KOORDINASI PERALATAN PROTEKSI ARUS LEBIH PADA JARINGAN DISTRIBUSI TEGANGAN MENENGAH (STUDI KASUS: PENYULANG 20 KV PT. PLN (PERSERO) WILAYAH SUMATRA UTARA)
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh: ANGKI PUTRA KURNIAWAN NIM : 132 03 176
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
KOORDINASI PERALATAN PROTEKSI ARUS LEBIH PADA JARINGAN DISTRIBUSI TEGANGAN MENENGAH (STUDI KASUS: PENYULANG 20 KV PT. PLN (PERSERO) WILAYAH SUMATRA UTARA)
Oleh: ANGKI PUTRA KURNIAWAN NIM : 132 03 176
Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung
Bandung, 27 Juni 2007 Menyetujui, Pembimbing
Dr. Ir. Redy Mardiana NIP. 132 150 425
ABSTRAKSI
Jaringan Tegangan Menengah 20 kV di PT. PLN (Persero) Wilayah Sumatera Utara Cabang Medan mengalami banyak gangguan arus lebih yang meyebabkan
sering
terjadi
pemadaman
kepada
konsumen.
Banyaknya
pemadaman disebabkan oleh kondisi dan pemilihan peralatan proteksi yang terpasang yang tidak mengikuti standar yang baku. Tugas akhir ini membahas tentang perancangan sistem proteksi gangguan arus lebih untuk jaringan distribusi tegangan menengah. Perancangan sistem proteksi gangguan arus lebih ini menitikberatkan
pada
pengkoordinasian
antarperalatan
proteksi
untuk
mendapatkan selektivitas yang baik. Perhitungan yang digunakan didalam koordinasi proteksi ini dilakukan berdasarkan standar SPLN No.64 Tahun 1985. Peralatan proteksi yang dikoordinasikan meliputi pelebur, rele arus lebih, dan PBO. Sebagai studi kasus dua buah penyulang, yaitu penyulang Gobi dan penyulang Lele, yang terdapat di di PT. PLN (Persero) Wilayah Sumatera Utara Cabang Medan akan dianalisis dan dilakukan koordinasi peralatan proteksinya. Selanjutnya perancangan sistem proteksi gangguan arus lebih ini dilakukan dalam beberapa konfigurasi.
Kata kunci : jaringan tegangan menengah, gangguan arus lebih, peralatan proteksi, kurva karakteristik waktu-arus, koordinasi.
ii
ABSTRACT Medium voltage distribution system of 20 kV of Pt. PLN (Persero) Wilayah Sumatra Utara Cabang Medan had experienced many over current faults that caused extinguishing of power supply to consumers. These extinguishing were caused by the condition and the selection of existing protective device which might not based on right standard. This final report is about the study of designing over current protection system for medium voltage distribution system. The design of over current protection system is focused on the coordination between protective devices to have a good selectivity. The standard which is used on this final report is SPLN No.64 Tahun 1985. The protective devices which will be coordinated are fuse, over current relay, and recloser. For sample case, there are two feeders in PT. PLN (Persero) Wilayah Sumatra Utara Cabang Medan which will be analyzed and the protective devices in those feeders will be coordinated. The designs of over current protection system are done in few configurations.
Keywords: medium voltage distribution system, over current protection, protective components, time-current characteristic, coordination.
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah swt, Tuhan semesta alam. Atas rahmat dan izin-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan ini disusun sebagai bagian akhir dari pelaksanaan Tugas Akhir yang merupakan mata kuliah wajib bagi mahasiswa tingkat sarjana pada Program Studi Teknik Elektro di Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung. Laporan ini disusun dengan judul Koordinasi Peralatan Proteksi Pada Sistem Proteksi Arus Lebih (Studi Kasus: Penyulang Gobi dan Penyulang Lele Pada Sistem Distribusi 20 kV Sumatra Utara). Pelaksanaan tugas akhir ini dilakukan oleh penulis selama kurang lebih enam bulan di Laboratorium Teknik Tegangan dan Arus Tinggi (LTTAT) ITB di bawah bimbingan Dr. Ir. Redy Mardiana. Pelaksanaan Tugas Akhir dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan, saran, dan kritik berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada : 1.
Bapak Dr. Ir. Redy Mardiana, sebagai pembimbing pelaksanaan Tugas Akhir yang sangat membantu penulis dengan saran dan masukannya.
2.
Kedua orang tua dan adik-adik penulis di Palembang yang selalu menyertai penulis dengan doa dan semangat.
3.
Restu Rahmadani yang selalu memberi semangat dan dengan setia menemani penulis.
4.
Teman-teman EL’03 yang selalu menjadi teman terbaik penulis.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini memiliki banyak kekurangan, baik dari segi penyampaian maupun dari materinya. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca demi perbaikan di masa yang akan datang.
Juni 2006
Penulis
iv
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan ................................................................................................. i Abstraksi ................................................................................................................. ii Abstract .................................................................................................................. iii Kata Pengantar ....................................................................................................... iv Daftar Isi ................................................................................................................. v Daftar Gambar ...................................................................................................... viii Daftar Tabel ........................................................................................................... ix Daftar Lampiran.......................................................................................................x BAB I PENDAHULUAN
……………………………………………………..1
1.1. Latar belakang ............................................................................................ 1 1.2. Deskripsi Masalah ...................................................................................... 2 1.3. Tujuan ......................................................................................................... 2 1.4. Batasan Masalah dan Asumsi ..................................................................... 2 1.5. Metodologi Penelitian ................................................................................. 3 1.6. Sistematika Pembahasan ............................................................................. 4 BAB II SALURAN DISTRIBUSI .......................................................................... 5 2.1 Umum ......................................................................................................... 5 2.2 Jenis Jaringan Distribusi Primer ................................................................. 6 2.3 Pentanahan titik netral ................................................................................ 8 BAB III SISTEM PROTEKSI JARINGAN DISTRIBUSI .................................. 10 3.1 Umum ....................................................................................................... 10 3.2 Persyaratan Sistem Proteksi ...................................................................... 12 3.3 Peralatan Proteksi Jaringan Distribusi ...................................................... 13 3.3.1 Pemutus daya (PMT) ......................................................................... 15 3.3.2 Rele arus lebih .................................................................................... 17 3.3.3 Pemutus balik otomatis (PBO) ........................................................... 20 3.3.4 Pelebur ............................................................................................... 23 3.3.5 Sakelar Seksi Otomatis (SSO) ........................................................... 25
v
BAB IV KOORDINASI DAN PEMILIHAN PERALATAN PROTEKSI .......... 27 4.1 Umum ....................................................................................................... 27 4.2 Pengaturan Daerah Kerja Peralatan Proteksi ............................................ 28 4.2.1. Pengaturan Daerah Kerja Rele Arus Lebih ........................................ 28 4.2.2. Penentuan Rele Untuk Proteksi Gardu Induk .................................... 29 4.2.3. Pengaturan Daerah Kerja Pelebur ...................................................... 32 4.2.4. Pengaturan Daerah Kerja PBO .......................................................... 32 4.3 Koordinasi Antarperalatan Proteksi .......................................................... 32 4.3.1 Pemilihan Pelebur Untuk Proteksi Trafo Beban atau Saluran ........... 33 4.3.2 Peralatan Proteksi Pada Jaringan Tegangan Menengah ..................... 37 4.3.3 Koordinasi antara pelebur cabang dengan pelebur pada trafo beban. 37 4.3.4 Koordinasi antarpelebur cabang......................................................... 40 4.3.5 Koordinasi antara pelebur cabang dengan pelebur pada gardu induk 41 4.3.6 Koordinasi antara pelebur cabang dengan rele arus lebih pada gardu induk................................................................................................... 41 4.3.7 Koordinasi antara pelebur cabang dengan PBO ................................ 42 4.3.8 Koordinasi antara pelebur pada gardu induk dengan PBO ................ 44 4.3.9 Koordinasi antara rele arus lebih pada gardu induk dengan PBO pada saluran ................................................................................................ 44 4.3.10 Koordinasi antara PBO pada gardu induk dengan PBO pada saluran 45 4.4 Contoh Koordinasi Dengan Menggunakan Kurva Waktu-Arus ............... 48 4.5 Contoh Koordinasi Dengan Menggunakan Tabel .................................... 48 BAB V KOORDINASI PERALATAN PROTEKSI ARUS LEBIH PADA PENYULANG GOBY DAN PENYULANG LELE ............................................ 49 5.1 Umum ....................................................................................................... 49 5.2 Data-data Jaringan dan Peralatan Proteksi ............................................... 49 5.2.1 Data-data Jaringan Penyulang Goby .................................................. 49 5.2.2 Data-data Jaringan Penyulang Lele.................................................... 52 5.3 Data Arus Gangguan................................................................................. 53 5.4 Keadaan Sistem Proteksi Penyulang ........................................................ 55
vi
5.5 Penentuan Pelebur Untuk Proteksi Trafo ................................................. 58 5.6 Koordinasi Peralatan Proteksi Pelebur Trafo dan Pelebur Cabang .......... 60 5.7 Koordinasi Peralatan Proteksi Cabang Dengan Peralatan Proteksi Saluran Utama ........................................................................................................ 65 5.7.1 GI tanpa PBO dan saluran tanpa PBO ............................................... 65 5.7.2 GI tanpa PBO dan saluran dengan PBO ............................................ 68 5.7.3 GI dengan PBO dan saluran tanpa PBO ............................................ 71 5.7.4 GI dengan PBO dan saluran dengan PBO ......................................... 73 5.7.5 Penggunaan SSO yang dikoodinasikan dengan PBO ........................ 74 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 76 6.1. Kesimpulan ............................................................................................... 76 6.2. Saran ......................................................................................................... 77 Daftar Pustaka
vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sistem Pembangkit Tenaga Listrik, Saluran Transmisi, dan Saluran Distribusi.............................................................................
5
Gambar 2.2 Beberapa tipe jaringan saluran distribusi primer..............................
7
Gambar 3.1 Kurva Karakteristik Waktu Rele Arus Lebih...................................
19
Gambar 3.2 Diagram waktu untuk kerja PBO.....................................................
20
Gambar 3.3 Karakteristik waktu arus kerja PBO.................................................
22
Gambar 3.4 Kurva kerja PBO 2A 2C...................................................................
23
Gambar 3.5 Kurva Karakteristik waktu arus pelebur kelas T..............................
25
Gambar 4.1 Jaringan radial yang diproteksi rele arus lebih.................................
28
Gambar 4.2 Kurva Koordinasi rele arus lebih jenis definit..................................
30
Gambar 4.3 Kurva Koordinasi rele arus lebih jenis invers..................................
30
Gambar 4.4 Diagram satu garis penyulang dengan proteksi arus lebih...............
38
Gambar 4.5 Koordinasi pelebur proteksi trafo dan pelebur proteksi cabang.......
39
Gambar 4.6 Koordinasi antarpelebur proteksi cabang.........................................
40
Gambar 4.7 Koordinasi rele arus lebih dengan pelebur proteksi cabang.............
42
Gambar 4.8 Koordinasi PBO dengan pelebur proteksi cabang............................
43
Gambar 4.9 Koordinasi rele arus lebih dengan PBO...........................................
45
Gambar 4.10 Penyulang dengan pelebur sebagai pengaman terhadap arus lebih................................................................................................
45
Gambar 4.11 Kurva waktu-arus untuk penentuan koordinasi..............................
46
Gambar 5.1 Diagram Satu Garis Penyulang Goby...............................................
50
Gambar 5.2 Diagram Satu Garis Penyulang Lele................................................
51
Gambar 5.3 Kurva karakteristik waktu-arus peralatan proteksi pada penyulang Goby sebelum koordinasi.................................................................
57
Gambar 5.4 Percabangan pada Penyulang Goby.................................................
58
Gambar 5.5 Percabangan pada Penyulang Lele...................................................
62
Gambar 5.6. Kurva karakteristik waktu-arus peralatan proteksi pada penyulang Goby setelah koordinasi..................................................................
viii
70
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Persentase gangguan hubung singkat................................................... 11 Tabel 3.2 Persamaan waktu kerja rele arus lebih.................................................
18
Tabel 4.1 Rekomendasi arus pengenal pelebur 24 kV jenis letupan sebagai pengaman trafo distribusi di sisi primer (Pub. IEC 2822(1974)/NEMA)...................................................................................
35
Tabel 4.2 Rekomendasi pemilihan arus pengenal pelebur 24 kV jenis letupan di sisi primer berikut pelebur jenis pembatasan arus di sisi sekunder (230/400 V) (Publikasi IEC 282-2(1970)/NEMA)..............................
36
Tabel 4.3 Tabel koordinasi pelebur kelas T (sebagian)........................................ 48 Tabel 5.1a Panjang Saluran pada Penyulang Goby.............................................. 52 Tabel 5.1b Panjang saluran pada penyulang Lele................................................
53
Tabel 5.2a Arus gangguan pada beberapa trafo beban pada penyulang Goby..... 54 Tabel 5.2b Arus gangguan pada beberapa trafo beban pada penyulang Lele......
54
Tabel 5.3a Arus gangguan pada beberapa titik cabang pada penyulang Goby....
55
Tabel 5.3b Arus gangguan pada beberapa titik cabang pada penyulang Lele.....
55
Tabel 5.4a Pelebur yang dipasang sebagai proteksi trafo pada Penyulang Goby
59
Tabel 5.4b Pelebur yang dipasang sebagai proteksi trafo pada Penyulang Lele.. 59
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A. Diagram satu garis penyulang Goby dan penyulang Lele Lampiran B. Tabel Koordinasi antarpelebur Lampiran C. Data Arus Gangguan dan Peralatan Proteksi C.1 Arus Gangguan Pada Trafo Beban C.2 Arus Gangguan Pada Percabangan C.3 Pelebur Trafo Beban Lampiran D. Koordinasi D.1 Pelebur cabang dengan Koordinasi terhadap Pelebur Trafo D.2 GI Tanpa PBO dan Saluran Tanpa PBO D.3 GI Tanpa PBO dan Saluran Dengan PBO D.4 GI Dengan PBO dan Saluran Tanpa PBO D.5 GI Dengan PBO dan Saluran Dengan PBO D.6 Penggunaan SSO Lampiran E. Kurva Ketahanan Penghantar AAC dan AAAC Lampiran F. Kuat Hantar Arus Penghantar AAC dan AAAC
x
