PEMASANGAN DGR ( DIRECTIONAL GROUND RELE

Transkripsi

1 UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa atas karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini. berjudul PEMASANGAN DGR (DIRECTIONAL GROUND RELE) UNTUK MENGATASI GANGGUAN SYMPATHETIC TRIF PADA GIS BANDARA PENYULANG NGURAH RAI I DAN NGURAH RAI II. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam penyusunan Skripsi ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehingga pada kesempatan ini perkenankan saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Wayan Gede Ariastana S.T., M.Eng.Sc., selaku ketua jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. I Gede Dyana Arjana, MT. Selaku dosen pembimbing I yang telah banyak memberikan arahan, waktu, semangat serta saran-saran selama penyusunan laporan. 4. Bapak Ir. I Wayan Arta Wijaya,MErg.,MT. Selaku dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan arahan, waktu, semangat serta saran-saran selama penyusunan laporan. 5. Bapak, Ibu dan keluarga terima kasih atas do a, dukungan, serta saran-saran yang selalu diberikan. 6. Teman teman semua yang tidak bisa saya sebutkan satu - persatu telah memberikan semangat untuk penyusunan laporan ini. 7. Dwilestari yang selalu memberikan semangat untuk penyusunan laporan skripsi ini. 8. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga laporan ini bisa selesai tepat pada waktunya. v

2 Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan Skripsi ini. Akhir kata, penulis mohon maaf kepada semua pihak jika dalam pembuatan Skripsi ini melakukan kesalahan baik disegaja maupun tidak disengaja. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian skripsi ini. Denpasar, November 2016 Penulis vi

3 ABSTRAK Gangguan 1 fasa ke tanah dapat menyebabkan terjadinya gangguan sympathetic trip. Penyulang yang memiliki sistem jaringan paralel seperti penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II sangat rentan terjadinya gangguan sympathetic trip dikarenakan penyulang satu dengan penyulang yang lain berada pada satu bus dan saling berdekatan. Karena relay GFR (Ground Fault Relay) pada penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II tidak bisa mengamankan gangguan tersebut, maka untuk mengatasi gangguan sympathetic trip pada salah satu penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II, maka pemasangan relay DGR (Directional Ground Relay) akan mencegah terjadinya gangguan tersebut, dan sistem keandalan penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II tetap terjaga. Dilakukanlah langkah menghitung analisis setting relay DGR untuk memperoleh nilai I set, TMS dan waktu trip. Hasil analisis perhitungan relay GFR pada penyulang Ngurarah Rai I dan Ngurah Rai II untuk menangani gangguan 1 fasa ke tanah yaitu arus maksimum A dengan I set , TMS 0.1 SI dan waktu trip detik dan pada relay DGR untuk menangani gangguan sympathetic trip didapatkan besar nilai setting relay yaitu arus gangguan maksimum A, arus gangguan minimum A, I set = A, TMS = 0.1 SI, Waktu trip arus maksimum dan minimum t = 0.297, ZCT = 1 A, GPT = kv. Jadi untuk mengatasi gangguan sympathetic trip, pemasangan relay DGR sangat diperlukan jika sistem jaringan pada penyulang berbentuk paralel dan saling berdekatan dalam satu bus. Kata Kunci : sympathetic trip, setting GFR, Setting DGR vii

4 ABSTRACK The fault one phase to ground can make interference with sympathetic trip. For feeder has a parallel network system such as feeder at Ngurah Rai I and Ngurah Rai II was very susceptible to interference between feeder sympathetic trip with one another that are one bus and near to each other Because relay GFR (Ground Fault Relay ) on the feeder Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II can not secure the fault, then to resolve the sympathetic trip at one of the feeder was installed relay DGR (Directional Ground Relay) to prevent fault and system reliability feeder Ngurah Rai I and Ngurah Rai II retained. The perform of the I set, TMS (Time Multiple Setting) and work time the relay. The results of the analysis of the calculation of GFR in the feeder relay Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II to handle fault one phase to ground available maximum current A with I set of , TMS 0.1 SI and time to trip O.294 second. In the relay DGR to handle fault sympathetic trip got value for stting relay is current maximum distruption A, the current minimum fault A, ZCT = 1 A, GPT = 34,64kV. So to overcome the sympathetic trip, installation relay DGR is necessary if the system network feeder in the form of parallel and adjacent each in one bus. Keywords : sympathetic trip, GFR setting, DGR setting viii

5 DAFTAR ISI JUDUL... i LEMBAR PERNYTAAN ORISINALITAS... ii LEMBAR PRASYARAT GELAR SARJANA... iii LEMAR PENGESAHAN... iv UCAPAN TERIMA KASIH... v ABSTRAK... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR TABEL... xv DAFTAR SINGKATAN... xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan Mutakhir Sistem Operasi Jaringan Distribusi Sistem Distribusi Primer Sistem Distribusi Sekunder Konfigurasi Jaringan Distribusi Primer Jaringan Distribusi Tipe Radial Jaringan Distribusi Tipe Loop Jaringan Distribusi Tipe Spindle Jaringan Distribusi Tipe Mesh Gardu Distribusi Jenis Penggunaan Gardu Distribusi Macam Macam Gardu Distribusi ix

6 2.4 Pengaman Jaringan Distribusi Fuse Cut Out Pemutus Rangkaian (Circuit Breaker) Saklar Pemisah (Disconneted Switch) Saklar Pemisah Beban (Load Break Switch) Penutup Rangkaian Otomatis (Automatic Circuit Recloser) Saklar Seksi Otomatis (Automatic Line Sectionalizer) Arrester Relay Relay Arus Lebih Seketika (Instantaneous Relay) Relay Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time) Relay Arus Lebih Berbanding Terbalik (Inversei) Impedansi Sumber Transformator Sistem Pendingin Transformator Transformator Daya Perhitungan Impedansi Impedansi Tranformator Reaktansi Transformator Impedansi Penyulang Impedansi Ekivalen Jaringan Perhitungan Hubung Singkat Teori Komponen Simetri Sintesis Fasor Tak Simetris dari Komponen Simetrisnya Operator a Komponen Simetris Fasor yang Tidak Simetris Jaringan Urutan Positif dan Negatif Jaringan Urutan Nol Sistem Per Unit (Pu) Perhitungan Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah x

7 2.7.3 Gangguan Sympathetic DGR (Directional Ground Relay) Prinsip Kerja DGR (Directional Ground Relay) Setting GPT pada DGR Setting Arus ZCT pada DGR Setting Arus GFR (Ground Fault Relay) Aplikasi Relay Arah Syarat Deteksi Gngguan DGR Arah Sudut DGR Setelan Waktu (TMS) BAB III METODE PENELITIAN Tempat dan Penelitian Sumber dan Jenis Data Penelitian Sumber Data Penelitian Jenis Data Penelitian Prosedur Penelitian Tahapan Penelitian Analisis Data Alur Analisis BAB IV HASIL DAN ANALISIS Gambaran Umum Pemasangan Directional Ground Relay pada Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Data Trafo Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Data Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Analisis Perhitungan Relay GFR (Ground Fault Relay) Analisis dan Perhitungan Impedansi Sumber GIS Bandara Perhitungan Impedansi Trafo Perhitungan Impedansi Jaringan Distribusi Impedansi Ekivalen Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Perhitungan Arus Hubung Singkat xi

8 4.4 Setting Relay GFR Setting Relay Arus Gangguan Perhitungan Setting TMS Relay GFR pada Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Perhitungan Waktu Kerja Relay Analisis Perhitungan Relay DGR (Directional Ground Relay) Perhitungan Besaran nilai I dasar dan Z dasar Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke tanah Maksimum dan Minimum pada Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Setting Relay DGR Setting GPT untuk Relay DGR Setting ZCT untuk Relay DGR Perhitungan TMS Relay Ketika Terjadi Gangguan Perhitungan Waktu Kerja Relay Mensimulasikan Data Hasil Perhitungan Menggunakan Program ETAP Hasil Simulasi Relay Directional pada Prnyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Analisis Pembahasan BAB SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sistem Dustribusi Daya Listrik... 5 Gambar 2.2 Sistem Jaringan Distribusi Radial... 7 Gambar 2.3 Sistem Jaringan Distribusi Loop... 8 Gambar 2.4 Sistem Jaringan Distribusi Spindel... 9 Gambar 2.5 Sistem Jaringan Distribusi Mesh Gambar 2.6 Karakteristik Relay Waktu Seketika Gambar 2.7 Karakteristik Relay Waktu Tertentu Gambar 2.8 Karakteristik Relay Arus Lebih Berbanding Terbalik Gambar 2.9 Impedansi Sistem Distribusi Gambar 2.10 Fasor Tak Simetris Gambar 2.11 Fasor Urutan Positif Gambar 2.12 Fasor Urutan Negatif Gambar 2.12 Fasor Urutan Nol Gambar 2.14 Diagram Fasor Berbagai Pangkat dari Operator a Gambar 2.15 Jaringan Urutan Nol untuk Beban yang Terhubung Y dengan Netral yang Ditanahkan Melalui Impedansi Zn Gambar 2.16 Rangkaian Generator Tanpa Beban Dengan Netral yang Ditanahkan Melalui Impedansi Zn dan Gangguan Terjadi pada Fasa a ke Tanah Melalui Impedansi Zf Gambar 2.17 Rangkaian Urutan untuk Hubung Singkat 1 fasa ke Tanah Gambar 2.18 Gangguan Sympathetic Gambar 2.19 Aplikasi Relay Directional pada Sistem Tenaga Listrik Gambar 2.20 Pemasangan DGR Beserta Arah Proteksinya Gambar 2.21 Polarisasi DGR Gambar 3.1 Alur Analisis Gambar 4.1 Penyulang Ngurah Rai I dan II pada saat Terjadi Sympathetic Trip Gambar 4.2 Pemasangan DGR pada Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II xiii

10 Gambar 4.3 Single Line Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II dengan Program ETAP Gambar 4.4 Tampilan Komponen GI pada Program ETAP Gambar 4.5 Tampilan Rating Komponen GI pada Program ETAP Gambar 4.6 Tampilan Short Circuit pada Komponen GI Gambar 4.7 Rating Trafo pada Program ETAP Gambar 4.8 Rating pada Komponen CT (Current Transformer) Gambar 4.9 Input Data Relay pada GI Gambar 4.10 Rating pada PMT Incoming GI Gambar 4.11 Data Input Rating CT (urrent Transformer) Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Gambar 4.12 Data Input Relay Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II.. 60 Gambar 4.13 Data Input Relay pada Ground Gambar 4.14 Input Data Rating Cirrcuit Breaker Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Gambar 4.15 Data Input Kabel pada Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Gambar 4.16 Data Input CB (Cirrcuit Breaker) di Ujung Penyulang Gambar 4.17 Data Input Komponen CT ( Current Transformer) Gambar 4.18 Data Input Relay Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II di Ujung Penyulang Gambar 4.19 Input Setting Relay Directional pada Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II di Ujung Penyulang Gambar 4.20 Input Data CB (Cirrcuit Breaker) pada Beban Gambar 4.21 Input Data CT ( Current Transformer) pada Beban Gambar 4.22 Input Data pada Relay Beban Gambar 4.23 Input Data pada Beban Gambar 4.24 Hasil Simulasi Relay DGR (Directional Ground Relay ) xiv

11 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data Trafo Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Tabel 4.2 Data Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Tabel 4.3 Nilai Impedansi Penyulang Tabel 4.4 Nilai Impedansi Urutan Positif dan Negatif pada Jaringan Distribusi Tabel 4.5 Nilai Impedansi Urutan Nol Tabel 4.6 Nilai Impedansi Ekivalen Urutan Positif dan Negatif Tabel 4.7 Nilai Impedansi Ekivalen Urutan Nol Tabel 4.8 Arus Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah Penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II Tabel 4.9 Perhitungan Waktu trip Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Relay GFR Tabel 4.11 Hasil Perhitungan I dasar, Z dasar, dan Z t pada Tegangan 20 kv.. 50 Tabel 4.12 Impedansi Saluran XPLE Table 4.13 Nilai Impedansi Urutan Positif dan Negatif pada Jaringan Distribusi Tabel 4.14 Nilai Impedansi Urutan Nol Tabel 4.15 Arus Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah Maksimum dan Minumum pada 20 kv Tabel 4.16 Hasil Setting Relay DGR (Directional Ground Relay) xv

12 DAFTAR SINGKATAN A = Ampere GFR = Ground Fault Relay DGR = Directional Ground Relay Ifault =Arus Gangguan Ip = Arus primer Is = Arus sekunder Iset = Arus Setting kms = Kilometer sirkuit kv = kilovolt SI = Standar Inverse tms = Time Multiple Setting tset = Setting waktu V = Volt XC = Reaktansi Kapasitif Z = Impedansi Z0 = Impedansi urutan nol Z0eq = Impedansi ekivalen urutan nol Z1 = Z2 = Impedansi urutan positif negatif Z1eq = Z2eq = Impedansi ekivalen urutan positif negatif Zt = Impedansi trafo Zt0 = Impedansi urutan nol trafo Zt1 = Zt2 = Impedansi urutan positif negatif trafo Ω = Ohm xvi

13 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada zaman modern ini energi listrik sangat penting bagi masyarakat bahkan energi listrik sebagai kebutuhan sehari hari bagi masyarakat Indonesia. Sistem jaringan listrik yang digunakan untuk mengaliri listrik ke masyarakat adalah sistem distribusi, sistem jaringan distribusi merupakan bagian akhir dari sistem penyaluran tenaga listrik. Bali adalah salah satu sistem jaringan distribusi di Indonesia yang penggunaan listriknya padat. Bali selatan adalah jaringan listrik yang paling padat penggunaan listriknya di Bali, terdapat banyak hotel, villa, dan Bandara I Gusti Ngurah Rai yang menyebabkan konsumsi listrik yang sangat besar dan sistem keandalan harus terjamin. Mendistribusikan energi listrik tentu saja akan mengalami berbagai gangguan. Salah satu gangguan yang terjadi pada jaringan 20 kv sistem distribusi adalah gangguan 1 fasa ketanah, yang dapat menyebabkan tripnya penyulang Ngurah Rai20 kv menjadi trip, ganguan ini sering disebut dengan gangguan sympathetic trip. Sistem proteksi pada jaringan distribusi sangat perlu dilakukan, langkah pemasangan relay untuk mengamankan peralatan listrik dan sistem jaringan distribusi dari gangguan dilakukan oleh PT PLN (Persero). Relay pengaman adalah suatu peralatan pengaman yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidak normalan pada peralatan listrik yang bisa mambahayakan atau tidak diinginkan (Ikhwan, 2011). Untuk menjaga keandalan sistem pada jaringan distribusi, pemasangan relay yang selektif sangat perlu dilakukan, bertujuan untuk melindungi sistem dan peralatan listrik serta mengamankan secepat mungkin dari gangguan yang terjadi pada jaringan distribusi. Relay arah adalah relay pengaman yang berkerja karena adanya besaran arus dan tegangan yang membedakan arah arus gangguan ke depan atau arah arus ke belakang. Relay ini akan bekerja jika menerima perintah terjadinya trip apabila arus dan tegangan yang dideteksi melebihi setingannya dan setingan sudut pada relay. DGR (Directional Ground Relay) merupakan relay pengaman yang disertai dengan 1

14 2 arah, sehingga digunakan untuk memproteksi satu arah saja dan sering disebut dengan relay tanah berarah (Setiadji, 2006). DGR (Directional Ground Relay) bekerja berdasarkan komponen arus urutan nol (Io) dan tegangan urutan nol (Vo) dan sudut fasa gangguan yang mana Io dideteksi oleh ZCT (Zero Current Transformer) dan Vo dideteksi oleh GPT (Ground Potential Transformer) (Setiadji, 2006) GIS (Gas Insulatid Switch Gear) Bandara penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II yang menyuplai daya listrik ke beban Bandara II sebesar kva yang menggunakan Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) bawah tanah dengan jenis kabel NA2XSEFGbY 3 x 300 mm 2, panjang kabel penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II adalah 4,242 kms (kilometer sirkuit) dengan kemampuan arus 430 Ampere. GIS Bandara mulai beroperasi mulai 4 september 2013, untuk memenuhi peningkatan beban yang terjadi pada Bandar Udara Ngurah Rai yang sebelumnya mendapat suplai daya listrik dari Gardu Induk Pesanggaran, Gardu Induk Pemecutan Kelod, dan Gardu Induk Nusa Dua sebesar kva. Gangguan yang persentase terbesar terjadi umunya pada penyulang atau feeder adalah gangguan fasa ke tanah, yang dapat meneybabkan terjadinya gangguan sympathetic trip. Untuk penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II yang menyuplai beban VVIP diharapkan tidak pernah terjadi gangguan sympathetic trip. Sistem jaringan distribusi penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II merupakan salah satu jaringan distribusi yang mendapat suplai energi listrik dari Gardu Induk Pemecutan kelod, Gardu Induk Nusa Dua dan Gardu Induk Pesanggaran dan GIS Bandara. Pada penyulang lain di area Bali selatan khususnya. Sampai sekarang sering terjadi gangguan sympathetic trip, karena GFR (Ground Fault Relay) pada penyulang tidak mampu mengamankan gangguan itu. Karena penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II mensuplai beban bandara, agar tidak terjadi gangguan itu maka diambil langkah dengan mengganti relay GFR dengan DGR. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah pada skripsi ini adalah Berapakah setting relay DGR (Directional Ground Relay) untuk mengatasi jika terjadinya gangguan sympathetic trip pada penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II

15 3 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengatasi gangguan sympathetic trip pada salah satu penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II dengan pemasangan relay DGR yang mencegah terjadinya gangguan tersebut, sehingga sistem keandalan penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II tetap terjaga. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah dapat dipakai sebagai bahan acuan dan wawasan untuk mahasiswa yang ingin memperlajari aplikasi relay DGR (Directional Ground Relay) khusunya pada penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II GIS bandara, dan mengetahui sistem keadalan relay DGR (Directional Ground Relay) jika terjadinya sympathetic trip yang terdapat pada saluran GIS Bandara. 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Mengingat luasnya ruang lingkup permasalahan dalam pembatasan ini, maka akan dibatasi permasalahan masalah sebagai berikut: 1. Hanya menghitung satu fasa ketanah. 2. Perhitungan nilai setting relay GFR (Ground Fault Relay) pada penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II GIS Bandara. 3. Perhitungan nilai setting relay DGR (Directional Ground Relay) pada penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II GIS Bandara. 4. Hanya membahas pemasangan relay DGR pada penyulang Ngurah Rai I dan Ngurah Rai II 5. Tidak membahas relay lain, selain DGR dan GFR 6. Simulasi setting relay DGR dan GFR dengan program ETAP.