jurnal koordinasi relay proteksi pada feeder distribusi tenaga listrik

KOORDINASI RELAY PROTEKSI PADA FEEDER

DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

oleh

Desi Jayantri

(5101331001)

Program Studi Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Teknik

Universitas Negeri Medan

E-mail: djayantri05@gmail.com

Abstrak.

Dalam setiap sistem tenaga listrik selalu digunakan sistem proteksi atau pengaman untuk mengantisipasi apabila terjadi gangguan. Sistem proteksi dan pengaman ini diperlukan untuk memisahkan bagian yang mengalami gangguan dengan yang tidak mengami gangguan sehingga sistem dapat menjalankan operasinya. Apabila peralatan proteksi atau pengaman memberikan respon yang salah terhadap gangguan maka terjadi tripping ikutan/palsu yaitu peristiwa yang menggambarkan kejadian ketika suatu peralatan proteksi merespon/menanggapi secara salah atau tidak diharapkan pada suatu kondisi atau keadaan sistem tenaga listrik yang sedang mengalami gangguan. Tripping ikutan ini dapat terjadi pada peralatan pengaman atau proteksi yang dihubungkan seri pada penyulang yang sama, sehingga apabila terjadi gangguan pada penyulang tersebut maka dua atau lebih peralatan pengaman pada penyulang itu akan mengalami tripping. Tripping ikutan juga dapat terjadi pada penyulang penyulang lainnya pada bus yang sama.

Kata kunci: Proteksi, , Tripping ikutan, Distribusi.

Abstrac.

The Power system Electrical always used protection system to back up harassment. Protection system need to segregate in harassment with not harassment avail to operation system. Protection device when give response to harassment and then sympathetic tripping. Sympathetic Tripping ensue in protection device the connection with feeder the same, so that ensue harassment in feeder and then two, or more than two device protection in feeder will tripping. Sympathetic Tripping also get ensue in another feeders with bus the same The research get minimal harassment in feeder because fault. Sympathetic Tripping with used ground fault relay characteristic inverse time on fault phase to ground.

Key Word : Protection, Sympathetic Tripping, Distribution

1. PENDAHULUAN

Permasalahan yang sering dijumpai pada sistem ditribusi tenaga listrik antara lain pada penyulang 20KV, adalah gangguan hubung singkat, baik menggunakan kawat udara (SUTM). Jika penyetelan over current relay atau ground fault relay yang berada di incomong feeder atau di out going feeder kurang baik, gangguan hubung singkat kadang-kadang dapat men-tripkan relay yang berada di incomming feeder sehingga menyebabkan pemadaman seluruh penyulang. Jika pada salah satu feeder terjadi hubung singkat feeder yang lain ikut trip (simpatetik trip). relai kurang baik pada kasus yang bertentangan dengan kasus di atas bila terjadi gangguan hubung singkat tripnya terlambat, hal ini juga tidak boleh terjadi karena akan merusak peralatan sistem. Oleh karena itu untuk keamanan sistem distribusi yang handal pada suatu penyulang antara lain perlu untuk mendapatkan suatu nilai setting relay yang tepat (sensitif dan selektif). Pada feeder sering terjadi kasus trip PMT pada hal arus seting Relay belum terlampaui, menurut survey lapangan melalui operator lapangan. Ada beberapa kemungkinan penyebab hal ini terjadi diantaranya: perubahan karakteristik relay, perubahan impedansi saluran, perubahan karakteristik beban, reaktansi, Transformator atau akibat kurang tepat analisa arus hubung singkat saat awal setting. Pada kesempatan ini salah satu kemungkinan penyebabnya diangkat sebagai permasalahan adalah menganalisa kembali arus hubung singkat pada masing masing feeder untuk re-setting relay, yang lebih tepat (selektif dan sensitif). Sementara itu analisa hubung singkat yang dilakukan hanya satu phasa ke tanah untuk re-setting GFR.

1.1. Arus Gangguan Hubung Singkat

Pada sistem jarigan 20 kV yang dipasok dari suatu gardu induk seperti gambar dan data dibawah ini maka :

Gambar 1.1 . Jaringan 20 kV Yang di Pasok dari GI

Pada bus 150 kV adalah bus yang dipasok dari pusat yang di interkoneksi. Untuk ini diperlukan arus hubung singkat di sisi 150 kV. Perhitungan arus hubung singkat pada sistem di atas, sebagai berikut :

1.      Dihitung besar impedansi sumber (reaktansi), yang dalam al ini diperoleh dari data hubung singkat di bus 150 kV.

2.      Perhitungan reaktansi trafo tenaga.

3.      Perhitungan impedansi penyulang per 25%, 50%, 75% dan 100% panjang penyulang. Untuk lebih teliti perhitungan impedansi dapat per 5 persenan atau 10 persenan dari panjang penyulang.

4.      Jadi data yang diperlukan untuk perhitungan arus hubung singkat atau koordinasi relay, adalah :

a. MVAshort circuit dibus 150 kV

b. Data Trafo :

- Kapasitas trafo (MVA)

- Reaktansi urutan positif trafo (5)

- Ratio tegangan

- Mempumyai belitan delta atau tidak

- Ratio CT di incoming feeder

- Netral grounding resistance yang terpasang

c. Impedansi urutan positif dan nol penyulang

d. Arus beban di penyulang

e. Ratio CT di penyulang

Gambar 1.2 Ekivalen Impedansi incoming dan outgoing

1.2 Impedansi Penyulang

Impedansi penyulang yang akan dihitung disini, tergantung dari besarnya impedansi per km dari penyulang yang bersangkutan, dimana besar nilainya ditentukan dari konfigurasi tiang yang dipergunakan untuk jaringan SUTM atau dari jenis kabel tanah untuk jaringan SKTM. Z = (R+jX) ohm/km dan Z1 = Z2, dengan demikian nilai impedansi penyulang untuk lokasi gangguan yang diperkirakan terjadi pada 5%, 10%, 15% s/d 100% panjang penyulang. Untuk menghitung Reaktansi Ekivalaen dihitung besarnya nilai impedansi ekivalen urutan positif (Z1eq), impedansi ekivalen urutan negative (Z2eq), dan impedansi ekivalen urutan Nol (Z0eq) dari titik gangguan sampai kesumber.

Gambar 1.3 Ekivalen Impedansi Penyulang

Perhitungan Z1eq dan Z2eq dapat langsung menjumlahkan impedansi-impedansi seperti gambar tersebut diatas, sedangkan Z0eq dimulai dari titik gangguan sampai ke Trasformator tenaga yang netralnya ditanahkan. Untuk menghitung impedansi Z0eq ini dimisalkan Transpormator yang terpasang mempunyai hubungan Yyd, dimana mempunyai nilai XT0 = 3*0,8 = 2,4 ohm. Nilai tahanan pentanahan : 3* RN

Z1eq = Z2eq = Z s1 + ZT1 + Z1 _penyulang

Perhitungan :

Z0eq : Z0eq = ZT0 + 3RN + Z0 _penyulang

1.3 Rele Arus Lebih (Over Current Relay)

Rele arus lebih yaitu rele yang bekerja berdasarkan adanya kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengaman tertentu dan jangka waktu tertentu. Fungsi utama dari rele arus lebih ini adalah untuk merasakan adanya arus lebih kemudian member perintah kepada pemutus beban (PMT) untuk membuka. Pengaman dengan menggunakan rele arus lebih mempunyai beberapa keuntungan antara lain:

·         Pengamannya sederhana

·         Dapat sebagai pengaman cadangan dan  pengaman utama

·         Harganya relatif murah

Jenis jenis reley arus lebih ini menurut karakteristik kerjanya inverse dan instantaneous dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 1.4 Karakteristik over current relay tipe invers untuk saluran distribusi

Secara umum pemakaian rele arus lebih sebagai proteksi hubungan singkat dan keadaankeadaan tidak normal pada operasi sistem distribusi tenaga listrik komponennya dapat dilihat pada gambar dibawah

Gambar 1.5 Diagram sutu garis perangkat proteksi OCR

Dengan piranti proteksi adalah sebagai berikut:

1. Transformatur arus (CT)

2. Circuit Breaker (CB)

3. Rele

4. Batere

5. Tripping Coil (TC)

1.4 Tms Ground Fault Relay (GFR)

Untuk mendapatkan nilai setting GFR diperlukan data dan analisa besarnya arus gangguan hubung singkat 1 Fasa ke tanah menurut persamaan:

Di mana:

I = arus gangguan 1 Fasa ke tanah yang  dihitung

V=tegangan fasa-netral sistem 20kV = 20.000/ 3

Z1=Impedansi Urutan Positif yang diperoleh dari perhitungan

Z2=Impedansi Urutan Negatif yang diperoleh dariperhitungan

Z0=Impedansi urutan nol yang diperolah dari perhitungan

Atau: If 1 fasa ke tanah = 3 * Io (5)

Maka arus gangguan hubung singkat 1 Fsa ke Tanah dapat dihitung:

Di mana Nilai NGR adalah nilai thermal resistance of neutral grunding resitance of transformator 12 Ohm. Perhitungan ini dilakukan untuk lokasi yang di asumsikan gangguan terjadi mulai !%, 5%, 10%, 15%, 20%, dan seterusnya dengan kenaikan 5% sampai dengan 100% panjang jaringan.

1.5 Tms GFR pada Out Going Feeder

Untuk setting GFR diambil dari arus gangguan hubung singkat 1 Fasa ke tanah yang terkecil pada 100% panjang jaringan. Untuk mengantisifasi tahanan yang tinggi yang diakibatkan penghantar fasa bersentuhan dengan benda lain yang menimbulkan tahanan tinggi, yang akan menyebabkan arus gangguan hubung singkat menjadi kecil, maka arus setting primer dikalikan dengan konstanta 0,06 s/d 0,1, maka persamaan Iset primer menjadi

I set primer = 0,1*If 1fasa terkecil, Dan

Iset sec = I set primer * 1/ratio CT

Setting waktu relay standard Invers dihitung dengan menggunakan rumus kurva waktu Vs arus, yang dalam hal ini akan digunakan standard Britis maka:

1.6 Setting GFR Incoming Feeder

Untuk mendapatkan sensitivity setting relay cadangan pada Incoming maka diambil nilai konstanta yang lebih kecil dari out going feeder, disini diambil 0,07 maka:

I set primer = 0,07 * If1 fasa (9)

I set sec = I set primer * 1/ratio CT (10)

2 . METODELOGI

2.1 Metode Pengambilan Data

Metode pengambilan data dilakukan dengan observasi langsung ke lapangan PT. PLN ( Persero ).Terhadap data yang diperoleh dilakuakn pengolahan, perhitungan untuk mendapatkan nilai impedansi saluran dan arus hubung singkat 1 phasa ke tanah, untuk keperluan koordinasi relai proteksinya; tidak hanya pada titik gangguan tetapi juga pada konstribusi arus dari sumber yang mengalir ke titik gangguan.

2.2 Metode Analisa Data

Metode analisa data adalah dengan menggunakan data - data pada Gardu Induk Salak dan penyulangnya, dengan materi kajian terdiri dari :

1.      Menghitung besar impedansi sumber ( reaktansi ), yang dalam hal ini di peroleh dari data hubung singkat di Bus 150 kV.

2.      Menghitung reaktansi trafo tenaga.

3.      Menghitung impedansi pada masing - masing penyulang dan besarnya nilai impedansi eqivalen pada masing – masing penyulang.

4.      Dan melakukan perhitungan sesuai dengan koordinasi relay gangguan tanah (Ground Fault Relay)

Adapun jalannya dilakukan menurut diagaram alir dibawah ini:

3. PEMBAHASAN

Dalam mengkoordinasikan kerja rele proteksi  berkaitan dengan karakteristik setelan waktu kerja OCR dan GFR diperlukan perhitungan arus hubung singkat serta kordinasi rele, maka diperlukan data-data dari sumber, trafo tegangan dan data penyulang sebagai berikut :

Gbr 3.1 Single line diagram

Tabel 3.1 Data

Tabel 3.2. Arus Hubung Singkat 1 fasa ke tanah

Setting relai OCR dan GFR kondisi Existing.

4. KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1.      Salah satu yang menyebabkan tripnya incoming karena adanya arus capasitif pada masing-masing penyulang (feeder) maka perlunya setingan arus dan waktu pada masing-masing relai

5. DAFTAR PUSTAKA

·         Djiteng Marsudi, 1990, “Operasi Sistem Tenaga Listrik,” Institut Sains dan Teknologi Nasional Jakarta.

·         EC Measurements, 1975, “Protektive relays application quide,” p.l.c of England

·         Jemjem Kurnain , Syofvi Felienty, 2001. “,Proteksi Sistem Tenaga Listrik Jawa Bali”, Materi Kursus Sistem Proteksi Jawa Bali Jakarta, PT. PLN

·         Lokakarya Bidang Proteksi UDIKLAT, Semarang. PT. PLN Kantor Pusat Direktorat Pengusahaan Kerjasama dengan PT. PLN (Persero) PUSDIKLAT,1995.

·         Pribadi Kadarisman, Wahyudi Sarimun.N,2005. ”Proteksi Sistem Distribusi Untuk system Interkoneksi,”PT. PLN

·         Soekarto, J. Proteksi Sistem Distribusi Tegangan Menengah. LMK PT. PLN (Persero).

·         William D. Stevenson, Jr.1993”Analisa Sistem Tenaga Listrik edisi ke-empat,”Erlangga, Jakarta.

·         Zulkarnaini, Al, ” Analisa setting Grund Foult Relai (GFR) untuk gangguan satu fasa ketanah pada Feeder 20 kV jurnal unila 2009