PROTEKSI BUSBAR (REL DAYA) TEGANGAN MENENGAH 20 KV LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI
Oleh
MAGDALENA BR TAMBA 1305051032
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2016
INTISARI Pengaman busbar adalah suatu sistem proteksi yang sangat berperan penting dalam mengamankan gangguan yang terjadi pada busbar itu sendiri. Sistem proteksi ini harus bekerja secara sensitif, selektif, handal, ekonomis dan sederhana. Jika busbar mengalami gangguan atau tidak adanya pengaman yang mengamankan busbar tersebut akan mengakibatkan adanya ketidakseimbangan yang dirasakan oleh sistem dan kontinyutas aliran daya dapat terganggu. Untuk mencegah gangguan tersebut digunakan rele sebagai pengaman.
Kata kunci : Pengaman busbar, Sensitif, Rele
vi
ABSTRAK Safety busbar protection system is a very important role in securing the disruptionof the busbar itself. This protection systen must work in a sensitif, selectife, reliable, econmical and simple. If busbar impaired or absence of security which secure the busbar will lead to an imbalance perceived by the system and kontinyutas power flow can be disrupted. To prevent such interference is used as safety relay. Keywords : Safety Busbar, Sensitif, Rele
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang senantiasa melimpahkan curahan rahmat dan berkat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya, Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Proteksi Busbar (Rel Daya) Tegangan Menengah 20 kv”. Laporan Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi. Di dalam pengerjaan laporan tugas akhir ini penulis mendapat dukungan yang besar dari banyak pihak. Sehingga penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil, S.T., M.T., selaku ketua Jurusan Teknik Mesin Politenik Negeri Medan; 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan; 4. Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberi bimbingan, pengetahuan serta motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir penulis; 5. Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku Wali Kelas EN-6B. 6. Kedua Orang tua yang penulis sayangi dan cintai Ayahanda T. Tamba dan Ibunda M. Manurung, Abang Ricardo Tamba dan adikku Roni Sentana Tamba dan Debora Pintauli Tamba, Mulyana Nababan, Abang Tumbur Sihotang, Tety Vera Situmorang, Ratna panjaitan, Susan Hutasohit, Abang soze dan seluruh keluarga yang selalu mencurahkan doa dan cinta serta dukungan kepada penulis; 7. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan;
viii
8. Rekan-rekan mahasiswa/i Teknik Konversi Energi angkatan 2013, terkhusus untuk kelas En-6B yang penulis cintai dan banggakan terimakasih atas semua bantuan dan semangat yang diberikan selama mengerjakan tugas akhir ini; 9. Semua orang yang telah membantu penulis dalam penyusunan tugas akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir ini masih terdapat kesalahan dan untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun.
Medan, Agustus 2016 Hormat Penulis,
Magdalena Br Tamba NIM. 1305051032
ix
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ................................................................... ii LEMBAR PERSETUJUAN .......................................................................... iii LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iv LEMBAR KEASLIAN ISI TUGAS AKHIR............................................... v INTISARI ....................................................................................................... vi ABSTRACT .................................................................................................... vii KATA PENGANTAR .................................................................................... viii DAFTAR ISI ................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii
BAB I
PENDAHULUAN A. Latar Belakang ....................................................................... 1 B. Batasan Masalah..................................................................... 2 C. Tujuan Penulisan .................................................................... 3 D. Manfaat Penulisan .................................................................. 3 E. Teknik Pengumpulan Data ..................................................... 3 F. Sistematika Penulisan ............................................................ 4
BAB II
JARINGAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK A. Umum..................................................................................... 5 B. Sistem Distribusi .................................................................... 6 1. Jaringan Pada Sistem Distribusi Primer ............................ 9 2. Sistem Distribusi Sekunder (Jaringan Tegangan Rendah 380/220V) .......................................................................... 11 C. Transformator......................................................................... 13 1. Umum ................................................................................ 13 2. Konstruksi Transformator ................................................. 14 3. Prinsip Kerja Transformator .............................................. 16
x
BAB III
PROTEKSI BUSBAR TEGANGAN MENENGAH 20 KV A. Pengertian Relai Proteksi ....................................................... 18 B. Perangkat Sistem Proteksi ...................................................... 18 C. Funsi Relai Proteksi ............................................................... 18 1. Elemen Pengindera ............................................................ 18 2. Elemen pembanding .......................................................... 19 3. Elemen Pengukur/Penentu ................................................ 19 a. Syarat-syarat Relai Proteksi ......................................... 19 1) Sensitif ................................................................... 19 2) Selektif ................................................................... 20 3) Handal .................................................................... 20 4) Ekonomis ............................................................... 20 5) Sederhana............................................................... 20 b. Relay yang dipakai pada Busbar 20 kv ........................ 21 1) Alat Pengaman Celah ............................................ 21 a) Alat Pengaman Celah Batang ........................... 21 b) Alat Pengaman Tanduk Api (arching horn) ..... 22 c) Alat Pengaman Celah Sekring (fuse rod gap) .. 22 d) Alat Pengaman Celah Kontrol (kontrol gap) .... 23 e) Alat Pengaman Celah Tanduk (horn gap) ........ 23 2) Alat Pengaman Tabung Pelindung (Proctector tube) ............................................................................... 24 3) Alat Pengaman Lightning Arrester ........................ 25 a) Tegangan percikan (sparkover voltage) dan tegangan pelepasannya(discharge voltage........................ 26 (1)Arrester mampu memutuskan .................... 26 4) Alat Pengaman Fuse Cut Out ................................ 27 5) Over Current Relay ............................................... 29 D. Jenis-jenis Busbar .................................................................. 30 1. Sistem Cincin atau Ring ..................................................... 30 2. Busbar Tunggal atau Single Busbar ................................... 31
xi
3. Busbar Ganda atau Double Busbar .................................... 31 4. Busbar Satu Setengah atau One Half Busbar ..................... 32
BAB IV
ANALISIS GANGGUAN PADA DISTRIBUSI A. Jenis Gangguan ...................................................................... 34 B. Penyebab Gangguan ............................................................... 35 C. Sistem Proteksi pada Busbar 20 kv ........................................ 36 1. Rele Arus Lebih................................................................. 36 2. Rele Gangguan Tanah ....................................................... 38 3. Pemutus Balik Otomatis (recloser) ................................... 39 4. Saklar Seksi Otomatis (sectionaliser) ............................... 39 5. LBS (Load Breake Switch) ............................................... 40 D. Contoh Soal Gangguan .......................................................... 41 1. Menghitung Impedansi Sumber ........................................ 42 2. Menghitung Reaktansi Trafo ............................................. 43 3. Menghitung Impedansi Penyulang .................................... 44 4. Menghitung Impedansi Ekivalen Jaringan ........................ 45 5. Menghitung Arus Gangguan Hubung Singkat .................. 46 6. Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa .................................... 47 7. Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa .................................... 48 8. Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah .................... 49
BAB V
PENUTUP A. Simpulan ................................................................................ 51 B. Saran ....................................................................................... 51
DAFTAR PUSTAKA
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.
Tiga Komponen Utama dalam Penyaluran Tenaga Listrik ....... 6
Gambar 2.
Konfigurasi Jaringan Radial...................................................... 7
Gambar 3.
Konfigurasi Jaringan Hantaran Penghubung ............................ 8
Gambar 4.
Konfigurasi Jaringan Loop........................................................ 9
Gambar 5.
Konfigurasi Jaringan Spindel .................................................... 10
Gambar 6.
Konfigurasi Sistem Kluster ....................................................... 11
Gambar 7.
Hubungan Tegangan Menengah ke Tegangan Rendah dan Konsumen ................................................................................. 12
Gambar 8.
Konstruksi Transformator Tipe Inti (core form) ....................... 15
Gambar 9.
Konstruksi Lempengan Logam Inti Transformator bentul L dan U Tipe Cangkang (shell form) ...................................................... 15
Gambar 10.
Transformator Tipe Cangkang (shell form) .............................. 15
Gambar 11.
Konstruksi Lempengan Logam Inti Transformator bentuk E, I dan F ................................................................................................ 16
Gambar 12.
Bentuk Pengaman Celah Batang ............................................... 21
Gambar 13.
Sistem Cincin atau Ring ............................................................ 30
Gambar 14.
Sistem Busbar Tunggal atau sigle Busbar ................................. 31
Gambar 15.
Sistem Busbar Ganda atau Double Busbar ............................... 32
Gambar 16.
Sistem Busbar Satu Setengah atau One Half Busbar ................ 33
Gambar 17.
Proteksi Busbar Menggunakan OCR ........................................ 37
Gambar 18.
Proteksi Busbar Menggunakan OCR dan GFR ......................... 38
Gambar 19.
Ilustrasi Saklar Seksi Otomatis ................................................. 39
Gambar 20.
Sistem Pendistribusian Tenaga Listrik ...................................... 40
xiii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah Sistem tenaga listrik terdiri dari rangkaian yang memungkinkan untuk mengalami suatu gangguan,baik itu akibat faktor luar maupun dari kerusakan alat itu sendiri. Untuk itu sangat diperlukan sistem proteksi yang pada prinsipnya bertugas sebagai berikut: 1. Dapat berupa gangguan perubahan besaran tegangan,arus,fasa maupun pada frekuensi. 2. Memisahkan bagian sistem yang mengalami gangguan dari sistem yang tidak terganggu. Sistem proteksi tidak dapat menghilangkan sebuah gangguan,akan tetapi dengan adanya sistem proteksi yang bekerja dengan baik maka akan menghindari beberapa kerugian dan kemungkinan timbulnya bahaya atau kerusakan yang dapat dihindarkan. Berikut beberapa manfaat dari adanya sistem proteksi: 1. Mencegah adanya kerusakan lebih jauh dari peralatan yang terganggu walaupun telah mengalami kelainan atau kerusakan awal. Jika peralatan itu tidak dibebaskan dari tegangan tentunya kerusakan akan menjadi semakin besar yang berdampak pada manusia dan properti. 2. Mencegah meluasnya pemadaman atau gangguan. Bila gangguan yang terjadi pada suatu tempat tidak cepat dipisahkan,maka gejala gangguan akan dirasakan oleh seluruh atau sebagian besar sistem sehingga dapat menimbulkan gangguan yang meluas dan bahkan dapat juga mengakibatkan pemadaman total (black out). 3. Mengurangi stress pada peralatan yang tidak terganngu pada sistem. Gejala gangguan yang terjadi pada suatu tempat akan dirasakan oleh peralatan yang tidak terganggu di sekelilingnya. Misalnya kita ambil gangguan hubung singkat maka akan mengalirkan arus yang sangat
1
besar yang melewati komponen sistem di peralatan dan sekitarnya dan ini menimbulkan stress pada peralatan tersebut yang akhirnya bisa mengurangi umur peralatan tersebut. Dalam tugas akhir ini, penulis mengangkat judul mengenai pengaman atau proteksi pada busbar. Umumnya gardu induk didesain dngan konfigurasi dua busbar (double busbar), namun masih juga terdapat gardu induk yang memiliki satu busbar (single busbar). Pada busbar biasanya diberi sistem pengaman karena dalam pengoperasianya busbar tidak lepas dari kondisi abnormal atau sering disebut gangguan. Gangguan yang terjadi ini bersifat destruktif yaitu gangguan yang memungkinkan terjadi kerusakan pada peralatan instalasi yang besar. Pengaman busbar adalah suatu sistem proteksi yang berperan penting dalam mengamankan gangguan yang terjadi di busbar itu sendiri. Sistem kerjanya harus sensitif,selektif,sepat dan harus stabil untuk gangguan yang terjadi diluar daerh proteksi busbar. Sistem proteksi busbar merupakan suatu sistem kolektif yang meliputi trafo arus (CT)/ trafo tegangan (PT), rele proteksi, pemutus tenaga (PMT) dan pemisah (PMS). Untuk busbar dengan konfigurasi single busbar, tidak terdapat sistem proteksi maupun back up, pngaman yang memproteksi busbar tersebut. Jika gangguan terjadi pada busbar ini maka diperlukan pemadaman untuk melakukan perbaikan, sehingga semua beban yang ditanggung oleh busbar tersebut akan mengalami pemadaman juga. Pada busbar dengan konfigurasi double busbar, terdapat back up proteksi karena jika terjadi gangguan di bus A, maka penyaluran tenaga listrik akan dihentikan dan dipindahkan menggunakan bus B , sehingga penyaluran tenaga listik akan dilakukan kontinyu.
B. Batasan Masalah Dalam penulisan tugas akhir ini maka perlu dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut: 1. Sistem distribusi tenaga listrik 2. Pengertian relai, perangkat relai dan fungsi relai proteksi 3. Jenis dan penyebab gangguan 4. Sistem proteksi pada busbar menggunakan OCR
2
C. Tujuan Penulisan Dengan melakukan penelitian terhadap gardu induk titi kuning diharapkan dapat digunakan sebagai acuan dan bahan pertimbangan melakukan penambahan pengaman pada busbar serta serta perlengkapan studi pembelajaran.
D. Manfaat Penulisan Penyusunan laporan tugas akhir ini diharapkan dapat bermanfaat bagi: 1.
Penulis ; menambah pengetahuan dan wawasan, khususnya pada sistem proteksi busbar di kawasan PT PLN (Persero).
2.
Para pembaca yang ingin mengetahui proteksi busbar.
3.
Dapat meningkatkan kerjasama antara Politeknik Negeri Medan dengan PT PLN (Persero).
4.
Untuk mahasiswa yang akan membahas hal yang sama.
E. Teknik Pengumpulan Data Sebagai bahan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, maka penulis menerapkan beberapa metode untuk mendapatkan data yang dibutuhkan sebagai berikut: Dengan membaca teori yang berkaitan dengan judul dari laporan tugas akhir ini,baik itu dari buu-buku referensi yang dimilii sendiri oleh penulis atau dari perpustakaan dan dari berbagai artikel-artikel, jurnal maupun internet dan lain sebagainya. Melakukan Studi Lapangan yaitu dengan melaksanakan pengambilan data Proteksi Busbar di Kawasan PT PLN (Persero) . Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang judul laporan tugas akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh Kepala Program Studi dan juga dengan oang-orang yang memahami tentang masalah sistem Proteksi Busbar.
3
F. Sistematika Penulisan Untuk mengetahui secara singkat isi laporan tugas akhir ini, maka penulis membuat sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I Pendahuluan Dalam bab ini penulis menguraikan tentang latar belakang, batas masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II Trafo Distribusi Bagian ini berisikan jaringan distribusi tenaga listrik, konfigurasi jaringan distribusi, sistem distribusi, transformator, konstruksi transformator dan prinsip kerja transformator.
BAB III Proteksi Busbar Tegangan Menengah 20kv Bagian ini berisikan mengenai pengerian relai proteksi, perangkat sistem distribusi, fungsi relai proteksi, syarat-syarat relai proteksi dan relai yang dipakai pada proteksi.
BAB IV Analisis Gangguan Pada Distribusi Bagian ini berisikan mengenai jenis gangguan, penyebab gangguan, jenisjenis busbar dan sistem proteksi pada busbar 20 kv.
BAB V Simpulan dan Saran Bagian ini berisikan simpulan dari pembahasan serta saran.
4
