Analisa Perhitungan Setting Arus dan Wak
Analisa Perhitungan Setting Arus dan Waktu pada Relai (Sutarti)
ANALISA PERHITUNGAN SETTING ARUS DAN WAKTU PADA
RELAI ARUS LEBIH (OCR)
SEBAGAI PROTEKSI TRAFO DAYA
DI GARDU INDUK CAWANG LAMA JAKARTA
Sutarti
Sekolah Tinggi Teknologi Indragiri
Rengat Indragiri Hulu
ABSTRAK
Gangguan hubung singkat fasa ke tanah dan fasa-fasa merupakan salah satu permasalahan
yang mungkin timbul dalam pengoperasian transformator daya dalam sebuah Gardu Induk.
Gangguan yang disebabkan oleh adanya hubung singkat menimbulkan banyak kerugian,
kerugian pada sistem transmisi kelistrikan maupun kerugian di pihak konsumen energi
listrik. Salah satu cara untuk mengatasi gangguan ini adalah dengan cara memasang
peralatan pengaman pada transformator. Relai arus lebih merupakan relai proteksi yang
bekerja dengan Pemutus Tenaga (Circuit Breaker). Gangguan hubung singkat fasa ke tanah
dan fasa-fasa menimbulkan arus gangguan hubung singkat yang besarnya melebihi seting
arus pada relai arus lebih, sehingga relai arus lebih memicu Pemutus Tenaga bekerja sesuai
dengan setting waktu yang diterapkan, sehingga resiko kerusakan pada sistem kelistrikan
dapat dihindar.
Kata kunci: arus, hubung singkat, relai arus lebih, setting relai, transformator.
ABSTRACT
Short circuit phase to grounding and phase to phase were problems that may emerged in the
power transformer operation at substation. Short circuit caused a lot of detriments, in the
electrical transmission system and consumers. This fault could be eliminated by using
electrical safety equipments that put in transformer. Over current relay was one of the
electrical safety equipments that operated with Circuit Breaker (CB). The fault caused by
short circuit would produced electrical current that exceed of current relay setting and time
setting has been reach by the protection relay,then protection relay will send trip signal to the
Circuit Breaker changed from Normally Cloce (NC) Condition to Normally Open (NO)
condition. This new condition would eliminated risks in the electrical systems.
Key words: current, over current relay, relay setting, short circuit, transformer.
dapat diandalkan pada peralatan sistem tenaga listrik
serta pengoperasian dan pemeliharaan yang baik.
Relai proteksi harus dapat mengenal kondisi
abnormal pada sistem tenaga dan melakukan langkah
-langkah yang dianggap perlu untuk menjamin
pemisahan gangguan dengan kemungkinan gangguan
terkecil terhadap operasi normal (PT. PLN,2005c).
PENDAHULUAN
Transformator merupakan peralatan yang sangat
vital dalam penyaluran sistem tenaga listrik karena
transformator
merupakan
peralatan
yang
menyalurkan energi listrik langsung ke konsumen
baik konsumen tegangan tinggi, tegangan menengah
maupun tegangan rendah. Dalam sistem penyaluran
tidak menutup kemungkinan terjadi gangguan
terutama gangguan yang disebabkan oleh alam.
Gangguan yang sering terjadi antara lain kawat
penghantar putus, kerusakan pada pembangkit,
gangguan pada saluran transmisi akibat petir serta
gangguan hubung singkat. Dengan adanya gangguan
yang tidak dapat diprediksi maka diperlukan suatu
peralatan pengaman (sistem proteksi) yang tepat dan
Relai Pengaman
Relai pengaman adalah suatu piranti baik elektrik
maupun magnetik yang dirancang untuk mendeteksi
suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan sistem
tenaga listrik yang tidak diinginkan. Jika kondisi
abnormal tersebut terjadi maka relai pengaman
26
Jurnal Sains dan Teknologi 9 (1), Maret 2010: 26-34
secara otomatis memberikan sinyal atau perintah
untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker)
agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari
sistem normal. Di samping itu relai juga berfungsi
untuk menunjukkan lokasi dan macam gangguannya
sehingga memudahkan evaluasi pada saat terjadi
gangguan (Tjahjono, 2000).
Relai ini memberikan perintah trip pada pemutus
tenaga (PMT) pada saat terjadi gangguan hubung
singkat dan besar arus gangguannya mencapai
arus settingnya (Is) dan jangka waktu kerja relai
mulai pick up sampai relai bekerja sangat singkat
tanpa tunda waktu (20 ms - 60 ms).
2. Relai arus lebih waktu tertentu
Pada prinsinya relai pengaman yang terpasang
pada sistem tenaga listrik mempunyai tiga macam
fungsi, yaitu:
Relai ini akan memberikan perintah trip pada
PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat
dan besar arus gangguannya mencapai setting (IS)
dan jangka waktu kerja relai mulai pick up
sampai relai kerja diperpanjang dengan waktu
tertentu tidak tergantung besarnya arus yang
mengerjakan relai.
Mendeteksi, mengukur dan menentukan bagian
sistem yang
secepatnya.
terganggu
serta
memisahkan
Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari
peralatan yang terganggu.
3. Relai arus lebih terbalik (inverse)
Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian
Relai ini akan memberikan perintah trip pada
PMT pada saat terjadi gangguan bila arus
gangguan mencapai nilai settingnya (IS) dan
jangka waktu kerja relai mulai pick up sampai
kerja relai diperpanjang berbanding terbalik
dengan besarnya arus gangguan. Pada relai ini
sumbu tegak merupakan waktu dalam detik dan
sumbu datar adalah berapa kali besarnya arus
gangguan yang melewati relai terhadap arus
penyetelannya (n x Iset). Penyetelan waktu
ditunjukkan dengan kurva yang sering digunakan
dan disebut dengan Td (time dial) atau TMS
(time multiple setting) yang dirumuskan sebagai
berikut (PT. PLN, 2005c):
sistem yang lain, yang tidak terganggu di dalam
sistem tersebut dan dapat beroperasi normal serta
mencegah meluasnya gangguan.
Relai Arus Lebih
Proteksi arus lebih adalah proteksi terhadap
perubahan parameter arus yang sangat besar dan
terjadi pada waktu yang cepat, yang disebabkan oleh
hubung singkat. Pada proteksi arus lebih ini, relai
akan pick-up jika besar arus melebihi nilai seting
(Tjahjono, 2000). Elemen dasar dari proteksi arus
lebih adalah relai arus. Proteksi arus lebih meliputi
proteksi terhadap gangguan hubung singkat yang
dapat berupa gangguan hubung singkat fasa-fasa,
satu fasa ke tanah serta hubung singkat antar fasa.
Proteksi terhadap hubung singkat antar fasa dikenal
sebagai proteksi arus lebih dan relai yang digunakan
disebut relai arus lebih (over current relay). Jika
arus gangguan mengalir melalui tanah, gangguan ini
disebut gangguan hubung singkat ke tanah dan relai
yang digunakan disebut proteksi hubung tanah
(ground fault relay).
t TMS (Td ) x
k
I / I S
1
(1)
c
Relai Arus Lebih pada Transformator Daya
Relai pengaman pada transformator dibedakan
menjadi dua yaitu elektris dan mekanis. Relai-relai
pengaman elektris yaitu relai differential, relai arus
lebih untuk sisi primer dan sekunder, relai arus
Pada proteksi transformator daya, relai arus
lebih digunakan sebagai tambahan bagi relai
differensial untuk memberikan tanggapan terhadap
gangguan luar. Relai arus lebih yang digunakan
adalah relai arus lebih tanpa perlambatan waktu,
relai arus lebih dengan karakteristik waktu yang
berbanding terbalik dengan besar arus dan relai arus
lebih dengan komponen arah. Relai arus lebih
terdapat beberapa karakteristik waktu yang
dikelompokkan menjadi tiga jenis yaitu:
Tabel 1. Konstanta karakteristik OCR
No
1. Relai arus lebih seketika (instantaneus)
Deskripsi
c
α
-
0-100
-
1
Definit time
2
Standart inverse
0,14
0
0,02
3
Very inverse
13,5
0
1
4
Extremely inverse
80
0
2
5
Long time inverse
120
0
1
Sumber: PT. PLN, 2005c
27
k
Analisa Perhitungan Setting Arus dan Waktu pada Relai (Sutarti)
terbatas (REF atau restricted earth fault) untuk sisi
primer dan sekunder serta relai sisi netral (SBEF
atau stand by earth fault) untuk melindungi resistor
netral trafo pada saat terjadi gangguan ke tanah.
Sedangkan untuk relai pengaman mekanis antara
lain relai bucholz, relai jansen dan relai suddent
pressure di mana setiap relai pengaman mempunyai
fungsi tersendiri.
Gangguan pada transfornator dibedakan menjadi
dua yaitu gangguan internal dan eksternal. Untuk
gangguan internal dapat dikelompokkan menjadi
dua jenis gangguan yaitu gangguan incipien dan
gangguan elektris. Gangguan incipien merupakan
suatu gangguan yang dimulai gangguan yang kecil
atau tidak berarti, namun secara lambat akan
menimbulkan kerusakan. Gangguan jenis ini akan
dideteksi oleh relai pengaman mekanis seperti relai
bucholz, relai jansen dan relai sudden pressure.
Sedangkan gangguan internal elektris merupakan
gangguan elektris yang dideteksi oleh relai proteksi
utama transformator yaitu relai differential dan relai
hubung tanah terbatas (REF).
Gambar 1.
Skema sistem proteksi transformator
dialiri arus listrik atau lebih dikenal dengan
elektroda. Pada kondisi normal eletroda-elektroda
tersebut dalam kondisi terhubung, sebaliknya pada
kondisi abnormal maka elektroda-elektroda akan
terpisah dan memutuskan hubungan listrik dari satu
sisi ke sisi yang lainnya (PT. PLN, 2005a).
Gangguan yang sering terjadi pada transformator
merupakan gangguan di luar daerah pengamanan
transformator seperti hubung singkat satu fasa ke
tanah ataupun gangguan antar fasa. Gangguan ini
mempunyai pengaruh terhadap transformator daya
sehingga transformator harus segera dikeluarkan
dari sistem, bila gangguan tersebut terjadi hanya
setelah waktu tertentu untuk memberi kesempatan
relai pengaman daerah yang terganggu bekerja.
Untuk kondisi gangguan di luar daerah
pengamanannya misalnya gangguan hubung singkat
pada di sisi 20 kV atau di penyulang 20 kV maka
relai arus lebih dengan perlambatan waktu
digunakan sebagai pengamannya. Koordinasi yang
baik untuk pengaman cadangan transformator ini
sangat diperlukan untuk memperoleh selektivitas
yang tepat dengan daerah berikutnya yang terkait.
Berikut ini merupakan skema proteksi pada
transfomator daya (PT. PLN, 2005c).
Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah
Pada gangguan satu fasa ke tanah misal fasa A
mengalami gangguan akan menyebabkan kenaikan
arus pada fasa A dan drop tegangan di phasa A
(menjadi nol) sedangkan arus pada phasa yang lain
menjadi nol yang diikuti dengan kenaikan tegangan
fasa yang lain (phasa B dan Phasa C tidak sama
dengan nol sedangkan arus phasa B sama besarnya
dengan phasa C yaitu nol ampere) (Tjahjono, 2000).
Gangguan tidak simetris menyebabkan arus tidak
seimbang dalam sistem, sehingga dibutuhkan
komponen
simetris
untuk
perhitungannya
sebagaimana uraian di atas. Rangkaian gangguan
satu fasa ke tanah:
Pemutus Tenaga (PMT)
Gambar 2. Gangguan satu fasa ke tanah
Pemutus tenaga (PMT) atau lebih dikenal dengan
istilah Circuit Breaker (CB) merupakan suatu
piranti saklar mekanik yang secara otomatis akan
membuka atau memutuskan rangkaian listrik
apabila terjadi ketidaknormalan pada suatu sistem
tanpa adanya kerusakan.
Dari persamaan arus untuk gangguan tidak simetris
maka diperoleh:
Ia
Pemutus tenaga terdiri atas kontak-kontak yang
28
1
1
Ia aIb a 2 Ic
3
(2)
Jurnal Sains dan Teknologi 9 (1), Maret 2010: 26-34
Ia
2
1
Ia a 2 Ib aIc
3
Ia
0
1
Ia Ib Ic
3
arus pada fasa B dan C, sedangkan tegangan untuk
fasa tersebut menjadi drop (menjadi nol). Diagram
rangkaian untuk gangguan antar fasa ditunjukkan
dalam gambar di bawah ini (Stevenson, 1984).
(3)
(4)
Kondisi di titik gangguan:
Ib = Ic = 0
Va = 0 dan Ia ≠ 0
1
1
Ia1 Ia aIb a2Ic Ia1 Ia
3
3
(5)
1
1
Ia2 (Iaa2IbaIc) Ia2 Ia
3
3
(6)
1
Ia Ib Ic Ia0 1 Ia
3
3
(7)
Ia0
Gambar 4. Diagram rangkaian gangguan fasa-fasa
Kondisi pada saat gangguan adalah sebagai
berikut:
Vb = VC
1
Ia
3
dan Ib = - Ic
Dengan VB = VC komponen-komponen simetri
tegangan adalah sebagai berikut:
sehingga:
Ia1 Ia 2 Ia 0
Ia = 0
1 1 1 Va
Va0
V 1 1 a a2 V
B
a1 3
1 a2 a VB
Va2
(8)
Pada gangguan satu fasa ke tanah, rangkaian
urutan positif, negatif dan urutan nol terhubung seri,
seperti ditunjukkan pada rangkaian di bawah ini.
(11)
Karena IB = - IC dan Ia = 0, komponenkomponen simetri arus diperoleh dari persamaan
berikut ini:
1 1 1 0
Ia0
I 1 1 a a2 I
C
a1 3
1 a2 a IC
Ia2
(12)
sehingga Ia0 = 0 dan Ia2 = - Ia1 , dimana:
Gambar 3. Rangkaian urutan pada gangguan
satu fasa ke tanah
I a1
Gambar 5 merupakan gambar
pengganti untuk gangguan fasa-fasa.
dimana:
Va0 + Va1 + Va2 = Ea – (Z0 + Z1 + Z2) Ia1
(9)
Va0 + Va1 + Va2 = 0
= Ea – (Z0 + Z1 + Z2) Ia1
sehingga
Ia
E
Z0 Z1 Z2
3xE
Z0 Z1 Z2
(13)
rangkaian
Tujuan penelitian ini adalah mengetahui besar
arus hubung singkat yang mengalir apabila terjadi
gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, dua
fasa ke tanah dan gangguan fasa-fasa pada incoming
20 kV Trafo #1 150/20 kV 60 MVA di GI Cawang
Lama Jakarta.
Mengingat:
Maka diperoleh: I
a1
Ea
Z1 Z 2
(10)
Gangguan Hubung Singkat Fasa-fasa
Pada gangguan antar fasa fasa B dan fasa C
mengalami gangguan akan menyebabkan kenaikan
Gambar 5. Rangkaian pengganti gangguan fasa-fasa
29
Analisa Perhitungan Setting Arus dan Waktu pada Relai (Sutarti)
METODE PENELITIAN
Penelitian
ini
dilakukan
dengan
cara
mengumpulkan data-data spesifikasi transformator
daya dan setting relai arus lebih, kemudian
melakukan pengamatan dan pengambilan data
Gardu Induk. Berdasarkan data-data yang ada,
dilakukan analisa dan perhitungan besar arus
gangguan terhadap relai proteksi sehingga relai arus
bekerja dan mentripkan pemutus tenaga / CB
(Circuit Breaker).
Gambar 6. Diagram Blok Trafo #1 GI Cawang Lama
HASIL DAN PEMBAHASAN
Spesifikasi Pemutus Tenaga Sisi 20 kV dan
Penyulang
Spesifikasi Transformator Daya GI Cawang
Lama
Tabel 3 merupakan data pemutus tenaga sisi 20
kV dan penyulang Trafo #1 150/20 kV 60 MVA GI
Cawang Lama.
Gardu Induk Cawang Lama terdapat dua buah
transformator daya dan dua buah transformator
interbus. Tulisan ini hanya akan membahas
mengenai Transformator Daya #1 150/20 kV 60
MVA dengan merk MEIDEN type BORSL-E. Datadata transformator adalah sebagai berikut :
Instalasi
: Konventional
Jumlah fasa : 3 fasa
Frekuensi
: 50 Hz
Impedansi : 12.83%
Daya pengenal
: 60 MVA
Tegangan sisi tinggi : 150kV
Tegangan sisi rendah: 20 kV
Arus nominal sisi 150 kV : 231 Ampere
Arus nominal sisi 20 kV : 1650 Ampere
Vektor group
: YnYn0
Perhitungan Arus Hubung Singkat
Perhitungan arus gangguan hubung singkat pada
jaringan 20 kV Trafo #1 150/20 kV 60 MVA di GI
Cawang Lama dengan panjang saluran dari sisi
sekunder Trafo ke sel incoming 20 kV 100 meter dan
impedansi Trafo sebesar 12,83% dengan asumsi
beban 55 Mwatt.
Gambar 7. Single Line Trafo #1 dan Titik Gangguan
Setting Relai Arus Lebih Trafo #1 150/20 kV 60
MVA
Parameter Dasar
Berikut ini diagram blok Trafo #1 150/20 kV 60
MVA di GI Cawang Lama beserta setting relai arus
lebih yang terpasang pada incoming 20kV Trafo #1
dan penyulang yang menjadi beban di Trafo #1
150/20 kV 6 0 MVA.
j 1
a 0,5 0,5 j 3
Daftar penyulang Trafo #1 150/20 kV 60 MVA
GI Cawang Lama :
1 1 1
A 1 a2 a
1 a a2
1. Penyulang Jangka
2. Penyulang Pensil
3. Penyulang Bima
k
4. Penyulang Arjuna
5. Penyulang Oplet
6. Penyulang Tractor
Tabel 1 dan 2 merupakan data relai arus lebih
pada incoming serta penyulang Trafo #1 150/20 kV
60 MVA sisi 20 kV GI Cawang Lama.
2
360
Et
Sbase
Vbase
30
=1
= 60 MVA
= 20 kV
Jurnal Sains dan Teknologi 9 (1), Maret 2010: 26-34
Tabel 2. Data seting OCR
Lokasi
Merk/Type Relai
Ratio CT
Inom
Iset
Iprim
Td
Iinst
P. Jangka
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
P. Pensil
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
P. Bima
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
P. Arjuna
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
P. Oplet
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
P. Tractor
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
Tabel 3. Data seting GFR
Lokasi
Merk/Type Relai
Ratio CT
Inom
Iset
Iprim
Td
Iinst
P. Jangka
MCGG52
300/5
5
1.35
81
0.08
Blok
P. Pensil
MCGG52
300/5
5
1.35
81
0.08
Blok
P. Bima
MCGG52
300/5
5
1.35
81
0.08
Blok
P. Arjuna
MCGG52
300/5
5
1.35
81
0.08
Blok
P. Oplet
MCGG52
300/5
5
1.35
81
0.08
Blok
P. Tractor
MCGG52
300/5
5
1.25
81
0.08
Blok
Tabel 4. Data pemutus tenaga
Lokasi
Merk
Media
Ratio CT
Imax
Incoming 20 kV
Goldstar
Vacuum
2000/5
2000
P. Jangka
ABB
SF6
300/5
300
P. Pensil
Fuji
Vacuum
300/5
300
P. Bima
ABB
SF6
300/5
300
P. Arjuna
ABB
SF6
300/5
300
P. Oplet
ABB
SF6
300/5
300
P. Tractor
Goldstar
Vacuum
300/5
300
31
Analisa Perhitungan Setting Arus dan Waktu pada Relai (Sutarti)
Zbase
Ibase
Vbase
Ia
Ib
Ic
2
3
6 , 667
Sbase 3
3Sbase 3103
1,732x103 Ampere
Vbase
Ia 0
A Ia 1
Ia 2
0
0,088 6,72 i
0,088 6,72 i
Nilai Impedansi
Ztotal1pu = 0,129 + 1,687i x 10-3 pu
IbФФ
Ztotal2pu = 0,129 +1,687i x 10-3 pu
IfaultФФ = IbФФ
Ztotal0pu = 0,13 + 5,062i x 10-4 pu
= -0,088 – 6,72 i pu
Perhitungan gangguan satu fasa ke tanah
IfФФ
Ib = 0
= IfaultФФ . Ibase
= -152,443 – 1,164i x 104 Ampere
Ic = 0
Ia1
= -IcФФ
| IfФФ| = 1,164 x 104 Ampere
Et
Ztotal 1 pu Ztotal 2 pu Ztotal 0 pu
= 11.640 Ampere
Besar arus gangguan fasa-fasa ke tanah sebesar
11.640 Ampere.
= 2,577 - 0,026i
Ia2 = Ia1
Perhitungan Setting Relai Arus Lebih
= 2,577 – 0,026i
Sisi 150 kV
Ia0 = Ia1
Arus nominal sisi 150 kV : 231 Ampere
= 2,577 – 0,026i
Ratio CT : 300/5 Ampere
Ia
Ia 0
Ib A Ia 1
Ic
Ia 2
1. Setting relai arus lebih(OCR)
Arus setting sisi primer
= 1,2 x arus nominal trafo
7 ,731 0 ,077 i
pu
0
0
= 1,2 x 231
= 277,2 Ampere
Dipilih 300 Ampere
IФa = Ia.Ibase
Arus setting sisi sekunder :
= 1,339 x 104 – 133,931i Ampere
|IФa| = 1,339 x 104 Ampere
300 x
= 13.390 Ampere
Besar arus gangguan satu fasa ke tanah sebesar
13.390 Ampere.
1
RatioCT
300 x
1
300 / 5
= 5 Ampere
Tap relai
Perhitungan gangguan fasa – fasa
IaФФ0 = 0
2. Setting waktu rele OCR
IaФФ = 0
Ia1
= 5 / In relai = 1
Sesuai kaidah aturan yang diterapkan di
lingkungan PT. PLN (persero) P3B Jawa Bali
untuk waktu kerja rele OCR sisi 150 kV
sebesar 0,55 detik sehingga penerapan setting
waktunya sebagai berikut:
Et
Ztotal1 pu Ztotal 2 pu = 3,88 – 0,051i pu
IaФФ2 = - IaФФ1 = - 3,88 + 0,051i pu
32
Jurnal Sains dan Teknologi 9 (1), Maret 2010: 26-34
t TMS ( Td ) x
k
I / I S
0,55 TMS (Td ) x
1
Arus setting sisi sekunder :
c
0,14
11640 / 300 0 , 02 1
0
2000 x
0,55 = TMS (Td) x 1,844
TMS
( Td )
0 , 55
1 , 844
1
RatioCT
2000 x
1
2000 / 5
= 5 Ampere
0 ,3
Tap relai = 5 / In relai = 1
Setting relai gangguan tanah (GFR)
2. Setting waktu rele OCR
Arus setting sisi primer
t TMS (Td ) x
= 0,1 x arus nominal NGR
k
I / I S
1
c
= 0,1 x 1000
0 ,9 TMS (Td ) x
= 100 Ampere
Dipilih 120 Ampere
0 ,14
11640
/ 2000
0 , 02
1
0
0,9 = TMS (Td) x 3,9047
Arus setting sisi sekunder :
0 ,9
0 , 23
3,9047
TMS (Td )
1
120 x
RatioCT
3. Setting relai gangguan tanah (GFR)
1
120 x
300 / 5
Arus setting sisi primer
= 0,2 x arus nominal trafo
= 2 Ampere
= 0,2 x 1650
Tap relai = 2 / In relai = 0,4
= 330 Ampere
3. Setting waktu GFR
Dipilih 400 Ampere
t TMS (Td ) x
k
I / I S
1,3 TMS (Td ) x
1
c
Arus setting sisi sekunder :
0 ,14
1000
/ 120
0 , 02
1
400 x
0
400 x
1,3 = TMS (Td) x 3,2319
TMS ( Td )
1,3
3 , 2319
0 ,4
1
RatioCT
1
2000 / 5
= 1 Ampere
Tap relai = 1 / In relai = 0,2
Sisi 20 kV
4. Setting waktu GFR
Arus nominal trafo = 1650 Ampere
t TMS ( Td ) x
Ratio CT : 2000/5 Ampere
k
I
1. Setting relai arus lebih(OCR)
0,7 TMS(Td)x
Arus setting sisi primer
= 1,2 x arus nominal trafo
/ IS
1
c
0,14
11640/ 4000,02 1
0,7 = TMS (Td) x 2,0074819
= 1,2 x 1650
TMS (Td )
= 1980 Ampere
Dipilih 2000 Ampere
33
0 ,7
0 ,3
2 , 0074819
0
Analisa Perhitungan Setting Arus dan Waktu pada Relai (Sutarti)
4. Setting yang diterapkan menggunakan sistem
bertingkat dimulai dari sisi penyulang 20 kV,
incoming 20 kV trafo dan terakhir sisi 150 kV
sehingga pemadaman beban pada saat terjadi
gangguan dapat diminimalisir, hanya sisi yang
mengalami gangguan yang dipadamkan serta
kehandalan operasi trafo tetap terjaga.
KESIMPULAN
Dari uraian di atas dapat diambil beberapa
kesimpulan sebagai berikut :
1. Besar arus gangguan satu fasa ke tanah yang
terjadi pada saluran kabel 20 kV menuju
incoming 20 kV sebesar 13.390 Ampere dan
gangguan fasa-fasa sebesar 11.640 Ampere
sehingga arus gangguan hubung singkat fasa-fasa
yang digunakan dalam perhitungan setting relai
proteksi untuk memperoleh sensitivitas dan
kehandalan relai, diharapkan dengan arus
gangguan terkecil relai proteksi dapat
mendeteksi gangguan tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 2005a. ”Buku
Petunjuk Operasi dan Pemeliharaan Pemutus
Tenaga”. Badan Penerbit PLN. Jakarta.
PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 2005b. ”Modul
Pelatihan Pengaman Transformator”. Badan Penerbit
PLN. Jakarta.
2. Setting relai arus lebih (OCR) sisi 150 kV
sebesar 300 Ampere untuk sisi primer, 5 ampere
untuk sisi sekunder dengan tap pada relai 1 dan
waktu kerja relai (TMS) atau time dial sebesar
0,3. Sedangkan untuk Ground fault relay (GFR)
sebesar 120 Ampere untuk sisi primer, sisi
sekunder sebesar 2 Ampere, tap relai 0,4 dan
waktu kerja relai GFR (TMS) atau time dial
sebesar 0,4.
PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 2005c. ”Modul
Pelatihan Relai OCR”. Badan Penerbit PLN. Jakarta.
Stevenson, William D. Jr. 1984. ”Analisa Sistem Tenaga
Listrik”. McGraw-Hill. Inc New York.
Tjahjono, Hendro. 2000. ”Modul Kuliah Analisa Sistem
Tenaga Listrik”. Universitas Jaya Baya. Jakarta.
3. Setting relai arus lebih (OCR) sisi 20 kV sebesar
2000 Ampere untuk sisi primer, 5 ampere untuk
sisi sekunder dengan tap pada relai 1 dan waktu
kerja relai (TMS) atau time dial sebesar 0,23.
Sedangkan untuk Ground fault relay (GFR) sisi
20 kV sebesar 400 Ampere untuk sisi primer, sisi
sekunder sebesar 1 Ampere, tap relai 0,2 dan
waktu kerja relai GFR (TMS) atau time dial
sebesar 0,3.
34
ANALISA PERHITUNGAN SETTING ARUS DAN WAKTU PADA
RELAI ARUS LEBIH (OCR)
SEBAGAI PROTEKSI TRAFO DAYA
DI GARDU INDUK CAWANG LAMA JAKARTA
Sutarti
Sekolah Tinggi Teknologi Indragiri
Rengat Indragiri Hulu
ABSTRAK
Gangguan hubung singkat fasa ke tanah dan fasa-fasa merupakan salah satu permasalahan
yang mungkin timbul dalam pengoperasian transformator daya dalam sebuah Gardu Induk.
Gangguan yang disebabkan oleh adanya hubung singkat menimbulkan banyak kerugian,
kerugian pada sistem transmisi kelistrikan maupun kerugian di pihak konsumen energi
listrik. Salah satu cara untuk mengatasi gangguan ini adalah dengan cara memasang
peralatan pengaman pada transformator. Relai arus lebih merupakan relai proteksi yang
bekerja dengan Pemutus Tenaga (Circuit Breaker). Gangguan hubung singkat fasa ke tanah
dan fasa-fasa menimbulkan arus gangguan hubung singkat yang besarnya melebihi seting
arus pada relai arus lebih, sehingga relai arus lebih memicu Pemutus Tenaga bekerja sesuai
dengan setting waktu yang diterapkan, sehingga resiko kerusakan pada sistem kelistrikan
dapat dihindar.
Kata kunci: arus, hubung singkat, relai arus lebih, setting relai, transformator.
ABSTRACT
Short circuit phase to grounding and phase to phase were problems that may emerged in the
power transformer operation at substation. Short circuit caused a lot of detriments, in the
electrical transmission system and consumers. This fault could be eliminated by using
electrical safety equipments that put in transformer. Over current relay was one of the
electrical safety equipments that operated with Circuit Breaker (CB). The fault caused by
short circuit would produced electrical current that exceed of current relay setting and time
setting has been reach by the protection relay,then protection relay will send trip signal to the
Circuit Breaker changed from Normally Cloce (NC) Condition to Normally Open (NO)
condition. This new condition would eliminated risks in the electrical systems.
Key words: current, over current relay, relay setting, short circuit, transformer.
dapat diandalkan pada peralatan sistem tenaga listrik
serta pengoperasian dan pemeliharaan yang baik.
Relai proteksi harus dapat mengenal kondisi
abnormal pada sistem tenaga dan melakukan langkah
-langkah yang dianggap perlu untuk menjamin
pemisahan gangguan dengan kemungkinan gangguan
terkecil terhadap operasi normal (PT. PLN,2005c).
PENDAHULUAN
Transformator merupakan peralatan yang sangat
vital dalam penyaluran sistem tenaga listrik karena
transformator
merupakan
peralatan
yang
menyalurkan energi listrik langsung ke konsumen
baik konsumen tegangan tinggi, tegangan menengah
maupun tegangan rendah. Dalam sistem penyaluran
tidak menutup kemungkinan terjadi gangguan
terutama gangguan yang disebabkan oleh alam.
Gangguan yang sering terjadi antara lain kawat
penghantar putus, kerusakan pada pembangkit,
gangguan pada saluran transmisi akibat petir serta
gangguan hubung singkat. Dengan adanya gangguan
yang tidak dapat diprediksi maka diperlukan suatu
peralatan pengaman (sistem proteksi) yang tepat dan
Relai Pengaman
Relai pengaman adalah suatu piranti baik elektrik
maupun magnetik yang dirancang untuk mendeteksi
suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan sistem
tenaga listrik yang tidak diinginkan. Jika kondisi
abnormal tersebut terjadi maka relai pengaman
26
Jurnal Sains dan Teknologi 9 (1), Maret 2010: 26-34
secara otomatis memberikan sinyal atau perintah
untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker)
agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari
sistem normal. Di samping itu relai juga berfungsi
untuk menunjukkan lokasi dan macam gangguannya
sehingga memudahkan evaluasi pada saat terjadi
gangguan (Tjahjono, 2000).
Relai ini memberikan perintah trip pada pemutus
tenaga (PMT) pada saat terjadi gangguan hubung
singkat dan besar arus gangguannya mencapai
arus settingnya (Is) dan jangka waktu kerja relai
mulai pick up sampai relai bekerja sangat singkat
tanpa tunda waktu (20 ms - 60 ms).
2. Relai arus lebih waktu tertentu
Pada prinsinya relai pengaman yang terpasang
pada sistem tenaga listrik mempunyai tiga macam
fungsi, yaitu:
Relai ini akan memberikan perintah trip pada
PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat
dan besar arus gangguannya mencapai setting (IS)
dan jangka waktu kerja relai mulai pick up
sampai relai kerja diperpanjang dengan waktu
tertentu tidak tergantung besarnya arus yang
mengerjakan relai.
Mendeteksi, mengukur dan menentukan bagian
sistem yang
secepatnya.
terganggu
serta
memisahkan
Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari
peralatan yang terganggu.
3. Relai arus lebih terbalik (inverse)
Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian
Relai ini akan memberikan perintah trip pada
PMT pada saat terjadi gangguan bila arus
gangguan mencapai nilai settingnya (IS) dan
jangka waktu kerja relai mulai pick up sampai
kerja relai diperpanjang berbanding terbalik
dengan besarnya arus gangguan. Pada relai ini
sumbu tegak merupakan waktu dalam detik dan
sumbu datar adalah berapa kali besarnya arus
gangguan yang melewati relai terhadap arus
penyetelannya (n x Iset). Penyetelan waktu
ditunjukkan dengan kurva yang sering digunakan
dan disebut dengan Td (time dial) atau TMS
(time multiple setting) yang dirumuskan sebagai
berikut (PT. PLN, 2005c):
sistem yang lain, yang tidak terganggu di dalam
sistem tersebut dan dapat beroperasi normal serta
mencegah meluasnya gangguan.
Relai Arus Lebih
Proteksi arus lebih adalah proteksi terhadap
perubahan parameter arus yang sangat besar dan
terjadi pada waktu yang cepat, yang disebabkan oleh
hubung singkat. Pada proteksi arus lebih ini, relai
akan pick-up jika besar arus melebihi nilai seting
(Tjahjono, 2000). Elemen dasar dari proteksi arus
lebih adalah relai arus. Proteksi arus lebih meliputi
proteksi terhadap gangguan hubung singkat yang
dapat berupa gangguan hubung singkat fasa-fasa,
satu fasa ke tanah serta hubung singkat antar fasa.
Proteksi terhadap hubung singkat antar fasa dikenal
sebagai proteksi arus lebih dan relai yang digunakan
disebut relai arus lebih (over current relay). Jika
arus gangguan mengalir melalui tanah, gangguan ini
disebut gangguan hubung singkat ke tanah dan relai
yang digunakan disebut proteksi hubung tanah
(ground fault relay).
t TMS (Td ) x
k
I / I S
1
(1)
c
Relai Arus Lebih pada Transformator Daya
Relai pengaman pada transformator dibedakan
menjadi dua yaitu elektris dan mekanis. Relai-relai
pengaman elektris yaitu relai differential, relai arus
lebih untuk sisi primer dan sekunder, relai arus
Pada proteksi transformator daya, relai arus
lebih digunakan sebagai tambahan bagi relai
differensial untuk memberikan tanggapan terhadap
gangguan luar. Relai arus lebih yang digunakan
adalah relai arus lebih tanpa perlambatan waktu,
relai arus lebih dengan karakteristik waktu yang
berbanding terbalik dengan besar arus dan relai arus
lebih dengan komponen arah. Relai arus lebih
terdapat beberapa karakteristik waktu yang
dikelompokkan menjadi tiga jenis yaitu:
Tabel 1. Konstanta karakteristik OCR
No
1. Relai arus lebih seketika (instantaneus)
Deskripsi
c
α
-
0-100
-
1
Definit time
2
Standart inverse
0,14
0
0,02
3
Very inverse
13,5
0
1
4
Extremely inverse
80
0
2
5
Long time inverse
120
0
1
Sumber: PT. PLN, 2005c
27
k
Analisa Perhitungan Setting Arus dan Waktu pada Relai (Sutarti)
terbatas (REF atau restricted earth fault) untuk sisi
primer dan sekunder serta relai sisi netral (SBEF
atau stand by earth fault) untuk melindungi resistor
netral trafo pada saat terjadi gangguan ke tanah.
Sedangkan untuk relai pengaman mekanis antara
lain relai bucholz, relai jansen dan relai suddent
pressure di mana setiap relai pengaman mempunyai
fungsi tersendiri.
Gangguan pada transfornator dibedakan menjadi
dua yaitu gangguan internal dan eksternal. Untuk
gangguan internal dapat dikelompokkan menjadi
dua jenis gangguan yaitu gangguan incipien dan
gangguan elektris. Gangguan incipien merupakan
suatu gangguan yang dimulai gangguan yang kecil
atau tidak berarti, namun secara lambat akan
menimbulkan kerusakan. Gangguan jenis ini akan
dideteksi oleh relai pengaman mekanis seperti relai
bucholz, relai jansen dan relai sudden pressure.
Sedangkan gangguan internal elektris merupakan
gangguan elektris yang dideteksi oleh relai proteksi
utama transformator yaitu relai differential dan relai
hubung tanah terbatas (REF).
Gambar 1.
Skema sistem proteksi transformator
dialiri arus listrik atau lebih dikenal dengan
elektroda. Pada kondisi normal eletroda-elektroda
tersebut dalam kondisi terhubung, sebaliknya pada
kondisi abnormal maka elektroda-elektroda akan
terpisah dan memutuskan hubungan listrik dari satu
sisi ke sisi yang lainnya (PT. PLN, 2005a).
Gangguan yang sering terjadi pada transformator
merupakan gangguan di luar daerah pengamanan
transformator seperti hubung singkat satu fasa ke
tanah ataupun gangguan antar fasa. Gangguan ini
mempunyai pengaruh terhadap transformator daya
sehingga transformator harus segera dikeluarkan
dari sistem, bila gangguan tersebut terjadi hanya
setelah waktu tertentu untuk memberi kesempatan
relai pengaman daerah yang terganggu bekerja.
Untuk kondisi gangguan di luar daerah
pengamanannya misalnya gangguan hubung singkat
pada di sisi 20 kV atau di penyulang 20 kV maka
relai arus lebih dengan perlambatan waktu
digunakan sebagai pengamannya. Koordinasi yang
baik untuk pengaman cadangan transformator ini
sangat diperlukan untuk memperoleh selektivitas
yang tepat dengan daerah berikutnya yang terkait.
Berikut ini merupakan skema proteksi pada
transfomator daya (PT. PLN, 2005c).
Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah
Pada gangguan satu fasa ke tanah misal fasa A
mengalami gangguan akan menyebabkan kenaikan
arus pada fasa A dan drop tegangan di phasa A
(menjadi nol) sedangkan arus pada phasa yang lain
menjadi nol yang diikuti dengan kenaikan tegangan
fasa yang lain (phasa B dan Phasa C tidak sama
dengan nol sedangkan arus phasa B sama besarnya
dengan phasa C yaitu nol ampere) (Tjahjono, 2000).
Gangguan tidak simetris menyebabkan arus tidak
seimbang dalam sistem, sehingga dibutuhkan
komponen
simetris
untuk
perhitungannya
sebagaimana uraian di atas. Rangkaian gangguan
satu fasa ke tanah:
Pemutus Tenaga (PMT)
Gambar 2. Gangguan satu fasa ke tanah
Pemutus tenaga (PMT) atau lebih dikenal dengan
istilah Circuit Breaker (CB) merupakan suatu
piranti saklar mekanik yang secara otomatis akan
membuka atau memutuskan rangkaian listrik
apabila terjadi ketidaknormalan pada suatu sistem
tanpa adanya kerusakan.
Dari persamaan arus untuk gangguan tidak simetris
maka diperoleh:
Ia
Pemutus tenaga terdiri atas kontak-kontak yang
28
1
1
Ia aIb a 2 Ic
3
(2)
Jurnal Sains dan Teknologi 9 (1), Maret 2010: 26-34
Ia
2
1
Ia a 2 Ib aIc
3
Ia
0
1
Ia Ib Ic
3
arus pada fasa B dan C, sedangkan tegangan untuk
fasa tersebut menjadi drop (menjadi nol). Diagram
rangkaian untuk gangguan antar fasa ditunjukkan
dalam gambar di bawah ini (Stevenson, 1984).
(3)
(4)
Kondisi di titik gangguan:
Ib = Ic = 0
Va = 0 dan Ia ≠ 0
1
1
Ia1 Ia aIb a2Ic Ia1 Ia
3
3
(5)
1
1
Ia2 (Iaa2IbaIc) Ia2 Ia
3
3
(6)
1
Ia Ib Ic Ia0 1 Ia
3
3
(7)
Ia0
Gambar 4. Diagram rangkaian gangguan fasa-fasa
Kondisi pada saat gangguan adalah sebagai
berikut:
Vb = VC
1
Ia
3
dan Ib = - Ic
Dengan VB = VC komponen-komponen simetri
tegangan adalah sebagai berikut:
sehingga:
Ia1 Ia 2 Ia 0
Ia = 0
1 1 1 Va
Va0
V 1 1 a a2 V
B
a1 3
1 a2 a VB
Va2
(8)
Pada gangguan satu fasa ke tanah, rangkaian
urutan positif, negatif dan urutan nol terhubung seri,
seperti ditunjukkan pada rangkaian di bawah ini.
(11)
Karena IB = - IC dan Ia = 0, komponenkomponen simetri arus diperoleh dari persamaan
berikut ini:
1 1 1 0
Ia0
I 1 1 a a2 I
C
a1 3
1 a2 a IC
Ia2
(12)
sehingga Ia0 = 0 dan Ia2 = - Ia1 , dimana:
Gambar 3. Rangkaian urutan pada gangguan
satu fasa ke tanah
I a1
Gambar 5 merupakan gambar
pengganti untuk gangguan fasa-fasa.
dimana:
Va0 + Va1 + Va2 = Ea – (Z0 + Z1 + Z2) Ia1
(9)
Va0 + Va1 + Va2 = 0
= Ea – (Z0 + Z1 + Z2) Ia1
sehingga
Ia
E
Z0 Z1 Z2
3xE
Z0 Z1 Z2
(13)
rangkaian
Tujuan penelitian ini adalah mengetahui besar
arus hubung singkat yang mengalir apabila terjadi
gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, dua
fasa ke tanah dan gangguan fasa-fasa pada incoming
20 kV Trafo #1 150/20 kV 60 MVA di GI Cawang
Lama Jakarta.
Mengingat:
Maka diperoleh: I
a1
Ea
Z1 Z 2
(10)
Gangguan Hubung Singkat Fasa-fasa
Pada gangguan antar fasa fasa B dan fasa C
mengalami gangguan akan menyebabkan kenaikan
Gambar 5. Rangkaian pengganti gangguan fasa-fasa
29
Analisa Perhitungan Setting Arus dan Waktu pada Relai (Sutarti)
METODE PENELITIAN
Penelitian
ini
dilakukan
dengan
cara
mengumpulkan data-data spesifikasi transformator
daya dan setting relai arus lebih, kemudian
melakukan pengamatan dan pengambilan data
Gardu Induk. Berdasarkan data-data yang ada,
dilakukan analisa dan perhitungan besar arus
gangguan terhadap relai proteksi sehingga relai arus
bekerja dan mentripkan pemutus tenaga / CB
(Circuit Breaker).
Gambar 6. Diagram Blok Trafo #1 GI Cawang Lama
HASIL DAN PEMBAHASAN
Spesifikasi Pemutus Tenaga Sisi 20 kV dan
Penyulang
Spesifikasi Transformator Daya GI Cawang
Lama
Tabel 3 merupakan data pemutus tenaga sisi 20
kV dan penyulang Trafo #1 150/20 kV 60 MVA GI
Cawang Lama.
Gardu Induk Cawang Lama terdapat dua buah
transformator daya dan dua buah transformator
interbus. Tulisan ini hanya akan membahas
mengenai Transformator Daya #1 150/20 kV 60
MVA dengan merk MEIDEN type BORSL-E. Datadata transformator adalah sebagai berikut :
Instalasi
: Konventional
Jumlah fasa : 3 fasa
Frekuensi
: 50 Hz
Impedansi : 12.83%
Daya pengenal
: 60 MVA
Tegangan sisi tinggi : 150kV
Tegangan sisi rendah: 20 kV
Arus nominal sisi 150 kV : 231 Ampere
Arus nominal sisi 20 kV : 1650 Ampere
Vektor group
: YnYn0
Perhitungan Arus Hubung Singkat
Perhitungan arus gangguan hubung singkat pada
jaringan 20 kV Trafo #1 150/20 kV 60 MVA di GI
Cawang Lama dengan panjang saluran dari sisi
sekunder Trafo ke sel incoming 20 kV 100 meter dan
impedansi Trafo sebesar 12,83% dengan asumsi
beban 55 Mwatt.
Gambar 7. Single Line Trafo #1 dan Titik Gangguan
Setting Relai Arus Lebih Trafo #1 150/20 kV 60
MVA
Parameter Dasar
Berikut ini diagram blok Trafo #1 150/20 kV 60
MVA di GI Cawang Lama beserta setting relai arus
lebih yang terpasang pada incoming 20kV Trafo #1
dan penyulang yang menjadi beban di Trafo #1
150/20 kV 6 0 MVA.
j 1
a 0,5 0,5 j 3
Daftar penyulang Trafo #1 150/20 kV 60 MVA
GI Cawang Lama :
1 1 1
A 1 a2 a
1 a a2
1. Penyulang Jangka
2. Penyulang Pensil
3. Penyulang Bima
k
4. Penyulang Arjuna
5. Penyulang Oplet
6. Penyulang Tractor
Tabel 1 dan 2 merupakan data relai arus lebih
pada incoming serta penyulang Trafo #1 150/20 kV
60 MVA sisi 20 kV GI Cawang Lama.
2
360
Et
Sbase
Vbase
30
=1
= 60 MVA
= 20 kV
Jurnal Sains dan Teknologi 9 (1), Maret 2010: 26-34
Tabel 2. Data seting OCR
Lokasi
Merk/Type Relai
Ratio CT
Inom
Iset
Iprim
Td
Iinst
P. Jangka
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
P. Pensil
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
P. Bima
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
P. Arjuna
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
P. Oplet
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
P. Tractor
MCGG52
300/5
5
5
300
0,05
2220
Tabel 3. Data seting GFR
Lokasi
Merk/Type Relai
Ratio CT
Inom
Iset
Iprim
Td
Iinst
P. Jangka
MCGG52
300/5
5
1.35
81
0.08
Blok
P. Pensil
MCGG52
300/5
5
1.35
81
0.08
Blok
P. Bima
MCGG52
300/5
5
1.35
81
0.08
Blok
P. Arjuna
MCGG52
300/5
5
1.35
81
0.08
Blok
P. Oplet
MCGG52
300/5
5
1.35
81
0.08
Blok
P. Tractor
MCGG52
300/5
5
1.25
81
0.08
Blok
Tabel 4. Data pemutus tenaga
Lokasi
Merk
Media
Ratio CT
Imax
Incoming 20 kV
Goldstar
Vacuum
2000/5
2000
P. Jangka
ABB
SF6
300/5
300
P. Pensil
Fuji
Vacuum
300/5
300
P. Bima
ABB
SF6
300/5
300
P. Arjuna
ABB
SF6
300/5
300
P. Oplet
ABB
SF6
300/5
300
P. Tractor
Goldstar
Vacuum
300/5
300
31
Analisa Perhitungan Setting Arus dan Waktu pada Relai (Sutarti)
Zbase
Ibase
Vbase
Ia
Ib
Ic
2
3
6 , 667
Sbase 3
3Sbase 3103
1,732x103 Ampere
Vbase
Ia 0
A Ia 1
Ia 2
0
0,088 6,72 i
0,088 6,72 i
Nilai Impedansi
Ztotal1pu = 0,129 + 1,687i x 10-3 pu
IbФФ
Ztotal2pu = 0,129 +1,687i x 10-3 pu
IfaultФФ = IbФФ
Ztotal0pu = 0,13 + 5,062i x 10-4 pu
= -0,088 – 6,72 i pu
Perhitungan gangguan satu fasa ke tanah
IfФФ
Ib = 0
= IfaultФФ . Ibase
= -152,443 – 1,164i x 104 Ampere
Ic = 0
Ia1
= -IcФФ
| IfФФ| = 1,164 x 104 Ampere
Et
Ztotal 1 pu Ztotal 2 pu Ztotal 0 pu
= 11.640 Ampere
Besar arus gangguan fasa-fasa ke tanah sebesar
11.640 Ampere.
= 2,577 - 0,026i
Ia2 = Ia1
Perhitungan Setting Relai Arus Lebih
= 2,577 – 0,026i
Sisi 150 kV
Ia0 = Ia1
Arus nominal sisi 150 kV : 231 Ampere
= 2,577 – 0,026i
Ratio CT : 300/5 Ampere
Ia
Ia 0
Ib A Ia 1
Ic
Ia 2
1. Setting relai arus lebih(OCR)
Arus setting sisi primer
= 1,2 x arus nominal trafo
7 ,731 0 ,077 i
pu
0
0
= 1,2 x 231
= 277,2 Ampere
Dipilih 300 Ampere
IФa = Ia.Ibase
Arus setting sisi sekunder :
= 1,339 x 104 – 133,931i Ampere
|IФa| = 1,339 x 104 Ampere
300 x
= 13.390 Ampere
Besar arus gangguan satu fasa ke tanah sebesar
13.390 Ampere.
1
RatioCT
300 x
1
300 / 5
= 5 Ampere
Tap relai
Perhitungan gangguan fasa – fasa
IaФФ0 = 0
2. Setting waktu rele OCR
IaФФ = 0
Ia1
= 5 / In relai = 1
Sesuai kaidah aturan yang diterapkan di
lingkungan PT. PLN (persero) P3B Jawa Bali
untuk waktu kerja rele OCR sisi 150 kV
sebesar 0,55 detik sehingga penerapan setting
waktunya sebagai berikut:
Et
Ztotal1 pu Ztotal 2 pu = 3,88 – 0,051i pu
IaФФ2 = - IaФФ1 = - 3,88 + 0,051i pu
32
Jurnal Sains dan Teknologi 9 (1), Maret 2010: 26-34
t TMS ( Td ) x
k
I / I S
0,55 TMS (Td ) x
1
Arus setting sisi sekunder :
c
0,14
11640 / 300 0 , 02 1
0
2000 x
0,55 = TMS (Td) x 1,844
TMS
( Td )
0 , 55
1 , 844
1
RatioCT
2000 x
1
2000 / 5
= 5 Ampere
0 ,3
Tap relai = 5 / In relai = 1
Setting relai gangguan tanah (GFR)
2. Setting waktu rele OCR
Arus setting sisi primer
t TMS (Td ) x
= 0,1 x arus nominal NGR
k
I / I S
1
c
= 0,1 x 1000
0 ,9 TMS (Td ) x
= 100 Ampere
Dipilih 120 Ampere
0 ,14
11640
/ 2000
0 , 02
1
0
0,9 = TMS (Td) x 3,9047
Arus setting sisi sekunder :
0 ,9
0 , 23
3,9047
TMS (Td )
1
120 x
RatioCT
3. Setting relai gangguan tanah (GFR)
1
120 x
300 / 5
Arus setting sisi primer
= 0,2 x arus nominal trafo
= 2 Ampere
= 0,2 x 1650
Tap relai = 2 / In relai = 0,4
= 330 Ampere
3. Setting waktu GFR
Dipilih 400 Ampere
t TMS (Td ) x
k
I / I S
1,3 TMS (Td ) x
1
c
Arus setting sisi sekunder :
0 ,14
1000
/ 120
0 , 02
1
400 x
0
400 x
1,3 = TMS (Td) x 3,2319
TMS ( Td )
1,3
3 , 2319
0 ,4
1
RatioCT
1
2000 / 5
= 1 Ampere
Tap relai = 1 / In relai = 0,2
Sisi 20 kV
4. Setting waktu GFR
Arus nominal trafo = 1650 Ampere
t TMS ( Td ) x
Ratio CT : 2000/5 Ampere
k
I
1. Setting relai arus lebih(OCR)
0,7 TMS(Td)x
Arus setting sisi primer
= 1,2 x arus nominal trafo
/ IS
1
c
0,14
11640/ 4000,02 1
0,7 = TMS (Td) x 2,0074819
= 1,2 x 1650
TMS (Td )
= 1980 Ampere
Dipilih 2000 Ampere
33
0 ,7
0 ,3
2 , 0074819
0
Analisa Perhitungan Setting Arus dan Waktu pada Relai (Sutarti)
4. Setting yang diterapkan menggunakan sistem
bertingkat dimulai dari sisi penyulang 20 kV,
incoming 20 kV trafo dan terakhir sisi 150 kV
sehingga pemadaman beban pada saat terjadi
gangguan dapat diminimalisir, hanya sisi yang
mengalami gangguan yang dipadamkan serta
kehandalan operasi trafo tetap terjaga.
KESIMPULAN
Dari uraian di atas dapat diambil beberapa
kesimpulan sebagai berikut :
1. Besar arus gangguan satu fasa ke tanah yang
terjadi pada saluran kabel 20 kV menuju
incoming 20 kV sebesar 13.390 Ampere dan
gangguan fasa-fasa sebesar 11.640 Ampere
sehingga arus gangguan hubung singkat fasa-fasa
yang digunakan dalam perhitungan setting relai
proteksi untuk memperoleh sensitivitas dan
kehandalan relai, diharapkan dengan arus
gangguan terkecil relai proteksi dapat
mendeteksi gangguan tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 2005a. ”Buku
Petunjuk Operasi dan Pemeliharaan Pemutus
Tenaga”. Badan Penerbit PLN. Jakarta.
PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 2005b. ”Modul
Pelatihan Pengaman Transformator”. Badan Penerbit
PLN. Jakarta.
2. Setting relai arus lebih (OCR) sisi 150 kV
sebesar 300 Ampere untuk sisi primer, 5 ampere
untuk sisi sekunder dengan tap pada relai 1 dan
waktu kerja relai (TMS) atau time dial sebesar
0,3. Sedangkan untuk Ground fault relay (GFR)
sebesar 120 Ampere untuk sisi primer, sisi
sekunder sebesar 2 Ampere, tap relai 0,4 dan
waktu kerja relai GFR (TMS) atau time dial
sebesar 0,4.
PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 2005c. ”Modul
Pelatihan Relai OCR”. Badan Penerbit PLN. Jakarta.
Stevenson, William D. Jr. 1984. ”Analisa Sistem Tenaga
Listrik”. McGraw-Hill. Inc New York.
Tjahjono, Hendro. 2000. ”Modul Kuliah Analisa Sistem
Tenaga Listrik”. Universitas Jaya Baya. Jakarta.
3. Setting relai arus lebih (OCR) sisi 20 kV sebesar
2000 Ampere untuk sisi primer, 5 ampere untuk
sisi sekunder dengan tap pada relai 1 dan waktu
kerja relai (TMS) atau time dial sebesar 0,23.
Sedangkan untuk Ground fault relay (GFR) sisi
20 kV sebesar 400 Ampere untuk sisi primer, sisi
sekunder sebesar 1 Ampere, tap relai 0,2 dan
waktu kerja relai GFR (TMS) atau time dial
sebesar 0,3.
34