Undip Analisa Ganguan Hubung Singkat Transmisi 150 Kv

1 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP Semarang 2 Staff Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP Semarang

Makalah Tugas Akhir

ANALISA GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA JARINGAN SUTT 150 kV JALUR

KEBASEN – BALAPULANG – BUMIAYU MENGGUNAKAN PROGRAM ETAP

Rachmad Hidayatulloh1, Juningtyastuti2, Karnoto2

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro

Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia [email protected]

ABSTRACT

Transmission system is very vulnerable to disruption, especially on the SUTT 150kV line this leads to

decreased reliability of the electrical system, so that from the electricity providers and consumers alike suffered

losses.

There are several types of disturbances that often occur in SUTT 150 kV line, one of which is a short

circuit interruption on the line SUTT. The first step, the author tries to calculate and analyze interference SUTT

150 kV line in order not to damage the equipment interference is used. Interference analysis is conducted by

simulating the disorder with the help of ETAP software version 4.0.

The results of calculation and analysis indicates that the short circuit fault current in the event that the smallest disruption to the flow of one phase and the biggest annoyances is when an interruption of 3 phase. Safety

relays are used to consist of two types include safety relays Distance which is the main (main Protection) for the 3

phase fault current If the largest in Bus 2 is 21.383 kA the Distance relays mounted on Bus 2 detects disturbances in Zone 1, which zone 1 has tms = 0 seconds (instant), while relay OCR is a safety backup (backup protection) due

to the fault current If 3 phase biggest Bus 2 is 21.383 kA OCR then relays mounted on Bus 2 large tms = 0.24 sec .

So relay Distance will always work first than relay OCR during the disruption.

Keyword : Disturbance Analysis, SUTT 150 kV line, ETAP Software version 4.0, Relay Distance, Relay OCR.

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Listrik sekarang ini sudah menjadi kebutuhan

sekunder yang penting bagi seluruh masyarakat baik

di perkotaan maupun pedesaan, bahkan industri-

industri juga menggunakan listrik dari PLN untuk

kelangsungan proses produksi.

Ketersediaan listrik PLN dari pembangkit-

pembangkit di pulau Jawa sudah cukup untuk

memenuhi kebutuhan konsumen seluruh pulau Jawa-

Bali, namun dalam proses penyaluran listrik tersebut

masih banyak muncul kendala / gangguan yang

terjadi. Banyak faktor yang dapat menyebabkan

terjadinya gangguan sistem tenaga listrik diantaranya

adalah gangguan pada sistem Transmisi baik itu

transmisi Tegangan Tinggi (SUTT) atau transmisi

Tegangan Extra Tinggi (SUTET), baik gangguan tiga

fasa, antar fasa maupun gangguan fasa ke tanah.

Penyebabnya bermacam-macam antara lain

kelebihan beban, jaringan yang terganggu, dan lain-

lain, untuk meminimalisir area gangguan dan

mempersingkat waktu terjadinya gangguan maka

perlu dipasang peralatan proteksi yang cocok untuk

mengatasi gangguan yang muncul. Sistem proteksi

bertujuan untuk mengurangi terjadinya gangguan

serta mengurangi akibat gangguan tersebut. Sistem

Proteksi yang digunakan haruslah mampu

melindungi Sistem Transmisi baik SUTT maupun

SUTET secara optimal, handal serta memiliki

sensitifitas tinggi. Banyak peralatan proteksi (dalam

hal ini rele pengaman) yang digunakan pada

pengaman sistem transmisi diantaranya adalah Rele

Arus Lebih / Over Current Rele (OCR) dan Rele

Jarak (Distance Rele). Prinsip kerja rele OCR adalah

mendeteksi kelebihan arus akibat beban lebih atau

terjadi hubung singkat pada sistem, maka Rele

memerintahkan PMT untuk membuka sehingga

gangguan dapat dilokalisi. Sedangkan Distance Rele

adalah untuk mendeteksi impedansi saluran yang

terjadi gangguan di sepanjang jalur Transmisi,

sehingga diketahui zona titik gangguan.

Kedua rele (OCR dan Distance) diaplikasikan

untuk mengatasi gangguan hubung singkat pada line

SUTT Kebasen – Balapulang – Bumiayu agar sistem

kelistrikan di daerah tersebut lebih handal. Untuk

menganalisa besarnya arus gangguan hubung singkat

untuk menentukan seting rele digunakan program

simulator yaitu program ETAP.

2

1.2 Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini

adalah :

1. Menghitung dan menganalisis besarnya Arus

gangguan pada jaringan SUTT 150kV Kebasen

– Balapulang – Bumiayu di area PT. PLN

(Persero) APP Purwokerto. 2. Menghitung dan menganalisa jarak/zona

gangguan untuk rele Distance 3. Menghitung dan menganalisa setting rele OCR

4. Menganalisa koordinasi antara rele OCR

dengan rele Distance

1.3 Pembatasan Masalah

Untuk menghindari presepsi yang salah dan

meluasnya pembahasan, maka pada penelitian ini

pembatasan masalahnya meliputi :

1. Standard rele OCR yang digunakan adalah

Standard Inverse.

2. Karakteristik rele Distance yang digunakan

adalah karakteristik Mho.

3. Impedansi Generator ZG diabaikan.

4. Standarisasi perhitungan mengacu pada standard

IEC.

5. Program Simulator yang digunakan adalah

program ETAP Versi 4.0, dan digunakan untuk

mensimulasi arus hubung singkat.

6. Semua nilai impedansi real, impedansi shunt,

arus magnetisasi, arus pengisian saluran

transmisi dan arus beban nol diabaikan.

7. Impedansi bersama (timbal balik) antara saluran

diabaikan.

II. DASAR TEORI

2.1 Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik adalah sistem penyaluran energi

listrik dari pembangkit kepelanggan yang

membutuhkan energi listrik tersebut. Pada gambar

2.1 ditunjukkan suatu sistem kelistrikan terpadu,

seperti: generator, transformator, jaringan tenaga

listrik dan beban listrik.

Busbar 1 Busbar 2

Generator

Transmisi

Gb 2.1 Sistem Tenaga Kelistrikan

Secara garis besar suatu sistem tenaga listrik dapat

dikelompokkan atas 3 bagian sub sistem. Bagian sub

sistem tersebut terdiri dari beberapa komponen dan

peralatan yang saling berhubungan, antara lain :

1 Sistem pembangkitan yang meliputi generator

dan gardu induk pembangkit.

2 Sistem penyaluran meliputi : Jaringan transmisi,

gardu induk, jaringan sub-transmisi.

3 Bagian distribusi dan beban meliputi : Gardu

induk distribusi, jaringan distribusi primer, gardu

distribusi, jaringan distribusi sekunder, beban

listrik / pelanggan.

2.2 Pembangkit Tenaga Listrik

Energi listrik merupakan energi yang setiap periode

kebutuhannya semakin bertambah. Untuk itu perlu

adanya pemanfaatan energi listrik secara optimum

dengan sistem distribusi daya yang efektif.

Pusat pembangkit tenaga listrik dapat dibedakan

menjadi :

1) Pusat pembangkit tenaga listrik konvensional,

terdiri dari :

Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA).

Pusat Listrik Tenaga Thermo (PLTT),

meliputi :

- Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

- Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)

- Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

- Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

- Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi

(PLTB)

2) Pusat tenaga listrik non konvensional, terdiri

dari :

Pusat Listrik Tenaga Angin.

Pusat Listrik Tenaga Matahari.

Pusat Listrik Tenaga Pasang Surut.

2.2.1 Generator / Motor Listrik

Suatu sistem pembangkit yang ditunjukkan pada

gambar 2.2 yang merupaka rangkaian setara

generator berikut ini,

E

X

sinkronR

V

Gambar 2.2. Rangkaian setara suatu generator

(mesin serempak )

terdiri dari beberapa bagian penting yaitu motor

serempak, dalam motor serempak terdapat dua

3

bentuk konstruksi rotor yang menghasilkan

karakteristik yang sangat berpengaruh terhadap

operasi suatu sistem, yaitu motor serempak dengan

rotor bulat (Round or cylindrical rotor) dan motor

serempak dengan kutub menonjol (the salient pole

rotor). Diameter rotor bulat relatif lebih kecil

dibandingkan diameter rotor dengan kutub menonjol.

Motor serempak dengan rotor bulat dioperasikan

pada putaran tinggi, dan dikenal sebagi turbo

generator. Rangkaian setara motor serempak

diberikan sebagai suatu sumber tegangan dengan

satu impedansi yang dihubungkan seri dengan

sumber tegangan tersebut. Pengaruh reaksi jangkar

dan fluks bocor merupakan reaktansi sinkron.

Tahanan setiap fasa dari belitan jangkar yang

terhubung seri dengan reaktansi dapat diabaikan

terhadap reaktansinya.Rangkaian setara tersebut

digunakan untuk menganalisis suatu sistem tenaga

listrik hanya dalam keadaan tetap.

Berdasarkan gambar 2.2 digunakan untuk

menghitung arus hubung singkat, dengan persamaan

berikut :

𝐼𝐺 =𝐸

(𝑅 + 𝐽𝑋)

Dimana:

𝐼𝐺 = Arus Gangguan

𝐸 = Tegangan sumber / Generator

𝑅 = Tahanan real

𝑋 = Tahanan imajiner

2.2.2 Sistem Penyaluran

2.2.2.1 Jaringan Transmisi

Transmisi adalah proses penyaluran energi

listrik dari satu tempat ke tempat lainnya, yang

besaran tegangannya adalah Tegangan Ultra Tinggi

(UHV), Tegangan Ekstra Tinggi (EHV), Tegangan

Tinggi (HV), Tegangan Menengah (MHV), dan

Tegangan Rendah (LV).

Sedangkan Transmisi Tegangan Tinggi, adalah:

1 Berfungsi menyalurkan energi listrik dari satu

gardu induk ke gardu induk lainnya.

2 Terdiri dari konduktor yang direntangkan antara

tiang-tiang (tower) melalui isolator-isolator,

dengan sistem tegangan tinggi.

3 Standar tegangan tinggi yang berlaku di

Indonesia adalah : 30 KV, 70 KV dan 150 KV.

2.2.3 Gardu Induk

Gardu Induk (GI) sebagai sub-sistem dalam

penyaluran energi listrik memegang peranan penting

dalam menaikkan maupun menurunkan tegangan.

Dalam gardu induk dilakukan proses pencatatan

(recording) terhadap parameter-parameter

ketenagalistrikan yang meliputi tegangan (V), Arus

(A), Frektiensi (Hz), Daya aktif (MW), Daya Reaktif

(MVAR). Di dalam Gardu Induk juga dilakukan

fungsi proteksi terhadap komponen-komponen yang

terdapat di dalam gardu induk, fungsi proteksi

penting untuk melindungi peralatan dari kondisi

sistem kelistrikan yang abnormal yang mungkin

disebabkan adanya gangguan penghantar ataupun

adanya tegangan surja / petir. Dalam Gardu Induk

juga dilakukan proses, kontrol on/off terhadap

peralatan switching device sebagai salah satu

mekanisme on/off aliran daya. Secara garis besar

fungsi dari Gardu Induk adalah sebagai berikut:

1. Transformasi tenaga listrik dari satu level

tegangan ke level tegangan yang lain (dari

tegangan tinggi ke tegangan menengah atau

sebaliknya).

2. Pengukuran, pengawasan operasi, serta

pengaturan pengaman sistem tenaga listrik.

3. Pengaturan daya ke gardu-gardu Induk lain

melalui tegangan tinggi dan gardu-gardu induk

distribusi melalui feeder tegangan menengah.

Bila dilihat dari sifatnya, gardu Induk dapat

dibedakan menjadi tiga yaitu:

a. Gardu Induk Slack adalah gardu induk yang

menyalurkan tenaga listrik dari satu gardu induk

ke gardu Induk yang lain pada level tegangan

yang sama.

b. Gardu Induk Distribusi adalah gardu induk yang

menyalurkan tenaga listrik dari tegangan sistem

/ tegangan trasmisi ke tegangan distribusi.

c. Gardu Induk Industri adalah gardu induk yang

menyalurkan tenaga listrik dari tegangan sistem

langsung hanya ke industri yang membutuhkan

(biasanya gardu induk ini dibangun dekat

dengan industri tersebut).

2.2.3.1 Peralatan Gardu induk

Suatu gardu induk merupakan semacam unit

rangkaian yang meliputi bagian-bagian peralatan

pemasuk rangkaian(circuit entry), rel (busbar),

pemisah (disconecting switch), pemtus tenaga

(circuit breaker), transformator daya dan peralatan-

peralatan pendukung lainnya seperti trafo tegangan

(voltage transformer), trafo arus (current

transformer), arrester, pemisah dan lain-lain.

4

1. Busbar atau Rel

2. Ligthning Arrester

3. Sakelar Pemisah (PMS) atau Disconnecting

Switch (DS)

4. Sakelar Pentanahan

5. Circuit Breaker (CB)/Pemutus Tenaga (PMT)

6. Peralatan SCADA dan Telekomunikasi

7. Papan Alarm (Announciator)

8. Transformator Daya

9. Rele Proteksi

Rele OCR (Over Current Relay)

Rele arus lebih (Over Current Relay) adalah rele

yang bekerja berdasarkan adanya kenaikan arus

yang melebihi suatu nilai pengaman tertentu dan

jangka waktu tertentu.

R TS

CT

Trip Coil

PMT

PMT

CT

CT

Relay

Arus

Lebih

Battery

Ib

Ib

Ib

IR IR IR

Gambar 2.11 wiring tiga buah rele arus lebih (OCR)

Tabel 2.1 menunjukkan karakteristik kurva Invers

berdasarkan standar IEC

Kurva karakteristik β α

IEC Standard inverse (SIT) 0,14 0,02

IEC Very Inverse (VIT) 13,5 1

IEC Long Time Inverse (LIT) 120 1

IEC Extremely Inverse (EIT) 80 2

IEC Ultra Inverse (UIT) 315,2 2,5

Setting OCR Apabila standar yang digunakan untuk

penyetingan rele adalah standar IEC

(International Electrical Cooperation). Waktu

tunda kerja antar CB (pemutus tenaga) adalah 0,4

detik, Standar IEC untuk kurva invers.

Setting berdasarkan standard IEC menurut

kurva invers maka didapat persamaan sebagai

berikut :

1

3

set

fault

I

I

tmsktop

𝑡𝑚𝑠 =𝑇

𝛽 (2.5)

dengan t0 = 1 detik maka akan didapatkan nilai

TMS berdasarkan rumus (2.5) yaitu tms = 0,1

Rele Jarak (Distance Relay) Rele jarak (Distance Relay) merupakan

proteksi yang paling utama pada saluran

transmisi. Rele jarak menggunakan pengukuran

tegangan dan arus untuk mendapatkan impedansi

saluran yang harus diamankan. Jika impedansi

yang terukur didalam batas settingnya, maka rele

akan bekerja. Disebut rele jarak, karena impedansi

pada saluran besarnya akan sebanding dengan

panjang saluran. Oleh karena itu, rele jarak tidak

tergantung oleh besarnya arus gangguan yang

terjadi, tetapi tergantung pada jarak gangguan

yang terjadi

Terhadap rele proteksi. Impedansi yang diukur

dapat berupa Z, R saja ataupun X saja, tergantung

jenis rele yang dipakai.

Macam – macam rele jarak, yang digunakan

untuk proteksi saluran transmisi dapat dilihat pada

tabel berikut ini.

Tabel 2.1 Jenis Rele jarak Proteksi Saluran

Transmisi

5

Setting Rele Jarak

Setting rele jarak berdasarkan pada derah atau

zone dari saluran transmisi yang akan diproteksi.

Zone ini menggambarkan seberapa panjang saluran

yang diproteksi oleh pengaman jarak. Secara umum,

zone pada proteksi rele jarak terdiri dari tiga zone,

yaitu:

a. Zone I : mengamankan saluran yang diproteksi

(protected line) Settingnya adalah 80 persen

impedansi saluran yang diproteksi.

b. Zone II : mengamankan saluran yang diproteksi

(protected line) dan saluran sebelahnya (adjacent

line) Settingnya adalah 120 persen impedansi

saluran yang diproteksi.

c. Zone III : mengamankan saluran sebelahnya

(adjacent line) Settingnya adalah saluran yang

diproteksi ditambah 120 persen saluran

sebelahnya (adjacent line)

Pengaruh Infeed

Pengaruh infeed adalah pengaruh penambahan atau

pengurangan arus menuju ke titik gangguan terhadap

arus yang melewati rele. Hal ini akan menyebabkan

pendeteksian lokasi gangguan menjadi salah. Hal‐hal

yang menyebabkan terjadinya pengaruh infeed

adalah:

a. Pembangkit pada ujung saluran yang diamankan.

Seperti terlihat pada gambar dibawah ini, maka

jika terjadi gangguan di titik F, impedansi dilihat

dari rele A adalah :

Z rA = VA/I1 = (I1ZAB + IF ZBF)/ I1 (2.4)

= ZAB + (IF/I1) ZBF

= ZAB + [ (I1 + I2)/I1] ZBF

= ZAB + (1 + I2/I1) ZBF

Sehingga rele di A akan merasakan gangguan

semakin

menjadi lebih pendek.

Gambar 2.11 Pengaruh Infeed Akibat Adanya

Unit Pembangkit di Ujung Saluran Yang

Diproteksi

b. Perubahan saluran transmisi

Perubahan konfigurasi saluran akan

mempengaruhi impedansi yang terbaca oleh rele

jarak. Sebagai contoh kasus adalah seperti berikut

ini (seperti gambar di bawah ini):

Saluran tunggal ke ganda

Impedansi dilihat dari rele A, dengan gangguan

di titik F adalah:

ZrA = (I ZAB + I1 ZBF)/I (2.5)

= ZAB + I1/I ZBF

= ZAB + [(2l – x) / 2l ] ZBF

Gangguan di dekat bus B, x = 0, maka k = 1

Gangguan di bus C, x = l, maka k = ½

Sehingga gangguan disalah satu transmisi antara

B‐C, impedansi yang dilihat oleh rele A selalu

lebih kecil dari sesungguhnya. Akibatnya

jangkauan rele lebih panjang.

Saluran ganda ke tunggal

Impedansi saluran jika dilihat dari rele A, untuk

gangguan di titik F adalah:

ZrA = (I1 ZAB + IF ZBF)/I1

= ZAB + IF/I1 ZBF

= ZAB + [(I1/I2)/I1] ZBF

Jika I1= I2, maka ZrA = ZAB + 2ZBF

Sehingga gangguan setelah bus B, impedansi

dilihat dari rele A akan selalu lebih besar.

Akibatnya rele mempunyai jangkauan yang lebih

pendek.

Gambar 2.12 Pengaruh Infeed Akibat

perubahan Saluran

(a). Saluran tunggal ke ganda

(b). Saluran ganda ke tunggal

6

2.4 Konversi Satuan ke dalam per-unit (pu)

Untuk mempermudah dalam melakukan

perhitungan impedansi urutan maka diperlukan

perubahan satuan dari satuan ohm ke dalam satuan

pu (per unit). Bila base yang digunakan adalah.

MVAbase = 100 MVA

kVbase = 150 kV

Maka impedansi dalam pu diperoleh:

𝑍𝑝𝑢 =𝑍𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎

𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 (2.9)

𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 =𝑘𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒

2

𝑀𝑉𝐴𝑏𝑎𝑠𝑒 (2.10)

𝐼𝑏𝑎𝑠𝑒 =𝑀𝑉𝐴𝑏𝑎𝑠𝑒

3.𝑘𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒

(2.11)

𝑘𝑉𝑝𝑢 =𝑘𝑉𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎

2

𝑘𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒2 =

1502 kV

1502 kV= 1 pu (2.12)

2.5 Transformasi Impedansi

2.5.1 Transformasi Delta (Δ) ke Bintang (Y)

Transformasi Delta (Δ) ke Bitang (Y)

merupakan suatu perubahan formasi dari susunan

impedansi berbentuk Delta diubah menjadi

berbentuk Bintang, hal ini bertujuan agar

memudahkan dalam menghitung impedansi totalnya.

formasi Delta (Δ ) ke bintang (Y), seperti

ditunjukkan pada gambar 2.15 berikut ini.

Z1-2Z2-3

Z1-3B1

B2

B3 B1

B2

B3

ZaZc

Zb

a. b.

Gambar 2.15. Formasi Impedansi Delta (Δ) dan

Bintang (Y)

(a) Impedansi formasi Delta (Δ)

(b) Impedansi formasi Bintang (Y)

Persamaan transformasi dari delta ke bintang adalah:

𝑍𝑎 =𝑍1−3 . 𝑍1−2

𝑍1−2 + 𝑍2−3 + 𝑍1−3 (2.14)

𝑍𝑏 =𝑍1−2 .𝑍2−3

𝑍1−2 + 𝑍2−3 + 𝑍1−3 (2.15)

𝑋𝑐 =𝑍1−3. 𝑍2−3

𝑍1−2 + 𝑍2−3 + 𝑍1−3 (2.16)

2.5.2 Transformasi Bintang (Y) ke Delta (Δ) Transformasi Bintang (Y) ke Delta (Δ)

merupakan suatu perubahan formasi dari susunan

impedansi berbentuk Bintang diubah menjadi

berbentuk Delta, formasi Delta (Δ ) ke bintang (Y),

seperti ditunjukkan pada gambar 2.16 berikut ini.

B1

B2

B3

ZaZc

Zb

b. Impedansi formasi Υ

B1

Z1-2Z2-3

Z1-3

B2

B3

a. Impedansi formasi Δ

Gambar 2.16. Formasi Impedansi Bintang (Y) dan

Delta (Δ)

(a) Impedansi formasi Bintang (Y)

(b) Impedansi formasi Delta (Δ)

Persamaan transformasi dari Bintang ke Delta

adalah:

𝑍𝑎 =𝑍1−2 𝑍1−3 + 𝑍1−2 𝑍2−3 + 𝑍1−3 𝑍2−3

𝑍2−3 (2.17)

𝑍𝑏 =𝑍1−2 𝑍1−3 + 𝑍1−2 𝑍2−3 + 𝑍1−3 𝑍2−3

𝑍1−3 (2.18)

𝑍𝑐 =𝑍1−2 𝑍1−3 + 𝑍1−2 𝑍2−3 + 𝑍1−3 𝑍2−3

𝑍1−2 (2.19)

2.6 Gangguan-Gangguan Pada Sistem Tenaga

Gangguan pada sistem tenaga terdiri dari dua jenis

yaitu :

1. Gangguan Nonsimetris

a. Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (L-

Gnd)

b. Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah (L-

L-Gnd)

c. Gangguan hubung singkat dua fasa (L-L)

2. Gangguan Simetris

a. Gangguan hubung singkat tiga fasa (L-L-L)

b. Gangguan hubung singkat tiga fasa ke tanah (L-

L-L-Gnd)

2.6.1 Hubung singkat satu fasa ke tanah

Hubung singkat ini disebabkan oleh adanya

sambaran petir, isolator pecah, benturan mekanis,

satu kawat kena pohon ataupun tali layang-layang

dan lain-lain.

Dengan demikian arus gagguan pada fasa a dapat

dicari dengan:

𝐼𝑎𝑓 = 3𝐼𝑎0 = 3𝐼𝑎1 = 3𝐼𝑎2

𝑉𝑎𝑓 = 𝑍𝑓𝐼𝑎𝑓 (2.7)

7

maka,

G

aGLfZZZZ

VII

3

.3

210

2.6.2 Hubung singkat dua fasa ke tanah

Hubung singkat ini disebabkan oleh adanya tegangan

lebih pada salah satu fasa yang disertai flash over

yang terjadi dengan isolator dari fasa disebelahnya.

Pada gangguan F dengan sebuah impedansi

gangguan Zf dan impedansi dari saluran ke tanah ZG

(yang sama dengan nol atau tak terhingga). Dari

persamaan arus di titik gangguan dihasilkan arus

gangguan dua fasa ke tanah, yaitu:

Iaf = 0 =Ia0+Ia1+Ia2

jika Ia1 dan Ia2 diketahui maka:

Ia0 = -(Ia1+Ia2)

G

G

LL

GLLf

ZZZ

ZZZZ

VI

3

)3.(

.3

02

02

1

)(

2.6.3 Hubung singkat antar fasa

Dari gangguan berikut diketahui bahwa:

Iaf = 0, Iao = 0, Ibf = -Icf

Dan Vbc = Vb-Vc = Zf.Ibf

Iao=0

Sehingga arus urutan dapat dikethui sebagai berikut:

G

LL

aaZZZ

VII

21

21

.3

2.6.4 Hubung singkat tiga fasa ke tanah

Gangguan ini jarang terjadi namun tetap harus

mendapat perhatian. penyebab gangguan ini antara

lain surja petir yang menyambar ketiga kawat fasa

ataupun pohon yang mengenai kawat fasa. Gangguan

ini Merupakan gangguan yang paling besar dari

gangguan-gangguan tersebut diatas.

𝐼𝑎0 = 0, 𝐼𝑎2 = 0,

)( 1 G

afZZ

VI

Jika ZG = 0, Maka arus gangguan tiga fasanya

adalah:

1

1Z

VIIIII afcfbfaf

III. METODE PENELITIAN

3.1 Sistem Penulisan Tugas Akhir

Langkah – langkah dalam Penelitian Tugas Akhir ini

dijelaskan dalam diagram alir berikut ini :

Data

Masukkan data

Proses olah data dengan

program dan perhitungan

Hasil proses program dan

perhitungan

Perbandingan hasil

perhitungan dengan program

Analisa

Kesimpulan

Gambar 3.1 Diagram alir Penelitian Tugas Akhir

3.1 Data-data Tiap Komponen

Data-data yang diperoleh dari hasil observasi

dan penelitian di lapangan adalah sebagai berikut:

a. Data sumber 1

Sumber suplay Gardu Induk 150 kV Bumiayu

dengan data sebagai berikut:

MVA hubung singkat 3Φ : 10.392 MVA

Impedansi urutan positif (Z1) : 0,258 + j2,16 Ω

Impedansi urutan negatif (Z2) : 0,258 + j2,16 Ω

Impedasi urutan nol (Z0) : 1,810 + j15,026 Ω

b. Data sumber 2

Sumber suplay Gardu Induk 150 kV Bumiayu

dengan data sebagai berikut:

MVA hubung singkat 3Φ : 10.392 MVA

Impedansi urutan positif (Z1) : 0,258 + j2,16 Ω

Impedansi urutan negatif (Z2) : 0,258 + j2,16 Ω

Impedasi urutan nol (Z0) : 1,810 + j15,026 Ω

c. Data Bus

Busbar yang digunakan pada sistem adalah :

Busbar 1 (GI Bumiayu), Busbar 2 (GI

Balapulang), Busbar 3 (GI Kebasen) adalah

Busbar dengan tegangan operasi nominal 150 kV.

8

d. Data impedansi saluran

Konduktor yang digunakan pada jaringan

transmisi 150 kV adalah jenis ACSR, adapun

konstanta impedansi urutannya adalah sebagai

berikut :

- Imp.urutan positif (Z1) : 0.0336 + j.0.2614 Ω/km.

- Imp.urutan positif (Z2) : 0.0336 + j.0.2614 Ω/km

- Imp.urutan positif (Z0) : 0.5970 + j.2.0483 Ω/km

Jarak dari bus 1 (GI Bumiayu) ke bus 2 (GI

Balapulang) sejauh 21.5 km maka impedansi

salurannya adalah:

Z1 = 0.0336 + j0.2614 Ω/km x 21.5 km

= 0.722 + j5.62 Ω

Z2 = Z1 = 0.722 + j5.62 Ω

Z0 = 0.5970 + j.2.0483 Ω/km x 21.5 km

= 12.836 + j44.038 Ω

Jarak antara bus 2 (GI Balapulang) ke bus 3 (GI

Kebasen) sejauh 22 km maka impedansi

salurannya adalah:

Z1 = 0.0336 + j0.2614 Ω/km x 22 km

= 0.739 + j5.751 Ω

Z2 = Z1 = 0.739 + j5.751 Ω

Z0 = 0.5970 + j.2.0483 Ω/km x 22 km

= 13.134 + j45.063 Ω

Jarak antara bus 1 (GI Bumiayu) ke bus 3 (GI

Kebasen) sejauh 22 km maka impedansi

salurannya adalah:

Z1 = 0.0336 + j0.2614 Ω/km x 22 km

= 0.739 + j5.751 Ω

Z2 = Z1 = 0.739 + j5.751 Ω

Z0 = 0.5970 + j.2.0483 Ω/km x 22 km

= 13.134 + j45.063 Ω

3.3 Data setting OCR

a. Setting rele OCR pada tegangan nominal 150 kV

Arus maksimum yang dapat dialirkan melalui

konduktor jaringan transmisi adalah 600 A.

Setting sisi 150 kV merupakan sisi yang

mempunyai setting rele OCR sebagai berikut:

- Setting OCR GI 150 kV Bumiayu arah Bay

Balapulang

Setting arus (Iset) prim : 600 A

Setting arus (Iset) sec : 600 x 5 / 600 = 5 A

tms (time multiple set) : 0,1 kurva standar (SI)

- Setting OCR GI 150 kV Balapulang arah Bay

Bumiayu

Setting Arus (Iset) prim : 1100 A

Setting arus (Iset) sec : 1100 x 1 / 2000 = 0,55A


- Setting OCR GI 150 kV Balapulang arah Bay

Kebasen

Setting Arus (Iset)prim : 1100 A

Setting arus (Iset) sec : 1100 x 1 / 2000 = 0,55A


- Setting OCR GI 150 kV Kebasen arah Bay

Balapulang

Setting Arus (Iset) : 600 A


tms (time multiple setting) : 0,1 kurva standar (SI)

- Setting OCR GI 150 kV Bumiayu arah Bay

Kebasen




- Setting OCR GI 150 kV Kebasen arah Bay

Bumiayu




3.4 Data setting DR (Distance Rele)

Setting rele Distance pada Jaringan Transmisi 150

kV dengan tiga zona gangguan yaitu zona 1, zona 2

dan zona 3, masing – masing memiliki prosentase

pengamanan terhadap total panjang saluran

transmisi. Setting rele Distance sebagai berikut:

1. Setting Zone pada Line 1

- Setting DR GI 150 kV Bumiayu arah Bay

Balapulang

Setting Zone 1 : 4,5 Ω



- Setting DR GI 150 kV Balapulang arah Bay

Bumiayu





- Setting DR GI 150 kV Balapulang arah Bay

Kebasen




9

- Setting DR GI 150 kV Kebasen arah Bay

Balapulang





- Setting DR GI 150 kV Bumiayu arah Bay

Kebasen




- Setting DR GI 150 kV Kebasen arah Bay

Bumiayu




3.5 Program Simulasi dengan ETAP versi 4.0 Perhitungan arus hubung singkat disimulasikan

dengan bahasa komputasi dengan menggunakan

program ETAP dan hasil simulasi perhitungan arus

hubung singkat tersebut digunakan untuk

menghitung nilai arus setting rele over current dan

menghitung jarak titik gangguan guna menentukan

Zona gangguan tersebut.

Program yang digunakan untuk simulasi adalah

program ETAP versi 4.0 yang didalamnya terdapat

fasilitas untuk membuat single line diagram yang

sesuai dengan obyek penelitian dari menu-menu

program yang ada pada program ETAP 4.0, sehingga

memberikan kemudahan bagi pengguna untuk dapat

menjalankan program tersebut.

Tampilan awal program perhitungan arus hubung

singkat dengan menggunakan program ETAP versi

4.0 adalah sebagai berikut:

1. Menu Pendataan yang terdiri dari submenu antara

lain:

- Form Create New Project File yaitu masukan dan

keterangan yang menyangkut penamaan dari

project yang akan dibuat, folder penyimpanan,

sistem unit, permohonan password, dan data base

access.

- Form User Information ini merupakan masukan

keterangan dan informasi perihal user / pengguna

program tersebut.

- Layar OLV yaitu layar kerja untuk membuat

gambar project yang berupa single line diagram

dari project yang dikerjakan

- Form gambar adalah gambar single line diagram

tiga bus.

2. Menu Perhitungan yang mempunyai submenu

antara lain:

- Perhitungan hubung singkat input data berupa

data-data / parameter yang diperoleh dari

lapangan.

- Perhitungan Ihs pada busbar 150 kV

3. Menu Data lapangan yaitu berbagai data yang

diperoleh dari lapangan yang berupa antara lain:

- Data arus hubung singkat,

- Data setting rele arus lebih (OCR),

- Data setting rele jarak (Distance Relay).

4. Menu laporan yaitu laporan yang dihasilkan dari

pengolahan data atau perhitungan yang antara

lain berupa:

- Laporan impedansi saluran,

- Laporan arus per unit,

- Laporan arus hubung singkat dan

- Laporan nilai impedansi gangguan penentu jarak

gangguan.

5. Menu Utility yaitu menu untuk menambah atau

mengganti user dan password.

6. Menu help yang berupa menu bantuan panduan

menjalankan program.

IV. PERHITUNGAN dan ANALISIS

4.1 Perhitungan Arus Hubung Singkat

Dibawah ini menunjukkan gambar single line

diagram dari penelitian ini.

Daya Sumber 1

Busbar 1

GI Bumiayu150 kV

Busbar 2

GI Balapulang

Busbar 3

GI Kebasen

Daya Sumber 2

Beban

GI Balapulang

Beban

GI Kebasen

Line 1

Bumiayu-Balapulang

Line 2

Balapulang-Kebasen

Line 3

Bumiayu-Kebasen

150 kV

150 kV

10392 MVAsc

150 kV

5,433 MVA

130 MVA

10392 MVAsc

150 kV

F1

F2

R1

R2

R3

R4

R5

R6R7

R8

F3

Gambar 4.1. Single line diagram, rele dan gangguan

Bus

10

4.1.1 Perhitungan Impedansi Setiap Bagian

Impedansi-impedansi setiap bagian pada jaringan

SUTT 150kV Bumiayu-Balapulang-Kebasen yang di

dapat diubah menjadi satuan pu adalah sebagai

berikut:

Dengan mengacu pada,

MVAbase = 100 MVA

kVbase = 150 kV

Dengan menggunakan persamaan 2.9, maka

impedansi dalam pu diperoleh:

Tabel4.1 impedansi setiap bagian dalam per unit (pu)

Komponen Daya

MVA

Tegangan

(kV)

Impedansi urutan (pu)

X1 X2 X0

Sumber 1 100 150 0,010 0,010 0,066

Sumber 2 100 150 0,010 0,010 0,066

Line 1-2 150 0,025 0,025 0,196

Line 2-3 150 0,026 0,026 0,200

Line 1-3 150 0,026 0,026 0,200

4.1.2 Perhitungan Arus Hubung Singkat Tiap

Bus

Setelah diketahui nilai impedansi tiap komponen

kemudian melakukan perhitungan impedansi urutan

positif, impedansi urutan negatif dan impedansi

urutan nol dalam bentuk pu (per unit) sehingga arus

hubung singkat pada tiap bus dan Line dapat

diketahui. Perhitungan arus hubung singkat tiap bus

dan Line adalah sebagai berikut:

4.1.2.1 Perhitungan arus hubung singkat pada

bus 1

1. Impedansi urutan Bus 1 tegangan tinggi 150 kV

dari data yang diperoleh dengan menggunakan

persamaan 2.11, 2.12, dan 2.13 maka didapatkan

impedansi urutan sebagai berikut:

- Impedansi urutan positif

𝑋1 = 𝑗0,0073

- Impedansi urutan negative

𝑋2 = 𝑗0,0073

- Impedansi urutan nol

𝑋0 = 𝑗0,049

2. Perhitungan arus hubung singkat bus 1 tegangan

tinggi 150 kV dengan menggunakan persamaan

pada sub bab 2.6.1 sampai 2.6.4

- Arus hubung singkat satu fasa ke tanah If(L-G)

dengan ZG = 0 adalah

𝐼𝑓 𝐿−𝐺 = 46,88∠− 90° 𝑝𝑢 = 18042 𝐴

- Arus hubung singkat dua fasa adalah

𝐼ℎ𝑠2Ø = 118,49∠− 90° 𝑝𝑢 = 45606 𝐴

- Arus hubung singkat dua fasa ke tanah adalah

𝐼ℎ𝑠2Ø−𝐺 = 126,28∠− 90° 𝑝𝑢 = 48604 𝐴

- Arus hubung singkat tiga fasa adalah

𝐼ℎ𝑠 3 Ø = 136,99 ∠− 90° 𝑝𝑢 = 52727 𝐴

Tabel 4.2 Arus hubung singkat Bus 1

BUS 1 Arus Hubung Singkat (Ampere)

1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 18042 45606 48604 52727

Program 17802 47107 47534 54394

4.1.2.2 Perhitungan arus hubung singkat bus 2


dari data yang diperoleh adalah sebagai berikut:

Impedansi saluran untuk arus hubung singkat

pada Bus 2, line membentuk formasi delta (Δ),

untuk memudahkan perhitungan impedansi

urutan maka formasi line harus diubah menjadi

formasi bintang (Y), seperti ditunjukkan pada

gambar dibawah ini.

L1-2L2-3

L1-3B1

B2

B3 B1

B2

B3

XaXc

Xb

a. b.

Gambar 4.2 Formasi impedansi

a. Impedansi formasi Delta (Δ)

b. Impedansi formasi Bintang (Y)

Dengan menggunakan persamaan 2.11, 2.12,

dan2.13 maka didapatkan impedansi urutan

sebagai berikut :


𝑋1 = 𝑗0,018

- Impedansi urutan negatif

𝑋2 = 𝑗0,018


𝑋0 = 𝑗0,132




11


dengan

ZG = 0 adalah

𝐼𝑓 𝐿−𝐺 = 17,86∠− 90° 𝑝𝑢 = 6873 𝐴


𝐼ℎ𝑠 2 Ø = 48,06∠− 90° 𝑝𝑢 = 18497 𝐴


𝐼ℎ𝑠2Ø−𝐺 = 51,18∠− 90° 𝑝𝑢 = 19701 𝐴


𝐼ℎ𝑠 3 Ø55,56 ∠− 90° 𝑝𝑢 = 21383 𝐴



1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 6873 18497 19701 21383

Program 6741 18995 19317 21934

4.1.2.3 Perhitungan Arus Hubung Singkat Bus 3


dari data yang diperoleh dengan menggunakan

persamaan 2.11, 2.12, dan 2.13 maka didapatkan

impedansi urutan sebagai berikut:


𝑋1 = 𝑗0,0073

- Impedansi urutan negative

𝑋2 = 𝑗0,0073


𝑋0 = 𝑗0,049






𝐼𝑓 𝐿−𝐺 = 46,88∠− 90° 𝑝𝑢 = 18042 𝐴


𝐼ℎ𝑠2Ø = 118,49∠− 90° 𝑝𝑢 = 45606 𝐴


𝐼ℎ𝑠2Ø−𝐺 = 126,28∠− 90° 𝑝𝑢 = 48604 𝐴


𝐼ℎ𝑠 3 Ø = 136,99 ∠− 90° 𝑝𝑢 = 52727 𝐴



1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 18042 45606 48604 52727

Program 17802 47107 47534 54395

4.1.3 Perhitungan arus hubung singkat tiap

Jaringan Transmisi (Line)


Line 1

1. Perhitungan impedansi urutan


pada Line 1, line membentuk formasi delta (Δ),




gambar dibawah ini.

½ L1-2L2-3

L1-3B1

B2

B3 B1

F

B3

XaXc

Xb

a. Impedansi formasi Δ b. Impedansi formasi Υ

½ L1-2

F

Gambar 4.3 a. Impedansi formasi Delta (Δ)



dan 2.13 maka didapatkan impedansi urutan

sebagai berikut :


𝑋1 = 𝑗0,015


𝑋2 = 𝑗0,015


𝑋0 = 𝑗0,11

2. Perhitungan arus hubung singkat line 1 tegangan





𝐼𝑓 𝐿−𝐺 = 21,13∠− 90° 𝑝𝑢 = 8132 𝐴


𝐼ℎ𝑠 2 Ø = 57,67∠− 90° 𝑝𝑢 = 22196 𝐴


𝐼ℎ𝑠2Ø−𝐺 = 61,79∠− 90° 𝑝𝑢 = 23783 𝐴

12


𝐼ℎ𝑠 3 Ø = 66,67 ∠− 90° 𝑝𝑢 = 25660 𝐴

Tabel 4.5 Arus hubung singkat Line 1

Line 1 Arus Hubung Singkat (Ampere)

1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 8132 22196 23783 25660

Program 8087 22603 22966 26099


Line 2







gambar dibawah ini.

L1-2

L1-3B1

B2

B3 B1

F

B3

XaXc

Xb


½ L2-3

F



½ L2-3

Dengan menggunakan persamaan 2.11, 2.12, dan

2.13 maka didapatkan impedansi urutan sebagai

berikut :


𝑋1 = 𝑗0,015


𝑋2 = 𝑗0,015


𝑋0 = 𝑗0,075

b. Perhitungan arus hubung singkat line 2 tegangan





𝐼𝑓 𝐿−𝐺 = 21,13∠− 90° 𝑝𝑢 = 8133 𝐴


𝐼ℎ𝑠 2 Ø = 57,67∠− 90° 𝑝𝑢 = 22196 𝐴


𝐼ℎ𝑠2Ø−𝐺 = 61,79∠− 90° 𝑝𝑢 = 23783 𝐴


𝐼ℎ𝑠 3 Ø = 66,67 ∠− 90° 𝑝𝑢 = 25660 𝐴



1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 8133 22196 23783 25660

Program 7949 22236 22595 25675


Line 3







gambar dibawah ini.

L1-2L2-3B1

B2

B3 B1

F

B3

XaXc

Xb


½ L1-3

F



½ L1-3


dan2.13 maka didapatkan impedansi urutan

sebagai berikut :


𝑋1 = 𝑗0,012


𝑋2 = 𝑗0,012


𝑋0 = 𝑗0,083

2. Perhitungan arus hubung singkat line 3 tegangan





𝐼𝑓 𝐿−𝐺 = 28,04∠− 90° 𝑝𝑢 = 10793 𝐴


𝐼ℎ𝑠 2 Ø = 72,08∠− 90° 𝑝𝑢 = 27745 𝐴


𝐼ℎ𝑠2Ø−𝐺 = 76,89∠− 90° 𝑝𝑢 = 29595 𝐴

13


𝐼ℎ𝑠 3 Ø = 83,33 ∠− 90° 𝑝𝑢 = 32074 𝐴



1 Ø-G 2 Ø 2 Ø-G 3 Ø-G

Perhitungan 10793 27745 29595 32074

Program 10699 29620 30068 34202

4.2 Perhitungan setting Distance rele

4.2.1 Perhitungan setting Zona gangguan (Zone 1,

2 & 3)

Rele jarak (distance relay) merupakan proteksi

yang paling utama pada saluran transmisi. Rele jarak

menggunakan pengukuran tegangan dan arus untuk

mendapatkan impedansi saluran yang harus

diamankan. Jika impedansi yang terukur didalam

batas setting, maka rele akan bekerja.

Di sebut rele jarak, karena impedansi pada

saluran besarnya akan sebanding dengan panjang

saluran. Oleh karena itu, rele jarak tidak tergantung

oleh besarnya arus gangguan yang terjadi, tetapi

tergantung pada jarak gangguan yang terjadi

terhadap rele proteksi. Impedansi yang diukur dapat

berupa Z, R saja ataupun X saja, tergantung jenis rele

yang dipakai.

Perhitungan Rf, jika gangguan berada di Bus 1

(dilihat dari Bus 2)

Gangguan 1Ø-Gnd

- 𝑘𝑉𝑓 = Tegangan gangguan = 150 kV

- 𝐼𝑓−3Ø = Arus gangguan 3Ø = 18,042 kA

Maka,

𝑍𝑟3 =𝑘𝑉𝑓

3. 𝐼𝑓−1Ø

=150 𝑘𝑉

3. 18,042 𝑘𝐴

=150 𝑘𝑉

28,891 𝑘𝐴= 5,8 Ω

Jadi, gangguan 1Ø pada Bus 1 berada di zona 2

karena Zr4 & Zr7 lebih besar dari Zzone1 namun lebih

kecil dari Zzone2 (𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 1(4,6) < 5,8 <𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 2(6,9))

Gangguan 3Ø



Maka,

𝑍𝑟3 = 3. 𝑘𝑉𝑓

𝐼𝑓−3Ø

= 3. 150 𝑘𝑉

52,727 𝑘𝐴= 5,8 Ω

Jadi, gangguan 3Ø pada Bus 1 berada di zona 2

karena Zr4 & Zr7 lebih besar dari Zzone1 namun

lebih kecil dari Zzone2 (𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 1(4,6) < 5,8 <𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 2(6,9)).

Tabel 4.9 Nilai impedansi gangguan di Bus 1

Ganggu

an

Rele 3&8 Rele 4&7

Impedansi (Ω)

Zona Impedansi

(Ω) Zona

1 Ø-G 0 1 5,8 2

3 Ø-G 0 1 5,8 2

Time operasi 0 detik - 0,4 detik

Perhitungan Rf, jika gangguan di Bus 2 (dilihat

dari Bus 1 & 3)

Gangguan 1Ø-Gnd

- 𝑘𝑉𝑓 = Tegangan gangguan = 74,74 kV


Maka,


3. 𝐼𝑓−1Ø

=74,40 𝑘𝑉

3. 6,873 𝑘𝐴

=74,40 𝑘𝑉

11,86 𝑘𝐴= 5,8 Ω

Jadi, gangguan 1Ø pada Bus 2 berada di

zona 2 karena Zr3 & Zr6 lebih besar dari

Zzone1 namun lebih kecil dari Zzone2

(𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 1(4,6) < 5,8 < 𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 2(6,9))

Gangguan 3Ø

- 𝑘𝑉𝑓 = Tegangan gangguan = 74,40 kV


Maka,

𝑍𝑟3 =𝑘𝑉𝑓𝐼𝑓−3Ø

= 3. 74,40 𝑘𝑉

21,383 𝑘𝐴= 5,8 Ω




(𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 1(4,6) < 5,8 < 𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 2(6,9)).


Ganggu

an

Rele 4 & 5 Rele 3 & 6

Impedansi

(Ω) Zona

Impedansi

(Ω) Zona

1 Ø-G 0 1 5,8 2

3 Ø-G 0 1 5,8 2

Time operasi 0 detik - 0,4 detik

14

Perhitungan Rf, jika gangguan berada di Bus 3

Rele 6 (dilihat dari rele 5)

Gangguan 1Ø-Gnd



Maka,


3. 𝐼𝑓−1Ø

=150 𝑘𝑉

3. 18,042 𝑘𝐴

=150 𝑘𝑉

28,891 𝑘𝐴= 5,8 Ω

Jadi, gangguan 1Ø pada Bus 3 berada di zona

2 karena Zr5 & Zr8 lebih besar dari Zzone1

namun lebih kecil dari Zzone2 (𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 1(4,6) <5,8 < 𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 2(6,9))

Gangguan 3Ø



Maka,

𝑍𝑟3 =𝑘𝑉𝑓𝐼𝑓−3Ø

= 3. 150 𝑘𝑉

52,727 𝑘𝐴= 5,8 Ω




(𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 1(4,6) < 5,8 < 𝑍𝑧𝑜𝑛𝑒 2(6,9)).


Ganggu

an

Rele 6&7 Rele 5&8

Impedansi

(Ω) Zona

Impedansi

(Ω) Zona

1 Ø-G 0 1 5,8 2

3 Ø-G 0 1 5,8 2

Time operasi 0 detik - 0,4detik

4.3 Perhitungan Setting Rele OCR

4.3.1 Perhitungan Setting Kerja Rele arus lebih

(OCR)

Rele arus lebih (Over current Relay ) harus

disetting diatas arus beban maksimum dan dibawah

arus hubung singkat minimum, artinya pada saat

sistem dalam keadaan beban puncak maka rele tidak

diharapkan trip oleh karena hal tersebut bukan

merupakan sebuah gangguan. Sebaliknya, rele

diharapkan mampu mendeteksi arus gangguan

sekecil mungkin yang dapat mengganggu kinerja

dari sistem.

Dalam perhitungan setting rele ada dua hal

yang perlu dilakukan yaitu setting arus dan setting

waktu operasi rele. Perhitungan rele arus lebih pada

jaringan tenaga listrik dimulai dari rele pada bus

penyalur ke beban dalam hal ini bus 2. Pada jaringan

konfigurasi ring terdapat dua prosedur dalam

melakukan setting waktu rele OCR yaitu prosedur

pengurutan waktu searah jarum jam (clockwise) dan

pengurutan waktu berlawanan arah jarum jam (anti-

clockise).

Dari perhitungan sehingga diperoleh setting arus rele

arus lebih dari hasil perhitungan adalah sebagai

berikut:

Tabel 4.12 Hasil perhitungan setting rele arus lebih

(OCR)

lokasi Rele I hs 3Ø

(kA)

CT rasio Iset

(perhitungan) Primer Sek

Bus 1 1 52,73 1200 5 1440

Bus 2

21,38 4000 1 4800

Bus 3 2 52,73 1200 5 1440

Line 1 3 25,66 600 5 720

4 25,66 2000 1 1320

Line 2 5 25,66 2000 1 1320

6 25,66 600 5 720

Line

3

7 32,07 600 5 720

8 32,07 600 5 720

4.4 Koordinasi Rele Distance dan Rele Over

Current

Rele yang digunakan dalam sistem ini terdiri dari

dua jenis yaitu Rele Distance dan Rele Over Current,

dimana rele Distance merupakan main protection

atau pengaman utama sedangkan rele over current

merupakan backup protection atau pengaman

cadangan namun kedua rele tersebut sangat penting

untuk pengaman sistem jaringan. Koordinasi kerja

dari rele distance dan rele over current ditunjukkan

sebagai berikut;

1. Koordinasi antara Rele Distance R3 & R4,

serta OCR R3 & R4

Gangguan di Bus 1;

Distance R3 = 0 Ω; Zona 1; Time operasi : 0 s

OCR R3 = Time operasi : 0,35 s

Distance R4 = 5,8Ω; Zona 2; Time operasi : 0,4s

Gangguan di Bus 2;




15


serta OCR R5 & R6

Gangguan di Bus 2;

Distance R5 = 0 Ω; Zona 1; Time operasi : 0s

OCR R5 = Time operasi : 0,24s


Gangguan di Bus 3;

Distance R6 = 0 Ω; Zona 1; Time operasi : 0s

OCR R6 = Time operasi : 0,35s


4.5 Analisa Hasil Perhitungan

4.5.1 Analisa Arus Hubung Singkat

Setelah dilakukan perhitungan arus hubung

singkat dengan prediksi gangguan pada tiap

Bus dan Line maka didapatkan hasil sebagai

berikut:

Tabel 4.8 arus hubung singkat setiap Bus dan Line

Arus

HS

Arus BUS (Ampere)

1 2 3

Hit Prog Hit Prog Hit Prog

1 Ø-G 18042 17802 6873 6741 18042 17802

2 Ø 45606 47107 18497 18995 45606 47107

2 Ø-G 48604 47534 19701 19317 48604 47534

3 Ø 52727 54395 21383 21934 52727 54395

Arus

HS

Arus Line (Ampere)

1 2 3

Hit Prog Hit Prog Hit Prog

1 Ø-G 8132 8087 8133 7949 10793 10699

2 Ø 22196 22603 22196 22236 27745 29620

2 Ø-G 23783 22966 23783 22595 29595 30068

3 Ø 25660 26099 25660 25675 32074 34202

Merujuk pada tabel 4.8 arus hubung singkat

pada setiap bus dan Line hasil perhitungan dan

hasil program ETAP. Hasil perhitungan

diketahui bahwa gangguan 3Ø terbesar terjadi

pada bus 1 & 3 sebesar 52.727 Ampere dan

arus hubung singkat 3Ø terkecil ada pada bus 2

sebesar 21.383 Ampere. Untuk arus hubung

singkat satu fasa ketanah, gangguan terbesar

juga berada pada pada bus 1 & 3 sebesar

18.042 Ampere sedangkan arus hubung singkat

fasa tanah terkecil berada pada bus 2 sebesar

6.873 Ampere. Begitu pula untuk hasil dari

program ETAP untuk arus gangguan terbesar

dan terkecil baik itu gangguan 1 Ø-G sampai

gangguan 3Ø sama dengan hasil perhitungan

begitu pula nilainya juga mendekati dari hasil

perhitungan.

4.5.2 Analisa Rele Distance

Berdasarkan hasil perhitungan impedansi

gangguan dan waktu operasi rele Distance

dengan prediksi gangguan pada tiap Bus dan

Line maka didapatkan hasil sebagai berikut:

Tabel 4.9 Waktu operasi rele Distance

R

e

l

e

Distance

Gangguan (tms) second

Bus 1 Bus 2 Bus 3 Line 1 Line 2 Line 3

Z

o

n

a

To

p

Z

o

n

a

To

p

Z

o

n

a

To

p

Z

o

n

a

T

o

p

Z

o

n

a

T

o

p

Z

o

n

a

T

o

p

1 - - - - - -

- - - - - -

2 - - - - - -

3 1 0 2 0,4 - 1 0 - -

4 2 0,4 1 0 - 1 0 - -

5 - 1 0 2 0,4 - 1 0 -

6 - 2 0,4 1 0 - 1 0 -

7 2 0,4 - 1 0 - - 1 0

8 1 0 - 2 0,4 - - 1 0

Bus 1 Bus 2 Bus 3

80 %

Zona 1

Zona 2

120 %

Zona 3

200 %

Zona 1

80 %

Zona 2

120 %

Zona 3

200 %

Zona 1

80 %

Zona 2

120 %

Zona 3

200 %

80 %

Zona 1

Zona 2

120 %

Zona 3

200 %

Gambar 4.3 Arah Zona gangguan

Secara logika teori, jika lokasi gangguan

semakin jauh dari sumber, maka impedansi

gangguan semakin besar dan akibatnya arus

gangguan semakin kecil. Berdasarkan logika

tersebut. Terlihat bahwa arus gangguan pada

16

bus 2 lebih kecil bila dibandingkan dengan arus

gangguan pada bus 1 & 3.

Hasil perhitungan hubung singkat yang diambil

dari contoh gangguan pada bus 1 & 3 dengan

bus 2 yang terjauh dari sumber maka diperoleh

bahwa arus hubung singkat terbesar pada bus 1

& 3 sebesar 52,727 kA dengan impedansi

gangguan sebesar 5,8 Ω untuk gangguan 1 Ø

ke tanah dan impedansi gangguan 5,8 Ω untuk

gangguan 3Ø bila dilihat dari bus 2 sehingga

terdeteksi gangguan di zona 2, namun bila

dilihat dari rele di bus 1&3 itu sendiri nilai

impedansi gangguan adalah 0 Ω sehingga

terdeteksi di zona 1. Begitu juga saat gangguan

berada di bus 2 arus hubung singkat terbesar

sebesar 21,383 kA dengan impedansi gangguan

sebesar 5,8 Ω untuk gangguan 1 Ø ke tanah dan

impedansi gangguan 5,8 Ω untuk gangguan 3Ø

bila dilihat dari bus 1&3 sehingga terdeteksi

gangguan di zona 2, namun bila dilihat dari rele

di bus 2 itu sendiri nilai impedansi gangguan

adalah 0 Ω sehingga terdeteksi di zona 1.

4.5.3 Analisa Rele OCR

Berdasarkan perhitungan setting rele arus lebih

(OCR) dibandingkan dengan data setting

dilapanngan adalah sebagai berikut:

Tabel 4.13 Perbandingan setting rele OCR hasil

perhitungan dan data lapangan

lokasi Rele I hs 3Ø

(kA)

CT rasio Iset (hit)

Iset (data)

tms Prim sek

Bus 1 1 52,73 1200 5 1440 1400 -

Bus 2

21,38 4000 1 4800 4800 -

Bus 3 2 52,73 1200 5 1440 1400 -

Line 1 3 25,66 600 5 720 700 0,35

4 25,66 2000 1 1320 1200 0,24

Line 2 5 25,66 2000 1 1320 1200 0,24

6 25,66 600 5 720 700 0,35

Line 3 7 32,07 600 5 720 700 0,54

8 32,07 600 5 720 700 0,54

Tabel 4.5 diatas yaitu tabel perbandingan data

setting arus OCR hasil perhitungan dan data

lapangan dapat kita lihat bahwa nilai arus setting

OCR hasil perhitungan masih mempunyai selisih

dengan data lapangan hal ini dapat di sebabkan oleh

faktor pengali atau persentase yang digunakan untuk

setting rele OCR berbeda, kaidah atau aturan setting

rele arus lebih (OCR) yaitu:

Setting arus rele harus lebih besar dari beban

maksimal (Iset >Ifull load) dan tidak trip pada

beban maksimal maka setting arus rele arus

lebih. Jika mengacu pada aturan tersebut maka

baik setting data dilapangan maupun telah

sesuai dengan aturan tersebut. Ini dapat dilihat

ketika pada jaringan mengalir arus sebesar 600

A dengan setting arus sebesar 720 A maka rele

tidak akan pick up karena arus beban maksimal

tersebut lebih kecil dari arus setting sehingga

pada keadaan tersebut rele arus lebih OCR tidak

trip dan jaringan masih dapat mengalirkan arus

ke beban dengan normal.

Rele Arus lebih (OCR) harus trip pada arus

hubung singkat dua phasa minimum diujung

penghantar yang diamankan,

Imax < Iset < 0.8 Ihs 2Ø min

Bila Imax tidak diketahui, maka dapat

menggunakan In penghantar. Berdasarkan pada

kaidah ini maka setting arus dari tabel 4.5 juga

telah sesuai baik data hasil perhitungan maupun

data lapangan jika arus hubung singkat dua

phasa minimum sebesar 18497 A maka, 600 A <

720 A < 14798 A.

Koordinasi antara rele 3 dan 4 bila kita lihat dari

hasil perhitungan nilai tms rele 3 adalah 0,35

detik dan rele 4 adalah 0,24, bila terjadi

gangguan diantara rele 3 dan 4 maka rele 4 akan

bekerja untuk mentripkan CB (Circuit Breaker)

lebih cepat dibandingkan kerja dari rele 3.


hasil perhitungan nilai tms rele 5 adalah 0,24

detik dan rele 6 adalah 0,35, bila terjadi

gangguan diantara rele 5 dan 6 maka rele 5 akan


lebih cepat dibandingkan kerja dari rele 6.


hasil perhitungan nilai tms rele 7 dan rele 8

sama yaitu 0,54 detik, bila terjadi gangguan

diantara rele 7 dan 8 maka rele 7 dan 8 akan


bersamaan, hal ini dikarenakan Bus pada rele 7

dan 8 terdapat sumber tegangan sehingga untuk

menjaga kestabilan dan keandalan sistem maka

jika yang terjadi hanya gangguan sementara

tidak akan mentripkan CB pada Bus sumber

tegangan tersebut.

17

4.5.4 Analisa koordinasi Rele Distance dan Rele

Over Current

Berdasarkan hasil perhitungan rele Distance

dan rele arus lebih (OCR) maka didapatkan

rekapitulasi hasil sebagai berikut:

Tabel 4.14 Rekapitulasi hasil perhitungan

Hubung Singkat, Distance dan OCR

loka

si

R

e

l

e

I hs

3Ø

(kA)

Iset

(Hit)

(kA)

Iset

Lap

(kA)

OCR

tms

Distance

Gangguan (tms)

B1 B2 B3 L

1

L

2

L

3

Bus

1 1 52,7 1,44 1,4 - - - - - - -

Bus

2

21,4 4,8 4,8 - - - - - - -

Bus

3 2 52,7 1,44 1,4 - - - - - - -

Line

1

3 25,7 0,72 0,7 0,35 0 0,4 - 0 - -

4 25,7 1,32 1,2 0,24 0,4 0 - 0 - -

Line

2

5 25,7 1,32 1,2 0,24 - 0 0,4 - 0 -

6 25,7 0,72 0,7 0,35 - 0,4 0 - 0 -

Line

3

7 32,1 0,72 0,7 0,54 0,4 - 0 - - 0

8 32,1 0,72 0,7 0,54 0 - 0,4 - - 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1 4 8 12 16 20 24

Tim

e O

pe

ratio

n (

top)

Current (multiples of plug setting)

0,1 s

0,35 s

Waktu setting rele

OCR R7&R8

0,54 s

Waktu setting rele

OCR R3&R6

Waktu setting rele

OCR R4&R5

Zona 1

0

Zona 2 Waktu setting rele Distance

Gambar 4.4 Grafik waktu operasi rele Distance dan

rele OCR


serta OCR R3 & R4

Gangguan di Bus 1;



Distance R4 = 5,8 Ω; Zona 2; Time operasi : 0,4s

Dari data diatas saat gangguan di Bus 1 maka

rele yang bekerja lebih dulu adalah rele Distance

R3 yang mendeteksi gangguan di Zona 1 dan

time operasinya 0 detik (instan), setelah Distance

R3 operasi disusul rele Distance R4 akan

beroperasi setelah 0,4 detik kemudian karena

Distance R4 merasakan gangguan berada di

Zona2. Namun apabila terjadi kegagalan operasi

pada rele Distance R3 maka rele cadangan yaitu

OCR R3 akan bekerja setelah 0,35 detik setelah

terjadinya gangguan baru disusul Distance R4

pada 0,4 detik setelah gangguan.

Gangguan di Bus 2;

















serta OCR R5 & R6

Gangguan di Bus 2;










Distance R6 merasakan gangguan berada di Zona

2. Namun apabila terjadi kegagalan operasi pada

rele Distance R5 maka rele cadangan yaitu OCR

R5 akan bekerja setelah 0,24 detik setelah

18



Gangguan di Bus 3;
















V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Hasil perhitungan diketahui bahwa gangguan

terbesar terjadi pada bus 1 & 3 sebesar 52.727

Ampere dan arus hubung singkat 3Ø terkecil ada

pada bus 2 sebesar 21.383 Ampere. Untuk arus

hubung singkat satu fasa ketanah, gangguan

terbesar juga berada pada pada bus 1 & 3 sebesar

18.042 Ampere sedangkan arus hubung singkat

fasa tanah terkecil berada pada Bus 2 sebesar

6.873 Ampere.

2. Distance Rele pada sistem jaringan 3 Bus

Bumiayu-Balapulang-kebasen terpasang saling

berhadapan untuk tiap line, sehingga penentuan

zona gangguan saling berbanding terbalik antara

2 rele yang berhadapan, hal ini bertujuan agar

pengamanan pada sistem saat terjadi gangguan

lebih protektif dan handal. Dari hasil perhitungan

diketahui bahwa untuk rele Distance yang

terpasang dekat dengan gangguan maka rele

tersebut akan bekerja lebih cepat dibandingkan

rele yang jauh dari gangguan.

3. Hasil dari perhitungan dan analisis untuk setting

rele arus lebih (OCR) pada konfigurasi jaringan

ring 3 bus dengan menggunakan karakteristik

kurva normal inverse maka dapat diketahui

bahwa rele-rele yang mempunyai setting waktu

operasi (top) serta nilai tms yang kecil akan

beroperasi lebih cepat dalam melokalisir

gangguan dibandingkan dengan rele yang

mempunyai waktu operasi (top) dan tms yang

besar.

4. Koordinasi antara kedua rele yaitu rele Distance

dan rele OCR, dilihat dari waktu operasinya

maka dapat kita ketahui bahwa rele Distance

merupakan pengaman utama (main Protection)

karena dengan arus gangguan If 3Ø terbesar di

Bus 2 yaitu 21,383 kA maka R4 Distance tms = 0

detik (instan), sedangkan rele OCR merupakan

pengaman cadangan (backup protection) karena

untuk arus gangguan If 3Ø terbesar di Bus 2

yaitu 21,383 kA maka R4 OCR besarnya tms =

0,24 detik. Jadi rele Distance akan selalu bekerja

lebih dulu dibandingkan rele OCR saat terjadi

gangguan.

5.2 Saran

1. Program ETAP versi 4.0 hanya dapat digunakan

untuk mensimulasikan arus hubung singkat saja,

sehingga untuk menentukan besaran nilai untuk

setting rele yang digunakan hanya bisa dilakukan

melalui perhitungan manual dimana parameter

untuk perhitungan tersebut bisa didapatkan dari

hasil simulasi arus hubung singkat.

2. Koordinasi antar rele sangat penting terutama

untuk sistem yang lebih kompleks, untuk

menghindari terjadinya rele tidak bekerja atau

kesalahan pada penunjukan indikasi alarm

gangguan.

19

DAFTAR PUSTAKA:

[1]. Christopoulos, C, Wright, A. “Electrical

Power System Protection”, Chapman & Hall :

London : 1993

[2]. Das J.C. “Power System Anayisis Short-

Circuit Load Flow And Harmonic ” Marcel

Dekker Inc. Newyork : 2002

[3]. Gonen, Turan. “Modern Power System

Analysis”. John Wiley & Son, Inc. 1988

[4]. Hewitson, Les. Mark Brown. Ramesh, B.

“Practical Power System Protection”.

Newnes & Elsevier : 2004

[5]. Jamaah, Akhmad S.T. “Buku Pegangan

Kuliah Proteksi Sistem Tenaga ” POLINES:

2004

[6]. Paithankar, Y.G. Bhide, S.R.”Fundamental Of

Power System Protection”, Prentice-Hall of

INDIA. New Delhi.2003.

[7]. Saadat, Hadi. 1999. “ Power System Analysis

“. New York : The McGraw-Hill Companies.

[8]. Sulasno, Ir “Analisa sistem Tenaga Listrik”

Satya Wacana : Semarang : 1993

[9]. Stevenson, Jr, William, D. “Analisa sistem

tenaga listrik ”edisi keempat, Erlangga:

Jakarta : 1994

[10]. Zuhal,”Dasar Teknik Tenaga Listrik dan

Elekronika Daya”,PT Gramedia Pustaka

Utama, Jakarta:1992

[11]. PT. PLN (Persero) P3B. ”Pelatihan O&M

Relai Proteksi Jaringan” September 2005.

[12]. PT. PLN (Persero) P3B “Diklat Kursus Rele

Proteksi” Semarang : 2007

[13]. http://www.abb.com/global/seitp328.nsf

[14]. http://dunia-listrik.blogspot.com

BIODATA PENULIS

Rachmad Hidayatulloh lahir di

Semarang pada 27 Mei 1982.

Menempuh pendidikan di SDN

Delik Rejo 1 & 2, SMPN 8

Semarang, SMKN 4 Semarang, D3

Politeknik Negeri Semarang

konsentrasi teknik elektronika dan

saat ini sedang menyelesaikan studi Strata-1 di

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas

Diponegoro Semarang dengan mengambil

konsentrasi Power / Ketenagaan.

Semarang, Agustus 2012

Menyetujui,

Dosen Pembimbing I

Ir. Juningtyastuti, MT.

NIP. 195209261983032001

Dosen Pembimbing II

Karnoto, ST. MT.

NIP. 196907091997021001

http://www.abb.com/global/seitp328.nsf/

Documents

Undip Analisa Ganguan Hubung Singkat Transmisi 150 Kv