SKRIPSI
STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM BUSBAR DI GARDU INDUK KAPAL
I GUSTI NGURAH AGUNG BUDI HARTA YOGA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
SKRIPSI
STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM BUSBAR DI GARDU INDUK KAPAL
I GUSTI NGURAH AGUNG BUDI HARTA YOGA NIM 1104405044
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM BUSBAR DI GARDU INDUK KAPAL
Skripsi Ini Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Starata1) Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
I GUSTI NGURAH AGUNG BUDI HARTA YOGA NIM 1104405044
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS
Tugas Akhir / Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.
Nama
: I Gusti Ngurah Agung Budi Harta Yoga
NIM
: 1104405044
Tanda Tangan
:
Tanggal
: .............................
KATA PENGANTAR Pertama-tama
perkenankanlah
penulis
memanjatkan
puji
syukur
kehadapan Ida Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena hanya atas asung wara nugraha-Nya Tugas Akhir yang berjudul “Studi Koordinasi Rele Pengaman Pada Sistem Busbar di Gardu Induk Kapal ” dapat diselesaikan. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan
bimbingan
dari
berbagai
pihak.
Sehingga
pada
kesempatan
ini
perkenankanlah penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT., Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Wayan Gede Ariastina,ST.M.Engsc.Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. Putu Arya Mertasana, M.Si.,MT sebagai dosen pembimbing akademik. 4. Ibu Prof. Ir. Rukmi Sari Hartati, MT.,PhD sebagai dosen pembimbing I. 5. Bapak Ir. I Gede Dyana Arjana, MT sebagai dosen pembimbing II. 6. Bapak Wayan Bujana ES. sebagai Manajer PT PLN (Persero) P3B JB APP Bali Gardu Induk Kapal. 7. Bapak I Gede Raka Joni sebagai pelaksana sistem proteksi PT PLN (Persero) P3B JB APP Bali. 8. Orang tua (Ajik dan Biang) serta kakak, yang selalu memberikan perhatian, doa dan semangat dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 9. Teman-teman selama melakukan survey kegiatan Tugas Akhir, serta temanteman di lingkungan kampus Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan oleh penulis demi kesempurnaan penulisan di masa yang akan datang. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Masa Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya
kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian Tugas Akhir.
Bukit Jimbaran, ______________
Penulis
ABSTRAK Sistem pengaman busbar merupakan suatu sistem kolektif yang meliputi: trafo arus (CT), trafo tegangan (PT), rele proteksi, pemutus tenaga (PMT), catu daya dan rangkaian pengawatannya. Sistem proteksi merupakan suatu rangkaian peralatan pengaman yang berfungsi untuk mendeteksi gangguan dari suatu keadaan yang tidak normal pada peralatan listrik. Untuk menghasilkan sistem pengaman yang efektif, selektif dan handal sangat diperlukan untuk mengetahui setting arus dan koordinasi rele differensial dan over current relay saat terjadi gangguan hubung singkat pada sistem busbar di gardu induk Kapal. Metode dalam penulisan untuk menampilkan single line diagram menggunakan perangkat lunak (software) ETAP PowerStation dalam mencari hasil aliran daya pada sistem busbar di gardu induk Kapal. Hasil aliran daya yang diperoleh digunakan untuk menganalisis arus gangguan pada masing-masing bay yang terhubung ke gardu induk Kapal. Dari hasil arus gangguan tersebut kemudian menghitung setting arus, waktu tunda dan setting koordinasi pada rele differenisal dan over current relay. Diperoleh hasil analisis pada sistem busbar di gardu induk Kapal setelah di setting lagi mempunyai koordinasi setting rele pengaman yang benar atau tepat. Kata Kunci : Arus gangguan, Setting rele differensial, Setting over current relay.
ABSTRACT
Busbar security system is a collective system which contains of: current transformer (CT), voltage transformer (PT), protection relay, circuit breaker (PMT), power supply and the wiring circuits. Protection system is a series of security devices which intended to detect any interference/ distraction of eletricity devices’s unnormal condition. To produce an effective safety system, selective, and reliable security system, we need to understand the current and differential relay’s settings and the over current relay setting when the short circuit occurs in security system of the Gardu Induk Kapal. Method of writing to show the single line diagram using ETAP Powerstation software in looking at the results of the power flow busbar system in Gardu Induk Kapal. The result of the load flow will be used to analyze the current distraction on each bay which connected to the Gardu Induk Kapal. From the result of the current distraction then, calculate the current setting, delay time and the coordination setting on the differential relay and over current relay. Obtained result of the analysis on busbar systems in Gardu Induk Kapal after the setting again has coordinated relay setting are correct or appropriate safeguards.
Keywords: current distraction, differential relay setting, over current relay setting.
DAFTAR ISI
Halaman JUDUL…………….……………………………………………………………… i LEMBAR PERSYARATAN GELAR SARJANA ……………………………… ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ………………………………….. iii LEMBAR PENGESAHAN ……………………………………………………... iv KATA PENGANTAR
………………………………………………………… v
ABSTRAK ………………………………………………………………………vii ABSTRACT …………………………………………………………………….. viii DAFTAR ISI ……………………………………………………………………..ix DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………………xii DAFTAR TABEL ………………………………………………………………xiv DAFTAR SINGKATAN ……………………………………………………….. xv DAFTAR LAMPIRAN …………………………………………………………xvi
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang ………………………………………………………….. 1
1.2
Rumusan Masalah ……………………………………………………….2
1.3
Tujuan …………………………………………………………………... 3
1.4
Manfaat …………………………………………………………………. 3
1.5
Batasan Masalah ………………………………………………………....3
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1
Tinjauan Mutakhir ……………………………………………………… 4
2.2
Tinjauan Pustaka ………………………………………………………...5 2.2.1 Sistem busbar …………………………………………………… 5 2.2.1.1 Gardu induk dengan single busbar ……………………. 7 2.2.1.2 Gardu induk dengan double busbar …………………… 8
2.2.2 Sistem pengaman busbar ..……………………………………….. 9 2.2.2.1 Circuit breaker(CB) ata pemutus tenaga (PMT) ...……... 9 2.2.2.2 Disconneting switch atau pemisah (PMS) ………...…...10 2.2.2.3 Current transformer atau trafo arus (CT) ………………11 2.2.2.4 Trafo tegangan (PT) …………………………………… 12 2.2.2.5 Rele proteksi ………………………………………….. 14 2.2.3 Hubung singkat ………………………………………………… 19 2.2.3.1 Perhitungan arus hubung singkat 150 kV ……………. 20 2.2.4 Prinsip dasar perhitungan setting arus rele pengaman………….. 22 2.2.5 Prinsip dasar perhitungan setting koordinasi rele pengaman ……23 2.2.5.1 In service measurement (pengukuran dalam keadaan operasi) ……………………………………...24 2.2.6 Penerapan program ETAP PowerStation dalam analisis hubung singkat ………………………………………………… 26
BAB III METODE PENELITIAN 3.1
Tempat dan Waktu Penelitian …………………………………………..28
3.2
Data ……………………………………………………………………. 28 3.2.1 Sumber data ……………………………………………………. 28 3.2.2 Jenis data ……………………………………………………….28 3.2.3 Teknik pengumpulan data ………………………………………28
3.3
Analisis Data ……………………………………………………………29
3.4
Langkah Penelitian …………………………………………………….. 29
BAB IV PEMBAHASAN 4.1
Gambaran Umum Gardu Induk Kapal …………………………………..31 4.1.1 Data impedansi penghantar sistem kelistrikan Bali …………….. 32 4.1.2 Arus gangguan dan koordinasi rele pengaman …………………. 35
4.2
Simulasi Single Line Diagram dengan Program ETAP PowerStation …. 36
4.3
Hasil Simulasi Aliran Daya pada Gardu Induk Kapal …………………. 40 4.3.1 Analisis perhitungan arus gangguan rele diferenisal busbar …… 40
4.4
Perhitungan Setting pada Rele Differensial …………………………….. 48 4.4.1 Analisis setting arus rele differensial ……………………………48 4.4.2 Analisis perhitungan waktu tunda rele differensial ………..…… 50 4.4.3 Analisis perhitungan setting koordinasi rele differensial ………..51
4.5
Perhitungan Setting Over Current Relay pada Busbar …………………. 53 4.5.1 Analisis setting arus OCR ……………………………………….53 4.5.2 Analisis perhitungan setting waktu tunda OCR …………………54 4.5.3 Analisis perhitungan setting koordinasi OCR ………………….. 55
4.6
Analisis Perbandingan Sebelum dan Sesudah Setting Koordinasi Rele Differensial dan Over Current Relay ……………………...……….57
BAB V PENUTUP 5.1
Simpulan ……………………………………………………………….. 60
5.2
Saran ……………………………………………………………………. 60
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………….61 LAMPIRAN …………………………………………………………………… 62
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1
Komponen utama relay proteksi ………………………………… 6
Gambar 2.2
Daerah proteksi busbar …………………………………………... 7
Gambar 2.3
Gambar gardu induk single busbar ………………………………. 8
Gambar 2.4
Gambar gardu induk double busbar ……………………………...8
Gambar 2.5
Pemutus tenaga (PMT) …………………………………………... 9
Gambar 2.6
Disconnecting switch atau pemisah (PMS) ………………...……10
Gambar 2.7
Trafo arus pemasangan luar ruangan …………………………… 11
Gambar 2.8
Trafo arus pemasangan dalam ruangan ……………………….…12
Gambar 2.9
Trafo tegangan magnetik (magnetic voltage transformer/ VT) ....13
Gambar 2.10 Trafo tegangan kapasitif (capasitive voltage transformer/ CVT)..13 Gambar 2.11 Prinsip kerja differensial busbar ……………………...……...….15 Gambar 2.12 Karakteristik waktu seketik (Instantaneous) ................................ 18 Gambar 2.13 Karakteristik waktu tertentu (Definite) …………………………. 18 Gambar 2.14 Karakteristik waktu terbalik (Inverse)………..…………………. 19 Gambar 3.1
Alur analisis penelitian ………………………………………….31
Gambar 4.1
Gambar umum gardu induk kapal ……………………………….31
Gambar 4.2
Diagram komponen arus gangguan ……………………………. 35
Gambar 4.3
Menu utama ETAP PowerStation ………………………………. 36
Gambar 4.4
Menu drawing ETAP PowerStation ……………………………. 36
Gambar 4.5
Simulasi single line diagram pada ETAP PowerStation ………... 37
Gambar 4.6
File data sumber pada ETAP PowerStation……………………. 37
Gambar 4.7
File data kapasitas trafo pada ETAP PowerStation……………... 38
Gambar 4.8
File data beban pada ETAP PowerStation…………...…………. 38
Gambar 4.9
File data panjang penghantar pada ETAP PowerStation….……. 39
Gambar 4.10 Analisis aliran daya single line diagram………..……………….. 39 Gambar 4.11 Hasil perhitungan arus gangguan 3 fasa ……………………..…. 45 Gambar 4.12 Hasil perhitungan arus gangguan 2 fasa ……………………..…. 46
Gambar 4.13 Hasil perhitungan arus gangguan 1 fasa ke tanah ……….…..…. 48 Gambar 4.14 Hasil setting koordinasi rele differensial …………..…………… 52 Gambar 4.15 Hasil setting koordinasi over current relay …..………………… 56 Gambar 4.16 Hasil perbandingan setting koordinasi rele differensial…….……57 Gambar 4.17 Hasil perbandingan setting koordinasi over current relay….……57 Gambar 4.18 Konfigurasi busbar ganda GI Kapal dengan menggunakan PMT Kopel posisi masuk …………………….………….………59
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1
Spesifikasi busbar di Gardu Induk Kapal ...……………….……. 32
Tabel 4.2
Spesifikasi transformator di Gardu Induk Kapal ...………….….. 32
Tabel 4.3
Data penghantar untuk saluran transmisi 150 kV Bali ……...….. 33
Tabel 4.4
Impedansi saluran transmisi 150 kV Bali ……......………….….. 34
Tabel 4.5
Hasil aliran daya pada single line diagram ……......…………….. 40
Tabel 4.6
Nilai reaktansi dalam satuan per-unit pada gardu induk kapal …. 42
Tabel 4.7
Nilai reaktansi dalam satuan ohm pada gardu induk kapal …….. 42
Tabel 4.8
Hasil aliran daya dalam satuan kilowatt ……………………...… 43
Tabel 4.9
Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat 3 fasa ………..44
Tabel 4.10
Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat 2 fasa ………. 46
Tabel 4.11
Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah ………………………………………………….. 47
Tabel 4.12
Data CT pada bay Busbar GI Kapal …..………………………... 48
Tabel 4.13
Data setting arus pada bay busbar saat kondisi normal ………… 49
Tabel 4.14
Hasil perhitungan setting arus keluar saat terjadi gangguan …….50
Tabel 4.15
Hasil perhitungan waktu tunda rele differensial ……...…......….. 51
Tabel 4.16
Hasil perhitungan setting koordinasi rele differensial …..……… 52
Tabel 4.17
Arus OCR pada Busbar GI Kapal ……….……………….…….. 53
Tabel 4.18
Hasil perhitungan setting arus OCR ……………………..…….. 54
Tabel 4.19
Hasil perhitungan waktu tunda OCR ……………………..……. 55
Tabel 4.20
Hasil perhitungan setting koordinasi OCR ……………..……… 56
DAFTAR SINGKATAN
PLN
= Perusahaan Listrik Negara
CT
= Current Transformer atau trafo arus
PT
= Potensial Transformer atau trafo tegangan
PMT
= Pemutus Tenaga
OCR
= Over Current Relay
GFR
= Ground Fault Relay
GI
= Gardu Induk
APB
= Area Pengatur Beban
APP
= Area Pelaksana Pemeliharaan
PLTA
= Pembangkit Listrik Tenaga Air
ETAP
= Electrical Transient Analysis Program
GITET
= Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi
LA
= Lightning Arester
PMS
= Disconnecting Switch atau Pemisah
CB
= Circuit Breaker
VT
= Voltage Transformer
CVT
= Capasitive Voltage Transformer
KV
= Kilo Volt
MVA
= Mega Volt Ampere
SLD
= Single Line Diagram
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1.
Arus hubung singkat GI / GITET P3B Jawa Bali semester 2 th 2013 untuk perhitungan sistem proteksi .…………62
Lampiran 2.
Gambar Single Line Diangam Bali ……………………………... 63
Lampiran 3.
Hasil report aliran daya dengan menggunakan program ETAP PowerStation …………………………………………….. 64
Lampiran 4.
Hasil perbandingan Sebelum dan Sesudah Setting Arus Dan Koordinasi Rele Differensial Dan OCR ……………………69
Lampiran 5.
Simulasi Sistem Kerja Konfigurasi Busbar Di Gardu Induk Kapal …………………………………………...71
