bab ii kajian pustaka - sinta.unud.ac.id ii... · 7 daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di...

24
4 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir Pengembangan sistem proteksi dalam jaringan distribusi dan transmisi sangat diperlukan untuk mengamankan kerja sistem dan peralatan-peralatan pada sistem pembangkitan. Dalam suatu peralatan di sistem pembangkitan terpasang rele-rele proteksi, dan diperlukannya setting terhadap rele tersebut dengan mengetahui gangguan-gangguan seperti gangguan arus hubung singkat. Hasil akhir dalam laporan ini diharapkan untuk dapat mencegah atau mengamankan suatu peralatan dan sistem pembangkitan dari gangguan, sehingga sistem proteksi dapat bekerja dengan efektif, selektif dan handal. 1) Penelitian yang dilakukan oleh Julian Maruli Torang Manurung (2012) yang berjudul “Studi Pengaman Busbar 150 kV pada Gardu Induk Siantan”. Pada penelitian tersebut dijelaskan tentang bagaimana cara membandingkan sistem yang ada dengan kondisi ideal serta mendesain sistem proteksi sesuai dengan kondisi busbar ganda. 2) Penelitian yang dilakukan oleh Anaa Istrimaroh, Nasrun Hariyanto dan Syahrial (2013) yang berjudul “Penentuan Setting Rele Arus Lebih Generator dan Rele Differensial Transformator Unit 4 PLTA Cirata II”. Pada penelitian tersebut dijelaskan tentang bagaimana cara menggunakan simulasi software dan menghitung manual untuk mengetahui arus gangguan, sehingga diperoleh setting rele arus lebih generator dan transformator dengan arus yang melewati rele dan waktu delay. 3) Penelitian yang dilakukan oleh I Made Aris Sastrawan (2010) yang berjudul “Analisa Setting Rele OCR (Over Current Relay) pada Sistem 150 kV Bali Pasca Dioperasikannya Pembangkit Celukan Bawang”. Pada penelitian tersebut dijelaskan tentang bagaimana cara penentuan setting arus dan waktu rele OCR,

Upload: dinhcong

Post on 07-Feb-2018

226 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

4

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir

Pengembangan sistem proteksi dalam jaringan distribusi dan transmisi sangat

diperlukan untuk mengamankan kerja sistem dan peralatan-peralatan pada sistem

pembangkitan. Dalam suatu peralatan di sistem pembangkitan terpasang rele-rele

proteksi, dan diperlukannya setting terhadap rele tersebut dengan mengetahui

gangguan-gangguan seperti gangguan arus hubung singkat. Hasil akhir dalam laporan

ini diharapkan untuk dapat mencegah atau mengamankan suatu peralatan dan sistem

pembangkitan dari gangguan, sehingga sistem proteksi dapat bekerja dengan efektif,

selektif dan handal.

1) Penelitian yang dilakukan oleh Julian Maruli Torang Manurung (2012) yang

berjudul “Studi Pengaman Busbar 150 kV pada Gardu Induk Siantan”. Pada

penelitian tersebut dijelaskan tentang bagaimana cara membandingkan sistem

yang ada dengan kondisi ideal serta mendesain sistem proteksi sesuai dengan

kondisi busbar ganda.

2) Penelitian yang dilakukan oleh Anaa Istrimaroh, Nasrun Hariyanto dan Syahrial

(2013) yang berjudul “Penentuan Setting Rele Arus Lebih Generator dan Rele

Differensial Transformator Unit 4 PLTA Cirata II”. Pada penelitian tersebut

dijelaskan tentang bagaimana cara menggunakan simulasi software dan

menghitung manual untuk mengetahui arus gangguan, sehingga diperoleh setting

rele arus lebih generator dan transformator dengan arus yang melewati rele dan

waktu delay.

3) Penelitian yang dilakukan oleh I Made Aris Sastrawan (2010) yang berjudul

“Analisa Setting Rele OCR (Over Current Relay) pada Sistem 150 kV Bali Pasca

Dioperasikannya Pembangkit Celukan Bawang”. Pada penelitian tersebut

dijelaskan tentang bagaimana cara penentuan setting arus dan waktu rele OCR,

Page 2: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

5

dengan analisa gangguan hubung singkat antar phasa dan tiga phasa simetris

dengan menggunakan program ETAP PowerStation 4.0.

4) Penelitian yang dilakukan oleh Dewa Putu Wahyu Sanjaya (2014) yang berjudul

“Perhitungan Setting Relay Untuk Pengaman Captive Power di Bandara

Internasional Ngurah Rai-Bali”. Pada penelitian tersebut dijelaskan mengenai

setting waktu tunda dan waktu kerja relay arus lebih pada pengaman captive

power sebelum dan setelah dilakukannya pengembangan bandara tahap III.

5) Penelitian yang dilakukan oleh Afriansyah (2012) yang berjudul “Analisis

Koordinasi Over Current Relay Pada Penyulang Darmasaba Akibat Pemasangan

Recloser Sibang Kaja”. Pada penelitian tersebut dijelaskan mengenai penyetelan

ulang peralatan pengaman Penyulang Darmasaba, Recloser Sibang Kaja dan

koordinasi OCR antar kedua peralatan proteksi.

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Sistem busbar

Busbar merupakan bagian utama dalam suatu gardu induk yang berfungsi

sebagai tempat terhubungnya semua bay yang ada pada gardu induk tersebut, baik

bay line maupun bay trafo. Umumnya gardu induk didesain dengan konfigurasi 2

busbar (double busbar), namun juga masih terdapat gardu induk yang memiliki satu

busbar (single busbar).

Sistem gardu induk yang dikelola oleh PT PLN (Persero) beroperasi pada

beberapa level tegangan. Level tegangan ini dikelompokkan menjadi 2 bagian yaitu

tegangan ekstra tinggi dan tegangan tinggi. Gardu induk yang beroperasi pada level

tegangan 500 kV dan 275 kV disebut sebagai GITET (Gardu Induk Tegangan Ekstra

Tinggi), sedangkan gardu induk yang beroperasi pada level tegangan 150 kV dan 70

kV disebut sebagai GI (Gardu Induk). GITET dibangun dengan konfigurasi sistem

satu setengah PMT, sedangkan GI umumnya menggunakan konfigurasi 1 breaker

(single breaker). Namun, pada beberapa GI yang tersambung langsung dengan

Page 3: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

6

pembangkit juga menggunakan konfigurasi sistem satu setengah PMT.

(PT.PLN(Persero), 2013)

Gardu Induk satu setengah PMT memiliki bagian utama yang disebut sebagai

diameter yang berfungsi untuk menghubungkan 2 busbar pada sistem gardu induk

satu setengah PMT tersebut. Diameter dilengkapi dengan 3 buah Pemutus Tenaga

(PMT), di antaranya : PMT busbar A (PMT A), PMT busbar B (PMT B) dan PMT

pengapit (PMT AB).

Dalam pengoperasian busbar tidak terlepas dari kondisi abnormal yang

disebut sebagai gangguan. Gangguan yang terjadi pada busbar adalah gangguan yang

bersifat destruktif. Apabila terjadi gangguan pada busbar, maka kemungkinan terjadi

kerusakan pada peralatan instalasi yang sangat besar. Di samping itu, keandalan

sistem dalam menyalurkan pasokan daya juga akan terganggu. Proteksi busbar adalah

suatu sistem proteksi yang berperanan penting dalam mengamankan gangguan yang

terjadi pada busbar. Sistem proteksi ini harus bekerja secara sensitif, selektif, cepat

dan harus stabil untuk gangguan yang terjadi di luar daerah proteksian busbar.

Sistem proteksi busbar merupakan suatu sistem kolektif yang meliputi : trafo

arus (CT) / trafo tegangan (PT), relai proteksi, pemutus tenaga (PMT), catu daya dan

rangkaian pengawatannya. Bagian-bagian dari sistem proteksi ini seperti terlihat pada

gambar 2.1.

Gambar 2.1 komponen utama relay proteksiSumber : PT PLN (Persero), 2013

Page 4: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

7

Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT)

yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi busbar harus bekerja tanpa tunda

waktu (instantaneous) apabila terjadi gangguan di dalam zona proteksiannya (area

warna hijau) seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2. Namun, untuk gangguan yang

terjadi di luar zona proteksiannya (di luar area warna hijau), proteksi busbar tidak

boleh bekerja (rele harus stabil).

Gambar 2.2 Daerah proteksi busbarSumber : PT PLN (Persero), 2013

2.2.1.1 Gardu induk dengan single busbar

Gardu induk dengan single busbar merupakan gardu induk yang mempunyai

satu atau single busbar. Pada umumnya gardu dengan sistem ini adalah gardu induk

diujung atau akhir dari suatu transmisi, seperti gambar 2.3 dibawah ini :

Page 5: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

8

Gambar 2.3 gambar gardu induk single busbarSumber : Aslimeri, 2008

2.2.1.2 Gardu induk dengan double busbar

Gardu induk dengan double busbar merupakan gardu induk yang mempunyai

dua atau double busbar. Sistem ini sangat umum, hampir semua gardu induk

menggunakan sistem ini karena sangat relaktif untuk mengurangi pemadaman beban

pada saat melakukan perubahan sistem (maneuver system) seperti gambar 2.4

dibawah ini :

Gambar 2.4 Gambar gardu induk double busbarSumber : Aslimeri, 2008

Page 6: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

9

Berikut definisi dan fungsi bagian utama sistem proteksi busbar diantanya adalah :

2.2.2 Sistem pengaman busbar

2.2.2.1 Circuit breaker (CB) atau pemutus tenaga (PMT)

Pemutus Tenaga (PMT) merupakan peralatan saklar atau switching mekanis,

yang mampu menutup, mengalirkan dan memutus arus beban dalam kondisi normal

serta mampu menutup, mengalirkan (dalam periode waktu tertentu) dan memutus

arus beban dalam spesifik kondisi abnormal (gangguan) seperti kondisi short circuit

atau hubung singkat. Fungsi utamanya adalah sebagai alat pembuka atau penutup

suatu rangkaian listrik dalam kondisi berbeban, serta mampu membuka atau menutup

saat terjadi arus gangguan (hubung singkat) pada jaringan atau peralatann lain.

Gambar 2.5 Pemutus tenaga (PMT)Sumber : PT PLN (Persero), 2013

Keterangan :

Ra = Terminal atas fasa R ( Merah ).Rb = Terminal bawah fasa R.Sa = Terminal atas fasa S ( Kuning ).

Ra

Rb

Sa

Sb

Ta

Tb

Page 7: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

10

Sb = Terminal bawah fasa S.Ta = Terminal atas fasa T ( Biru ).Tb = Terminal bawah fasa T.

2.2.2.2 Disconnecting switch atau pemisah (PMS)

Pemisah (PMS) merupakan suatu peralatan sistem tenaga listrik yang

berfungsi sebagai saklar pemisah rangkaian listrik tanpa arus beban (memisahkan

peralatan listrik dari peralatan lain yang bertegangan), dimana pembukaan atau

penutupan PMS ini hanya dapat dilakukan dalam kondisi tanpa beban. Terdapat dua

macam fungsi PMS, yaitu :

a. Pemisah Peralatan berfungsi untuk memisahkan peralatan listrik dari peralatan

lain atau instalasi lain yang bertegangan. PMS ini boleh dibuka atau ditutup

hanya pada rangkaian yang tidak berbeban.

b. Pemisah Tanah (Pisau Pentanahan/Pembumian) berfungsi untuk mengamankan

peralatan dari tegangan sisa yang timbul dari sebuah jaringan SUTT yang telah

diputuskan, dan dapat juga untuk mengamankan dari tegangan induksi yang

berasal dari kabel penghantar atau kabel yang lainnya. Hal ini perlu untuk

keamanan bagi orang-orang yang bekerja pada peralatan instalasi.

Gambar 2.6 Disconnecting switch atau pemisah (PMS)Sumber : PT PLN (Persero), 2013

Page 8: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

11

2.2.2.3 Current transformer atau trafo arus (CT)

Trafo arus (CT) merupakan peralatan yang digunakan untuk melakukan

pengukuran besaran arus pada intalasi tenaga listrik disisi primer yang berskala besar

dengan melakukan transformasi dari besaran arus yang besar menjadi besaran arus

yang kecil secara akurat dan teliti untuk keperluan pengukuran dan proteksi. Fungsi

dari trafo arus yaitu :

- Mengkonversi besaran arus pada sistem tenaga listrik dari besaran primer menjadi

besaran sekunder untuk keperluan pengukuran sistem metering dan proteksi.

- Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer, sebagai pengamanan

terhadap manusia atau operator yang melakukan pengukuran.

- Standarisasi besaran sekunder, untuk arus nominal 1 Amp dan 5 Amp.

Berdasarkan lokasi pemasangan trafo arus dibagi menjadi dua kelompok, yaitu:

a. Trafo arus pemasangan luar ruangan (outdoor) yaitu memiliki konstruksi fisik

yang kokoh, isolasi yang baik, biasanya menggunakan isolasi minyak untuk

rangkaian elektrik internal dan bahan keramik untuk isolator ekternal.

Gambar 2.7 Trafo arus pemasangan luar ruanganSumber : PT PLN (Persero), 2013

b. Trafo arus pemasangan dalam ruangan (indoor) yaitu memiliki ukuran yang lebih

kecil dari pada trafo arus pemasangan luar ruangan, menggunakan isolator dari

bahan resin.

Page 9: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

12

Gambar 2.8 Trafo arus pemasangan dalam ruanganSumber : PT PLN (Persero), 2013

2.2.2.4 Trafo tegangan (PT)

Trafo tegangan merupakan peralatan yang mentransformasi tegangan sistem

yang lebih tinggi ke suatu tegangan sistem yang lebih rendah untuk peralatan

indikator, alat ukur dan rele. Fungsi dari trafo tegangan yaitu :

- Mentranformasikan besaran tegangan sistem dari yang tinggi ke besaran tegangan

listrik yang lebih rendah sehingga dapat digunakan untuk peralatan proteksi dan

pengukuran yang lebih aman, akurat dan teliti.

- Mengisolasi bagian primer yang tegangannya sangat tinggi dengan bagian

sekunder yang teganganya rendah untuk digunakan sebagi sistem proteksi dan

pengukuran peralatan dibagian primer.

- Sebagai standarisasi besaran tegangan sekunder (100, 100√3, 110 dan 110√3 volt)

untuk keperluan peralatan sisi sekunder.

Berdasarkan jenisnya trafo tegangan terdiri dari dua jenis, yaitu:

a. Trafo tegangan magnetik (Magnetic Voltage Transformer/ VT) disebut juga trafo

tegangan induktif. Terdiri dari belitan primer dan sekunder pada inti besi yang

prinsip kerjanya belitan primer menginduksikan tegangan kebelitan sekundernya.

Page 10: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

13

Gambar 2.9 Trafo tegangan magnetik (Magnetic Voltage Transformer/ VT)Sumber : PT PLN (Persero), 2013

b. Trafo tegangan kapasitif (Capasitive Voltage Transformer/ CVT) ini terdiri dari

rangkaian seri dua kapasitor atau lebih yang berfungsi sebagai pembagi tegangan

dari tegangan tinggi ke tegangan rendah pada primer, selanjutnya tegangan pada

satu kapasitor ditransformasikan menggunakan trafo tegangan yang lebih rendah

agar diperoleh tegangan sekunder.

Gambar 2.10 Trafo tegangan kapasitif (Capasitive Voltage Transformer/ CVT)Sumber : PT PLN (Persero), 2013

Page 11: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

14

2.2.2.5 Rele proteksi

Rele proteksi merupakan susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik

yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan

listrik yang bisa mambahayakan atau tidak diinginkan. Rele pengaman akan secara

otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk membuka pemutus tenaga (circuit

breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal. Rele

pengaman dapat mengetahui adanya gangguan pada peralatan yang perlu diamankan

dengan mengukur atau membandingkan besaran-besaran yang diterimanya, misalnya

arus, tegangan, daya, sudut fasa, frekuensi, impedansi, dan sebagainya sesuai dengan

besaran yang tclah ditentukan. Alat tersebut kemudian akan mengambil keputusan

seketika dengan perlambatan waktu membuka pemutus tenaga atau hanya

memberikan tanda tanpa membuka pemutus tenaga. Pemutus tenaga dalam hal ini

harus mempunyai kemampuan untuk memutus arus hubung singkat maksimum yang

melewatinya dan harus mampu menutup rangkaian dalam keadaan hubung singkat

yang kemudian membuka kembali. Rele pengaman juga memiliki fungsi untuk

menunjukkan lokasi dan macam gangguannya. Data dari rele tersebut akan

memudahkan kita dalam menganalisis gangguannya. (Ikhwan, 2011)

a) Differensial busbar

Relay differensial merupakan suatu rele yang prinsip kerjanya berdasarkan

kesimbangan (balance), yang membandingkan arus-arus sekunder transformator

arus (CT) yang terpasang pada terminal-terminal peralatan atau instalasi listrik

yang diamankan. Penggunaan rele differensial sebagai rele pengaman, antara

lain pada generator, transformator daya, busbar, dan saluran transmisi.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada penggunaan relai deferensial,

yaitu:

- Polaritas transformator arus harus sesuai, sedemikian hingga pada kondisi normal,

tidak akan ada arus yang mengalir pada operating coil.

- Perbandingan transformasi serta kapasitas transformator arus, harus sesuai.

Page 12: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

15

- Penetapan relai dan pemilihan penghantar yang sesuai sehingga tidak akan terjadi

kondisi dimana salah satu transformator arus menjadi jenuh arus gangguan yang

besar.

Secara umum rele differensial dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu:

1) Rele differensial longitudinal (Longitudinal differensial relay) biasa dikenal

sebagai circulating current type. Dalam keadaan normal, maka gangguan yang

terjadi diluar daerah pengamanan mengakibatkan tidak ada arus atau bahkan

sangat kecil yang akan mengalir di operating coil.

2) Rele differensial persentase (Percentage differensial relay) muncul karena

kekurangan dari rele differensial longitudinal yaitu arus setting harus dibuat lebih

besar dari arus operasi dalam keadaan normal untuk mengatasi arus gangguan

yang cukup besar yang berada diluar daerah proteksinya.

Prinsip kerja proteksi differensial busbar menggunakan metode Merz-Price

Circulating Current. Semua arus yang masuk dan keluar dari busbar

dibandingkan satu sama lain. Pada kondisi sistem normal atau terjadi gangguan di

luar zona proteksi busbar, tidak ada resultan arus yang mengalir ke relai

differensial busbar sehingga relai tidak bekerja. Namun sebaliknya apabila terjadi

gangguan di dalam zona busbar, maka akan timbul resultan arus yang besar dan

mengalir ke relai differensial busbar sehingga relai bekerja.

Gambar 2.11 Prinsip kerja differensial busbarSumber : PT PLN (Persero), 2013

Page 13: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

16

Komponen yang menyusun suatu sistem proteksi differensial busbar adalah :

- Bus Zone

Bus zone merupakan bagian dari differensial busbar yang berfungsi untuk

menentukan busbar yang terganggu. Apabila Gardu Induk mempunyai lebih dari

satu busbar, maka sistem proteksi busbar di GI tersebut mempunyai beberapa

zona proteksian tergantung dari jumlah busbar yang dimiliki (satu zona

mengamankan satu busbar), seperti pada Gambar 2.11. Bus zone 1 meliputi CT a,

CT b, dan CT c, sedangkan untuk Bus zone 2 meliputi CT d, CT e dan CT f.

- Check Zone

Check zone berfungsi untuk memastikan bahwa rele proteksi busbar akan bekerja

dengan benar pada saat terjadi gangguan internal dan tidak akan bekerja pada saat

gangguan eksternal. Check zone bekerja dengan cara membandingkan semua arus

yang tersambung dalam gardu induk tanpa membandingkan arus yang ada pada

double busbar, seperti Gambar 2.11. Check Zone meliputi CT g, CT h, CT j, dan

CTk.

Berdasarkan jenisnya, rele proteksi busbar dibagi menjadi 2 yakni :

1) Rele Busbar Jenis High Impedance

Rele busbar jenis high impedance dipasang dengan skema semua CT yang

terhubung pada busbar yang sama dihubungkan secara paralel satu sama lain.

Metode ini mempunyai keunggulan yaitu lebih mudah diterapkan dan lebih

mudah dikembangkan pada gardu induk, sangat sensitif terhadap gangguan fasa-

tanah dan fasa-fasa serta sangat stabil terhadap gangguan eksternal. Namun, rele

jenis ini juga memiliki kelemahan yakni semua CT dalam satu zona busbar harus

mempunyai rasio yang sama serta membutuhkan stabilizing resistor dan tahanan

non linier.

2) Rele Busbar Jenis Low Impedance

Rele busbar jenis low impedance menggunakan skema dimana masing-masing CT

yang tersambung ke busbar dihubungkan ke rele secara langsung. Hal ini

memungkinkan digunakannya CT dengan rasio yang berbeda. Namun kelemahan

Page 14: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

17

dari rele ini adalah harus memiliki modul CT cadangan untuk keperluan pada

busbar nantinya. Apabila modul cadangan ini tidak tersedia, maka pada busbar

juga membutuhkan penambahan rele busbar baru.

b) Rele arus lebih

Rele arus lebih adalah suatu rele yang bekerja hanya berdasarkan adanya

kenaikan arus yang melebihi suatu nilai tertentu yang melewatinya. Selain

mengamankan peralatan terhadap naiknya arus, rele pengaman ini harus juga

dapat bekerja pada jangka waktu yang telah ditentukan sehingga pengaturan

waktu dapat dikaitkan dengan masalah koordinasi pengaman.

Prinsip kerja rele arus lebih atau Over Current Relay yaitu dengan membaca

inputan berupa besaran arus kemudian membandingkannya dengan nilai setting,

apabila nilai besaran arus yang terbaca oleh rele melebihi dari nilai setting, maka

rele akan mengirim perintah trip (lepas) kepada Circuit Breaker (CB) setelah

waktu tunda yang diterapkan pada setting. Rele arus lebih memproteksi terhadap

gangguan fasa tanah digunakan rele arus gangguan tanah atau Ground Fault

Relay (GFR). (dewa, 2014)

Pada kondisi normal, arus beban mengalir pada saluran transmisi melalui trafo

arus, besaran arus ini di transformasikan ke besaran sekunder. Arus yang mengalir

pada kumparan rele lebih kecil dari suatu harga yang ditentukan (setting),

sehingga rele tidak akan bekerja. Apabila terjadinya gangguan hubung singkat,

arus beban meningkat dan menyebabkan arus meningkat melebihi suatu harga

yang ditentukan (diatas setting), maka rele akan bekerja dan meberikan perintah

trip pada tripping coil untuk bekerja dan membuka PMT, sehingga saluran

transmisi yang terganggu dipisahkan dari jaringan.

Berdasarkan karakteristiknya, rele arus lebih (over current relay) ini dapat

dibagi menjadi 3 yaitu :

Page 15: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

18

1) Rele Arus Lebih Seketika ( Instantaneous )

Rele arus lebih yang mempunyai karakteristik waktu kerja seketika ialah jenis rele

arus lebih dimana jangka waktu rele mulai saat rele arusnya pick up sampai

selesainya kerja rele sangat singkat berkisar antara 20 sampai 100 milli second

yaitu tanpa penundaan waktu.

Gambar 2.12 Karakteristik waktu seketika (Instantaneous)Sumber : Aris, 2010

2) Rele Arus Lebih Waktu Tertentu ( Definite Time )

Rele arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu ialah jenis rele arus lebih

dimana jangka waktu mulai rele arus pick up sampai selesainya kerja rele

diperpanjang dengan nilai tertentu dan tidak hanya tergantung dari besarnya arus

yang menggerakan.

Gambar 2.13 Karakteristik waktu tertentu (Definite)Sumber : Aris, 2010

Page 16: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

19

3) Rele Arus Lebih Waktu Terbalik ( Inverse Time )

Rele dengan karakteristik waktu terbalik ialah jenis rele arus lebih dimana jangka

waktu mulai rele arus pick up sampai selesainya kerja rele mempunyai sifat waktu

terbalik untuk nilai arus yang kecil setelah rele pick up dan kemudian mempunyai

sifat waktu tertentu untuk nilai arus yang lebih besar. Bentuk perbandingan

terbalik dari waktu arus ini sangat bermacam – macam, akan tetapi dapat

digolongkan sebagai berikut :

- Berbanding terbalik ( inverse = i )

- Sangat berbanding terbalik ( very inverse = vi )

- Sangat berbanding terbalik sekali ( extremely inverse = ei )

Gambar 2.14 Karakteristik waktu terbalik (Inverse)Sumber : Aris, 2010

2.2.3 Hubung singkat

Salah satu bagian yang sangat penting dalam analisis suplai daya listrik adalah

perhitungan arus yang mengalir dalam komponen-komponen penyusun jaringan saat

terjadi gangguan. Dalam mencapai keadaan gangguan ini, tidak jarang di berbagai

titik pada jaringan sengaja dibuat gangguan. Besarnya arus gangguan ini dapat

digunakan sebagai acuan dalam menentukan berapa setting arus yang sebaiknya

digunakan untuk proteksi serta rating-rating CB yang diperlukan. (Aris, 2010)

Hubung singkat atau gangguan ini bertujuan untuk:

1. Untuk menentukan arus maksimum dan minimum hubungan singkat tiga phasa

Page 17: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

20

2. Untuk menentukan arus gangguan tak-simetris bagi gangguan satu dan dua fasa

ke tanah, gangguan antar phasa dan rangkaian terbuka.

3. Untuk menentukan besaran kapasitas dari circuit breaker (CB).

4. Untuk menentukan distribusi arus gangguan dan tingkat tegangan busbar selama

gangguan

Ada beberapa jenis gangguan hubung singkat yang terjadi pada sistem tenaga

listrik 3 phasa, yaitu :

1. Hubung singkat tiga phasa simetris :

- Tiga phasa (L – L – L)

- Tiga phasa ke tanah (3L – G)

2. Hubung singkat tidak simetri

- Satu phasa ke tanah (1L – G)

- Antar phasa ke tanah (2L – G)

- Antar phasa (L – L)

2.2.3.1 Perhitungan arus hubung singkat 150 kV

Berdasarkan jenis gangguan hubung singkat pada sistem tenaga listrik untuk

mencari arus hubung singkat pada sistem maka perlu untuk mengetahui impedansi

sumber dan arus pembangkit dapat dicari dengan menggunakan persamaan-

persamaan dibawah ini :

a) Untuk menghitung impedansi sumber data yang diperlukan adalah data level

tegangan 150 kV dan arus sumber dengan persamaan sebagai berikut:

(Julian, 2012)

Zbase150 kV=(Vbase)2

Sbase…………………...………………….………….........(2.1)

Keterangan :

Zbase : Impedansi sumber (ohm)

Vbase : Tegangan sumber (kV)

Sbase : Arus (MVA)

Page 18: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

21

Untuk mengghitung arus pembangkit atau sumber dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan sebagai berikut : (Julian, 2012)

Ibase150 kV=Sbase

Vbase×√3…………..…………………………………………..(2.2)

Keterangan :

I base 150 kV : Arus pembangkit atau sumber (A)

Untuk menghitung arus hubung singkat pada sistem rele pengaman pada

gangguan hubung singkat 3 fasa, 2 fasa dan 1 fasa ke tanah dapat dihitung dengan

persamaan sebagai berikut : (Manurung, 2012)

- Gangguan hubung singkat 3 fasa pada sisi 150 kV

Ifault 3fasa=S

Z1Total×Ibase150 kV….…………..………………………....(2.3)

- Gangguan hubung singkat 2 fasa pada sisi 150 kV

Ifault 2fasa=S

2×Z1Total×Ibase150 kV……………..…………...…..………(2.4)

- Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah pada sisi 150 kV

Ifault 1fasa-tanah=S

2×Z1Total+Z0 Total×Ibase150 kV……………….……......(2.5)

Keterangan:

Ifault 3fasa : Arus hubung singkat tiga fasa di sisi 150 kV

Ifault 2fasa : Arus hubung singkat dua fasa di sisi 150 kV

Ifault 1fasa-tanah : Arus hubung singkat satu fasa ke tanah di sisi 150 kV

Z1Total : Impedansi total tiga fasa

Z2Total : Impedansi total dua fasa

Z0Total : Impedansi total satu fasa ke tanah

Page 19: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

22

2.2.4 Prinsip dasar perhitungan setting arus rele pengaman

Sebagai dasar pertimbangan untuk menghitung setting arus rele adalah dengan

memperhatikan dua faktor yaitu arus kerja (pick up) dan arus kembali (drop off). Arus

kerja (arus pick up = Ip) adalah nilai arus yang mengalir ketika rele arus lebih bekerja

dan menutup kontak. Sedangkan arus kembali (arus drop off = Id) adalah nilai arus

yang mengalir pada rele dan menyebabkan rele arus lebih berhenti bekerja. Suatu

harga perbandingan antara besarnya arus drop off dan arus pick up biasanya

dinyatakan dengan notasi kd , sehingga :

p

dd I

IK ………………………………………………….…(2.6)

Keterangan :

Kd = Faktor arus kembali

Id = Arus kembali (arus drop off).

Ip = Arus kerja (arus pick up).

Nilai Kd untuk rele dengan karakteristik waktu arus tertentu mempunyai nilai

0,7 – 0,9, sedangkan karakteristik waktu terbalik mempunyai nilai 1,0. Maka dengan

memperhatikan dua faktor tersebut diatas, kaidah penyetelan rele adalah sebagai

berikut : (PT. PLN (Persero), 2013)

- Rele tidak boleh bekerja pada keadaan beban maksimum. Dalam beberapa hal,

arus nominal pada trafo arus (CT) merupakan arus maksimumnya, sehingga

penyetelan arusnya adalah :

nomd

fkset I

K

KI ..............................…………………………. (2.7)

Keterangan :

I set = Setelan arus

Kfk = Faktor keamanan, mempunyai nilai 1,1 - 1,25

Kd = Faktor arus kembali

Page 20: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

23

I nom = Arus maksimum yang diijinkan untuk peralatan

yang diamankan.

- Pada zone pengaman rele arus dapat mencapai paling sedikit adalah ujung dari

seksi berikutnya pada arus gangguan yang minimum (jumlah pembangkit yang

beroperasi minimum) atau arus gangguan minimum dapat diambil arus gangguan

dua phase.

2.2.5 Prinsip dasar perhitungan setting koordinasi rele pengaman

Penyetelan arus (Is) pada rele pada umumnya didasarkan pada penyetelan

batas minimumnya, dengan demikian adanya gangguan hubung singkat dibeberapa

seksi berikutnya, rele arus akan bekerja. Untuk mendapatkan pengamanan yang

selektif, maka penyetelan waktunya dibuat secara bertingkat.

Syarat untuk mensetting waktu tunda (td) dari rele, harus diketahui data

sebagai berikut : (PT.PLN (Persero), 2013)

- Besaran arus hubung singkat (I).

- Penyetelan / setting arusnya ( Is).

- Kurva karakteristik rele yang dipakai.

Maka waktu waktu tunda ( td ) dapat dicari dengan persamaan :

t0,14

1II

t

0,02

set

f

d

...................……....……………………… (2.8)

Keterangan : If adalah arus gangguan hubung singkat dua phase.

t adalah waktu kerja rele yang dikehendaki.

Untuk menentukan waktu tunda pada rele pengaman saluran transmisi nilai t

ditetapkan dengan nilai 1 detik.

Waktu koordinasi rele pengaman baik itu pengaman utama dan backup pada

busbar terhadap gangguan maksimum dapat dicari dengan persamaan :

Page 21: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

24

d

set

f

t

II

t

1

14,002,0

.......................................................................(2.9)

Keterangan : t adalah setting koordinasi rele pengaman

If adalah arus gangguan hubung singkat tiga phase.

td adalah waktu tunda.

2.2.5.1 In service measurement (pengukuran dalam keadaan operasi)

In service measurement dilakukan dengan memeriksa besaran arus yang

mengerjakan sistem proteksi dan meter sesaat sebelum dan sesudah dilakukan

shutdown testing/measurement dan dilakukan oleh regu pemeliharaan proteksi. Hal

ini dilakukan guna memastikan ada tidaknya permasalahan terhadap

wiring/pengawatan rangkaian arus.

a) Pemeriksaan besaran arus differensial (Id) pada relai differensial busbar dan

circulating current jenis low impedance dan high impedance tipe arus.

b) Pemeriksaan besaran tegangan differensial (Vd) pada relai differensial busbar dan

circulating current jenis high impedance tipe tegangan.

c) Pemeriksaan besaran arus pada relai breaker failure.

d) Pemeriksaan besaran arus pada relai short zone.

e) Pemeriksaan besaran arus pada OCR/GFR

f) Pemeriksaan besaran tegangan pada relai tegangan nol.

g) Pemeriksaan besaran tegangan pada relai frekuensi kurang.

h) Pemeriksaan besaran arus dan tegangan pada meter.

Pemeriksaan besaran analog ini dapat dilakukan dengan cara melihat nilai

pengukuran pada display rele untuk rele jenis numerik, dan melakukan pengukuran

dengan menggunakan tang ampere dan voltmeter untuk rele jenis statik dan

elektromekanik.

Page 22: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

25

Shutdown testing atau measurement (pengujian dalam keadaan tidak

bertegangan)

Shutdown testing atau measurement dilakukan pada saat busbar dalam

keadaan tidak bertegangan atau padam. Pekerjaan ini dilakukan secara rutin di setiap

pemeliharaan maupun pada saat investigasi ketidaknormalan proteksi.

- Pengujian rele differensial busbar

Pengujian rele differensial busbar dilakukan untuk melihat skema tripping

rele proteksi busbar. Untuk menguji skema rele proteksi busbar secara keseluruhan

dilakukan dengan cara memadamkan semua bay pada GI/GITET atau dengan cara

melakukan pemadaman secara bergantian pada setiap bay di GI/GITET tersebut.

a) Pengujian fungsi rele differensial busbar dilakukan secara rutin setiap 6 tahun

sekali untuk menguji skema dan sistem tripping untuk setiap bay.

b) Setiap dilakukan penggantian rele atau setting rele.

- Pengujian rele arus lebih atau rele gangguan tanah (OCR/GFR)

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui arus kerja, arus reset atau kembali,

waktu kerja dan karakteristik dari relai OCR/GFR dengan nilai settingnya.

a) Arus kerja minimum (pick-up) dan arus kembali (drop-off)

Pengujian ini dilakukan dengan menginjeksikan arus pada rele OCR/GFR di

bawah nilai setting arusnya kemudian dinaikkan secara bertahap hingga

didapatkan nilai arus kerja minimum yang membuat rele OCR/GFR pick-

up/starting. Setelah itu, arus injeksi diturunkan secara bertahap hingga didapatkan

besaran arus yang membuat rele OCR/GFR reset (drop-off).

b) Karakteristik waktu kerja rele

Pengujian karakteristik rele dilakukan dengan menginjeksikan arus pada rele

OCR/GFR sebesar 2xIset, 3xIset dan 5xIset dan mengukur waktu kerja rele.

Pengujian individu rele OCR/GFR dilakukan :

Page 23: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

26

- Secara rutin 2 tahun sekali untuk rele elektromekanik dan elektrostatik dan 6

tahun untuk rele numerik atau digital.

- Setiap dilakukan perubahan setting rele, logic rele atau penggantian modul di rele.

(PT.PLN (Persero), 2013)

Shutdown function check (pengujian fungsi pada saat sistem tidak bertegangan)

Shutdown function check dilakukan untuk mengetahui fungsi dari rele-rele

proteksi busbar maupun indikator yang ada pada bay tersebut. Item– item yang harus

diperiksa pada saat shutdown function test adalah sebagai berikut :

Pengujian rele OCR/GFR ini bertujuan untuk menguji sistem tripping dan

alarm dari rele OCR/GFR. Pengujian fungsi rele OCR/GFR dilakukan :

1) Secara rutin setiap 2 tahun sekali untuk menguji sistem tripping setiap bay atau

PMT yang ditripkan oleh rele OCR/GFR.

2) Setiap dilakukan penggantian rele atau penggantian PMT.

2.2.6 Penerapan program ETAP PowerStation dalam analisis hubung singkat

ETAP (Electrical Transient Analysis Program) PowerStation adalah software

untuk power system yang bekerja berdasarkan plant (project). ETAP PowerStation

dapat melakukan penggambaran single line diagram secara grafis, dimana setiap

plant harus menyediakan modeling peralatan dan alat-alat pendukung yang

berhubungan dengan analisis yang akan dilakukan, misalnya generator, data motor,

data kabel, dan lain-lain. ETAP PowerStation dapat melakukan penggambaran single

line diagram secara grafis dan mengadakan beberapa analisis atau studi yakni Short

Circuit (hubung singkat), Load Flow (aliran daya), motor starting, harmonisa,

transient stability, protective device coordination, dan cable derating.(Aris, 2010)

ETAP PowerStation juga menyediakan fasilitas library yang akan

mempermudah desain suatu sistem kelistrikan. Beberapa hal yang perlu diperhatikan

dalam bekerja dengan ETAP PowerStation adalah:

Page 24: BAB II KAJIAN PUSTAKA - sinta.unud.ac.id II... · 7 Daerah kerja proteksi busbar adalah daerah di antara semua trafo arus (CT) yang tersambung di busbar tersebut. Sistem proteksi

27

1. One Line Diagram, menunjukkan hubungan antar komponen atau peralatan listrik

sehingga membentuk suatu sistem kelistrikan.

2. Library, informasi mengenai semua peralatan yang akan dipakai dalam sistem

kelistrikan. Data elektris meupun mekanis dari peralatan yang detail atau lengkap

dapat mempermudah dan memperbaiki hasil simulasi atau analisa.

3. Standar yang dipakai, biasanya mengacu pada standar IEC dan ANSI, frekuensi

sistem dan metode-metode yang dipakai.

4. Study Case, berisikan parameter-parameter yang berhubungan dengan metode

studi yang akan dilakukan dan format hasil analisa.

Kelengkapan data dari setiap elemen atau peralatan listrik pada sistem yang

akan dianalisa akan sangat membantu hasil simulasi atau analisa dapat mendapatkan

hasil yang akurat dan mendekati operasional sebenarnya.

Untuk studi hubung singkat, data-data yang harus dimasukkan antara lain data

bus, data saluran, data pembangkit (generator), dan data beban. Untuk memulai short

circuit analysis maka single line diagram (SLD) sistem tenaga listrik digambarkan

terlebih dahulu, sesuai dengan kondisi sistem yang akan dianalisis.