DAFTAR ISI SAMPUL DALAM... LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS... PERSYARATAN GELAR... LEMBAR PENGESAHAN... UCAPAN TERIMA KASIH... ABSTRACT...

Transkripsi

1 ABSTRAK Gangguan hubung singkat yang terjadi pada sistem tenaga listrik dapat mengakibatkan terputusnya penyaluran tenaga listrik kepada konsumen. Gangguan tersebut bisa disebabkan dari gangguan internal dan gangguan eksternal. Salah satu upaya untuk mengatasi gangguan hubung singkat tersebut dilakukan analisis hubung singkat sebagai tahap awal untuk menanggulangi sehingga sistem proteksi yang tepat pada sistem tenaga listrik dapat ditentukan. Terdapat beberapa gangguan yang terjadi di penyulang Kedonganan yang menunjukan indikasi terjadinya gangguan hubung singkat dan kesalahan koordinasi sistem proteksi. Beberapa gangguan tersebut telah menyebabkan terjadinya trip, kegagalan kerja recloser dan relay penyulang. Pada skripsi ini dilakukan simulasi gangguan hubung singkat yang ditentukan beberapa titik lokasi gangguan alternatif yang dipilih sesuai dengan gangguan yang terjadi pada penyulang dan dari pangkal GI sampai ujung penyulang Kedonganan. Nilai arus gangguan hubung singkat tersebut digunakan untuk menentukan setting waktu kerja relay arus lebih agar peralatan proteksi dapat bekerja sesuai dengan persyaratan pengaman. Berdasarkan hasil analisis, menunjukkan bahwa arus gangguan tersebut dipengaruhi oleh jarak titik gangguan, semakin jauh jarak titik gangguan maka semakin kecil arus gangguan hubung singkatnya begitu juga sebaliknya. Peningkatan arus ganguan hubung singkat mengakibatkan selisih waktu kerja relay di tiap lokasi alternatif dengan selisih waktu rata-rata selama 0,4 detik. Direkomendasikan untuk dilakukannya setting ulang untuk sistem proteksi gangguan hubung singkat pada penyulang Kedonganan sesuai dengan hasil perhitungan yang dapat memperbaiki selektifitas dan sensitifitas sehingga didapatkan sistem proteksi yang baik. Kata kunci : Gangguan hubung singkat, sistem proteksi, relay arus lebih vii

2 ABSTRACT Short circuit current which is happened in elektrical power system can caused disconnetion in distributing electrical power to costumers. The electrical interfernces caused by internal and external interruptions. One of the efforts to overcome the interruptions is to do an analysis in short circuit an ealy stage with the result that we could find a pricise protection system on our electrical power system. There are several interference occur in Kedonganan feeders which indicates short circuit current and coordination error of the protection system. Those interferences led to a demage trip in recloser activity and relay feeders. In the eassay, the short circuit simulation conducted in several site points of alternate interferences which are selected based on the interruption that are occured in the feeders and from the GI base point thought end point in Kedonganan feeders. The flow percentage of short circuit interferences are used to set a time setting of over current relay in to make the protection equipment run according to safety requirements. Based on the analysis result, it shows that the current interruptions are interfluence by the distant of interruption, more distant the point then the smaller short circuit current would happened, and vice versa. The increasing of the short circuit current can caused a grading time in relay in each alternate location with average grading time about 0,4 second. Rearrangement of protection system in short circuit is recommended especially in Kedonganan feeder based on outcome which can improve the sensitivity and selectivity so that we can get better protection system. Key words : short circuit current, protection system, over current relay viii

3 DAFTAR ISI SAMPUL DALAM... LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS... PERSYARATAN GELAR... LEMBAR PENGESAHAN... UCAPAN TERIMA KASIH... ABSTRAK... ABSTRACT... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR SINGKATAN... i ii iii iv v vii viii ix xiii xv xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Masalah... 3 BAB II KAJIAN PUSTAKA Tinjauan Mutakhir Tinjauan Pustaka Konsep Kualitas Daya Listrik Transpormator Tenaga Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Jaringan Distribusi Primer Gangguan pada Sistem Distribusi Primer Impedansi Sumber Impedansi Transformator ix

4 x Impedansi Penyulang Impedansi Ekivalen Jaringan Analisis Gangguan Hubung Singkat Pengertian Gangguan Perhitungan Gangguan Hubung Singkat Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Gangguan Hubung Singkat Fasa ke Fasa Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Sistem Proteksi Pengertian dan Fungsi Proteksi Pengertian Recloser Jenis Jenis Reclosing Relay Fungsi Recloser Cara Kerja Recloser Klasifikasi Recloser Recloser Tipe VWVE (Vaccum Withstand Voltage Electronical) Merek Cooper Pengertian Over Current Relay (OCR) Jenis Jenis Relay Prinsip Kerja Over Current Relay (OCR) Setting Arus Over Current Relay (OCR) dan Ground Fault Relay (GFR) Menghitung Setting Waktu OCR dan GFR Karakteristik Inverse Setting Waktu OCR dan GFR karakteristik Inverse Time BAB III METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Sumber dan Jenis Data Penelitian Sumber Data Penelitian Jenis Data Penelitian Teknik Pengumpulan Data... 33

5 xi 3.3 Instrumen Penelitian Tahapan Penelitian Alur Analisis BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Gambaran Umum Data Sistem Jaringan Distribusi Penyulang Kedonganan Data Jenis Penghantar dan Panjang Saluran Distribusi Penyulang Kedonganan Data Beban Puncak Pada Trafo Distribusi Data Relay Penyulang Kedonganan Data Penyulang 20 kv Impedansi Sumber Data Trafo Gardu Induk Impedansi Trafo Menghitung Impedansi Penyulang Kedonganan Menghitung Impedansi Ekivalen Jaringan Simulasi Arus Hubung Singkat Simulasi Gangguan Hubung Singkat Pada Penyulang Kedonganan Simulasi Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif 1 Bus Simulasi Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif 2 Bus Simulasi Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif 3 Bus Simulasi Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif 4 Bus Simulasi Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif 5 Bus Setting Relay Arus Lebih Perhitungan Setting Arus OCR... 59

6 xii Perhitungan Setting Arus GFR Setting Waktu Over Current Relay (OCR) Perhitungan TMS pada OCR Recloser Camat Kuta Selatan Perhitungan TMS pada OCR Relay Penyulang Kedonganan Setting Waktu GFR Perhitungan TMS pada GFR Recloser Camat Kuta Selatan Perhitungan TMS pada GFR Relay Penyulang Kedonganan Analisis Kurva Koordinasi Relay Arus lebih (OCR) Analisis Kurva Koordinasi Relay Arus Lebih (OCR) Setting Eksisting Analisis Kurva Koordinasi Relay Arus Lebih (OCR) Hasil Perhitungan BAB V SIMPULAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRAN

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Segaris Sistem Tenaga Listrik... 7 Gambar 2.2 Single Line Diagram Gardu Induk Gambar 2.3 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Gambar 2.4 Gangguan Hubung Singkat Fasa ke Fasa Gambar 2.5 Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Gambar 2.6 Multi Shot Reclosing Relay Gambar 2.7 Recloser Tipe VWVE Merek Cooper Gambar 2.8 Bagian Bagian dari Recloser Tipe VWVE Merek Cooper Gambar 2.9 Karakteristik Inverse Gambar 2.10 Karakteristik Definite Gambar 2.11 Karakteristik Instantaneous Gambar 2.12 Prinsip Kerja Over Current Relay (OCR) Gambar 3.1 Alur Analisis Gambar 4.1 Single Line Diagram Penyulang Kedonganan Gambar 4.2 Relay Arus Lebih Pada Penyulang Kedonganan Gambar 4.3 Impedansi sisi 150 kv dan Sisi 20 kv Gambar 4.4 Skema Impedansi Jaringan Penyulang Kedoganan Gambar 4.5 Lokasi Alternatif Gangguan Hubung Singkat Gambar 4.6 Simulasi Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif Gambar 4.7 Short Circuit Report yang Terjadi Pada Bus Gambar 4.8 Simulasi Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif Gambar 4.9 Short Corcuit Report yang Terjadi Pada Bus Gambar 4.10 Simulasi Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif Gambar 4.11 Short Circuit Report yang Terjadi Pada Bus Gambar 4.12 Simulasi Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif Gambar 4.13 Short Circuit Report yang Terjadi Pada Bus Gambar 4.14 Simulasi Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif Gambar 4.15 Short Circuit Report yang Terjadi Pada Bus Gambar 4.16 Grafik Hasil Simulasi Arus Gangguan Hubung Singkat xiii

8 xiv Gambar 4.17 Kurva Koordinasi Relay Arus Lebih OCR Setting Eksisting Gambar 4.18 Kurva Koordinasi Relay Arus Lebih OCR Hasil Perhitungan... 64

9 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Definisi kualitas daya listrik sesuai standar IEEE Tabel 2.2 Konstanta α danβ Tabel 4.1 Jenis Penghantar dan Panjang Saluran Pada Penyulang Kedonganan.. 39 Tabel 4.2 Data Beban Puncak Siang Trafo Distribusi Penyulang Kedonganan Tabel 4.3 Data Relay Arus Lebih Pada Penyulang Kedonganan Tabel 4.4 Data Trafo 3 Gardu Induk Nusa Dua Tabel 4.5 Nilai Impedansi Penyulang Tabel 4.6 Impedansi Penyulang Urutan Positif dan Negatif Penyulang Kedonganan Tabel 4.7 Impedansi Penyulang Urutan Nol Penyulang Kedonganan Tabel 4.8 Impedansi Ekivalen Urutan Positif dan Negatif Penyulang Kedonganan Tabel 4.9 Impedansi Ekivalen Urutan Nol Penyulang Kedonganan Tabel 4.10 Lokasi Simulasi Gangguan Hubung Singkat Penyulang Kedonganan Tabel 4.11 Hasil Gangguan Arus Hubung Singkat Pada Lokasi Alternatif Tabel 4.12 Data Setting OCR dan GFR Hasil Perhitungan Tabel 4.13 Data Setting OCR dan GFR Hasil Exsisting xv

10 DAFTAR SINGKATAN V kv KVA kwh SUTR SKUTR SUTM SKTM GI GH PMT CB OCR TMS VWVE = Volt = Kilovolt = Kilo Volt Ampere = Kilo Watt Hour = Saluran Udara Tegangan Rendah = Saluran Kabel Udara Tegangan Rendah = Saluran Udara Tegangan Menengah = Saluran Kabel Tegangan Menengah = Gardu Induk = Gardu Hubung = Pemutus = Circuit Breaker = Over Current Relay = Time Multiple Setting = Vaccum Withstand Voltage Electronical xvi

11 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini Energi listrik sudah menjadi kebutuhan yang penting bagi seluruh masyarakat baik di perkotaan maupun pedesaan. Sistem Tenaga Listrik terdiri dari beberapa sub sistem, yaitu Pembangkitan, Transmisi dan Distribusi. Dalam penyaluran energi listrik pada sistem distribusi baik dijaringan tegangan menengah maupun jaringan tegangan rendah perlu dijaga kualitasnya. Setiap peralatan dapat mengalami kegagalan dalam operasinya. Ada beberapa penyebab kegagalan operasi yaitu : kelalaian manusia, perawatan yang buruk, kesalahan dalam penggunaan, kurangnya perlindungan terhadap tekanan lingkungan yang berlebihan. Akibat yang ditimbulkan oleh kegagalan ini bervariasi dari ketidaknyamanan hingga kerugian biaya ekonomis yang cukup tinggi bahkan dapat menimbulkan korban jiwa. Ketidaknyamanan akan sangat terasa pada fasilitas-fasilitas khusus seperti kampus sebagai fasilitas pendidikan. Analisa gangguan hubung singkat diperlukan untuk mempelajari sistem tenaga listrik baik waktu perencanaan maupun setelah beroperasi sistem tersebut. Analisa hubung singkat digunakan untuk menentukan setting relay proteksi yang digunakan untuk melindungi sistem tersebut dari kemungkinan adanya gangguan dari faktor external dan internal. Tujuan dari perhitungan gangguan hubung singkat adalah untuk menghitung arus maksimum dan minimum gangguan, dan tegangan pada lokasi yang berbeda dari sistem tenaga untuk jenis gangguan yang berbeda sehingga koordinasi pengaman, relay dan pemutus yang tepat bisa dipilih untuk melindungi sistem dari kondisi yang tidak normal dalam waktu yang singkat. Suatu gangguan distribusi hampir berupa hubung langsung atau melalui impedansi yang menyebabkan penurunan tegangan dalam waktu yang relatif singkat. Peristiwa ini meskipun berlangsung dalam waktu yang relatif singkat, dapat memberikan dampak tidak berfungsinya peralatan elektronika yang sensitif dan peka terhadap variasi tegangan. Salah satu upaya untuk mengatasi gangguan tersebut dilakukan analisis hubung singkat sebagai tahap awal untuk 1

12 2 menanggulangi sehingga sistem proteksi yang tepat pada Sistem Tenaga Listrik dapat ditentukan (PLN,2015). Dari perencanaan rekonfigurasi jaringan tegangan menengah pada kampus Universitas Udayana dengan di lakukannya rekonfigurasi untuk memperoleh sistem kelistrikan yang lebih handal dan dapat meningkatkan kenyamanan pelayanan kelistrikan di area kampus Universitas Udayana. Maka dari itu, untuk menjamin suplai energi listrik tersebut, disiapkan beberapa generator set sebagai backup suplai jika ada pemadaman dari PLN. Sistem backup dengan menggunakan generator set saat ini masih di desain secara partial sehingga tidak menjamin keandalannya (Budi Chrisna, 2015). Kebutuhan energi listrik Universitas Udayana terutama penyulang Kedonganan disuplai oleh trafo III Gardu Induk (GI) Nusa Dua. Maka dari itu analisa gangguan hubung singkat diperlukan untuk mempelajari sistem tenaga listrik baik waktu perencanaan maupun setelah beroperasi sistem tersebut. Analisa hubung singkat digunakan untuk menentukan setting relay proteksi yang digunakan untuk melindungi sistem tersebut dari kemungkinan adanya gangguan dari faktor external dan internal, agar memperoleh sistem kelistrikan yang lebih handal diharapkan bisa meningkatkan pelayanan kelistrikan di area kampus Universitas Udayana Bukit Jimbaran dan analisis koordinasi setting proteksi dilakukan agar peralatan proteksi tersebut dapat bekerja sesuai dengan persyaratan pengaman dan melokalisir jaringan yang mengalami gangguan hubung singkat. Dalam penelitian ini akan menggunakan software ETAP untuk mencari nilai hubung singkat jaringan. 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah yang dapat diangkat berdasarkan latar belakang yaitu: 1. Berapakah besar arus gangguan hubung singkat satu fasa ketanah, fasa ke fasa, dan tiga fasa yang terjadi pada jaringan eksisting Penyulang Kedonganan? 2. Berapakah nilai setting pengaman relay arus lebih pada sistem distribusi Penyulang Kedonganan?

13 3 1.3 Tujuan Penelitian Dari rumusan masalah maka tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan nilai arus hubung singkat dan menentukan setting koordinasi sistem proteksi yang efektik seperti setting relay arus lebih pada sistem kelistrikan Penyulang Kedonganan yang memenuhi syarat-syarat sistem proteksi. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah untuk memberikan informasi mengenai hubung singkat yang terjadi pada penyulang kedonganan beserta setting pengaman relay arus lebih agar dapat melindungi jaringan distribusi Penyulang Kedonganan menjadi lebih baik terutama pada kelistrikan area Kampus Universitas Udayana. 1.5 Batasan Masalah Mengingat begitu luasnya permasalahan yang ada, maka dalam penulisan Tugas Akhir ini disusun dalam ruang lingkup dan pebatasan masalah sebagai berikut: 1. Studi kasus arus hubung singkat dan pengaturan sistem proteksi dilakukan pada saluran distribusi 20 kv Penyulang Kedonganan. 2. Analisis arus hubung singkat pada beberapa lokasi alternatif mengunakan program simulasi hubung singkat. 3. Pada saat penelitian, beban setiap fasa diasumsikan dalam keadaan seimbang. 4. Nilai arus gangguan hubung singkat maksimum yaitu gangguan hubung singkat tiga fasa yang terjadi pada titik gangguan digunakan dalam penentuan waktu kerja sistem proteksi. 5. Penelitian yang dilakukan hanya membahas tentang arus hubung singkat dan juga sistem proteksi jaringan yaitu relay arus lebih.

14 4