Makalah Seminar Kerja Praktek KOORDINASI SISTEM PENGAMAN PADA
JARINGAN TEGANGAN MENENGAH 20KV
DI PT. PLN (PERSERO) AREA PELAYANAN JARINGAN SEMARANG
Dominggus Yosua Suitella.1, Ir. Agung Warsito, DHET.2
1Mahasiswa dan 2Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Diponegoro
Jl. Prof.Sudharto, Tembalang, Semarang
Abstrak - Keandalan suatu sistem distribusi listrik
tidak lepas dari peralatan proteksi yang digunakan yang
berfungsi
melindungi peralatan dari gangguan. Salah satu gangguan yang
terjadi adalah gangguan hubung singkat. Gangguan ini
dapat diatasi dengan menggunakan rele proteksi dan peralatan
pemutus rangkaian yang bekerja secara bersama yang disebut
sistem proteksi.
Akan tetapi apabila setting sistem proteksi ini tidak efektif
hal ini akan menyebabkan peralatan proteksi bekerja tidak
semestinya. Sehingga hanya akan menambah angka SAIDI SAIFI
yang tidak perlu, Kwh yang hilang bertambah besar, dan
resiko rusaknya peralatan bertambah banyak.
Dalam kerja praktek di PLN APJ Semarang ini Penyulang KPK-01
terbagi menjadi beberapa seksi yang masing-
masing seksi dilindungi oleh Recloser dan PMT dengan rele OCR dan
GFR sebagai pengindranya. Untuk meminimalisir
pemadaman yang terjadi akibat gangguan setiap rele mempunyai
interfal waktu untuk PMT/Recloser bekerja dengan tetap
memperhatikan aspek selektifitas yaitu hanya PMT/Recloser yang
dekat dengan gangguan yang bekerja. Dengan setting rele
yang yang tepat maka tingkat keandalan sistem tenaga akan
dapat tercapai.
Kata kunci: Sistem Proteksi, OCR dan GFR, Penyulang
KPK-01
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi listrik wilayah kecamatan Semarang Barat disuplai
oleh GI (Gardu Induk) Krapyak dan GI Randu Garut. Dimana Semarang
Barat merupakan daerah yang terdapat banyak industri besar.
Salah satunya adalah suplai dari GI Krapyak Trafo I penyulang
Krapyak 01 (KPK01) dan dari GI Krapyak Trafo III penyulang Krapyak
10 (KPK10).
Dalam kondisi operasi normal kedua penyulang tersebut dipisahkan
oleh ABSW (Air Break Switch) pada posisi buka/NO (Normaly
Open). Pada kondisi tertentu untuk keperluan pemeliharaan atau
perbaikan peralatan disuatu seksi diperlukan manuver
(pelimpahan) beban dari penyulang satu ke penyulang yang lainnya,
untuk meminimalkan daerah padam.
Dimana penyulang Krapyak 1 (KPK01) dalam kondisi tertentu (manuver
beban) harus memikul beban dari penyulang Krapyak 10 (KPK10)
maka diperlukan pembahasan koordinasi peralatan pengaman,
sehingga keandalan sistem penyaluran tenaga listrik dapat lebih
terjamin secara optimal dengan tetap berpedoman pada desain
kriteria dari masing-masing peralatan.
1.2 Tujuan
Hal-hal yang menjadi tujuan penulisan laporan kerja praktek
ini adalah :
1. Mengetahui sistem jaringan distribusi tegangan menengah
20kV.
2. Mengetahui jenis-jenis gangguan yang terjadi
pada jaringan distribusi tegangan menengah 20Kv.
3. Mengetahui jenis pemeliharaan jaringan distribusi tegangan
menengah 20kV.
4. Mengetahui berbagai macam peralatan pengaman pada
jaringan distribusi tegangan menengah 20kV.
1.3 Pembatasan Masalah
a. Pembahasan sistem proteksi pada JTM 20 KV b.
Pembahasan tentang rele OCR dan GFR sebagai
pengindra arus gangguan hanya pada PMT dan Recloser pertama
(B1-36) Penyulang I GI Krapyak (KPK-01)
c. Tidak membahas arus gangguan sebelum incoming sisi 150
Trafo I GIS Krapyak
d. Tidak membahas arus gangguan setelah Recloser kedua
(U4-180)
e. Tidak membahas seting/pemilihan peralatan proteksi
selain OCR dan GFR secara mendalam (misalnya: pemilihan LA, CT, PT,
Isolator, Konduktor, dll)
II. KAJIAN PUSTAKA
2.1.1Sistem Jaringan Distribusi 20 kV
a. Sistem Radial b. Sistem ring (loop)
c. Sistem mesh d. Sistem jaring-jaring (NET)
e. Jaringan distribusi spindel f. Saluran Radial
Interkoneksi
2.1.2 Sistem Pentanahan Jaringan Distribusi di
Jawa Tengah
2.1.3 Macam gangguan dan akibatnya
a. Gangguan beban lebih. b. Gangguan hubung
singkat. c. Gangguan tegangan lebih
d. Gangguan hilangnya Pembangkit e. Gangguan
Instability
2.1.4 Cara mengatasi gangguan
2.1.5 Impedansi Jaringan Distribusi
Pada sistem distribusi tenaga listrik impedansi yang menentukan
besarnya arus hubung singkat, adalah :
Impedansi sumber
2.1.6 Komponen Simetris.
a. Sistem Tenaga Listrik Tiga Fasa Ketiga sistem simetris
yang merupakan hasil
uraian komponen simetris dikenal dengan nama:
Komponen urutan positif
Komponen urutan negatif
Komponen urutan nol
Gambar 2.2 Diagram komponen simetris
b. Operator Vektor “ a ” Pada penggunaan komponen
simetris sistem 3 fasa memerlukan suatu fasor atau operator yang
akan memutar rotasi dengan vektor lainnya yang berbeda sudut
120°. Operator yang dipakai vektor satuan adalah “a”. Didefinisikan
bahwa :
.......(2.1
2.1.7 Teori Hubung Singkat
...................(2.2)
...........................(2.3)
...............(2.4)
2.2.1 Pemutus Tenaga (PMT)
Pemutus Tenaga (PMT) adalah alat pemutus otomatis yang mampu
memutus/menutup rangkaian
pada semua kondisi, yaitu pada kondisi normal ataupun
gangguan. Secara singkat tugas pokok
pemutus tenaga adalah :
Keadaan normal, membuka / menutup rangkaian listrik.
Keadaan tidak normal, dengan bantuan relay, PMT dapat
membuka sehingga gangguan dapat
dihilangkan.
2.2.2 Relay Arus Lebih (OCR)
Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi
besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo
arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut
dengan
setting. Macam-macam karakteristik relay arus lebih :
3
a. Relay waktu seketika (Instantaneous relay) b.
Relay arus lebih waktu tertentu (Definite time
relay)
c. Relay arus lebih waktu terbalik
a. Relay Waktu Seketika (Instantaneous relay)
Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang
mengalir melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu
beberapa mili detik (10 – 20 ms).
b. Relay arus lebih waktu tertentu (deafinite time
relay)
Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi
gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui
settingnya (Is), dan jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai
kerja relay diperpanjang dengan waktu tertentu tidak tergantung
besarnya arus yang mengerjakan relay.
c. Relay arus lebih waktu terbalik.
Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari
besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus
makin kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam-macam.
Setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda,
karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok :
Standar invers
Very inverse
extreemely inverse
Gambar 2.2 Karakteristik relay waktu Inverse
Pada relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang
berbeda antara lain:
Pengamanan hubung singkat fasa
Relay mendeteksi arus fasa. Oleh karena itu, disebut pula
“Relay fasa”. Karena pada relay tersebut dialiri oleh arus fasa,
maka settingnya (Is) harus lebih besar dari arus beban
maksimum.
Pengamanan hubung tanah Rele arus lebih yang mendeteksi arus
gangguan
satu fasa tanah.
Pemutus balik otomatis (Automatic circuit recloser = Recloser) ini
secara fisik mempunyai kemampuan seperti pemutus beban, yang dapat
bekerja secara otomatis untuk mengamankan sistem
dari arus lebih yang diakibatkan adanya gangguan hubung
singkat.
2.2.4 Pelebur (fuse cut out)
Adalah suatu alat pemutus, dimana dengan meleburnya bagian dari
komponen yang telah dirancang khusus dan disesuaiakan ukurannya
untuk membuka rangkaian dimana pelebur tersebut dipasang dan
memutuskan arus bila arus tersebut melebihi suatu nilai dalam waktu
tertentu. Oleh karena pelebur ditujukan untuk menghilangkan
gangguan permanen, maka pelebur dirancang meleleh pada waktu
tertentu pada nilai arus gangguan tertentu.
2.2.5 Lightning Arrester (LA)
Suatu alat pelindung dari tegangan lebih yang disebabkan oleh surja
petir maupun surja hubung. Arrester beroperasi melindungi peralatan
sistem tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan lebih
yang datang dan mengalirkannya ke tanah.
2.2.5 Koordinasi Peralatan Pengaman SUTM 20
kV
Pada dasarnya prinsip pokok dari koordinasi adalah: a.
Peralatan pengaman pada sisi beban harus dapat
menghilangkan gangguan menetap atau sementara yang terjadi pada
saluran, sebelum
peralatan pengaman di sisi sumber beroperasi memutuskan
saluran sesaat atau membuka terus.
b. Pemadaman yang terjadi akibat adanya gangguan
menetap harus dibatasi sampai pada seksi sekecil mungkin.
III. ANALISIS KOORDINASI SISTEM
3.1 Data Perusahaan
Data-data untuk menentukan setting OCR dan GFR I hs 3Φtt :
17.856,96 Ampere Kapasitas Trafo : 60 MVA
Impedansi Trafo : 12,5 % Impedansi JTM 3Ø saluran dari outgoing 20
kV ke Recloser 1 : Z1 = Z2 = 0,134 + j0,308 = 0,335 66,4870
Z0 = 0,413 + j0,949 = 1,034 66,4810
Impedansi JTM 1Ø saluran dari outgoing 20 kV ke Recloser 1 : Z1f =
1,623 + j0,746
Gambar 3.1 diagram komponen arus gangguan
Impedansi Trafo:
833,0 60
20 %5,12
MVA3866,15
10
..................(3.3)
Arus gangguan maksimum adalah yang terjadi pada dekat rel 20kV GI
(Ztr + Ztt)= Z1 = Z2
Untuk gangguan 1 fasa ke tanah dekat GI : Z1 = Z2 =
Z0
1
fn
021
fn
Maxn-1Fhs
21
fn
Max2Fhs
1
fn
hsmax3ph
3.Z
kV3.
)ZZ(Z
Amp12.326,07I TM3Fhs
Semakin jauh suatu daerah/titik dari Trafo Daya, maka arus gangguan
yang terjadi akan semakin kecil (berbanding terbalik dengan
impedansi saluran). Arus gangguan pada ujung jaringan SUTM (JTM)
adalah merupakan arus hubung singkat minimum, rumus
perhitungan sebagai berikut:
210tr tt
Terhadap Gangguan Hubung Singkat
Apabila standar yang digunakan untuk penyetingan relay adalah
standar IEC (International Electrical Cooperation). Waktu tunda
kerja antar CB
Kurva karakteristik K
IEC Standard inverse
3.3.1 Setting OCR
Peralatan dengan arus nominal terendah adalah CT, dengan In = 400
Ampere.
Is ocr = 1,2 x In CT = 480 Ampere Dengan menggunakan rumus (3.10)
dengan t0 = 1
detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan rumus (3.9) yaitu
TMS = 0,1
Setting waktu tunda relay OCR untuk penyulang dipilih karakteristik
Standar Inverse standar IEC ditunjukan oleh tabel 3.1, dengan rumus
(3.7)
Tabel 3.2 perhitungan waktu tunda OCR pada PMT
x Is OCR I hs td
100% 300
I hs max 12236,07 0,231
3.3.2 Setting GFR
Setting GFR pada penyulang : 0,6 x In CT = 0,6 x 400 = 240
Ampere
Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 = 1 detik maka akan
didapatkan nilai TMS berdasarkan rumus (3.9) yaitu TMS = 0,2
Tabel 3.3 Perhitungan waktu tunda GFR pada PMT
x Is GFR I hs GFR
100% 300 6,260
I hs max 12236,07 0,435
Apabila dibuat kurva karakteristik antara waktu dan arus gangguan
maka hasilnya dapat dilihat pada gambar 3.3 dibawah ini
Gambar 3.3 Kurva GFR PMT Standar Inverse
3.4 Setting pada Recloser B1-36
3.4.1 Setting OCR
Peralatan dengan arus nominal terendah adalah CT, dengan In = 250
Ampere. Is ocr = 1,2 x In CT = 300 Ampere
Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 = 1
detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan rumus (3.9) yaitu
TMS = 0,08
Setting waktu tunda relay OCR untuk penyulang dipilih karakteristik
Standar Inverse standar IEC ditunjukan oleh tabel 3.1, dengan rumus
(3.7)
Tabel 3.4 perhitungan waktu tunda OCR pada Recloser x
Is OCR I hs td
100% 300
Gambar 3.4 Kurva OCR Recloser Standar Inverse
3.4.2 Setting GFR
Setting GFR pada penyulang : 0,6 x In CT = 0,6 x 250 = 150
Ampere
Ratio CT = 600/5 Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 =
1
detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan
rumus (3.9) yaitu TMS = 0,08
Tabel 3.5 Perhitungan waktu tunda GFR pada Recloser
x Is GFR I hs td
100% 300
Gambar 3.5 Kurva GFR Recloser Standar Inverse
Feeder KPK-01
Berikut ini adalah setting interval Recloser B1-36 pada
penyulang KPK-01 : 1st :5 detik 2nd :5 detik 3rd : 10 detik Lock
out :4X trip (reclose 3x) Reset delay :90 detik
3.6 Setting Arus Momen
Setting arus momen (Im) yang akan bekerja tanpa tunda waktu, baik
pada PMT maupun pada recloser penetapannya sebagai berikut
:
Setting arus momen OCR = 500 % x In terendah
Setting arus momen GFR = 500 % x In terendah
3.7 Koordinasi OCR PMT dengan Recloser
Relay OCR juga dikombinasi dengan setting waktu tunda definite
(waktu tunda tertentu), yang mana pemilihannya ditetapkan 0,5
detik.
Tabel 3.6 Pebandingan waktu tunda OCR pada PMT dan
Recloser x Is OCR I hs PMT Recloser
100% 300
Gambar 3.6 Koordinasi OCR pada PMT dan Recloser
IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
1. Besar arus gangguan pada sistem 3 fasa 4 kawat memberikan
keuntungan koordinasi atara peralatan pengaman yang satu
dengan yang lain dengan baik.
2. Jangkauan relay sangat dipengaruhi besar kecilnya arus
hubung singkat, sedangkan besar arus hubung singkat dipengaruhi
:
a. Jumlah pembangkit yang masuk ke sistem
jaringan.
b. Kapasitas dan impedansi trafo
c. Titik gangguan atau panjang jaringan. 3. Peralatan
Pengaman pada penyulang KPK-01
masih bisa menjangkau (melakukan penginderaan) pada saat
menerima pelimpahan beban dari penyulang KPK-10.
4.2 Saran
1. Sebaiknya waktu tunda definite antara rele PMT dengan
Recloser pertama di perlama, hal ini untuk megantisipasi bahwa rele
PMT lebih trip dulu daripada rele Recloser
2. Sebaiknya masalah pembumian lebih diperhitungkan, tidak
asal menaruh batang elektroda ke dalam tanah.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Sulasno, Ir., Analisis Sistem Tenaga Listrik, Jilid
I, Satya Wacana, Semarang, Mei 1993. [2] Komari Ir., Proteksi
Sistem Tenaga Listrik, PT
PLN (Persero), Udiklat Teknologi Kelistrikan. [3] Pribadi
Kadarisman Ir., Pengaman Arus lebih,
Udiklat Teknologi Kelistrikan. [4] SPLN
52 – 3 : 1983, Pola pengaman sistem [5] Hasan
Basri, Ir., Diktat mata kuliah Proteksi
Sistem Tenaga Listrik ISTN Jakarta, Jakarta, 2002
[6] Diktat mata kuliah Sistem Proteksi & Relay UNDIP
Semarang, Semarang, 2007
[7] Suhadi, Teknik Distribusi Listrik
[8] Agus Darmanto, Nugroho., Susatyo Handoko, Analisa
koordinasi ocr-recloser penyulang
kaliwungu 03, Universitas Diponegoro.
Dominggus Yosua Suitella
(L2F606021) lahir di Ungaran, 5 Mei 1988. Saat ini sedang menempuh
pendidikan Strata 1 di Universitas Diponegoro Semarang
Konsentrasi
Ketenagaan.