ANALISA PENGGUNAAN RELAY DIRECT EARTH FAULT (DEF) SEBAGAI PROTEKSI PENGHANTAR 150 KV TITI KUNING – GIS LISTRIK LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi
oleh BINTANG RUTH OLIVIA 1305052067
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2016
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya yang sampai saat ini selalu melimpah terutama selama proses penyusunan Tugas Akhir ini hingga akhirnya dapat diselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi di Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan dengan judul “Analisa Penggunaan Relay Direct Earth Fault sebagai Proteksi Penghantar 150 KV Titi Kuning – GIS Listrik”. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan motivasi, bimbingan dan pengarahan selama penyusunan laporan Tugas Akhir ini. Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1.
M. Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan;
2.
Idham Kamil, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan;
3.
Ir. Abdul Razak, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan;
4.
Ir. Hairanus Tarigan, M.T., dosen pembimbing penulis;
5.
Ir. Burhanuddin Tarigan, M.T., dosen wali EN – 6D;
6.
Seluruh Dosen, Staff dan Karyawan Progam Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan;
7.
Orang tua penulis, Ayahanda Bolitan Hutajulu dan Ibunda Christina br. Tambunan, D br Sianturi (Op. Bintang), Saudara kandung penulis Ridho Patrick Hutajulu dan Jeremia Anju Hutajulu serta seluruh Keluarga Besar Penulis yang telah memberikan motivasi, materi, doa, dan juga kasih sayang yang tiada hentinya;
8.
Saudara penulis Hendra Yanto Sihombing, S.T dan Darma Uli br. Sinaga, S.E yang telah membantu, memberikan motivasi, dan juga telah banyak memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Akhir ini; v
9.
Seluruh Staff Proteksi PT PLN UPT Medan yang telah banyak membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Akhir ini;
10. Teman Spesial penulis untuk Yoericad Todosadha Bernardinus Sitohang yang telah memberikan bimbingan, motivasi, doa, dan juga kasih sayang yang tiada hentinya; 11. Rekan sekaligus junior terdekat Penulis, Indah Putri Sari Banjarnahor yang telah membantu dan memberikan motivasi kepada penulis; 12. Seluruh rekan penulis yang berada di Kos No. 5 Jln. Pembangunan Usu dan Asri Andyka Putri Tarigan serta rekan terdekat penulis Surya Ananda br. Sitohang, Friska br. Marpaung dan Bastian Habeahan yang telah memberikan motivasi, doa, dan juga kasih sayang yang tiada hentinya; 13. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Program Studi Teknik Konversi Energi, khususnya kepada Desy Fernika Sagala, Lidya Metalika Sinaga, teman-teman EN-6D dan angkatan 2013 yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah banyak membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Akhir ini, juga terimakasih atas kebersamaannya. Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas Akhir ini dikemudian hari. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, 20 Juli 2016 Hormat Penulis,
Bintang Ruth Olivia NIM: 1305052067
vi
DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ...............................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN ......................................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................
iv
KATA PENGANTAR ...............................................................................
v
DAFTAR ISI ..............................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
ix
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................
x
DAFTAR TABEL .....................................................................................
xi
INTISARI ..................................................................................................
xii
ABSTRACT ...............................................................................................
xiii
BAB I PENDAHULUAN ..........................................................................
1
A. Latar Belakang ................................................................................
1
B. Batasan Masalah ...............................................................................
2
C. Tujuan Penulisan ..............................................................................
3
D. Manfaat ............................................................................................
3
E. Teknik Pengumpulan Data ...............................................................
4
F. Sistematika Penulisan.......................................................................
4
BAB II TEORI DASAR............................................................................. A. Sistem Proteksi
6 6
1. Pengertian Sistem Proteksi ..........................................................
7
2. Pengertian Rele Proteksi .............................................................
7
3. Perangkat sistem Proteksi ............................................................
6
4. Fungsi dan Peranan Rele Proteksi ...............................................
9
5. Syarat-syarat Rele Proteksi .........................................................
10
6. Penyebab Terjadinya Kegagalan Proteksi ...................................
11
7. Pengelompokkan Sistem Proteksi ...............................................
12
8. Pembagian Tugas dalam Sistem Proteksi ....................................
13
B. Gangguan Pada Sistem Penyaluran ..................................................
13
1. Gangguan Sistem ........................................................................
13
vii
2. Gangguan Non-Sistem ................................................................
13
C. Gangguan Hubung Singkat ..............................................................
14
1. Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa ..............................................
16
2. Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa ..............................................
16
3. Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa ke Tanah ..............................
16
4. Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah ..............................
16
D. Over Current Relay (OCR) ..............................................................
17
1. Instantaneous Relay ....................................................................
17
2. Definite Time Relay .....................................................................
18
3. Inverse Relay ...............................................................................
19
E. Pemutus Arus (PMT) .......................................................................
21
1. Berdasarkan Besar/Kelas Tegangan ............................................
22
2. Berdasarkan Jumlah Mekanik Penggerak/Tripping Coil ............
22
3. Berdasarkan Media isolasi...........................................................
23
F. Trafo Arus ........................................................................................
25
1. Pengertian Trafo Arus .................................................................
25
2. Fungsi Trafo Arus .......................................................................
26
BAB III DIRECT EARTH FAULT ......................................................... A. Filosofi Direct Earth Fault (DEF) ...................................................
28 28
1. Fungsi Direct Earth Fault (DEF) ................................................
28
2. Karakteristik Direct Earth Fault (DEF) ......................................
29
3. Spesifikasi Direct Earth Fault (DEF) .........................................
30
BAB IV PEMBAHASAN .......................................................................... A. Rangkaian Rele Direct Earth Fault .................................................
33 33
B. Rangkaian Rele Direct Earth Fault saat Terjadi Gangguan ............
34
C. Gangguan Hubung singkat ...............................................................
35
D. Perhitungan Setting DEF pada Penghantar 150 KV ........................
37
BAB V PENUTUP...................................................................................... A. Simpulan ..........................................................................................
39 39
B. Saran .................................................................................................
39
DAFTAR PUSTAKA
viii
INTISARI
Direct Earth Fault (DEF) adalah suatu rele pengindera dan berfungsi untuk mendeteksi arus gangguan fasa ke tanah dimana gangguan yang dideteksi adalah gangguan yang berada di depannya atau yang disebut forward (sudut 0o – 180o). Hubung singkat terjadi dikarenakan beberapa faktor, misalnya tiupan angin kencang yang mengakibatkan kawat penghantar bergesekan, gesekan pohon ke kawat penghantar, bisa juga karena putusnya kawat penghantar, dan lain sebagainya.
Kata kunci: Relay Direct Earth Fault (DEF)
xii
ABSTRACT
Direct Earth Fault (DEF) is a relay sensing and serves to detect the phase to ground fault currents which are detected disorder is a disorder that is in front of him or called forward (angle of 0 ° - 180 °). Short circuit occurs due to several factors, such as strong winds which resulted wires rub together, friction trees into wires, it could be due to rupture wires, and so forth.
Key word: Direct Earth Fault Relay (DEF)
xiii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Energi listrik saat ini telah menjadi landasan bagi kehidupan modern serta menjadi suatu acuan tingkat kesejahteraan atau taraf hidup suatu bangsa dan negara, dimana bila semakin besar energi listrik yang digunakan dalam aktifitas suatu negara dapat diartikan bahwa negara tersebut adalah negara maju dan sebaliknya jika semakin kecil penggunaan energi listriknya maka negara itu masih bisa dikatakan negara berkembang atau negara miskin. Semakin besarnya kebutuhan akan energi listrik, tidak terlepas daripada kualitas energi listrik tersebut dan kualitas energi listrik tergantung dari keandalan dari sistem tenaga listriknya. Oleh sebab itu, agar produsen listrik dapat menyediakan energi listrik yang berkualitas maka harus memperhatikan keandalan sistem tenaga listriknya. Penyaluran energi listrik tentunya dibutuhkan suatu media hantar Saluran Udara Tegangan Tinggi/Saluran Kabel Tegangan Tinggi (SUTT/SKTT) yang digunakan untuk menyalurkan energi listrik tersebut dari satu gardu ke gardu yang lain dengan tegangan sistem 150 kV. Kemudian energi listrik tersebut akan di transformasikan menjadi tegangan menengah yang nantinya akan disalurkan ke konsumen tersebut akan di transformasikan melalui trafo daya. Banyak faktor yang dapat mengganggu saluran udara tersebut dalam proses penyalurannya baik berupa gangguan alam yang bersifat uncontrollable (petir, hewan), controllable (pohon, layang-layang), maupun gangguan akibat beban berlebih (overload). Maka atas dasar tersebut diperlukan sebuah sistem proteksi sebagai pengaman SUTT/SKTT tersebut agar tidak merusak peralatan lain akibat gangguan yang terjadi. Adapun beberapa proteksi yang dipasang untuk mengamankan SUTT/SKTT antara lain ialah relay distance (main protect), Relay Direct over current dan relay Direct Earth fault (back up protect).
1
Sesuai dengan judul penulis “ANALISA PENGGUNAAN RELAY DIRECT EARTH FAULT (DEF) SEBAGAI PROTEKSI PENGHANTAR 150 KV TITI KUNING – GIS LISTRIK”, Penulis menganalisa Relay Direct Earth Fault (DEF) yang memproteksi Penghantar mulai dari Gardu Induk yang berada di Titi Kuning sampai GIS yang berada di Jln. Listrik kota Medan. Gas Isolated/Insulated Substation (GIS) memiliki fungsi dan pengertian yang hampir sama dengan Gardu Induk (GI). Tetapi bedanya, GIS merupakan sebuah sistem penghubung & pemutus jaringan listrik yang dikemas dengn menggunakan Gas SF6 (Sulfur Hexa Floride) bertekanan sebagai material isolasi elektrik dan sebagai pemadam busur api atau bahasa singkatnya Klasifikasi GI yang menggunakan isolasi Gas. Direct Earth Fault (DEF) berfungsi sebagai pengaman cadangan dari relay distance untuk mengamankan gangguan yang terjadi akibat gangguan fasa ke tanah seperti pohon yang menyentuh konduktor. Melihat akan pentingnya suatu sistem pengaman didalam sistem tenaga listrik, maka saya tertarik untuk mengamati dan mempelajari lebih dalam peranan sistem pengaman tersebut dan proses kerjannya dalam sistem tenaga listrik sehingga dapat mengamankan sistem yang begitu besar. Relay gangguan tanah berarah (Direct Earth Fault) adalah suatu rele pengindera dan berfungsi untuk mendeteksi gangguan ke tanah yang terjadi didepannya (<0º-180º). Tentunya ada bermacam-macam jenis karakteristik dari Direct Earth Fault yang berfungsi untuk mengamankan gangguan hubung singkat, baik gangguan satu fasa ke tanah, dua fasa, dua fasa ketanah, dan tiga fasa. Hubung singkat terjadi dikarenakan beberapa faktor, misalnya tiupan angin kencang yang mengakibatkan kawat penghantar bergesekan, gesekan pohon ke kawat penghantar, bisa juga karena putusnya kawat penghantar, dan lain sebagainya. B. Batasan Masalah Untuk memperoleh hasil pembahasan yang maksimal maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah yang dibahas pada Tugas Akhir ini adalah :
2
1. Bagaimana Filosofi kerja Direct Earth Fault pada penghantar 150 kV Saluran
Udara
Tegangan
Tinggi/Saluran
Kabel
Tegangan
Tinggi(SUTT/SKTT) ? 2. Bagaimana fungsi dan pemasangan Direct Earth Fault (DEF) ? 3. Bagaimana settingan Direct Earth Fault (Arus dan time multiple setting) ? C. Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah : 1. Mempelajari filosofi kerja Direct Earth Fault (DEF) sebagai proteksi penghantar 2. Mempelajari fungsi dan pemasangannya 3. Menganalisa perhitungan setting Direct Earth Fault (arus dan time multiple setting) D. Manfaat Manfaat yang dapat diperoleh dari pembuatan tugas akhir mengenai Direct Earth Fault ini adalah : 1.
Untuk masyarakat umum, dapat digunakan sebagai wahana penambah wawasan dalam memahami faktor eksternal yang dapat mengganggu proses penyaluran listrik contohnya: penanaman pohon atau pembangunan gedung-gedung
yang
dapat
mengakibatkan
terganggunya
sistem
penyaluran energi listrik yang juga akan berdampak kepada masyarakat banyak. 2.
Untuk mahasiswa, sebagai media penambah wawasan dalam memahami fungsi-fungsi proteksi penyaluran energi listrik.
3.
Untuk penulis, dapat mengaplikasikan pengetahuan serta menambah pengetahuan tentang Direct Earth Fault dengan menganalisa secara langsung.
3
E. Teknik Pengumpulan Data Adapun teknik pengumpulan dan pengolahan data yang dilakukan oleh penulis untuk mendapatkan informasi dan data yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah: 1. 2. 3. 4.
F.
Pengamatan langsung terhadap objek dan menganalisis data yang berhubungan. Diskusi dengan staf lapangan atau pembimbing lapangan pada saat menganalisa. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing dan pihak-pihak lain untuk membantu menyelesaikan tugas akhir. Mencari referensi manual book dari website pabrikan objek tersebut
Sistematika Penulisan Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman tugas akhir ini, maka penulis membuat tugas akhir ini dengan sistematika sebagai berikut : BAB I
: PENDAHULUAN Bab ini berisikan gambaran menyeluruh yang menjelaskan pembahasan tentang latar belakang penulisan, perumusan masalah, maksud dan tujuan penulisan, manfaat tugas akhir, batasan masalah, teknik pengumpulan data dan sistematika penulisan.
BAB II
: DASAR TEORI Bab ini membahas tentang pengertian Pengertian Sistem Proteksi, Relay Proteksi, Syarat-syarat rele proteksi, Over Current Relay (OCR), PMT (Pemutus Arus), dan Trafo.
BAB III
: DIRECT EARTH FAULT Bab ini membahas tentang filosofi kerja Relay Direct Earth Fault dan spesifikasi rele Direct Earth Fault (DEF).
4
BAB IV
: PEMBAHASAN Bab ini membahas tentang rangkaian Direct Earth Fault dan time multiple setting atau setting waktu rele DEF
BAB V
: PENUTUP Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran.
5
