1 Makalah Seminar Kerja Praktek KOORDINASI SISTEM PENGAMAN PADA JARINGAN TEGANGAN MENENGAH 20KV DI PT. PLN (PERSERO) AREA PELAYANAN JARINGAN SEMARANG 1
Dominggus Yosua Suitella.1, Ir. Agung Warsito, DHET.2 Mahasiswa dan 2Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof.Sudharto, Tembalang, Semarang
Abstrak - Keandalan suatu sistem distribusi listrik tidak lepas dari peralatan proteksi yang digunakan yang berfungsi melindungi peralatan dari gangguan. Salah satu gangguan yang terjadi adalah gangguan hubung singkat. Gangguan ini dapat diatasi dengan menggunakan rele proteksi dan peralatan pemutus rangkaian yang bekerja secara bersama yang disebut sistem proteksi. Akan tetapi apabila setting sistem proteksi ini tidak efektif hal ini akan menyebabkan peralatan proteksi bekerja tidak semestinya. Sehingga hanya akan menambah angka SAIDI SAIFI yang tidak perlu, Kwh yang hilang bertambah besar, dan resiko rusaknya peralatan bertambah banyak. Dalam kerja praktek di PLN APJ Semarang ini Penyulang KPK-01 terbagi menjadi beberapa seksi yang masingmasing seksi dilindungi oleh Recloser dan PMT dengan rele OCR dan GFR sebagai pengindranya. Untuk meminimalisir pemadaman yang terjadi akibat gangguan setiap rele mempunyai interfal waktu untuk PMT/Recloser bekerja dengan tetap memperhatikan aspek selektifitas yaitu hanya PMT/Recloser yang dekat dengan gangguan yang bekerja. Dengan setting rele yang yang tepat maka tingkat keandalan sistem tenaga akan dapat tercapai. Kata kunci: Sistem Proteksi, OCR dan GFR, Penyulang KPK-01
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kebutuhan energi listrik wilayah kecamatan Semarang Barat disuplai oleh GI (Gardu Induk) Krapyak dan GI Randu Garut. Dimana Semarang Barat merupakan daerah yang terdapat banyak industri besar. Salah satunya adalah suplai dari GI Krapyak Trafo I penyulang Krapyak 01 (KPK01) dan dari GI Krapyak Trafo III penyulang Krapyak 10 (KPK10). Dalam kondisi operasi normal kedua penyulang tersebut dipisahkan oleh ABSW (Air Break Switch) pada posisi buka/NO (Normaly Open). Pada kondisi tertentu untuk keperluan pemeliharaan atau perbaikan peralatan disuatu seksi diperlukan manuver (pelimpahan) beban dari penyulang satu ke penyulang yang lainnya, untuk meminimalkan daerah padam. Dimana penyulang Krapyak 1 (KPK01) dalam kondisi tertentu (manuver beban) harus memikul beban dari penyulang Krapyak 10 (KPK10) maka diperlukan pembahasan koordinasi peralatan pengaman, sehingga keandalan sistem penyaluran tenaga listrik dapat lebih terjamin secara optimal dengan tetap berpedoman pada desain kriteria dari masing-masing peralatan. 1.2 Tujuan Hal-hal yang menjadi tujuan penulisan laporan kerja praktek ini adalah : 1. Mengetahui sistem jaringan distribusi tegangan menengah 20kV. 2. Mengetahui jenis-jenis gangguan yang terjadi pada jaringan distribusi tegangan menengah 20Kv. 3. Mengetahui jenis pemeliharaan jaringan distribusi tegangan menengah 20kV.
4. Mengetahui berbagai macam peralatan pengaman pada jaringan distribusi tegangan menengah 20kV. 1.3 Pembatasan Masalah a. Pembahasan sistem proteksi pada JTM 20 KV b. Pembahasan tentang rele OCR dan GFR sebagai pengindra arus gangguan hanya pada PMT dan Recloser pertama (B1-36) Penyulang I GI Krapyak (KPK-01) c. Tidak membahas arus gangguan sebelum incoming sisi 150 Trafo I GIS Krapyak d. Tidak membahas arus gangguan setelah Recloser kedua (U4-180) e. Tidak membahas seting/pemilihan peralatan proteksi selain OCR dan GFR secara mendalam (misalnya: pemilihan LA, CT, PT, Isolator, Konduktor, dll) II. KAJIAN PUSTAKA 2.1 Sistem JTM 20kV dan Gangguan 2.1.1Sistem Jaringan Distribusi 20 kV a. Sistem Radial b. Sistem ring (loop) c. Sistem mesh d. Sistem jaring-jaring (NET) e. Jaringan distribusi spindel f. Saluran Radial Interkoneksi 2.1.2 Sistem Pentanahan Jaringan Distribusi di Jawa Tengah Sistem kelistrikan pada PLN Distribusi Jawa Tengah adalah menggunakan tiga fasa empat kawat dengan pentanahan netral secara langsung atau sesuai SPLN 12 : 1978 (Pola 2)
2
Gambar 2.1 Sistem pentanahan langsung 3 fasa 4 kawat
2.1.3 Macam gangguan dan akibatnya a. Gangguan beban lebih. b. Gangguan hubung singkat. c. Gangguan tegangan lebih d. Gangguan hilangnya Pembangkit e. Gangguan Instability
Gambar 2.3 Vektor scalar “ a “
2.1.7 Teori Hubung Singkat a. Arus hubung singkat 3 fasa ....................(2.2) b. Arus hubung singkat 2 fasa
2.1.4 Cara mengatasi gangguan a. Mengurangi terjadinya gangguan b. Mengurangi akibat gangguan
............................(2.3) c. Arus hubung singkat 1 fasa
2.1.5 Impedansi Jaringan Distribusi Pada sistem distribusi tenaga listrik impedansi yang menentukan besarnya arus hubung singkat, adalah : Impedansi sumber Impedansi transformator tenaga Impedansi hantaran/jaringan Impedansi gangguan atau titik hubung singkat
...............(2.4) maka, dapat dihitung (2.5)
(2.6) 2.1.6 Komponen Simetris. a. Sistem Tenaga Listrik Tiga Fasa Ketiga sistem simetris yang merupakan hasil uraian komponen simetris dikenal dengan nama: Komponen urutan positif Komponen urutan negatif Komponen urutan nol Dari komponen vektor yang tidak seimbang dapat diuraikan menjadi komponen-komponen simetris
Gambar 2.2 Diagram komponen simetris
b. Operator Vektor “ a ” Pada penggunaan komponen simetris sistem 3 fasa memerlukan suatu fasor atau operator yang akan memutar rotasi dengan vektor lainnya yang berbeda sudut 120°. Operator yang dipakai vektor satuan adalah “a”. Didefinisikan bahwa : ........(2.1)
(2.7)
2.2 Peralatan Pengaman JTM 20 kV 2.2.1 Pemutus Tenaga (PMT) Pemutus Tenaga (PMT) adalah alat pemutus otomatis yang mampu memutus/menutup rangkaian pada semua kondisi, yaitu pada kondisi normal ataupun gangguan. Secara singkat tugas pokok pemutus tenaga adalah : Keadaan normal, membuka / menutup rangkaian listrik. Keadaan tidak normal, dengan bantuan relay, PMT dapat membuka sehingga gangguan dapat dihilangkan. 2.2.2 Relay Arus Lebih (OCR) Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting. Macam-macam karakteristik relay arus lebih :
3 a. Relay waktu seketika (Instantaneous relay) b. Relay arus lebih waktu tertentu (Definite time relay) c. Relay arus lebih waktu terbalik a. Relay Waktu Seketika (Instantaneous relay) Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik (10–20 ms). b. Relay arus lebih waktu tertentu (deafinite time relay) Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is), dan jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relay diperpanjang dengan waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay. c. Relay arus lebih waktu terbalik. Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam-macam. Setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok : Standar invers Very inverse extreemely inverse
Gambar 2.2 Karakteristik relay waktu Inverse
Pada relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara lain: Pengamanan hubung singkat fasa Relay mendeteksi arus fasa. Oleh karena itu, disebut pula “Relay fasa”. Karena pada relay tersebut dialiri oleh arus fasa, maka settingnya (Is) harus lebih besar dari arus beban maksimum.
dari arus lebih yang diakibatkan adanya gangguan hubung singkat. 2.2.4 Pelebur (fuse cut out) Adalah suatu alat pemutus, dimana dengan meleburnya bagian dari komponen yang telah dirancang khusus dan disesuaiakan ukurannya untuk membuka rangkaian dimana pelebur tersebut dipasang dan memutuskan arus bila arus tersebut melebihi suatu nilai dalam waktu tertentu. Oleh karena pelebur ditujukan untuk menghilangkan gangguan permanen, maka pelebur dirancang meleleh pada waktu tertentu pada nilai arus gangguan tertentu. 2.2.5 Lightning Arrester (LA) Suatu alat pelindung dari tegangan lebih yang disebabkan oleh surja petir maupun surja hubung. Arrester beroperasi melindungi peralatan sistem tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan lebih yang datang dan mengalirkannya ke tanah. 2.2.5 Koordinasi Peralatan Pengaman SUTM 20 kV Pada dasarnya prinsip pokok dari koordinasi adalah: a. Peralatan pengaman pada sisi beban harus dapat menghilangkan gangguan menetap atau sementara yang terjadi pada saluran, sebelum peralatan pengaman di sisi sumber beroperasi memutuskan saluran sesaat atau membuka terus. b. Pemadaman yang terjadi akibat adanya gangguan menetap harus dibatasi sampai pada seksi sekecil mungkin. III. ANALISIS KOORDINASI SISTEM PROTEKSI 3.1 Data Perusahaan Data-data untuk menentukan setting OCR dan GFR I hs 3Φtt : 17.856,96 Ampere Kapasitas Trafo : 60 MVA Impedansi Trafo : 12,5 % Impedansi JTM 3Ø saluran dari outgoing 20 kV ke Recloser 1 : Z1 = Z2 = 0,134 + j0,308 = 0,335 66,4870 Z0 = 0,413 + j0,949 = 1,034 66,4810 Impedansi JTM 1Ø saluran dari outgoing 20 kV ke Recloser 1 : Z1f = 1,623 + j0,746
Pengamanan hubung tanah Rele arus lebih yang mendeteksi arus gangguan satu fasa tanah. 2.2.3 Pemutus Balik Otomatis (Recloser) Pemutus balik otomatis (Automatic circuit recloser = Recloser) ini secara fisik mempunyai kemampuan seperti pemutus beban, yang dapat bekerja secara otomatis untuk mengamankan sistem
Gambar 3.1 diagram komponen arus gangguan
4
3.2 Perhitungan dan analisis impedansi trafo Impedansi Trafo: 2 kV2 20 2 Z tr 12,5% 0,833 ............(3.1) MVA trf 60 Menghitung MVAhs tt, bila diketahui Ihs3Ǿtt
M VA hs tt
I
hs 3tt
3 kV1 Z tr
10 3 17856,96 3 150 0,8333 M VA hs tt 10 3 3866,15 M VA
............(3.2)
12.326,07 Amp hs 2F Max
3 kVfn 10.686,70 Amp (Z1 Z 2 )
3. kVfn 3. kVfn I hs1F- n Max (Z1 Z 2 Z 0 ) 3.Z1
I
hs 3F TM
12.326,07 Amp
Semakin jauh suatu daerah/titik dari Trafo Daya, maka arus gangguan yang terjadi akan semakin kecil (berbanding terbalik dengan impedansi saluran). Arus gangguan pada ujung jaringan SUTM (JTM) adalah merupakan arus hubung singkat minimum, rumus perhitungan sebagai berikut:
I
hs3
I
hs 2F
I
hs1F- n
kVfn (Z tt Z tr Z1 )
3 kVfn 2.(Z tt Z tr ) Z1 Z 2
PMS
I
TMS
T
..................................(3.8)
Is
..................................(3.9)
I t op 1 Is T k
Impedansi sisi TT (Ztt) = 2 kV2 20 2 0,1035 Ohm ..................(3.3) MVA 2 3865,87 Arus gangguan maksimum adalah yang terjadi pada dekat rel 20kV GI (Ztr + Ztt)= Z1 = Z2 Untuk gangguan 1 fasa ke tanah dekat GI : Z1 = Z2 = Z0 kVfn 11.547 I hsmax3ph Z1 (0,833 0,1035)
I
(pemutus tenaga) adalah 0,4 detik. Standar IEC untuk kurva invers ditunjukan oleh rumus di bawah ini dan tabel 3.1 k T t op I ..................................(3.7) 1 Is
................................(3.10)
Tabel 3.1 Tabel Karakteristik kurva invers berdasarkan standar IEC
Kurva karakteristik
K
IEC Standard inverse (SIT) IEC Very Inverse (VIT) IEC Long Time Inverse (LIT) IEC Extremely Inverse (EIT) IEC Ultra Inverse (UIT)
0,14
0,02
2,97
13,5
1
1,50
120
1
13,33
80
2
0,808
315,2
2,5
1
3.3 Setting pada PMT Outgoing Trafo I 3.3.1 Setting OCR Peralatan dengan arus nominal terendah adalah CT, dengan In = 400 Ampere. Is ocr = 1,2 x In CT = 480 Ampere Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 = 1 detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan rumus (3.9) yaitu TMS = 0,1 Setting waktu tunda relay OCR untuk penyulang dipilih karakteristik Standar Inverse standar IEC ditunjukan oleh tabel 3.1, dengan rumus (3.7) Tabel 3.2 perhitungan waktu tunda OCR pada PMT
.............(3.4)
..............(3.5)
3. kVfn ..............(3.6) 3.(Z tt Z tr ) Z 0 Z1 Z 2
Rancangan Setting Relay Proteksi Arus Lebih Terhadap Gangguan Hubung Singkat Menggunakan Standar IEC Apabila standar yang digunakan untuk penyetingan relay adalah standar IEC (International Electrical Cooperation). Waktu tunda kerja antar CB
x Is OCR 100% 100%+1 200% 300% 400% 500% 600% 700% 800% 900% 1000% I hs max
I hs 300 381 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 12236,07
td
3,130 1,107 0,757 0,607 0,523 0,467 0,428 0,398 0,375 0,231
Apabila dibuat kurva karakteristik antara waktu dan arus gangguan maka hasilnya dapat dilihat pada gambar 3.2 dibawah ini
5 Tabel 3.4 perhitungan waktu tunda OCR pada Recloser
Gambar 3.2 Kurva OCR PMT Standar Inverse
3.3.2 Setting GFR Setting GFR pada penyulang : 0,6 x In CT = 0,6 x 400 = 240 Ampere Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 = 1 detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan rumus (3.9) yaitu TMS = 0,2
x Is OCR 100% 100%+1 200% 300% 400% 500% 600% 700% 800% 900% 1000% I hs max
I hs 300 381 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 9081,40
td 2,337 0,802 0,504 0,398 0,342 0,307 0,282 0,264 0,249 0,238 0,159
Tabel 3.3 Perhitungan waktu tunda GFR pada PMT
x Is GFR 100% 100%+1 200% 300% 400% 500% 600% 700% 800% 900% 1000% I hs max
I hs 300 381 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 12236,07
GFR 6,260 3,015 1,514 1,045 0,856 0,750 0,681 0,632 0,594 0,565 0,540 0,435
Apabila dibuat kurva karakteristik antara waktu dan arus gangguan maka hasilnya dapat dilihat pada gambar 3.3 dibawah ini
Gambar 3.3 Kurva GFR PMT Standar Inverse
3.4 Setting pada Recloser B1-36 3.4.1 Setting OCR Peralatan dengan arus nominal terendah adalah CT, dengan In = 250 Ampere. Is ocr = 1,2 x In CT = 300 Ampere Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 = 1 detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan rumus (3.9) yaitu TMS = 0,08 Setting waktu tunda relay OCR untuk penyulang dipilih karakteristik Standar Inverse standar IEC ditunjukan oleh tabel 3.1, dengan rumus (3.7)
Gambar 3.4 Kurva OCR Recloser Standar Inverse
3.4.2 Setting GFR Setting GFR pada penyulang : 0,6 x In CT = 0,6 x 250 = 150 Ampere Ratio CT = 600/5 Dengan menggunakan rumus (3.10) dengan t0 = 1 detik maka akan didapatkan nilai TMS berdasarkan rumus (3.9) yaitu TMS = 0,08 Tabel 3.5 Perhitungan waktu tunda GFR pada Recloser
x Is GFR 100% 100%+1 200% 300% 400% 500% 600% 700% 800% 900% 1000% I hs max
I hs 300 381 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 5448,84
td 0,595 0,398 0,307 0,264 0,238 0,220 0,207 0,196 0,188 0,181 0,150
Gambar 3.5 Kurva GFR Recloser Standar Inverse
6 3.5 Interval Kerja Reclose-Open Recloser B1-36 Feeder KPK-01 Berikut ini adalah setting interval Recloser B1-36 pada penyulang KPK-01 : 1st :5 detik 2nd :5 detik 3rd : 10 detik Lock out :4X trip (reclose 3x) Reset delay :90 detik 3.6 Setting Arus Momen Setting arus momen (Im) yang akan bekerja tanpa tunda waktu, baik pada PMT maupun pada recloser penetapannya sebagai berikut : Setting arus momen OCR = 500 % x In terendah Setting arus momen GFR = 500 % x In terendah 3.7 Koordinasi OCR PMT dengan Recloser Relay OCR juga dikombinasi dengan setting waktu tunda definite (waktu tunda tertentu), yang mana pemilihannya ditetapkan 0,5 detik. Tabel 3.6 Pebandingan waktu tunda OCR pada PMT dan Recloser
x Is OCR 100% 100%+1 200% 300% 400% 500% 600% 700% 800% 900% 1000% I hs max
I hs 300 381 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 9081,84
PMT
Recloser
3,13 1,107 0,757 0,607 0,523 0,467 0,428 0,398 0,375 0,231
0,802 0,504 0,398 0,342 0,307 0,282 0,264 0,249 0,238 0,159
a. Jumlah pembangkit yang masuk ke sistem jaringan. b. Kapasitas dan impedansi trafo c. Titik gangguan atau panjang jaringan. 3. Peralatan Pengaman pada penyulang KPK-01 masih bisa menjangkau (melakukan penginderaan) pada saat menerima pelimpahan beban dari penyulang KPK-10. 4.2 Saran 1. Sebaiknya waktu tunda definite antara rele PMT dengan Recloser pertama di perlama, hal ini untuk megantisipasi bahwa rele PMT lebih trip dulu daripada rele Recloser 2. Sebaiknya masalah pembumian lebih diperhitungkan, tidak asal menaruh batang elektroda ke dalam tanah. DAFTAR PUSTAKA [1] Sulasno, Ir., Analisis Sistem Tenaga Listrik, Jilid I, Satya Wacana, Semarang, Mei 1993. [2] Komari Ir., Proteksi Sistem Tenaga Listrik, PT PLN (Persero), Udiklat Teknologi Kelistrikan. [3] Pribadi Kadarisman Ir., Pengaman Arus lebih, Udiklat Teknologi Kelistrikan. [4] SPLN 52 – 3 : 1983, Pola pengaman sistem [5] Hasan Basri, Ir., Diktat mata kuliah Proteksi Sistem Tenaga Listrik ISTN Jakarta, Jakarta, 2002 [6] Diktat mata kuliah Sistem Proteksi & Relay UNDIP Semarang, Semarang, 2007 [7] Suhadi, Teknik Distribusi Listrik [8] Agus Darmanto, Nugroho., Susatyo Handoko, Analisa koordinasi ocr-recloser penyulang kaliwungu 03, Universitas Diponegoro. BIODATA PENULIS Dominggus Yosua Suitella (L2F606021) lahir di Ungaran, 5 Mei 1988. Saat ini sedang menempuh pendidikan Strata 1 di Universitas Diponegoro Semarang Konsentrasi Ketenagaan.
Gambar 3.6 Koordinasi OCR pada PMT dan Recloser
IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan 1. Besar arus gangguan pada sistem 3 fasa 4 kawat memberikan keuntungan koordinasi atara peralatan pengaman yang satu dengan yang lain dengan baik. 2. Jangkauan relay sangat dipengaruhi besar kecilnya arus hubung singkat, sedangkan besar arus hubung singkat dipengaruhi :
Semarang,
April 2010
Mengetahui Dosen Pembimbing
Ir. Agung Warsito, DHET NIP. 19580617 198703 1 002
