ANALISIS PENYETELAN PROTEKSI ARUS LEBIH PENYULANG CIMALAKA DI GARDU INDUK 70 kv SUMEDANG

Media Elektrika, Vol. 5 No. 2, Desember 2012

ISSN 1979-7451

ANALISIS PENYETELAN PROTEKSI ARUS LEBIH PENYULANG CIMALAKA DI GARDU INDUK 70 kV SUMEDANG Fajar Pranayuda1) , Achmad Solichan 2) , M.Toni Prasetyo 3) 1,2,3)

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Semarang

ABSTRAK

20 kV distribution of PLN is not free from distractions short circuit. Greatest short circuit fault current occurs at 20 kV bus bar. This led to widespread outages as a result of the major security operation. The aim of this study was to identify the final interruption of short circuit current, short circuit fault current to calculate and determine the values Over Current Relay (OCR) and Ground Fault Relay (GFR). This study purposed to calculate short circuit current. The subject of research is the disturbances that occurred in Cimalaka feeders. The data required for this study were obtained from the Area Manager Distribution of Bandung. The data is analyzed to determine the magnitude of short circuit current and Over Current Relay (OCR) and Ground Fault Relay (GFR) adjustment. The results show the short circuit fault current at 0% distance from feeder is 2428,391 A and short circuit current for 3 phase is 2103,049 A short circuit fault current and the second phase of 570,406 A short circuit fault current one phase to the ground. The difference in the relay settings data from the field with the calculation results showed that the differences are not too significant, so the ability of the relays is still good. Thus, the feeder protection relays Cimalaka at 70 kV substation Sumedang still good and doesn’t need to be reset. Keywords: Over Current Relay (OCR), Ground Fault Relay (GFR), Connecting Disorders Brief, Relay Settings. Arus gangguan terbesar terjadi pada

PENDAHULUAN Jaringan 20 kV yang dipakai oleh PLN

daerah busbar 20 kV. Hal ini menyebabkan

untuk mendistribusikan tenaga listrik ke

terjadinya pemadaman yang meluas sebagai

pelanggan sama sekali tidak bebas dari

akibat dari tidak bekerjanya pengaman

gangguan hubung singkat. Setiap kali

utama.

terjadi gangguan hubung singkat di sisi

Sehubungan

permasalahan

penyulang, secara teknis akan terjadi

diatas,

penurunan

mengenai penyetelan proteksi penyulang

tegangan

20

kV

sampai

beberapa persen dari nilai nominalnya.

penulis

dengan

melakukan

analisis

Cimalaka di Gardu Induk 70 kV Sumedang dengan tujuan ingin menelaah apa yang

Analsis Penyetelan Proteksi.....

11


ISSN 1979-7451

sesungguhnya terjadi dari sistem proteksi

Untuk menghitung arus hubung singkat

distribusi 20 Kv

pada sistem diatas, pertama – tama hitung

khususnya mengenai

setelan OCR dan GFR serta pengujiannya.

impedansi sumber ( reaktansi ) dalam hal

TINJUAN PUSTAKA

ini diambil dari data hubung singkat pada

Gangguan Transformator Arus Hubung

bus 150 kV , kedua menghitung reaktansi

Singkat

trafo tenaga, ketiga menghitung impedansi

Gangguan

hubung

singkat

yang

penyulang.

mungkin terjadi di dalam jaringan (sistem kelistrikan) ada 3, yaitu: 1. Gangguan hubung singkat 3 fasa 2. Gangguan hubung singkat 2 fasa, dan 3. Gangguan hubung singkat 1 fasa ke

Gambar 1. Single diagram gardu induk Impedansi Sumber

tanah Dari

ketiga

macam

Untuk

gangguan

menghitung

impedansi

hubung singkat di atas, arus gangguannya

sumber maka data yang diperlukan adalah

dihitung

data hubung singkat pada bus primer trafo.

dengan

menggunakan

rumus

umum (hukum ohm) yaitu : I=

Xs=

V …………………………………(1) Z

kV 2 …………………………(2) MVA

Perlu

diingat

bahwa

impedansi

Yang membedakan antara gangguan

sumber ini adalah nilai ohm pada sisi

hubung singkat 3 fasa, 2 fasa dan 1 fasa ke

150KV, karena arus gagguan hubung

tanah adalah impedansi yang terbentuk

singkat

sesuai dengan macam gangguan itu sendiri

gangguan hubung singkat di sisi 20 KV,

dan tegangan yang memasok arus ke titik

maka impedansi sumber tersebut harus

gangguan, impedansi yang terbentuk dapat

dikonversikan dulu ke sisi 20 KV, sehingga

ditunjukkan seperti berikut :

pada perhitungan arus gangguan nanti

yang

akan

dihitung

adalah

Z gangguan 3 fasa

Z = Z1

sudah menggunakan sumber 20 KV. Untuk

Z gangguan 2 fasa

Z = Z1+ Z2

mengkonversikan impedansi yang terletak

Z gangguan 1 fasa ke tanah

Z = Z1+ Z2+

di sisi 150 KV, dilakukan dengan cara sebagai berikut : [1]

Z0

Xs(sisi 20 kV) =

12

kV 2 .Xs (sisi 150 kV) .........(3) MVA

Fajar Pranayuda, Achmad S, M. Tony P

Media Elektrika, Vol. 5 No. 2, Desember 2012 Reaktansi Trafo [1] Xt(pada100%)=

ISSN 1979-7451 meter

kV 2 ………….(4 ) MVA(trafo)

penyulang

yang

bersangkutan,

dimana besar nilainya ditentukan dari konsfigurasi tiang yang digunakan untuk

Nilai reaktansi trafo tenaga :

jaringan SUTM atau dari jenis kabel tanah

Reaktansi urutan positif, negative (Xt1 =

untuk jaringan SKTM. Dalam perhitungan

Xt2 )

disini diambil dengan impedansi Z = (R +

Xt=Xt%.Xt (pada 100%) .......................(5)

jX) Ω/km.

Reaktansi urutan nol (Xt0)

Dengan demikian nilai impedansi

Reaktansi urutan nol ini didapat

penyulang untuk lokasi gangguan yang

dengan memperhatikan data trafo tenaga itu

dalam perhitungan ini disimulasikan terjadi

sendiri yaitu dengan melihat kapasitas

pada lokasi dengan jarak 0%, 25%, 50%,

belitan delta yang ada dalam trafo itu :

75% dan 100% panjang penyulang.

a) Untuk trafo tenaga dengan hubungan

Impedansi Ekivalen Jaringan

belitan ∆/Y dimana kapasitas belitan

Perhitungan yang akan dilakukan

deta sama besar dengan kapasitas belitan

disini adalah perhitungan besarnya nilai

Y, maka Xt0 = Xt1,

impedansi positif ( Z1 eq ), negative ( Z2 eq ),

b) Untuk trafo tenaga dengan belitan Yyd dimana

kapasitas

belitan

delta

(d)

dan nol ( Z0 eq ) dari titik gangguan sampai ke sumber, sesuai dengan urutan di atas. Karena

biasanya sepertiga dari kapasitas belitan Y

(belitan

yang

dipakai

untuk

dari

sumber

ke

titik

gangguan impedansi yang terbentuk adalah

menyalurkan daya, sedangkan belitan

tersambung seri, maka perhitungan Z1

delta tetap ada di dalam tetapi tidak

dan Z2

dikeluarkan kecuali satu terminal delta

impedansi-impedansi tersebut. Sedangkan

untuk ditanahkan), maka nilai Xt0=3Xt1,

untuk perhitungan Z0

eq

eq

dapat langsung menjumlahkan

eq

dimulai dari titik

c) Untuk trafo tenaga dengan hubungan YY

gangguan sampai ke trafo tenaga yang

dan tidak mempunyai belitan delta di

netralnya ditanahkan. Untuk menghitung

dalamnya, maka besarnya Xt0 berkisar

Z0

antara 9 s/d 14 Xt1.

terpasang mempunyai

Menghitung impedansi penyulang, penyulang

ini, diumpamakan trafo tenaga yang hubungan

Yyd,

dimana mempunyai nilai Xt0 = 3Xt1.

Impedansi Penyulang

impedansi

eq

ini

dihitung

Perhitungan Z1 eq dan Z2 eq : Z1 eq = Z2 eq= Zs1 + Zt1 + Z1 penyulang

…(6 )

tergantung dari besarnya impedansi per


13


Karena

lokasi

ISSN 1979-7451

gangguan

Gangguan hubung singkat 3 fasa

diasumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75%

dapat

dan 100% panjang penyulang, maka Z1

rumus hukum ohm yaitu::

(Z2

eq

eq

) yang didapat juga pada lokasi

I=

tersebut.

V Z

dengan

menggunakan

………………….…(8 )

I = Arus gangguan hubung singkat 3 fasa

Perhitungan Z0 eq : Z0 eq = Zt0 + 3RN + Z0 penyulang …………(7 ) Karena

dihitung

lokasi

gangguan

V = Tegangan fasa-netral system 20 kV = 20000 3

diasumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75% dan 100% panjang penyulang, maka Z0

eq

= Vph

Z = Impedansi urutan positif ( Z1 eq )

yang didapat juga pada lokasi tersebut.

Sehingga arus gagguan hubung singkat 3

Gangguan Hubung Singkat 3 fasa

fasa dapat dihitung sebagai berikut : 20000

I3fasa=

V ph Z1eq

=

3 Z 1eq

=

11547 …………(9 ) Z 1eq

Gangguan Hubung Singkat 2 fasa Gambar 2 gangguan hubung singkat 3 fasa Kemungkinan terjadinya gangguan 3 fasa adalah putusnya salah satu kawat fasa yang letaknya paling atas pada transmisi

atau

distribusi,

dengan

Gambar 3 gangguan hubung singkat 2 fasa Kemungkinan terjadinya gangguan

konfigurasi kawat antar fasanya disusun secara vertikal. Kemungkinan terjadinya memang

sangat

kecil,

tetapi

dalam

analisanya tetap harus diperhitungkan. Kemungkinan lain adalah akibat pohon yang cukup tinggi dan berayun sewaktu

angin

kencang,

kemudian

menyentuh ketiga kawat pada transmisi atau distribusi.

2 fasa disebabkan oleh putusnya kawat fasa tengah pada transmisi atau distribusi. Kemungkinan lainnya adalah dari rusaknya isolator

di

transmisi

atau

distribusi

sekaligus 2 fasa. Gangguan seperti ini biasanya mengakibatkan 2 fasa ke tanah. I=

V Z

………………………(10 )

Sehingga arus gagguan hubung singkat 2 fasa dapat dihitung sebagai berikut :

14



I2fasa=

V ph − ph Z 1eq + Z 2 eq

=

20000 .……(11 ) Z1eq + Z 2eq

ISSN 1979-7451 V = Tegangan Fasa – Netral system 20 kV =

20000 3

Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa juga

= Vph

dihitung untuk lokasi gangguan yang

Z = Jumlah impedansi urutan Positif ( Z1 eq

diasumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75%

) dan urutan Negatif (Z2 eq ) dan Impedansi

dan 100% panjang penyulang dianggap

ururan Nol ( Z0 eq )

nilai Z1eq=Z2eq, sehingga persamaan arus

I1fasaketanah=3xI0

gangguan hubung singkat 2 fasa di atas

Sehingga arus gagguan hubung singkat 1

dapat di sederhanakan menjadi :

fasa ketanah dapat dihitung sebagai berikut

I2fasa=

V ph − ph 2 xZ1eq

………….......(14 )

: ……………………(12 ) I1fasa=3xI0=

Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke tanah

3x Z 1eq

3 xV ph Z 1eq + Z 2 eq + Z 0 eq

=

20.000

34641.016 3 = …(15 ) + Z 2 eq + Z 0 eq 2 * Z 1eq + Z 0eq Arus gangguan 1 Fasa ketanah juga

dihitung untuk lokasi gangguan yang di asumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75% dan 100% panjang penyulang. Gambar 6. Gangguan hubung singkat 1 fasa

Over Current Relay (OCR) OCR

bekerjanya

berdasarkan

Kemungkinan terjadinya gangguan

adanya kenaikan arus yang melebihi suatu

satu fasa ke tanah adalah back flashover

nilai pengaman tertentu dalam jangka

antara tiang ke salah satu kawat transmisi

waktu tertentu, sehingga relai ini dapat

dan

dipakai sebagai pola pengaman arus lebih.

distribusi.

tersambar

tahanan kaki tiangya cukup rendah namun

berdasarkan besaran arus lebih akibat

bisa juga gangguan fasa ke tanah ini terjadi

adanya gangguan hubung singkat dan

sewaktu

fasa

memberikan perintah trip ke PMT sesuai

transmisi/distribusi tersentuh pohon yang

dengan karakteristik waktunya sehingga

cukup tinggi dll.

kerusakan alat akibat gangguan dapat

V Z

satu

besar

tiang

Prinsip kerja OCR yang bekerjanya

salah

yang

setelah

walaupun

I=

petir

Sesaat

kawat

……………………………(13 )


dihindari.

15


ISSN 1979-7451

2. Untuk

OCR

yang

terpasang

di

incoming trafo dihitung berdasarkan arus nominal trafo tersebut. Relai inverse diset sebesar 1.05 – 1.1*Ibeban, definit diset sebesar 1.2 – 1.3*Ibeban. Persyaratan

lain

yang

harus

dipenuhi adalah bahwa penyetelan waktu minimum dari relai arus lebih ( terutama di

Gambar 5. Prinsip kerja OCR [1]

penyulang ) tidak lebih kecil dari 0.3 detik.

Koordinasi OCR Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat, pada tahap selanjutnya dipergunakan

untuk

menentukan

nilai

setelan arus lebih, terutama nilai setelan Tms (Time Multiple Setting) dari OCR dari

Pertimbangan ini diambil agar relai tidak sampai trip lagi akibat arus inrush dari trafo – trafo distribusi ketika penyulang PMT penyulang tersebut dimasukan. Setelan OCR[1] Untuk menghitung nilai setelan arus

jenis inverse. Di samping itu setelah nilai setelan relai didapatkan, nilai–nilai arus gangguan hubung singkat pada setiap lokasi gangguan yang diasumsikan dipakai untuk memeriksa kerja OCR, apakah masih dapat dinilai selektif atau nilai setelan harus diubah ke nilai lain yang memberikan kerja relai yang lebih selektif atau didapatkan kerja selektifias

yang

optimum

(relai

bekerja

terlalu

lama

tetapi

yang

baik).

tidak

menghasilkan

selektifitas

lebih dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut : -

Nilai Setelan relai penyulang 20 kV

Iset(primer) = 1.05 x Ibeban Iset(sek) = Iset(primer) x

) t=

0.14 xTms  I fault   I set

incoming trafo, artinya : OCR

yang

terpasang

di

penyulang dihitung berdasarkan arus beban maksimum yang mengalir di penyulang tersebut.

16

……(17 )

Setelan Waktu/Time Multiple Setting ( Tms

Sedangkan untuk setelan OCR dihitung di

1. Untuk

1 RatioCT

(1.16 )

Tms =

  

………..(18 )

0.02

−1

  I fault tx    I set 

  

0.02

0,14

 − 1   ….(19 )

Nilai Setelan incoming 20 KV trafo tenaga Arus nominal trafo pada sisi 20 KV :



In ( sisi 20 kV) =

kVA

Nilai setelan Tms yang didapat

.................(20 )

kVx 3

masih

Iset (primer)= 1.05 x Ibeban ........................(21 ) Iset (sekunder) = Iset (primer) .x

1 RatioCT

0,14 xTms  I fault   I set

  

diuji

lagi

dengan

arus

gangguan yang lain seperti arus gangguan

fasa yang terjadi di lokasi lain misalnya pada 25%, 50%, 75% dan 100% panjang

………….……(23 )

0.02

harus

hubung singkat untuk lokasi gangguan 3

(22 )

Setelan Waktu ( Tms) t=

ISSN 1979-7451

−1

penyulang. Demikian juga untuk jenis gangguan hubung singkat 2 fasa yang besar arus gangguannya juga sudah dihitung.

Besarnya beda waktu ini dipengaruhi oleh

Dengan cara yang sama dihitung

beberapa hal, yaitu :

nilai Tms pada GFR

- Kesalahan relai penyulang : 0.2–0.3 detik

berdasarkan

- Waktu pembukaan PMT sampai hilangnya

gangguan satu fasa ke tanah, sehingga

bunga api

: 0.1 detik

hasil

yang tentunya

perhitungan

arus

dengan demikian lengkap sudah setelan

- Over Shoot

: 0.05 detik

relai yang diperlukan di dalam sistem

- Faktor keamanan

: 0.05 detik

penyaluran distribusi yang dipasok dari

Selisih

waktu

kerja

relai

di

trafo tenaga gardu induk.

incoming 20 kV ( sisi hulu ) lebih lama 0.4

Untuk penyulang lain dapat diulangi

detik dari waktu kerja relai di penyulang

perhitungan seperti yang sudah dilakukan

(sisi hilir) di sebut grading time, yang

tetapi data yang dimasukkan bedanya hanya

maksudnya agar relai di incoming 20 kV

pada data penyulang, baik nilai impedansi

memberikan kesempatan relai di penyulang

per km nya atau panjangnya.

bekerja lebih dahulu.

Selektifitas Kerja OCR

Untuk itu, nilai Tms yang akan

Hasil perhitungan setelan OCR yang

disetkan pada relai arus lebih di incoming

didapat pada bab IV masih harus diperiksa

20 KV dihitung dengan menggunakan

apakah untuk nilai arus gangguan hubung

rumus yang sama :

singkat yang lain, waktu kerja OCR yang

Tms =


  

0.02

0,14 Dimana

 − 1  

terpasang di penyulang dan yang terpasang di incoming trafo tenaga 20 kV sudah .……(25 )

t = waktu set OCR

penyulang + waktu koordinasi


bekerja

selektif,

tetapi

masih

harus

diperiksa apakah memberikan beda waktu kerja (grading time) yang terlalu lama.

17


Untuk Grading Time yang terlalu

ISSN 1979-7451

pergeseran

tegangan

bila

sistemnya

lama, bila terjadi kegagalan kerja OCR di

menggunakan relai tegangan urutan nol.

penyulang, maka OCR di incoming 20 kV

Maka relai ini tidak boleh bekerja bila

dalam hal ini bekerja sebagai pengaman

terjadi pergeseran tegangan pada keadaan

cadangan

normal.

menjadi

mengetripkan

terlalu

PMTnya

lama

sehingga

bisa

Vo = 30% x V Vo = Penyetelan relai tegangan urutan nol

merusak trafo. Pemeriksaan ini dilakukan terutama

V = Tegangan nol

pada OCR jenis standar inverse, karena

Penyetelan

setelan waktu Tms pada OCR jenis inverse

Pentanahan Langsung

GFR

pada

Sistem

Penyetelan relai gangguan tanah

bukan menunjukkan lamanya waktu kerja relai tersebut. Lamanya waktu kerja relai ini

pada sistem ini adalah :

ditentukan oleh besarnya arus gangguan

Iset = ks x Ivb

yang mengalir di relai. Makin besar arus

Iset = Penyetelan arus gangguan tanah

gangguan yang mengalir di relai, makin

Ivb = Arus tidak seimbang yang mungkin

cepat

terjadi

kerja

kontaknya

relai

yang

tersebut

kemudian

menutup mentripkan

Ks

= Faktor keamanan, digunakan 1.2 –

PMT.

1.5.

Ground Fault Relay (GFR)

2.3.3.

Gangguan satu fasa ke tanah sangat tergantung dari jenis pentanahan dan

Penyetelan

GFR

1.

GFR pada SUTM

Iset = 10% x Io

umumnya

bukan

merupakan

Iset = Penyetelan arus relai

singkat

melalui

tahanan

sehingga

arus

gangguannya

gangguan, menjadi

semakin kecil dan tidak bisa terdeteksi oleh OCR. Dengan demikian diperlukan relai

Io=Arus

gangguan

terkecil

(ujung

penyulang) 2.

Ground Fault Relai ( GFR ) pada SKTM

pengaman gangguan tanah.

Iset = ks x IsCE

Penyetelan GFR pada Sistem Tanpa

Iset = Penyetelan arus

Pentanahan.

IsCE = Arus kapasitif saluran

Pada sistem ini arus gangguan satu

Sistem

Pentanahan Melalui Tahanan Rendah

sistemnya. Gangguan satu fasa ke tanah hubung

pada

yang

terpanjang operasinya

fasa ke tanah relatif kecil namun terjadi

18


Media Elektrika, Vol. 5 No. 2, Desember 2012 Ks

= Faktor keamanan digunakan 1.2 –

1.5. Penyetelan

GFR

pada

Sistem

Pentanahan Melalui Tahanan Tinggi Pada sistem ini arus gangguan satu

ISSN 1979-7451 Ratio CT

: 300/5

Ground Resistan

: 12 ohm

Data Penyulang 20 kV Nama penyulang

: Cimalaka

Jenis penyulang

:

•

fasa ke tanah besarnya hanya 23 A dan

SUTM = dengan jenis penghantar

tidak jauh dengan kapasistansi ke tanah.

A3C150,A3C70,A3C35 = 48.445

Artinya arus kapasistansi ke tanah tidak

km •

dapat diabaikan terhadap arus resistif. Adapaun

relai

yang

digunakan

SKTM = dengan jenis penghantar kebel AL240 = 0.980 km.

adalah relai gangguan tanah berarah. Relai

Panjang Saluran

ini sangat sensitif dengan karakteristik

Data Teknis Kabel

waktu tertentu. Relai ini mendapat suplai

Tabel 1. Panjang Saluran dan

dari arus urutan nol tegangan urutan nol.

Penghantar

Setelan minimum relai gangguan ini adalah No.

1 A. Jika

Is

minimum

masih

bisa

1

: 49,425 km

Jenis

Panjang

Impedansi

Impedansi

penghantar

(km)

Urutan

Urutan Nol

Positif (Z1)

(Z0)

0,125

0,275

Kabel

0,980

2

A3C150

32,133

Iset. Maka tahanan gangguan Rf maksimum yang masih menyebabkan relai bekerja

+

j0,097

AL240

menyebabkan relai bekerja adalah 1.25 x

0,216

A3C70

12,611

0,461

+

4

A3C35

3,701

ranting pohon atau kawat putus menyentuh

0,9217

+

[Sumber : PLN]

METODE PENELITIAN

Data OCR dan GFR

Data Trafo Tenaga

Sisi Penyulang :

Transformator I

Rasio CT ( Outgoing ): 300 / 5

+

Merk

: Hyundai

Karakteristik

Tipe

: TM - 310

Sisi Incoming :

Kapasitas

: 10 MVA

Rasio CT ( Incoming) : 300 / 5

Tegangan

: 70/20 kV

Karakteristik

Impedansi

: 9,86 %

PEMBAHASAN

I nominal 20 kV

: 289 A

Menghitung Impedansi Sumber

0,609

1,0697 j1,6665

: Standard Inverse

: Standard Inverse

Data hubung singkat = 4.047 kA Analsis Penyetelan Proteksi.....

+

+

j1,645

j0,3790

tanah diharapkan relai bekerja.

0,363 j1,618

j0,357

sekitar 8500 ohm. Jadi akibat sentuhan

+

j0,029

j0,331 3

Jenis

19

+


MVA(hs)

=

3 xVLL x Data

ISSN 1979-7451

Z1 eq = Z2 eq= Zs1 + Zt1 + Z1penyulang

Hubung

Z1 eq = Z2 eq = j4.755 + 0 = j4.755 Ω/km

0%

Singkat

Z1 eq = Z2 eq =j4.755

25%

=

(2.579+j

3.861

)

Z1 eq = Z2 eq = j4.755 + ( 5.249+j 8.933 ) =

50%

3 x (70 x10 3 ) x ( 4,047 x10 3 )

5.249 + j13.688 Ω/km

8.887 + j16.898 Ω/km

kV 2 70 2 = = 9,986 Ohm MVA 490.673

Xs(LV/sisi 20 kV) =

Z1 eq = Z2 eq = j4.755 + ( 8,887+j 12.143 ) =

75%

= 490.673 MVA Xs(HV) =

+

=2.579+j8.616 Ω/km

20 2 9,986 = 0,815 70 2

Z1 eq = Z2 eq = j4.755 + (16,288 +j 16.636 ) =

100%

16,288 + j 21.391 Ω/km

Lokasi gangguan diasumsikan terjadi 25 %,

Ohm

50 %, 75 % dan 100 % panjang penyulang,

3.2.2. Menghitung Reaktansi Trafo

maka perhitungan Z0eq ditunjukkan pada tabel

RN = 12Ω

Tabel 3. Impedansi Ekivalen Jaringan Z0eq

20 2 kv 2 = = 40 Ohm XT(100%) = MVA 10

Jarak Gangguan

Z0 eq = Zt0 + 3RN + Z0 penyulang

XT1 = XT2 = 9,86% x 40 = 3,94 Ohm

pada

trafo

Z0eq

0%

Z0eq

25%

tenaga

adalah

hubungan YY dan tidak mempunyai delta Xt0= 10 x

di dalamnya, maka besarnya

= j39.4 + 36 +( 4.399+j12.972 )

= 40.399 + j 52.372 Ω/km Z0eq

50%

= j39.4 + 36 + (8.885 + j 38.428

) = 44.885 + 77.828 Ω/km Z0eq

75%

= j39.4 + 36 + ( 14.343+j 58.527

) = 50.343 + j97.927 Ω/km

3,94 = 39,4 ohm.

Z0eq

100%

Menghitung

= j39.4 + 36 + 0 = 36 + j39.4

Ω/km

Reaktansi Urutan Nol (Xt0) Belitan

Impedansi Ekivalen Jaringan Z0eq

Impedansi

Ekivalen

= j39.4 + 36 + ( 23.573 +j79.188

) = 59.573 + j118.588 Ω/km

Jaringan Perhitungan Z1 eq dan Z2 eq :

Arus Gangguan Hubung Singkat

Z1 eq = Z2 eq

Tabel 4. Perhitungan Arus Hubung Singkat

= Zs1 + Zt1 + Z1penyulang

= j0.815 + j3.94 + Z1penyulang= j4.755 + Z1penyulang

Lokasi

gangguan

diasumsikan

terjadi pada titik 25 %, 50%, 75%, 100% panjang penyulang, maka Z1

eq

= (Z2

yang ditunjukkan pada tabel

3 Fasa Jarak

I 3 fasa =

eq)

Impedansi Ekivalen Jaringan

Gangguan

Z1 eq = (Z2 eq)

20

V ph Z1eq

0%

11547 = 2428.391A 0 + j 4.755

25%

11547 = 1285.930A 2.529+ j8.616

Tabel 2. Impedansi Ekivalen Jaringan Jarak

Arus Hubung Singkat 3 fasa

Gangguan (%)


Media Elektrika, Vol. 5 No. 2, Desember 2012 50%

11547 = 787.658A 5.249+ j13.688

75%

11547 = 604.794A 8.887+ j16.898

100%

ISSN 1979-7451 50%

34641,016 2(5.249 + j13 .688 ) + (44 .885 + j 77 . = 291.367 A

75%

34641,016 2(8.887 + j16.898) + (50.343+ j97.927) = 233.598 A

11547 = 429.475A 16.288 + j 21.391

100%

34641,016 2(16.288 + j 21.391) + (59.573 + j118.588 = 186.415 A

Tabel 5. Perhitungan Arus Hubung Singkat 2 Fasa Jarak

Menghitung Setelan OCR Arus Hubung Singkat 2 Fasa

Gangguan (%)

0%

25%

50%

75%

100%

I 2 fasa =

Nilai Setelan relai penyulang 20 kV

V ph − ph

Iset(primer) = 1.05 x Ibeban = 1,05x300 A = 315

2 * Z1eq

A

20000 = 2103,049 A 2(0 + j 4.755)

20000 = 1105.343A 2(2.579+ j8.616)

= 315 x

20000 = 682.132A 2(5.249+ j13.688)

t=

20000 = 523.768A 2(8,887 + j16.898)

0,14 xTms  I fault   I set

20000 = 371.937A 2(16.288+ j21.391)

Tabel 6. Perhitungan Arus Hubung Singkat

an

Arus Hubung Singkat 1 Fasa

(%) 0%

I 1 fasa =

3 * V ph Z 1eq + Z 2 eq + Z 0 eq

34641.016 2(0 + j 4.755) + (36.00 + j 39.4 )


−1


  

0.02

 − 1  

0,14

Nilai Setelan incoming 20 kV trafo tenaga =

34641,016 2(2.579 + j8.616) + (40.399 + j52.372) = 416.421 A

0.02

detik

570.406 A 25%

  

  2428.391  0.02  0 .3 x   − 1   315     = 0,089 Tms = 0,14

1 Fasa Ganggu

5 = 5,25 Amper 300

Setelan waktu ( Tms )

Tms =

Jarak

1 RatioCT

Iset(sek) = Iset(primer) .

Data trafo sebagai berikut : Kapasitas = 10 MVA Tegangan = 70 / 20 kV Impedansi= 12%

21


ISSN 1979-7451

CT Rasio = 300/5 A (sisi incoming 20 kV)

Nilai Setelan Arus (I set) :

Arus nominal trafo pada sisi 20 kV :

I set (primer) = 8% x Arus gangguan

In ( sisi 20 kV)

= =

Iset (primer)

hubung singkat ke tanah terkecil

kVA kVx 3 10000 20 3

= 8 % x 186.415 A = 14,913 A

= 288,68 A

I set (sek) = 14.913 A x

Nilai Setelan Waktu (Tms) :

= 1,05 x Ibeban

  Ifault  0 ,02  tx  − 1   Iset    = 0,259 detik =  0,14

= 1,05 .x288,68 = 303,11 A Iset (sekunder) = 303.11 x

5 = 0,249 A 300

5 = 5,05 Amper 300

Tms

Setelan Waktu ( Tms)

  I fault  0.02   − 1 tx    I set     Tms = 0,14

Selisih Waktu Kerja OCR 1. Gangguan Hubung singkat 3 Fasa Tabel 7. Selisih Waktu Kerja OCR arus

  2428,391  0.02  (0,3 + 0,4)x   − 1  303 , 11    = 0,212 = 0,14

gangguan Hubung Singkat 3 Fasa Lokasi

Waktu

Waktu Kerja

Selisih Waktu

Gangguan (% panjang)

Kerja Relai

Relai

(GraddingTim

Incoming

Penyulang

e) (detik)

(detik)

(detik)

0%

0.698

0.299

0.399

25%

1.012

0.437

0.575

I set (primer) = 10 % x Arus gangguan

50%

1.539

0.674

0.865

hubung singkat ke tanah terkecil

75%

2.134

0.948

1.186

100%

3.744

2.004

1.740

det

Perhitungan Setelan GFR a. Sisi Penyulang

= 10 % x 186.415 A = 18,642 A I set(sek) = I set (prim) x = 18,642 A x

1 RasioCT

5 = 0,311 A 300

Nilai Setelan Waktu (Tms) :

Tms

  Ifault  0 ,02  tx  − 1   Iset    = 0,100 detik =  0,14

b. Sisi Incoming 20 kV

22

2. Gangguan Hubung singkat 2 Fasa Tabel 8. Selisih Waktu Kerja OCR arus gangguan Hubung Singkat 2 Fasa Lokasi

Waktu

Waktu

Selisih Waktu

Gangguan

Kerja

Kerja Relai

(GraddingTime)

(%

Relai

Penyulang

(detik)

panjang)

Incoming

(detik)

(detik)

0%

0.751

0.322

0.429



ISSN 1979-7451

25%

1.119

0.490

0.629

50%

1.815

0.800

1.015

75%

2.698

1.219

1.479

Dari tabel perbandingan arus hubung

100%

7.237

3.743

3.494

singkat diatas terlihat jelas bahwa data yang

1 Fasa ke Tanah

570.406 A

570.04 A

hitung dengan data yang diperoleh di Tabel 9. Selisih waktu kerja GFR untuk gangguan hubung singkat satu

fasa ke

lapangan tidaklah berbeda jauh. Adapun perbedaan ini disebabkan karena faktor alat ukur dan pembacaan alat ukur itu sendiri

tanah Waktu

Kerja

Waktu Kerja di

Selisih Waktu

Lokasi

Relai di

Relai

Gangguan

Incoming 20 kV

Penyulang 20

(Grading

(%)

(detik)

kV (detik)

0%

0.479

0.198

0.281

25 %

0.526

0.218

0.308

50 %

0.592

0.246

0.346

sehingga antara data yang terukur di lapangan dengan data hasil perhitungan

Time) (detik)

tidak sama persis. Setelan OCR dan GFR Tabel 11. Perbandingan setelan OCR Setelanan Relai

Data

Data

Hasil

di Lapangan

Perhitungan

75 %

0.640

0.269

0.371

100 %

0.699

0.297

0.402

Komparasi analisa hasil perhitungan dan

Iset (penyulang)

1.05 x In 1.00 x In A

Tms(Penyulang) 0,089

0,07

Iset (incoming)

1.01 x In 1.1 x In A

Tms (Incoming)

0,212

0,3

data di lapangan Data yang didapat dari lapangan dianalisa dengan cara dibandingkan dengan

Tabel 12. Perbandingan setelan GFR Setelanan Relai

hasil perhitungan secara manual

Data Hasil

Data

Perhitungan

di Lapangan

0.06 x In A

Arus Gangguan Hubung Singkat di bus 20

Iset (penyulang)

kV

Tms(Penyulang) 0.100

Tabel 10. Perbandingan arus gangguan hubung singkat di bus 20 kV Jenis Gangguan

Data Hasil

Hubung Singkat

Perhitungan

3 Fasa

2428.391 A

2 Fasa

2103.049 A

Data di Lapangan

0.18 x In A 0.07

Iset (incoming)

0.04 x In A

0,2 x In A

Tms (Incoming)

0.259

0.25

Dari tabel perbandingan setelan OCR dan GFR diatas, setelan arus antara data hasil perhitungan dengan data yang di

2426.25 A

lapangan pada setelan arus OCR terlihat 2101.19 A


berbeda, data yang tercatat di lapangan 23


ISSN 1979-7451

pada sisi Incoming lebih besar dari data

Pemeriksaan Selektifitas Waktu Kerja Relai

yang dihitung, begitupun sebaliknya data

Tabel 13. Selisih waktu kerja antara relai

yang

disisi incoming 20 kV dengan relai disisi

tercatat

di

lapangan

pada

sisi

penyulang lebih kecil dari data hasil yang

penyulang 20 kV

dihitung, hal tersebut karena data yang tercatat di lapangan telah dibulatkan sesuai dengan range setelan arus sesuai dengan jenis relai yang digunakan. Sementara

Grading

Grading Time

Lokasi

Time Untuk

Untuk

Untuk

Ganggua

Gangguan

Gangguan

Gangguan

n

Hubung

Hubung Singkat

Hubung Singkat

(%)

Singkat

2 Fasa

1 Fasa ke Tanah

3 Fasa

(detik)

(detik)

setelan arus antara data hasil perhitungan dengan data yang di lapangan pada setelan arus GFR juga terlihat berbeda, data yang

Grading Time

(detik) 0%

0.399

0.429

0.281

25 %

0.575

0.629

0.308

50 %

0.865

1.015

0.346

tercatat di lapangan pada sisi Incoming dan

75 %

1.186

1.479

0.371

penyulang lebih besar dari data hasil yang

100 %

1.740

3.494

0.402

dihitung. Perbedaan setelan tms antara hasil

Dari tabel diatas terlihat jelas bahwa

perhitungan dengan setelan tms yang

semakin jauh lokasi

tercatat di lapangan pada setelan tms OCR

semakin besar waktu kerja relainya, itu

terlihat jelas berbeda, data yang tercatat di

terjadi karena semakin jauh jarak gangguan

lapangan pada sisi Incoming lebih besar

dari relai maka arus hubung singkatnya pun

dari

semakin kecil sehingga selisih waktu kerja

data

yang

dihitung

sedangkan

sebaliknya dengan data yang tercatat di

relai pun semakin besar.

lapangan pada sisi penyulang lebih kecil

Kesimpulan

gangguan, maka

dari data hasil yang dihitung, hal tersebut

Kesimpulan yang dapat dikemukakan

karena pada setelan tms yang tercatat di

dari analisis penyetelan proteksi penyulang

lapangan merupakan data hasil pembulatan

CMLK di gardu induk Sumedang adalah

dari nilai tms perhitungan dengan jenis relai

sebagai berikut :

berbeda. Sementara pada setelan tms antara

1. Arus Gangguan Hubung Singkat

hasil perhitungan dengan setelan tms yang

Dari hasil perhitungan arus gangguan

tercatat di lapangan pada setelan GFR juga

hubung singkat, arus gangguan hubung

terlihat jelas berbeda, data yang tercatat di

singkat terbesar terjadi pada jarak 0 %

lapangan pada sisi Incoming dan penyulang

dari panjang penyulang atau pada bus

lebih kecil dari data hasil yang dihitung.

bar 20 kV yaitu sebesar 2428.391 A

24



ISSN 1979-7451

untuk arus gangguan hubung singkat

Iset = 1.01 x In A dan tms = 0.212

tiga fasa, 2103.049 A untuk arus

detik

gangguan hubung singkat dua fasa, dan

Data yang terpasang di lapangan untuk

570.406 A untuk arus gangguan hubung

setelan arus ( Iset ) dan waktu tunda (

singkat satu fasa ke tanah. Sedangkan

tms ) adalah Iset = 1.1 x In A, tms =

arus gangguan hubung singkat terkecil

0.3detik

terjadi pada jarak 100 % dari panjang

Hal tersebut menunjukkan bahwa setelan

penyulang atau pada ujung penyulang

arus ( Iset ) dan waktu tunda ( tms ) di

yaitu sebesar 429.475 A untuk arus

sisi incoming yang terpasang pada

gangguan hubung singkat tiga fasa,

penyulang Cimalaka di Gardu Induk 70

371.937 A untuk arus gangguan hubung

kV

singkat dua fasa, dan 186.415 A untuk

perlu disetel ulang.

arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah. 2. OCR

Sumedang masih baik dan belum

3. GFR Sisi penyulang 20 kV : Hasil perhitungan untuk setelan arus (

Sisi penyulang 20 kV :

Iset ) dan waktu tunda ( tms ) didapat,

Hasil perhitungan untuk setelan arus (

Iset = 0.06 x In Adan tms = 0.100 detik



Iset = 1.05 x In A dan tms = 0.089


detik



0.07 detik


Walaupun setelan arus ( Iset ) dan

tms ) adalah Iset = 1.00 x In A , tms =

waktu tunda ( tms ) yang terpasang pada

0.07detik

penyulang Cimalaka di Gardu Induk

Hal tersebut menunjukkan bahwa setelan

Sumedang kurang sesuai dengan hasil

arus ( Iset ) dan waktu tunda ( tms ) yang

perhitungan namun belum perlu disetel

terpasang pada penyulang Cimalaka di

ulang karena ada kebijakan dari PLN.

Gardu Induk Sumedang masih baik dan

Sisi Incoming 20 kV :

belum perlu disetel ulang.


Sisi Incoming 20 kV :



Iset = 0.04 x In A dan tms = 0259 detik



25


ISSN 1979-7451


(GFR) pada Transformator I-IBT 60


MVA di Gardu Induk Cigereleng.


Bandung : Itenas. Rao, TS Madhva, 1999. Power System

0.25detik Walaupun

setelan arus ( Iset ) dan

waktu tunda ( tms ) di incoming yang terpasang pada penyulang Cimalaka di

Protection Static Relays. New Delhi: Tata Mc Graw Hill. Sulasno, Ir, 2001. Analisis Sistem Tenaga

Gardu Induk 70 kV Sumedang tidak

Listrik,

terlau

Universitas Diponegoro.

signifikan

dengan

hasil

perhitungan namun belum perlu disetel

Daftar Pustaka Budi Utomo, Heri. Ir, 2004. Modul

Tegangan

:

Proteksi

Menengah.

Penyulang Bandung

II.

Semarang

:

Sunarto Ir, 2005. Modul Perkuliahan : Proteksi Sistem Tenaga. Bandung :

ulang karena ada kebijakan dari PLN.

Perkuliahan

Jilid

:

Politeknik Negeri Bandung. Tohir, Toto, 2005. Analisis Sistem Tenaga Listrik. Bandung : Politeknik Negeri Bandung.

Politeknik Negeri Bandung. Kadarisman, Pribadi dan Wahyudi S.N MT, 2005. Makalah : Dampak Trafo Tenaga Besar Terhadap Kinerja Proteksi dan Tegangan Pelayanan. Jakarta : PT. Jalamas Berkatama. M Faulkenberry, Luces. 1996. Electrical Power Distribution and Tranmision. New Jersey: Practice Hall. Inc. Marsudi, Djiteng, 2006. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Yogyakarta: Graha Ilmu. Pusat Pendidikan dan Latihan PLN, 2004. Kursus Pengaman Sistem Distribusi. Jakarta : PLN Putriani

Yogosara,

Dewi.

2005.

Perhitungan Setting Over Current Relay (OCR) dan Ground Fault Relay 26


ANALISIS PENYETELAN PROTEKSI ARUS LEBIH PENYULANG CIMALAKA DI GARDU INDUK 70 kv SUMEDANG

Recommend Documents