TUGAS AKHIR – RE 1599
PENGARUH PEMASANGAN PEMBANGKIT TERDISTRIBUSI TERHADAP RELE ARUS LEBIH PADA SISTEM TENAGA LISTRIK NUSA PENIDA - BALI Afranisa Rakhmawati NRP 2205100071 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT Dimas Anton Asfani, ST, MT JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009
FINAL PROJECT – RE1599
IMPACT OF DISTRIBUTED GENERATOR ON OVERCURRENT RELAY IN ELECTRICAL POWER SYSTEM OF NUSA PENIDA BALI Afranisa Rakhmawati NRP 2205100071 Advisor Dr.Ir. Adi Soeprijanto, MT. Dimas Anton Asfani, ST., MT. ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2009
ABSTRAK Pemasangan pembangkit terdistribusi pada sistem distribusi radial ternyata memungkinkan berpengaruh terhadap koordinasi sistem proteksi yang telah ada. Ketika terjadi gangguan maka masing-masing pembangkit terdistribusi yang terpasang ini akan memberikan kontribusi arus gangguan. Hasil jumlahan arus gangguan sebelum dipasang pembangkit terdistribusi dengan setelahnya dapat menyebabkan rele proteksi yang telah ada menjadi lebih cepat bereaksi, lebih lambat bereaksi, atau tidak berubah (masih dapat digunakan). Sehingga perlu dilakukan suatu penelitian untuk mengetahuinya. Dalam tugas akhir ini, perilaku rele arus lebih sebelum dan setelah dipasang pembangkit terdistribusi saat terjadi gangguan akan diperlihatkan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa setting rele arus lebih sebelum dipasang DG masih dapat digunakan dengan baik pada setting rele arus lebih setelah dipasang DG karena pembangkit terdistribusi berkapasitas 770 kW hanya menyumbang arus hubung singkat 84 A saat empat cycle. Namun, rele arah arus lebih perlu ditambahkan pada sisi tegangan rendah trafo karena suplai tidak berasal dari satu arah saja. Kata Kunci : pembangkit terdistribusi, arus hubung singkat, rele arus lebih, rele arah arus lebih
iii
-- Halaman ini sengaja dikosongkan --
iv
ABSTRACT Using distributed generator in radial distribution system may cause impact of protection system coordination. When the fault is occurred, each of distributed generators installed the system will supply fault current contribution. The sum of fault, before and after using DG cause protection relay will be fast or slow operated and in some cases the protection relay still in used. Thus, we need to do some researches to know it. In this final project, the operation of over current relay, before and after using DG will be discussed. The result of simulation shows that the setting of over current relay before we installed DG can be used for setting of over current relay after we installed DG. It is caused by DG with 770 kW only supply short circuit current 84 A at 4 cycle. But, the directional over current relay need to be added because the sources don’t come from one direct. Key word: distributed generator, short circuit current, over current relay, directional over current relay
v
-- Halaman ini sengaja dikosongkan --
vi
PENGARUH PEMASANGAN PEMBANGKIT TERDISTRIBUSI TERHADAP RELE ARUS LEBIH PADA SISTEM TENAGA LISTRIK NUSA PENIDA – BALI
TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Menyetujui :
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT NIP. 131 879 388
Dimas Anton Asfani, ST, MT NIP. 132 311 412
SURABAYA JULI, 2009
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga saya sebagai penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul: Pengaruh Pemasangan Pembangkit Terdistribusi terhadap Rele Arus Lebih pada Sistem Tenaga Listrik Nusa Penida – Bali Tujuan utama penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai salah satu persyaratan untuk menyelesaikan jenjang pendidikan S1 di Jurusan Teknik Elektro ITS, selain itu diharapkan dapat menambah wawasan pada saat melakukan penambahan daya listrik dengan pemasangan pembangkit terdistribusi, perlu diperhatikan setting rele arus lebih yang terpasang sebelumnya. Atas selesainya penyusunan tugas akhir ini, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Adi Soeprijanto dan Bapak Dimas Anton Asfani selaku dosen pembimbing tugas akhir atas bimbingan dan perhatian yang diberikan pada penulis selama proses pengerjaan tugas akhir 2. Bapak Marsudi (Papa b’Shanti) dan Bapak Abdilah yang telah banyak membantu dalam pengumpulan data tugas akhir 3. Orang-orang terkasih ibu, ayah, b’ Dina, b’ Ucha, de’ Yuni, ayank Isma yang tak pernah berhenti memberikan doa, motivasi, dan semangat untuk keberhasilan studi saya selama di ITS 4. Teman seperjuangan TA, b’Shanti, yang selalu setia untuk saling berbagi semangat, doa, dan perhatian 5. Teman-teman seperjuangan Asti, Dewi, Dian, Hanik, Ika, Eka, All Ce’ ELITS’05, keluarga besar Al-Banna bawah (Zeni, Elok, b’ Farid, b’ Tyas, Irma, b’ Diena, Febi, Fina, Feni), Al-Banna atas, temanteman kos (b’Iffah, Tika, Wulan, Latifah), teman-teman asisten LIPIST (Wahyu, Radit, Yussie, Amlul, Mo’onk, Wayan, Ferri, Nanang), temen-temen asisten Lab SST dan KE, teman-teman angkatan 2005, Mbah Mo, dan seluruh keluarga besar ELITS atas segala dukungan, kehangatan, dan kerja sama selama masa-masa pengkaderan, kuliah sampai pengerjaan tugas akhir ini. 6. Para dosen, karyawan, dan keluarga besar Teknik Elektro ITS Surabaya. 7. Semua pihak yang telah membantu saya dalam pelaksanaan dan penyusunan laporan tugas akhir yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu. vii
Akhir kata saya ucapkan terima kasih atas perhatiannya dan mohon maaf bila ada kesalahan-kesalahan di dalam penulisan tugas akhir ini. Besar harapan saya agar tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi siapa saja yang membacanya. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk pengembangan ke arah yang lebih baik.
Surabaya, Juli 2009
Penulis
viii
DAFTAR ISI
JUDUL ............................................................................................. LEMBAR PENGESAHAN............................................................. ABSTRAK ....................................................................................... ABSTRACT ...................................................................................... KATA PENGANTAR ..................................................................... DAFTAR ISI .................................................................................... DAFTAR GAMBAR ....................................................................... DAFTAR TABEL............................................................................
hal i ii iii v vii ix xiii xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................. 1.2 Permasalahn...................................................................... 1.3 Tujuan .............................................................................. 1.4 Batasan Masalah ............................................................... 1.5 Sistematika Penulisan ....................................................... 1.6 Metodologi ....................................................................... 1.7 Relevansi ..........................................................................
1 1 1 2 2 3 3
BAB II HUBUNG SINGKAT, RELE ARUS LEBIH, DAN PEMBANGKIT TERDISTRIBUSI 2.1 Komponen Simetri ........................................................... 2.2 Impedansi Urutan ............................................................. 2.2.1 Impedansi Urutan Mesin Sinkron ............................ 2.2.2 Impedansi Urutan Transformator ............................ 2.3 Hubung Singkat ................................................................ 2.3.1 Hubung Singkat Tiga Fasa Langsung ...................... 2.3.2 Hubung Singkat Antar Fasa Langsung .................... 2.3.3 Analisa Hubung Singkat ......................................... 2.3.4 Langkah-Langkah dalam Menghitung Arus Hubung Singkat .................................................................... 2.3.5 Tujuan Analisa Hubung Singkat ............................. 2.4 Rele Pengaman ................................................................. 2.4.1 Syarat-Syarat Rele Pengaman ................................. 2.4.2 Rele Arus Lebih ...................................................... 2.4.2.1 Prinsip Kerja Rele Arus Lebih .................... 2.4.2.2 Gangguan-Gangguan yang Diamankan oleh Rele Arus Lebih ........................................ 2.4.2.3 Dasar Penyetelan Rele Arus Lebih .............
5 5 6 6 8 8 9 10 12 13 13 14 16 17 17 17 ix
2.4.2.4 Rele Arus Lebih Instan .............................. 2.4.2.5 Rele Arus Lebih Definite ............................ 2.4.2.6 Rele Arus Lebih Invers .............................. 2.4.2.7 Setting Kelambatan Waktu ......................... 2.4.3 Skema Rele Arus Lebih ........................................ 2.4.4 Macam-Macam Kurva Rele Pengaman ................. 2.4.5 Koordinasi Rele Arus Lebih .................................. 2.5 Pengertian Pembangkit Terdistribusi ............................... 2.5.1 Pembangkit Listrik Tenaga Bayu ........................... 2.5.1.1 Generator Induksi ...................................... 2.5.1.2 Generator Induksi Eksitasi Sendiri ............ 2.5.1.3 Arus Hubung Singkat pada Generator Induksi ...................................................... 2.5.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya ........................... 2.5.2.1 Prinsip Kerja Panel Surya .......................... 2.5.2.2 Rangkaian Ekivalen Sel Surya ...................
18 18 19 19 20 21 22 23 23 24 24 25 26 27 29
BAB III PEMBANGKIT TERDISTRIBUSI DI NUSA PENIDA BALI 3.1 Kondisi Geografis Kepulauan Nusa Penida ..................... 33 3.2 PLT Bayu di Pulau Nusa Penida – Bali ................ .......... 34 3.2.1 Potensi Angin di Puncak Mundi ............................. 35 3.2.2 PLT Bayu WES (Wind Energy Solutions) .............. 36 3.3 Data Pembangkit PLTD Kutampi dan Jungut Batu.. ....... 38 3.4 Data Trafo Step-up .......................................................... 41 3.5 Data Trafo Distribusi (Step-down) ................................... 42 3.6 Data Beban di Kepulauan Nusa Penida ........................... 43 3.7 Data Pembangkitan Terdistribusi di Nusa Penida - Bali . 45 BAB IV SIMULASI DAN ANALISIS KOORDINASI RELE ARUS LEBIH 4.1 Penjadwalan Pembangkit di Nusa Penida – Bali ............ 49 4.2 Pemodelan Pembangkit Terdistribusi .............................. 50 4.2.1 Pemodelan PLT Bayu ............................................. 50 4.2.2 Pemodelan PLT Bayu ............................................. 51 4.3 Perhitungan Arus Hubung Singkat .................................. 52 4.3.1 Arus Hubung Singkat Sebelum Dipasang DG......... 55 4.3.2 Arus Hubung Singkat Setelah Dipasang DG........... 56 4.4 Perhitungan Setting Rele Arus Lebih .............................. 57 4.4.1 Setting Rekomendasi Rele Fd Tanglad Sebelum Dipasang DG ........................................................... 58 x
4.4.2 Setting Rekomendasi Rele LV TD2 Sebelum Dipasang DG ............................................................................ 60 4.4.3 Setting Rekomendasi Rele PLTD2 Sebelum Dipasang DG ............................................................................ 61 4.5 Koordinasi Rele Arus Lebih ............................................ 63 4.5.1 Koordinasi Rele Existing Sebelum Dipasang DG ... 64 4.5.1.1 Hubung Singkat Bus 209.............................. 64 4.5.1.2 Hubung Singkat Bus 95................................ 65 4.5.1.3 Hubung Singkat Bus 174.............................. 66 4.5.2 Koordinasi Rele Existing Setelah dipasang DG....... 67 4.5.2.1 Hubung Singkat bus 209 .............................. 67 4.5.2.2 Hubung Singkat bus 95 ................................ 68 4.5.2.3 Hubung Singkat 174 ..................................... 69 4.5.3 Koordinasi Rele Rekomendasi LV TD2 dan 3 Sebelum Dipasang DG ............................................................ 70 4.5.4 Koordinasi Rele Rekomendasi LV TD2 dan 3 Setelah Dipasang DG ............................................................ 71 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ....................................................................... 73 5.2 Saran .............................................................................. 73 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................... 75 RIWAYAT HIDUP PENULIS ....................................................... 77 LAMPIRAN ..................................................................................... 79
xi
-- Halaman ini sengaja dikosongkan --
xii
DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Representasi Komponen Simetris ................................ 5 a) Urutan Positif .......................................................... 5 b) Urutan Negatif ........................................................ 5 c) Urutan Nol .............................................................. 5 Gambar 2.2 Rangkaian Ekivalen Transformator Urutan Nol ......... 7 Gambar 2.3 Rangkaian Hubung Singkat Tiga Fasa Langsung ....... 8 Gambar 2.4 Rangkaian Pengganti Hubung Singkat Tiga Fasa Langsung ..................................................................................... 8 a) Urutan positif .......................................................... 8 b) Urutan negatif ......................................................... 8 c) Urutan nol ............................................................... 8 Gambar 2.5 Rangkaian Hubung Singkat Antar fasa langsung ....... 9 Gambar 2.6 Rangkaian Pengganti Hubung Singkat Antar fasa langsung ..................................................................................... 9 Gambar 2.7 Selektivitas Rele Pengaman ....................................... 15 Gambar 2.8 Karakteristik Rele Arus Lebih Instan ...................... 18 Gambar 2.9 Karakteristik Rele Arus Lebih Definite ................... 18 Gambar 2.10 Karakteristik Rele Arus Lebih Invers ...................... 19 Gambar 2.11 Skema Rele Arus Lebih ............................................ 20 Gambar 2.12 Macam-Macam Kurva Rele Pengaman ....................... 21 Gambar 2.13 Generator Induksi Eksitasi Sendiri .............................. 25 Gambar 2.14 a)Rangkaian Ekivalen IEC untuk SG .......................... 26 b)Rangkaian Ekivalen IEC untuk AG.......................... 26 Gambar 2.15 Arus Hubung Singkat Tiga Fasa pada AG dan SG ..... 26 Gambar 2.16 a) Rangkaian Ekivalen Sel Surya ................................ 30 b) Simbol Skematik Sel Surya .................................... 30 Gambar 3.1 Peta Kepulauan Nusa Penida ...................................... 33 Gambar 3.2 Grafik Kecepatan Angin Rata-Rata di Desa Klumpu . 35 Gambar 3.3 a) WES18 IGBT Controller ........................................ 36 b) Turbin Angin ........................................................... 36 Gambar 3.4 Sistem Hybrid PLTB dan Generator Diesel ................ 37 Gambar 3.5 Grafik Energi terhadap Kecepatan Angin Rata-Rata per Tahun ..................................................................... 37 Gambar 3.6 Grafik Daya Listrik terhadap Kecepatan Angin RataRata ............................................................................. 38 Gambar 3.7 PLTD Kutampi Unit III .............................................. 41 Gambar 3.8 Trafo Step-Up 1000kVA di Kutampi ........................... 42 Gambar 3.9 SLD PLTD Kutampi .................................................... 42 xiii
Gambar 3.10 Peta Jaringan Kepulauan Nusa Penida ........................ Gambar 3.11 PLT Bayu Indo Electric ............................................. Gambar 3.12 PLT Surya ................................................................... Gambar 4.1 Diagram Segaris pada Saat Beban Siang .................... Gambar 4.2 Diagram Segaris pada Saat Beban Malam ................... Gambar 4.3 Pemodelan ETAP 4.0 untuk PLT Bayu ....................... Gambar 4.4 Pemodelan ETAP 4.0 untuk PLT Surya ...................... Gambar 4.5 a) SLD existing Koordinasi Rele Arus Lebih PLTD2 dan 3 Sebelum Dipasang DG ...................................... b) SLD existing Koordinasi Rele Arus Lebih PLTD2 dan 3 Sesudah dipasang DG ....................................... Gambar 4.6 a) SLD Rekomendasi Koordinasi Rele Arus Lebih PLTD2 dan 3 Sebelum Dipasang DG ......................... b) SLD Rekomendasi Koordinasi Rele Arus Lebih PLTD2 dan 3 Sesudah dipasang DG .......................... Gambar 4.7 Arah Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele Sebelum Dipasang DG ............................................... Gambar 4.8 Arah Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele Sebelum Dipasang DG ............................................... Gambar 4.9 Koordinasi Existing Sebelum Dipasang DG, Hubung Singkat di Bus 209 ...................................................... Gambar 4.10 Koordinasi Existing Sebelum Dipasang DG, Hubung Singkat di Bus 95 ........................................................ Gambar 4.11 Koordinasi Existing Sebelum Dipasang DG, Hubung Singkat di Bus 174 ...................................................... Gambar 4.12 Koordinasi Existing Setelah Dipasang DG, Hubung Singkat di Bus 209 ...................................................... Gambar 4.13 Koordinasi Existing Setelah Dipasang DG, Hubung Singkat di Bus 209 ...................................................... Gambar 4.14 Koordinasi Existing Setelah Dipasang DG, Hubung Singkat di Bus 209 ...................................................... Gambar 4.15 Koordinasi Rekomendasi Sebelum Dipasang DG, Hubung Singkat di Bus 174 ........................................ Gambar 4.16 Koordinasi Rekomendasi Setelah Dipasang DG, Hubung Singkat di Bus 174 ........................................
xiv
43 47 48 49 50 51 51 54 54 54 54 55 56 64 65 66 67 68 69 70 71
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Tabel 3.2 Tabel 3.3 Tabel 3.4 Tabel 3.5
Tingkat Penetrasi PLT Bayu ........................................... Beban Puncak ada Penyulang Lembongan 20 kV ........... Beban Puncak pada Penyulang Karang Sari 20 kV ......... Beban Puncak pada Penyulang Tanglad 20 kV ............... Data Panjang Kabel Berdasarkan Jenisnya (dalam meter) ............................................................................... Tabel 4.1 Rating Inverter PLT Surya .............................................. Tabel 4.2 Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele Fd Tanglad pada Pembangkitan Minimum (Siang) Sebelum Dipasang DG .................................................................... Tabel 4.3 Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele Fd Tanglad pada Pembangkitan Maksimum (Malam) Sebelum Dipasang DG .................................................................... Tabel 4.4 Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele PLTD2 Sebelum Dipasang DG ..................................................... Tabel 4.5 Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele LV TD2 pada Pembangkitan Minimum (Siang) Sebelum Dipasang DG Tabel 4.6 Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele LV TD2 pada Pembangkitan Maksimum (Malam) Sebelum Dipasang DG .................................................................................... Tabel 4.7 Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele Fd Tanglad pada Pembangkitan Minimum (Siang) Setelah Dipasang DG .................................................................................... Tabel 4.8 Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele Fd Tanglad pada Pembangkitan Maksimum (Malam) Setelah Dipasang DG .................................................................... Tabel 4.9 Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele PLTD2 Setelah Dipasang DG .................................................................... Tabel 4.10 Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele LV TD2 pada Pembangkitan Minimum (Siang) Setelah Dipasang DG .. Tabel 4.11 Arus Hubung Singkat yang Dilalui Rele LV TD2 pada Pembangkitan Maksimum (Malam) Setelah Dipasang DG .................................................................................... Tabel 4.12 Ringkasan Setting Rele Existing Sebelum dan Setelah Dipasang DG ................................................................... Tabel 4.13 Ringkasan Setting Rele Arah Rekomendasi LV TD2 dan 3 Rekomendasi Sebelum dan Setelah Dipasang DG.
hal 37 44 44 45 45 52
55
55 55 56
56
56
57 57 57
57 63 63
xv
-- Halaman ini sengaja dikosongkan --
xvi
