ANALISA PERHITUNGAN SETTING ARUS DAN WAKTU PADA RELAI ARUS LEBIH (OCR) SEBAGAI PROTEKSI TRAFO DAYA DI GARDU INDUK CAWANG LAMA JAKARTA NAMA : ELISABETH SASTRA ARIYANTI ARIYANTI SIAHAAN NIM : 511213100 MATA MATA KULIAH : PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO UNI!ERSITAS UNI!ERSITAS NEGERI MEDAN
ABSTRAK
Gangguan hubung singkat fasa ke tanah dan fasa-fasa merupakan salah satu permasalahanyang mungkin timbul dalam pengoperasian transformator daya dalam sebuah Gardu Induk. Gangguan yang disebabkan oleh adanya hubung singkat menimbulkan banyak kerugian, kerugian pada sistem transmisi kelistrikan maupun kerugian di pihak konsumen energi listrik. Salah satu cara untuk mengatasi gangguan ini adalah dengan cara memasang peralatan pengaman pada transformator. Relai arus lebih merupakan relai proteksi yang bekerja dengan Pemutus Tenaga !ircuit "reaker#. Gangguan hubung singkat fasa ke tanah dan fasa-fasa menimbulkan arus gangguan hubung singkat yang besarnya melebihi seting arus pada relai arus lebih, sehingga relai arus lebih memicu Pemutus Tenaga bekerja sesuai dengan setting $aktu yang diterapkan, diterapkan, sehingga resiko kerusakan kerusakan pada sistem kelistrika kelistrikan n dapat dihindar. dihindar. %ata kunci& arus, hubung singkat, relai arus lebih, setting relai, transformator.
PENDAHULUAN
Transfor Transformator mator merupakan peralatan yang sangat 'ital dalam penyaluran sistem tenaga listrik listrik karena transf transform ormator ator merupa merupakan kan perala peralatan tan yang menyalu menyalurka rkan n energi energi listri listrik k langsu langsung ng ke konsum konsumen en baik baik konsumen tegangan tinggi, tegangan menengah maupun maupun tegang tegangan an rendah. rendah. (alam (alam sistem sistem penyalu penyaluran ran tidak tidak menutu menutup p kemung kemungkin kinan an terjad terjadii ganggua gangguan n terutama gangguan yang disebabkan oleh alam. Gangguan yang sering terjadi antara lain ka$at penghantar putus, kerusakan pada pembangkit, gangguan pada saluran transmisi akibat petir p etir serta gangguan hubung singkat. (engan (eng an adanya gangguan yang tidak dapat dapat dipred diprediks iksii maka maka diperl diperlukan ukan suatu suatu perala peralatan tan pengam pengaman an siste sistem m protek proteksi# si# yang yang tepat tepat dan dapat dapat diandalkan pada peralatan sistem tenaga listrik serta pengoperasian dan pemeliharaan yang baik. Relai proteksi harus dapat mengenal kondisi abnormal pada sistem tenaga dan melakukan langkah-langkah yang diangg dianggap ap perlu perlu untuk untuk menjam menjamin in pemisa pemisahan han ganggua gangguan n dengan dengan kemung kemungkina kinan n gangguan gangguan terkeci terkecill terhadap operasi normal PT. P)*,+c#. R"#$% P"&'$$&
Relai pengaman adalah suatu piranti baik elektrik maupun magnetik yang dirancang untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan sistem tenaga listrik yang tidak diinginkan. ika kondisi
abnormal tersebut terjadi maka relai pengaman secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk membuka pemutus tenaga circuit breaker # agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem normal. (i samping itu relai juga berfungsi untuk menunjukkan lokasi dan macam gangguannya sehingga memudahkan e'aluasi pada saat terjadi gangguan Tjahjono, +#. Pada prinsinya relai pengaman yang terpasang pada sistem tenaga listrik mempunyai tiga macam fungsi, yaitu& •
/endeteksi, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta memisahkan secepatnya.
•
/engurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan yang terganggu.
•
/engurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem yang lain, yang tidak terganggu di dalam sistem tersebut dan dapat beroperasi normal serta mencegah meluasnya gangguan.
R"#$% A*+ L",%-
Proteksi arus lebih adalah proteksi terhadap perubahan parameter arus yang sangat besar dan terjadi pada $aktu yang cepat, yang disebabkan oleh hubung singkat. Pada proteksi arus lebih ini, relai akan pick-up jika besar arus melebihi nilai seting Tjahjono, +#. 0lemen dasar dari proteksi arus lebih adalah relai arus. Proteksi arus lebih meliputi proteksi terhadap gangguan hubung singkat yang dapat berupa gangguan hubung singkat fasa-fasa, satu fasa ke tanah serta hubung singkat antar fasa. Proteksi terhadap hubung singkat antar fasa dikenal sebagai proteksi arus lebih dan relai yang digunakan disebut relai arus lebih over current relay#. ika arus gangguan mengalir melalui tanah, gangguan ini disebut gangguan hubung singkat ke tanah dan relai yang digunakan disebut proteksi hubung tanah ground fault relay#. Pada proteksi transformator daya, relai arus lebih digunakan sebagai tambahan bagi relai differensial untuk memberikan tanggapan terhadap gangguan luar. Relai arus lebih yang digunakan adalah relai arus lebih tanpa perlambatan $aktu, relai arus lebih dengan karakteristik $aktu yang berbanding terbalik dengan besar arus dan relai arus lebih dengan komponen arah. Relai arus lebih terdapat beberapa karakteristik $aktu yang dikelompokkan menjadi tiga jenis yaitu&
1. Relai arus lebih seketika instantaneus#. Relai ini memberikan perintah trip pada pemutus tenaga P/T# pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besar arus gangguannya mencapai arus settingnya Is# dan jangka $aktu kerja relai mulai pick up sampai relai bekerja sangat singkat tanpa tunda $aktu + ms - 2 ms#. +. Relai arus lebih $aktu tertentu. Relai ini akan memberikan perintah trip pada P/T pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besar arus gangguannya mencapai setting IS# dan jangka $aktu kerja relai mulai pick up sampai relai kerja diperpanjang dengan $aktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relai. 3. Relai arus lebih terbalik inverse#. Relai ini akan memberikan perintah trip pada P/T pada saat terjadi gangguan bila arus gangguan mencapai nilai settingnya IS# dan jangka $aktu kerja relai
mulai pick up sampai kerja relai diperpanjang berbanding terbalik dengan besarnya arus gangguan. Pada relai ini sumbu tegak merupakan $aktu dalam detik dan sumbu datar adalah berapa kali besarnya arus gangguan yang mele$ati relai terhadap arus penyetelannya n 4 Iset#. Penyetelan $aktu ditunjukkan dengan kur'a yang sering digunakan dan disebut dengan Td time dial # atau T/S time multiple setting # yang dirumuskan sebagai berikut PT. P)*, +c#&
R"#$% A*+ L",%- .$/$ T$&+$ D$$
Relai pengaman pada transformator dibedakan menjadi dua yaitu elektris dan mekanis. Relai-relai pengaman elektris yaitu relai differential, relai arus lebih untuk sisi primer dan sekunder, relai arus terbatas R05 atau restricted earth fault # untuk sisi primer dan sekunder serta relai sisi netral S"05 atau stand by earth fault # untuk melindungi resistor netral trafo pada saat terjadi gangguan ke tanah. Sedangkan untuk relai pengaman mekanis antara lain relai bucholz , relai jansen dan relai suddent pressure di mana setiap relai pengaman mempunyai fungsi tersendiri.
Gangguan pada transfornator dibedakan menjadi dua yaitu gangguan internal dan eksternal. 6ntuk gangguan internal dapat dikelompokkan menjadi dua jenis gangguan yaitu gangguan incipien dan gangguan elektris. Gangguan incipien merupakan suatu gangguan yang dimulai gangguan yang kecil atau tidak berarti, namun secara lambat akan menimbulkan kerusakan. Gangguan jenis ini akan dideteksi oleh relai pengaman mekanis seperti relai bucholz , relai jansen dan relai sudden pressure. Sedangkan gangguan internal elektris merupakan gangguan elektris yang dideteksi oleh relai proteksi utama transformator yaitu relai differential dan relai hubung tanah terbatas R05#. Gangguan yang sering terjadi pada transformator merupakan gangguan di luar daerah pengamanan transformator seperti hubung singkat satu fasa ke tanah ataupun gangguan antar fasa. Gangguan ini mempunyai pengaruh terhadap transformator daya sehingga transformator harus segera dikeluarkan dari sistem, bila gangguan tersebut terjadi hanya setelah $aktu tertentu untuk memberi kesempatan relai pengaman daerah yang terganggu bekerja. 6ntuk kondisi gangguan di luar daerah pengamanannya misalnya gangguan hubung singkat pada
di sisi + k7 atau di penyulang + k7 maka relai arus lebih dengan perlambatan $aktu digunakan sebagai pengamannya. %oordinasi yang baik untuk pengaman cadangan transformator ini sangat diperlukan untuk memperoleh selekti'itas yang tepat dengan daerah berikutnya yang terkait. "erikut ini merupakan skema proteksi pada transfomator daya PT. P)*, +c#. P"**+ T"&$'$ (PMT)
Pemutus tenaga P/T# atau lebih dikenal dengan istilah Circuit Breaker !"# merupakan suatu piranti saklar mekanik yang secara otomatis akan membuka atau memutuskan rangkaian listrik apabila terjadi ketidaknormalan pada suatu sistem tanpa adanya kerusakan. Pemutus tenaga terdiri atas kontak-kontak yang dialiri arus listrik atau lebih dikenal dengan elektroda. Pada kondisi normal eletroda-elektroda tersebut dalam kondisi terhubung, sebaliknya pada kondisi abnormal maka elektroda-elektroda akan terpisah dan memutuskan hubungan listrik dari satu sisi ke sisi yang lainnya PT. P)*, +a#.
G$&''*$& H*,*&' S%&'4$ S$* F$+$ 4" T$&$-
Pada gangguan satu fasa ke tanah misal fasa 8 mengalami gangguan akan menyebabkan kenaikan arus pada fasa 8 dan drop tegangan di phasa 8 menjadi nol# sedangkan arus pada phasa yang lain menjadi nol yang diikuti dengan kenaikan tegangan fasa yang lain phasa " dan Phasa ! tidak sama dengan nol sedangkan arus phasa " sama besarnya dengan phasa ! yaitu nol ampere# Tjahjono, +#. Gangguan tidak simetris menyebabkan arus tidak seimbang dalam sistem, sehingga dibutuhkan komponen simetris untuk perhitungannya sebagaimana uraian di atas. Rangkaian gangguan satu fasa ke tanah&
(ari persamaan arus untuk gangguan tidak simetris maka diperoleh&
%ondisi di titik gangguan&
sehingga&
Pada gangguan satu fasa ke tanah, rangkaian urutan positif, negatif dan urutan nol terhubung seri, seperti ditunjukkan pada rangkaian di ba$ah ini.
dimana&
/engingat&
/aka diperoleh&
sehingga
G$&''*$& H*,*&' S%&'4$ F$+$$+$ Pada gangguan antar fasa fasa " dan fasa ! mengalami gangguan akan menyebabkan kenaikan arus pada fasa " dan !, sedangkan tegangan untuk fasa tersebut menjadi drop menjadi nol#. (iagram rangkaian untuk gangguan antar fasa ditunjukkan dalam gambar di ba$ah ini Ste'enson, 19:;#.
%ondisi pada saat gangguan adalah sebagai berikut&
(engan 7" < 7! komponen-komponen simetri tegangan adalah sebagai berikut&
%arena I" < - I! dan Ia < , komponenkomponen simetri arus diperoleh dari persamaan berikut ini&
Gambar merupakan gambar rangkaian pengganti untuk gangguan fasa-fasa. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui besar arus hubung singkat yang mengalir apabila terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, dua fasa ke tanah dan gangguan fasa-fasa pada incoming + k7 Trafo =1 1>+ k7 2 /78 di GI !a$ang )ama akarta.
METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dengan cara mengumpulkan data-data spesifikasi transformator daya dan setting relai arus lebih, kemudian melakukan pengamatan dan pengambilan data Gardu Induk. "erdasarkan datadata yang ada, dilakukan analisa dan perhitungan besar arus gangguan terhadap relai proteksi sehingga relai arus bekerja dan mentripkan pemutus tenaga > !" Circuit Breaker #.
HASIL DAN PEMBAHASAN S."+%%4$+% T$&+$ D$$ GI C$6$&' L$$ Gardu Induk !a$ang )ama terdapat dua buah transformator daya dan dua buah transformator interbus. Tulisan ini hanya akan membahas mengenai Transformator (aya =1 1>+ k7 2 /78 dengan merk /0I(0* type "?RS)-0. (atadata transformator adalah sebagai berikut &
Instalasi & %on'entional umlah fasa & 3 fasa 5rekuensi & @A Impedansi & 1+.:3B (aya pengenal & 2 /78 Tegangan sisi tinggi & 1k7 Tegangan sisi rendah& + k7 8rus nominal sisi 1 k7 & +31 8mpere 8rus nominal sisi + k7 & 12 8mpere 7ektor group & CnCn S"%&' R"#$% A*+ L",%- T$ 71 150820 4! 90 M!A
"erikut ini diagram blok Trafo =1 1>+ k7 2 /78 di GI !a$ang )ama beserta setting relai arus lebih yang terpasang pada incoming +k7 Trafo =1 dan penyulang yang menjadi beban di Trafo =1 1>+ k7 2 /78. (aftar penyulang Trafo =1 1>+ k7 2 /78 GI !a$ang )ama & 1. Penyulang angka ;. Penyulang 8rjuna +. Penyulang Pensil . Penyulang ?plet 3. Penyulang "ima 2. Penyulang Tractor Tabel 1 dan + merupakan data relai arus lebih pada incoming serta penyulang Trafo =1 1>+ k7 2 /78 sisi + k7 GI !a$ang )ama.
S."+%%4$+% P"**+ T"&$'$ S%+% 20 4! /$& P"&*#$&'
Tabel 3 merupakan data pemutus tenaga sisi + k7 dan penyulang Trafo =1 1>+ k7 2 /78 GI !a$ang )ama. P"-%*&'$& A*+ H*,*&' S%&'4$
Perhitungan arus gangguan hubung singkat pada jaringan + k7 Trafo =1 1>+ k7 2 /78 di GI !a$ang )ama dengan panjang saluran dari sisi sekunder Trafo ke sel incoming + k7 1 meter dan impedansi Trafo sebesar 1+,:3B dengan asumsi beban /$att.
P$$"" D$+$
N%#$% I."/$&+%
P"-%*&'$& '$&''*$& +$* $+$ 4" $&$-
"esar arus gangguan satu fasa ke tanah sebesar 13.39 8mpere. P"-%*&'$& '$&''*$& $+$ $+$
"esar arus gangguan fasa-fasa ke tanah sebesar 11.2; 8mpere. P"-%*&'$& S"%&' R"#$% A*+ L",%S%+% 150 4! 8rus nominal sisi 1 k7 & +31 8mpere Ratio !T & 3> 8mpere 1. Setting relai arus lebih?!R# 8rus setting sisi primer
(ipilih 3 8mpere 8rus setting sisi sekunder &
+. Setting $aktu rele ?!R Sesuai kaidah aturan yang diterapkan dilingkungan PT. P)* persero# P3" a$a "ali untuk $aktu kerja rele ?!R sisi 1 k7 sebesar , detik sehingga penerapan setting $aktunya sebagai berikut&
Setting relai gangguan tanah G5R# 8rus setting sisi primer
(ipilih 1+ 8mpere 8rus setting sisi sekunder &
3. Setting $aktu G5R
S%+% 20 4! 8rus nominal trafo < 12 8mpere Ratio !T & +> 8mpere 1. Setting relai arus lebih?!R# 8rus setting sisi primer
8rus setting sisi sekunder &
+. Setting $aktu rele ?!R
3. Setting relai gangguan tanah G5R# 8rus setting sisi primer
8rus setting sisi sekunder &
;. Setting $aktu G5R
KESIMPULAN
(ari uraian di atas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut & 1. "esar arus gangguan satu fasa ke tanah yang terjadi pada saluran kabel + k7 menuju incoming + k7 sebesar 13.39 8mpere dan gangguan fasa-fasa sebesar 11.2; 8mpere sehingga arus gangguan hubung singkat fasa-fasa yang digunakan dalam perhitungan setting relai proteksi untuk memperoleh sensiti'itas dan kehandalan relai, diharapkan dengan arus gangguan terkecil relai proteksi dapat mendeteksi gangguan tersebut. +. Setting relai arus lebih ?!R# sisi 1 k7 sebesar 3 8mpere untuk sisi primer, ampere untuk sisi sekunder dengan tap pada relai 1 dan $aktu kerja relai T/S# atau time dial sebesar ,3. Sedangkan untuk Ground fault relay G5R# sebesar 1+ 8mpere untuk sisi primer, sisi sekunder sebesar + 8mpere, tap relai ,; dan $aktu kerja relai G5R T/S# atau time dial sebesar ,;. 3. Setting relai arus lebih ?!R# sisi + k7 sebesar + 8mpere untuk sisi primer, ampere untuk sisi sekunder dengan tap pada relai 1 dan $aktu kerja relai T/S# atau time dial sebesar ,+3. Sedangkan untuk Ground fault relay G5R# sisi + k7 sebesar ; 8mpere untuk sisi primer, sisi sekunder sebesar 1 8mpere, tap relai ,+ dan $aktu kerja relai G5R T/S# atau time dial sebesar ,3. ;. Setting yang diterapkan menggunakan sistem bertingkat dimulai dari sisi penyulang + k7, incoming + k7 trafo dan terakhir sisi 1 k7 sehingga pemadaman beban pada saat terjadi gangguan dapat diminimalisir, hanya sisi yang mengalami gangguan yang dipadamkan serta kehandalan operasi trafo tetap terjaga.
DAFTAR PUSTAKA
PT; PLN (P"+") P3B J$6$ B$#% . +a. ”Buku Petunjuk Operasi dan Pemeliharaan Pemutus Tenaga”. "adan Penerbit P)*. akarta. PT; PLN (P"+") P3B J$6$ B$#%; +b. ”odul Pelatihan Pengaman Transformator”! "adan Penerbit P)*. akarta.
PT; PLN (P"+") P3B J$6$ B$#%; +c. D odul Pelatihan "elai OC"D. "adan Penerbit P)*. akarta. S"<"&+&= W%##%$ D; J; 19:;. ”#nalisa $istem Tenaga %istrik”. /cGra$-@ill. Inc *e$ Cork. T>$->&= H"&/; +. ”odul &uliah #nalisa $istem Tenaga %istrik”! 6ni'ersitas aya "aya. akarta.
