EVALUASI SETTING RELAY OCR, GFR DAN RECLOSER PASCA REKONFIGURASI JARINGAN DISTRIBUSI PADA TRAFO 2 GARDU INDUK SRONDOL SEMARANG MENGGUNAKAN ETAP 12.6.

Transkripsi

1 EVALUASI SETTING RELAY, DAN RECLOSER PASCA REKONFIGURASI JARINGAN DISTRIBUSI PADA TRAFO 2 GARDU INDUK SRONDOL SEMARANG MENGGUNAKAN ETAP Susatyo Handoko *, Junintyastuti, Isa Abdullah Departemen Teknik Elektro, Universitas Diponeoro Semaran Jl. Prof. Sudharto, SH, Kampus UNDIP Tembalan, Semaran 50275, Indonesia *) susatyo@elektro.undip.ac.id Abstrak Sistem tenaa listrik yan terdiri dari komponen utama enerator, transformator, dan saluran transmisi-distribusi tidak dapat dihindari bahwa cepat atau lambat sistem tersebut akan menalami anuan. Meninkatnya jumlah beban dalam suatu sistem tenaa listrik tentu akan menyebabkan naiknya presentasi terjadinya anuan. Salah satu bentuk anuan yan dapat terjadi pada sistem tenaa listrik adalah hubun sinkat (short circuit), yan menyebabkan lonjakan arus yan disebut arus hubun sinkat. Bentuk anuan arus hubun sinkat tersebut yaitu anuan tia fase, dua fase, dua fase ke tanah maupun anuan fase ke tanah.hasil evaluasi denan menunakan proram ETAP didapatkan arus anuan hubun sinkat tertini adalah 4190 ampere dan arus anuan hubun sinkat terendah adalah 650 ampere. Waktu kerja peralatan proteksi terendah adalah pada recloser 2 yaitu 0,200 detik, sedankan waktu kerja maksimum yaitu 6,259 detik pada relay di sisi incomin. Pada simulasi koordinasi, relay proteksi yan bekerja dimulai dari recloser2, lalu recloser1 selanjutnya relay outoin dan relay incomin sebaai back up protection. Koordinasi settin proteksi hasil perbaikan telah sesuai denan standart IEEE denan radin time 0,2-0,5 detik dan tidak ada kurva koordinasi yan salin memoton dan mendahului. Kata Kunci :,, Recloser, Evaluasi settin proteksi, radin time, Koordinasi 1. Pendahuluan Salah satu komponen sistem tenaa listrik yan rawan denan anuan adalah sistem distribusi. Ganuan tersebut dapat terjadi salah satunya adalah meninkatnya pertumbuhan beban yan tidak seimban denan jumlah pasokan eneri listrik, sehina penyaluran eneri listrik ke konsumen tidak dapat terpenuhi. Sehina akan meninkatnya prosentase terjadinya anuan. Salah satu anuan yan umum terjadi pada suatu sistem distribusi tenaa listrik adalah anuan hubun sinkat (short circuit), jenis anuan ini menyebabkan lonjakan arus yan disebut arus hubun sinkat yan melalui suatu sistem dan peralatannya. Bentuk anuan arus hubun sinkat tersebut mencankup anuan 3 fase, 2 fase, fase-tanah dan 2 fase-tanah. Sistem distribusi listrik di Rayon Semaran Selatan, Area Kota Semaran, Provinsi Jawa Tenah pada GI (Gardu Induk) Srondol memiliki dua buah Transformator 150/20 kv. Pada tahun 2015 telah dilakukan rekonfiurasi jarinan berupa penambahan penyulan baru pada Trafo 2 Gardu Induk Srondol yaitu penyulan SRL 07 yan bertujuan untuk menurani beban yan ditanun penyulan SRL 06 di Trafo 1 Gardu Induk Srondol [1]. Berdasarkan data pada bulan April 2016 PT.PLN (Persero) penyulan SRL 03, SRL 04, SRL 05 dan SRL 07 yan memiliki jarinan radial denan jarak disribusi mencapai 3,69 km, 13,615 km, 1,139 km, dan 4,257 km telah menyuplai beban masin-masin sebesar 26%, 79%, 32%, dan 25% dari kapasitas maksimal yan dapat disuplai [2]. Penelitian yan dilakukan oleh Divya S. Nair dan Reshma S. [3] menemukakan bahwa anuan pada sistem tenaa listrik perlu dideteksi denan cepat oleh sistem proteksi. Penelitian yan dilakukan oleh Rize [4] menemukakan bahwa terjadinya anuan yan menyebabkan kasus trip PMT pada suatu sistem jarinan 20 kv yaitu akibat perubahan impedansi saluran, perubahan karakteristik beban, atau kuran tepatnya analisis arus hubun sinkat ketika melakukan settin proteksi, hal ini dapat mempenaruhi keandalan sistem proteksi Penelitian yan dilakukan oleh Thariq [5] menanalisis taret indeks keandalan pada penyulan baru SRL 07 denan memperhatikan SAIDI dan SAIFI, sehina dapat diunakan sebaai acuan kinerja PT.PLN (Persero) untuk mencapai mutu pelayanan dan melakukan evaluasi terkait resettin yan dilakukan pada tahun 2015.

2 Proceedins Seminar Nasional Teknik Elektro (FORTEI 2016). Hal.169 Pada penelitian ini akan dibahas evaluasi koordinasi relayarus lebih (), relay hubun tanah () dan recloser pada relay incomin dan relay outoin penyulan Trafo 2 berkapasitas 31,5 MVA Gardu Induk Srondo denan proram ETAP Evaluasi berdasarkan pada analisis anuan arus hubun sinkat yan terdapat pada masin-masin penyulan SRL 03, SRL 04, SRL 05, dan SRL 07 di Gardu Induk Srondol. 2. Metodoloi Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk menevaluasi sistem proteksi pada penyulan trafo 2 31,5 MVA Gardu Induk Srondol, penentuan settin proteksi berdasarkan besar arus hubun sinkat pada tiap penyulan menunakan proram ETAP Secara umum lankah penelitian yan dilakukan sebaaimana terlihat pada Gambar 1. Sebelum melakukan penelitian perlu dukunan denan studi literatur, baik yan terkait lansun denan materi utama penelitian, maupun ilmu penetahuan yan melinkupi penelitian ini. Gambar 1.Lankah penelitian evaluasi settin relay 2.1. Data Sistem Pada Trafo 31,5 MVA Gardu Induk Srondol Semaran terdapat 4 penyulan yan menyalurkan eneri listrik menuju beban di Srondol seperti pada Gambar 2 Adapun data yan diunakan untuk analisis ini adalah seperti pada Tabel berikut: Tabel 1. Data Trafo Daya Data Trafo Tenaa Merk Daya Arus HS sisi 150 Teanan PAUWELS 31,5 MVA 7,99 ka 150 / 22 kv Impedansi ( Z %) 18,21 % Inominal Vektor Grup 826,66 A YNyn0 Tabel 2. Data Relay Arus Lebih Incomin Data Settin dan Incomin merk type karakteristik AREVA Rasio CT 1000/1 TMS 0,16 TMS 0,42 MICOM P122 Standart Tabel 3. Data Relay Arus Lebih Ouoin feeder Data Settin dan Feeder Penyulan SRL03 SRL04 SRL05 SRL07 Jarak 3,691 13,615 1,139 4,275 type GE GE GE GE karakteristik Standart Standart Standart Standart TMS 0,18 0,18 0,18 0,18 TMS 0,25 0,25 0,25 0,25 Tabel 4. Data Recloser Data Input Recloser SRL 04 Recloser REC 1 REC 2 Jarak Recloser Karakteristik 6,107 km I Settin (A) TMS 0,08 0,10 7,470 km Gambar 2. Diaram Satu Garis Jarinan Distribusi 20 kv Trafo 31,5 MVA GI Srondol Semaran Tabel 5. Data Recloser Data Input Recloser SRL 04 Recloser REC 1 REC 2 Jarak Recloser Karakteristik 6,107 km I Settin TMS 0,15 0,15 7,470 km

3 Proceedins Seminar Nasional Teknik Elektro (FORTEI 2016). Hal.170 Tabel 6. Data Teknis Kabel AAAC mm 2 Kabel AAAC Data per Km (ohm) R jx Z1=Z1/Km (240 mm 2 ) 0,1344 0,3158 Z0/Km (150mm 2 ) 0,3441 1,618 Tabel 7. Data Beban Puncak Tertini Maret 2015 [5] Feeder Data beban I (A) S (MVA) SRL ,26 SRL ,16 SRL ,26 SRL , Pemodelan Jarinan Berdasarkan pada data eksistin jarian yan diperoleh maka dapat dibuat pemodelan diaram satu aris menunakan proram ETAP seperti pada Gambar 3. Gambar 3. Pemodelan Diaram Satu Garis Jarinan Distribusi denan ETAP Perhitunan dan Analisis Sebelum menentukan koordinasi rele proteksi, maka lankah awal dalam penelitian ini adalah menhitun arus anuan hubun sinkat melalui simulasi menunakan proram bantu ETAP dan perhitunan secara manual Perhitunan Arus Hubun Sinkat Diperoleh besar rekapitulasi arus anuan hubun sinkat trafo pada titik-titik bus di tiap penyulan seperti yan ditunjukkan pada Tabel 8. Tabel 8.Hasil Perhitunan Arus Hubun Sinkat SRL 04 Jarak 3 fase 2fase 2faseah Fase - (Km) ka ka ka ka 0,000 4,190 3,629 4,190 4,190 0,075 4,158 3,601 4,071 4,114 3,147 3,138 2,718 1,863 2,338 3,241 3,115 2,697 1,833 2,307 6,107 2,527 2,188 1,220 1,646 6,310 2,493 2,159 1,192 1,613 Tabel 8. (Lanjutan) 7,780 2,273 1,969 1,021 1,409 7,757 2,277 1,972 1,023 1,412 7,470 2,317 2,006 1,053 1,447 11,375 1,869 1,618 0,755 1,076 12,923 1,735 1,502 0,679 0,976 13,152 1,717 1,487 0,669 0,963 13,202 1,713 1,483 0,667 0,960 13,615 1,681 1,456 0,650 0,937 Pada Tabel 8 merupakan nilai perhitunan arus hubun sinkat penyulan SRL 4, menunjukkan bahwa arus anuan hubun sinkat terbesar adalah arus anuan hubun sinkat 3 fase. Semakin jauh jarak anuan hubun sinkat, maka semakin besar impedansinya yan akan berpenaruh pada besar arus anuan Hasil perhitunan arus hubun sinkat ini akan diunakan pada penentuan settin proteksi,, dan Recloser di sisi incomin maupun outoin penyulan Menentukan Settin, dan Recloser Perhitunan settin relay, dan Recloser menunakan karakteristik standard e. Perhitunan settin peralatan proteksi dimulai dari recloser 2, recloser 1, relay outoin dan relay incomin. Penentuan settin waktu kerja (Top) berdasarkan radin time antar peralatan proteksi sesuai IEEE sebesar 0,2-0,5 detik. Sedankan nilai minimum waktu kerja pada recloser adalah pada interval 0,2-0,4 detik. Berikut merupakan cara menentukan nilai settin,, dan Recloser pada penyulan SRL 4 Trafo 31,5 MVA Gardu Induk Srondol. Recloser 2 SettinTMS (Time Multiple Settin) Isc 3 Φ : 2317 A I FLA : 180 A Top : 0,2 s : 1,2 I FLA Ihubun sinkat 3Φ ,069 SettinTMS (Time Multiple Settin) Isc 3 Φ : 1447 A I FLA : 180 A Top : 0,2 s : 0,5 I FLA 0, 2

4 Proceedins Seminar Nasional Teknik Elektro (FORTEI 2016). Hal Ihubun sinkat 1Φ-tnh 0,2 0,081 RelayOutoin SettinTMS (Time Multiple Settin) Isc 3 Φ :4190 A I nom : 480 A Top : 0,7 s (0,3+0,4) : 1,2 I FLA Ihubun sinkat 3Φ ,7 0,221 SettinTMS (Time Multiple Settin) Isc 3 Φ : 4190 A I nom : 480 A Top : 0,7 s (0,3+0,4) : 0,5 I FLA Ihubun sinkat 1Φ-tnh 0,7 0,294 RelayIncomin SettinTMS (Time Multiple Settin) Isc 3 Φ : 4190 A I FLA : 992 A Top : 1,2 s (0,7+0,5) : 1,2 I FLA Ihubun sinkat 3Φ ,251 1,2 SettinTMS (Time Multiple Settin) Isc 3 Φ : 4190 A I FLA : 992 A Top : 1,2 s (0,7+0,5) : 0,5 I FLA Ihubun sinkat 1Φ-tnh ,33 0,406 1,2 Berikut adalah perbandinan settin,, dan Recloser, pada kondisi eksistin dan perhitunan pada sisi incomin dan outoin. Tabel 9.Perbandinan settin relay, Incomin kondisi eksistin dan perhitunan SettinRelayIncomin Settin Hitun Hitun TMS 0,16 0,251 0,42 0,406 Top (s) 0,77 1,2 1,12 1,2 I set (A) ,33 Tabel 10.Perbandinan settin relay, Outoin kondisi eksistin dan perhitunan Settin Perhitunan Outoin Outoin TMS 0,180 0,221 rasio CT 5/800 5/800 Top (s) 0,6 0,7 primer TMS 0,250 0,294 rasio CT 5/800 5/800 Top (s) 0,6 0,7 primer Tabel 11.Perbandinan settin Recloser kondisi eksistin dan perhitunan Settin Hitun Hitun Reclose r 1 Reclose r 2 Tm s 0,08 0,114 0,15 0 t(s) 0,3 0,4 0,3 0,4 Is Tm s 0,10 0,069 0,15 0,081 t(s) 0,4 0,2 0,4 0, Settin relay yan dipasankan pada penyulan (Outoin) dihitun berdasar arus nominal yan di settin oleh PT. PLN (persero) yaitu sebesar 480 A. Persyaratan yan harus dipenuhi yaitu untuk penyetelan waktu radin time relay di penyulan tidak boleh kuran dari 0,4 s. Keputusan ini diambil aar memberi kesempatan relay outoin bekerja terlebih dahulu sedankan relay

5 Proceedins Seminar Nasional Teknik Elektro (FORTEI 2016). Hal.172 incomin sebaai back up protection jika relay outoin aal bekerja. Waktu tunda setiap peralatan dimulai dari recloser yan diset untuk trip denan delay yan sanat kecil yaitu pada interval 0,2-0,4 detik. Pada relay Outoin penyulan memiliki Top 0,7 detik dan relay incomin memilikitop 1,2 detik. Top tiap peralatan proteksi diset denan selisih 0,2-0,5 detik sesuai denan Standart IEEE Perbedaan nilai TMS pada settin relay kondisi eksistin dan perhitunan dikarenakan pada penentuan nilai dan waktu kerja (Top) yan berbeda, pada kondisi eksistin terdapat kesalahan dalam menentukan nilai waktu kerja (Top) sehina pada sisi recloser, waktu kerja recloser 1 mendahului waktu kerja recloser Koordinasi SettinRelay,, dan Reclose Berikut ini merupakan hasil koordinasi relay yan menhasilkan kurva karakteristik arus terhadap waktu (TCC Curve) dari simulasi menunakan ETAP Koordinasi Settin Relay Penyulan SRL 04 (a) urutan koordinasi saat diberikan anuan 1 fase ketanah. Gambar 4 jua menunjukkan hasil waktu kerja dari koordinasi relay. Gambar 4 (a) dan Gambar 4 (b) menunjukkan kurva TCC ( Time Curve Current) antara arus anuan dan waktu kerja beroperasinya relay untuk dan. Pada settin Recloser SRL 4, Recloser diatur denan tia kali operasi buka tutup, pada operasi ketia recloser akan melakukan operation to lockout yan merupakan aksi terakhir dari recloser untuk membuka secara permanen akibat dari adanya anuan permanen. Untuk kembali ke penaturan semula, anuan terlebih dahulu harus dihilankan dan selanjutnya recloser akan kembali ditutup secara manual. Reclosin duration diatur selama 10 detik setiap operasi bukaan Recloser.. Koordinasi relay antara relay incomin, relay outoin dan recloser pada penyulan SRL 04. Ketika ada anuan palin ujun dari sumber maka yan akan mendeteksi adanya anuan terlebih dahulu yaitu recloser 2 yan di settin denan waktu kerja minimum 0,2, jika recloser 2 tidak bekerja maka anuan akan dideteksi oleh recloser 1 sebaai backup recloser 2 yan di settin denan waktu kerja minimum 0,4 detik, lalu dilanjutkan relay outoin dan relay incomin sebaai back up. Pada Gambar 4 saat terjadi anuan satu fase ke tanah waktu kerja recloser2 0,276 detik, dilanjutkan recloser1 0,565 detik, relay outoin 1,490 detik dan relay incomin 3,438 detik sebaai back up protection. Koordinasi relay pada penyulan SRL 04 dapat dikatakan telah sesuai denan standar kepekaan, kecepatan, dan selektivitas. Recloser di settin denan durasi pemutusan selama 10 detik pada setiap operasi bukaan, recloser beroperasi sebanyak tia kali sampai denan operasi pemutusan secara permanen ( operation to lockout). Hal ini memberikan kesempatan recloser untuk menutup kembali saat terdapat anuan temporer yan dapat hilan sendirinya sehina sistem dapat seera pulih. 3.4 Perbandinan Kurva Karakteristik Arus terhadap Waktu (Time Curve Current) (b) Gambar 4. Tampilan Output Koordinasi Relay pada ETAP SRL 04 (a) Kurva TCC, (b) Kurva TCC Gambar 4 merupakan koordinasi relay dari penyulan SRL 04 denan star-protective device coordination pada simulasi ETAP Gambar 4 menunjukkan Berdasarkan data pada Tabel 9 sampai Tabel 11 settin proteksi relay incomin, outoin, dan recloser kondisi eksistin dan perhitunan dapat diketahui perbedaan bentuk koordinasi kurva karakteristik waktu terhadap arus (Time Curve Current.). Denan menunakan ETAP dapat dihasilkan kurva TCC sebaai berikut. Berikut ini merupakan perbandinan bentuk kurva TCC penyulan SRL 04 hasil koordinasi relay, dan Recloserkondisi eksistin dan perhitunan.

6 Proceedins Seminar Nasional Teknik Elektro (FORTEI 2016). Hal.173 Gambar 5 merupakan perbandinan kurva TCC settin relay kondisi eksistin dan perhitunan. Pada kondisi eksistin, terlihat pada ambar 5 (a) terdapat kesalahan dalam koordinasi proteksi pada baian recloser. Recloser 1 memiliki waktu kerja yan lebih cepat dibandinkan recloser 2 yan terletak lebih dekat denan anuan. Sehina terlihat pada kurva terjadi overlap. (a) (b) (c) Pada ambar 5 (b) Kurva koordinasi waktu kerja relay terhadap arus hasil perhitunan sudah sesuai denan syarat selektivitas peralatan proteksi denan waktu kerja tercepat adalah yan palin dekat denan sumber anuan yaitu Recloser 2, lalu Recloser 1, relay outoin dan relay incomin sebaai backup protection sistem. Koordinasi pada settin perhitunan telah berjalan sesuai denan standar kepekaan, kecepatan, dan selektifitas. Sedankan pada ambar 5 (c) dan 5 (d) merupakan kurva koordinasi relay kondisi eksistin dan perhitunan. Pada kedua kurva telah sesuai denan peralatan proteksi yan terdekat denan anuan lebih dulu bekerja. Perbedaan terjadi pada selisih nilai TMS kedua kondisi. Pada kondisi eksistin, settin TMS Recloser 1 dan recloser 2 bernilai sama. Sedankan pada kondisi perhitunan settin TMS recloser 2 diset lebih kecil dari recloser 1, hal ini dikarenakan recloser 2 merupakan peralatan yan terdekat denan sumber anuan. Penentuan settin waktu kerja peralatan telah sesuai berdasarkan standar IEC 60255, IEEE , dan SPLN 52-3: Waktu Ketahanan Konduktor terhadap Arus Hubun Sinkat Waktu ketahanan konduktor merupakan lama konduktor dapat bertahan ketika teraliri arus anuan hubun sinkat. Waktu settin proteksi harus lebih kecil daripada waktu ketahanan konduktor terhadap arus anuan, sehina peralatan maupun konduktor dapat aman sebelum kerusakan yan diakibatkan arus anuan tersebut setelah melewati waktu ketahanannya. Berikut dapat diketahui waktu ketahanan konduktor pada penyulan SRL 04. Tabel 12. Perbandinan waktu ketahanan konduktor - waktu kerja relayincomin SRL 04 (d) Gambar 5. Kurva karakteristik arus terhadap waktu (TCC) Penyulan SRL 04. (a) Kurva relay kondisi eksistin, (b) Kurva relay kondisi ekistin, (c) Kurva relay hasil perhitunan, (d) Kuva relay hasil perhitunan

7 Proceedins Seminar Nasional Teknik Elektro (FORTEI 2016). Hal.174 Berdasarkan pada Tabel 12 menunjukkan bahwa waktu kerja relayi ncomin adalah minimal 3 kali lebih cepat dari waktu ketahanan konduktor pada penyulan. Pada saat terjadi anuan hubun sinkat 3 fase pada titik 0% penyulan SRL 04, relay incomin akan bekerja pada waktu 1,200 detik sedankan konduktor mampu menahan arus hubun sinkat selama 20,603 detik. Pada perhitunan dipilih waktu kerja pada sisi relay incomin karena merupakan settin waktu kerja yan palin besar dibandinkan denan settin waktu kerja pada sisi recloser dan relay outoin.dari data diatas menunjukkan bahwa saat terjadi anuan, relay mampu bekerja sebelum konduktor pada penyulan menalami kerusakan akibat adanya anuan arus hubun sinkat. 4. Penutup Berdasarkan Tabel 9 sampai Tabel 11 didapatkan bahwa settin relay kondisi eksistin dan perhitunan memiliki perbedaan pada nilai TMS, hal ini terjadi karena penentuan waktu kerja (Top) yan berbeda, pada settin proteksi hasil perbaikan waktu kerja relay ditentukan berdasarkan standar IEC denan tujuan aar dapat dikoordinasikan denan peralatan yan ada di depannya.waktu kerja (Top) pada perhitunan dari masin-masin relay telah memenuhi standar penentuan radin time antar peralatan proteksi yaitu mulai dari Recloser 2 = 0,2 detik, Recloser 1 = 0,3 detik, Relay Outoin = 0,7 detik, dan Relay Incomin = 1,2 detik. Penentuan selisih waktu kerja antar peralatan proteksi (time radin) telah memenuhi standar IEC 60255, IEEE dan SPLN 52-3:1983 denan waktu kerja interval antara 0,2-0,5 detik. Untuk menjaa sistem proteksi aar selalu memenuhi persyaratan kecepatan, sensitifitas, selektivitas dan kepekaan maka perlu adanya penaturan dan pemeliharaan secara berkala seirin denan penambahan jumlah beban dan jarinan. Referensi [1] Sinle Line Diaram Tahun 2015 PT. PLN (Persero) Rayon Semaran Selatan. [2] Data Beban Penyulan Area Semaran Selatan Tahun 2016 PT. PLN (Persero) Area Pelayanan Jarinan (APJ) Distribusi Semaran. [3] Nair S. Divya dan Rhesma Optimal Coordination of Protective Relays. International Conference on Power, Enery and Control (ICPEC). [4] Ramadhan T, Rize Studi Koordinasi Sistem Penaman Penyulan TrafoIV di Gardu Induk Waru. Univeritas Brawijaya. Malan [5] Fathoni, Thariq Penentuan Taret Indeks Keandalan, Drop Teanan, dan Rui Daya pada Feeder SRL07 GI Srondol Menunakan ETAP Universitas Diponeoro. Semaran. [6] Stevenson, William D Analisa Sistem Tenaa Listrik. Erlana. Bandun. [7] IEC 60255, Overcurrent Protection for Phase and Earth Faults. [8] SPLN 52-3 : 1983, Pola Penamanan Sistem, Baian Tia : Sistem Distribusi 6 kv dan 20 kv. [9] SPLN 64 : 1985, Petunjuk pemilihan dan penunaan pelebur pada sistem distribusi teanan menenah. [10] Hewitson, L.G, dkk. Practical Power System Protection. Newnes Publication. Netherlands [11] Pandjaitan, Bonar Praktik-Praktik Proteksi Sistem Tenaa Listrik. Penerbit ANDI. Yoyakarta. [12] Gupta. J. B A Course in Electrical Power. SSMB Publishin Ltd. Sinapore.