Kata kunci : Gangguan, Sistem Proteksi, Relai

ANALISA SISTEM PROTEKSI RELAY ARUS LEBIH DAN GANGGUAN TANAH PADA PENYULANG LIMO Enggou Prastyo Utomo 1), Amien Rahardjo2) Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia

Abstrak Suatu sistem distribusi sangat rentan akan gangguan karena daerahnya yang luas dan dekat dengan konsumen. Pada sistem distribusi, jaringan tegangan menengah memiliki peranan penting dalam pendistribusi tenaga listrik. Dalam kenyataannya gangguan sering terjadi pada jaringan tegangan menengah. Gangguan ini dapat menyebabkan kerusakan pada perlatan listrik sehingga menyebabkab terganggunya kontinyuitas suatu sistem distribusi. Untuk mengatasi hal ini dibutuhkan sistem proteksi yang efektif. Sistem proteksi yang efektif memiliki beberapa syarat yaitu cepat, selektif, sensitif, dan handal sehingga dapat menghilangkan dan mengurangi dampak gangguan yang terjadi. Sistem proteksi distribusi tegangan menegah terdiri dari relai arus lebih dan relai gangguan tanah sebagai proteksi jaringan tegangan menegah. Pada skripsi ini akan dibahas tentang perbandingan setting hasil perhitungan dan setting eksisting yang ada pada penyulang limo di gardu induk Gandul. Dari perbandingan didapat bahwa hasil perhitungan dapat bekerja sedikit lebih cepat dari pada hasil seting lapangan. Kata kunci : Gangguan, Sistem Proteksi, Relai. Abstract A distribution system is highly vulnerable to disruption due to a broad area and close to the consumer. In the distribution systems, medium voltage networks have an important role in electrical power distribution. In fact disturbance common in medium voltage networks in particular short circuit. This disturbance can cause damage to the electrical equipment and causing disruption of continuity of a distribution system. To overcome this needed an effective protection system. Effective protection system has several requirements like fast, selective, sensitive, and reliable so as to eliminate and reduce the impact of disturbance. Protection of medium voltage distribution system consists of overcurrent relay and groundfault relay as protection for medium voltage networks. In this paper will discuss comparison between the results of the calculation and settings that exist in the field setting limo feeder in Gandul main station. The results obtained that the relay setting calculation may work slightly faster than on the results of field settings. Key word : Disturbance, Protection System, Relay I. PENDAHULUAN Distribusi tegangan menengah memiliki peranan penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Sistem distribusi tegangan menegah memiliki area yang luas dan dekat konsumen sehingga sangat rentan terjadi gangguan-gangguan yang dapat menyebabkan terganggunya sistem distribusi. Hal ini tentu sangat merugikan, selain dapat menyebabkan kerusakan pada alat, gangguan dapat menyebabkan terganggunya kontinyuitas distribusi tenaga listrik.

Analisa Sistem..., Enggou Prastyo Utomo, FT UI, 2013

Dalam sistem distribusi jaringan tegangan menengah, Sistem proteksi merupakan hal yang sangat penting untuk menjaga kehandalan distribusi tenaga listrik. Dibutuhkan sistem proteksi yang memenuhi syarat yaitu andal, sensitif, selektif, dan cepat. Hal ini dilakukan untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan dan gangguan dapat diisolasi dari sistem tenaga listrik. Dengan diisolasinya bagian yang terganggu dari sistem tenaga listrik maka tidak akan mengganggu bagian sistem tenaga listrik lainnya. Pada gardu induk gandul terdiri dari beberapa trafo tenaga yang memasok tenaga listrik pada beberapa penyulang untuk wilayah jakarta dan sekitarnya. Penyulang limo merupakan salah satu penyulang dari gardu induk gandul. Dibutuhkan setting relay penyulang yang tepat pada relay tersebut agar dapat bekerja dan berkoordinasi dengan baik dengan relay Incoming. Pada sistem proteksi penyulang digunakan relay proteksi arus lebih dan gangguan tanah. Dalam perencanaan dan penyetingannya dibutuhkan perhitungan gangguan hubung singkat. Hal ini dibutuhkan untuk menentukan spesifikasi peralatan listrik dan setting relay yang digunakan. Dalam skripsi ini membahas mengenai analisa setting relay arus lebih dan gangguan tanah pada penyulang distribusi Limo yang berada pada gardu induk gandul. II.

Dasar Teori Proteksi tenaga listrik merupakan sistem pengamanan peralatan-peralatan pada sistem

tenaga listrik dengan tujuan untuk menghindari atau mengurangi kerusakan yang timbul akibat dari gangguan dan melokalisir daerah gangguan. Selain itu, proteksi juga berfungsi untuk mengamankan manusia dari bahaya yang di timbulkan gangguan. Pada sistem proteksi dapat terjadi kegagalan. Kegagalan sistem proteksi dapat menyebabkan kerusakan fatal dan pemadaman listrik yang luas. Ada beberapa penyebab terjadinya kegagalan pada sistem proteksi. Berikut ini merupakan penyebab kegagalan sistem proteksi : •

Kerusakan pada peralatan proteksi seperti baterai, pemutus tenaga, dan relay

•

Trafo instrumen jenuh

•

Kesalahan seting sistem proteksi

•

Kesalahan pada pengkawatan relai

Dalam sistem proteksi tegangan menegah terdiri dari beberapa komponen yaitu : 1. Pemutus Tenaga merupakan pemutus rangkaian listrik yang dapat bekerja saat adanya gangguan atau keadaan normal. Pemutus tenaga dapat memutuskan rangkaian saat terjadi gangguan sehingga


gangguan dapat dipisahkan. Pemutus tenaga bekerjasama dengan relay untuk memutuskan arus gangguan dalam sistem proteksi.

Gambar 1 : Pemutus Tenaga

2. Transformator Instrument Merupakan trafo yang digunakan sebagai alat ukur, relai proteksi, atau rangkain kontrol. Trafo instrumen terbagi menjadi 2 jenis yaitu : •

Trafo Arus

Merupakan peralatan listrik yang dapat mentransformasikan arus yang besar menjadi kecil untuk digunakan sebagai pengukuran atau proteksi.

Gambar 2 : Trafo Arus

•

Trafo Tegangan

Merupakan peralatan listrik yang dapat mentransformasikan tegangan yang besar menjadi kecil untuk digunakan sebagai pengukuran atau proteksi.

Gambar 3 : Trafo Tegangan

3. Baterai merupakan peralatan listrik yang dapat menyimpan dan menghasilkan energi listrik. Baterai berfungsi untuk memberi suplai kepada relai dan rangkaian control proteksi.

Gambar 4 : Baterai


4. Relay Merupakan

peralatan listrik yang berfungsi mengamankan peralatan listrik jika terjadi

gangguan. Relay bekerjasama dengan pemutus tenaga dan trafo instrument serta baterai untuk mengamankan sistem ketika terjadi gangguan.

Gambar 5 : Relai

Pada sistem proteksi penyulang digunakan relay arus lebih dan gangguan tanah untuk mengatasi gangguan hubung singkat. Berikut ini penjelasannya: •

Relay arus lebih

Relay arus lebih ialah suatu relay yang bekerjanya berdasarkan adanya kenaikan arus yang melebihi suatu nilai setting tertentu dan dalam waktu tertentu. Relay akan bekerja apabila arus pada sistem melebihi arus dari settingnya dalam jangka waktu tertentu. Relay akan memerintah pemutus tenaga untuk trip. •

Relay gangguan tanah

Relay gangguan ke tanah (Ground Fault Relay/GFR) merupakan alat yang berfungsi untuk mengamankan sistem dari arus lebih yang diakibatkan adanya gangguan ke tanah. Berbeda dengan arus lebih, relay gangguan tanah mendeteksi arus dari penjumlahan vektor pada masing-masing fasa (I0).

Gambar 6 : pengawatan relai arus lebih dan gangguan tanah

Berikut ini merupakan beberapa karakteristik dari relay : •

Relai arus lebih seketika (moment/ instantaneous)

Relai arus lebih seketika merupakan jenis relay arus lebih yang bekerja saat arus mencapai batas pick-up dengan waktu kerja sangat singkat (20-100ms). Relay ini jarang berdiri sendiri biasanya dikombinasikan dengan relay lainnya.


•

Relay arus lebih waktu tertentu (definite time)

Relay arus lebih tertentu merupakan jenis relay arus lebih dimana jangka waktu relay mulai pick-up kerja relay dapat diatur dan tidak tergantung dari besarnya arus pada saat gangguan. •

Relay arus lebih berbanding terbalik (inverse)

merupakan jenis relai arus lebih dimana waktu kerja relay mulai pick-up sampai dengan selesainya kerja, relay tergantung dari besarnya arus. Relay ini mempunyai sifat terbalik untuk nilai arus dan waktu kerjanya. Dimana semakin besar arus gangguannya maka relay akan semakin cepat bekerja. Relay arus lebih berbanding terbalik dibedakan menjadi 4 yaitu standar inverse, very inverse, extremely inverse dan long time inverse. Berikut ini merupakan rumus dari setting relay inverse : !× !"# =

!! !!"#

!

−1 (4)

!

Dimana : Tms

= Time Multiple Setting

T

= Waktu Kerja

If

= Arus gangguan

Iset

= Arus setting

α dan !

= Konstanta jenis karakteristik relai inverse Tabel 1 Faktor α dan β setting relay invers Nama Kurva

α

Standar Inverse

0,02

! 0,14

Very Inverse

1

13,2

Extremely Inverse Long Inverse

2

80

1

120

Ganguan hubung singkat dapat menyebabkan sistem tak seimbang. Menurut teori Forteuscue, Dalam system tak seimbang yang terdiri dari n buah fasor yang saling berhubungan dapat diuraikan menjadi n buah sistem dengan fasor yang seimbang, hal ini dikatakan sebagai komponen seimbang (symmetrical component). Tiga fasor yang seimbang terdiri dari beberapa komponen-komponen sebagai berikut : komponen positif, komponen negatif dan kompnen nol.


Berikut ini merupakan rumus dari beberapa macam hubung singkat : •

Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah !!! ! ∅ =

•

3!! (2) !! + !! + !! + 3!!

Gangguan hubung singkat 2 fasa !!! ! !!!"! =

•

3!! (3) !! + !! + !!

Gangguan hubung singkat 3 fasa !!! ! !"#" =

Dimana : Ea Z0 Z1 Z2 Zf

!! (4) !! + !!

= tegangan fasa [V] = impedansi urutan nol [ohm] = impedansi urutan positif [ohm] = impedansi urutan negatif [ohm] = impedansi gangguan [ohm]

Untuk menghitung arus gangguan dibutuhkan nilai ekivalen impedansi urutan positif, negatif,dan nol dari titik gangguan ke sumber. Untuk itu dibutuhkan persamaan impedansi ekivalen. Berikut ini persamaannya : •

Impedansi urutan positif dan urutan negatif (Z1eq=Z2eq) !1!" = !2!" = !!" + !!! + !!! (5)

•

Impedansi urutan nol !!!" = !!! + 3!" + !!! (6)

Dimana : Z1eq = impedansi ekivalen jaringan urutan positif [ohm] Z2eq = impedansi ekivalen jaringan urutan negatif [ohm] Zsc

= impedansi sumber (20kV) [ohm]

ZT1

= impedansi positif trafo [ohm]

Z1j

= impedansi positif jaringan [ohm]

III. Metode Penelitian Metodologi penelitian dilakukan dalam penyusunan skripsi ini, diantara lain dengan cara : Studi literatur, Pengambilan data, perhitungan arus gangguan dan seting relay, simulasi dan analisa data. Analisa membandingkan setting relay arus lebih dan gangguan tanah hasil perhitungan dengan data eksisting serta melihat waktu kerja relay.


IV. Perhitungan dan Analisa • Perhitungan arus gangguan Dalam perhitungan arus gangguan hubung singkat dilakukan dibeberapa titik.

Gambar 7 : Perhitungan Gangguan pada Penyulang Limo

Data hubung singkat pada arus hubung singkat adalah 36,9694 kA. Dengan rumus MVAsc dapat cari daya hubung singkatnya : !"#!" = 3×!×!!" !"#!" = 3×150×36,9694 !"#!" = 9602,49 !"# Daya hubung singkat pada GI gandul sebesar 9602,49 MVA. Maka impedansi Xs pada sisi 20 kv ialah : !"#!"# !" = !"#!" !" = !" ! !!" = !"#!" !!" =

!" !!"

20! = 0,041 !ℎ! 9602

Besarnya reaktansi trafo 3 pada gardu induk gandul adalah 12,42%. Untuk mendapatkan nilai reaktansi urutan positif, negatif, dan nol dari trafo. Kita harus menghitung reaktansi 100% trafo. Dengan rumus : !" ! !! !"#" 100% = !"#!"#$% 20! !! !"#" 100% = = 6,67 !ℎ! 60 Nilai reaktansi urutan positif dan negatif trafo tenaga ialah : !!! = !!! = 12,42%×6,67 = 0,83 !ℎ! Untuk reaktansi urutan nol, nilainya Xt0 karena trafo 3 pada gardu induk gandul memiliki konfigurasi Ynyn sehingga nilainya menjadi : !!! = !!! = 0,83 !ℎ!


Menghitung impedansi penyulang limo, dibutuhkan data kabel SKTM yang digunakan dan panjang jaringan penyulang. Penyulang limo menggunakan kabel XLPE 240 mm2 sebagai penghantar dan panjang penyulang sebesar 13,136 Km. Berikut ini contoh perhitungan impedansinya saat 100%: Impedansi urutan positif dan negatif

•

!1 = !2 = !"#$"#% !"#$%×!"#$%&'(! !1 = !2 = 13,136×(0,125 + !0,097)

Ω !"

Ω !"

!1 = !2 = 1,642 + !1,2741 Ω

•

Impedansi urutan nol !0 = !"#$"#% !"#$%×!"#$%&'(! !0 = 13,136×(0,275 + 0,29)

Ω !"

Ω !"

!0 = 3,612 + !3,809 Ω Dari beberapa titik maka didapat sebagai berikut : Tabel 2 Impedansi Penyulang Limo

panjang Z1=Z2 Z0 kabel R r (%) Jx Jx 1% 0,01642 0,01274192 0,036124 0,038094 10% 0,1642 0,1274192 0,36124 0,380944 20% 0,3284 0,2548384 0,72248 0,761888 30% 0,4926 0,3822576 1,08372 1,142832 40% 0,6568 0,5096768 1,44496 1,523776 50% 0,821 0,637096 1,8062 1,90472 60% 0,9852 0,7645152 2,16744 2,285664 70% 1,1494 0,8919344 2,52868 2,666608 80% 1,3136 1,0193536 2,88992 3,047552 90% 1,4778 1,1467728 3,25116 3,428496 100% 1,642 1,274192 3,6124 3,80944 Ada beberapa macam hubung singkat yang mungkin terjadi. Pada perhitungannya digunakan hambatan hubung singkat sama dengan nol. Berikut ini merupakan perhitungannya pada gangguan hubung singkat :


•

Gangguan hubung singkat 3 fasa

Berikut ini merupakan rumus gangguan 3 fasa : !!!! = !!" =

!!"#" !!"#" = !! + !! !!" (%!!! + !! )! + !!!" + !!! + %!!!

!

Contoh perhitungan : Gangguan hubung singkat 3 fasa pada 100% panjang kabel. !!" =

(1,642 + 0)! + 0,04 + 0,83 + 1,274

!

!!" = 2,7 !ℎ! Sehingga gangguan hubung singkatnya : 20000 !!"#" 3 !!!! = = = 4,27 !" !!" 2,7 Berikut ini tabel perhitungan gangguan 3 fasa : Tabel 3 Arus Gangguan 3 Fasa pada Panjang Penyulang (%)

Panjang Jaringan hubung singkat (%Kabel) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% •

Besar Arus Gangguan 3 fasa (kA) 13.083676 11.4269653 9.856880039 8.582958836 7.558299112 6.729382712 6.051332701 5.489667903 5.0185867 4.618847457 4.276009519

Gangguan Hubung Singkat 2 fasa

Berikut ini merupakan rumus gangguan 2 fasa : !!!! = !!" =

!!"#"!!"#" !!"#"!!"#" = 2!! + !! !!" (2!!! + !! )! + (2!!!" + 2!!! + 2!!! )!


Contoh perhitungan: Gangguan hubung singkat 2 fasa pada 100% panjang kabel !!" =

2 1,642 + 0

!

+ 2 0,04 + 2 0,83 + 2 1,2

!

!!" = 5,4 Ω

Maka arus hubung singkatnya ialah : !!"#"!!"#" !!" 20000 = = 3,703 !" 5,4

!!!! = !!!!

Berikut ini tabel perhitungan gangguan 2 fasa : Tabel 4 Arus Gangguan 2 Fasa pada Panjang Penyulang (%)

Panjang Jaringan Hubung Singkat (%Kabel) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% •

Arus Gangguan 2 Fasa (kA) 11.33079579 9.896042236 8.536308516 7.433060392 6.545679041 5.82781638 5.240607846 4.754191862 4.346223573 4.000039234 3.70313287

Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah

Rumus perhitungan Arus ganguan 1 fasa tanah adalah: !!!!!!"#"! = Z!" =

!!"#" !!"#" = !! + !! + !! + !! !!"

(3R ! + 3R ! + 2R!" + R !" )! + (2X!"# + 2X!" + X!" + 2X!" + X!" )!

Contoh perhitungan : Gangguan hubung singkat 1fasa-tanah pada 100% panjang kabel :


Z_eq = √((3(12) + 3(0) + 2(1,642) + 3,61)^2 + (2(0,04) + 2(0,83) + 0,83 + 2(1,27) + 3.81)^2 )

!!" = 43,8 Ω Maka arus gangguan 1 fasa tanah menjadi : !!!!!!"#"! =

!!"#" !!" !""""

!!!!!!"#"! =

!",!

!

= 0,79 !"

Berikut ini tabel perhitungan gangguan 1 fasa-tanah : Tabel 5 Arus Gangguan 1 Fasa ke Tanah pada Panjang Penyulang (%)

Panjang Jaringan Hubung Singkat (%Kabel) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Arus Gangguan 1 Fasa (kA) 0.957865924 0.940585792 0.921894749 0.90373379 0.886094959 0.868968706 0.85234422 0.836209732 0.820552752 0.805360283 0.790618999

Berikut ini merupakan grafik hasil dari dari perhitungan gangguan hubung singkat terhadap jarak gangguan:

Gambar 8 : Grafik Arus gangguan hasil Perhitungan


•

Analisa

Dari grafik dapat dilihat bahwa besar arus gangguan hubung singkat dipengaruhi oleh jarak titik gangguan. Hal ini dapat dilihat besar arus gangguan akan semakin kecil ketika titik gangguan semakin jauh dari pada sumber. Hal ini terjadi karena impedansi yang semakin meningkat jika semakin jauh titik gangguan. Pada perhitungan arus gangguan hubung singkat ini didapat arus gangguan hubung singkat 3 fasa ke tanah yang paling besar yaitu sebesar 13,083 kA dan arus gangguan 1 fasa yang paling kecil yaitu sebesar 957 A. •

Setting relai arus lebih penyulang

Untuk setting relai arus lebih pada penyulang digunakan relai karakteristrik inverse dan moment. Untuk menggunakan relai standar inverse kita harus menentukan arus maksimum/beban maksimum pada penyulang. Arus beban maksimum penyulang limo ialah 230A. !"#$ = 230 ! !!"# = 230×1,2 = 276 ! Pada perhitungan digunakan arus gangguan hubung singkat arus 3 fasa yang terdekat. Waktu kerja relai pada penyulang ditetapkan 0,3 s. hal ini untuk mencegah kesalahan proteksi akibat inrush current. Berikut ini rumus dan perhitungan setting TMS : !×((!! !!"# !"#$%" ) !"# = 0,14

!,!"

− 1)

!,!"

0,3×((13083 276) !"# = 0,14

− 1)

!"# = 0,17 Menurut dari dari sumber kesepakatan setting relai moment pada penyulang, arus setting ialah : !"#$$%&' = 2×!! !"#$% !"#$%$ !"#$$%&' = 2×1732 = 3464 ! Maka setting arus sekunder : 1 ×!"#$$%&' !"#$% !" 1 !"#$ !"##$%& !"#$%&"' = ×3464 = 30,5 ! 600 5 !"#$ !"##$%& !"#$%&"' =

!! = 0,1 !"#

%$Dengan waktu kerja sebesar 0,1 detik.


•

Setting relai arus lebih Incoming

Untuk setting relai arus lebih pada Incoming digunakan relai dengan karakteristrik inverse. Untuk menggunakan relai standar inverse kita harus menentukan arus maksimum/beban maksimum pada penyulang. Arus maksimum pada Incoming ditentukan oleh daya trafo tenaga untuk mengamankan trafo. Berikut ini rumus dan perhitungannya : !! = !! =

!!"#$% 3×!!!! 60000 20 3

!! = 1732 ! Untuk perhitungan arus setting relai inverse : !!"# = 1,2×!! !!"# = 1,2×1732 = 2078 ≈ 2000 ! Untuk setting TMS pada Incoming digunakan nilai arus gangguan maksimum 3 fasa dan waktu setting 0,9 detik sesuai ketentuan kesepakatan. !" = ! !"#$%&'#( + ! !" + ∆! = 0,3 + 0,3 + 0,3 = 0,9 !"#$% !,!"

!!

(!!"#$%& )×( ! !"# !"#$%" !"# = 0,14 0,9× !"# =

13083 2000

!,!"

−1

−1

0,14

= 0,24

Setting moment arus lebih ditentukan 4xIn dan waktunya sebesar 0,7 detik. Waktu dalam settingan ini melihat pada Perhitungan sebagai berikut : !!"# = 4×!! = 4×1732 = 6928 ! !" = !!"!#$% !"#$%&'#( + !!"!#$% !" + ∆! = 0,1 + 0,3 + 0,3 = 0,7 !"#

%$•

Relai gangguan tanah penyulang

Setting relai gangguan tanah tidak jauh beda seperti arus lebih. Setting relai gangguan tanah menggunakan karakteristik inverse dan moment. Untuk menentukan setting karakteristik inverse, kita harus menentukan nilai setting arus gangguan tanah. Berikut ini perhitungannya : !"#$" !"##$%& = 10%×!!!∅ !"#$" !"##$%& = 10%×790 = 79 ! Untuk setting relai digunakan nilai arus dari trafo arus sekunder. Berikut ini perhitungannya :


!"#$ !"##$%& !"#$%&"' =

!!"# !"#$%&"' =

79 600

1 ×!"#$$%&' !"#$% !"

= 0,65 !

5 Untuk setting TMS pada outgoing digunakan nilai arus gangguan maksimum 1 fasa dan waktu setting 0,3 detik sebagai delay : !×((!!!∅ !!"# !"#$%" ) !"# = 0,14 !,!"

!"# =

0,3×((957 79) 0,14

!,!"

−1

−1

!"# = 0,11 Untuk setting karakteristik moment disetting dengan jarak gangguan minimum 50% gangguan maksimum dan waktu 0,1.Gangguan maksimum dititik 50 % ialah 868 A. •

Relai gangguan tanah Incoming

Setting relai gangguan tanah pada Incoming terdiri dari 2 karakteristik yaitu inverse saja. Untuk setting inverse, arus setting ditentukan dari

kesepakatan setting . Berikut

perhitungannya : !"#$" !"##$%& = 0,2×!! !"#$" !"##$%& = 0,2×1732 = 346 ! Untuk menentukan nilai TMS digunakan arus gangguan maksimum satu

fasa

dan

waktu

setting sebesar 0,9 s. Berikut ini perhitungan setting tms: !!!∅ !"×( ! !"# !"#$%" !"# = 0,14 0,9× !"# =

957 346

!,!"

!,!"

− 1)

−1

0,14

= 0,13

Untuk setting moment pada penyulang di blok.

•

Waktu kerja relay

Untuk mengetahui selektifitas kerja relai, kita dapat menganalisa melalui waktu kerja relai. Pada skripsi ini dilakukan beberapa skenario gangguan berdasarkan letak gangguan dan jenis gangguan yaitu gangguan 1 fasa tanah,2 fasa dan 3 fasa pada jarak yang telah ditentukan yaitu 13,136 km, 9 km, 6 km, 3 km, dan 0 km yang disimulasikan dengan ETAP. Berikut ini merupakan hasil dari pada simulasi :


Tabel 6 Hasil Simulasi Gangguan 3 Fasa Letak

Arus

Gangguan Gangguan (Km)

3 Fasa

Waktu kerja Eksisting

Waktu kerja resetting

Incoming

Penyulang

Incoming

Penyulang

(ms)

(ms)

(ms)

(ms)

(kA) 0

14,924

853

100

700

100

3

10,633

1040

100

700

100

6

8,017

1243

100

700

100

9

6,372

1493

100

1433

100

13,136

4,938

1919

100

1842

100

Dari data diatas dapat dilihat waktu kerja setting lebih cepat dari pada kerja waktu eksisting. Pada dasarnya kedua setting diatas sudah baik karena dapat berkoordinasi dengan baik. Berikut ini jika dilihat dari grafik waktu :

Gambar 9: Waktu kerja relai gangguan 3 fasa

Jika dilihat setting relai berdasarkan perhitungan lebih cepat bekerja dari pada relai setting eksisting pada sisi incoming. Pada setting perhitungan didapat waktu yang lebih cepat dari pada setting eksisting. Pada sisi incoming perhitungan diberi relai karakteristik moment sehingga waktu kerja lebih cepat. Pada relai incoming ditambahkan karakteristik moment dengan waktu kerja 0,7 detik. Hal ini dilakukan untuk mengurangi kerusakan yang mungkin terjadi pada trafo tenaga saat terjadi hubung singkat. Untuk setting penyulang bekerja pada 0,1 detik baik setting eksisting maupun setting perhitungan karena gangguan yang ada pada simulasi lebih besar dari setting moment sehingga waktu kerja relai 0,1 detik. Dilihat dari perbedaan waktu antara incoming dan penyulang sudah baik sekitar 0,6 detik.


Berikut ini merupakan hasil simulasi dari gangguan 2 fasa : Tabel 7 Hasil Simulasi Gangguan 2 Fasa Letak

Arus

Gangguan Gangguan (Km)

2 Fasa



Incoming

Penyulang

Incoming

Penyulang

(ms)

(ms)

(ms)

(ms)

(kA) 0

12,92

920

100

700

100

3

9,209

1129

100

700

100

6

6,943

1389

100

700

100

9

5,518

1707

100

1639

100

13,136

4,28

2285

100

2194

100

Dari data diatas dapat dilihat waktu kerja setting lebih cepat dari pada kerja waktu eksisting. Pada dasarnya kedua setting diatas sudah baik karena dapat berkoordinasi dengan baik. Dapat terlihat pada incoming dipasang relai karakteristik moment dimana waktu kerja relai 0,7 detik. Hal ini untuk memberikan perlindungan pada trafo tenaga jika mengalami hubung singkat pada jaringan. Berikut ini jika dilihat dari grafik waktu :

Gambar 10 Waktu kerja relai gangguan 2 fasa

Terlihat bahwa relai pada sisi penyulang bekerja pada waktu 0,1 detik. Hal ini terjadi karena besar gangguan yang terjadi pada penyulang diatas 4 kA. Sedangkan setting moment pada setting perhitungan dan eksisting dibawah 4 kA. Jika dilihat dari waktu kerja relai incoming dapat dilihat waktu kerja relai incoming hasil perhitungan lebih cepat. Walaupun tidak terlalu besar perbedaannya. Dilihat dari perbedaan waktu antara incoming dan penyulang sudah baik sekitar 0,6 detik. Berikut ini merupakan hasil simulasi dari gangguan 1 fasa ke tanah :


Tabel 8 Hasil Simulasi Gangguan 1 Fasa ke Tanah Letak

Arus



Gangguan

Gangguan

Incoming

Penyulang

Incoming

Penyulang

(Km)

1 Fasa

(ms)

(ms)

(ms)

(ms)

(kA) 0

1,068

847

130

799

100

3

1,025

879

130

829

100

6

0,984

912

130

861

100

9

0,946

948

130

896

100

13,136

0,896

1001

130

947

100

Jika dilihat dari waktu kerja penyulang, waktu kerja relai sama. Hal ini terjadi karena arus gangguan satu fasa tanah pada simulasi terlalu besar sehinga relai moment gangguan tanah bekerja. Berikut ini merupakan grafik dari waktu kerja relai :

Gambar 11 Waktu kerja relai gangguan 1 fasa ke tanah

Dapat dilihat waktu kerja relai hampir sama, dapat dilihat waktu kerja relai pada penyulang berbeda 30 ms. hal ini karena ada perbedaan dalam setting moment pada penyulang. Namun pada incoming terlihat bahwa relai setting hasil perhitungan lebih cepat bekerja. Walaupun hanya terjadi sedikit perbedaan waktu kerja. Terdapat perbedaan waktu antara incoming dan penyulang sekitar 0,7 detik (paling rendah). Hal ini cukup baik dimana seting dirancang sekitar 0,6 detik. Berdasarkan hasil dari simulasi gangguan hubung singkat didapat arus gangguan : Tabel 9 Arus Gangguan hasil dari Simulasi Jarak Gangguan (km)

Arus Gangguan 3 Fasa (kA)



0

14,924

12.92

1.068

3

10.633

9.209

1.025


6

8.017

6.943

0.984

9

6.372

5.518

0.946

13,136

4.938

4.28

0.896

Berikut ini merupakan grafik dari arus gangguan :

Gambar 12 Arus Gangguan hasil Dari Simulasi

Dari hasil simulasi didapat hasil yang hampir sama seperti hasil perhitungan. Namun ada sedikit perbedaan dimana hasil dari simulasi sedikit lebih tinggi dibandingkan hasil simulasi. Pada gangguan 3 fasa pada ujung penyulang arus gangguannya sebesar 4,938 kA sedangkan hasil perhitungan hanya 4,27 kA. Pada gangguan 2 fasa pada ujung penyulang arus gangguan hasil simulasi sebesar 4,28 kA dan hasil perhitungan 3,7 kA. Pada gangguan 1fasa ke tanah hasil simulasi didapat ialah 0,896 kA sedangkan hasil perhitungan didapat 0,79 kA. Hal ini mungkin disebabkan oleh adanya perhitungan toleransi pada simulasi. Terdapat perbedaan perhitungan pada simulasi ETAP. Ada beberapa setting toleransi pada trafo dan kabel sehingga arus gangguannya berbeda sedikit terhadap perhitungan. Namun secara keseluruhan besar arus gangguan hampir sama hanya terjadi sedikit perbedaan besar arus gangguan. V. KESIMPULAN •

Besar arus gangguan juga dipengaruhi oleh jarak titik gangguan hubung singkat, semakin jauh jarak gangguan maka akan semakin kecil arus gangguan hubung singkat.

•

Pada perhitungan arus gangguan yang terbesar ialah arus gangguan 3 fasa sebesar 13,083 kA dan arus gangguan terkecil ialah arus gangguan 1 fasa ke tanah sebesar 0,957 kA.


•

Dalam setting pada perhitungan didapat : Sisi Incoming 20 kV (OCR)

Sisi Penyulang 20 kV (OCR)

Iset primer(SI)

= 2000 A

Iset primer(SI)

= 276 A

TMS

= 0,24

TMS

= 0,17

Iset primer(Definite) = 6928 A Td

•

= 0,7 s

Iset primer(moment) = 3464 A Td

= 0,1 s

Sisi Incoming 20 kV (GFR)

Sisi Penyulang 20 kV (GFR)

Iset primer(SI)

= 346 A

Iset primer(SI)

= 79 A

TMS

= 0,13

TMS

= 0,11

Iset primer(Definite) = blok

Iset primer(moment) = 868 A

Td

Td

= blok

= 0,1 s

Dari hasil simulasi data eksisting memiliki nilai yang sudah baik karena relai dapat berkoordinasi dengan baik antara relai Incoming dan penyulang. Dimana relai penyulang bekerja terlebih dahulu lalu diikuti oleh relai Incoming dengan waktu tunda tertentu.

VI. KEPUSTAKAAN [1] I. J. Nagrath, D. P. Kothari, “Modern Power System Analysis”, Tata McGraw-Hill, New Delhi, 1980 [2] John Norchote, Green Robert Wilson, “Control and Automation of Electrical Power Distribution Systems”,CRC Press, Taylor & Francis Group, Newyork, 2007. [3] Luce M. Faulkenberry, Walter Coffer, “Electrical Power Distribution and Trasmission”, Prentice-Hall, Engelwood Cliff, New Jersey 1996. [4] Kesepakatan Bersama Pengelolaan Sistem Proteksi Trafo-Penyulang 20 kV Tahun 2012, PT PLN Persero. [5] Ir. Djiteng Marsudi, “Pembangkitan Energi Listrik”, Erlangga, Jakarta, 2005. [6] Badrudin,”Modul pentanahan”, Pusat Pengembangan Bahan Ajar UMB [7] Sarimun, Wahyudi, “Proteksi Sistem Distribusi Tenaga Listrik”,Garamond, 2012


Kata kunci : Gangguan, Sistem Proteksi, Relai

Recommend Documents