STUDI ANALISIS SISTEM KOORDINASI PROTEKSI OVER CURRENT RELAY (OCR) DAN GROUND FAULT RELAY (GFR) PADA GARDU INDUK GODEAN

STUDI ANALISIS SISTEM KOORDINASI PROTEKSI

OVER

CURRENT RELAY

(OCR) DAN

GROUND FAULT RELAY

(GFR) PADA GARDU INDUK GODEAN

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata-1 Pada Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun oleh : ADE PUTRA 20130120021

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA 2017

STUDI ANALISIS SISTEM KOORDINASI PROTEKSI

OVER

CURRENT RELAY

(OCR) DAN

GROUND FAULT RELAY

(GFR) PADA GARDU INDUK GODEAN

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata-1 Pada Prodi Teknik Eletro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh:

ADE PUTRA 20130120021

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA 2017

HALAMAN PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : ADE PUTRA

NIM : 20130120021

Program Studi : Teknik Elektro Fakultas : Teknik

Universitas : Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa naskah Tugas Akhir “STUDI

ANALISIS SISTEM KOORDINASI PROTEKSI OVER CURRENT RELAY

(OCR) DAN GROUND FAULT RELAY (GFR) PADA GARDU INDUK

GODEAN”, ini merupakan hasil karya tulis saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjaanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan penulis, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan daftar pustaka dengan mengikuti tata cara dan etika penulisan karya tulis ilmiah yang lazim.

Yogyakarta, 20 April 2017 Penulis

MOTO

“Kesuksesan hanya dapat diraih dengan segala upaya dan usaha yang disertai dengan do’a, karena sesungguhnya nasib seseorang manusia tidak

akan berubah dengan sendirinya tanpa berusaha”

“Jadi diri sendiri, carilah jati diri dan dapatkan hidup yang mandiri,

optimis, karena hidup ini terus mengalir dan kehidupan terus berputar, sesekali lihatlah ke belakang untuk melanjutkan perjalanan panjang yang

INTISARI

Transformator daya merupakan komponen utama dalam sistem ketenaga listrikan, dan merupakan inti dari Gardu Induk, pada Gardu Induk Godean transformator memiliki beberapa relay proteksi yang berfungsi sebagai instrument yang akna memutus arus gangguan yang terjadi yang dapat merusak komponen kelistrikan khususnya transformator daya.Relay ada beberapa jenis namun pada gardu induk godean menggunakan sistem Over current relay dan jgau ground fault relay yang berfungsi untuk memutus arus hubung singkat yang terjadi di jaringan agar tidak meluas. Untuk mengukur kepekaan relay yang terpasang pada jaringan maka digunakanlah sebuah software, yaitu ETAP 12.60 dengan menggunakan 2 buah fitur yang terdapat pada aplikasi tersebut, yaitu star protective device coordination dan juga short circuit analisys, yang digunakan utuk menanalisis apakah proteksi yang bekerja pada jaringan bekerja dengan baik atau tidak. Hasil dari analisis ini memperlihatkan kondisi dari relay-relay yang terpasang serta waktu kerja relay, apakah relay bekerja secara normal atau tidak.

LEMBAR PERSEMBAHAN

Skripsi ini, penulis persembahkan untuk :

1. Mama (Nurhayati) dan Papa (Muhammad Yani S.H.), yang telah mendukungku, memberiku motivasi dalam segala hal serta memberikan kasih sayang yang teramat besar yang tak mungkin bisa ku balas dengan apapun.

2. kakakku Rizky Amalia yang selalu mendukungku.

3. Adikku Muhammad Iqbal, yang banyak memberikan semangat dan dukungan.

4. Teman-teman seperjuangan, terimakasih atas saran dan motivasinya serta bantuan yang diberikan.

KATA PENGANTAR

Assalammu’alaikum Wr. Wb.

Dengan mengucapkan Puji dan Syukur, penulis panjatkan akan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan skripsi dengan judul:

“STUDI ANALISIS SISTEM KOORDINASI PROTEKSI OVER

CURRENT RELAY (OCR) DAN GROUND FAULT RELAY PADA GARDU

INDUK GODEAN”

Berbagai upaya telah penulis lakukan untuk menyelesaikan skripsi ini, tetapi karena keterbatasan kemampuan penulis, maka penulis memohon maaf yang sebesar-besarnya, karena masih banyak kekurangan-kekurangan dalam penyusunan laporan skripsi ini, baik dalam susunan kata, kalimat maupun sistematika pembahasannya. Penulis berharap laporan skripsi ini dapat memberikan sumbangan yang cukup positif bagi penulis khusunya dan pembaca sekalian pada umumnya.

Terwujudnya laporan skripsi ini tidak lepas dari bantuan dan dorongan berbagai pihak yang sangat berarti, dan dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan rasa terimakasih kepada :

1. Allah SWT yang telah memberikan karunia, rahmat, dan hidayah Nya. 2. Rasulullah SAW yang telah menunjukan jalan terang benderang.

3. Bapak Jazaul Ikhsan,S.T, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

4. _{Bapak Ir. Agus Jamal, M.Eng., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro} Universitas Muhammadyah Yogyakarta.

5. _{Bapak Dr.Ramadoni Syahputra, S.T.,M.T., sebagai Dosen Pembimbing I} yang dengan sabar membimbing, membagi ilmunya dan mengarahkan penulis selama melaksanakan penelitian Tugas Akhir hingga dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini.

6. _{Bapak Yudhi Ardiyanto, S.T., M.Eng., sebagai Dosen Pembimbing II yang} dengan sabar membimbing, membagi ilmunya dan mengarahkan penulis selama melaksanakan penelitian Tugas Akhir hingga dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini.

7. Bapak Karisma Trinanda Putra, S.ST., M.T., sebagai penguji pada saat pendadaran.

8. Segenap Dosen pengajar di jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiya Yogyakarta, terimkasih atas segala bantuan yang selama ini telah diberikan.

9. Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

10.Staf Laboratorium Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

11.Mama dan Papa, yang telah mendukungku, memberiku motivasi dalam segala hal serta memberikan kasih sayang yang teramat besar yang tak mungkin bisa ku balas dengan apapun.

12.Teman–teman seperjuangan teknik elektro angkatan 2013, kalian luar biasa kawan, semoga suatu hari nanti kita bisa bertemu lagi.

13.Semua teman-teman Kost, yang pernah berjuang bersama, terima kasih atas doa dan juga motivasi yang telah diberikan.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, hal ini mengingat kemampuan dan pengalaman dalam penyusunan skripsi ini yang sangat terbatas. Untuk itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk perbaikan dan pengembangan penelitian selanjutnya. Tidak ada yang dapat penulis berikan selain ucapan terimakasih atas seluruh bantuan yang telah diberikan.

Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan memberi tambahan ilmu bagi para pembaca. Semoga Allah SWT meridhoi kita semua, amiin yaa robbalalamin.

Wassalammu’alaikum Wr. Wb.

Yogyakarta, 20 April 2017 Yang menyatakan,

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

HALAMAN PERNYATAAN ... iv

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ... v

MOTO ... vi

INTISARI ... vii

LEMBAR PERSEMBAHAN ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL ... xvi

DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL ... xvii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1Latar Belakang ... 1

1.2Rumusan Masalah ... 2

1.3BatasanMasalah ... 3

1.4Tujuan Penulisan ... 3

1.5Manfaat Penulisan ... 3

1.6Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1. TINJAUAN MUTAKHIR ... 5

2.2. TINJAUAN PUSTAKA ... 7

2.2.1 Pengertian Gardu Induk ... 7

2.2.2 Gardu Induk Menurut Tegangannya... 7

2.2.3 Gardu Induk Menurut Penempatannya... 8

2.2.4 Komponen Utama Pada Gardu Induk di Sisi Penyulang... 9

2.2.5 Transformator Daya... 10

2.2.6 Instrumen Transformator... 12

2.2.8 Circuit Breaker (CB)... 14

2.2.9 Arrester... 15

2.2.10 Grounding... 17

2.2.11 Kabel... 18

2.2.12 ACSR... 19

2.2.13 Faktor-faktor Penyebab Gangguan... 19

2.2.14 Jenis-jenis Gangguan... 20

2.2.15 Jenis-jenis Gangguan Eksternal... 21

2.2.16 Sifat-sifat Gangguan... 24

2.2.17 Pengertian Proteksi Tenaga Listrik... 25

2.2.18 Komponen Proteksi Jaringan... 27

2.2.19 Komponen-komponen Relay Proteksi Trafo... 29

2.2.20 Software ETAP 12.60... 32

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 33

3.1.Alat yang Digunakan dalam Penelitian ... 33

3.2.Lokasi Penelitain Tugas Akhir ... 33

3.3.Data yang Dibutuhkan ... 33

3.4.Tahapan Penelitian ... 34

3.5.Studi Literatur ... 35

3.6.Pengumpulan Data ... 35

3.7.Analisis Sistem Setting Relay OCR dan GFR…………...…… 35

3.8. Hasil………. 36 BAB IVPEMBAHASAN DAN ANALISIS ... 37

4.1Gardu Induk Godean ... 37

4.2Transformator Daya ... 39

4.3Over Current Relay dan Ground Fault Relay GI Godean ... 40

4.4Data Setting Relay OCR dan GFR………. 41

4.5Data Setting Recloser pada jaringan GDN 1……… 43

4.6Data Konduktor pada Jaringan GDN 1……… 43

4.8Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Arus Lebih…….. 45

4.8.1 Menghitung Impedansi Sumber………...46

4.8.2 Menghitung Reaktansi Trafo ………. 47

4.8.3 Menghitung Impedansi pada Penyulang……… . 47

4.8.4 Menghitung Impedansi Ekivalen Jaringan…………. . 49

4.8.5 Menghitung Arus Gangguan Hubung Singkat……….50

4.9Penentuan Nilai Setting Relay OCR dan GFR………. 54

4.9.1 Nilai Setting Relay OCR disisi Penyulang 20 kV …. 55 4.9.2 Nilai Setting Relay GFR pada sisi Penyulang………. 56

4.9.3 Nilai Setting Relay OCR di sisi Incoming………… 58

4.9.4 Nilai Setting Relay GFR pada sisi Incoming ……… 60

4.10Pemeriksaan Waktu Kerja Relay ... 61

4.10.1 Waktu Kerja Relay pada Gangguan 3 Fasa ... 61

4.10.2 Waktu Kerja Relay pada Gangguan 2 Fasa ………….. 64

4.10.3 Waktu Kerja Relay Gangguan 1 Fasa ke Tanah…… 66

4.11Perhitungan Nilai Setting Recloser GDN 1……….. 72

4.12Simulasi Gangguan Menggunakan Software ETAP 12.60……73

4.13Analisis Simulasi Setting Terpasang dan Setting Terhitung …..83

BAB V KESIMPULAN ... 84

5.1KESIMPULAN ... 84

5.2SARAN ... 86

DAFTAR PUSTAKA ... 87 LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Transformator Daya Pada Gardu Induk Godean ... 10

Gambar 2.2 Current Transformator... 13

Gambar 2.3 Circuit Breaker ... 14

Gambar 2.4 Arrester... 15

Gambar 2.5 ACSR ... 19

Gambar 2.6 Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah ... 21

Gambar 2.7 Gangguan Hubung Singkat antar 2 Fasa ... 22

Gambar 2.8 Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa ke Tanah ... 23

Gambar 2.9 Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa ... 23

Gambar 2.10 Relay Proteksi ... 26

Gambar 2.11 Gambaran Relay yang Bekerja dalam Keadaan Normal ... 30

Gambar 2.12 Gambaran Relay saat Terjadi Gangguan ... 30

Gambar 2.13 Contoh Simulasi pada Aplikasi ETAP 12.60 ... 32

Gambar 3.1 Flow Chart Tahapan Penelitian... 34

Gambar 4.1 Single Line Diagram Gardu Induk Godean ... 38

Gambar 4.2 Letak Relay OCR dan Relay GFR di Gardu Induk Godean ... 45

Gambar 4.3 Panjang dan Jenis Saluran Jaringan di GI Godean GDN 1 ... 45

Gambar 4.4 Kurva Waktu Kerja Relay Gangguan 3 Fasa ... 69

Gambar 4.5 Kurva Waktu Kerja Relay Gangguan 2 Fasa ... 70

Gambar 4.6 Kurva Waktu Kerja Relay Gangguan 1 Fasa ke Tanah ... 71

Gambar 4.7 Simulasi Koordinasi OCR dan GFR dengan Setting Terpasang .... 75

Gambar 4.8 Simulasi Koordinasi OCR dan GFR dengan Setting Terhitung ... 76

Gambar 4.9 Simulasi Gangguan dengan Setting Terpasang Recloser ... 77

Gambar 4.10 Simulasi Gangguan dengan Setting Terhitung Recloser ... 78

Gambar 4.11 Simulasi Gangguan dengan Setting Terpasang Outgoing………. 79

Gambar 4.12 Simulasi Gangguan dengan Setting Terhitung Outgoing……….. 80

Gambar 4.13 Simulasi Gangguan dengan Setting Terpasang Incoming………. 81

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Macam-macam Sistem Pendingin pada Trafo ... 12

Tabel 2.2 Beberapa Jenis Konduktor pada SUTT dan SUTET... 18

Tabel 4.1 Spesifikasi Trafo II di Gardu Induk Godean ... 39

Tabel 4.2 Spesifikasi OCR dan GFR ... 40

Tabel 4.3 Data Setting Relay di Jaringan Gardu Induk Godean ... 42

Tabel 4.4 Panjang Jenis Konduktor di GI Godean, Penyulang GDN 1 ... 43

Tabel 4.5 Impedensi Jenis Penghantar di GI Godean, Penyulang GDN 1 ... 44

Tabel 4.6 Impedansi Penyulang Urutan Positif dan Negatif ... 48

Tabel 4.7 Impedensi Penyulang Urutan Nol ... 48

Tabel 4.8 Impedensi Ekivalen Z1eq dan Z2eq ... 49

Tabel 4.9 Impedensi Ekivalen Z0eq ... 50

Tabel 4.10 Arus Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa ... 51

Tabel 4.11 Arus Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa ... 52

Tabel 4.12 Arus Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah ... 53

Tabel 4.13 Arus Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa, 2 Fasa dan 1 Fasa... 54

Tabel 4.14 Nilai Setting Hasil Perhitungan di sisi Incoming ... 57

Tabel 4.15 Nilai Setting Hasil Perhitungan di sisi Penyulang/Outgoing ... 61

Tabel 4.16 Pemeriksaan Waktu Kerja Relay untuk Gangguan 3 Fasa ... 69

Tabel 4.17 Pemeriksaan Waktu Kerja Relay untuk Gangguan 2 Fasa ... 70

Tabel 4.18 Pemeriksaan Waktu Kerja Relay untuk Gangguan 1 Fasa ... 71

DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL

GI : Gardu Induk

SUTM : Saluran Udara Tegangan Menengah SUTT : Saluran Udara Tegangan Tinggi SUTET : Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi ACSR : Aluminium Conductor Steel Reinforced CT : Current Transformator

CB : Circuit Breaker OCR : Over Current Relay GFR : Ground Fault Relay PMT : Pemutus Tenaga

PBO : Pemutus Balik Otomatis TMS : Time Multiplier Setting kVA :Kilo Volt Ampere MVA :Mega Volt Ampere kA : Kilo Ampere kV : Kilo Volt Km : Kilo Meter

Ω : Ohm

Z : Impedansi

V : Volt

I : Arus

√3 : 1,7321

INTISARI

Transformator daya merupakan komponen utama dalam sistem ketenaga listrikan, dan merupakan inti dari Gardu Induk, pada Gardu Induk Godean transformator memiliki beberapa relay proteksi yang berfungsi sebagai instrument yang akna memutus arus gangguan yang terjadi yang dapat merusak komponen kelistrikan khususnya transformator daya.Relay ada beberapa jenis namun pada gardu induk godean menggunakan sistem Over current relay dan jgau ground fault relay yang berfungsi untuk memutus arus hubung singkat yang terjadi di jaringan agar tidak meluas. Untuk mengukur kepekaan relay yang terpasang pada jaringan maka digunakanlah sebuah software, yaitu ETAP 12.60 dengan menggunakan 2 buah fitur yang terdapat pada aplikasi tersebut, yaitu star protective device coordination dan juga short circuit analisys, yang digunakan utuk menanalisis apakah proteksi yang bekerja pada jaringan bekerja dengan baik atau tidak. Hasil dari analisis ini memperlihatkan kondisi dari relay-relay yang terpasang serta waktu kerja relay, apakah relay bekerja secara normal atau tidak.

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Semakin berkembangnya penduduk pada suatu daerah, maka kebutuhan akan listrikpun semakin meningkat. Sehingga pensuplaian listrik yang berasal dari Gardu Indukpun (GI) harus memadai dan mencakup keselamatan bagi para konsumen.

Perkembangan penduduk yang semakin meningkat juga berpengaruh terhadap kebutuhan listrik yang disuplai, semakin besar perekembangan penduduk maka semakin besar pula beban listrik yang dibutuhkan, sehingga arus listrik juga semakin besar, yang dapat berdampak kepada kemampuan kerja trafo yang terbatas. Dengan adanya beban berlebih maka kemampuan sebuah trafo yang terbatas harus dilindungi dengan sistem proteksi yang baik, sehingga trafo tidak mengalami gangguan atau bahkan terbakar.

Pada tahun 2013 silam tepatnya pada hari Rabu, 02 Okteber, terjadi ledakan pada trafo di Gardu Induk tegangan tinggi saluran dan pusat pengatur beban jawa bali milik perusahaan listrik Negar, jalan Mayjen Sutoyo, Cililitan Kramat Jati, Jakarta timur. Adapun penyebab utama dari meledaknya trafo di gardu induk ini adalah beban yang melebihi dari kapasitas trafo yng hanya 500 kVA, akibatnya trafo menjadi panas dan timbulah ledakan.

Masalah-masalah yang sering terjadi di Gardu Induk adalah beban lebih yang sering sekali menyebabkan terputusnya arus listrik, khususnya di bagian

jaringan distribusi, sehingga sistem jaringan transmisi harus memiliki sistem proteksi yang baik agar ganggaun yang terjadi pada jaringan distribusi tidak berdampak besar pada jaringan transmisi yang merupakan pusat pensuplai listrik.

Pada Gardu Induk, komponen-komponen kelistrikan merupakan hal yang sangat penting dalam pensuplaian tenaga listrik, maka sistem proteksi yang ada pada Gardu Induk harus mempunyai syarat keandalan, kecepatan, keamanan serta sensitivitas yang baik agar Gardu Induk aman dari gangguan. Maka pada tugas akhir ini akan menganalisis kerja koordinasi sistem Overcurrent Relay (OCR) dan juga Ground Fault Relay (GFR) yang ada di Gardu Induk Godean.

Penelitian ini dilaksanakan untuk mengetahui sistem kerja proteksi OCR dan GFR di Gardu Induk Godean dan pengaturan setting relay yang bekerja, sehingga pensuplaian listrik berjalan dengan baik dan memenuhi standar, dengan harapan sistem kerja relay OCR dan GFR ini tetap bekerja memenuhi standar untuk tahun-tahun yang akan datang.

1.2. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari latar belakang yang telah dipaparkan adalah 1. Berapa besar setting reley pada sistem proteksi trafo di Gardu Induk

aaaaGodean pada tahun 2016.

2. Berapa besar kemampuan kerja reley setelah dilakukan penyetingan

3

1.3. Batasan Masalah

Penulisan tugas akhir ini tidak membahas terlalu luas, sehingga ruang lingkup pembahasannya jelas. Maka pembahasan difokuskan pada masalah analisis sistem proteksi OCR dan GFR pada salah satu jaringan di Gardu Induk Godean. Analisis ini dilakukan untuk mengetahui apakah sistem proteksi pada trafo yang digunakan dapat bekerja dengan baik sesuai standar keselamatan, dengan metode analisis kelistrikan.

1.4. Tujuan Penelitian

a. Tujuan dilakukannya penelitian Tugas Akhir ini adalah, mengetahui dan menghitung serta setting relay proteksi di Gardu Induk Godean yang sesuai. sehingga peralatan menjadi aman, kebutuhan konsumen dan keandalan proteksi berjalan dengan baik.

b. Menganalisis setting relay dari data yang diperoleh di Gardu Induk Godean, apakah sudah sesuai dengan standar kelistrikan.

1.5. Manfaat

Manfaat dari penelitian ini adalah:

a. Sebagai acuan untuk mengetahui besarnya arus yang dapat mengganggu sistem kerja pada trafo 20 kv.

b. Mengetahui seberapa besar nilai setting relay sistem proteksi pada trafo yang berada di Gardu Induk Godean.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam penyusunan Tugas Akhir ini disusun dalam 5 bab, yaitu:

BAB I PENDAHULUAN

Bab I berisi penjelasan tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat, serta sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab II berisi penjelasan tentang landasan teori dan tinjauan pustaka yang mendukung penulisan dari pustaka-pustaka yang pernah dipublikasikan. BAB III METODE PENELITIAN

Bab III berisi tentang jenis penelitian, lokasi penelitian, data-data yang dibutuhkan, tahapan penelitian dan diagram alir penelitian.

BAB IV PEMBAHASAN

Bab IV berisi tentang analisis dan juga hasil. BAB V PENUTUP

Bab V berisi tentang kesimpulan dan saran.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Mutakhir

Trafo merupakan komponen terpenting dalam sebuah instalasi kelistrikan yang berfungsi sebagai penaik maupun penurun tegangan, semakin berkembangnya zaman maka kebutuhan akan listrik juga sebakin bertambah, yang berdampak pada kelebihan beban dengan arus yang berlebih pula, yang dapat merusak komponen kelistriakan kuhsusnya pada transformator, untuk mengatasi hal tersebut maka dibutuhkan sebuah sistem proteksi, dimana sistem ini berfungsi sebagai pengaman dan pemutus jika terdapat gangguan pada jaringan, baik itu gangguan pada jaringan distribusi ataupun pada jaringan transmisi, sehingga tidak merusak transformator yang merupakan komponen utama dalam kelistrikan.

Jurnal yang berjudul “Perhitungan Koordinasi OCR/GFR dengan Menggunakan Software Matched pada Trafo Daya Unit II 20 MVA GI Salak”, membahas tentang OCR dan GFR pada transformator di Gardu Induk Salak yang nantinya dianalisis menggunakan software matched untuk melihat perhitungan pada reley agar lebih mudah dipahami. (Zulkarnaini dan Mohammad Iqbal, FTI ITP Padang, 2015).

Jurnal yang berjudul “Frekueni Gangguan Terhadap Kinerja Sistem Proteksi di Gardu Induk 150 KV Jepara”, jurnal ini menjelaskan tentang beberapa jenis gangguan yang sering terjadi dan dapat merusak komponen kelistrikan, serta

menjelaskan tentang fungsi dari sistem proteksi. (Tofan Aryanto, Sutarno, Said Sunardio, Univeritas Negri Semarang, 2013).

Jurnal yang berjudul “Koordinasi Sistem Proteksi Trafo 30 MVA di Gardu Induk 150 KV Krapyak”, jurnal ini membahas tentang perhitungan dan nilai setting relay proteksi OCR dan juga GFR pada trafo di Gardu Induk Krapyak,

serta menjelaskan tentang beberapa jenis relay yang ada di trafo secara umum. (sugeng Priyono).

Jurnal yang berjudul “Gangguan Hubung Singkat dan Proteksi Sistem Tenaga Listrik”, membahas tentang berbagai jenis gangguan yang sering terjadi pada jaringan distribusi dan sistem proteksi yang bekerja sebagai pengaman setiap komponen kelistrikan. (Adrial Mardensyah, Universitas Indonesia,2008)

Rezky Fajrian (2015) telah melakukan penelitian dengan judul “Analisa Koordinasi Proteksi Overcurrent Relay pada Jaringan Distribusi SUTM 20 kV dengan Menggunakan Software ETAP”, menganalisis bahwa OCR akan memerintah CB untuk trip jika terjadi nilai arus yang melebihi dari arus nominal pada setting alat, dan GFR juga akan memerintah CB untuk trip jika terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah (grounding).

Amien Harist Hardiansyah (2016), melakukan analisis pada jaringan distribusi dengan judul “Analisis Koordinasi Proteksi pada Jaringan Distribusi Radial”, dimana pada penelitian ini, penelitian membahas tentang perhitungan nilai setting arus secara manual yang terdapat di Gardu Induk Bantul pada penyulang BNL 10 tegangan 20 kV.

Dalam penelitian ini, penulis menganalisis sistem koordinasi kerja relay OCR dan GFR dengan menggunakan software ETAP 12.60, dengan melihat waktu kerja relay sesuai atau tidaknya nilai pada aplikasi dan nilai yang ada di lapangan, serta beberapa nilai perhitungan arus hubung singkat yang mungkin saja terjadi.

2.2. Tinjauan Pustaka

2.2.1 Pengertian Gardu Induk

Gardu Induk merupakan suatu instalasi kelistrikan yang dibangun sebagai titik awal untuk mensuplai tenaga listrik dengan memiliki beberapa fungsi, diantaranya adalah sebagai berikut:

• Mentransformasikan tenaga listrik tegangan tinggi yang satu ke tegangan tinggi lainnya atau ketegangan menengah.

• Sebagai tempat pegawasan operasi serta pengaturan pengamanan dari sistem tenaga listrik yang bekerja.

• Pengaturan daya ke Gardu Induk lainnya melalui tegangan tinggi, dan gardu distribusi melalui feeder tegangan menengah.

2.2.2 Gardu Induk Menurut Tegangannya

Gardu Induk menurut tegangannya dapat dikelompokkan menjadi 2 jenis.

• Gardu Induk Transmisi : yaitu Gardu Induk yang mendapatkan daya dari saluran transmisi untuk kemudian menyalurkannya ke daerah beban seperti industris, kota dan lainnya. Gardu induk transmisi yang ada di PLN adalah tegangan tinggi dengan besar tegangan 150 kV dan tegangan tinggi 30 kV.

• Gardu Induk Distribusi : merupakan Gardu Induk yang menerima tenaga dari Gardu Induk transmisi dengan menurunkan tegangannya melalui transformator tenaga menjadi tegangan menengah (20 kV, 12 kV, 6 kV) yang kemudian tegangan tersebut diturunkan kembali menjadi tegangan rendah (127/220 V atau 220/380 V) sesuai kebutuhan konsumen di daerah tersebut.

2.2.3 Gardu Induk Menurut Penempatannya

Berdasarkan penempatan lokasi Gardu Induk, maka Gardu Induk dapat dikelompokkan menjadi beberapa jenis pula, yaitu:

a. Indoor Substation (Gardu Induk pasangan dalam)

Adalah Gardu Induk yang dimana peralatannya dipasang di dalam gedung atau ruang tertutup, bertujuan untuk keselarasan dengan daerah sektiarnya, serta menghindari bahaya kebakaran dan gangguan suara.

b. Outdoor Substation (Gardu Induk pasangan luar)

Merupakan Gardu Induk yang peralatannya berada diluar gedung atau di tempat terbuka, namun sebagian instrument berada di dalam gedung seperti alat kontrol dan juga alat ukur, Gardu Induk ini memerlukan tanah yang luas dan biaya kontruksinya lebih murah serta sistem pendinginannya mudah.

Adalah Gardu Induk, dimana sebagian peralatan Gardu Induk jenis ini dipasang di dalam ruang tertutup dan yang lainnya dipasang diluar dengan mempertimbangkan situasi dan kondisi lingkungan. d. Under Ground Substantion (Gardu Induk pasangan bawah tanah)

Gardu Induk jenis ini, umumnya berada di pusat kota, biasanya Gardu Induk ini dibangun dikarenakan tanah yang tidak memadai, maka komponen keliastikannya dipasang dibawah bangunan tanah kecuali komponen sistem pendingin.

e. Semi Under Ground Substantion (Gardu Induk sebagian pasang dibawah tanah).

Yaitu Gardu Induk yang menempatkan peralatnnya dibawah tanah, dan biasanya transformator daya dipasang bawah tanah sedangkan peralatan lainnya dipasang di atas tanah.

f. Mobile Substantion (Gardu Induk mobil)

Adalah Gardu Induk yang peralatannya ditempatkan diatas triller dengan tujuan agar mudah dipindahkan, sehingga dapat dioperasikan dan dibawa ke tempat yang membutuhkan, biasanya dipakai dalam keadaan darurat dan sementara waktu, guna pencegahan beban lebih dan digunakan di tempat pembangunan sampai pembangunan selesai.

2.2.4 Komponen Utama pada Gardu Induk disisi Penyulang

• Transformator Daya

• Disconnecting Switch

• Circuit Breaker (CB)

• Arrester

• Panel kontrol

• Busbar

• Sistem pentanahan titik netral

2.2.5 Transformator Daya

Gambar 2.1 Transformator Daya pada Gardu Induk Godean

Adalah komponen utama dalam kelistrikan yang berfungsi untuk menaikkan ataupun menurunkan tegangan dari tegangan tinggi ke tegangan tinggi lainya atau ke tegangan menengah, dimana fungsi transformator ini menjadi komponen inti dalam dunia kelistrikan. Trafo juga berfungsi mentransformasikan daya listrik dengan merubah besaran tegangannya tanpa merubah frequensinya dan juga memiliki fungsi sebagai pengaturan tegangan. Pada transformator daya

terdapat trafo pentanahan yang berfungsi untuk mendapatkan titik netral dari trafo daya, peralatan ini disebut juga sebagai Neutral Current Transformer (NCT), ada juga NGR yaitu Neutral Grounding Resistance yaitu pentanahan pada trafo.

Dalam menentukan besaran transformator maka dibutuhkan rumus seperti berikut:

Daya Nyata = ( )

( ) ……….……….( 2.1) Kapasitas Trafo = ( ) x demand factor ……….…………( 2.2) Pada inti besi dan kumparan-kumparan pada trafo akan mengalami panas yang disebabkan oleh rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga, bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, maka dapat merusak isolasi yang terdapat pada trafo.

Maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebih tersebut, trafo membutuhkan alat atau sebuah sistem pendingin yang berfungsi untuk menyalurkan panas keluar dari trafo tersebut.

Media yang bisa dipakai pada sistem pendingin pada trafo berupa:

• Udara / Gas

• Minyak

• Air

Dan cara pengalirannya (sirkulasi) dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu:

• Alamiah (Natural)

Tabel 2.1 Macam-Macam Sistem Pendingin pada Trafo Daya

(Sumber : Ujangaja 2009)

No Macam-macam

sistem pendingin

Media

Di dalam trafo Di luar trafo

sirkulasi alamiah sirkulasi paksa sirkulasi alamiah sirkulasi paksa

1 AN - - Udara -

2 AF - - - udara

3 ONAN Minyak - Udara -

4 ONAF Minyak - - udara

5 OFAN - Minyak Udara -

6 OFAF - Minyak - udara

7 AFWF - Minyak - air

8 ONAN/ONAF kombinasi 3 dan 4

9 ONAN/OFAN kombinasi 3 dan 5

10 ONAN/OFAF kombinasi 3 dan 6

11 ONAN/OFWF kombinasi 3 dan 7

2.2.6 Instrumen Transformator

Merupakan transformator yang memiliki fungsi sebagai alat pengukuran, biasa disebut juga sebagai transformator ukur, didesign secara khusus untuk pengukuran dalam sistem tenaga listrik. Keandalan lain dari instrumen transformator ini adalah:

a. Memberikan isolasi elektrik bagi sistem tenaga listrik b. Tahan terhadap beban untuk berbagai tingkatan c. Tingkat keandalannya tinggi

Dibawah ini merupakan bentuk gambar Current Transformer (CT) pada transformator daya.

Gambar 2.2 Current Transformator

(Sumber : www.schneider-electric.co.id)

Trtansformator ini terdapat 2 jenis, yaitu transformator arus dan transformator tegangan, dengan fungsi merubah arus atau tegangan ke tingkat yang lebih rendah untuk pengoperasian relay atau metering.

1. Trafo Arus : adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur arus beban pada suatu rangkaian, dengan menggunkn trafo arus maka arus beban yang besar dapat diukur dengan menggunakan amperemeter.

2. Trafo tegangan : biasa disebut juga dengan potensial trafo yang memiliki fungsi:

a. Mentransformasikan nilai tegangan yang tinggi pada sisi primer ke nilai tegangan yang lebih rendah di sisi sekunder yang digunakan untuk pengukuran dan proteksi.

b. Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer, yaitu memisahkan instalasi pengukuran dan proteksi dari tegangan tinggi.

2.2.7 Disconetting Switch

Biasa disebut juga sebagai pemisah, pada dasarnya pemisah memiliki fungsi yang hampir sama dengan Circuit Breaker (CB), namum perbedaannya adalah, pemisah tidak dapat memutus jaringan jika terjadi arus gangguan. Pemisah pada gardu induk memiliki fungsi untuk memastikan jika sistem pada jaringan tidak dalam keadaan bertegangan. Untuk kapasitas pada pemisah sama dengan kapasitas yang terdapat pada CB,

2.2.8 Circuit Breaker (CB)

Gambar 2.3 Circuit Breaker

Adalah sebuah instrumen pemutus yang memiliki fungsi sebagai pemutus ataupun penyambung arus beban nominal untuk kepentingan operasi. Selain itu juga pemutus beban juga harus dapat memutuskan arus hubung singkat dan arus gagguan lain, apabila terjadi ganggun pada saluran atau jaringan pada daerah yang diproteksinya.

Untuk memilih pemutus yang baik, maka hendaknya menentukan nilai kapsitas pemutus arus yang memiliki nilai kapasitas tinggi, Karena pada jaringan 150 kV arus hubung singkat yang mungkin terjadi bernilai besar. Dalam menentukan pemutus biasanya menggunakan rumus sebagai berikut:

INominal =

√

………..………..( 2.3)

2.2.9 Arrester

Gambar 2.4 Beberapa Bentuk Lightning Arrester

(Sumber : www.ecvv.com)

Arrester merupakan suatu komponen yang juga penting dalam sistem

muatan listrik yang mengenainya serta mengurangi tegangan abnormal pada Gardu Induk tersebut. Syarat dalam pemilihan arrester :

Tegangan percikan dan tegangan pelepasan yaitu tegangan pada terminalnya pada waktu pelepasan, harus cukup rendah sehingga dapat mengamankan isolasi peralatan. Terkadang tegangan percikan disebut juga tegangan gagal sela atau jatuh tegangan.

Arrester harus mampu memutuskan arus dinamik dan dapat bekerja

terus seperti semula. Batas dari tegangan sistem dimana pemutusan arus susulan ini masih mungkin disebut dengan tegangan dasar dari arrester.

Jangkauan perlindungan arrester : untuk mengamankan terhadap surja hubung, maka arrester dipasang di antara transformator, yang memang menjadi tujuan utama perlindungan ini dan pemutus bebannya. Sedangkan pertimbangan lainnya, arrester dapat menyerap surja dari pemutus arus pembangkit. Dalam menentukan jarak aman antara transformator dan lightning arrester maka digunakan rumus sebagai berikut :

Ep = Ea +

………..………(2.4)

Dimana:

Ep : puncak surja yang datang

Ea : tegangan pelepasan arrester (kA) A : kecuraman gelombang datang S : jarak (meter)

Jika pemasangan arrester dengan peralatan yang dilindungi terlalu jauh maka tegangan lebih yang sampai pada terminal peralatan akan lebih tinggi dari tegangan pelepasan pada arrester tersebut.

2.2.10 Grounding

Grounding biasa disebut juga sebagai pentanahan, merupakan suatu faktor

penting dalam suatu sistem ketenaga kelistrikan, untuk membuat sistem pentanahan yang baik, maka grounding harus memiliki syarat-syarat sebagai berikut:

• Membuat jalur impedansi rendah ke tanah untuk pengamanan personil dan peralatan

• Menggunakan bahan tahan korosi terhadap kondisi kimiawi tanah untuk menjaga sistem selama peralatan masih berfungsi

• Sistem mekanik yang kuat namun mudah dalam pelayanan

• Mampu mengatasi gangguan berulang akibat surja hubung

Pada jaringan transmisi substation tahanan pentanahan tidak melebihi 5 ohm, pada saluran tegangan tinggi tahanan yang diperbolehkan maksiml 15 ohm sedangkan pada saluran tegangan menengah tahanan yang digunakan maksimal 25 ohm.

Tahanan pentanahan berkaitan dengan kandungan air dan suhu, maka tahanan pentanahan suatu sistem dapat saja berubah sesuai dengan perubahan iklim disetiap tahunnya.

2.2.11 Kabel

Kabel listrik adalah media untuk menghantarkan arus listrik ataupun informasi, kabel listrik biasanya terbentuk dari bermacam aneka bahan yang dapat mengantarkan listrik, biasanya terbuat dari tembaga, namun ada juga dari serat optik, baja dll.

Tabel 2.2 Beberapa Jenis Konduktor yang Digunakan pada SUTT dan SUTET

2.2.12 ACSR

Gambar 2.5 Aluminium Conduct Steel Reinforced (ACSR)

(Sumber : www.alkonusa.com)

Kabel ACSR merupakan kawat penghantar yang terbuat dari aluminium berinti kawat baja, kabel ini digunakan untuk saluran transmisi tegangan tinggi, dimana jarak antara menara atau tiang berjauhan mencapai ratusan meter, maka dibutuhkan kemampuan kuat tarik penghantar yagn lebih tinggi, untuk itu digunakan kawat penghantar ACSR.

2.2.13 Faktor-faktor Penyebab Gangguan

Adapun penyebab dari banyaknya gangguan pada sistem tenaga listrik biasanya disebabkan oleh beberapa factor, diantaranya:

a. Faktor manusia

Faktor ini terjadi dikarenakan kelalaian ataupun kesalahan dalam memberikan perlakuan terhadap sistem, contoh yang sering terjadi antar lain adalah salah penyambungan dalam rangkaian, keliru dalam mengkalibrasi suatu piranti pengaman dan lain sebagainya.

b. Faktor internal

Faktor ini terjadi karena adanya beberapa gangguan pada sistem itu sendiri, contoh dari gangguannya adalah faktor usia pakai, keausan dan lain sebagainya, hal ini dapat menjadi penyebab kurangnya sensitivitas relay pengaman, juga mengurangi daya isolasi peralatan listrik lainnya.

c. Faktor eksternal

Faktor ini merupakan gangguan yang berasal dari lingkungan sekitar, misalnya adanya saluran transmisi bawah tanah yang terkena bulldozer, saluran udara yang terkena sambaran petir ataupun pohon

yang tumbang.

2.2.14 Jenis-Jenis Gangguan Internal • Busur api

Merupakan gangguan internal yang dipicu oleh penyambungan konduktor yang tidak sesuai atau tidak baik, Kontak-kontak listrik yang tidak baik, Kerusakan isolasi antara inti baut.

• Gangguan pada sistem pendingin

Umumnya pendingin pada transformator adalah minyak transformator sendiri yang berfungsi sebagai isolasi sekaligus bahan pendingin. Namum ketika terjadi suatu gangguan didalam transformator maka minyak tersebut menimbulkan sejumlah gas yang dapat mengganggu sistem kerja transformator.

2.2.15 Jenis-Jenis Gangguan Eksternal

Dalam sistem tenaga listrik biasanya gangguan eksternal yang terjadi dapat dibagi menjadi beberap jenis, antara lain, gangguan tegangan lebih (Over voltage) dan juga gangguan hubung singkat (Short circuit fault).

• Over Voltage atau Gangguan Tegangan Lebih

Gangguan tegangan lebih adalah gangguan yang disebabkan adanya tegangan pada sistem tenaga listrik yang lebih besar dari keadaan normalnya. Gangguan ini dapat terjadi karena beberapa faktor, diantaranya faktor internal dan eksternal. Gangguan yang disebabkan oleh faktor internal biasanya mencakup perubahan beban yang mendadak, operasi pelepasan dan pemutusan yang mendadak dikarenakan adanya gangguan hubung singkat pada jaringan, serta kegagalan isolasi. Sedangkan dari faktor eksternal biasanya terjadi akibat adanya petir yang menyambar ke saluran atau kerebahan pohon akibat angin kencang.

• Short Circuit Fault atau Gangguan Hubung Singkat

Ganggaun hubung singkat pada sistem jaringan kelistrikan dapat diklasifikasi menjadi 4 jenis:

1. Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah

Adalah gangguan yang disebabkan adanya salah satu fasa yang terhubung dengan tanah sehingga menimbulkan hubung arus singkat.

Dengan rumus: Ia1 = _!

" # !$ # !% ……….( 2.5) Dimana:

Vf : Tegangan dititik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan

Z0 : Impedansi urutan nol dilihat dari titik gangguan Z1 : Impedansi uturan positif dilihat dari titik gangguan Z2 : Impedansi urutan negatif dilihat dri titik gangguan

2. Gangguan Hubung Singkat 2 fasa

Gambar 2.7 Gangguan Hubung Singkat antar 2 Fasa

Gangguan yang terjadi Karena adanya 2 buah jaringan yang saling terhubung, bianya disebabkan oleh hewan seperti ular, monyet dan ranting pohon.

Dengan rumus : Ia1 = _!

" # !$ ………...( 2.6) Dimana :

Vf : Tegangan dititik gangguan sesaat sebelum terjadinya gannguan

Z2 : Impedansi urutan negatif dilihat dri titik gangguan

3. Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa ke Tanah

Gambar 2.8 Gangguan Hubung Singkat yang Terjadi antara 2 Fasa ke Tanah Gangguan yang terjadi karena adanya keterhubungan antara 2 saluran fasa ke tanah.

Dengan rumus : : Ia1 =

!$ # _{&% ' &"} &% &"

………...….(2.7)

Dimana:

Vf : Tegangan dititik ganggaun sesaat sebelum terjadinya gannguan

Z0 : Impedansi urutan nol dilihat dari titik gangguan Z1 : Impedansi uturan positif dilihat dari titik gangguan Z2 : Impedansi urutan negatif dilihat dari titik gangguan

4. Gangguan Hubung Singkat 3 fasa

Gambar 2.9 Ganggaun Hubung Singkat 3 Fasa

Gangguan yang terjadi dikarenakan ke 3 buah saluran atau jaringan saling menyatu.

Dengan rumus

Ia = Ia1 ……….. .….( 2.8) atau

Ia = _!

$ ………..…( 2.9) Dimana :

Vf : Tegangan dititik gangguan sesaat sebelum terjadinya gannguan

Z1 : Impedansi uturan positif dilihat dari titik gangguan Ia : Arus pada Fasa R

2.2.16 Sifat-Sifat Gangguan

Berdasarkan sifatnya gangguan dibedakan menjadi 2 bagian yaitu:

• Gangguan permanen, gangguan ini ditandai dengan bekerjanya kembali PMT untuk memutus daya listrik, gangguan permanen baru dapat diatasi setelah penyebab gangguannya hilang.

• Gangguan sementara (temporer), gangguan yang ditandai dengan normalnya kerja PMT setelah dimasukkannya kembali, pada gangguan ini dapat diatasi setelah sebab gangguan hilang dengan sendirinya setelah PMT trip.

2.2.17 Pengertian Proteksi Tenaga Listrik

Proteksi merupakan suatu sistem kelistrikan yang memiliki fungsi sebagai pengisolasi, pemisah dan pemutus jika terdapat suatu gangguan dari suatu keadaan abnormal. Sistem Proteksi juga biasa disebut sebagai sistem pengaman, pengaman dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu:

1. Pengaman utama

Merupakan pengaman yang sangat berperan penting dalam menjaga instrumen yang akan dilindungi, dan dia merupakan sistem proteksi utama, maka cara kerja sistem pengaman utama harus cepat sehingga apabila terjadi suatu gangguan dalam sistem, komponen yang mendapat gangguan cepat diputus dan tidak mengalami kerusakan secara luas.

2. Pengaman cadangan

Adalah pengaman yang disiapkan setelah pengaman utama, pengaman ini bekerja apabila terjadi kegagalan dalam sistem pengaman utama, pengaman cadangan juga dapat dibagi menjadi 2 lagi yaitu:

• Local back up (pengaman cadangan terletak di satu lokasi yang sama dengan pengaman utama)

• Remote back up (pengaman cadangan terletak di tempat yang berbeda dari pengaman utama)

Sistem Proteksi pada suatu jaringan kelistrikan sangat berperan penting, terkhusus ketika terjadinya keadaan abnormal yang mendadak pada sistem jaringan, gangguan pada jaringan sistem kelistrikan dapat terjadi di pembangkit, baik itu pada jaringan transmisi maupun jaringan distribusi. Saat gangguaan itu

terjadi, maka peran sistem proteksi harus dapat mengidentifikasi gangguan tersebut dan menjadi pemutus bagian yang mendapat gangguan dengan secepat mungkin.

Gambar 2.10 Relay Proteksi

(Sumber : www.schneider-electric.co.id)

Relay proteksi yang terdapat pada sistem proteksi merupakan komponen

utama yang harus mengidentifikasi gangguan yang terjadi pada suatu sistem, relay proteksi akan bekerja secara otomatis dengan memerintah atau memberikan sinyal kepada CB untuk memisahkan peralatan dari gangguan sebelum terjadi. relay juga harus memiliki beberapa standar keandalan sehingga dapat menjadi pemutus yang benar-benar baik, diantara syarat standar keandalannya sebagai berikut:

a. Sensitivitas

Yaitu kemampuan sistem proteksi untuk mengidentifikasi ketidak normalan yang terjadi pada suatu jaringan dimana relay tersebut bekerja. b. Selektivitas

Pengkoordinasian pada sistem proteksi, jika tedapat gangguan maka relay hanya memutus bagian yang diperlukan saja, tidak memutus jaringan yang luas.

c. Keamanan

Kemampuan sistem proteksi saat bekerja, sistem ini akan bekerja saat terjadi gangguan saja dan tidak akan berkerja jika tidak terjadi gangguan.

d. Kecepatan

Jika terjadi suatu gangguan pada jaringan maka sistem proteksi harus bisa bekerja dengan baik dengan waktu secepat mungkin agar tidak menyebabkan kerusakan pada komponen yang terdapat pada jaringan tersebut.

Dengan keandalah pada relay, maka relay harus bekerja secara baik sebagai pemutus, jika terjadi ganggaun saja, relay yang baik akan bekerja saat terjadi gangguan dan tidak akan bekerja saat keadaan normal.

2.2.18 Komponen Proteksi Jaringan

a. Penutup Balik Otomatis (Automatic Circuit Recloser)

Adalah rangkaian listrik yang terdiri dari pemutus tenaga yang dilengkapi dengan kotak kontrol elektrronik recloser, yaitu satu peralatan elektronik sebagai kelengkapan recloser dimana peralatan ini tidak berhubungan dengan tegangan menengah dan pada peralatan ini recloser dapat dikendalikan secara manual. Di dalam kotak kontrol inilah pengaman pada recloser dapat ditentukan nilai setting-nya.

Alat ini bekerja secara otomatis guna mengamankan suatu sistem arus lebih yang diakitbatkan adanya ganggguan hubung singkat, adapun mengenai cara kerjanya, recloser ini akan menutup balik dan membuka secara otomatis dengan

pengaturan waktu yang dapat ditentukan sendiri, dimana pada gangguan temporer, recloser akan berada pada posisi lock out, recloser akan menutup kembali setelah

gangguan hilang. Namun jika gangguan bersifat permanen maka recloser akan tetap berada pada posisi lock out.

b. Saklar Seksi Otomatis (Sectionalizer)

Saklar seksi otomatis merupakan sebuah alat pemutus yang secara otomatis membebaskan seksi-seksi yang terganggu dari suatu sistem jaringan distribusi, tetapi tidak memutus arus gangguan, karena biasanya dipakai dalam hubungannya dengan Penutup Balik Otomatis (PBO). Fungsi dari saklar seksi Otomatis adalah sebagai pemutus rangkaian untuk dapat memisah saluran utama dalam beberapa seksi, agar pada gangguan permanen, luas daerah ataupun jaringan yang harus dibebaskan disektiar lokasi gangguan menjadi seminimal mungkin.

c. Pengaman Lebur (Fuse Cute Out)

Pengaman lebur adalah suatu alat pemutus, dimana dengan meleburnya bagian dari komponen yang telah dirancang khusus dan disesuaikan ukurannya untuk membuka rangkaian, dimana pelebur tersebut dipasang dan memutuskan arus bila arus tersebut sudah melebihi suatu nilai dalam waktu tertentu, pengaman lebur memiliki tujuan untuk menghilangkan gangguan permanen, maka alat ini dirancang meleleh pada waktu tertentu pada nilai arus gangguan tertentu.

d. Relay Proteksi

Relay proteksi adalah suatu piranti, baik elektronik maupun magnetik

peralatan listrik yang bisa membahayakan atau tidak diinginkan, jika bahaya itu muncul maka relay proteksi harus memberikan sinyal atau perintah untuk membuka pemutus tenaga agar bagian terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal secepat mungkin.

Relay pengaman dapat mengetahui adanya gangguan pada peralatan yang

perlu diamankan dengan mengukur atau membandingkan besaran yang telah ditentukan besarannya, seperti arus, tegangan, daya, sudut fasa dan lain sebagainya sesuai besaran yang telah ditentukan.

Pada prinsipnya, relay proteksi memiliki 3 buah fungsi yaitu:

• Merasakan adanya gangguan pada sistem jaringan

• Mengukur besarnya gangguan yang terjadi pada sistem jaringan

• Memerintahkan pemutus tenaga untuk membuka agar gangguan tersebut tidak semakin meluas atau tetap menutup.

2.2.19 Komponen-Komponen Relay Proteksi Trafo 1. Relay Diferensial

Merupakan Relay yang dirancang untuk mendeteksi perbedaan antara arus yang masuk dengan daerah atau zona yang diproteksinya dengan arus yang keluar, relay ini akan bekerja apabila arus yang masuk tidak sama dengan arus yang

keluar. Relay ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat yang terjadi didalam daerah pengaman transformator. Relay ini memiliki cara kerja dengan membandingkan arus yang masuk ke peralatan dengan arus yang keluar dari peralatan tersebut.

Relay Dalam Keadaan Normal

Gambar 2.11 Gambaran Relay yang Bekerja dalam Keadaan Normal

(Sumber : rakhman.net 2013)

Jika keadaan normal maka jumlah arus yang mengalir melalui peralatan listrik yang diproteksi bersirkulasi melalui loop pada kedua sisi di daerah kerja relay diferensial tersebut, maka nilainya adalah (Id = Ip-Is=0)

Relay Dalam Keadaan Gangguan

Gambar 2.12 Gambaran Relay Saat Terjadinya Gangguan

(Sumber : rakhman.net 2013)

Jika terjadi ganggguan didalam daerah kerja relai diferensial maka arus dari kedua sisi akan saling menjumlah dan relai akan memberi perintah ke circuit breaker untuk memutuskan arus yang mengalir tersebut.

2. Relay Arus Lebih / Overcurrent Relay (OCR)

Relay ini bekerja apabila ada arus yang terdeteksi oleh relay melebihi

setelan nilai ambang batas arusnya yang telah disetting.

Relay ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap arus

hubung singkat antar fasa didalam maupun diluar daerah pengaman transformer. Relay ini harus mempunyai sifat komplementer dengan relay beban lebih, dan

relay ini berfungsi sebagai pengaman cadangan bagi sebagian instalasi lainnya.

Jenis dan karakteristik dari OCR:

• Definite, memiliki setting waktu yang pasti

• Stndart invers, memiliki setting arus minimum dan waktu kerja yang tak tentu tergantung arus gangguan.

• Karakteristik invers yang lainnya adalah very inverse dan extremely inverse.

3. Relay Gangguan Tanah / Ground Fault Relay (GFR)

Relay ini bekerja untuk mendeteksi gangguan ke tanah atau lebih tepatnya

dengan mengukur besarnya arus residu yang mengalir ke tanah.

Relay ini bekerja berdasarkan adanya kenaikan arus yang melebihi suatu

nilai setting pengaman tertentu dalam jangka waktu tertentu, apabila terjadi gangguan arus hubung singkat fasa ke tanah.

4. Relay Ganggaun Tanah Terbatas (REF)

Relay ini berfungsi sebagai pengaman transformator bila ada gangguan satu

fasa ke tanah didekat titik netral transformator yang tidak dirasakan oleh relay differensial.

2.2.20 Software ETAP 12.60

Merupakan sebuah software aplikasi yang memiliki fungsi dalam merancang dan melakukkan analisis sebuah sistem tenaga listrik. Aplikasi ini banyak digunakan dalam mensimulasikan sistem tenaga listrik. Dengan menggambarkan single diagram dari sutu sistem jaringan maka dapat diketahui bagaimana kondisi suatu jaringan itu bekerja.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Alat yang Digunakan dalam Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini , yaitu sebagai berikut:

• Satu unit komputer/laptop, ASUS X45C

• Printer,

• Kalkulator.

• Software ETAP 12.60

3.2 Lokasi Penelitian Tugas Akhir

Lokasi yang dipilih sebagai tempat pelaksanaan penelitian tugas akhir adalah Gardu Induk Godean yang berlokasi di Desa Krandon, Godean, Yogyakarta.

3.3 Data yang Dibutuhkan

Untuk menyelasaikan penelitian Tugas Akhir ini maka dibutuhkan data-data yang berhubungan dengan penelitian ini, adapun data-data-data-data yang dibutuhkan sebagai berikut:

• Singleline diagram Gardu Induk Godean

• Sistem Koordinasi Relay OCR dan GFR

• Data Standar kerja setting relay

• Parameter tiap komponen sesuai SPLN No. 59 Tahun1985

3.4 Tahapan Penelitian

Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini memiliki beberepa proses, yang dilaksanakan sehingga penelitian ini dapat selesai dengan semestinya. Adapun proses-proses penelitian ini seperti gambar 3.1 berikut:

3.5 Studi Literatur

Studi literatur memiliki peranan yang penting dalam suatu penelitian karena dapat dimanfaatkan sebagai landasan logika berfikir dalam menyelesaikan masalah secara ilmiyah. Studi literatur dilakukan dengan cara mempelajari teori-teori yang akan digunakan untuk mencapai tujuan suatu penelitian.

3.6 Pengumpulan Data

Dalam proses pengumpulan data Tugas Akhir ini penulis melakukan penelitian dengan cara pengamatan langsung ke lapangan dan pengambilan data-data sistem serta tinjauan pustaka yang dibutuhkan, selain itu untuk lebih meyakini kondisi sistem juga dilakukan tanya jawab dengan pihak yang bertugas di Gardu Induk Godean.

3.7 Analisis sistem Setting Relay OCR dan GFR

Setelah data-data yang diperlukan telah terpenuhi kemudian melakukan perhitungan dan analisa setting relay OCR dan GFR dengan perhitungan manual dan diaplikasikan dengan ETAP 12.60 berdasarkan data-data dan juga rumus-rumus dari referensi yang terkait.

3.8 Hasil

Adapun hasil dari perhitungan dan juga pengaplikasian pada software ETAP 12.60 adalah mengetahui sistem koordinasi kerja relay OCR dan GFR masih memenuhi standar SPLN atau tidak.

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Gardu Induk Godean

Gardu Induk Godean berada di jalan Godean Yogyakarta, ditinjau dari peralatannya, Gardu Induk ini merupakan gardu induk pasangan luar, gardu induk godean memiliki kapasitas tegangan sebesar 150/20 kV, dimana 150 kV merupakan tegangan pada sisi primer dan 20 kV pada sisi sekunder yang nantinya akan didistribusikan kepada para konsumen.

Gardu Induk Godean memiliki 2 buah transformator daya, yaitu Trafo I dan Trafo II dengan masing-masing berkapasitas 30 MVA, dengan 5 buah penyulang setiap Trafonya, dengan 3 penyulang yang beroperasi, dan 2 penyulang sebagai penyulang cadangan disetiap trafo.

Pada Gardu Induk Godean, Trafo II, 3 buah penyulang yang beroperasi memiliki sistem koordinasi terhadap relay yang dipasang, beberapa relay yang dipasang berada disisi sebelum penyulang, setelah penyulang dan ada juga relay yang dipasang pada jaringan yaitu recloser.

4.2. Transformator Daya

Di Gardu Induk Godean terdapat 2 buah transfotmator dengan setiap transfotmator berkapasitas 30 MVA, untuk sampel maka data yang dimasukkan adalah data Trafo II dengan spesifikasi sebagai berikut:

Tabel 4.1 Spesifikasi Trafo II di Gardu Induk Godean

Trafo II yang digunakan pada Gardu Induk Godean adalah trafo dengan merk ABB, dengan Arus Hubung singkat perfasa sebesar 9,23 kA, dan arus hubung singkat 3 fasa sebesar 2398,18 MVA, untuk kapasitasnya, trafo ini memiliki daya sebesar 30 MVA dengan sisi primer bertegangan 150 kV dan tegangan disisi sekunder sebesar 20 kV, serta arus nominal sebesar 866 Ampere.

DATA TRAFO DI GARDU INDUK GODEAN

GARDU INDUK GODEAN

TRAFO GODEAN II

MERK TRAFO ABB

OUTGOING

ARUS HS. 3 PHS 9,23 kA

ARUS HS. 150 KV 2398,18 MVA

KAPASITAS TRAFO 30 MVA

TEGANGAN SISI PRIMER 150 kV

TEGANGAN SISI SEKUNDER 20 kV

IMPEDANSI TRAFO 13,27 %

IMP URT POS/NEG 0,1344 RL1 (Ohm) 0,3158 XL1 (Ohm)

IMP URT NOL 0,3631 RL0 (Ohm)

1,6034 XL0 (Ohm)

I NOMINAL TRAFO 866 A

Rn (NGR) 0,3 Ohm

Data teknik trafo II pada Gardu Induk Godean diatas digunakan untuk pendukung perhitungan impedasi sumber, impedasi penyulang, arus hubung singkat dan penyetelan setting pada relay OCR, GFR, serta Recloser.

4.3 Overcurrent Relay dan Ground Fault Relay Pada Jaringan di Gardu Induk

Godean

Overcurrent relay atau yang biasa dikenal dengan relay arus lebih merupakan

relay yang berfungsi sebagai pengaman dan juga untuk memutus suatu jaringan jika

terjadi kenaikan arus yang melebihi nilai yang telah disetting pada alat dengan waktu yang telah ditetapkan. Pada umumnya relay terhubung dengan CB ataupun PMT, jika terjadi suatu kenaikan arus yang melebihi dari nilai yang telah disetting maka relay akan mengirimkan sinyal kepada CB untuk trip dan memutus arus abnormal yang terjadi. Sama halnya dengan Ground Fault relay, merupakan relay yang berfungsi sebagai pemutus suatu jaringan jika terjadi kenaikan arus yang disebabkan menyatunya kabel fasa ke tanah. Dalam hal ini relay yang digunakan sebagai sampel adalah data setting relay pada sisi trafo II Gardu Induk Godean Yogyakarta.

Tabel 4.2 Spesifikasi OCR dan GFR

No Proteksi Merk type

Rasio CT

OCR dan GFR150 kV Schneider E Micom P122 150/1

OCR dan GFR INCOMING 20 kV Areva Micom P122 800/1 OCR dan GFR PENYULANG GE Multilin MIF II 400/5

Untuk sistem proteksi pada trafo II di Gardu Induk Godean, dipasang beberapa relay OCR dan GFR, untuk sisi Incoming 20 kV, relay yang digunakan bermerk Areva

dengan tipe Micom P122 dengan rasio CT sebesar 800 : 1. Sedangkan untuk sisi penyulangnya, digunakan relay bermerk Multilin MIF II yang memiliki rasio CT sebesar 400 : 5.

4.4 Data setting Relay OCR di Gardu Induk Godean

Data setting relay terdiri dari rasio trafo yang dipakai pada masing-masing relay, setting nilai arus dan juga waktu inverse (I>) ditunjukkan pada Tabel 4.3. Pada sisi 150

kV nilai setting arus yang mengalir pada relay tidak lebih dari 0,92 Ampere dengan waktu yang telah ditetapkan sebesar 0,35 detik, sedangkan untuk relay disisi incoming nilai arus setting sebesar 1,18 Ampere dengan waktu 0,225 detik dan untuk sisi penyulang arus yang disetting sebesar 6 Ampere dengan waktu 0,19 detik.

Sedangkan untuk relay gangguan tanahnya pada sisi 150 kV disetting dengan arus 0,31 Ampere dan waktu 0,7 detik, sedangkan untuk sisi incoming 20 kV disetting arus sebesar 0,395 Ampere dengan waktu 0,42 detik, dan untuk sisi penyulang disetting arus sebesar 3 Ampere dengan waktu sebesar 0,24 detik.

4.5 Data Setting Recloser yang Digunakan pada Jaringan Penyulang GDN 1 Trafo II

Recloser merupakan suatu komponen listrik yang berfungsi sebagai pemutus

tenaga yang dilengkapi dengan sistem kontrol, peralatan ini dapat merasakan arus gangguan dan memerintahkan operasi buka tutup kepada pemutus tenaga, recloser juga sering disebut sebagai Penutup Balik Otomatis (PBO). Untuk jaringan distribusi pada penyulang di Gardu Induk godean GDN 1, dipasanglah recloser dengan ketentuan data sebagai berikut :

Merk : Nulec

Arus nominal : 630 A

Arus HS : 12,4 kA

Tegangan nominal : 24 kV

Media Peredam : Vacum

Rasio CT : 1000/1

4.6 Data Konduktor yang Digunakan pada Jaringan Penyulang GDN 1 Trafo 2

Tabel 4.4 Panjang Jenis Penghantar di GI Godean, Penyulang GDN 1

Jenis Konduktor Diameter Konduktor Panjang Jaringan

AAAC 240 mm2 6,2 km

AAAC 150 mm2 6,2 km

Penghantar pada jaringan distribusi yang terdapat disisi penyulang GDN 1 Trafo II Gardu Induk Godean adalah penghantar dengan jenis konduktor AAAC dengan

menggunakan dia meter 240 mm2 untuk penghantar fasanya dan 150 mm2 untuk penghantar fasa-netralnya. Dengan panjang jaringan sepanjang 6,2 km.

Tabel 4.5 Impedansi Jenis Penghantar di GI Godean, GDN 1 jenis

Konduktor Diameter Konduktor

Urutan Positif /

Negatif Urutan Nol

AAAC 240 mm2 0,1344 + j 0,3158 0,2824 + j 1,6034

AAAC 150 mm2 0,2162 + j 0,3305 0,3631 + j 1,6034

Data penghantar ini digunakan untuk melakukan perhitungan manual, maka dibutuhkan data impedansi urutan positif/negative pada konduktor 3 fasa dan impedansi urutan nol untuk fasa-netralnya, data ini digunakan untuk mengetahui seberapa besar kemungkinan arus gangguan yang dapat terjadi pada jaringan dengan jarak tertentu.

4.7 PERHITUNGAN DAN ANALISIS

Setiap sistem tenaga listrik dibagi menjadi beberapa seksi yang dibatasi oleh CB/PMT, dan setiap seksi memiliki batas atau wilayah yang harus diamankan jika terjadi suatu gangguan abnormal dengan menaruh relay proteksi pada setiap bagian seksi. Jika terjadi keadaan abnormal pada jaringan, maka relay akan bekerja mendeteksi gangguan dan memberikan sinya kepada PMT untuk trip. Tujuan dari sistem proteksi ini sendiri untuk melindungi seksi yang lain atau sebagai pembatas untuk memperkecil zona gangguan yang terjadi pada jaringan.

Gambar 4.2 Letak OCR dan GFR pada Jaringan di Gardu Induk Godean

Pada Gambar 4.3, menjelaskan tentang kapasitas trafo II yang ada pada Gardu Induk Godean dan juga jenis saluran serta panjang kabel yang digunakan pada Gardu Induk yang beroperasi dari PMT ke Trafo II dan panjang penyulang GDN 1.

Gambar 4.3 Panjang dan Jenis Saluran Jaringan di Gardu Induk Godean GDN 1

4.8 Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Arus Lebih

Gangguan hubung singkat Arus Lebih pada suatu jaringan dapat berupa :

1. Gangguan hubung singkat 3 fasa 2. Gangguan hubung singkat 2 fasa

Perhitungan gangguan hubung singkat ini dihitung besarnya berdasarkan panjang penyulang, dimana perhitungan arus lebih ini diasumsikan terjadi pada penyulang GDN 1 di titik 25%, 50%, recloser, 75%, dan 100% panjang penyulang (lihat Gambar 4.3)

4.8.1 Menghitung Impedansi Sumber

Data hubung singkat di bus primer (150 kV) pada Gardu Induk Godean adalah 2398,18 MVA, yang diambil dari rumus Psc= √3 x Isc x V

Psc= √3 x 9,2306 kA x 150 kV

= 2398,18 MVA

Maka untuk menghitung Impedansi sumber (Xs) adalah

Xs (sisi 150 kV) =

=

Untuk mengetahui impedansi sisi sekunder, yaitu di bus sisi 20 kV maka :

Xs (sisi 20 kV) = x Xs (Primer)

=

4.8.2 Menghitung Reaktansi pada Trafo

Sebagaimana yang diketahui, trafo II pada Gardu Induk Godean memiliki reaktansi sebesar 13,27%, untuk mengetahui besarnya nilai reaktansi urutan positif dan negatif serta reaktansi urutan nol dalam ohm, maka perlu dihitung dulu besar nilai ohm pada 100% nya.

Besarnya nilai ohm pada 100% :

Xt ( pada 100%) =

Xt ( pada 100%) = =13,33

Nilai reaktansi trafo tenaga :

 Reaktansi urutan positif dan negative (Xt1 = Xt2) Xt = 13,27% × 13,33 = 1,76 (Ohm)  Reaktansi urutan nol (Xt0)

Karena Trafo daya pada Gardu induk Godean memiliki hubungan YN yn0, maka diasumsikan besarnya Xt0 berkisar antara 9 s.d 14 . Xt1. Dalam perhitungan ini diambil nilai Xt0 lebih kurang 10. Xt1. Dengan demikian perhitungan Xt0 = 10 x 1,76 =17,6 (Ohm)

4.8.3 Menghitung Impedansi pada Penyulang

Dari data yang didapat, diketahui bahwa Gardu Induk Godean menggunakan 1 jenis penghantar dengan 2 diameter yang berbeda, yaitu: AAAC 240 mm2 dan AAAC mm2 (lihat table 4.2 dan 4.3).

Panjang penyulang = 6,2 km, dengan panjang penghantar AAAC 240 mm2 = 6,2 Km

Z1=Z2 (AAAC 240 mm2) = (0,1344 + j 0,315) /km x 6,2 Km

Z1&Z2 = 0,833 + j 1,957

Sedangkan untuk Z0 adalah:

Z0 (AAAC 150 mm2) = (0,3631 + j 1,6034) /km x 6,2 Km

Z0 = 2,251 + j 9,94108

Dari perhitung diatas maka nilai impedansi penyulang untuk lokasi gangguan dengan jarak 0%, 25%, 50%, recloser, 75% dan 100% panjang penyulang adalah sebagai berikut :

 Urutan Positif

Tabel 4.6 Impedansi Penyulang Urutan Positif dan Negatif panjang

jaringan % jarak (Km) Perhitungan

impedansi Penyulang Z1 dan Z2

0 0 0% . (0,833 + j 1,957) 0

25 1.55 25% . (0,833 + j 1,957) 0,2082 + j 0,4892 Ohm 50 3.1 50% . (0,833 + j 1,957) 0,4165 + j 0,9785 Ohm Recloser 4.4 4.4 x (0,1344 + j 0,3157) 0,5913 + j 1,3895 Ohm 75 4.65 75% . (0,833 + j 1,957) 0,6247 + j 1,4677 Ohm 100 6.2 100% . (0,833 + j 1,957) 0,833 + j1,957 Ohm

 Urutan Nol

Tabel 4.7 Impedansi Penyulang Urutan Nol panjang

jaringan %

jarak (Km) Perhitungan Impedansi Penyulang Z0

0 0 0% . (2,251 + j 9,94108) 0

Tabel 4.7 Impedansi Penyulang Urutan Nol (Lanjutan) Panjang

Jaringan

Jarak (Km) Perhitungan Impedansi Penyulang Z0 Recloser 4.4 4.4 x (0,3631 + j 1,6034) 1,5976 + j 7,0549 Ohm 75 4.65 75% . (2,251 + j 9,94108) 1,688 + j 7,4558 Ohm 100 6.2 100% . (2,251 + j 9,94108) 2,251 + j 9,94108 Ohm

4.8.4 Menghitung Impedansi Ekivalen Jaringan

Perhitungan Z1eq = Z2eq :

Z1eq = Z2eq = Zis (sisi 20 kv ) + ZiT + Z1 Penyulang = j 0,166 + j 1,76 + Z1 Penyulang

= j 1,926 + Z1 Penyulang

Karena lokasi gangguan diasumsikan terjadi pada 0%, 25%, 50%, recloser, 75%, 100% pada penyulang, maka Z1eq (Z2eq) yang diperoleh adalah sebagai berikut :

Tabel 4.8 Impedansi Ekivalen Z1eq dan Z2eq

panjang jaringan % Perhitungan

impedansi Penyulang Z1 dan Z2

0 0 + j 1,926 0 + j 1,926 Ohm

25 0,2082 + j 0,4892 + j 1,926 0,2082 + j 2,4152 Ohm 50 0,4165 +j 0,9785 + j 1,926 0,4165 + j 2,9045 Ohm Recloser 0,5913 + j 1,3895 + j 1,926 0,5913 + j 3,3155 Ohm 75 0,6247 + j 1,4677 + j 1,926 0,6247 + j 3,3937 Ohm 100 0,833 + j 1,957 + j 1,926 0,833 + j 3,883 Ohm

Perhitungan Z0eq:

Z0eq = Z0t + 3 Rn+ Z0 Penyulang = J 17,6 + (3 x 0,3) + Z0 Penyulang

= 0,9 + j 17,6 + Z0 Penyulang

Karena lokasi gangguan diasumsikan terjadi pada 0%, 25%, 50%, recloser, 75%, 100% pada penyulang, maka Z1eq (Z2eq) yang diperoleh adalah sebagai berikut :

Tabel 4.9 Impedansi Ekivalen Z0eq panjang

jaringan % Perhitungan impedansi Penyulang Z0

0 0 + 0,9 + j 17,6 0,9 + j 17,6 Ohm

25 0,56275 + j 2,4852 + 0,9 + j 17,6 1,4627 + j 20,0852 Ohm 50 1,1255 + j 4,9705 + 0,9 + j 17,6 2,0255 + j 22,5705 Ohm recloser 1,5976 + j 7,0549 + 0,9 + j 17,6 2,4976 + j 24,6549 Ohm 75 1,688 + j 7,4558 + 0,9 + j 17,6 2,588 + j 25,0558 Ohm 100 2,251 + j 9,94108 + 0,9 + j 17,6 3,151 + j 27,54108 Ohm

4.8.5 Menghitung Arus Gangguan Hubung singkat

Setelah mendapatkan impedansi ekivalen sesuai lokasi gangguan yang diasumsikan, selanjutnya perhitungan arus gangguan hubung singkat yang dapat terjadi, dihitung dengan menggunakan rumus dasar (I = V/Z), hanya saja impedansi ekivalen mana yang akan dimasukkan ke dalam rumus dasar tersebut, tergantung dari jenis arus gangguan hubung singkatnya, dimana arus gangguan hubung singkat arus lebih tersebut bisa saja arus gangguan hubung singkat 3 fasa ataupun 2 fasa.

 Gangguan Arus Hubung Singkat 3 Fasa

Rumus yang digunakan untuk menghiutng besarnya arus gangguan hubung singkat 3 fasa adalah :

I = V/Z

Dimana : I : Arus gangguan hubung singkat 3 fasa

V : Tegangan fasa – Netral sistem 20 kV (Vph) = 20 kV / √3 Z : Impedansi urutan positif (Z1eq)

Sehingga arus gangguan hubung singkat 3 fasa dapat dihitung sebagai berikut : I 3 fasa = Vph / Z1eq

I 3 fasa = 11547 / Z1eq

Tabel 4.10 Arus Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa

panjang jaringan % Perhitungan Arus gangguan 3 fasa

0 11547 : √ 02 + 1,9262 5995,3 Ampere

25 11547 : √ 0,20822 + 2,41522 4763,3 Ampere

50 11547 : √ 0,41652 + 2,90452 3935,3 Ampere

Recloser 11547 : √ 0,59132 + 3,31552 3428,6 Ampere

75 11547 : √ 0,62472 + 3,39372 3346,2 Ampere

100 11547 : √ 0,8332 + 3,8832 2907,5 Ampere

 Gangguan Arus Hubung Singkat 2 Fasa

Rumus dasar yang digunakan untuk menghitung besarnya arus gangguan hubung singkat 2 fasa adalah :

I = V/Z

Dimana : I : Arus gangguan hubung singkat 2 fasa V : Tegangan fasa – fasa sistem 20 kV (Vph)

Z : Jumlah Impedansi urutan positif (Z1eq) dan urutan negate (Z2eq)

Sehingga arus ganggaun hubung singkat 2 fasa dapat dihitung sebagai berikut :

I2fasa = Vph-ph / Z1eq + Z2eq = 20000 / Z1eq + Z2eq = 20000 / 2 x Z1eq

Dan nilai arus gangguan hubung singkat 2 fasa dapat dihitung sesuai lokasi gangguan sebagai berikut :

Tabel 4.11 Gangguan Arus Hubung Singkat 2 Fasa

panjang jaringan % Perhitungan Arus gangguan 2 fasa

0 20000 :2 √ 02 + 1,9262 5192,1 Ampere

25 20000 :2 √ 0,20822 + 2,4152 4125,4 Ampere

50 20000 :2 √ 0,41652 + 2,90452 3408,07 Ampere

Recloser 20000 :2 √ 0,59132 + 3,31552 2969,2 Ampere

75 20000 :2 √ 0,62472 + 3,39372 2897,9 Ampere

100 20000 :2 √ 0,8332 + 3,8832 2518,03 Ampere

 Gangguan Arus Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah

Rumus dasar yang digunakan untuk menghitung besarnya arus gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah (ground) adalah :

Dimana : I : Arus urutan Nol atau (I0)

V : Tegangan fasa – netral sistem 20 kV (Vph) = 20000 / √3

Z : Jumlah Impedansi urutan positif (Z1eq) dan urutan negate (Z2eq) dan impedansi urutan Nol (Z0eq)

Sehingga arus ganggaun hubung singkat 1 fasa ke tanah dapat dihitung sebagai berikut :

I1fasa = 3 x Vph / Z1eq + Z2eq + Z0eq

= 3 x (20000 / √3) / Z1eq + Z2eq + Z0eq = 34641,016 / 2 x Z1eq + Z0eq

Dan nilai arus gangguan hubung singkat 1 fasa dapat dihitung sesuai lokasi gangguan sebagai berikut :

Tabel 4.12 Gangguan Arus Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah panjang

jaringan % Perhitungan

Arus gangguan 1 fasa

0 34641,016 :2 √ 02 + 1,9262+ √ 0,92 + 17,62 1623,08 Ampere

25 34641,016 :2 √ 0,2082

2

+ 2,41522+ √ 1,46272 +

20,08522 1386,3 Ampere

50 34641,016 :2 √ 0,4165

2

+ 2,90452+ √ 2,02552 +

22,57052 1214,2 Ampere

recloser

34641,016 :2 √ 0,59132 + 3,31552+ √ 2,49762 +

24,65492 1099,1 Ampere

75 34641,016 :2 √ 0,6247

2

+ 3,39372+ √ 2,5882 +

25,05582 1079,4 Ampere

100 34641,016 :2 √ 0,833

2

+ 3,8832+ √ 3,1512 +

27,54082 971,3 Ampere

Dengan hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat ini (gangguan 3 fasa, gangguan 2 fasa dan gangguan 1 fasa ke tanah), dapat digunakan untuk penentuan nilai

setting relay arus lebih dan juga arus gangguan tanah. Maka dapat dibuat suatu

perbandingan besarnya arus ganggaun terhadap titik gangguan (lokasi ganggaun pada penyulang dinyatakan dalam %) dengan menggunakan tabel sebagai berikut :

Tabel 4.13 Gangguan Arus Hubung Singkat 3 Fasa, 2 Fasa dan 1 Fasa panjang

jaringan %

jarak (Km)

Arus gangguan 3 fasa

Arus gangguan 2 fasa

Arus gangguan 1 fasa ke tanah

0 0 5995,3 Ampere 5192,1 Ampere 1623,08 Ampere

25 1.55 4763,3 Ampere 4125,4 Ampere 1386,3 Ampere 50 3.1 3935,3 Ampere 3408,07 Ampere 1214,2 Ampere Recloser 4.4 3428,6 Ampere 2969,2 Ampere 1099,1 Ampere 75 4.65 3346,2 Ampere 2897,9 Ampere 1079,4 Ampere 100 6.2 2907,5 Ampere 2518,03 Ampere 971,3 Ampere

Dari data perhitungan yang diperoleh, dapat diketahui bahwa arus gangguan hubung singkat dipengaruhi oleh jarak titik gangguan, semakin jauh jarak titik gangguan maka semakin kecil pula arus ganggaunnya begitu pula sebaliknya. Jika ditinjau dari gangguan per fasa maka dapat diketahui bahwa gangguan hubung singkat yang terjadi pada 3 fasa lebih besar dari gangguan hubung singkat 2 fasa begitu pula arus gangguan yang terjadi pada 1 fasa ke tanah.

4.9. Penentuan Nilai Setting Relay Arus Lebih dan Relay Gangguan Tanah

Diketahui pada penyulang GDN 1 Trafo II Gardu Induk Godean arus yang terpasang mempunyai rasio 400 : 5 A, dan arus beban maksimum pada punyulang tersebut sebesar 6 Ampere dan relay gangguan arus lebih dengan karakteristik standar inverse.

4.9.1 Nilai Setting Relay OCR di Sisi Penyulang 20 kV

Setting relay arus lebih

Untuk nilai setting relay yang terpasang di penyulang dihitung berdasarkan arus beban pada Gardu Induk Godean, untuk relay inverse biasa disetting sebesar 1,05 sampai dengan 1,1 x Imaks. Persyaratan lainnya yang harus dipenuhi yaitu untuk penentuan nilai setting waktu minimum dari relay arus lebih (disetting sebesar 0,3detik), keputusan ini

diambil agar relay tidak samapi trip lagi akibat adanya arus inrush dari trafo-trafo distribusi yang sudah tersambung di jaringan distribusi, pada saat PMT penyulang tersebut dimasukkan.

Nilai Setting Arus

Ibeban : 115 Ampere CT 400/5 Ampere Iset (primer) : 1,05 x Ibeban

: 1,05 x 115 Ampere : 120,75 Ampere

Nilai arus tersebut merupakan nilai setting pada sisi primer, sedangkan nilai yang akan disetting pada relay adalah nilai sekundernya, oleh karena itu dihitung menggunakan nilai rasio terafo arus yang terpasang pada penyulang.

Besarnya nilai arus pada sisi sekundernya adalah :

Iset (sekunder) : Iset (primer) x 1/ratio CT Ampere

: 120,75 x (5/400) Ampere

 Nilai Setting TMS (Time Multiplier Setting)

Arus gangguan yang dipilih untuk menentukan besarnya setting TMS relay OCR pada sisi penyulang 20 kV transformator tenaga yaitu arus gangguan hubung singkat 3 fasa di 0 % panjang penyulang. Waktu kerja yang ditetapkan adalah t = 0,3 secon, keputusan ini diambil agar relay tidak sampai trip lagi akibat adanya arus

inrush dari trafo-trafo distribusi yang sudah tersambung pada jaringan distribusi, pada

saat PMT penyulang tersebut dimasukan.

Jadi didapat perhitungan nilai TMS sebagai berikut:

t =

( )

0,3 =

( )

TMS = 0,3 :

= 0,174

4.9.2 Nilai Setting Relay Gangguan Tanah pada Sisi Penyulang 20 kV

Untuk nilai setting arus di penyulang menggunakan setelan arus gangguan tanah dengan setting 10% x arus gangguan tanah terkecil pada penyulang tersebut, hal ini bertujuan untuk menampung tahanan busur.

Iset primer = 10% x gangguan di 100% panjang penyulang

= 97,13 Ampere

Nilai setting pada sisi sekunder :

Iset sekunder = Iset (primer) x

= 97,13 x

Ampere

= 1,5 Ampere

 Nilai Setting TMS (Time Multiplier Setting)

Arus yang digunakan untuk menentukan nilai setting TMS pada relay GFR di sisi penyulang 20 kV transformator tenaga, yaitu gangguan hubung singkat satu fasa di 0% panjang penyulang. Waktu kerja arus gangguan sebesar 0,3 secon, maka untuk mencari TMS adalah sebagai berikut:

t =

( )

0,3 =

( )

TMS = 0,3 :

= 0,12

Tabel 4.14 Tabel Nilai Setting Hasil Perhitungan pada Sisi Penyulang

Relay Penyulang Setting Hasil Hitung

OCR

TMS 0,174

rasio CT 400/5

t (s) 0,29

Iset Primer 120,75 Ampere Iset Sekunder 1,5 Ampere

Tabel 4.14 Nilai Setting Hasil Perhitungan pada Sisi Penyulang (Lanjutan)

Relay penyulang Setting Hasil Hitung

GFR

TMS 0,12

rasio CT 400/5

t (s) 0,29

Iset Primer 97,13 Ampere Iset Sekunder 1,2 Ampere

4.9.3 Nilai Setting Relay OCR di sisi Incoming 20 kV

Penentuan nilai setting relay arus lebih pada sisi incoming 20 kV trafo tenaga sama halnya dengan penentuan nilai setting relay pada sisi penyulang, yaitu harus diketahui terlebih dahulu nilai arus normal trafo tenaga tersebut.

Data yang diperoleh:

Kapasitas : 30 MVA

Tegangan : 150/20 kV

Impedansi : 13,27%

CT/Rasio : 800/1 (pada sisi Incoming 20 kV)

Setelan Arus

Arus nominal trafo pada sisi 20 kV :

Inominal (sisi 20 20 kV) =

=

Iset primer = 1,05 x Ibeban

=1,05 x 866 Ampere

= 909,3 Ampere

Nilai setelan pada sisi sekunder :

Iset sekunder = Iset (primer) x

= 909,3 x

Ampere

= 1,1 Ampere

 Nilai Setting TMS (Time Multiplier Setting)

Besarnya arus gangguan yang akan dipilih menentukan besarnya nilai setting TMS relay OCR pada sisi Incoming 20 kV transformator tenaga yaitu, gangguan arus hubung singkat 3 fasa di 0% panjang penyulang. Waktu kerja relay incoming didapat dengan waktu kerja relay awal + 0,4 detik.

t Incoming = (0,2 + 0,4) = 0,6 detik jadi perhitungan TMS sebagai berikut:

t =

( )

0,6 =

( )

TMS = 0,6 :

4.9.4 Nilai Setting Relay GFR / Gangguan Tanah pada Sisi Incoming

Untuk nilai setting pada relay gangguan tanah di sisi incoming 20 kV harus lebih sensitif, hal ini bertujuan agar relay pada sisi inconing bekerja sesuai kriterianya, yaitu relay cadangan, maka dibuatlah perhitungannya dengan 8 % x arus gangguan terkecil.

Iset primer = 8% x gangguan di 100% panjang penyulang

= 8% x 971,3 Ampere

= 77,7 Ampere

Nilai setting pada sisi sekunder :

Iset sekunder = Iset (primer) x

= 77,7 x

Ampere

= 0,09 Ampere

 Nilai Setting TMS (Time Multiplier Setting)

Besarnya arus gangguan yang akan dipilih menentukan besarnya nilai setting TMS relay GFR pada sisi Incoming 20 kV transformator tenaga yaitu, ganggaun arus hubung singkat 1 fasa di 0% panjang penyulang. Waktu kerja relay incoming didapat dengan waktu kerja relay awal + 0,4 detik.

t Incoming = (0,2 + 0,4) = 0,6 detik jadi perhitungan TMS sebagai berikut:

88 Panjaitan, Susi Irmalawati dkk. 2010. Studi Pengaruh Beban Lebih terhadap Kinerja Relai Arus Lebih Pada Transformator Daya di Gardu Induk Batu Besar PT.PLN Batam. Tanjungpinang.

Prayoga, Aditya dkk. 2010. Transformer. Jakarta: FT UI.

Priyono, Sugeng. Koordinasi Sistem Proteksi Trafo 30 MVA di Gardu Induk 150 kV Krapyak.

Samuel Marco Gunawan, Julius Santosa. 2013. Analisa Perancagnan Gardu Induk Sistem Outdoor 150 kV di Tallasa, Kabupaten Takalar, Sulawesi Selatan. Surabaya: Jurnal dimensi teknik elektro Vol 1, No.1 37-42

Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M. (2015). Performance Improvement of Radial Distribution Network with Distributed Generation Integration Using Extended Particle Swarm Optimization Algorithm. International Review of Electrical Engineering (IREE), 10(2). pp. 293-304.

Syahputra, R., (2016), “Transmisi dan Distribusi Tenaga Listrik”, LP3M UMY, Yogyakarta, 2016.

Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M. (2014). Optimization of Distribution Network Configuration with Integration of Distributed Energy Resources Using Extended Fuzzy Multi-objective Method. International Review of Electrical Engineering (IREE), 9(3), pp. 629-639.

Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M. (2014). Performance Analysis of Wind Turbine as a Distributed Generation Unit in Distribution System. International Journal of

89 Computer Science & Information Technology (IJCSIT), Vol. 6, No. 3, pp. 39-56.

Syahputra, R., (2013), “A Neuro-Fuzzy Approach For the Fault Location Estimation of Unsynchronized Two-Terminal Transmission Lines”, International Journal of Computer Science & Information Technology (IJCSIT), Vol. 5, No. 1, pp. 23-37.

Syahputra, R., (2012), “Fuzzy Multi-Objective Approach for the Improvement of Distribution Network Efficiency by Considering DG”, International Journal of Computer Science & Information Technology (IJCSIT), Vol. 4, No. 2, pp. 57-68.

Syahputra, R., Soesanti, I. (2015). “Control of Synchronous Generator in Wind Power Systems Using Neuro-Fuzzy Approach”, Proceeding of International Conference on Vocational Education and Electrical Engineering (ICVEE) 2015, UNESA Surabaya, pp. 187-193.

Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M. (2014). “Optimal Distribution Network Reconfiguration with Penetration of Distributed Energy Resources”, Proceeding of 2014 1st International Conference on Information Technology, Computer, and Electrical Engineering (ICITACEE) 2014, UNDIP Semarang, pp. 388 - 393.

Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M., (2013), “Distribution Network Efficiency Improvement Based on Fuzzy Multi-objective Method”. International Seminar on Applied Technology, Science and Arts (APTECS). 2013; pp. 224-229.

90 Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M., (2012), “Reconfiguration of Distribution Network with DG Using Fuzzy Multi-objective Method”, International Conference on Innovation, Management and Technology Research (ICIMTR), May 21-22, 2012, Melacca, Malaysia.

Syahputra, R. (2010). Fault Distance Estimation of Two-Terminal Transmission Lines. Proceedings of International Seminar on Applied Technology, Science, and Arts (2nd APTECS), Surabaya, 21-22 Dec. 2010, pp. 419-423.

Syahputra, R., Soesanti, I. (2015). Power System Stabilizer model based on Fuzzy-PSO for improving power system stability. 2015 International Conference on Advanced Mechatronics, Intelligent Manufacture, and Industrial Automation (ICAMIMIA), Surabaya, 15-17 Oct. 2015 pp. 121 - 126.

Syahputra, R., Soesanti, I. (2016). Power System Stabilizer Model Using Artificial Immune System for Power System Controlling. International Journal of Applied Engineering Research (IJAER), 11(18), pp. 9269-9278.

Yanuwirawan, Edo dkk. 2015. Studi Koordinasi Proteksi Rele Arus Lebih dan Ground Fault pada sistem Eksisting PT.VICO Indonesia, Kalimantan Timur. Surabaya: Jurnal Teknik ITS Vol.4, No.2 ISSn:2337-3539.

Zulkarnaini. 2015. “Perhitungan Koordinasi OCR/GFR dengan Menggunakan Software Matched pada Trafo Daya Unit II 20 MVA GI Salak”, FTI, ITP Padang.