SBEF Trafo #1 60 MVA setelah resetting


Temuan lain yang didapatkan saat scanning koordinasi trafo dan penyulang

untuk Trafo Distribusi #1 GI Bolangi adalah kekeliruan dalam penginputan ratio

CT dan kurva pada relay SBEF, ratio yang di set pada relay berbeda dengan ratio

CT yang terpasang. Tindak lanjut yang dilakukan adalah dengan mengganti ratio

CT pada parameter setting relay dari 2000/5 A menjadi 300/5 A. Kurva yang

digunakan diganti dari IEC Normal Inverse menjadi IEC LT Inverse.

58

3. Setting OCR

Tabel 4.5 Setting OCR Sebelum dan Sesudah Resetting

Sebelum Sesudah Sebelum Sesudah

150 kV (300/5) Incoming 20 kV (2000/5)

Arus 300 A 277 A Arus 2000 A 2078 A

TMS 0.26 0.32 TMS 0.25 0.148

Kurva IEC NI/SI IEC NI/SI Kurva IEC NI/SI IEC NI/SI

Instant None 2282 Instant None 6000

Outgoing 20 kV (600/5) -

Arus 600 A 384 A - - -

TMS 0.1 0.23 - - -

Kurva IEC NI/SI IEC NI/SI - - -

Instant 2400 3400 - - -

4. Koordinasi OCR sebelum Resetting

59

5. Koordinasi OCR Setelah Resetting

Gambar 4.12 Koordinasi OCR Sebelum dan Setelah Resetting

(Sumber : Aplikasi Power Plot V2.5)

6. Setting GFR

Tabel 4.6 Setting GFR Sebelum dan Sesudah Resetting

Sebelum Sesudah Sebelum Sesudah

150 kV (300/5) SBEF (300/5)

Arus 60 A 115A Arus 200 A 86 A

TMS 0.4 0.18 TMS 0.25 0.1

Kurva IEC NI/SI IEC NI/SI Kurva IEC NI/SI IEC LTI

Instant None None Instant None None

60

Incoming 20 kV (2000/5) Outgoing 20 kV (600/5)

Arus 200 A 57 A Arus 60 A 57 A

TMS 0.25 0.22 TMS 0.1 0.11

Kurva IEC NI/SI IEC NI/SI Kurva IEC NI/SI IEC NI/SI

Instant None None Instant 2400 A None

7. Koordinasi GFR Sebelum Resetting

Gambar 4.13 Koordinasi GFR Sebelum Resetting


61

8. Koordinasi GFR Setelah Resetting

Gambar 4.14 Koordinasi GFR Setelah Resetting.


4.8. Hasil Pengujian Resetting

Hasil Pengujian adalah hasil dari proses yang bertujuan untuk memastikan apakah

semua fungsi pada sistem relay bekerja dengan baik dan mencari kesalahan yang mungkin

dapat terjadi pada relay tersebut.

1. Hasil Uji Relay OCR dan GFR pada Incoming

a. Pengujian arsu pick up, karakteristik waktu, waktu kerja sesaat dan uji fungsi.

63

2. Hasil Uji Relay OCR dan GFR pada Penyulang Outgoing

a. Pengujian karakteristik kaktu relay, gangguan 1.5 kali dari Arus Setting

64

b. Pengujian karakteristik kaktu relay, gangguan 2 kali dari Arus Setting

b. Pengujian karakteristik kaktu relay gangguan, 3 kali dari Arus Setting

65

b. Pengujian karakteristik waktu relay samapi mencapai settingan waktu kerja

sesaat pada relay

66

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

• Tripnya PMT 150 kV bay Trafo dan Incoming 20 kV di GI Bolangi saat

terjadi gangguan penyulang Biring bilayya disebabkan oleh kesalahan input

ratio CT pada relay SBEF dan tidak aktifnya fungsi GFR pada relay

incoming Trafo.

• Jika terjadi gangguan satu fasa ke tanah yang mengakibatkan PMT

Incoming 20 kV trip maka akan mengakibatkan PMT 150 kV bay Trafo ikut

trip dikarenakan rangkaian trip kedua sisi terhubung pada satu relay yang

sama untuk fungsi GFR incoming dan SBEF.

5.2. Saran

• Saat Commissioning untuk pengoperasian trafo baru, dilakukan

pemeriksaan ulang setting dan koordinasi relay proteksi oleh tim proteksi

UPT, ULTG dan UIP.

• Tidak dilakukan pengoperasian apabila masih ada item pendingan saat ada

penambahan bay baru.

• Untuk menghindari gangguan yang berulang dengan penyebab yang sama

maka disarankan agar setting relay lebih diperhatikan dan dilakukan

pengujian menyeluruh baik uji fungsi maupun uji individual relay untuk

memastikan koordinasi proteksi yang sesuai.

• Perlu pemisahan peralatan relay incoming dan SBEF, dengan melakukan

pemasangan relay OCR/GFR untuk Incoming Trafo.

67

DAFTAR PUSTAKA

Bonar, Pandjaitan. 2012. Praktik-Praktik Proteksi Sistem Tenaga Listrik. Penerbit

Andi Offset. Yogyakarta

K, Pribadi dan Wahyudi SN. 2005. Perhitungan Setting dan Koordinasi Proteksi

Sistem Distribusi. . Penerbit PT. PLN (Persero). Jakarta

Marsudi, Djiteng. 2006. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Penerbit Graha Ilmu.

Jakarta

PT. PLN (Persero), 2014. Buku O&M Sistem Proteksi Trafo Tenaga. Penerbit PT.

PLN (Persero). Jakarta

PT. PLN (Persero). 2019. Kesepakatan Bersama Proteksi 20 kV. Penerbit PT. PLN

(Persero) UIKL Sulawesi. Manado

Sarimun Wahyudi. 2016. Sistem Distribusi Tenaga Listrik, Penerbit Garamond.

Depok

Tanyadji, Sony dan Sarma Thaha. 2015. Sistem Proteksi Tenaga Listrik, Penerbit

Innawa. Makassar

68

LAMPIRAN

1. Investigasi Gangguan

69

2. Penambahan Relai proteksi OCR dan GFR di Incoming 20 kV

STUDI KOORDINASI PROTEKSI TRANSFORMATOR DAN PENYULANG DI GARDU INDUK … · 2020. 7. 1. · Gardu...

Documents

Transcript of STUDI KOORDINASI PROTEKSI TRANSFORMATOR DAN PENYULANG DI GARDU INDUK … · 2020. 7. 1. · Gardu...