Studi Analisa Koordinasi Relai GFR Incoming Busbar 20 Kv dan GFR Saluran Dalam Mengamankan Gangguan Satu Phasa Ketanah di Transformator 3 Gardu Induk Kapal.

SKRIPSI

STUDI ANALISA KOORDINASI
RELAI GFR INCOMING BUSBAR 20 KV DAN GFR SALURAN
UNTUK MENGAMANKAN GANGGUAN SATU PHASA KETANAH
DI TRANSFORMATOR 3 GARDU INDUK KAPAL

I GEDE KRISNAYOGA KUSUMA
NIM. 0904405043

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR – BALI
2016

i

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS

Tugas Akhir/Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,
dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama

: I Gede Krisnayoga Kusuma

NIM

: 0904405043

Tanda Tangan

: ...............................

Tanggal

: 3 Januari 2016 April 2014.........

ii


STUDI ANALISA KOORDINASI
RELAI GFR INCOMING BUSBAR 20 KV DAN GFR SALURAN
UNTUK MENGAMANKAN GANGGUAN SATU PHASA KETANAH
DI TRANSFORMATOR 3 GARDU INDUK KAPAL

Tugas Akhir/Skripsi ini Diajukan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata 1 (S1)
dalam Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik Universitas Udayana

I GEDE KRISNAYOGA KUSUMA
0904405043

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
BUKIT JIMBARAN - BALI
2016

iii

UCAPAN
TERIMA KASIH

“Om Swastiastu”,
Puja dan puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Ida Sang Hyang Widhi
Wasa Tuhan Yang Maha Esa atas karunia_Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini, dengan judul “ STUDI ANALISA KOORDINASI
RELAI GFR INCOMING BUSBAR 20 KV DAN GFR SALURAN UNTUK
MENGAMANKAN

GANGGUAN

SATU

PHASA

KETANAH

DI

TRANSFORMATOR 3 GARDU INDUK KAPAL”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk
mencapai derajat sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Elektro, Konsentrasi

Sistem Tenaga Listrik, Universitas Udayana.
Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan skripsi ini tidak terlepas
dari bantuan berbagai pihak yang telah memberikan dukungan baik moril maupun
materiil. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1.

Bapak Ir. I Ngakan Putu Gede Suardana, MT., Ph.D, selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Udayana.

2.

Bapak Wayan Gede Ariastina, ST. M.Eng.Sc., Ph.D, selaku Ketua Jurusan
Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.

3.

Bapak Wayan Gede Ariastina, ST. M.Eng.Sc., Ph.D, selaku Pembimbing
Akademik

4.


Bapak Ir. I Gede Dyana Arjana, MT, selaku Dosen pembimbing I usulan
skripsi atas bimbingannya selama penulis menyelesaikan studi.

5.

Bapak Ir. I Wayan Arta Wijaya, M. Erg., MT, selaku Dosen pembimbing II
usulan skripsi atas bimbingannya selama penulis menyelesaikan studi.
Penulis juga berterima kasih sebesar-besarnya kepada orang tua tersayang I

Nyoman Bambang Suprayoga dan NI Nyoman Erawati serta yang telah
memberikan dukungan doa, moril dan material selama penyusunan skripsi ini.
Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan

iv

saran yang diberikan sehingga penulisan usulan skripsi ini bisa selesai tepat pada
waktunya.
Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam skripsi ini, saransaran yang membangun sangat diharapkan untuk menyempurnakan skripsi ini.
Akhir kata penulis mengharapkan semoga skripsi ini dapat memberikan

kontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi
kita semua.
“Om Santih Santih Santih Om”,

Denpasar,

Januari 2016

Penulis.

v

ABSTRAK

Gangguan yang terjadi pada sistem distribusi umumnya disebabkan oleh
gangguan hubung singkat yang menimbulkan arus lebih, salah satunya gangguan
hubung singkat satu phasa ke tanah. Gangguan satu phasa ke tanah yang terjadi
pada penyulang seharusnya diamankan pada peyulang oleh relai gangguan tanah.
Namun karena kesalahan koordinasi, gangguan pada penyulang dirasakan juga
sampai pada sisi incoming trafo sehingga relai gangguan tanah pada sisi incoming

20 kV memerintahkan PMT sisi 20 kV di trafo terbuka.
Waktu kerja relai gangguan tanah di penyulang Peguyangan adalah selama
0,25 detik. Sementara waktu kerja relai gangguan tanah di incoming 20 kV adalah
selama 0,5 detik. Ini menandakan bahwa perbedaan waktu kerja relai sebesar 0,25
detik sudah dianggap selektif.
Koodinasi relai GFR dalam mengamankan daerah gangguan harus secara
bertahap. Dimana nilai waktu kerja relai gangguan tanah di pangkal harus lebih
lama dari pada waktu kerja relai gangguan tanah pada penyulang. Ini bertujuan
agar kerja relai gangguan tanah bekerja sesuai urutannya, sehingga kesalahan
dalam pengamanan dapat dihindarkan dan tidak mengakibatkan meluasnya daerah
yang terganggu.
Kata kunci : Sistem Proteksi, OCR dan GFR, Gangguan Satu Phasa

vi

ABSTRACT

Disruption of the distribution system is generally caused by a short circuit
that causes overcurrent , one single phase short circuit to ground . Single phase to
ground disturbances that occurred at the feeder should be secured in peyulang by

ground fault relays . However, due to an error of coordination , interference with
the feeder perceived also to the incoming side of the transformer so that ground
fault relays on the incoming 20 kV ordered PMT 20 kV at the transformer side
open.
Working time ground fault relays in feeders Peguyangan to work is for 0.25
seconds. While working time ground fault relays in the incoming 20 kV for 0.5
seconds. This indicates that differences in work time relay by 0.25 seconds is
considered selective.
GFR relay coordination in a secure area of interference must be gradual.
Where the value of working time ground fault relays in the base should be longer
than the time ground fault relays working on a feeder . It aims to work ground
fault relays working order, so that errors can be avoided in the security and do
not lead to the spread of disturbed areas.
Keywords : System Protection , OCR and GFR , Ground fault

vii

DAFTAR ISI
JUDUL .............................................................................................................


i

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS..................................................

ii

PERSYARATAN GELAR ............................................................................... iii
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................. iv
UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................

v

ABSTRAK ........................................................................................................ vii
DAFTAR ISI ................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................

1


1.1 Latar Belakang ...................................................................................

1

1.2 Rumusan Masalah ...............................................................................

2

1.3 Tujuan Penelitian ...............................................................................

2

1.4 Batasan Masalah ................................................................................

2

1.5 Manfaat Penelitian .............................................................................

3


1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................

3

BAB II KAJIAN PUSTAKA ...........................................................................

4

2.1 Tinjauan Mutakhir ..............................................................................

4

2.2 Tinjauan Pustaka .................................................................................

5

2.2.1 Dasar- Dasar Sistem Pengamanan ..............................................

5

2.2.2 Fungsi Relai Pengaman ..............................................................

6

2.2.3 Syarat – Syarat Relai Pengaman ................................................

6

2.2.4 Daerah Proteksi ( Protective Zone) .............................................

8

2.2.5 Bagian - Bagian Sistem Pengaman ..............................................

9

2.2.6 Jenis – Jenis Gangguan ............................................................... 17
2.2.6.1 Gangguan Pada Transformator ....................................... 17
2.2.6.2 Gangguan Pada Jaringan ................................................ 18
2.2.7 Relai Arus Lebih ( Over Current Relai ) .................................... 20
2.2.7.1 Prinsip Kerja Relai Arus Lebih ( Over Current Relai ).... 20

viii

2.2.7.2 Relai Arus Lebih Seketika ( Instantaneous ) .................. 21
2.2.7.3 Relai Arus Lebih Waktu Tertentu ( Definite Time ) ....... 22
2.2.7.4 Relai Arus Lebih Waktu Terbalik ( Inverse Time ) ......... 23
2.2.8.5 Prinsip Dasar Perhitungan Penyetelan Arus Lebih (OCR). 23
2.2.9 Relai Hubung Tanah ( GFR ) ...................................................... 24
2.2.9.1 Prinsip Kerja GFR ( ground fault relay ) ........................ 24
2.2.9.2 Prinsip Dasar Perhitungan Penyetelan Hubung Tanah
(GFR) ............................................................................. 24
2.2.10 Prinsip Dasar Perhitungan Penyetelan Waktu .......................... 25
2.2.11 Relai OCR dan GFR ................................................................ 26
2.2.12 Prinsip Dasar Perhitungan Arus Hubung Singkat 20 kV ........... 27
2.2.13 Relai Arus Lebih Waktu Tertentu Dibandingkan Dengan Waktu
Terbalik .................................................................................. 29
2.2.14 ETAP Powerstation 12.6.0 ....................................................... 31
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 36
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian............................................................... 36
3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian .........................................................
3.2.1 Sumber data ..............................................................................
3.2.2 Jenis data....................................................................................
3.3 Tahap Penelitian ..................................................................................
3.4 Analisa Data ........................................................................................
3.5 Alur Analisis .......................................................................................

36
36
36
36
37
37

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ..................................................... 39
4.1 Sistem Pengaman Pada Saluran Distribusi Penyulang Peguyangan ...... 39
4.2 Setting Pengaman Transformator 3di Gardu Induk Kapal .................... 41
4.2.1 Perhitungan Arus Hubung Singkat di Penyulang 20 kV .............. 41
4.2.2 Setting Arus dan Waktu pada OCR dan GFR Sisi Penyulang
20 kV ......................................................................................... 43
4.2.3 Setting Arus dan Waktu pada OCR dan GFR Sisi Incoming
20 kV ........................................................................................ 46
4.3 Analisa Hasil Perhitungan .................................................................. 48
4.3.1 Hasil Perhitungan Setting Arus Relai OCR dan GFR ................. 48
4.3.2 Analisa Perhitungan Ground Fault Relay ................................... 50
ix

BAB V PENUTUP ............................................................................................ 51
5.1 Simpulan ............................................................................................ 51
5.2 Saran .................................................................................................. 51
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 52
LAMPIRAN - LAMPIRAN

x

DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Tabel 4.2
Tabel 4.3
Tabel 4.4

Hasil perhitungan dari Arus hubung singkat ................................
Hasil perhitungan setting arus dan waktu OCR penyulang dan
incoming 20 kV ...........................................................................
Hasil perhitungan setting arus dan waktu GFR penyulang dan
incoming 20 kV ...........................................................................
Hasil simulasi hubung singkat satu phasa ketanah pada ETAP .....

xi

48
49
49
49

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4

Zona proteks .............................................................................
Sistem proteksi sederhana .........................................................
Elemen dasar relai .....................................................................
Rangkaian sederhana relai arus lebih seketika dan
karakteristiknya ........................................................................
Gambar 2.5 Rangkaian sederhana relai arus lebih waktu tertentu dan
karakteristiknya .........................................................................
Gambar 2.6 Rangkaian sederhana relai arus lebih dan waktu terbalik
karakteristiknya .........................................................................
Gambar 2.7 Menu Untuk Membuat Project Baru..........................................
Gambar 2.8 Tampilan Layar ETAP Powerstation Sebelum Perencanaan ......
Gambar 2.9 Tampilan Keseluruhan Layar ETAP Powerstation Sesudah
Perencanaan .............................................................................
Gambar 2.10 Tampilan Untuk Mengubah Propertis Dari Kompenen Listrik ..
Gambar 2.11 Tombol Load Flow Analysis Pada Mode Toolbar ......................
Gambar 2.12 Load Flow Toolbar ...................................................................
Gambar 3.1 Alur penelitian tugas akhir ........................................................
Gambar 4.1 Single line diagram penyulang peguyangan ...............................

xii

9
10
13
21
22
23
32
32
33
33
34
34
38
39