Analisis Koordinasi Sistem Pengaman Incoming dan Penyulang Transformator 3 di GI Sukolilo Surabaya

Transkripsi

1 Analisis Koordinasi Sistem Pengaman Incoming dan Penyulang Transformator 3 di GI Sukolilo Surabaya Eka Setya Laksana Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Sukolilo Surabaya Abstrak:Di dalam penyaluran energi listrik, diperlukan kontinuitas pelayanan yang baik kepada konsumen. Oleh karena itu, diperlukan koordinasi sistem proteksi yang baik agar kontinuitas pelayanan untuk distribusi tenaga listrik dapat terjaga. Salah satu permasalahan yang ada di Gadu Induk (GI) Sukolilo adalah apabila terjadi gangguan pada penyulang Transformator 3 maka pengaman incoming Transformator 3 juga ikut bekerja. Dengan melakukan analisa setting rele arus lebih pada sisi incoming dan penyulang Transformator 3 untuk koordinasi waktu tundanya adalah sama sehingga pada saat terjadi arus hubung singkat pada sisi penyulang maka pada sisi incoming transformator 3 juga trip. Dari hasil analisa, dilakukan resetting pada penyulang dengan setting kelambatan waktu 0.4 detik, untuk sisi sekunder transformator 0.7 detik dan sisi primer transformator 0.1 detik. Koordinasi setting pengaman rele arus lebih yang dilakukan mengacu pada kapasitas daya pada beban, arus hubung singkat minimum dan maksimum. Selain itu juga memberikan waktu tunda ( t) dalam koordinasinya sesuai dengan urutan grading waktu. II. SISTEM TENAGA LISTRIK Sistem tenaga listrik terdiri atas sumber dan beban. Sumber atau disebut juga dengan pusat tenaga listrik, mempunyai letak yang berjauhan dengan beban. Untuk pengiriman daya dari pusat tenaga listrik menggunakan saluran transmisi. Ada dua kategori saluran transmisi yaitu saluran udara (over head line) dan saluran bawah tanah (underground). Di Indonesia saluran transmisi mempunyai beberapa tingkatan tegangan, untuk tegangan 500 kv dikenal sebagai Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET), tegangan 150 kv dikenal sebagai Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT), untuk tegangan 70 kv dikenal sebagai sub transmisi. Dari saluran transmisi tegangan di turunkan menjadi (Saluran Udara Tegangan Menengah atau SUTM yang dikenal sebagai saluran distribusi primer) di Gardu Induk melalui transformator penurun tegangan. Kemudian untuk penyalurannya ke konsumen tegangan disalurkan melalui SUTM dan untuk konsumen rumah tangga tegangan diturunkan menjadi 380/220 V melalui transformator distribusi seperti pada gambar 1. I. PENDAHULUAN Di dalam penyaluran energi listrik, diperlukan kontinuitas pelayanan yang baik kepada konsumen. Hal ini akan mempengaruhi keandalan sistem dan menyebabkan tejadinya pemadaman apabila keandalan sistem kurang baik sehingga konsumen akan merasa dirugikan. Untuk menanggulangi hal ini perlu dipasang peralatan pengaman untuk menjaga kontinuitas supply tenaga listrik. Oleh karena itu, diperlukan koordinasi sistem proteksi yang baik agar kontinuitas pelayanan untuk distribusi tenaga listrik dapat terjaga. Peralatan pengaman tersebut harus mempunyai koordinasi yang baik sehingga apabila terjadi gangguan akan bekerja sesuai dengan fungsinya masing-masing. Dalam hal ini koordinasi peralatan pengaman tentunya akan mempengaruhi dalam supply tenaga listrik. Salah satu permasalahan yang ada di Gadu Induk (GI) Sukolilo adalah apabila terjadi gangguan pada penyulang transformator 3 maka peralatan pengaman incoming transformator 3 juga ikut bekerja. Hal ini perlu dilakukan penelitian untuk menganalisa penyebab terjadinya kurang baiknya koordinasi antar peralatan pengaman. Dengan begitu kontinuitas supply tenaga listrik terhadap konsumen dapat tetap terjamin. Gambar 1 Single Line Diagram Sistem Tenaga Listrik 2.1 Gangguan Hubung Singkat Berikut adalah tabel jenis gangguan hubung singkat. Tabel 1 Jenis Gangguan Hubung Singkat Jenis Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa (3φ) 1 Fasa ke tanah (1 φ -ground) 2 Fasa / Line to Line (L-L) 2 Fasa ke tanah/line - Line to ground (1 φ - ground) Gambar Jenis Gangguan Hubung Singkat Rumus Arus Hubung Singkat Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 1 dari 6 a b c F V f Z 1 3V f Z1 + Z 2 + Z0 3V f Z1 + Z 2 V f Z1 + Z 2Z0 /( Z 2 + Z0 )

2 1 2.2 Rele Arus Lebih Pada dasarnya rele arus lebih berfungsi sebagai pengaman gangguan hubung singkat, tetapi dalam beberapa hal dapat berfungsi sebagai pengaman beban lebih. Fungsi rele ini disamping sebagai pengaman utama untuk seksi yang diamankan juga berfungsi sebagai pengaman cadangan pada seksi berikutnya. Hal ini apabila rele arus lebih dipakai pada sistem distribusi tegangan menengah. Namun untuk saluran transmisi tegangan tinggi rele arus lebih berfungsi sebagai pengaman cadangan (back up). Pada penyetelan rele arus lebih dikenal adanya Definite Minimum Time (IDMT). Rele dengan karakteristik ini mempunyai beberapa bagian setelan invers dan definite. Dengan karakteristik ini maka rele harus mampu bekerja untuk gangguan 2 fasa di ujung akhir seksi berikutnya pada kondisi pembangkitan minimal. Arus setting-nya harus lebih besar dari arus beban maksimal. Penyetelannya pun harus memperhatikan kesalahan pick up sesuai dengan British Standard Pick Up = 1.05 s/d 1.3 arus setting. A. Rele Arus Lebih Instant ( Instantaneous Over Current Relay ) Prinsip kerja rele jenis ini adalah tanpa penundaan waktu, tapi masih bekerja dengan waktu cepat sebesar 80 mili detik. B. Rele Arus Lebih Definite (Definite Over Current Relay) Setelan proteksi dengan menggunakan karakteristik definite time yang di-setting pada rele, hanya didasarkan pada waktu kerjanya proteksi dengan tidak melihat besarnya arus gangguan. C. Rele Arus Lebih Invers ( Over Current Relay) Setelan proteksi dengan menggunakan karakteristik inverse time relay adalah karakteristik yang grafiknya terbalik antara arus dan waktu, dimana semakin besar arus gangguan hubung singkat maka semakin kecil waktu yang dibutuhkan untuk membuka pemutus tenaga (PMT) sehingga dalam setting-nya nanti rele jenis ini perlu mengetahui besarnya arus hubung singkat untuk tiap seksi di samping arus nominalnya serta kurva karakteristik rele. III. PENGAMAN TRANSFORMATOR 3 DAN PENYULANGNYA Transformator 3 pada Gardu Induk Sukolilo mencatu 8 penyulang aktif. Beban dari transformator 3 kebanyakan adalah perumahan, misalnya daerah Bratang Kalisumo, Semolo, Bengkel, kalidami, PAM, Lotus, Srikana, Gebang Lor. Single Line diagram Transformator 3 beserta penyulangnya ditunjukkan pada gambar 4. Bus Penyulang Bus5 GI Incoming CB Incoming Penyulang CB25 PAM 43A CB5 Bus1 Transmisi 5856 MVAsc 50 kv CB6 Bus2 Gebang Lor 1700 kva Trafo GI 6 CB7 Srikana 1340 kva Bus4 Lotus 2660 kva CB26 Bus6 CB27 Bus7 BRT Kalisumo 1240 kva CB28 Semolo 1860 kva Bus8 CB29 Bus9 Bengkel 2000 kva Kali Dami 900 kva CB3 PC Anom CB4 Keputran Gambar 2 Single Line Transformator 3 dan Penyulangnya Data beban penyulang Transformator 3 adalah sebagai berikut: Tabel 2 Beban Penyulang Transformator 3 Penyulang Tegangan (kv) Beban (kva) PAM Gebang Lor Srikana Lotus Bratang Kalisumo Semolo Bengkel KaliDami IV. ANALISA DAN PERHITUNGAN Transformator 3 pada Gardu Induk Sukolilo mempunyai daya sebesar 6 Dengan melakukan running pada software ETAP 4.0 maka didapatkan arus hubung singkat maksimum 4 cycle dan arus hubung singkat minimum 30 cycle adalah sebagai berikut. Tabel 3 Arus hubung singkat pada masing-masing penyulang Penyulang Isc maks Isc min Tegangan (ka) (ka) (kv) 4 cycle 30 cycle PAM Gebang Lor Srikana Lotus Bratang Kalisumo Semolo Bengkel Kali Dami Bus Penyulang GI Incoming Dengan menganalisa kurva koordinasi pada kondisi eksisting dapat diketahui beberapa kondisi existing koordinasi setting rele incoming dan penyulang seperti terlihat pada kurva koordinasi pengaman kurang sempurna. Terutama pada pengaturan grading/kelambatan waktu kerja antara rele. Dengan setting waktu instan pada penyulang CB30 Spare CB32 Spare2 Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 2 dari 6

3 yang sama dengan incoming, maka dapat dipastikan bahwa saat terjadi gangguan hubung singkat di sisi penyulang, maka rele incoming transformator juga akan ikut trip sehingga sistem kelistrikan pada penyulang akan mengalami pemadaman total. 4.1 Rele Penyulang PAM, Incoming dan Outgoing Transformator 3 Dengan menganalisa kurva koordinasi pada kondisi eksisting dapat diketahui beberapa kondisi existing koordinasi setting rele incoming dan penyulang seperti terlihat pada kurva koordinasi pengaman kurang sempurna. Terutama pada pengaturan grading/kelambatan waktu kerja antara rele. Dengan setting waktu instan pada penyulang yang sama dengan incoming, maka dapat dipastikan bahwa saat terjadi gangguan hubung singkat di sisi penyulang, maka rele incoming transformator juga akan ikut trip sehingga sistem kelistrikan pada penyulang akan mengalami pemadaman total. perlu disempurnakan Gambar 3 Kurva Kondisi Exsisiting Rele Incoming, Outgoing Transformator 3 dan Penyulang PAM Penyulang yang mempunyai kapasitas daya beban terbesar adalah penyulang PAM dengan beban 43A, berikut adalah perhitungannya: kva 4320 FLA: = = 125 A 3 xkv 3 x 20 CT : /5 Setting Arus (I>) Tap (curr set) :1.25 FLA Ipp 0.8 IscMin30 Bus PAM : 1.25 x 125 Ipp 0.8 x : Ipp : In Ip In : 0.39 In Ip In Dipilih = 0.4 In Setting aktual(i set ) : 0,4 x = 160 Ampere Setting waktu ( t > ) Td = Δt = = 0.4 sekon Td = 0.14 X Iscmax 1 I Set 0.14 X tms = X (tms) tms = 0, = ( ) Setting arus highset ( I >> ) Iset < 0.8 x Isc 30-min (bus penyulang) Iset< 0.8 x In Iset < In Dipilih = 20 In Setting waktu highset ( t >> ) t>> 0.4 sekon OCR SEKUNDER TRAFO GI Merk : SEG Type : MR13-15E5D I sc max Bus Penyulang (4 cycle) : A : A I sc min Bus Penyulang (30 cycle) kva FLA : = 3 xkv 3 x 20 = 1732 A CT : 2000/5 Gambar 4 Single Line untuk Penyulang PAM OCR PENYULANG PAM Merk : ALSTHOM Type : MCGG-62 I sc max Bus PAM (4 cycle) : A : A I sc min Bus PAM (30 cycle) Setting Arus (I>) Tap (curr set) :1.25 FLA Ipp 0.8 IscMin30 Bus Penyulang : 1.25 x 1732 Ipp 0.8 x : 2165 Ipp : In Ip In : 1.08 In Ip 4.3 In Dipilih = 1In Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 3 dari 6

4 Setting aktual(i set ) : 1 x 2000 = 2000 Ampere Setting waktu ( t > ) Td = 0,4 + Δt = 0,4 + 0,3 = 0,7 sekon Td = 0.14 X Iscmax 1 I Set = X = X (tms) 0.04 tms = 0,2 1 = X 1 1 = X (tms) 0.03 tms = 0.2 Setting arus highset ( I >> ) Isc 4- max <Ipp< 0.8xIsc30-min In< Ipp< 0.8 x In 4.39 In< Ip < 22.2 In Dipilih = 6 In Setting waktu highset ( t >> ) t>> 0.1 sekon Setting arus highset ( I >> ) Iset < 0.8 x Isc 30-min (bus penyulang) Iset < 0.8 x In 2000 Iset < 4.31In Dipilih = 4 In Setting waktu highset ( t >> ) t>> 0.7 sekon OCR PRIMER TRAFO GI Merk : Type : MCGG-62 I sc max Bus Penyulang (4 cycle) : A Konversi ke 150 kv 20 : x = : 8883 A I sc min GI Incoming (30 cycle) kva FLA : = 3 xkv 3 x 150 = 231 A CT : /5 Setting Arus (I>) Tap (curr set) :1.25 FLA Ipp 0.8 IscMin30 GI Incoming : 1.25 x 231 Ipp 0.8 x 8883 : Ipp : In Ip In : 0.7 In Ip In Dipilih = 0,8 In Setting aktual(i set ) : 0.8 x = 320 Ampere Setting waktu ( t > ) Td = 0,7+ Δt = 0,7 + 0,3 = 1 sekon Td = 0.14 X Iscmax 1 I Set Gambar 5 Kurva Kondisi Resetting Rele Incoming, Outgoing Transformator 3 dan Penyulang PAM 4.2 Rele Penyulang Srikana, Lotus, Bratang Kalisumo, Bengkel, Incoming dan Outgoing Transformator 3 Penyulang Srikana mempunyai kapasitas daya beban 1340 kva, Penyulang Lotus mempunyai kapasitas daya beban 2660 kva, Penyulang Bratang Kalisumo mempunyai kapasitas daya beban 1240 kva, Penyulang Bengkel mempunyai kapasitas daya beban 2000 kva permasalahannya adalah sama dengan penyulang PAM yaitu waktu tunda yang sama antara rele penyulang dan rele incoming transformator 3, dengan cara perhitungan yang sama didapatkan kurva koordinasi sebagai berikut: Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 4 dari 6

5 transformator, sehingga tidak trip jika terjadi gangguan hubung singkat disisi penyulang. Gambar 6 Kurva Kondisi Resetting Rele Incoming, Outgoing Transformator 3 dan Penyulang Srikana Gambar 8 Kurva Kondisi Resetting Rele Incoming, Outgoing Transformator 3 dan Penyulang Bratang Kalisumo Gambar 7 Kurva Kondisi Resetting Rele Incoming, Outgoing Transformator 3 dan Penyulang Lotus Dengan melakukan resetting pada penyulang PAM, srikana, lotus, bratang kalisumo, dan bengkel yang mengacu pada besarnya nilai hubung singkat maksimum dan minimum didapatkan setting untuk rele arus lebih primer transformator besarnya arus setting lebih besar dari pada arus hubung singkat maksimal sisi sekunder transformator. Waktu tunda untuk rele penyulang sebesar 0,4 detik dan selisih waktu tunda dengan sisi sekunder transformator 0,3 detik. Apabila terjadi hubung singkat minimal pada penyulang maka sisi sekunder transformator sebagai backup dari rele penyulang dan untuk rele sisi primer dengan setting arus yang lebih besar dari pada arus hubung singkat maksimal di sisi sekunder Gambar 9Kurva Kondisi Resetting Rele Incoming, Outgoing Transformator 3 dan Penyulang Bengkel V. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan: 1. Terdapat kesalahan koordinasi antara rele arus lebih sisi primer transformator 3 dengan rele penyulang PAM, Srikana, Lotus, Bratang Kalisumo, dan Bengkel. Hal ini disebabkan karena setting waktu instan antara rele arus lebih sisi primer dan rele arus lebih masing- Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 5 dari 6

6 masing penyulang adalah sama sehingga dilakukan resetting pada penyulang dan incoming transformator Dengan mengacu pada besarnya arus hubung singkat maksimum dan minimum, setting arus untuk rele arus lebih sisi primer lebih besar dari pada arus hubung singkat maksimum pada sisi sekunder transformator. 3. Setting kelambatan waktu 0.4 detik, untuk sisi sekunder transformator 0.7 detik dan sisi primer transformator waktu instan 0.1 detik. Apabila terjadi gangguan hubung singkat pada penyulang, maka sisi sekunder transformator sebagai backup dengan selisih kelambatan waktu 0.3 detik. 4. Koordinasi setting pengaman rele arus lebih yang dilakukan mengacu pada kapasitas daya pada beban, arus hubung singkat minimum dan maksimum. Selain itu juga memberikan waktu tunda ( t) dalam koordinasinya sesuai dengan urutan grading waktu. DAFTAR PUSTAKA [1]. A. Arismunandar, Teknik Tenaga Listrik Jilid II Saluran Transmisi, hal 1, 1993 [2]. A. Arismunandar, Teknik Tenaga Listrik Jilid III Gardu Induk, hal 58, 1997 [3]. American National Standards Institute, IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power System, IEEE Std [4]. Djiteng Marsudi, Operasi Sistem Tenaga Listrik, hal , 2006 [5]. Djiteng Marsudi, Pembangkit Energi Listrik, hal 46, 2005 [6]. Alsthom, Protective Relays Application Guide, Stafford, England, 1987 [7]. P. M. Anderson, Power System Protection, New York : McGraw-Hill, [8]. PT. PLN (PERSERO) P3B SEKTOR SURABAYA, Training Relay Proteksi Transformator Rele Type CT Ratio PAM Gebang Lor Srikana Lotus Bratang Kalisumo Semolo Bengkel Kalidami Sekunder Trafo GI Primer Trafo GI SEG (MR13-15E5D) [9]. R. Wahyudi, Diktat Kuliah Sistem Pengaman Tenaga Listrik [10]. SEG, MR13 Digital Multifunctional Relay for Overcurrent Protection [11]. SPLN 52-3, Pola Pengaman Sistem Bagian Tiga, Sistem Distribusi 6 kv dan, 1983 [12]. SPLN 59, Keandalan Pada Sistem Distribusi dan 6 kv, 1985 [13]. Sunil. S. Rao, Switch Gear and Protection, Khanna Publishes, [14]. Unit Jasa Pendidikan Dan Pelatihan, Penyaluran Tenaga Listrik, hal 3-6, 2007 RIWAYAT HIDUP Eka Setya Laksana dilahirkan di kota Lumajang, 2 April Penulis adalah putra pertama dari dua bersaudara pasangan Drs. P. Agus Susanto dan Estiningtyas, S.Pd. Penulis memulai jenjang pendidikannya di TK Muslimat NU Klanting, Sukodono dan SDN Citrodiwangsan 02 Lumajang hingga lulus tahun Setelah itu penulis melanjutkan studinya di SLTP Negeri 1 Sukodono. Tahun 2001, penulis diterima sebagai murid SMA Negeri 1 Lumajang hingga lulus tahun Pada tahun yang sama penulis masuk ke Jurusan D3 Teknik Elektro Universitas Negeri Malang lewat jalur PMDK hingga lulus tahun 2007, kemudian penulis melanjutkan studi Program Sarjana di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya lewat program Lintas Jalur dengan NRP dan mengambil bidang studi Teknik Sistem Tenaga. Tabel Tabulasi Resetting Rele Incoming, Outgoing Transformator 3, dan Penyulang Existing Resetting Curve Tap Time Dial Inst Delay Curve Tap Time Dial Inst Delay /5 SI /5 NI /5 SI Normal Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 6 dari