SKRIPSI
STUDI KOORDINASI PERALATAN PROTEKSI OCR & GFR PADA PENYULANG TIBUBENENG
INDRA BASKARA NIM : 0819451011
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR BALI 2015
i
ii
STUDI KOORDINASI PERALATAN PROTEKSI OCR & GFR PADA PENYULANG TIBUBENENG
Skripsi Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
INDRA BASKARA NIM : 0819451011
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015 iii
iv
KATA PENGANTAR Pertama – tama perkenankanlah saya memanjatkan puji syukur kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena hanya atas izin-Nya, skripsi yang berjudul “ STUDI KOORDINASI PERALATAN PROTEKSI
OCR & GFR
PADA PENYULANG TIBUBENENG “ dapat diselesaikan. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehingga pada kesempatan ini perkenankanlah saya mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT, PhD. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. I Wayan Sukerayasa, MT. sebagai pembimbing pertama. 4. Bapak Wayan Gede Ariastina, ST., M.Eng,Sc., PhD. sebagai pembimbing kedua. 5. Ibu Prof.Ir.IA Dwi Giriantari, M.Eng.Sc, PhD, bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT., Serta bapak Anak Agung Ngurah Amrita, ST, MT. selaku dosen penguji. 6. Semua pihak yang turut membantu, baik secara langsung ataupun tidak langsung yang penulis tidak dapat menyebutkan satu – persatu, sehingga terselesaikan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan penulisan di masa yang akan datang. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian skripsi ini.
Denpasar, September 2015 Penulis
v
ABSTRAK
Gangguan hubung singkat yang terjadi pada jaringan distribusi 20 kV seringkali menyebabkan terputusnya pasokan daya listrik kepada pelanggan. Salah satu penyebab sistem proteksi yang kurang baik adalah adanya kesalahan setting Over Current Relay (OCR) dan Ground Fault Relay (GFR) sehingga menyebabkan kesalahan koordinasi kerja. Analisa setting OCR dan GFR dapat dilakukan sebagai salah satu pemecahan persoalan kesalahan koordinasi kerja peralatan pengaman. Tingkat keberhasilan berfungsinya peralatan proteksi memerlukan adanya suatu koordinasi antara berbagai alat proteksi yang digunakan. Penelitian ini dilakukan melalui analisis terhadap koordinasi OCR dan koordinasi GFR pada relay penyulang Tibubeneng, recloser Dama dan recloser Tandeg. Setting OCR dan GFR yang sesuai dengan persyaratan sistem pengaman diperoleh melalui proses perhitungan berdasarkan standar-standar yang berlaku. Nilai setting OCR dan GFR hasil perhitungan akan direpresentasikan melalui gambar kurva koordinasi dan disimulasikan menggunakan program ETAP 7.5. Berdasarkan hasil analisis, setting OCR dan GFR kondisi existing masih kurang selektif dan kurang sensitif yang ditunjukkan dengan grading Time pada beberapa nilai arus gangguan hubung singkat yang masih berada dibawah 0,4 detik dan setting arus OCR yang terlalu besar. Setting ulang sistem proteksi gangguan hubung singkat pada penyulang Tibubeneng sesuai hasil perhitungan dapat memperbaiki tingkat selektifitas dan sensitifitas sehingga memenuhi syaratsyarat sistem pengaman yang baik.
Kata Kunci : Over Current Relay, Ground Fault Relay, Koordinasi Proteksi
vi
ABSTRACT
Short circuit what occurred on 20 kV distribution network often causes interruption of power supply to customers. One cause of the lack of reliability of the protection system is less good is error setting of the Over Current Relay (OCR) and Ground Fault Relay (GFR) in feeder causing errors work coordination. To solve this problem it is necessary to analyze the OCR and GFR settings. Power distribution network protection system aims to prevent or limit damage to the network and equipment and improve the continuity of service to customers. The success of the functioning of the protective device requires the existence of a coordination between the various instruments of protection used. The purpose of this research is to present an analysis of the OCR coordination and coordination of GFR in feeder relay Tibubeneng, recloser Dama and recloser Tandeg. To get the desired result, will be setting the OCR and GFR through the process of calculating the relay of Tibubeneng feeder, recloser Dama and recloser Tandeg. OCR and GFR setting values of the calculation results will be represented in the coordination curve image and simulated using ETAP 7.5 program. Based on the analysis, OCR and GFR existing settings condition is less selective and less sensitive shown by grading time on several short-circuit fault current value which is still under 0.4 seconds and the current setting of the OCR is too large. Resetting short circuit protection system in accordance Tibubeneng feeder calculation results can improve the level of selectivity and sensitivity thus meeting the requirements of a good security system.
Key Words : Over Current Relay, Ground Fault Relay, Coordination of Protection
vii
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS … ............................................... ii LEMBAR PRASYARAT GELAR SARJANA ................................................. iii LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iv KATA PENGANTAR … ...................................................................................... v ABSTRAK… ........................................................................................................ vi ABSTRACT… ...................................................................................................... vii DAFTAR ISI… ................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiv DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xv BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 2 1.3 Tujuan Penelitian .............................................................................. 2 1.4 Manfaat Penelitian ............................................................................ 2 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ............................................. 3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jaringan Distribusi Tenaga Listrik ................................................... 4 2.2 Jaringan distribusi primer ................................................................. 4 2.3 Konfigurasi Jaringan Distribusi Primer ............................................ 5 2.3.1 Sistem radial ........................................................................... 6 2.3.2 Sistem lingkar ......................................................................... 7 2.3.3 Sistem gugus ........................................................................... 8 2.3.4 Sistem Spindle ......................................................................... 9 2.4 Gardu Induk Pada Sistem Distribusi .............................................. 10 2.5 Gangguan Pada Sistem Distribusi Primer ...................................... 10 2.5.1 Penyebab External ................................................................ 10 2.5.2 Penyebab Internal ................................................................. 11
viii
2.6 Analisis Gangguan Hubung Singkat .............................................. 13 2.6.1 Impedansi Sumber ................................................................ 14 2.6.2 Reaktansi Transformator Tenaga ......................................... 15 2.6.3 Impedansi Jaringan Distribusi .............................................. 16 2.6.4 Impedansi Ekivalen .............................................................. 17 2.6.5 Arus Hubung Singkat ........................................................... 19 2.7 Sistem Pengaman Sistem Jaringan Distribusi ............................... 23 2.7.1 Peralatan Pemutus dan Pemisah............................................ 25 2.7.2 Circuit Breaker ..................................................................... 25 2.7.3 Disconecting Switch ............................................................. 26 2.7.4 Peralatan Pengaman Arus Lebih .......................................... 26 2.7.4.1 Fuse Cut Out ............................................................ 27 2.7.4.2 Relay Arus Lebih ..................................................... 27 2.7.4.3 Recloser.................................................................... 30 2.8 Koordinasi Proteksi OCR dan GFR ............................................... 32 2.8.1 Setting Arus Over Current Relay (OCR)............................... 33 2.8.2 Setting Arus Ground Fault Relay (GFR) ............................. 34 2.8.3 Setting Waktu OCR dan GFR............................................... 34 2.8.3.1 Setting Waktu OCR dan GFR Karakteristik Inverse Time.......................................................................... 35 2.8.3.2 Setting Waktu OCR Karakteristik Instantaneous dan Definite Time ..................................................... 36 2.9 Simulasi Koordinasi Proteksi Menggunakan Program ETAP....... 36 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................ 40 3.2 Data................................................................................................. 40 3.2.1 Sumber data .......................................................................... 40 3.2.2 Jenis data .............................................................................. 40 3.2.3 Teknik pengumpulan data .................................................... 40 3.3 Metode Analisis Data ...................................................................... 41 3.4 Alur Analisis................................................................................... 42
ix
BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Gambaran Umum Koordinasi Proteksi Over Current Relay dan Ground Fault Relay Penyulang Tibubeneng .................................. 43 4.2 Analisis dan Perhitungan Arus Hubung Singkat Pada Relay Penyulang Tibubebeneng, Recloser Dama dan Recloser Tandeg.. 44 4.2.1 Perhitungan dan Analisis Impedansi Sumber GI Kapal ....... 44 4.2.2 Perhitungan dan Analisis Impedansi Trafo .......................... 45 4.2.3 Perhitungan dan Analisis Impedansi Jaringan Distribusi ..... 45 4.2.4 Perhitungan dan Analisis Impedansi Ekivalen ..................... 48 4.2.5 Perhitungan dan Analisis Arus Hubung Singkat .................. 49 4.3 Setting OCR dan GFR .................................................................... 51 4.3.1 Setting Arus OCR dan GFR ................................................. 51 4.3.1.1 Perhitungan Setting Arus OCR ................................ 51 4.3.1.2 Perhitungan Setting Arus GFR ................................. 52 4.3.2 Setting Waktu OCR .............................................................. 53 4.3.2.1 Perhitungan TMS pada OCR recloser Tandeg ........ 53 4.3.2.2 Perhitungan TMS pada OCR recloser Dama........... 53 4.3.2.3 Perhitungan TMS pada OCR relay penyulang Tibubeneng .............................................................. 54 4.3.2.4 Perhitungan Setting Waktu OCR Karakteristik Instantaneous dan Definite Time ............................. 54 4.3.3 Setting Waktu GFR............................................................... 55 4.3.3.1 Perhitungan TMS pada GFR recloser Tandeg......... 55 4.3.3.2 Perhitungan TMS pada GFR recloser Dama ........... 56 4.3.3.3 Perhitungan TMS pada OCR relay penyulang Tibubeneng .............................................................. 56 4.4 Simulasi dan Analisis Kurva Koordinasi Proteksi OCR & GFR ... 57 4.4.1 Simulasi dan Analisis Kurva Koordinasi Proteksi OCR dan GFR Setting Existing............................................................ 57 4.4.2 Simulasi dan Analisis Kurva Koordinasi Proteksi OCR dan GFR Setting Hasil Perhitungan ............................................ 63
x
BAB V
PENUTUP 5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 69 5.2 Saran ............................................................................................... 69
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sistem Tenaga Listrik………… ......................................................... 4 Gambar 2.2 Jaringan Distribusi Primer Tipe Radial ………… ............................. 6 Gambar 2.3 Jaringan Distribusi Tipe loop … ......................................................... 7 Gambar 2.4 Jaringan Distribusi Tipe Mesh … ....................................................... 8 Gambar 2.5 Jaringan Distribusi Tipe Spindle ........................................................ 9 Gambar 2.6 Impedansi Sistem Distribusi ………….. .......................................... 14 Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Hubung Singkat 3 Fasa ……….. ..................... 18 Gambar 2.8 Vektor Tegangan Generator ………….. ........................................... 19 Gambar 2.9 Pembebanan Impedansi Z ……….. .................................................. 20 Gambar 2.10 Beban Rangkaian 3 Fasa ………….. .............................................. 20 Gambar 2.11 Vektor Tegangan dan Arus ………….. .......................................... 21 Gambar 2.12 Vektor Arus Berlawanan ………….. .............................................. 21 Gambar 2.13 Arah Arus Masing- masing Fasa ………….. .................................. 22 Gambar 2.14 Beban Untuk Rangkaian 2 Fasa ...................................................... 22 Gambar 2.15 Circuit Breaker pada kubikel GI .................................................... 25 Gambar 2.16 Fuse Cut Out ................................................................................... 27 Gambar 2.17 Relay Arus Lebih............................................................................. 27 Gambar 2.18 Karakteristik Relay Waktu Seketika ............................................... 28 Gambar 2.19 Karakteristik Relay Waktu Tertentu ............................................... 29 Gambar 2.20 Karakteristik relay waktu Inverse ................................................... 29 Gambar 2.21 Recloser Jaringan SUTM ................................................................ 30 Gambar 2.22 Siklus Kerja Recloser ...................................................................... 30 Gambar 2.23 Kerja Recloser Terhadap Gangguan ............................................... 31 Gambar 2.24 Sistem Pengaman Jaringan Distribusi ............................................. 33 Gambar 2.25 Toolbar pada Edit Mode ETAP 7.5 ................................................. 37 Gambar 2.26 Tampilan pada Star Protective Device Coordination Mode ........... 38 Gambar 3.1 Alur Analisis ..................................................................................... 42 Gambar 4.1 Proteksi OCR dan GFR Penyulang Tibubeneng ............................... 43 Gambar 4.2 Skema Impedansi Jaringan Penyulang Tibubeneng .......................... 46
xii
Gambar 4.3 Kurva Koordinasi OCR Existing Penyulang Tibubeneng................. 58 Gambar 4.4 Kurva Koordinasi GFR Existing Penyulang Tibubeneng ................. 60 Gambar 4.5 Simulasi Gangguan Hubung Singkat 1fasa-netral Tanpa Impedansi Gangguan pada Setting Existing ........................................................ 61 Gambar 4.6 Impedansi Gangguan Pada Setting Existing...................................... 62 Gambar 4.7 Simulasi
Gangguan
Hubung
Singkat
1fasa-netral
Dengan
Impedansi Gangguan pada Setting Existing ...................................... 63 Gambar 4.8 Kurva Koordinasi OCR Setting Hasil Perhitungan ........................... 64 Gambar 4.9 Kurva Koordinasi GFR Setting Hasil Perhitungan.. ......................... 65 Gambar 4.10 Simulasi
Gangguan
Hubung
Singkat
1fasa-netral
Tanpa
Impedansi Gangguan pada Setting Hasil Perhitungan.................... 66 Gambar 4.11 Impedansi Gangguan Pada Setting Hasil Perhitungan .................... 67 Gambar 4.12 Simulasi Gangguan Hubung Singkat 1fasa-netral Dengan Impedansi Gangguan Pada Setting Hasil Perhitungan ................... 68
xiii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Konstanta α dan β.................................................................................. .36 Tabel 4.1 Impedansi Jaringan Penyulang Tibubeneng ........................................ .48 Tabel 4.2 Impedansi Ekivalen Penyulang Tibubeneng........................................ .49 Tabel 4.3 Arus Gangguan Hubung Singkat ......................................................... .50 Tabel 4.4 Data Setting OCR dan GFR Hasil Perhitungan ................................... .57 Tabel 4.5 Data Setting OCR dan GFR Existing ................................................... .58
xiv
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran I
Single Line Diagram Penyulang Tibubeneng
Lampiran II Data Gangguan Penyebab Trip Penyulang Tibubeneng Tahun 2014 Lampiran III Data Impedansi Sumber 150 kV Lampiran IV Data Trafo Gardu Induk
xv
