TUGAS AKHIR
STUDI PERHITUNGAN RELAY JARAK PADA SALURAN DOUBLE CIRCUIT DENGAN SINGLE CONDUCTOR ANTARA GI KAPAL - GI PEMECUTAN KELOD MENGGUNAKAN ARTIFICIAL NEURAL NETWORK (ANN)
ALFIAN BUDY HADIANTO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
TUGAS AKHIR
STUDI PERHITUNGAN RELAY JARAK PADA SALURAN DOUBLE CIRCUIT DENGAN SINGLE CONDUCTOR ANTARA GI KAPAL – GI PEMECUTAN KELOD MENGGUNAKAN ARTIFICIAL NEURAL NETWORK (ANN)
ALFIAN BUDY HADIANTO 0804405096
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
STUDI PERHITUNGAN RELAY JARAK PADA SALURAN DOUBLE CIRCUIT DENGAN SINGLE CONDUCTOR ANTARA GI KAPAL – GI PEMECUTAN KELOD MENGGUNAKAN ARTIFICIAL NEURAL NETWORK (ANN)
Tugas Akhir Ini Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata1) Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
ALFIAN BUDY HADIANTO 0804405096
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015 ii
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
: Alfian Budy Hadianto
NIM
: 0804405096
Tanda Tangan
:
Tanggal
:
November 2015
iii
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
JUDUL
:STUDI
PERHITUNGAN
RELAY
JARAK
PADA
SALURAN DOUBLE CIRCUIT DENGAN SINGLE CONDUCTOR
ANTARA
GI
KAPAL
–
GI
PEMECUTAN KELOD MENGGUNAKAN ARTIFICIAL NEURAL NETWORK (ANN) NAMA
: ALFIAN BUDY HADIANTO
NIM
: 0804405096
BIDANG STUDI
: SISTEM TENAGA LISTRIK
PROGRAM STUDI : TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS
: TEKNIK
PERIODE
: 2015/2016
MENYETUJUI
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Ir. I Gede Dyana Arjana, MT.
Widyadi Setiawan ST,MT
NIP. 19650803 199103 1 002
NIP. 197408152 00003 1 002
iv
UCAPAN TERIMAKASIH Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa atas karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini berjudul “STUDI PERHITUNGAN RELAY JARAK PADA SALURAN DOUBLE CIRCUIT DENGAN SINGLE CONDUCTOR ANTARA GI KAPAL - GI PEMECUTAN KELOD MENGGUNAKAN ARTIFICIAL NEURAL NETWORK (ANN)”. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehingga pada kesempatan ini perkenankan saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1.
Bapak Prof. 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 Ir. I Gede Dyana Arjana, MT. selaku dosen pembimbing I yang telah banyak memberikan arahan, waktu, semangat serta saran-saran selama penyusunan laporan.
4.
Bapak Widyadi Setiawan ST,MT. selaku dosen pembimbing II dan selaku dosen pembimbing akademik yang telah banyak memberikan arahan, waktu, semangat serta saran-saran selama penyusunan laporan tugas akhir ini.
5.
Bapak dan Ibu dosen pengajar, staff Pegawai serta Teknisi Program Studi Teknik Elektro atas sumbangsih ilmu pengetahuan dan bimbingan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro.
6.
Kedua Orang Tua tersayang dan keluarga terima kasih atas do’a, dukungan, serta saran-saran yang selalu diberikan.
7.
Teman – teman seangkatan elektro 2008 yang selalu memberikan dukungan dan semangat disaat mengalami keputusasaan.
v
8.
Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga laporan ini bisa selesai tepat pada waktunya. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis mohon maaf kepada semua pihak jika selama proses Tugas Akhir ini melakukan kesalahan baik disengaja maupun tidak disengaja. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian Tugas Akhir ini.
Bukit Jimbaran, November 2015
Penulis
vi
ABSTRAK Proteksi pada saluran transmisi mempunyai peran yang sangat penting dalam proteksi sistem tenaga listrik. Saluran transmisi merupakan saluran penghubung antara pembangkit dan pusat beban yang terbentang pada jarak yang jauh melalui daerah dengan bermacam kondisi cuaca, sehingga menjadi topik utama dari kebanyakan gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Rele pengaman adalah suatu rangkaian peralatan pengaman yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi gangguan pada peralatan listrik. Rele jarak bekerja dengan mengukur besaran impedansi (Z) transmisi, dibagi menjadi beberapa daerah cakupan yaitu zona 1, zona 2, zona 3. Penggunaan rele jarak pada sistem jaringan SUTT 150 kV, diharapkan dapat membantu keandalan dari sistem transmisi. Nilai seting rele jarak pada sistem jaringan SUTT 150 kV GI Kapal – GI Pemecutan kelod yang sudah ditentukan oleh PLN, akan dilakukan penelitian untuk mendapatkan seting rele jarak yang baru. Nilai seting rele jarak pada sistem jaringan SUTT 150 kV GI Kapal – GI Pemecutan kelod : zona 1: (R=0.977, X=2.684, Z=2.86), zona 2 : (R=1.341, X=3.684, Z=3.92), zona 3 : (R=2.107, X=5.789, Z=6.16). Metode yang dipergunakan untuk menentukan kembali nilai seting rele jarak untuk mengamankan sistem jaringan SUTT 150 kV GI Kapal – GI Pemecutan kelod adalah metode Artificial Neural Network. Nilai arus gangguan hubung singkat (arus gangguan 3 fasa), (arus gangguan 2 fasa), (arus gangguan 2 fasa ke tanah), dan (arus gangguan 1 fasa ke tanah), bersama penghantar ACCC Lisbon 310 mm2 dengan arus nominal sebesar 1218 A pada saluran 1 dan menggunakan penghantar TACSR 240 mm2dengan arus nominal sebesar 973 A pada saluran 2 , yang digunakan sebagai input pada metode Artificial Neural Network . penerapan metode backpropagation Artificial Neural Network digunakan untuk menentukan nilai seting rele jarak pada sistem jaringan SUTT 150 kV GI Kapal – GI Pemecutan kelod yang didapatkan dari metode Artificial Neural Network adalah zona 1 : (R=0.9911, X=2.6886, Z=2.86), zona 2 : (R=1.3313, X=3.6798, Z=3.92), zona 3 : (R=2.1251, X=2.0995, Z=6.16). Persentase perbedaannya yaitu, zona 1 : (R=0.0144%, X=0.0017%, Z=0.0000%), zona 2 : (R=0.3626%, X=0.3710%, Z=0.3706%), zona 3 : (R=1.1751%, X=1.1562%, Z=1.1538%).
Kata Kunci: Rele Jarak, Gangguan Hubung Singkat, Network, Setting Rele Jarak.
vii
Artificial Neural
ABSTRACT Protection on the transmission line has a very important role in the protection of electric power systems . The transmission line is a link between generation and load centers that lie at great distances through the area with a variety of weather conditions , thus becoming the main topic of most of the disturbances that occurred in the electric power system .Safety relay is a planned series of safety equipment to detect an abnormality on the condition of electrical equipment. Rele range works by measuring the amount of impedance ( Z ) transmission , divided into several areas , namely coverage zone 1 , zone 2 , zone 3. The use of distance relay system SUTT 150 kV network , is expected to help the reliability of the transmission system . Distance relay which is installed with a value of setting by PLN specifically, is wanted to do some research to get the appropriate value of setting and able to secure the SUTT 150 kV GI Kapal – GI Pemecutan Kelod network system. Setting the value of the distance relay in 150 kV network system SUTT GI Kapal - GI Pemecutan kelod zone 1: (R=0.977, X=2.684, Z=2.86), zone 2 : (R=1.341, X=3.684, Z=3.92), zone 3 : (R=2.107, X=5.789, Z=6.16). Relay Setting. The method that is used to determine the value of setting distance relay on the SUTT 150 kV GI Kapal – GI Pemecutan Kelod network system is Artificial Neural Network method. Value Relations Short Flow ( Flow Disturbances 3 phase ) , ( Error When prayer phase) , ( Error When two - phase ground to ) , and ( Error When 1 phase ground to ) , Joint -Same With Lisbon ACCC conductor 310 mm2 And Flow A nominal From 1218 in Channels 1 and using 240 TACSR mm2 with conductor nominal currents from 973 A which is used as input to the method of Artificial Neural Network. the application of Artificial Neural Network backpropagation method is used to determine the value of the distance relay settings on the 150 kV network system SUTT GI Kapal - GI Pemecutan kelod Obtained Method Of Artificial Neural Networkd is zone 1 : (R=0.9911, X=2.6886, Z=2.86), zone 2 : (R=1.3313, X=3.6798, Z=3.92), zone 3 : (R=2.1251, X=2.0995, Z=6.16).. Percentage difference ie, zone 1 (R = 0.0144%, X = 0.0017%, Z = 0.0000%), Zone 2: (R = 0.3626%, X = 0.3710%, Z = 0.3706%), Zone 3: (R = 1.1751%, X = 1.1562%, Z = 1.1538%).
Keywords: Rele distance , short circuit , Artificial Neural Network , The distance relay settings
viii
DAFTAR ISI Halaman SAMPUL DALAM .........................................................................................
i
PRASYARAT GELAR....................................................................................
ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING...................................................
iv
UCAPAN TERIMAKASIH ............................................................................
v
ABSTRAK .......................................................................................................
vii
ABSTRACT.....................................................................................................
viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xiii
DAFTAR SINGKATAN ................................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN ...............................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ...............................................................................
3
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................
4
1.4 Manfaat Penelitian ..............................................................................
4
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .....................................................................
5
2.1 Tinjauan Mutakhir (State of The Art Review) .....................................
5
2.2 Sistem Proteksi (Pengaman Sistem) ..................................................
6
2.3 Rele Jarak (Distance Relay)................................................................
8
2.3.1 Prinsip Kerja Rele Jarak ............................................................
10
2.3.2 Setting Rele Jarak.......................................................................
11
2.3.3 Karakteristik Rele Jarak (Distance Relay).................................
13
2.3.3.1 Karakteristik Impedansi.................................................
13
2.3.3.2 Karakteristik Mho (Admitansi)......................................
14
2.3.3.3 Karakteristik Reaktansi..................................................
15
2.3.3.4 Karakteristik Quadrilateral ............................................
15
ix
2.3.4 Pola Proteksi Rele Jarak (Distance Relay) ................................
16
2.4 Mutual Induktansi (Mutual Inductance) .............................................
18
2.5 GMD (Geometric Mean Distance) dan GMR (Geometric Mean Radius).........................................................
19
2.6 Impedansi Saluran Transmisi..............................................................
20
2.7 Rele Jarak Numerik ............................................................................
21
2.7.1 Gangguan Fasa (Phase Fault) ...................................................
21
2.7.2 Gangguan Terhadap Tanah (Earth Fault) .................................
22
2.7.3 Sistem Zone Time Delay............................................................
23
2.8 Artificial Neural Network ..................................................................
26
2.8.1 Proses Pembelajaran Artificial Neural Network........................
27
2.9 Metode Backpropagation ...................................................................
28
BAB III METODE PENELITIAN...................................................................
30
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian .............................................................
30
3.2 Data .....................................................................................................
30
3.2.1 Sumber Data ..............................................................................
30
3.2.2 Jenis Data...................................................................................
30
3.2.3 Teknik Pengumpulan Data ........................................................
30
3.3 Analisis Data .......................................................................................
30
3.4 Alur Analisis .......................................................................................
32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .........................................................
33
4.1 Analisis Hubung Singkat Pada Sistem Jaringan SUTT 150 kV GI Kapal – GI Pemecutan Kelod……………………………….….…
33
4.1.1 Gambar single line diagram......................................................
33
4.1.2 Tabel nilai gangguan hubung singkat….……………………..
35
4.2 Menentukan Nilai Seting Rele Jarak Menggunakan Metode Artificial Neural Network (ANN)…………………………………………….
40
4.2.1 Arsitektur jaringan yang digunakan untuk pencarian setting rele jarak ……………………………………………………….
40
4.2.2 Menentukan nilai seting rele jarak………………………….
42
4.2.3 Hasil Pelatihan Artificial Neural Network ( ANN) …………
44
x
4.2.4 Hasil Pengujian menggunakan Artificial Neural Network .
45
4.2.5 Persentase perbedaan ……………………………………….
46
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ................................................................
53
5.1 Simpulan ............................................................................................
53
5.2 Saran ..................................................................................................
53
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................
54
LAMPIRAN
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Hasil Analisis Hubung Singkat Pada GI Kapal GI Pemecutan Kelod...........................................................................................
Tabel 4.2
Hasil Analisis Hubung Singkat GI Pemecutan Kelod –GI Pesanggaran ................................................................................
Tabel 4.3
35
37
Hasil Analisis Hubung Singkat GI Pesanggaran- GI Padang Sambian ......................................................................................
39
Tabel 4.4
Nilai seting Rele Jarak GI Kapal-GI Pemecutan Kelod .............
41
Tabel 4.5
Hasil Pengujian Dengan Memakai Data latih Artificial Neural Network (ANN) ...........................................................................
Tabel 4.6
45
Hasil Pengujian Dengan Memakai Data uji Artificial Neural Network (ANN) ...........................................................................
46
Tabel 4.7
Persentase Perbedaan zona 1 ......................................................
49
Tabel 4.8
Persentase Perbedaan zona 2…………………..………….........
50
Tabel 4.9
Persentase Perbedaan zona 3…………………………………...
51
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Daerah Pengamanan (Zone) Rele Jarak ....................................
8
Gambar 2.2 Rangkaian Komponen Dasar Rele Jarak ...................................
10
Gambar 2.3 Jangkauan Zone 1 Tidak Boleh Hingga Terminal Depan ..........
12
Gambar 2.4 Karakteristik Impedansi .............................................................
14
Gambar 2.5 Karakteristik Operasi Dari Rele Jarak Tipe Mho ......................
14
Gambar 2.6 Karakteristik Reaktansi Dengan Starting Mho ..........................
15
Gambar 2.7 Karakteristik Quadrilateral.........................................................
16
Gambar 2.8 Pola Proteksi Basic ....................................................................
16
Gambar 2.9 Skema PUTT..............................................................................
17
Gambar 2.10 Skema POTT..............................................................................
17
Gambar 2.11 Skema Blocking .........................................................................
18
Gambar 2.12 Medan Magnet Di Sekitar Penghantar .......................................
19
Gambar 2.13 Double Circuit Conductor .........................................................
20
Gambar 2.14 Gangguan Antar Fasa (Two Phase Fault)..................................
22
Gambar 2.15 Gangguan Satu Fasa Terhadap Tanah........................................
22
Gambar 2.16 Saluran Ekivalen Gangguan Satu Fasa Ke Tanah......................
23
Gambar 2.17 Skema Proteksi Zone 1 Pada Rele Jarak ....................................
24
Gambar 2.18 Skema Proteksi Zone 2 Min Pada Rele Jarak ............................
25
Gambar 2.19 Skema Proteksi Zone 2 Maks Pada Rele Jarak ..........................
25
Gambar 2.20 Skema Proteksi Zone 3 Min Pada Rele Jarak ............................
26
Gambar 2.21 Skema Proteksi Zone 3 Maks Pada Rele Jarak ..........................
26
Gambar 2.22 Struktur Artificial Neural Network ............................................
29
Gambar 3.1 Struktur ANN Backpropogation Yang Diginakan Untuk Menentukan Setting Relay Jarak SUTT 150 kv GI Kapal – GI Pemecutan Kelod .......................................................................
31
Gambar 3.2 Alur Analisis ..............................................................................
32
Gambar 4.1 Single Line Diagram Sistem Ketenagalistrikan 150 kV GI kapal – GI Pemecutan kelod......................................................
xiii
33
Gambar 4.2
Single Line Diagram Sistem Ketenagalistrikan 150 Kv GI Pemecutan Kelod- GI Pesanggaran…………………………
Gambar 4.3
Single Line Diagram Sistem Ketenagalistrikan 150 kV GI Pesanggaran - GI Padang Sambian………………………….
Gambar 4.4
34
34
Arsitektur ANN Backpropagation Untuk Menentukan Seting Rele Jarak Pada GI Kapal-GI Pemecutan Kelod………………….
42
Gambar 4.5
Tampilan Grafik Running Artificial Neural Network Zona 1..
44
Gambar 4.6
Tampilan Grafik Running Artificial Neural Network Zona 2 .. 44
Gambar 4.7
Tampilan Grafik Running Artificial Neural Network Zona 3...
xiv
46
DAFTAR SINGKATAN
SUTT
= Saluran Udara Tegangan Tinggi
GGL
= gaya gerak listrik
POTT
= Permissive Overreach Transfer Trip
GMD
= Geometric Mean Distance
GMR
= Geometric Mean Radius)
xv
