TUGAS AKHIR
STUDI PENGARUH SETTING RELE PENGAMAN UNTUK MEMINIMALKAN GANGGUAN SYMPATHETIC TRIP PADA PENYULANG BUNISARI - SUWUNG
I KOMANG ANOM ASTANA ADY
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI 2015
TUGAS AKHIR
STUDI PENGARUH SETTING RELE PENGAMAN UNTUK MEMINIMALKAN GANGGUAN SYMPATHETIC TRIP PADA PENYULANG BUNI SARI - SUWUNG
I KOMANG ANOM ASTANA ADY NIM. 0904405067
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI 2015
i
II
sl0z roqua^oN Lz :
1u33uug
uu8ue; BpuBI IAIIN
{py uuelsv ruouy Sueuroy
1
:
?r-uaN
'ruuaq ue8uep uu>1u1ufu e,{us qu1a1 >1n[nrrp undneru dpnXp 8uu,t >1;uq raquns unwas usp 6gJpuas uz(us uzfuu>l IIsBq qBIBpe Ju11sd1qg
SYII-IYNISIUO NYYIYANUfld TIVgWtrT
STUDI PENGARUH SETTING RELE PENGAMAN UNTUK MEMINIMALKAN GANGGUAN SYMPATHETIC TRIP PADA PENYULANG BUNISARI - SUWUNG
Tugas Akhir/Skripsi ini Diajukan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata 1 (S1) dalam Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik Universitas Udayana
I KOMANG ANOM ASTANA ADY NIM. 0904405067
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN - BALI 2015
iii
AI
IOO hEO166I
orl{alg {!u{al !nqB
g
su][n{uc euBrepo se}rsra^ruf} ort{ola
1111
)
11,fi
l0z rsque^oN az
:
u€leqLLrrf ]I)ing,{lu{eJ {Fqer uesn]nf sndtuB) :
'suurg
ue,{e,111
'rI
IoJ 'rl
[e83uEI
1[n5ueg
Ifn8ued
1
Erpul epaD
rp u€>ldB}a}rc
lfn8ue4
lpri'3ur1a16 rql snruoluv 'rI ''3:E'N'e,(eft16 egy ue,(u16 'rI
'JN ''8rE'lAI'eque4
'1ytr 'eue[:y eue,{g apeD 'rl I
ll
Eurqurrque4
l Surqulrque4
IfNSNEd NY,4d[C
uuefepl sullsrollun '{IuIaJ sB}In{uC 6or1>1a1g {lutal uasnrnf upud (1g) {Iu>IoI uuulrug rula8 qeloradueu {nlun ue>1n1radrp Buu,{ uelurufsrad uur8uq re8eqas eurralrp uep rfn8uad uu/uaq uudepuq Ip uu{uuqegadlp IIsuqraq qBIaI Euutng - Irusrung 3uu1n,{ua4
BpBd dl,rt cqaq4oduttg uun88ueg uu{IururuFuo6 Inlun uuruu8ua4 aIaU Bug4ag qnru8ua4 lpnls IIu{eJ e8eue; uelsrs {1uIeI /orplelg .(p
y
e
uels
-""f
y
IsdlDIS Inpnl u€srunf
WIN
ff 8XI"or? ? uruBN : qslo rrc>ln felp pl Isdtqs
uuquseEuad Juqurarl
UCAPAN TERIMA KASIH “Om Swastiastu”, Puja dan puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa Tuhan Yang Maha Esa atas karunia_Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, dengan judul “STUDI PENGARUH SETTING RELE
PENGAMAN
UNTUK
MEMINIMALKAN
GANGGUAN
SYMPATHETIC TRIP PADA PENYULANG BUNISARI - SUWUNG”. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi bagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Elektro, Konsentrasi Sistem Tenaga Listrik, Universitas Udayana. Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang telah memberikan dukungan baik moril maupun material. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1.
Bapak Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT, Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana.
2.
Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.
3.
Bapak Ngurah Indra ER, ST. MSc., selaku Pembimbing Akademik
4.
Bapak Ir. I Gede Dyana Arjana, MT. selaku Dosen pembimbing I Tugas Akhir atas bimbingannya selama penulis menyelesaikan studi.
5.
Bapak Ir. Cok Gede Indra Partha, M.Erg., MT. selaku Dosen pembimbing II Tugas Akhir atas bimbingannya selama penulis menyelesaikan studi.
Penulis juga ingin berterima kasih sebesar-besarnya kepada keluarga tercinta, bapak I Komang Sutana, ibu Ni Ketut Werni, kakak Ni Putu Tina Rolina Dewi, Ni Made Henna Juli Astuti, adik I Ketut Ariek Astana Adi tercinta yang telah memberikan bantuan dana, tenaga, doa, dan pikiran sehingga penulis bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini, dan Ni Made Nia Khristina yang setia
v
memberikan
motivasinya
dan
semangatnya
dalam
penulisan
hingga
terselesaikannya Tugas Akhir ini. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus disertai penghargaan kepada kepada sahabat-sahabat saya di Teknik Elektro Universitas Udayana angkatan 2009 atas dukungan dan doanya yang tulus dan tiada hentinya untuk memotivasi. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga penulisan Tugas Akhir ini bisa selesai tepat pada waktunya. Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam Tugas Akhir ini, saran-saran yang membangun sangat diharapkan untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengharapkan semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi kita semua. “Om Santih Santih Santih Om”,
Denpasar, November 2015
Penulis.
vi
ABSTRAK Sympathetic Trip yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik menyebabkan penyulang yang sehat ikut terganggu karena merasakan gangguan pada penyulang yang terkena gangguan. Arus sisa yang mengalir akibat gangguan satu fasa ke tanah pada penyulang Bunisari sebesar 183,9 A akan dirasakan oleh fasa yang sama pada penyulang Suwung yang memiliki arus sisa sebesar 196,9 A, sehingga terjadi akumulasi arus kapasitif sejumlah 380,8 A. Upaya yang diperoleh untuk menghindari terjadinya Sympathetic Trip kembali dengan setting ground fault relay untuk penyulang Bunisari yaitu Iset = 25,72 A, tms = 0,11 SI dengan waktu kerja rele selama 0,27 detik dan untuk penyulang Suwung yaitu diperoleh Iset = 24,59 A, tms = 0,115 SI dengan waktu kerja rele selama 0286 detik. Kata kunci : Sistem proteksi, setting ground fault relay, Simpatitik Trip.
vii
ABSTRACT
Sympathetic Trip that happened in the electricity distribution system cause the healthy feeder distrupted because feel a disorder in feeder which affected by a disorder. A residual current that flows as a result of disruption of the one phase to ground on the Bunisari feeder as much as 183,9 A will be perceived by the same phase in the Suwung feeder which has a residual current of 196,9 A, that resulting in the accumulation of capacitive current as much as 380,8 A. The efforts obtained to prevent the Sympathetic trip back with ground fault relay setting as Iset = 25,72 A, tms = 0,11 SI with relay working time for 0,27 seconds and for Suwung feeder is obtained Iset = 24,59 A, tms = 0,115 SI with relay working time for 0286 seconds. Keywords : protection system , stting ground fault relay , Sympathetic Trip.
viii
DAFTAR ISI
Halaman SAMPUL DALAM . ........................................................................................ i PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................................. ii PERSYARATAN GELAR ............................................................................. iii PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................................... iv UCAPAN TERIMA KASIH ........................................................................... v ABSTRAK ...................................................................................................... vii DAFTAR ISI .................................................................................................... ix DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiii DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiv DAFTAR SINGKATAN ................................................................................ xv BAB I : PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ............................................................................ 2 1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................. 2 1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................... 3 1.5 Batasan Masalah ................................................................................ 3 BAB II : KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ................................................ ............................. 4 2.2 Tinjauan Pustaka ............................................................................... 4 2.2.1 Sistem Jaringan Distribusi ........................................................ 4 2.2.1.1 Sistem Jaringan Distribusi Primer 20 kV ......................... 5 2.2.1.2 Sistem Jaringan Distribusi Sekunder 220/380 V............... 6 2.2.2 Konfigurasi Jaringan Distribusi Primer ................................... 7 2.2.2.1 Jaringan Distribusi Primer Tipe Radial ............................ 9 2.2.2.2 Sistem Jaringan Distribusi Primer Tipe Spindle .............. 10 2.2.3 Karakteristik Beban .................................................................. 11 2.2.4 Drop Tegangan pada Sistem Distribusi .................................... 12 2.2.4.1 Pengaruh Drop Tegangan pada Peralatan Listrik ............ 15
ix
2.2.5 Analisa Aliran Daya ................................................................. 15 2.2.6 Faktor-Faktor Kegagalan Sistem Distribusi ............................. 18 2.2.6.1 Perencanaan Yang Tidak Mengindahkan Kriteria Teknik Yang Baik .......................................................................... 18 2.2.6.2 Pembangunan Tidak Sesuai Dengan Standar ................... 18 2.2.6.3 Pengoperasian Yang Tidak Optimum .............................. 18 2.2.6.4 Proses Pengelolaan Pelanggan Kurang Dikendalikan ...... 19 2.2.6.5 Pengukuran Kurang Tepat ................................................ 19 2.2.6.6 Pengaman Instalasi Tidak Sesuai Aturan ......................... 19 2.2.7 Gangguan Sympathetic Trip Akibat Pengaruh Arus Kapasitif . 20 2.2.7.1 Arus Kapasitif .................................................................. 21 2.2.8 Pengertian dan Fungsi Pengaman ............................................ 21 2.2.8.1 Pengertian Pengaman ....................................................... 21 2.2.8.2 Fungsi Pengaman ............................................................. 22 2.2.9 Persyaratan Kerja Sistem Pengaman ....................................... 22 2.2.10 Perhitungan Arus Hubung Singkat ....................................... 23 2.2.11 Menghitung Impedansi ........................................................... 24 2.2.12 Ground Fault Relay (GFR) .................................................... 27 2.2.12.1 Jenis Ground Fault Relay Berdasarkan Waktu Kerja...... 28 2.2.12.2 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) ........................ 30 2.2.12.3 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Tanpa Pentanahan .......................................................... 31 2.2.12.4 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Pentanahan Langsung .................................................... 31 2.2.12.5 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Pentanahan Melalui Tahanan Rendah ............................ 32 2.2.12.6 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Pentanahan Melalui Tahanan Tinggi ............................. 32 2.2.12.7 Setting GFR .................................................................... 33 BAB III : METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................ 36
x
3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian ...................................................... 36 3.2.1 Sumber Data Penelitian............................................................. 36 3.2.2 Jenis Data Penelitian ................................................................. 36 3.2.3 Prosedur Penelitian ................................................................... 36 3.3 Tahapan Penelitian ............................................................................ 37 3.4 Analisa Data ...................................................................................... 37 3.5 Alur Analisis ..................................................................................... 39 BAB IV : HASIL DAN ANALISIS 4.1 Data MVA Short Circuit di Bus 150 kV di Gardu Induk .................. 40 4.1.1 Impedansi Sumber .................................................................... 40 4.1.2 Impedansi Trafo ....................................................................... 40 4.2 Data Trafo Gardu Induk .................................................................... 41 4.3 Data Penyulang 20 Kv ...................................................................... 42 4.3.1 Menghitung Impedansi Penyulang Bunisari ............................ 42 4.3.2 Menghitung Impedansi Ekivalen Penyulang Bunisari ............. 45 4.3.3 Menghitung Impedansi Penyulang Suwung ............................. 46 4.3.4 Menghitung Impedansi Ekivalen Penyulang Suwung ............. 48 4.4 Perhitungan Arus Hubung Singkat ................................................... 49 4.4.1 Arus Hubung Singkat 1 Fasa – Tanah Penyulang Bunisari ..... 50 4.4.2 Arus Hubung Singkat 1 Fasa – Tanah Penyulang Suwung ..... 51 4.5 Perhitungan Arus Kapasitif ................................................................ 52 4.6 Perhitungan Setting Relay ................................................................ 55 4.6.1 Setting relai di sisi incoming 20 Kv .......................................... 55 4.6.1.1 Setting Relai Gangguan Tanah ...................................... 55 4.6.1.2 Pemeriksaan Waktu Kerja Relay Incoming ................... 56 4.6.2 Setting relai di sisi penyulang Bunisari ................................... 57 4.6.2.1 Setting Relai Gangguan Tanah ....................................... 57 4.6.2.2 Pemeriksaan Waktu Kerja Relay Penyulan Bunisari ...... 58 4.6.3 Setting relai di sisi penyulang Suwung ..................................... 59 4.6.3.1 Setting Relai Gangguan Tanah ...................................... 59 4.6.3.2 Pemeriksaan Waktu Kerja Relay Penyulan Suwung ...... 60
xi
4.7 Analisis Perhitungan Setting Ground Fault Relay ............................ 62 BAB V : PENUTUP 5.1 Simpulan ............................................................................................ 64 5.2 Saran .................................................................................................. 66 Daftar Pustaka .................................................................................................. 67 Lampiran
xii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1 Data trafo 5 gardu induk Pesanggaran ............................................. 41 Tabel 4.2 Nilai Impedansi penyulang Bunisari ................................................ 43 Tabel 4.3 Impedansi penyulang urutan Positif dan Negatif Bunisari ............. 44 Tabel 4.4 Impedansi penyulang urutan Nol Bunisari ...................................... 45 Tabel 4.5 Impedansi ekivalen urutan Positif dan Negatif penyulang Bunisari 45 Tabel 4.6 Impedansi ekivalen urutan Nol penyulang Bunisari ....................... 46 Tabel 4.7 Nilai Impedansi penyulang Suwung ................................................ 46 Tabel 4.8 Impedansi penyulang urutan Positif dan Negatif Suwung ............... 47 Tabel 4.9 Impedansi penyulang urutan Nol Suwung ...................................... 48 Tabel 4.10 Impedansi ekivalen urutan Positif dan Negatif penyulang Suwung 49 Tabel 4.11 Impedansi ekivalen urutan Nol penyulang Suwung ..................... 49 Tabel 4.12 Arus Hubung Singkat 1 Fasa – Tanah Penyulang Bunisari .......... 51 Tabel 4.13 Arus Hubung Singkat 1 Fasa – Tanah Penyulang Suwung .......... 52 Tabel 4.14 Hasil setting rele GFR ................................................................... 62
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Hubungan Tegangan Menengah ke Tegangan Rendah dan Konsumen ............................................................................. 7 Gambar 2.2 Sistem Jaringan Distribusi Primer Tipe Radial .................... 10 Gambar 2.3 Sistem Jaringan Distribusi Primer Tipe Spindel ................. 11 Gambar 2.4 Konfigurasi Penghantar ........................................................ 14 Gambar 2.5 Kondisi Saat Terjadi Gangguan ............................................ 20 Gambar 2.6 Rangkaian Pengawatan Rele GFR ....................................... 28 Gambar 2.7 Karakteristik Inverse ............................................................ 29 Gambar 2.8 Karakteristik Definite ........................................................... 29 Gambar 2.9 Karakteristik Instantaneous .................................................. 30 Gambar 3.1 Flowchart Alur Analisa ....................................................... 39
xiv
DAFTAR SINGKATAN
A
= Ampere
GFR
= Ground Fault Relay
Ice
= Arus Kapasitif
Ifault
=Arus Gangguan
Ip
= Arus primer
Is
= Arus sekunder
Iset
= Arus Setting
kms
= Kilometer sirkuit
kV
= kiloVolt
NGR
= Netral Ground Resistor
SI
= Standar Inverse
tms
= Time Multiple Setting
tset
= Setting waktu
V
= Volt
XC
= Reaktansi Kapasitif
Z
= Impedansi
Z0
= Impedansi urutan nol
Z0eq
= Impedansi ekivalen urutan nol
Z1 = Z2
= Impedansi urutan positif negatif
Z1eq = Z2eq = Impedansi ekivalen urutan positif negatif Zt
= Impedansi trafo
Zt0
= Impedansi urutan nol trafo
Zt1 = Zt2
= Impedansi urutan positif negatif trafo
Ω
= Ohm
xv
