STUDI ANALISA PERHITUNGAN DAN PENGATURAN RELAI ARUS LEBIH DAN RELAI GANGGUAN TANAH PADA KUBIKEL CAKRA 20 KV DI PT XYZ. Budi Yanto Husodo 1,Muhalan 2

Transkripsi

1 STUDI ANALISA PERHITUNGAN DAN PENGATURAN RELAI ARUS LEBIH DAN RELAI GANGGUAN TANAH PADA KUBIKEL CAKRA 20 KV DI PT XYZ Budi Yanto Husodo 1,Muhalan 2 1,2 Proram Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana, Jakarta Barat husodo2008@mail.com Abstrak - Ganuan hubun sinkat fasa ke tanah dan fasa-fasa merupakan salah satu permasalahan yan munkin timbul dalam penoperasian transformator daya dalam sebuah Gardu Induk. Ganuan yan disebabkan oleh adanya hubun sinkat menimbulkan banyak keruian, keruian pada sistem transmisi kelistrikan maupun keruian di pihak konsumen eneri listrik. Salah satu cara untuk menatasi anuan ini adalah denan cara memasan peralatan penaman pada transformator. Relai arus lebih merupakan relai proteksi yan bekerja denan Pemutus Tenaa (Circuit Breaker). Ganuan hubun sinkat fasa ke tanah dan fasa-fasa menimbulkan arus anuan hubun sinkat yan besarnya melebihi settin arus pada relai arus lebih, sehina relai arus lebih memicu Pemutus Tenaa bekerja sesuai denan settin waktu yan diterapkan, sehina resiko kerusakan pada sistem kelistrikan dapat dihindar. Kata kunci: arus hubun sinkat, relai arus lebih, settin relai PENDAHULUAN Listrik merupakan salah satu komoditi strateis dalam perekonomian Indonesia, karena selain diunakan secara luas oleh masyarakat terutama untuk keperluan peneranan, listrik jua merupakan salah satu sumber eneri utama bai sektor industri. Di dalam penyediaan tenaa listrik, dapat dibedakan secara jelas tia proses penyampaian tenaa listrik, yaitu pembankitan, transmisi, dan distribusi yan dapat dianap sebaai produksi atau pembuatan, penankutan, dan penjualan eceran tenaa listrik (Arismunandar, 1995). Pada pelaksanaannya, penyaluran atau pendistribusian tenaa listrik ini Vol.6 No.2 Mei

2 terdapat resiko anuan hubun sinkat fasa-fasa atau fasa-tanah atau biasa jua terjadi pada sambunan dan akan menjadi anuan permanen. Untuk menatasi hal tersebut maka diperlukan penaturan/penyetelan relai yan baik aar relai dapat memproteksi peralatan-peralatan listrik lain dari anuan arus hubun sinkat maupun beban lebih. Relai proteksi Relai Proteksi merupakan baian pentin dalam sebuah sistem tenaa elektrik, tidak memiliki manfaat pada saat sistem berada dalam kondisi normal, namun sanat dibutuhkan bilamana sistem tenah menalami anuan dan kondisi tidak normal. Relai Proteksi dibutuhkan untuk meninisiasi pemutusan dan menisolasi daerah yan menalami anuan dan menjaa aar daerah yan tidak menalami anuan tetap dapat menjalankan funsinya. Secara umum penertian sistem proteksi ialah cara untuk menceah atau membatasi kerusakan peralatan akibat anuan, sehina kelansunan penyaluran tenaa listrik dapat dipertahankan. Ganuan pada sistem distribusi tenaa listrik hampir seluruhnya merupakan anuan hubun sinkat, yan akan menimbulkan arus yan cukup besar. Semakin besar sistemnya semakin besar anuannya. Arus yan besar bila tidak seera dihilankan akan merusak peralatan yan dilalui arus anuan. Untuk melepaskan daerah yan teranu itu maka diperlukan suatu sistem proteksi, yan pada dasarnya adalah alat penaman yan bertujuan untuk melepaskan atau membuka sistem yan teranu, sehina arus anuan ini akan padam. Adapun tujuan dari sistem proteksi antara lain : Untuk menhindari atau menurani kerusakan akibat anuan pada peralatan yan teranu atau peralatan yan dilalui oleh arus anuan. Untuk melokalisir (menisolir) daerah anuan menjadi sekecil munkin. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik denan keandalan yan tini kepada Vol.6 No.2 Mei

3 konsumen serta memperkecil bahaya bai manusia. Standar Relai Arus Lebih I.D.M.T Karakteristik pemutusan arus/waktu Relai I.D.M.T bervarisi sesuai denan kebutuhan waktu pemutusan yan diperlukan dan karakteristik dari peralatan proteksi lain yan diperunakan dalam jarinan. Untuk keperluan ini, IEC mendefinisikan sejumlah karakteristik standar sebaai berikut: Standard Inverse (SI) Very Inverse (VI) Extremely Inverse (EI) Definite Time (DT) Untuk tipe Relai lainnya, lankah penyetelan munkin sanat terbatas untuk mendapatkan penaturan yan kontinyu. Sebaai tambahan, pada umumnya hampir semua Relai arus lebih dilenkapi denan elemen penyetelan instantaneous. Dalam banyak kasus, penunaan kurva standar SI telah memberikan hasil yan memuaskan, namun bila diskriminasi yan diininkan tidak dapat dicapai, maka dapat diunakan kurva VI atau EI. Ganuan Hubun Sinkat 3 Fasa Rumus dasar yan diunakan untuk menhitun besanya arus anuan hubun sinkat 3 fasa adalah : I V Z Sehina arus anuan hubun sinkat 3 fasa dapat dihitun sebaai berikut : I 3 fasa V ph Z 1eq I 3 fasa Z 1eq Z 1eq Ganuan hubun sinkat 2 fasa Rumus dasar yan diunakan untuk menhitun besarnya arus anuan hubun sinkat 2 fasa adalah : I V Z Sehina arus anuan hubun sinkat 2 fasa dapat dihtun sebaai berikut : I 2fasa V ph ph Z 1eq + Z 2eq Z 1eq + Z 2eq Ganuan Hubun Sinkat Satu Fasa ke Tanah Pada anuan satu fasa ke tanah misal fasa A menalami anuan akan menyebabkan kenaikan arus pada fasa A dan drop teanan di Vol.6 No.2 Mei

4 phasa A (menjadi nol) sedankan arus pada phasa yan lain menjadi nol yan diikuti denan kenaikan teanan fasa yan lain (phasa B dan Phasa C tidak sama denan nol sedankan arus phasa B sama besarnya denan phasa C yaitu nol ampere) (Tjahjono, 2000). arus kemudian melakukan penamatan dan penambilan data Gardu Induk. Berdasarkan data-data yan ada, dilakukan analisa dan perhitunan besar arus anuan terhadap relai proteksi sehina relai arus bekerja dan mentripkan pemutus tenaa / CB (Circuit Breaker). Ganuan tidak simetris menyebabkan arus tidak seimban dalam sistem, sehina dibutuhkan komponen simetris untuk perhitunannya sebaaimana uraian di atas. Sehina arus anuan hubun sinkat 1 Fasa ke tanah dapat dihitun sebaai berikut : HASIL DAN PEMBAHASAN Di Gardu Induk Jambi terdapat 3 jenis trafo tenaa denan teanan kerja 150/20 kv. Dimana masinmasin trafo berkapasitas 60 MVA. Karena pada trafo 2 memasok 5 penyulan, maka diperlukan penyetelan relai yan baik aar relai I 1fasa 3 Vph Z 1eq + Z 2eq + Z 0eq Z 1eq + Z 2eq + Z 0eq I 1fasa 34641,016 Z 1eq + Z 2eq + Z 0eq 34641,016 2 Z 1eq + Z 0eq dapat memproteksi peralatanperalatan listrik yan lain dari arus anuan hubun sinkat maupun beban lebih. Adapun data-data yan diperlukan untuk analisis ini adalah sebaai berikut: Merk TRAFINDO Daya 50 MVA Teanan 150 / 20 KV Impedansi ( Z % ) 12,15% METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan denan cara menumpulkan data-data spesifikasi transformator daya dan settin relai Te Primer 150 KV Te sekunder 20 KV Vol.6 No.2 Mei

5 Ratio CT Trafo 2000/5 Arus Nominal Trafo 1443,4 Hub. belitan trafo YNyn0(d11) Ground Resistor 14 ohm Perhitunan Arus Ganuan Hubun Sinkat Data Hubun Sinkat di bus sisi primer (150kV) di Gardu Induk adalah sebesar MVA. Maka impedansi sumber (X s ) adalah : X s(sisi 150kV) , Untuk menetahui Impedansi di sisi sekunder, yaitu di bus sisi 20 kv maka: X s(sisi 20kV) 202 x 8, ,155 Besarnya reaktansi trafo tenaa satu di Gardu Induk adalah 12,13%, aar dapat menetahui besarnya nilai reaktansi urutan positif, neatif dan reaktansi urutan nol dalam ohm, maka perlu dihitun dulu besar nilai ohm pada 100 % nya. Besarnya nilai ohm pada 100 % yaitu : X t(pada 100%) kv(sisi bus 2)2 MVA trafo X t(pada 100%) Nilai reaktansi trafo tenaa : Reaktansi urutan positif, neatif ( Xt1 Xt2 ) Xt 12,15%.8 0,972 Reaktansi urutan nol ( Xt0 ) Karena trafo daya yan mensuplai penyulan mempunyai hubunan Ynyn0 yan tidak mempunyai belitan delta di dalamnya, maka besarnya Xt0 berkisar antara 9 s.d. 14. Xt1, dalam perhitunan ini diambil nilai Xt0 lebih kuran 10. Xt1. Jadi Xt ,972 9,72 ohm. Dari data yan diperoleh bahwa jenis penhantar yan diunakan pada penyulan hanya menunakan satu buah tipe kabel yaitu XLPE 210 mm2. Panjan penyulan 5,309 km, denan panjan penhantar XLPE 210 mm2 5,309. Z 1 Z 2 (XLPE 210) (0,118 + j0,095) Ω / km x 5,309 0,624 + j0, 504. Z 0 (XLPE 210) (0,255 + j0,024) Ω / km x 5,309 1,354 + j0,127. Denan demikian nilai impedansi penyulan untuk lokasi anuan Vol.6 No.2 Mei

6 denan jarak 0%, 25%, 50%, 75% dan 100% panjan penyulan, sebaai berikut : Tabel 4.1 Impedansi Penyulan Urutan Positif & Neatif (% Panjan) Impedansi Penyulan (Z 1 & Z 2) 0 0%. ( 0,624 + j0,504 ) 0 25%. ( 0,624 + j0,504 ) 0,156 + j0, %. ( 0,624 + j0,504 ) 0,312 + j0, %. ( 0,624 + j0,504 ) 0,468 + j0, %. ( 0,624 + j0,504 ) 0,624 + j0, Tabel 4.2 Impedansi Penyulan Urutan Nol (% Panjan) Impedansi Penyulan (Z 0) 0 0%. ( 1,354 + j0,127 ) 0 25%. ( 1,354 + j0,127 ) 0,339 + j0, %. ( 1,354 + j0,127 ) 0,677 + j0, %. ( 1,354 + j0,127 ) 1,016 + j0, %. ( 1,354 + j0,127 ) 1,354 + j0, Menhitun Impedansi Ekivalen Jarinan Perhitunan Z 1eq dan Z 2eq : Z 1eq Z 2eq Z is(sisi 20 kv) + Z it + Z 1penyulan j0,155 + j0,972 + Z 1 penyulan j1,127 + Z 1 penyulan Karena lokasi anuan diasumsikan terjadi pada 0%,25%, 50%, 75% dan 100% panjan penyulan, maka Z 1eq (Z 2eq ) yan didapat adalah : Tabel 4.3 Impedansi Ekivalen Z 1eq (Z 2eq ) (% Panjan) Impedansi Z 1eq (Z 2eq ) j1, ,156 + j1, ,312 + j1, ,468 + j1, ,624 + j1,631 Perhitunan Z 0 eq : Z 0 eq Z ot + 3R N + Z 0 penyulan j9, x 14 + Z 0 penyulan j9, Z 0 penyulan Untuk lokasi anuan di 0%,25%, 50%, 75% dan 100% panjan penyulan, maka perhitunan Z 0 eq menhasilkan : Tabel 4.4 Impedansi Ekivalen Z 0eq (% Panjan) Impedansi Z 0 eq j9, ,339 + j9, ,677 + j9, ,016 + j9, ,354 + j9,847 Tabel 4.8 Hasil Perhitunan Arus Ganuan Hubun Sinkat (%) Jarak Arus Hubun Sinkat (A) 3 fasa 2 fasa 1 fasa , ,11 793, , , ,94 780,6 50 2, , ,34 768, , , ,39 756, , ,1 6132,77 745,15 Setelan Relai Arus Lebih Penyulan Untuk setelan relai yan terpasan di penyulan dihitun berdasarkan arus beban maksimum. Untuk relai Vol.6 No.2 Mei

7 inverse biasa diset sebesar 1,05 sampai denan 1,1 x Imaks, sedankan untuk relai definite diset sebesar 1,2 sampai denan 1,3 x Imaks. Persyaratan lain yan harus dipenuhi yaitu untuk penyetelan waktu minimum dari relai arus lebih (terutama di penyulan tidak lebih kecil dari 0,3 detik). Keputusan ini diambil aar relai tidak sampai trip lai akibat adanya arus inrush dari trafo-trafo distribusi yan sudah tersambun di jarinan distribusi, pada saat PMT penyulan tersebut di masukan. Setelan Arus 5,004 A 5 A Setelan TMS (Time Multiplier Settin) Arus anuan yan dipilih untuk menentukan besarnya settin TMS relay OCR sisi penyulan 20 kv transformator tenaa yaitu arus anuan hubun sinkat tia fasa di 0% panjan penyulan. kerja palin hilir yan ditetapkan t 0,3 detik. Keputusan ini diambil aar relai tidak sampai trip lai akibat adanya arus inrush dari trafo-trafo distribusi yan sudah tersambun di jarinan distribusi, pada saat PMT I beban 381,26 Ampere, CT penyulan tersebut di masukan. 400/5A Iset (primer) 1,05 x I beban 1,05 x 381,26 Ampere 400,32 Ampere Nilai arus tersebut merupakan nilai setelan pada sisi primer, sedankan nilai yan akan disetkan pada relai adalah nilai sekundernya. Oleh karena itu dihitun menunakan Jadi didapat : t 0,3 I 0,02 fault I 1 set Tms 0, ,79 0,02 400,32 1 Setelan Relai Arus Lebih Incomin Setelan Arus Arus nominal trafo pada sisi 20 kv : nilai rasio trafo arus yan terpasan pada penyulan. Besarnya arus pada sisi sekundernya adalah : I set (sekunder) I set (primer) x 400,32 x A 1 RatioCT A I n (sisi 20 kv) I set primer kva kv ,38 Ampere 1,05. I beban Vol.6 No.2 Mei

8 Ampere 1, , ,55 Ampere Nilai setelan pada sisi sekunder : I set (sekunder) I set (primer) x 1515,55 x 3,789 A 4 A 1 RatioCT A A Setelan TMS (Time Multiplier Settin) Incomin t incomin (0,3+0,4) 0,7 detik Jadi didapat : t 0,7 I 0,02 fault I 1 set Tms 0, ,79 0, ,55 1 Setelan Relai Ganuan Tanah Penyulan Setelan Arus Setelan arus anuan tanah di penyulan diset 10% x arus anuan tanah terkecil di penyulan tersebut. Hal ini dilakukan untuk menampun tahanan busur. I set primer 0,1 x ,5 Ampere I set (sekunder) I set (primer) x 1 RatioCT A 74,5 x ,93 A Setelan TMS (Time Multiplier Settin) t I 0,02 fault I 1 set 0,3 793,18 0,02 74,5 1 Tms 0,104 Setelan Relai Ganuan Tanah Incomin Setelan Arus Setelan arus relai anuan tanah di incomin 20 kv harus lebih sensitif,hal ini berfunsi sebaai cadanan bai relai di penyulan 20 kv dibuat 8% x arus anuan tanah terkecil. I set primer 0,08 x 745 I set (sekunder) 59,6 Ampere I set (primer) x 59,6 x 0,149 A A 1 RatioCT A Setelan TMS (Time Multiplier Settin) t incomin (0,3+0,4) 0,7 detik Jadi didapat : t 0,7 I 0,02 fault I 1 set Tms 0,27 793,18 59,6 0,02 1 Tabel 4.9 Pemeriksaan Relai Untuk Ganuan 3 Fasa Vol.6 No.2 Mei

9 Lokasi Ganua n (% Panjan) Incomin Penyulan Selisih (Gradin Time) (detik) (detik) (detik) 0% 0,701 0,301 0,4 25% 0,743 0,311 0,432 50% 0,785 0,322 0,463 75% 0,828 0,331 0, % 0,872 0,341 0,531 Tabel 4.10 Pemeriksaan Relai Untuk Ganuan 2 Fasa Lokasi Ganua n (% Panjan) Incomin Penyulan Selisih (Gradin Time) (detik) (detik) (detik) 0% 0,759 0,315 0,444 25% 0,808 0,327 0,481 50% 0,822 0,33 0,492 75% 0,91 0,348 0, % 0,963 0,359 0,604 Tabel 4.11 Pemeriksaan Relai Untuk Ganuan 1 Fasa ke Tanah Lokasi Ganua n (% Panjan) Incomin Penyulan Selisih (Gradin Time) (detik) (detik) (detik) 0% 0,711 0,301 0,410 25% 0,716 0,303 0,413 50% 0,721 0,305 0,416 75% 0,725 0,307 0, % 0,729 0,309 0,420 KESIMPULAN 1 Dari hasil perhitunan dapat dilihat bahwa besarnya arus anuan hubun sinkat di penaruhi oleh jarak titik anuan, semakin jauh jarak titik anuan maka semakin kecil arus anuan hubun sinkatnya, beitu pula sebaliknya. 2 kerja relai di penyulan lebih cepat di bandinkan denan waktu kerjadi incomin denan selisih waktu (radin time) rata-rata sebesar 0,4 detik. 3 Dari hasil perhitunan di atas, nampak bahwa data yan ada di lapanan masih dalam kondisi yan sesuai (perbedaannya tidak terlalu jauh), sehina dapat disimpulkan bahwa secara keseluruhan settin OCR- GFR yan ada di lapanan masih dalam kondisi baik. DAFTAR PUSTAKA Hendra Marta Yudha Rele Proteksi Prinsip dan Aplikasi. Palemban : Jurusan Vol.6 No.2 Mei

10 Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. Gonen, Turan Electrical Power Distribution System Enineerin. New York : McGraw-Hill Book Company Grisby, Lenoanrd L Electrical Power Enineerin Handbook Power System Stability and Control. Boca Raton : Taylor & Francis Group, LLC. Vol.6 No.2 Mei