SKRIPSI STUDI ANALISIS KOORDINASI OVER CURRENT RELAY (OCR) DAN GROUND FAULT RELAY (GFR) PADA RECLOSER DI SALURAN PENYULANG PENEBEL
I DEWA GDE AGUNG BUDHI UDIANA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR – BALI 2016
SKRIPSI STUDI ANALISIS KOORDINASI OVER CURRENT RELAY (OCR) DAN GROUND FAULT RELAY (GFR) PADA RECLOSER DI SALURAN PENYULANG PENEBEL
I DEWA GDE AGUNG BUDHI UDIANA 0904405013
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR – BALI 2016
i
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS
Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.
Nama
: I Dewa Gde Agung Budhi Udiana
NIM
: 0904405013
Tanda Tangan
: ...............................
Tanggal
: 15 Juli 20162 April 2014.........
ii
STUDI ANALISIS KOORDINASI OVER CURRENT RELAY (OCR) DAN GROUND FAULT RELAY (GFR) PADA RECLOSER DI SALURAN PENYULANG PENEBEL
Skripsi ini Diajukan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata 1 (S1) dalam Jurusan Teknik Elektro dan Komputer pada Fakultas Teknik Universitas Udayana
I DEWA GDE AGUNG BUDHI UDIANA NIM. 0904405013
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN –BALI 2016
iii
iv
UCAPAN TERIMA KASIH “Om Swastiastu”, Pertama – tama perkenankanlah penulis memanjatkan ouji syukur ke hadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa, karena hanya atas karunia-Nya, skripsi ini dapat diselesaikan. Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan Terima Kasih yang sebesar besarnya kepada Ir. I Gede Dyana Arjana, MT., selaku pembimbing I yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan, dan saran selama penulis mengikuti program Sarjana. Terima kasih sebesar-besarnya pula penulis sampaikan kepada Ir. Tjok. Gede Indra Partha, M.Erg.,MT.selaku pembimbing II yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan bimbingan dan saran kepada penulis. Ucapan terima kasih ini juga ditujukan kepada Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana yang dijabat oleh Ir. I Ngakan Putu Gede Suardana, MT.,Ph.D,. Tidak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada Wayan Gede Ariastina, ST. M.Eng.Sc., Ph.D, selaku ketua jurusan Teknik Elektro dan Komputer atas fasilitas dan kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Teknik Elektro dan Komputer. Ungkapan terima kasih penulis sampaikan pula kepada para penguji Skripsi yaitu, Ir. A.A. Gede Maharta Pemayun, MT., Ir. I Wayan Rinas, MT., I Made Suartika, ST., yang telah memberikan saran, masukan sanggahan dan koreksi sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus disertai penghargaan kepada kedua Orang Tua yaitu Drs. I Dewa Made Oka dan Desak Putu Anom Suprawati yang telah mengasuh dan membesarkan penulis hingga saat ini, mengajarkan penulis selalu berpikir logis dan memberikan semangat berjuang untuk dapat menyelesaikan skripsi ini. Terima kasih kepada kedua adik yaitu Dewa Ayu Sri Laksmi dan Dewa Ayu Tri Udiani dan keluarga besar I Dewa Putu Sanggra yang selalu memberikan semangat dan dukungan.
v
Terima kasih pula kepada Putu Inna Ariyanthi, S.Pd yang selalu membantu, memberi semangat, memberikan dukungan moril, dan selalu menemani penulis selama penyusunan skripsi ini. Akhirnya penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada teman – teman Elektro 09 dan group kumis tipis manis yang dengan penuh pengorbanan turut membantu dalam segala hal dalam penyusunan skripsi ini. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi. “Om Santih Santih Santih Om”,
Denpasar, Juli 2016
Penulis
vi
ABSTRAK Gangguan hubung singkat menyebabkan terjadinya arus lebih yang besar dan dapat menyebabkan gangguan pada kinerja peralatan seperti trafo distribusi dan menyebabkan gangguan yang terjadi semakin meluas. Dalam mengatasi hal atau gangguan tersebut dibutuhkan system proteksi pada system distribusi. Melihat hal tersebut perlu adanya suatu koordinasi antara komponen penunjang system proteksi tersebut yang terdiri dari Over Current Relay (OCR), dan Ground Fault Relay (GFR) pada Recloser saluran Penyulang Penebel. Seeting OCR antara relay penyulang Penebel, Recloser celagi, recloser Bakisan dan Recloser Benanamasih kurang selektif, dengan nilai waktu koordinasi antar pengaman rata-rata masih kurang dari 0,2 detik. Maka setting OCR dan GFR relay penyulang Penebel, recloser Celagi, Recloser Bakisan, dan Recloser Benana direkomendasikan untuk dilakukan setting ulang. Kata Kunci: Over Current Relay (OCR), Ground Fault Relay (GFR), Recloser, Proteksi, Hubung Singkat
vii
ABSTRACT Short circuit causes over current and can cause interference with the performance of equipment such as distribution transformers and causing widespread disruption occurred. In the face of such interference is required or protection system on the distribution system. Seeing need for a coordination between the supporting component of the protection system consisting of Over Current Relay (OCR), and Ground Fault Relay (GFR) on the feeder line Recloser of Penebel. Setting OCR between the Relay Feeder of Penebel, Recloser Celagi, recloser Bakisan, and Recloser Benana still less selective, with the time value of the security coordination between the average was less than 0,2 seconds. Then the OCR setting and GFR relay feeder of Penebel, Recloser celagi, Bakisan, and recloser Benana recommended for re-setting. Keywords : Over Current Relay (OCR), Ground Fault Relay (GFR), Recloser, Protection, Short Circuit
viii
DAFTAR ISI
JUDUL .............................................................................................................
i
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS..................................................
ii
PERSYARATAN GELAR................................................................................ iii LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iv UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................
v
ABSTRAK ........................................................................................................ vii DAFTAR ISI .................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiii BAB I PENDAHULUAN .................................................................................
1
1.1 Latar Belakang ....................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ...............................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian ...............................................................................
2
1.4 Manfaat Penelitian ..............................................................................
2
1.5 Batasan Masalah .................................................................................
3
BAB II KAJIAN PUSTAKA ...........................................................................
4
2.1 Tinjauan Mutakhir ..............................................................................
4
2.2 Tinjauan Pustaka .................................................................................
5
2.2.1 Pengertian Sistem Proteksi .........................................................
5
2.2.2 Dasar – Dasar Sistem Proteksi ....................................................
6
2.2.3 Tujuan Sistem Proteksi ...............................................................
6
2.2.4 Persyaratan Sistem Proteksi ........................................................
7
2.2.5 Daerah Pengaman .......................................................................
9
2.2.6 Gangguan Hubung Singkat ......................................................... 10 2.2.6.1 Usaha Untuk Mengatasi Gangguan ................................. 11 2.2.6.2 Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat ................. 12 2.2.6.3 Menghitung Impedansi ................................................... 13 2.2.6.3.1 Perhitungan Impedansi Sumber ........................ 14 2.2.6.3.2 Impedansi Transpormator ................................. 15
ix
2.2.6.3.3 Impedansi Penyulang ....................................... 16 2.2.6.3.4 Impedansi Ekivalen jaringan ............................ 17 2.2.7 Menghitung Arus Hubung Singkat ............................................. 18 2.2.7.1 Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa .................................. 18 2.2.7.2 Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa .................................. 18 2.2.7.3 Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah .............. 19 2.2.8 Proteksi Utama dan Proteksi Cadangan ...................................... 19 2.2.8.1 OCR dan GFR ................................................................ 21 2.2.9 Prinsip Dasar Perhitungan Penyetelan Waktu ............................. 25 2.2.10 ETAP Powerstation 12.6.0 ....................................................... 27 BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 32 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian ................................................................ 32 3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian ......................................................... 32 3.2.1 Sumber data ............................................................................... 32 3.2.2 Jenis data .................................................................................... 32 3.2.3 Prosedur Penelitian ..................................................................... 32 3.3 Tahap Penelitian................................................................................... 33 3.4 Analisis Data........................................................................................ 33 3.5 Alur Analisis ........................................................................................ 34 BAB IV PEMBAHASAN ................................................................................. 35 4.1 Gambaran Umum System Jaringan Distribusi 20 kV Penyulang Penebel ........................................................................................................... 35 4.1.1 Diagram Segaris Penyulang Penebel ................................. 36 4.1.2 Data Jaringan Sistem Distribusi Penyulang Penebel.......... 36 4.1.3 Data Kapasitas dan Beban Gardu Distribusi Penyulang Penebel.............................................................................. 37 4.2 Perhitungan Setting Pengaman ............................................................ 39 4.2.1 Perhitungan dan Analisis Impedansi Sumber GI Kapal ..... 40 4.2.2 Perhitungan dan Analisis Impedansi Trafo........................ 41 4.2.3 Perhitungan dan Analisis Impedansi Jaringan Distribusi ... 42 4.2.4 Perhitungan dan Analisis Impedansi Ekivalen .................. 45
x
4.2.5 Perhitungan dan Analisis Arus Hubung Singkat ............... 46 4.3 Setting OCR dan GFR ......................................................................... 48 4.3.1 Setting arus OCR dan GFR............................................... 48 4.3.1.1 Perhitungan setting arus OCR ................................ 48 4.3.1.2 Perhitungan setting arus GFR ................................ 49 4.3.2 Setting waktu OCR .......................................................... 50 4.3.2.1 Perhitungan TMS dan Setting waktu pada OCR recloser Benana ..................................................... 50 4.3.2.2 Perhitungan TMS dan Setting waktu pada OCR recloser Bakisan .................................................... 51 4.3.2.3 Perhitungan TMS dan Setting waktu pada OCR recloser Celagi ...................................................... 52 4.3.2.4 Perhitungan TMS dan Setting waktu pada OCR penyulang Penebel ................................................. 52 4.3.3 Setting waktu GFR ........................................................... 53 4.3.3.1 Perhitungan TMS dan Setting waktu pada GFR recloser Benana ..................................................... 53 4.3.3.2 Perhitungan TMS dan Setting waktu pada GFR recloser Bakisan .................................................... 54 4.3.3.3 Perhitungan TMS dan Setting waktu pada GFR recloser Celagi ...................................................... 55 4.3.3.4 Perhitungan TMS dan Setting waktu pada GFR Relay Penyulang Penebel ....................................... 56 4.4 Simulasi dan analisis koordinasi proteksi OCR dan GFR .................... 57 4.4.1 Simulasi dan analisis koordinasi proteksi OCR dan GFR setting existing ................................................................ 57 4.4.2 Simulasi dan analisis koordinasi proteksi OCR dan GFR setting perhitungan ........................................................... 59 BAB V PENUTUP............................................................................................ 61 5.1 Simpulan ..................................................................................... 61 5.2 Saran ........................................................................................... 61 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 62 LAMPIRAN - LAMPIRAN
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Kapasitas dan Beban Gardu Distribusi Penyulang Penebel .... 37
Tabel 4.2
Impedansi Jaringan Penyulang Penebel ................................. 45
Tabel 4.3
Impedansi Ekivalen Penyulang Penebel ................................. 46
Tabel 4.4
Arus gangguan Hubung Singkat ............................................ 48
Tabel 4.5
Data Setting OCR dan GFR Hasil Perhitungan ...................... 57
Tabel 4.6
Data setting OCR dan GFR existing ...................................... 57
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Zona Pengaman ......................................................................... 10
Gambar 2.2
Sketsa Penyulang Tegangan Menengah ..................................... 14
Gambar 2.3
Konversi Xs dari 150 kV ke 20 kV ............................................ 15
Gambar 2.4
Sistem Pengaman pada Jaringan Distribusi ................................ 20
Gambar 2.5
Menu Untuk Membuat Project Baru.......................................... 28
Gambar 2.6
Tampilan Layar ETAP Powerstation Sebelum Perancangan ...... 28
Gambar 2.7
Tampilan Keseluruhan Layar ETAP Powerstation Sesudah Perancangan .............................................................................. 29
Gambar 2.8
Tampilan Untuk Mengubah Propertis Dari Komponen Listrik ... 29
Gambar 2.9
Tombol Load Flow Analysis Pada Mode Toolbar ...................... 30
Gambar 2.10 Load Flow Toolbar ................................................................... 30 Gambar 4.1
Standar Operasi Penyulang Penebel........................................... 36
Gambar 4.2
Simulasi Gangguan Hubung Singkat 1 fasa-tanah di Ujung Penyulang ................................................................................... 59
Gambar 4.3
Simulasi Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa di Ujung Penyulang ..... .................................................................................................... 60
xiii
