RANCANG BANGUN SIMULATOR DAN MODUL
PRAKTIKUM RELAI ARUS LEBIH ABB SPAM 150 C PADA
SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK
Design of Simulator and Lab Module Over Current Relay ABB SPAM 150C
in Electric Power Distribution System
PROYEK AKHIR
Disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik Di Jurusan Teknik Elektro
Oleh :
ANDIKA REZA LEKSANA 091321066
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
ii
DATA PRIBADI
Nama
: Andika Reza Leksana
NIM
: 091321066
Alamat
: Kp. Simpangsari Ds. Simpang RT
008/004 Kec. Bantarkalong Kab. Tasikmalaya 46187
Email
:
[email protected]
Nomor HP
: 085723449991
Tempat , Tanggal Lahir
: Ciamis, 27 Februari 1991
SD Lulus Tahun
: 2003 di SD
SLTP Lulus Tahun
: 2006 di SMP Negeri 1 Bantarkalong
SLTA Lulus Tahun
: 2009 di SMA Negeri 1 Karangnunggal
Negeri Parakanhonje III
Pengalaman Berorganisasi : 1. Ketua Majelis Perwakilan Himpunan Mahasiswa. Himpunan Mahasiswa Jurusan Elektro POLBAN (2010-2011) 2. Ketua Majelis Perwakilan Himpunan Mahasiswa. Himpunan Mahasiswa Listrik POLBAN (2010-2011) 3. Anggota. Perhimpunan Mahasiswa Tasikmalaya POLBAN. (2009-sekarang) 4. Anggota. UKM Futsal POLBAN. (2009-2010) 5. Anggota. Forum Komunikasi Himpunan Mahasiswa Elektro Se-Bandung Raya (FKHMEB). (2009-sekarang) 6. Koordinator. Alumni SMA N 1 Karangnunggal.(2010 - now)
iii
KATA MUTIARA
“Allah mengangkat orang-orang beriman di antara kamu dan juga orang-orang yang dikaruniai ilmu pengetahuan hingga beberapa derajat”.
( al-Mujadalah : 11 )
“Ilmu lebih utama daripada harta. Sebab ilmu warisan para nabi adapun harta adalah
warisan Qorun, Firaun dan lainnya. Ilmu lebih utama dari harta karena ilmu itu menjaga kamu, kalau harta kamulah yang menjaganya”.
(Ali bin Abi Thalib )
“Orang berilmu lebih utama daripada orang yang selalu berpuasa, shalat dan berjihad. Karena apabila mati orang berilmu, maka terdapatlah kekosongan dalam islam yang tidak dapat ditutup selain oleh penggantinya yaitu orang berilmu juga.” ( Umar bin Khattab )
aku ingin jadi "yang pertama", jika tidak, jadi "satu-satunya", jika tidak, jadi "yang terbaik", jika tidak, aku ingin diantara orang-orang yang terbaik. (Andika Reza Leksana)
Karya ini kupersembahkan kepada orang tuaku tercinta yang selalu memberi kasih sayang sepanjang zaman, dan adiku tersayang yang selalu mendukung serta memberi motivasi serta kepada seluruh sahabat – sahabatku yang selalu menemani di dalam sedih ataupun senang. Karya ini dibuat semata – mata sebagai salah satu ibadahku yang masih jauh dari sempurna kepada Allah SWT Tuhan Semesta Alam, serta mengikuti amalan Nabi Muhammad SAW Rahmat Seluruh Alam.
iv
ABSTRAK
Kebutuhan proteksi dalam sistem distribusi tenaga listrik semakin
dibutuhkan untuk meningkatkan TMP (Tingkat Mutu Pelayanan) agar dapat
mencegah/membatasi kerusakan peralatan akibat gangguan, dan mempertahankan penyaluran tenaga listrik kepada konsumen. Gangguan yang sering terjadi pada
sistem tenaga listrik adalah gangguan arus lebih. Pengaman yang digunakan untuk
mengatasi gangguan hubung singkat adalah relai arus lebih. Oleh karena itu,
diperlukan pengujian pada modul hubung singkat untuk mengetahui nilai arus hubung singkat yang tepat untuk mendapat gambaran mengenai situasi arus hubung singkat khususnya dalam kaitannya dengan penyetelan alat-alat pengaman seperti OCR.
Pada pembuatan Modul praktikum ini akan mendeskripsikan
pengujian karakteristik relai SPAM 150 C dan implementasi rangkaian pada modul distribusi tenaga listrik.
Kata Kunci : Modul praktikum OCR, karakteristik relai SPAM 150 C, implementasi rangkaian.
v
ABSTRACT
Needs protection in electrical power distribution systems are increasingly required to improve the SQL (Service Quality Level) in order to prevent / limit
damage to equipment due to interference, and maintain electrical power supply to consumers. Disorders that frequently occur in the power system is more current
disorders. Safety is used to overcome the interference of short circuit is
overcurrent relays. Therefore, the required testing on the module short circuit to determine the short-circuit current value of the right to get an idea of the short circuit current situation particularly in relation to setting safety tools such as OCR. In making this lab module will describe the test characteristics relay ABB SPAM 150 C and circuit implementation in electric power distribution module.
Keywords: OCR lab module, characteristics relay ABB SPAM 150 C, implementation circuit.
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan proyek akhir dengan judul
“Rancang Bangun Simulator dan Modul Praktikum Relai
Arus Lebih ABB SPAM 150 C Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik”, yang
Insya Allah tepat pada waktunya. sholawat serta salam semoga selalu tercurahlimpahkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW, para sahabat,
keluarga, hingga pada kita semua selaku umatnya sampai akhir zaman. Amin. Bimbingan dan arahan yang telah penulis dapatkan dari pembimbing serta dorongan dan bantuan dari semua pihak sangat berarti dalam penulisan proyek akhir ini. Untuk itu, dengan segala kerendahan hati dan permohonan maaf atas segala kekurangan yang ada dalam masa penulisan laporan ini, penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah berkenan membantu dalam penulisan laporan proyek akhir ini. Adapun pihak-pihak yang telah membantu penulis dalam proses penyusunan laporan proyek akhir adalah : 1. Ibunda, ayahanda dan adiku tercinta yang senantiasa selalu memberikan doa dan bantuan baik moril maupun materil kepada penulis dalam menyelesaikan proyek akhir ini. 2. Bapak Hari Purnama, ST., M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 3. Bapak Sunarto, ST., M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik dan selaku dosen pembimbing Utama dalam proyek akhir ini. 4. Bapak Dwi Asmono, Drs.,M.Pd selaku dosen pembimbing pendamping dalam proyek akhir ini yang telah memberikan ide, pengarahan, dan bantuannya serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dari awal pelaksanaan sampai terselesaikannya proyek akhir ini. 5. Bapak Yudi Prana Hikmat, ST.,MT. wali kelas 3C yang telah banyak memberikan motivasi.
vii
6. Bapak
Supriyanto,
ST.,
MT.
Yang
telah
banyak
membantu
terselesaikannya Proyek Akhir ini, terima kasih banyak pak.
7. Panitia Proyek Akhir dan teknisi Program Studi Teknik Listrik yang telah
banyak membantu dari segi teknis dan non teknis.
8. Apep Saepul Ulum dan Dodi Irwandi selaku rekan seperjuangan dalam proyek akhir ini yang telah banyak meluangkan waktu dan membantu
penulis dalam menyelesaikan proyek akhir ini, ”terimakasih banyak
sahabat atas bantuan dan dukungannya semoga seluruh kebaikanmu mendapatkan balasan yang lebih baik dari Allah SWT”.
9. Seluruh elemen Proyek Akhir SDTL Crew 2012, yang selalu memberi semangat dan bantuan. 10. Seluruh Keluarga Besar Himpunan Mahasiswa Listrik (HML) yang telah banyak memberikan saran, ide dan semangat juang yang tak pernah mati, tempat ku pertama kali mengenal istilah ”masuk bersama keluar bersama”. 11. Teman-teman kelas 3C yang telah memberikan dukungan doa, saran, dan semangat kepada penulis. 12. Teman dekat penulis yang selalu setia menemani dikala senang maupun sedih, terimakasih atas segalanya. 13. Temen-temen barokah kost yang selalu memberikan hiburan dikala penulis jenuh 14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu atas bantuannya. Apabila dalam penulisan ini masih banyak kekurangan, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat kontruktif agar bisa dijadikan pegangan dalam menghasilkan karya tulis lain yang lebih baik. Semoga laporan proyek akhir ini dapat memberikan manfaat kepada para pembaca. Bandung,
Juli 2012 Penulis
viii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN……………………………………………………...ii
DATA PRIBADI………………………………………………………………...iii
KATA MUTIARA……………………………………………………………….iv ABSTRAK………………………………………………………………………..v
ABSTRACT………………………………………………………………………vi KATA PENGANTAR…………………………………………………………..vii DAFTAR ISI..........................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………..xiii DAFTAR TABEL...............................................................................................xvi DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………..xvii BAB I PENDAHULUAN………………………………………………………...1 1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1 1.2 Tujuan ................................................................................................ 2 1.3 Perumusan Masalah ........................................................................... 2 1.4 Batasan Masalah ................................................................................ 3 1.5 Metodologi Pengerjaan Proyek Akhir ................................................ 3 1.5.1 Identifikasi Masalah ................................................................ 3 1.5.2 Studi Literatur .......................................................................... 3 1.5.3 Realisasi ................................................................................... 3 1.5.4 Penyusunan Laporan Proyek Akhir ......................................... 3 1.5.5 Perbaikan dan Penyempurnaan ................................................ 3 1.5.6 Bimbingan ............................................................................... 4
ix
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 5
2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik ....................................................... 7 2.3 Transformator Daya ........................................................................... 8
2.4 Penyulang Distribusi Tenaga Listrik ................................................. 9
2.1 Proses Penyaluran Energi Listrik ....................................................... 5
2.5 Jenis Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik ..................................... 9 2.5.1 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa ................................... 10 2.5.2 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa .................................... 11 2.6 Faktor Penyebab gangguan ............................................................. 12 2.7 Peralatan Proteksi ............................................................................. 13 2.8 Relai Pengaman (Relai Arus Lebih) ................................................ 14
2.8.1 Fungsi Relai Pengaman ......................................................... 14 2.8.2 Persyaratan Relai Proteksi ..................................................... 14 2.9 Pengertian Relai Arus Lebih ............................................................ 16 2.9.1 Fungsi Relai Arus Lebih ......................................................... 17 2.9.2 Cara Kerja Relai Arus Lebih ................................................... 18 2.9.3 Jenis Relai Arus Lebih ............................................................ 19 2.9.3.1 Relai Arus Lebih Karakteristik Waktu Sesaat /Moment (Instantaneous) ............................................. 19 2.9.3.2 Relai Arus Lebih Karakteristik Waktu Tertentu (Definite Time) ............................................................. 19 2.9.3.3 Relai Arus Lebih Karakteristik Waktu Terbalik (Inverse Time) ............................................................. 20 2.9.3.4 Parameter Pada Relai Arus Lebih ................................ 22 2.9.4 Setting Relai Arus Lebih ....................................................... 23 2.9.4.1 Setting Arus Untuk Tunda waktu ( I>) ........................ 24 2.9.4.2 Setting Arus Untuk Instantaneous ( I>>) ..................... 24 2.10 Konstruksi Relai Arus Lebih (OCR) tipe ABB SPAM 150 C ........ 25 2.11 Pengawatan Relai Arus Lebih tipe ABB SPAM 150 C .................. 26 2.12 Relai Arus Lebih tipe ABB SPAM 150 C ...................................... 26 x
2.12.1
Diagram Koneksi .............................................................. 28
2.12.2
Koneksi ............................................................................. 30
2.12.3
Kontrol Signal ................................................................... 32
2.12.4
Indikator Operasi .............................................................. 33
2.12.5
Kontrol Switch Group ....................................................... 35
2.12.6
Display .............................................................................. 35
2.12.7
Display Main Menu .......................................................... 36
2.12.8
Display Sub Menu ............................................................. 36
2.12.9
Selector Switch Group SGF, SGB, dan SGR ................... 37
2.12.10 Setting ............................................................................... 38 2.12.11 Setting Mode ..................................................................... 38 2.12.12 Karakteristik ...................................................................... 43 2.12.13 Block Diagram .................................................................. 44 2.12.14 Setting Relay ..................................................................... 46 2.12.15 Program Switching ............................................................ 48 2.12.16 Pencatatan Informasi ......................................................... 54 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ............................................ 58 3.1 Definisi Perancangan ....................................................................... 58 3.2 Tujuan Perancangan ......................................................................... 58 3.3 Langkah Perancangan ...................................................................... 58 3.3.1 Perancangan Fungsional ........................................................ 59 3.3.2 Perancangan Fisik/Konstruksi ............................................... 59 3.3.3 Perancangan Rangkaian Pengujian ........................................ 60 3.3.4 Perancangan Kinerja .............................................................. 63 3.3.5 Menentukan Spesifikasi Komponen ...................................... 63 3.3.6 Menentukan Urutan Kerja ..................................................... 64 3.3.7 Deskripsi Cara Kerja Modul Praktikum ................................ 64 3.3.8 Komponen yang digunakan ................................................... 65 BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA .......................................... 68 4.1 Karakteristik OCR Tipe ABB SPAM 150 C ................................... 68 4.1.1 Tujuan .................................................................................... 68
xi
4.2 Peralatan yang digunakan ................................................................ 68
4.3 Gambar Rangkaian Pengujian .......................................................... 69
4.4 Langkah Percobaan .......................................................................... 69 4.5 Data Hasil Pengujian dan Kurva Perhitungan ................................. 70 4.6 Analisa Pengujian ............................................................................ 72
4.6.1 Prosedur Setting Waktu .......................................................... 72
4.6.1 Hasil Pengujian ....................................................................... 73
4.7 Proteksi Hubung Singkat pada Distribusi Tenaga Listrik Menggunakan OCR Tipe ABB SPAM 150 C ................................. 73 4.7.1 Tujuan ..................................................................................... 73 4.7.2 Prosedur Setting ...................................................................... 73 4.7.3 Peralatan yang digunakan ....................................................... 74 4.7.4 Gambar Rangkaian Simulasi ................................................... 75 4.7.5 Langkah Percobaan ................................................................. 77 4.7.6 Setting Arus pada OCR jenis definite (low-set) ...................... 79 4.7.7 Setting t (waktu) ...................................................................... 79 4.7.8 Setting OCR jenis instantaneous (high-set) ............................ 79 4.7.9 Analisa Pengujian ................................................................... 80
BAB V PENUTUP ......................................................................................... 81 5.1 Kesimpulan .................................................................................. 81 5.2 Saran ............................................................................................ 83 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 84 LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Alur Listrik ..................................................................................... 6
Gambar 2.2 Tipe Kumparan Transformator ...................................................... 8 Gambar 2.3 Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa (a), Rangkaian Ekivalen
Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa (b)................................................ 10
Gambar 2.4 Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa (a), Rangkaian Ekivalen
Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa (b) ............................................... 11 Gambar 2.5 Rangkaian Relai Arus Lebih .......................................................... 18 Gambar 2.6 Karakteristik Relai Arus Lebih Waktu Seketika (Instantaneous) .. 19 Gambar 2.7 Karakteristik Relai Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time) ... 20 Gambar 2.8 Karakteristik Relai Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Time) .... 20 Gambar 2.9 Kurva karakteristik waktu .............................................................. 22 Gambar 2.10 Konstruksi Relai Arus Lebih tipe ABB SPAM 150C ................. 25 Gambar 2.11 Pengawatan Relai Arus Lebih tipe ABB SPAM 150C Pada Jaringan Tenaga Listrik ............................................................ 26 Gambar 2.12 Fungsi dari jenis relay Proteksi bermotor SPAM 150 C ....................... 27
Gambar 2.13 Diagram Koneksi ABB SPAM 150 C .......................................... 28 Gambar 2.14 Tampilan belakang relay SPAM 150 C ................................................. 30
Gambar 2.15 Sinyal kontrol modul relai proteksi SPAM 150 C .............................. 33 Gambar 2.16 Contoh menghitung checksum dari pemilih switchgroup SG_ .............. 38 Gambar 2.17 Dasar prinsip menu utama dan submenu dari modul relay .................... 40 Gambar 2.18 Blok diagram modul proteksi motor SPCJ 4D34 ................................. 44
Gambar 3.1 Perancangan Fungsional Karakteristik Relai Arus Lebih (OCR) tipe ABB SPAM150C ....................................................................... 59 Gambar 3.2 Perancangan Fisik/ konstruksi ........................................................ 59
xiii
Gambar 3.3 Perancangan rangkaian pengujian Karakteristik Relai Arus Lebih
(OCR) tipe ABB SPAM 150C .......................................................... 60
Gambar 3.4 Rangkaian Simulasi Hubung Singkat 2 Phasa pada Distribusi
Tenaga Listrik Menggunakan Relai Arus Lebih (OCR)
tipe ABB SPAM 150C ...................................................................... 61 Gambar 3.5 Rangkaian Simulasi Hubung Singkat 3 Phasa pada Distribusi
Tenaga Listrik Menggunakan Relai Arus Lebih (OCR) tipe ABB SPAM 150C ...................................................................... 62
Gambar 3.6 Urutan Kerja Perancangan ............................................................. 64 Gambar 3.7 Proteksi arus lebih (OCR) tipe ABB SPAM 150 C ....................... 65 Gambar 3.8 Simulator Jaringan Distribusi Tenaga Listrik ................................ 66 Gambar 3.9 Simulator CB-CT ........................................................................... 66 Gambar 3.10 Simulator Beban ........................................................................... 67 Gambar 3.11 Simulator Jaringan Distribusi ....................................................... 67 Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian Karakteristik OCR ABB Tipe SPAM 150 C ............................................................................. 69 Gambar 4.2 Kurva Karakteristik Definite OCR t = 1 ........................................ 71 Gambar 4.3 Kurva Karakteristik Definite OCR t = 2 ........................................ 71 Gambar 4.4 Kurva Karakteristik Definite OCR t = 3 ........................................ 72 Gambar 4.5 Rangkaian Simulasi Hubung Singkat 2 Phasa ............................... 75 Gambar 4.6 Rangkaian Simulasi Hubung Singkat 3 Phasa ............................... 76
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Indikator Operasi ............................................................................... 35
Tabel 2.2 Contoh cara mensetting relai ....................................................................... 41
Tabel 2.3 Pemrograman fungsional saklar kelompok SGF ........................................ 48 Tabel 2.4 Pemblokiran dan kendali input pemilih switchgroup SGB ......................... 49 Tabel 2.5 Pemilih switchgroup SGR 1 ........................................................................ 52 Tabel 2.6 Selektor switchgroup SGR 2 ....................................................................... 52
Tabel 2.7 Switchgroup SG4 ............................................................................... 53 Tabel 2.8 Data Pengukuran ......................................................................................... 54 Tabel 2.9 Pencatatan Informasi 1 s/d 8 ....................................................................... 55
Tabel 2.10 Pencatatan Informasi Register A ..................................................... 56 Tabel 4.1 Tabel Karakteristik Definite OCR dengan t = 1 ................................ 70 Tabel 4.2 Tabel Karakteristik Definite OCR dengan t = 2 ................................ 70 Tabel 4.3 Tabel Karakteristik Definite OCR dengan t = 3 ................................ 71 Tabel 4.4 Perbandingan waktu pemutusan pada t = 1 ....................................... 73 Tabel 4.5 Besar Arus Gangguan ........................................................................ 80
xv
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A Manual Book RELAI OCR TIPE ABB SPAM 150 C
LAMPIRAN B JOBSHEET MODUL PRAKTIKUM (1)
LAMPIRAN C JOBSHEET MODUL PRAKTIKUM (2)
LAMPIRAN D JAWABAN JOBSHEET
xvi
DAFTAR PUSTAKA
1) Bidang Akademik, 1999. Pedoman Pelaksanaan Tugas Akhir/Proyek Akhir.
1999. Bandung : Politeknik Negeri Bandung.
2) Eryanti, Silviyani. Rancang bangun modul praktikum proteksi hubung
singkat pada distribusi tenaga listrik menggunakan ocr abb ikc . 2010. Bandung : Proyek Akhir Negeri Bandung.
3) MCGG
82
Overcurrent
and
Earth-faulth
Relay
Modules,
www.alstom.com. 1999 England. 4) Sunarto. Modul Bahan Ajar Sistem Proteksi Tenaga Listrik. 2009. Bandung. 5) Supriyanto. Relai Arus Lebih. 2011. Bandung.
6) Utomo, Heri Budi. Modul Bahan Ajar Distribusi Tenaga Listrik. 2010. Bandung.
xvii 83
