BAB 1 PENDAHULUAN
A. Lata Latarr B Bel elak akan ang g
Dalam menyalurkan energi listrik dari gardu induk ke pelanggan (konsumen) diperlukan suatu sistem tenaga listrik yang handal, terutama dari sisi pemeliharaan yang bisa membebaskan sistem dari gangguan. Gangguan merupakan kendala terbesar dalam menyalurkan energi listrik ke pelanggan, karena dengan terjadinya gangguan, maka akan merugikan pelanggan. Oleh karena itu diperlukan suatu sistem yang handal untuk dapat mengurangi kemungkinan gangguan yang akan terjadi dan mengurangi resiko akibat dari terjadinya gangguan, khususnya pada jaringan distribusi. Pada Pada penyu penyulan lang g yang yang menggu menggunak nakan an sistem sistem radial, radial, keanda keandalan lan sistem sistem masih masih tergolong rendah karena pada sistem ini hanya terdapat satu penyulang utama. Apabila salah satu seksi/wilayah dari sistem ini mengalami gangguan, maka seksi berikutnya atau didepannya ikut padam. Berbeda dengan sistem lain yang sudah berbentuk loop (salin (saling g terhubu terhubung) ng),, apabil apabilaa satu satu seksi seksi mengal mengalami ami ganggu gangguan, an, maka maka seksi seksi lain tidak tidak padam karena ada penyulang cadangan yang memasok listrik keseksi tersebut. Pada kondisi tertentu untuk keperluan pemeliharaan atau perbaikan peralatan disuatu titik diperlukan perpindahan penyaluran tenaga listrik dari penyulang satu ke penyulang lainnya, untuk meminimalkan pemadaman. Kondisi yang sifatnya sementara ini tetap tetap harus harus diperh diperhitu itungk ngkan an koordi koordinas nasii pengam pengamann annya ya,, sehing sehingga ga apabila apabila terjadi terjadi gangguan dimanapun titiknya, kinerja pengaman jaringan akan tetap dipenuhi. Salah satu gangguan yang sering kali terjadi adalah gangguan arus lebih, untuk mengatasi gangguan ini diperlukan suatu pengaman arus lebih OCR (Over Current Koordinasi antar OCR tersebut tersebut perlu diperhitung diperhitungkan, kan, sehingga sehingga kerusakan kerusakan Relay). Koordinasi peralatan akibat arus lebih dapat dihindari dan keandalan sistem tetap tinggi.
B. Pemb Pembat atas asan an Masal Masalah ah
Topik pembahasan pada makalah ini dibatasi pada : 1. Perh Perhit itun unga gan n arus arus Hubu Hubung ng Sing Singka katt yang yang terj terjad adii pada pada jaringan distribusi. 2. Perhitungan
waktu
koordinasinya. 1
kerja
Relai
Arus
Lebih
dan
BAB II PEMBAHASAN
A. Sistem Sistem Kelistrika Kelistrikan n Indonesia Indonesia
Energi listrik sudah menjadi kebutuhan vital pada kehidupan manusia modern, seirin seiring g dengan dengan mening meningkat katnya nya jumlah jumlah pendud penduduk uk dan mening meningkat katny nyaa pertum pertumbuh buhan an ekonomi maka kebutuhan akan energi listrik semakin meningkat. Untuk memenuhi semu semuaa ini ini maka maka dipe diperl rluk ukan an suat suatu u pena penamb mbah ahan an sumb sumber er ener energi gi baru baru dan dan juga juga peningkatan terhadap keandalan sistem tenaga listrik. Di Indonesia terdapat tiga bagian penting yang menunjang proses penyampaian tenaga listrik, yakni : Pembangkitan, Penyaluran ( transmisi ), dan distribusi. Pe mba ng ki t
Tra nsmi si
D istri b usi
Gambar 1. Garis Besar Penyampaian Sistem Tenaga Tenaga Listrik Pembangkit memiliki fungsi sebagai pengonversi sumber energi primer menjadi energi energi listrik listrik,, beberap beberapaa macam macam pemban pembangk gkit it yang yang diguna digunakan kan seperti seperti : Pemban Pembangki gkitt Listrik Tenaga Tenaga Air (PLT (PLTA), Pembangkit Pembangkit Listrik Listrik Tenaga Uap (PLTU), (PLTU), Pembangkit Pembangkit Listrik Tenaga Tenaga Panas Bumi (PLTP), (PLTP), Pembangkit Pembangkit Listrik Listrik Tenaga Gas (PLTG), (PLTG), dan Pembangkit Listrik tenaga Diesel (PLTD). Karena biasanya pusat beban berada jauh dari pusat energi primer maka diperlukan suatu saluran transmisi yang tegangannya telah dinaikkan terlebih dahulu oleh Trafo penaik tegangan ( step up transformer ). Saluran transmisi akan berakhir di gardu dan tegangannya diturunkan kembali oleh Trafo penurun tegangan ( step down transformer ) lalu akan disebarkan ke beban melalui saluran distribusi.
B. Stru Struktur ktur Jaring Jaringan an Tegan Tegangan gan Meneng Menengah ah
Struktur jaringan tegangan menengah dapat dikelompokkan menjadi lima model, yaitu : a. Jari Jaring ngan an Radi Radial al Sistem distribusi dengan pola Radial adalah sistem distribusi yang paling sederhana dan ekonom ekonomis. is. Pada Pada sistem sistem ini terdapa terdapatt beberap beberapaa penyu penyulan lang g yang yang menyupl menyuplai ai
beberapa gardu distribusi tetapi penyulang ini tidak saling berhubungan. Kerugian tipe jaringan ini apabila jalur utama pasokan terputus maka seluruh penyulang akan padam, kerugian lain mutu tegangan pada gardu distribusi yang paling akhir kurang baik, hal ini dikarenakan besarnya rugi – rugi pada saluran. 150 kV PMT 150 kV
Trafo Daya
PMT 20 kV 20 kV PMT 20 kV
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi Trafo Distribusi
Gambar 2. Konfigurasi Jaringan Radial b. Jaring Jaringan an hant hantaran aran pengh penghubu ubung ng ( Tie Line ) Sistem ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan tambahan Automatic Change Over / Automatic Transfer Switch, setiap penyulang terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu penyulang mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke penyulang lain.
150 kV PMT 150 kV
Gardu Induk
Trafo Daya
PMT 20 kV 20 kV Pemutus tenaga
PMT 20 kV
g n a l u y n e P
PMT 20 kV
Pemutus tenaga 20 kV Gardu Konsumen (khusus)
Gambar 3. Konfigurasi Jaringan Hantaran Penghubung c. Jari Jaring ngan an Lin Lingk gkar aran an ( Loop ) Pada Pada sist sistem em ini ini terdap terdapat at peny penyul ulan ang g yang yang terko terkone neks ksii memb membent entuk uk loop loop atau atau rangkaian tertutup untuk menyuplai beberapa gardu distribusi. Gabungan dari 2 strukt struktur ur radial radial menjad menjadii keuntu keuntunga ngan n pada pada pola pola loop loop karena karena pasoka pasokan n daya daya lebih lebih terjamin dan memiliki keandalan yang cukup. 150 kV PMT 150 kV
Trafo Daya
PMT 20 kV 20 kV PMT 20 kV
PMT 20 kV
Trafo Distribusi Saklar Seksi Otomatis Otomatis Saklar Seksi Otomatis Otomatis Trafo Distribusi
Saklar Seksi Otomatis Otomatis
Saklar Seksi Otomatis Otomatis
Trafo Distribusi
Pemutus Beban
Gambar 4. Konfigurasi Jaringan Loop
d. Jari Jaring ngan an Spin Spinde dell Sistem Spindel adalah suatu pola konfigurasi jaringan dari pola Radial dan Ring. Spindel terdiri dari beberapa penyulang ( feeder ) yang tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut berakhir pada sebuah Gardu Hubung ( GH ). Pada sebuah spindel biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif dan sebuah penyulang cadangan ( express ) yang akan dihubungkan melalui gardu hubung 150 kV PMT 150 kV
Trafo Daya
PMT 20 kV 20 kV PMT 20 kV
g n u s g n a l
Trafo Distribusi
g
n a l u y n e P
Pemutus beban
Gambar 5. Konfigurasi Jaringan Spindel
e. Sist Sistem em Gugu Guguss atau atau Klus Kluster ter Dalam sistem ini terdapat Saklar Pemutus Beban, dan penyulang cadangan. Dimana penyulang ini berfungsi bila ada gangguan yang terjadi pada salah satu penyulang konsumen maka penyulang cadangan inilah yang menggantikan fungsi suplai ke konsumen.
150 kV PMT 150 kV
Trafo Daya
PMT 20 kV 20 kV PMT 20 kV
Trafo Distribusi
n a g n a d a C g n a l u y n e P
Pemutus beban
Trafo Distribusi
Gambar 6. Konfigurasi Jaringan kluster Dari semua tipe jaringan diatas, tipe radial mempunyai tingkat keterandalan yang pali paling ng renda rendah h sehi sehing ngga ga untu untuk k menj menjag agaa kela kelang ngsu sung ngan an paso pasoka kan n ener energi gi listri listrik k ke konsumen harus diperhatikan peralatan proteksi dan koordinasinya.
C. Ganggu Gangguan an Hubu Hubung ng Singk Singkat at
Ganggu Gangguan an hubun hubung g singka singkatt adalah adalah suatu suatu kondis kondisii pada pada sistem sistem tenaga tenaga dimana dimana penghantar yang berarus terhubung dengan penghantar lain atau dengan tanah, yang menyebabkan arus gangguan mengalir. Gangguan yang mengakibatkan hubung singkat dapat menimbulkan arus yang jauh lebih besar dari pada arus normal. Menurut Stevenson (1982:317), bila hubungan singkat dibiarkan berlangsung agak lama pada suatu sistem daya, banyak banyak atau semua pengaruh-pen pengaruh-pengaruh garuh yang tidak diinginkan berikut ini dapat terjadi : a. Berkurangny Berkurangnyaa batas-bata batas-batass kestabil kestabilan an untuk untuk sistem daya itu. b. Rusak Rusaknya nya peralatan peralatan yang yang berada berada dekat dengan dengan gangguan gangguan yang disebab disebabkan kan oleh arus arus yang yang besa besarr, arus arus tak tak seim seimba bang ng,, atau atau tega tegang ngan an-te -tega gang ngan an renda rendah h yang yang ditimbulkan oleh hubung singkat. c. Ledakan–led Ledakan–ledakan akan yang yang mungkin mungkin terjadi terjadi pada peralatan peralatan yang yang mengandu mengandung ng minyak 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. Terpeca erpecah– h–pe pecah cahny nyaa kese keselu luru ruha han n daera daerah h pelay pelayan anan an sist sistem em daya daya itu itu oleh oleh suatu suatu rentetan tindakan pengamanan yang diambil oleh sistem–sistem pengamanan yang berbeda–beda; kejadian ini di kenal sebagai “ cascading ”. ”.
Perhitungan hubung singkat adalah suatu analisa kelakuan suatu sistem tenaga listrik pada keadaan gangguan hubung singkat, dimana dengan cara ini diperoleh nilai besar besaran-b an-besa esaran ran listrik listrik yang yang dihasil dihasilkan kan sebaga sebagaii akibat akibat ganggu gangguan an hubung hubung singka singkatt tersebut. Analisa gangguan hubung singkat diperlukan untuk mempelajari sistem tenaga listrik baik waktu perencanaan maupun setelah beroperasi. Analisa hubung singkat digunakan untuk menentukan setting relai proteksi yang digunakan untuk melindungi sistem dari kemungkinan adanya gangguan. Menurut Gonen (1988:150) Tujuan dari analisis gangguan hubung singkat adalah untuk menghitung arus ganggu maksimum dan minimum dan tegangan pada lokasi yang yang berb berbed edaa dari dari sist sistem em tenag tenagaa untu untuk k jeni jeniss gang ganggu guan an yang yang berb berbed edaa sehi sehing ngga ga rancangan pengaman, relai, pemutus tenaga yang tepat bisa dipilih untuk melindungi sistem dari kondisi tidak normal dalam waktu yang singkat. 1. Komp Kompon onen en Sim Simet etri riss
Komponen simetris digunakan untuk menganalisa terutama sistem yang tidak seimbang, misalnya saat terjadi hubung singkat dua fasa, dan hubung singkat satu fasa ke tanah. Dimana sebuah sistem tak seimbang diubah menjadi 3 rangkaian persamaan yaitu rangkaian urutan positif, urutan negatif, dan urutan nol. Menurut teorema Fortescue (Stevenson 1982:260) tiga fasor tak seimbang dari sistem tiga fasa dapat diuraikan menjadi tiga sistem fasor yang seimbang. Himpunan seimbang komponen itu adalah: a. Komp Kompon onen en uruta urutan n posi positi tif, f, yang yang terd terdiri iri dari dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan dengan yang yang lainny lainnyaa dalam dalam fasa fasa sebesa sebesar r 1200, dan dan memp mempun uny yai urut urutan an fasa fasa yang yang sama seperti fasor aslinya. b. Kompon Komponen en urutan urutan nega negatif, tif, yang yang terdi terdiri ri dari dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu
dengan dengan yang yang lainny lainnyaa dalam dalam fasa fasa sebesa sebesar r 1200, dan dan memp mempun uny yai urut urutan an fasa fasa yang yang berlawanan dengan fasor aslinya. c. Kompon Komponen en uruta urutan n nol, nol, yang yang terd terdiri iri dari dari tiga tiga faso fasorr yang ang sama sama besa besarn rny ya dan dan deng dengan an pergeseran fasa nol antara fasor yang satu dengan yang lain.
Gambar 7 : Vektor Diagram Untuk Komponen Urutan
Telah menjadi kebiasaan umum, ketika memecahkan permasalahan dengan menggunakan komponen simetris bahwa ketiga fasa dari sistem dinyatakan sebagai
a, b, dan c dengan cara yang demikian sehingga urutan fasa tegangan dan arus dalam sistem adalah abc. Jadi, urutan fasa komponen urutan positif dari fasor tak seimbang itu adalah abc, sedangkan urutan fasa dari komponen urutan negatif adalah acb. Jika Jika fasor fasor asliny aslinyaa adalah adalah teganga tegangan, n, maka maka teganga tegangan n tersebu tersebutt dapat dapat dinyatakan dengan Va, Vb, dan Vc. Ketiga himpunan komponen simetris dinyatakan dengan subskrip tambahan 1 untuk komponen urutan-positif, 2 untuk komponen urutan-negatif, dan 0 untuk komponen urutan nol. Komponen urutan positif dari Va,
Vb dan Vc adalah Va1, Vb1, dan Vc1. Demikian pula, komponen urutan negat if adalah Va2, Vb2, dan Vc2, sedangkan komponen urutan nol adalah Va0, Vb0, dan
Vc0. Seperti juga tegangan dan arus didalam metode komponen simetris dikenal tiga macam impedansi urutan yaitu : a. Impe Impeda dans nsii urut urutan an posi positi tiff (Z1), yaitu yaitu impeda impedansi nsi urutan urutan positif positif adalah impedansi tiga fasa simetris yang terukur bila dialiri oleh
arus urutan positif. b. b. Impe Impeda dans nsii urut urutan an negat negatif if (Z2), yaitu impedansi urutan negatif adalah impedansi tiga fasa simetris yang terukur bila dialiri oleh arus urutan negatif c. Imp Impedan edansi si uru urutan tan nol nol (Z0), yaitu Impedansi urutan nol adalah impedansi tiga fasa simetris yang terukur bila dialiri arus urutan nol.
D. Metode Perhitungan Koordinasi Relay OCR Pada Jaringan Distribusi 1. Perhit Perhitung ungan an Arus Arus Hubung Hubung Sing Singkat kat
Dimisalkan jaringan yang akan dianalisa adalah seperti gambar dibawah ini SUMBER
A
OCRSumber
B
SEKSI A
SEKSI B
OCR1
C
OCR2
SEKSI C
D
OCR3
Gambar 8 : Studi kasus Sebelum memulai perhitungan, perlu diketahui terlebih dahulu data yang diperlukan untuk menghitung besarnya arus hubung singkat dan koordinasi Relay Arus Lebih (OCR), data tersebut adalah data impedansi, panjang penyulang/km, Data Data Trafo rafo Sumb Sumber er (GI) (GI),, Data Data beba beban n pada pada peny penyul ulan ang. g. Kare Karena na yang yang akan akan dikoor dikoordin dinasi asi adalah adalah Relai Relai Arus Arus Lebih Lebih (OCR), (OCR), maka maka yang yang dihitu dihitung ng hanya hanya arus arus gangguan tiga fasa, besarnya arus gangguan tersebut adalah :
Hubung singkat 3Ф pada sumber didapat ; I hss
=
V f −n Z 1 s
+ Z 1tr
Hubung singkat 3Ф pada titik gangguan di A atau ujung seksi A (panjang saluran 100%) : I hsA
=
V f −n Z 1 s
+ Z 1tr + Z 1Α
Hubung singkat 3Ф pada titik gangguan di B atau ujung seksi B (panjang saluran 100%) :
I hsB
=
V f − n Z 1 s + Z 1tr + Z 1Α + Z 1 B
Hubung singkat 3Ф pada titik gangguan di C atau ujung seksi C (panjang saluran 100%) : I hsC
=
V f − n Z 1 s
+ Z 1tr + Z 1Α + Z 1 B + Z 1C
Dengan metode perhitungan diatas, maka gangguan di setiap Step (Selang) 5% di sepanjang saluran Seksi A, Seksi B, dan Seksi C dapat dihitung.
2. Perhitung Perhitungan an Waktu Waktu Kerja Kerja Relai Relai Arus Arus Lebih Lebih Standar Standar Inverse Inverse
Dala Dalam m meny menyal alur urka kan n ener energi gi list listri rik k dari dari gard gardu u indu induk k ke pela pelang ngga gan n (konsu (konsumen men)) diperl diperluka ukan n pasoka pasokan n tenaga tenaga listrik listrik yang yang handal, handal, terutama terutama dari dari sisi sisi pemeliharaan yang bisa membebaskan sistem dari gangguan, namun karena sistem berada di alam terbuka, gangguan tetap akan terjadi, seperti terkena dahan pohon atau binatang. Gangguan merupakan kendala terbesar dalam menyalurkan energi listrik ke pelanggan, karena dengan terjadinya gangguan, maka akan merugikan pelanggan. Walaupun demikian masih diusahakan agar luasnya pemadaman akibat gangguan hubung singkat diperkecil dengan mengkoordinasikan sistem proteksi Relai Arus Lebih (OCR).
A
) i a t l e r a j r e k u t k a W (
B
tAA
C
tAB
D
tBc
} Δt
} Δt
tBB
tc D tcc
A1 If A1
) n lf a u g g n a g s u r a (
B1 If B1
If C1 C1
A
B
C
lf D1 D1
D
Gambar 9. Koordinasi Waktu Kerja Relai Arus Lebih Dengan Inverse Time Relay, Relay, dan Kurva Arus Gangguan
Sebelum memulai perhitungan setelan Relai Arus Lebih terlebih dahulu mengetahui arus nominal (I n) pada masing-masing seksi baik di sumber, seksi A, seksi B, dan seksi C. Biasanya I n didapat dari PLN yaitu data beban penyulang. Sedangkan untuk arus nominal sumber dapat dihitung berdasarkan sebagai berikut :
I ns
=
S 3 .V f − f
Dari hasil diatas dapat di cari perbandingan rasio trafo arus (CT ratio) untuk sumber, dan masing-masing seksi, apabila arus nominal sumber 899,47 A maka dipilih ratio CT 1000 / 5, karena arus nominal pada sumber sebesar 899,47 A. Untuk Seksi A, dipilih trafo arus dengan rasio 300 / 5, apabila arus seksi A di bawah 300 A. Demikian juga dengan seksi B dan seksi C. Setelah diketahui In dan CTrasio, dapat dihitung Arus Arus Setting (I set) dari Relai
Arus Lebih adalah sebagai berikut : Untuk Iset Primer pada sumber :
I set s
= 1.05 . I ns
I setS
=
I set A
= 1,05 . I nA
I set A
=
I set B
= 1,05 . I nB
I set B
=
I set primer CT ratio
Iset Sekunder pada sumber : Untuk Iset pada seksi A :
I set primer CT ratio
Iset sekunder pada seksi A : Untuk Iset pada seksi B :
I set primer B CT ratio
Iset sekunder pada seksi B :
I set C = 1,05 . I nC
Untuk Iset pada seksi C :
I set A
=
I set primer A
Iset sekunder pada seksi C :
CT ratio
Setelah diketahui Iset, maka dapat dicari tms (time multiple setting), dimana pada koordinasi Relai Arus Lebih perhitungan tms dimulai dari bagian hilir atau beban terjauh (seksi C). maka : Berdasarkan IhsC pada panjang saluran 5%, didapat tms seksi C sebagai berikut :
I C
=
I hs C
0.02
I set C . CT ratio C
tms C = sehingga
t . ( I C
− 1)
0.14
Dimana : t = 0,3 (setting waktu minimum untuk seksi C). Berdasarkan IhsC dengan panjang saluran 5%, didapat tms seksi B sebagai berikut :
I B
=
I hs C I set B . CT ratio B
dimana : t = (0, 3 + Δt)
Δt = beda waktu (berdasarkan gambar 9) = 0,4 dtk Maka tms seksi B, adalah : 0.02
t . ( I C
tms B =
− 1)
0,14 (0,3 + 0,4) x (0,027)
=
0,14
=
0,135
Selanjutnya dapat diketahui waktu kerja Relai Arus lebih untuk seksi B adalah : t B
=
0,14 . tms B 0.02 I hs B − 1 I . CT set B ratio B
Setelah mendapatkan waktu kerja untuk Relai seksi B, dapat dihitung tms untuk seksi A, seperti berikut :
I A
=
I hs B I set A . CT ratio A
Dimana : t = (t B + Δt) maka tms seksi A, adalah :
tms A =
t . ( I A
0.02
− 1)
0,14
Sehingga diketahui waktu kerja Relai Arus lebih untuk seksi A adalah adalah :
t A
=
0,14 . tms A 0.02 I hs A I set A . CT ratio A − 1
Setelah mendapatkan waktu kerja untuk Relai seksi A, dapat dihitung tms untuk sumber, seperti berikut :
I S
=
I hs A I set S . CT ratio S
Dimana : t = (tA + Δt)
= (0,431 + 0,4) = 0,831
dtk maka tms sumber, adalah : 0.02
tms S =
t . ( I S
− 1)
0,14
Dan waktu kerja Relai Arus lebih untuk sumber a dalah : t S
=
0,14 . tms S 0.02 I hs A − 1 I .CT set S ratio S
Dengan metode perhitungan diatas, maka waktu kerja Relai Arus Lebih Standar Inverse di setiap Step (Selang) dari panjang 5% saluran sampai 100% panjang saluran Seksi A, Seksi B, dan Seksi C.
