...

ANALISIS KOORDINASI RELE ARUS LEBIH DAN PENUTUP BALIK

by user

on
Category: Documents
4

views

Report

Comments

Transcript

ANALISIS KOORDINASI RELE ARUS LEBIH DAN PENUTUP BALIK
ANALISIS KOORDINASI RELE ARUS LEBIH DAN PENUTUP BALIK
OTOMATIS (RECLOSER) PADA PENYULANG JUNREJO 20 kV GARDU
INDUK SENGKALING AKIBAT GANGGUAN ARUS HUBUNG SINGKAT
Mega Firdausi N¹, Hery Purnomo, Ir., M.T.², Teguh Utomo, Ir., M.T.³
¹Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, ²·³Dosen Jurusan Teknik Elektro, Universitas Brawijaya
Jalan MT Haryono 167, Malang 65145, Indonesia
E-mail: [email protected]
Abstrak - Di dalam jaringan distribusi 20 kV sering
terjadi gangguang, salah satunya adalah gangguan arus
hubung singkat. Dalam mengatasi gangguan arus hubung
singkat ini diperlukan koordinasi antar pengaman
jaringan distribusi agar dapat mengisolasi gangguan dan
melindungi jaringan distribusi serta perlatan yang
berada di jaringan tersebut. Koordinasi antara Penutup
Balik Otomatis (Recloser) sebagai pengaman utama
dengan Rele arus lebih baik pada sisi penyulang maupun
masukan 20 kV sebagai pengaman cadangan haruslah
tepat. Pada penelitian ini dihitung besar arus gangguan
hubung singkat 3 fasa dan 2 fasa yang akan digunakan
sebagai penyetelan Recloser dan Rele arus lebih. Dari
hasil perhitungan dan analisis didapatkan bahwa terjadi
kesalahan koordinasi antara Recloser dengan Rele arus
lebih sisi penyulang, dimana Rele pada sisi penyulang
sudah bekerja dengan karakteristik rele instant (t = 40
milidetik) pada daerah kerja Recloser yang memiliki
waktu kerja 0,3 detik. Hal ini dapat mengakibatkan Rele
arus lebih di sisi penyulang yang merupakan pengaman
cadangan bekerja terlebih dahulu dibandingkan Recloser
yang merupakan pengaman utama. Dilakukan
perhitungan dan analisis ulang dengan merubah
penyetelan Rele arus lebih di sisi penyulang
menggunakan karakteristik invers. Penyetelan Rele arus
lebih di sisi penyulang ini berhasil memperbaiki
koordinasi antara Recloser dengan Rele arus lebih sisi
penyulang maupun masukan 20 kV dengan waktu tunda
0,4 detik sesuai dengan ketentuan PLN.
penyulang lain yang mendapat suplai dari masukan
tersebut yang tidak mengalami gangguan.
Oleh karena itu, PT. PLN (PERSERO) Distribusi
Jawa Timur Area Malang Penyulang Junrejo
membutuhkan
analisis ulang terhadap sistem
kelistrikan sehingga keandalan sistem tetap terjaga.
Salah satu metode yang dilakukan adalah koordinasi
peralatan pengaman, terutama koordinasi pada saat
terjadi gangguan hubung singkat yaitu gangguan
hubung singkat 3 fasa dan 2 fasa dengan
memfungsikan rele arus lebih (OCR) baik pada sisi
masukan maupun penyulang sebagai pengaman
cadangan serta Penutup Balik Otomatis (PBO) atau
Recloser yang terletak pada penyulang 20 kV sebagai
pengaman utama.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Sistem Distribusi Tenaga Listrik
Suatu sistem energi listrik mengandung empat
unsur. Pertama, adanya unsur pembangkit tenaga
listrik. Tegangan yang dihasilkan oleh pusat tenaga
listrik itu biasanya adalah tegangan menengah (TM).
Kedua, suatu sistem transmisi, lengkap dengan gardu
induk. Karena jaraknya yang biasanya jauh, maka
diperlukan penggunaan tegangan tinggi (TT) atau
tegangan ekstra tinggi (TET). Ketiga, adanya saluran
distribusi, yang biasanya terdiri atas saluran distribusi
primer dengan tegangan menengah (TM) dan saluran
distribusi sekunder dengan tegangan rendah (TR) [3].
Kata kunci— hubung singkat, recloser, rele arus lebih
B. Gangguan Hubung Singkat
Dari jenis gangguan hubung singkat dapat
digolongkan menjadi dua kelompok yaitu [6] :
a. Hubung Singkat Simetris.
b. Hubung Singkat Tak Simetris (Asimetris).
Gangguan hubung singkat yang termasuk ke dalam
gangguan tak simetris (asimetris) adalah hubung
singkat satu fasa maupun dua fasa, sedangkan
gangguan simetris adalah hubung singkat tiga fasa[7].
Gangguan ini akan mengakibatkan arus lebih pada
fasa yang terganggu, juga akan dapat mengakibatkan
kenaikan tegangan pada fasa yang tidak terganggu dan
dapat mengakibatkan arus yang jauh lebih besar dari
pada arus normal. Gangguan dapat diperkecil dengan
cara pemeliharaannya. Bila gangguan hubung singkat
dibiarkan berlangsung dengan lama pada suatu sistem
daya, banyak pengaruh-pengaruh yang tidak diinginkan
yang dapat terjadi [1]:
a. Berkurangnya batas-batas kestabilan untuk
sistem daya.
b. Rusaknya perlengkapan yang berada dekat
dengan gangguan yang disebabkan oleh arus tak
I. PENDAHULUAN
eandalan pada suatu sistem tenaga listrik
dibutuhkan untuk menjamin kontunitas
penyaluran tenaga listrik hingga ke konsumen. Jumlah
pemadaman atau gangguan yang terjadi pada suatu
sistem tenaga listrik menjadi acuan dalam menentukan
keandalan suatu sistem tenaga listrik. Keandalan yang
baik akan membutuhkan suatu sistem proteksi yang
koordinatif dalam suatu sistem kelistrikan.
Salah satu permasalahan yang ada di Gardu Induk
Sengkaling, yaitu sering terjadi gangguan hubung
singkat pada salah satu penyulang yang dipasok oleh
transformator daya 3. Tercatat sepanjang tiga tahun
terakhir ini hampir setiap bulannya sering terjadi
gangguan hubung singkat, bahkan dalam beberapa
bulan terakhir terjadi gangguan pada penyulang yang
berdampak pada tripnya rele masukan akibat kegagalan
atau keterlambatan sistem proteksi pada penyulang.
Hal ini sangat riskan terjadi, karena tripnya rele
masukan 20 kV mengakibatkan tripnya penyulang –
K
1
seimbang, atau tegangan rendah yang
ditimbulkan oleh hubung singkat.
c. Ledakan-ledakan yang mungkin terjadi pada
peralatan yang mengandung minyak isolasi
sewaktu terjadinya suatu hubung singkat, dan
yang mungkin menimbulkan kebakaran
sehingga dapat membahayakan orang yang
menanganinya dan merusak peralatan-peralatan
yang lain.
d. Terpecah-pecahnya
keseluruhan
daerah
pelayanan sistem daya itu oleh suatu rentetan
tindakan pengamanan yang diambil oleh sistemsistem pengamanan yang berbeda-beda,
kejadian ini di kenal sebagai cascading.
Perhitungan arus gangguan hubung singkat adalah
analisa suatu sistem tenaga pada saat dalam gangguan
hubung singkat, dimana nantinya akan diperoleh besar
nilai besaran-besaran listrik yang dihasilkan sebagai
akibat gangguan hubung singkat tersebut. Perhitungan
arus hubung singkat dibutuhkan untuk:
a. Setelan dan koordinasi peralatan proteksi
b. Menentukan kapasitas alat pemutus daya
c. Menentukan rating hubung singkat peralatanperalatan yang digunakan
d. Menganalisa sistem jika ada hal-hal yang tidak
baik yang terjadi pada waktu sistem sedang
beroperasi.
e. Arus gangguan hubung singkat merupakan
aliran arus yang tidak normal (besar) yang
disebabkan terjadinya hubungan antara sesama
kawat penghantar bertegangan atau antara
kawat penghantar bertegangan dengan tanah
secara langsung tidak melalui media yang
seharusnya (beban/isolator). Dalam perhitungan
arus gangguan hubung singkat untuk proteksi
rele cukup dihitung salah satu fasa aja. Pada
perhitungan arus gangguan hubung singkat tiga
fasa, dua fasa, dan satu fasa ke tanah, nilai
impedansi gangguan (Zf) dianggap nol (Zf = 0).
1. Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa
Gangguan hubung singkat tiga
diperlihatkan pada gambar 1 dibawah ini.
a
Ia
b
Ib
c
Ic
Zf
Gambar 2. Gangguan Hubung Singkat Antar Fasa
Arus hubung singkat antar fasa adalah [1] :
ℎ =

(2)
1 +2 +
Keterangan :
Ihs : Arus hubung singkat (Ampere).
Ea : Tegangan fasa (V).
Z1 : Impedansi urutan positif (ohm).
Z2 : Impedansi urutan negatif (ohm).
Zf : Impedansi gangguan hubung singkat (ohm).
C. Perhitungan Impedansi
Perhitungan arus hubung singkat pada dari sistem
20 kV yang dipasok dari gardu induk seperti pada
gambar 3 dibawah ini,
1%10% 20%100%
1% 10% 20%
100%
TRAFO
DAYA
30 MVA
Xt = 12,5 %
BUS150 kV
BUS 20 kV
Rec
10,745 kms
Gambar 3 Single line diagram jaringan distribusi
Untuk menghitung arus impedansi, dilakukan
tahapan perhitungan sebagai berikut [5] :
1. Perhitungan Impedansi sumber
 2
 =
(3)

Daya sisi 150 kV = Daya sisi 20 kV
1 2
2 2
=
1 ( 150 )
2 ( 20 )
202
 ( 20 ) =
 ( 150 )
2
(4)
150
Dimana:
XS : Impedansi sumber (ohm)
kV : Tegangan sisi primer trafo tenaga (kV)
MVA : Data hubung singkat di bus 150 kV
2. Impedansi transformator
fasa
 2
 =
(5)

Dimana:
ZB : Impedansi trafo tenaga pada 100% (ohm)
kV2 : Tegangan sisi sekunder trafo tenaga (kV)
MVA : Kapasitas daya trafo tenaga (MVA)
Reaktansi urutan positif, negatif (Xt1 = Xt2)
Xt1 = reaktansi trafo (%) x ZB
(6)
Reaktansi urutan nol trafo tenaga :
Xt0 = 3 x Xt1
(7)
3. Impedansi penyulang
Dalam melakukan penghitungan impedansi
penyulang pada penyulang Junrejo yang
memiliki
satu
buah
Recloser,
maka
perhitungannya dibgai menjadi dua bagian.
Yaitu, bagian mulai dari GI hingga Recloser dan
dari Recloser hingga ujung jaringan.
Sehingga untuk impedansi penyulang dapat
ditentukan dengan menggunakan rumus:
Gambar 1. Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa
Arus hubung singkat tiga fasa adalah [1] :

ℎ = 
(1)
1 +
2. Gangguan Hubung Singkat Antar Fasa
Gangguan terjadi pada fasa b dan c.
Gangguan hubung singkat antar fasa
diperlihatkan pada gambar 2 dibawah ini.
2
1. Urutan positif dan urutan negatif
Z1 = Z2 = panjang penyulang (km)x1 (8)
Dimana:
Z1 : impedansi urutan positif (ohm)
Z2 : impedansi urutan negatif (ohm)
2. Urutan nol
Z0 = panjang penyulang (km)xZ0 (9)
Dimana:
Z0 : Impedansi urutan nol (ohm)
4. Impedansi ekivalen jaringan
 Urutan positif dan urutan negatif (Z1eki =
Z2eki)
Z1eki = Z2eki = (n% x R1jar)+ j (XSC + XT + (n% x X1 jar)) (11)
Dimana:
Z1eki : impedansi ekivalen jaringan urutan
positif (ohm)
Z2eki : impedansi ekivalen jaringan urutan
negatif (ohm)
Xsc : impedansi sumber sisi 20 kV (ohm)
Xt1
: impensi trafo tenaga urutan positif
dan negatif (ohm)
R1jar : tahanan jaringan (ohm)
 Urutan nol
Z0eki = (3 RN + (n% x R0 jar)) + j (X0T + (n% x X0 jar)) (12)
Dimana:
Z0eki : impedansi ekivalen jaringan nol
Zt0
: impedansi trafo tenaga urutan nol
RN : tahanan tanah trafo tenaga (ohm)
Z0
: impedansi urutan nol (ohm)
1. Rele
arus
lebih
seketika
(moment
instantaneous).
Rele ini akan memberikan perintah trip pada
circuit breaker pada saat terjadi gangguan
hubung singkat dan besar arus hubung singkat
(IF) mencapai arus setingnya.
a. Setelan Arus Pada Bagian Sekunder
Iinstan sekunder=
I instan
(13)
I set primer
Dengan setelan arus instan sebagai
berikut :
1) Untuk setelan disisi penyulang,
dengan arus maksimum adalah :
Trafo kapasitas 30 MVA maksimum
2,4 x I n trafo
(14)
2) Untuk setelan disisi masukan 20 kV,
disetelan sebesar :
 = 4   
(15)
  =

√3−
(16)
b. Setelan Arus Pada Bagian Primer
I instan primer = I instan sekunder x I set primer (17)
Untuk penyetelan waktu rele arus lebih
seketika disisi penyulang berkisar antara 40
sampai dengan 100 milidetik [5].
2. Rele arus lebih waktu tertentu (definite time).
Rele ini akan memberikan perintah trip pada
circuit breaker pada saat terjadi gangguan
hubung singkat dan besar arus hubung singkat
(IF) mencapai arus setingnya dan jangka waktu
kerja rele mulai pick up sampai rele kerja
diperpanjang dengan waktu tertentu tidak
tergantung besarnya IF untuk mengerjakan rele
untuk bekerja.
D. Penutup Balik Otomatis atau Recloser
Sebagian besar gangguan (80-95%) pada jaringan
distribusi dan transmisi adalah bersifat temporer
(sementara), berlangsung dari beberapa cycle sampai
beberapa detik. Penyebab gangguan kebanyakan
disebabkan oleh dahan ranting pohon yang mengenai
saluran udara [2].
Recloser merupakan suatu peralatan pengaman arus
lebih, karena hubung singkat antara fasa dengan fasa
atau fasa dengan tanah, dimana recloser ini memutus
arus dan menutup kembali secara otomatis dengan
selang waktu yang dapat diatur sesuai dengan setting
interval recloser untuk membebaskan sistem dari
gangguan yang bersifat temporer.
Recloser hampir sama dengan circuit breaker,
namun recloser dapat disetel untuk bekerja membuka
dan menutup beberapa kali secara otomatis. Apabila
feeder mendapat gangguan sementara, bila circuit
breaker yang digunakan untuk feeder yang mendapat
gangguan sementara, akan menyebabkan hubungan
feeder terputus. Tetapi jika recloser yang digunakan,
diharapkan gangguan sementara tersebut tidak
membuat feeder terputus, maka recloser akan bekerja
beberapa kali sampai akhirnya recloser terbuka.
3. Rele arus lebih berbanding terbalik (inverse).
Rele ini akan memberikan perintah trip pada
circuit breaker pada saat terjadi gangguan
hubung singkat dan durasi waktu kerja rele
mulai pick-up sampai kerja rele diperpanjang
berbanding terbalik
Penyetelan Arus Setelan Rele Arus Lebih
(OCR) Jenis Inverse sebagai berikut [5]:
1. Arus Setelan (Setting) Primer
IP = 1,05 x In
A
(18)
Dimana :
IP
: Arus setelan (setting) pada bagian
primer (Ampere)
In
: Arus nominal peralatan (Ampere)
2. Arus Setelan (Setting) Sekunder
1
IS = IP x
A
(19)

Dimana:
IS
: Arus setelan (setting) pada bagian
sekunder (Ampere)
nCT
: Perbandingan ratio trafo arus (CT)
Penyetelan Time Multiple Setting (TMS)
Rele Arus Lebih (OCR) Jenis Inverse sebagai
berikut [5]:
E. Rele Arus Lebih
Proteksi arus lebih adalah proteksi terhadap
perubahan parameter arus yang sangat besar dan
terjadi pada waktu yang cepat, yang disebabkan oleh
hubung singkat. Prinsip rele arus lebih terdapat tiga
macam karakteristik pengamanannya, yaitu [5] :
3
t=
0,14

Detik
 0,02
(
)
−1

 0,02
(
)
−1

5
40 %
0,1903 + j 2,1314
6
50 %
0,2378 + j 2,2041
7
60 %
0,2854 + j 2,2768
8
70 %
0,3329 + j 2,3496
9
80 %
0,3805 + j 2,4223
10
90 %
0,4281 + j 2,4949
11
100 %
0,4756 + j 2,5677
Sumber : Hasil perhitungan
(20)
TMS =

(21)
0.14
Dimana:
t
: waktu kerja dari rele arus lebih jenis
inverse
TMS : Time Multiple Setting
IS : Arus setelan rele arus lebih jenis
inverse primer (Ampere)
Ifault : Arus gangguan (Ampere)
Tabel 2 Hasil perhitungan impedansi ekivalen mulai
dari Recloser hingga ujung penyulang
Junrejo dengan panjang 8,829 km.
Impedansi ekivalen
Lokasi
(%)
Z1eki
Z2eki
1
1%
0,4333 + j 2,5030
0,4333 + j 2,5030
2
10 %
0,6051 + j 2,7656
0,6051 + j 2,7656
3
20 %
0,7960 + j 3,0574
0,7960 + j 3,0574
4
30 %
0,9869 + j 3,3492
0,9869 + j 3,3492
5
40 %
1,1778 + j 3,6410
1,1778 + j 3,6410
6
50 %
1,3686 + j 3,9328
1,3686 + j 3,9328
7
60 %
1,5595 + j 4,2246
1,5595 + j 4,2246
8
70 %
1,7504 + j 4,5164
1,7504 + j 4,5164
9
80 %
1,9413 + j 4,8082
1,9413 + j 4,8082
10
90 %
2,1322 + j 5,1000
2,1322 + j 5,1000
11
100 %
2,3231 + j 5,3918
2,3231 + j 5,3918
Sumber : Hasil perhitungan
No
III. METODE PENELITIAN
Untuk menyelesaikan rumusan masalah dan
merealisasikan tujuan penelitian, maka diperlukan
untuk menyelesaikan masalah tersebut sesuai dengan
Gambar 5.
Mulai
Pengambilan Data
Perhitungan Arus Hubung
Singkat
B. Menghitung Arus Gangguan Hubung Singkat
Setelah mendapatkan nilai dari impedansi
ekivalen sesuai lokasi gangguan, selanjutnya
perhitungan arus gangguan hubung singkat dapat
dihitung. Hanya saja impedansi ekivalen yang
dimaksud adalah yang tergantung dari jenis gangguan
hubung singkatnya, dimana gangguan hubung singkat
tersebut bias gangguan hubung singkat 3 fasa dan 2
fasa menggunakan persamaan (2) dan (3) adalah
sebagai berikut:
1. Arus Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa
a. Perhitungan arus gangguan hubung singkat
3 fasa sepanjang Gardu Induk hingga
Recloser.
V
I3fasa =
Z1eki
Analisa Koordinasi
Pemasangan Recloser dan
Rele Arus Lebih (OCR)
Penyetelan
Koordinasi aman?
Tidak
Ya
Kesimpulan
dan Saran
Selesai
Gambar 5. Diagram alir metode penelitian
IV. PERHITUNGAN DAN ANALISIS
A. Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat
Analisis gangguan hubung singkat yang akan
dilakukan yaitu:
1. Gangguan hubung singkat 3 fasa
2. Gangguan hubung singkat 2 fasa
Pada penyulang Junrejo terdapat satu buah Penutup
Balik Otomatis (Recloser), sehingga dalam melakukan
perhitungan arus hubung singkat akan dibagi dua
daerah, yaitu saluran dari Gardu Induk hingga Recloser
Junrejo dan saluran dari Recloser Junrejo hingga akhir
penyulang Junrejo.
Dengan menggunakan persamaan perhitungan
untuk mendapatkan besar impedansi ekivalen pada
bagian D di atas, didapatkan besar impedansi ekivalen
menurut lokasi terjadinya gangguan. Pada tabel 1
ditunjukkan hasil perhitungan impedansi ekivalen
mulai dari GI hingga recloser, sedangkan pada tabel 2
ditunjukkan hasil perhitungan impedansi ekivalen
mulai recloser hingga ujung penyulang Junrejo.
Tabel 1 Hasil perhitungan impedansi ekivalen (dari GI
hingga Recloser dengan panjang 1,916 km.
No
1
2
3
4
Lokasi
(%)
1%
10 %
20 %
30 %
0,1903 + j 2,1314
0,2378 + j 2,2041
0,2854 + j 2,2768
0,3329 + j 2,3496
0,3805 + j 2,4223
0,4281 + j 2,4949
0,4756 + j 2,5677
=
=
20.000
√3
Z1eki
20.000
√3
0,0041 +j 1,8469
= 6251,976 A
b. Perhitungan arus gangguan hubung singkat
3 fasa sepanjang Recloser hingga ujung
Penyulang
V
I3fasa =
Z1eki
=
=
20.000
√3
Z1eki
20.000
√3
0,4333 +j 2,5030
= 4467,770 A
2. Arus Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa
a. Perhitungan arus gangguan hubung singkat
2 fasa sepanjang Gardu Induk hingga
Recloser.
V
I2fasa =
Z1eki + Z2 eki
Impedansi ekivalen
Z1eki
Z2eki
0,0048 + j 1,8479
0,0048 + j 1,8479
0,0476 + j 1,9133
0,0476 + j 1,9133
0,0951 + j 1,9860
0,0951 + j 1,9860
0,1427 + j 2,0587
0,1427 + j 2,0587
=
4
20.000
√3
2 x Z1eki
=
20.000
√3
2. Nilai setelan TMS di Recloser
 
  [(  ) − 1]

 =

2 x (0,0041 +j 1,8469
= 3125,998 A
Perhitungan arus gangguan hubung singkat
2 fasa sepanjang Recloser hingga ujung
Penyulang
V
I3fasa =
Z1eki + z2 eki
b.
=
=
Dimana :
t = 0,3 detik
IF = arus gangguan = 4467,77 A
IS = 98,24 A
α = 0,02
β = 0,14
20.000
√3
2 x Z1eki
 =
20.000
√3
2. Penyetelan Arus dan TMS di Sisi Penyulang
Perhitungan penyetelan rele arus lebih dilakukan
dengan menggunakan karakteristik rele campuran,
yaitu antara rele standart invers dan rele instant.
1. Nilai setelan arus di sisi penyulang
a. Menggunakan
karakteristik
standart
inverse
= 2233,885 A
Dengan cara yang sama maka untuk
perhitungan arus gangguan hubung singkat 3 fasa dan 2
fasa pada titik lokasi gangguan penyulang 20 kV
Transformator Daya III Gardu Induk Sengkaling yang
lain seperti ditunjukkan pada grafik Tabel 3 berikut ini:
Dari hasil perhitungan dapat dibuat grafik kurva
arus gangguan hubung singkat yang ditunjukkan pada
gambar 6.

Grafik Gangguan Arus Hubung Singkat

Arus Gangguan (A)
7000
6000
Arus Setting Primer
Is = 1,05 x Imaks
Is = 1,05 x 101 A
= 106,05 A
Arus Setting Sekunder
1
Ip = Is x
 
1
3 Fasa
4000
4467,77 0,02
)
− 1]
98,24
0,14
 = 0,17 (tanpa satuan)
2x(0,4333 +j 2,5030)
5000
0,3  [(
Ip = 106,05 x
3000
400/5
= 1,3256 A
2000
b. Nilai setelan arus di sisi
menggunakan karakteristik instant
2 Fasa
1000
0,02
0,19
0,38
0,57
0,77
0,96
1,15
1,34
1,53
1,72
1,92
2,00
2,80
3,68
4,56
5,45
6,33
7,21
8,10
8,98
9,86
10,75
0
I n trafo =
Panjang Penyulang (km)
=
Gambar 6 Kurva arus gangguan hubung singkat
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa besarnya
arus gangguan hubung singkat dipengaruhi oleh jarak
titik gangguan, semakin jauh jarak titik gangguan maka
semakin kecil arus gangguan hubung singkatnya dan
sebaliknya. Selain itu dapat dilihat bahwa arus
gangguan hubung singkat terbesar pada kedua
peyulang transformator daya III Gardu Induk
Sengkaling adalah arus gangguan hubung singkat 3
fasa, apabila ditinjau dari gangguan terhadap fasa.

30000 kVA
3  20
I instan = 2,4 x I n trafo
= 2,4 x 866,03 A
= 2078,472 A
I instan sekunder
=
=
I instan
I set primer
2078,472 A
106,05 A
= 19,65 A
I instan primer
=
I instan sekunder x I set primer
= 19,65 A x 106,05 A
= 2084 A
Penyetelan waktu: 40 milidetik.
2. Nilai setelan waktu di sisi penyulang
 
  [(  ) − 1]

 =

Dimana :
t = (tdiREC + ∆t) = (0,3+0,4) detik = 0,7 detik
IF = arus gangguan = 4467,77 A
IS = 106,5 A
α = 0,02
β = 0,14
Maka :
Arus Setting Primer
Is = 1,05 x In
Is = 1,05 x 93,56 A
= 98,24 A
Arus Setting Sekunder
1
Ip = Is x
 =
 
1
Ip = 98,24 x
kVA
3  kVL - L
= 866,03 A
C. Perhitungan Setelan Recloser dan Rele Arus
Lebih (Over Current Relay)
Pada perhitungan setelan rele arus lebih OCR
dimulai dari Recloser yang ada proteksinya selanjutnya
ke rele arus lebih ssi penyulang kemudian sisi masukan
20 kV sebagai [5]:
1. Penyetelan Arus dan TMS di Recloser
Perhitungan
penyetelan
dilakukan
dengan
karakteristik standart invers.
1. Nilai setelan arus di Recloser
Setelan Arus pada Recloser

penyulang
0,7  [(
4467,77 0,02
)
− 1]
106,5
0,14
 = 0,3879 (tanpa satuan)
1000/1
= 0,0982 A
5
0,14  
=
[(
Dengan cara yang sama maka untuk
perhitungan pemeriksaan waktu kerja rele arus lebih
pada setiap titik gangguan dapat dilihat pada gambar 7
untuk gangguan arus hubung singkat 3 fasa dan gambar
8 gangguan arus hubung singkat 2 fasa.
 0,02
)
−1]

Dimana:
TMS = 0,3879
IFault = Arus gangguan di 40 % di depan
Recloser
= 2006,14 A
ISET
= 106,05 A
Waktu Kerja Rele Saat Arus Gangguan 3 Fasa
2,5
recloser
2
watu (detik)
=
0,14  0,3579
2006,14 0,02
)
−1]
106,05
1,5
[(
= 0,8967 detik.
3. Penyetelan Arus dan TMS di Masukan 20 kV
Perhitungan penyetelan rele arus lebih
dilakukan menggunakan karakter standart invers.
1. Nilai setelan arus di Sisi Masukan 20 kV


0,5
Panjang Penyulang (km)
Gambar 7. Kurva waktu kerja rele saat gangguan 3 fasa
Waktu Kerja Rele Saat Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa
4
Waktu (detik)
2000/5
= 1,05 A
2. Nilai setelan TMS di Sisi Masukan 20 kV
 
  [(  ) − 1]

 =

0,14  0,436
6251,976 0,02
− 1]
[( 420 )
Dari hasil perhitungan di atas, besar pengaturan
rele arus lebih (OCR) dan Recloser ditunjukkan pada
tabel 4.
D. Penyetelan Ulang Setelan Rele Arus Lebih di
Sisi Penyulang
Perhitungan untuk penyetelan recloser, rele arus
Perhitungan penyetelan rele arus lebih dilakukan
dengan melakukan perhitungan terhadap penyetelan
arus dan penyetelan TMS. Pada rele arus lebih di sisi
penyulang yang semula menggunakan karakteristik
rele campuran, yaitu antara rele standart invers dan
rele instant dirubah hanya menggunakan karakteristik
rele invers.
Tabel 4 Tabel perhitungan penyetelan recloser
dan rele arus lebih (OCR).
Rele Arus Lebih
98,24
TMS
0,17
OCR di sisi
Masukan
(incoming)
20 kv
Dari gambar 7 dan gambar 8 dapat dilihat
bahwa waktu kerja antara recloser dengan rele arus
lebih di sisi penyulang terjadi kesalahan koordinasi
atau ketidak sesuaian koordinasi. Dimana, rele pada
sisi penyulang sudah bekerja dengan karakteristik rele
instant (t = 40 milidetik) pada daerah kerja recloser
yang memiliki waktu kerja 0,3 detik. Hal ini dapat
mengakibatkan rele arus lebih di sisi penyulang yang
merupakan pengaman cadangan bekerja terlebih
dahulu di bandingkan recloser yang merupakan
pengaman utama.
Untuk mendapatkan koordinasi yang sesuai
antara recloser, rele arus lebih di sisi penyulang dan di
sisi masukan maka harus dilakukan penyetelan ulang
terhadap peralatan pengaman. Penyetelan ulang akan
dilakukan pada pengaman rele arus lebih di sisi
penyulang dengan merubah penyetelah rele yang
semula menggunakan dua karakteristik yaitu
karakteristik instant dan invers menjadi menggunakan
satu karakteristik yaitu karakteristik invers.
0,14
IS (A)
1
Panjang Penyulang (km)
6251,976 0,02
)
− 1]
420
Recloser
OCR di sisi
Penyulang
(outgoing)
2
1,5
Gambar 8 Kurva waktu kerja rele saat gangguan 2 fasa
= 1,0999 detik.
Penyetelan
2,5
0
 = 0,436 (tanpa satuan)
0,14  
=
0,02

[(  )
− 1]

Dimana:
TMS = 0,4359
IFault = Arus gangguan di 1 % di depan GI
= 6251,976 A
ISET
= 106,05 A
=
3
0,5
Dimana :
t = (tdi out g+ ∆t) = (0,7+0,4) detik = 1,1 detik
IF = Arus gangguan di 1 % di depan GI
= 6251,976 A
IS = 420A
α = 0,02
β = 0,14
 =
recloser
3,5
 
1
1,1  [(
OCR di sisi
Masukan
(incoming)
20 kv
0
Arus Setting Primer
Is = 1,05 x In
Is = 1,05 x 400 A
= 420 A
Arus Setting Sekunder
1
Ip = Is x
Ip = 420 x
OCR di sisi
Penyulang
(outgoing)
1
Penyulang
(outgoing)
I > : 106,05
I >> : 2084
0,3879
Masukan
(incoming) 20 kV
420
0,436
Sumber : Hasil perhitungan
6
1. Nilai setelan arus di sisi penyulang
a. Menggunakan karakteristik standart inverse
 Arus Primer
Dari hasil perhitungan dan analisis dengan
penyetelan ulang rele arus lebih di sisi penyulang dapat
memperbaiki koordinasi antara recloser dan OCR.
Dimana koordinasi yang telah diperbaiki ini sudah
sesuai dengan standar PLN dengan waktu tunda antar
pengaman 0,4-0,5 detik.
E. Perbandingan Hasil Perhitungan dengan
Keadaan di Lapangan
Dari hasil perhitungan penyetelan baru rele arus
lebih dan recloser pada tabel 5 dapat dilakukan
perbandingan antara penyetelan terpasang dan
penyetelan sesuai dengan hasil perhitungan yang
ditunjukan pada tabel 6.
Tabel 6. Perbandingan Penyetelan yang di lapangan
dengan penyetelan hasil perhitungan.
Is = 1,05 x Imaks
Is = 1,05 x 101 A
= 106,05 A
Arus Sekunder
1
Ip = Is x

 
1
Ip = 106,05 x
2.
400/5
= 1,3256 A
Nilai setelan waktu di sisi penyulang
4467,77 0,02
0,7  [(
)
− 1]
106,5
 =
0,14
 = 0,3879 (tanpa satuan)
0,14  
=
0,02

[(  )
− 1]

0,14  0,3879
=
6251,976 0,02
[(
)
− 1]
106,05
= 0,6399 detik.
Pengaman
Rele Arus Lebih
Sisi Masukan 20 kV
CT : 2000/5
Tabel 5. Tabel perhitungan penyetelan recloser dan
rele arus lebih (OCR) baru.
Penyetelan
Recloser
Rele Arus Lebih
Sisi Penyulang
CT : 400/5
Rele Arus Lebih
Penyulang
Recloser
CT : 1000/1
Masukan
IS (A)
98,24
I > : 106,05
420
TMS
0,17
0,3879
0,436
Penyetelan
yang
diterapkan di
Lapangan
I>: 1000 A
TMS: 0,2 (SI)
I > : 320 A
TMS: 0,05 (SI)
I>>: 2000A
t: instan
I > : 250 A
TMS : 0,05
2
1,6
Waktu Kerja (detik)
watu (detik)
2
OCR di sisi
Penyulang
(outgoing)
OCR di sisi
Penyulang Hasil
Perhitungan
OCR di sisi
Masukan Hasil
Perhitungan
Recloser di
Lapangan
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
OCR di sisi
Masukan
(incoming)
20 kv
0,5
0
I > : 98,24A
TMS : 0,17
Recloser Hasil
Perhitungan
1,8
recloser
1
I>: 106,05A
TMS : 0,3879(SI)
Perbandingan Waktu Kerja antara Hasil Perhitungan dengan di
Lapangan saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa
Waktu Kerja Rele Baru Saat Gangguan Arus 3 Fasa
1,5
I>: 420 A
TMS : 0,436 (SI)
Dari tabel 7 dapat diketahui pula perbandingan
koordinasi waktu kerja antara recloser, rele arus lebih
sisi penyulang dan sisi masukan 20 kV antara hasil
perhitungan dengan di lapangan. Hasil perbandingan
waktu kerja ditunjukkan pada gambar 12 untuk
gangguan 3 fasa dan gambar 13 untuk gangguan 2 fasa.
Dari tabel 5 dapat kita hitung waktu kerja dari
recloser dan OCR sisi penyulang dan masukan yang
ditunjukkan pada gambar 10 untuk gangguan hubung
singkat 3 fasa dan gambar 11 untuk gangguan 2 fasa.
2,5
Penyetelan Hasil
Perhitungan
0,2
0
0,02 0,38 0,77 1,15 1,53 1,92 2,80 4,56 6,33 8,10 9,86
Panjang Penyulang (km)
OCR di sisi
Penyulang di
Lapangan
OCR di sisi
Masukan di
Lapangan
Panjang Penyulang (km)
Gambar 10. Waktu Kerja Baru saat Terjadi
Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa
Gambar 12 Kurva Perbandingan Waktu Kerja Saat
Terjadi Gangguan Arus Hubung Sungkat 3 Fasa
Perbandingan Waktu Kerja antara Hasil Perhitungan dengan di
Lapangan saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa
recloser
4
Recloser Hasil
Perhitungan
3,5
Waktu Kerja (detik)
watu (detik)
Waktu Kerja Rele Baru Saat Gangguan Arus 2 Fasa
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
OCR di sisi
Penyulang
(outgoing)
OCR di sisi
Masukan
(incoming)
20 kv
OCR di sisi
Penyulang Hasil
Perhitungan
OCR di sisi
Masukan Hasil
Perhitungan
Recloser di
Lapangan
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Panjang Penyulang (km)
Panjang Penyulang (km)
Gambar 11. Waktu Kerja Baru saat Terjadi
Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa
OCR di sisi
Penyulang di
Lapangan
OCR di sisi
Masukan di
Lapangan
Gambar 13 Kurva Perbandingan Waktu Kerja Saat
Terjadi Gangguan Arus Hubung Sungkat 2 Fasa
7
V. PENUTUP
A. Kesimpulan
Kesimpulan dari analisis yang telah dilakukan
maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Besarnya arus gangguan hubung singkat
bergantung pada jarak titik gangguan dari
sumber hingga ke ujung jaringan. Untuk arus
gangguan hubung singkat tiga fasa terbesar
adalah 6.251,976 A dan yang terkecil adalah
2.006,14, sedangkan untuk arus gangguan
hubung singkat dua fasa terbesar adalah
3.125,988 A dan yang terkecil adalah 1.003,07
A. Arus gangguan hubung singkat dua fasa
nilainya lebih kecil dari arus gangguan hubung
singkat tiga fasa( I hs 2 < I hs 3 ).
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
2. Penyetelan recloser dan rele arus lebih pada sisi
penyulang dan masukan 20 kV yang didapat
dari hasil perhitungan adalah sebagai berikut,
untuk penyetelan pada recloser penyetelan arus
pada bagian primer: 98,24 A dengan TMS 0,17.
Sedangkan untuk rele arus lebih sisi penyulang,
penyetelan arus pada bagian primer: 106,05 A
dengan TMS sebesar 0,3879. Dan penyetelan
rele arus lebih sisi masukan 20 kV, penyetelan
arus pada bagian primer: 420 A dengan TMS
sebesar 0,436.
3. Koordinasi pengaman antara recloser, rele arus
lebih sisi penyulang dan masukan 20 kV belum
sesuai dengan koordinasi yang seharusnya.
Maka, dilakukan perubahan pengaturan
pengaman yaitu rele arus lebih. Perubahan
dilakukan dengan merubah rele yang digunakan,
yang semula menggunakan rele campuran
(instant dan invers) dirubah menggunakan rele
karakteristik invers. Pengaturan ulang rele arus
lebih di sisi penyulang ini berhasil memperbaiki
koordinasi antara recloser, rele arus lebih pada
sisi keluaran dan sisi masukan 20 kV dengan
waktu tunda antar pengaman sebesar 0,4 detik.
B. Saran
Dari hasil analisis koordinasi antara recloser, rele
arus lebih pada penyulang dan masukan (incoming) 20
kV Gardu Induk Sengkaling yang telah dilakukan
maka dapat diambil saran sebagai berikut :
1. Perlu dilakukan perubahan pengaturan rele arus
lebih di sisi penyulang agar mendapatkan
koordinasi yang baik.
2. Untuk mendapatkan pengamanan yang lebih
baik untuk mengatasi terjadi arus gangguan
hubung singkat maka sebaiknya analisis
dilakukan pula terhadap seluruh pengaman pada
jaringan distribusi 20 kV, diantaranya Fuse Cut
Out (FCO), Sectionanalyzer (SSO), Load Break
Switch (LBS), dan pengaman lainnya.
REFERENSI
Gonen, Turan. 1988. Modern Power System
Analysis. California: John Wiley &Sons Inc.
[2] Kadarisman, Pribadi. 2003. Pengaman pada
Jaringan Distribusi. Seminar.
[1]
8
Kadir, A.,2006. “Distribusi dan Utilisasi Tenaga
Listrik”. Erlangga. Jakarta.
Sarimun N., Wahyudi. September 2011. Buku
Saku Pelayanan Teknik Edisi Kedua. Depok:
Garamond.
Sarimun, Wahyudi. 2012. Proteksi Sistem
Distribusi Tenaga Listrik. Depok: Garamond.
Stevenson, Jr., William D. 1994. Analisis Sistem
Tenaga Listrik. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Stevenson, Jr. William D. 1996. Analisis Sistem
Tenaga Listrik. Cetakan kelima. Jakarta: Penerbit
Erlangga.
Fly UP