SKRIPSI STUDI PENGARUH MUTUAL INDUCTANCE TERHADAP SETTING RELE JARAK PADA SALURAN TRANSMISI DOUBLE CIRCUIT 150 kv ANTARA GI KAPAL GI PEMECUTAN KELOD AHMAD RIDWAN JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
SKRIPSI STUDI PENGARUH MUTUAL INDUCTANCE TERHADAP SETTING RELE JARAK PADA SALURAN TRANSMISI DOUBLE CIRCUIT 150 kv ANTARA GI KAPAL GI PEMECUTAN KELOD AHMAD RIDWAN 1004405021 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
STUDI PENGARUH MUTUAL INDUCTANCE TERHADAP SETTING RELE JARAK PADA SALURAN TRANSMISI DOUBLE CIRCUIT 150 kv ANTARA GI KAPAL GI PEMECUTAN KELOD Skripsi Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana AHMAD RIDWAN 1004405021 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015 ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. Nama : Ahmad Ridwan NIM : 1004405021 Tanda Tangan : Tanggal : 25 Juni 2015 iii
Lembar Pengesahan Skripsi ini diajukan oleh : Nama : Ahmad Ridwan NIM : 1004405021 Jurusan : Teknik Elektro / Sistem Tenaga Listrik Judul Skripsi : Studi Pengaruh Mutual Inductance Terhadap Setting Rele Jarak Pada Saluran Transmisi Double Circuit 150 kv Antara GI Kapal GI Pemecutan Kelod Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) pada Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana DEWAN PENGUJI Pembimbing I : Ir. I Gede Dyana Arjana, MT. Pembimbing II : Ir. I Wayan Arta Wijaya, M.Erg.,MT. Penguji : Ir. I Wayan Rinas,MT. Penguji : Ir. Anak Agung Gede Maharta Pemayun Penguji : I Made Suartika,ST. Ditetapkan di : Kampus Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran Tanggal : 27 Juni 2015 iv
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa atas karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini. Skripsi ini berjudul STUDI PENGARUH MUTUAL INDUCTANCE TERHADAP SETTING RELE JARAK PADA SALURAN TRANSMISI DOUBLE CIRCUIT 150 kv ANTARA GI KAPAL GI PEMECUTAN KELOD. 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 Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. 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, M.Erg.,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. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu - persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga laporan ini bisa selesai tepat pada waktunya. 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. v
Akhir kata, penulis mohon maaf kepada semua pihak jika dalam pembuatan Skripsi ini melakukan kesalahan baik disengaja maupun tidak disengaja. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian laporan ini. Bukit Jimbaran, Juni 2015 Penulis vi
ABSTRAK Sistem proteksi rele jarak pada SUTT 150 kv dibagi dalam berbagai daerah cakupan yakni Zona 1, Zona 2, dan Zona 3. Pada jaringan transmisi double circuit, terdapat aspek teknis yang mempengaruhi jangkauan pengamanan rele jarak, salah satunya adalah pengaruh mutual impedansi. Pengaruh mutual impedansi pada jaringan double circuit dapat timbul mutual inductive coupling (mutual induktansi) diantara dua sirkit tersebut. Selain hal tersebut, adanya perubahan saluran dari satu saluran transmisi menjadi dua saluran transmisi antara GI Kapal GI Pemecutan Kelod, maka besarnya medan listrik berpengaruh terhadap ke dua saluran. Hal ini dapat mempengaruhi impedansi antara saluran 1 dan saluran 2. Dengan adanya mutual induktansi ini maka pada setting rele perlu diperhitungkan untuk mendapatkan setting rele yang lebih akurat. Dalam penelitian ini digunakan metode analisis perhitungan nilai jangkauan impedansi (zone reach), mutual impedance, dan setting impedansi rele jarak. Perhitungan dilakukan berdasarkan referensi. Dengan adanya saluran transmisi double circuit 150 kv antara GI Kapal GI Pemecutan Kelod timbul mutual inductance, hal ini berpengaruh pada nilai impedansi saluran transmisi, zone reach rele jarak, dan juga time actual. Selisih perubahan nilai impedansi total terbesar terdapat pada saluran GI Kapal GI Pemecutan Kelod 1 sebesar 1,58 + j 23,347 Ω atau sekitar 62,58 %, sedangkan selisih nilai impedansi total terkecil terdapat pada GI Pemecutan Kelod GIS Bandara sebesar 1,94 + j 3,59 Ω atau sekitar 17,13 %. Pada zone reach rele jarak GI Kapal GI Pemecutan Kelod 1 semula zone reach nilai impedansi rele jarak pada zone 1 adalah 0,907 + j5,927 (primer) dan 0,48 + j3,16 (secunder), berubah menjadi 0,504 + j2,184 (primer) dan 0,269 + j1,165 (secunder). Time actual pada zone 3 GI Kapal GI Pemecutan Kelod 1 semula 1,6 detik menjadi 1,2 detik. Sedangkan time actual pada daerah cakupan zone 3 GI Kapal GI Pemecutan Kelod 2 semula 1,2 detik menjadi 1,6 detik. Kata Kunci : Rele Jarak, Zone Reach, Mutual Inductance vii
ABSTRACT Distance relay protection system on high voltage transmission line 150 kv divided into different regions of coverage namely zone 1, zone 2, and zone 3. In double circuit transmission lines, there are technical aspects that affect the security of the reach of distance relays, one of which is the mutual influence of impedance. Effect of mutual impedance on double circuit transmission lines can occur mutual inductive coupling (mutual inductance) between two circuits. In addition to this, the line changes from one transmission line to two transmission lines between GI Kapal GI Pemecutan Kelod, then the magnitude of the electric field effect on the two circuits (lines). This can affect the impedance between transmission line 1 and 2. With the mutual inductance, on distance relay settings need to be taken into account to obtain a more accurate setting relay. In this study used methods of calculating the value of the range of impedance analysis (zone reach), mutual impedance, and setting impedance on distance relay. The calculations is performed by references. In the presence of double circuit transmission lines 150 kv between GI Kapal GI Pemecutan Kelod arises mutual inductance, it affects in the value of the transmission line impedance, zone reach relay, and also time actual. Different largest total impedance value changes contained in GI Kapal GI Pemecutan Kelod 1 about 1,58 + j 23,347 Ω or about 62,58%, while the smallest difference in value of the total impedance contained in GI Pemecutan Kelod GIS Bandara by 1,94 + j 3,59 Ω or approximately 17,13%. On distance relay zone reach GI Kapal GI Pemecutan Kelod 1 in zone 1 originally are 0,907 + j 5,927 Ω (primary) and 0,48 + j 3,16 Ω (secondary), transformed into 0,504 + j2,184 Ω (primary) and 0,269 + j1,165 Ω (secondary). Time actual on zone 3 GI Kapal GI Pemecutan Kelod 1 originally 1,6 s to 1,2 s. While time actual on the coverage area of zone 3 GI Kapal GI Pemecutan Kelod 2 originally 1,2 s to 1,6 s. Keywords : Distance Relay, Zone Reach, Mutual Inductance viii
DAFTAR ISI SAMPUL DALAM... i PRASYARAT GELAR... ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv UCAPAN TERIMA KASIH... v ABSTRAK... vii ABSTRACT... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 3 1.4 Manfaat Penelitian... 3 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Tinjauan Mutakhir (State of The Art Review)... 4 2.2 Sistem Proteksi (Pengaman Sistem)... 5 2.3 Rele Jarak (Distance Relay)... 7 2.3.1 Prinsip Kerja Rele Jarak... 9 2.3.2 Setting Rele Jarak... 11 2.3.3 Karakteristik Rele Jarak (Distance Relay)... 13 2.3.3.1 Karakteristik Impedansi... 13 2.3.3.2 Karakteristik Mho (Admitansi)... 13 2.3.3.3 Karakteristik Reaktansi... 14 2.3.3.4 Karakteristik Quadrilateral... 15 2.3.4 Pola Proteksi Rele Jarak (Distance Relay)... 15 2.4 Mutual Induktansi (Mutual Inductance)... 18 ix
2.5 GMD (Geometric Mean Distance) dan GMR (Geometric Mean Radius)... 18 2.6 Impedansi Saluran Transmisi... 19 2.7 Rele Jarak Numerik... 21 2.7.1 Gangguan Fasa (Phase Fault)... 21 2.7.2 Gangguan Terhadap Tanah (Earth Fault)... 22 2.7.3 Sistem Zone Time Actual... 23 BAB III METODE PENELITIAN... 27 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian... 27 3.2 Data... 27 3.2.1 Sumber Data... 27 3.2.2 Jenis Data... 27 3.2.3 Teknik Pengumpulan Data... 27 3.3 Analisis Data... 28 3.4 Alur Analisis... 29 BAB IV PEMBAHASAN... 30 4.1 Jaringan Transmisi 150 kv GI Kapal GI Pemecutan Kelod... 30 4.2 Impedansi Saluran Tanpa Diperhitungkan Mutual Inductance... 32 4.2.1 Saluran Transmisi Antara GI Kapal GI Pemecutan Kelod 1.. 32 4.2.2 Saluran Transmisi Antara GI Kapal GI Pemecutan Kelod 2.. 32 4.2.3 Saluran Transmisi Antara GI Pemecutan Kelod GI Pesanggaran... 33 4.2.4 Saluran Transmisi Antara GI Pemecutan Kelod GIS Bandara... 34 4.2.5 Saluran Transmisi Antara GI Pemecutan Kelod GIS Bandara (UGC)... 35 4.3 Impedansi Saluran Dengan Diperhitungkan Mutual Inductance... 37 4.3.1 Mutual Inductance Pada Saluran Transmisi GI Kapal GI Pemecutan Kelod... 37 x
4.3.2 Mutual Inductance Pada Saluran Transmisi GI Pemecutan Kelod GI Pesanggaran dan GI Pemecutan Kelod GIS Bandara... 38 4.3.2.1 Mutual Inductance Saluran Transmisi Antara GI Pemecutan Kelod GI Pesanggaran... 39 4.3.2.2 Mutual Inductance Saluran Transmisi Antara GI Pemecutan Kelod GIS Bandara... 40 4.4 Analisis Perhitungan Setting Rele Jarak... 43 4.4.1 Setting Rele Jarak Tanpa Diperhitungkan Mutual Inductance.. 43 4.4.1.1 Perhitungan Zone 1 (80%)... 44 4.4.1.2 Perhitungan Zone 2 (120%)... 45 4.4.1.3 Perhitungan Zone 3 (220%)... 48 4.4.2 Setting Rele Jarak Dengan Diperhitungkan Mutual Inductance 51 4.4.2.1 Perhitungan Zone 1 (80%)... 52 4.4.2.2 Perhitungan Zone 2 (120%)... 53 4.4.2.3 Perhitungan Zone 3 (220%)... 55 BAB V SIMPULAN DAN SARAN... 61 5.1 Simpulan... 61 5.2 Saran... 61 DAFTAR PUSTAKA... 62 LAMPIRAN xi
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Impedansi Saluran Tanpa Diperhitungkan Mutual Inductance. Tabel 4.2 Impedansi Saluran Dengan Diperhitungkan Mutual Inductance... Tabel 4.3 36 41 Perbandingan Nilai Impedansi Tanpa Diperhitungkan Mutual Inductance dan Nilai Impedansi Dengan Diperhitungkan Mutual Inductance... 42 Tabel 4.4 Selisih dan Persentase Nilai Impedansi... 43 Tabel 4.5 Setting Rele Jarak Tanpa Diperhitungkan Mutual Inductance.. 58 Tabel 4.6 Setting Rele Jarak Dengan Diperhitungkan mutual inductance. 59 Tabel 4.7 Selisih Setting Rele Jarak... 60 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Daerah Pengamanan (Zone) Rele Jarak... 8 Gambar 2.2 Rangkaian Komponen Dasar Rele Jarak... 10 Gambar 2.3 Jangkauan Zone 1 Tidak Boleh Hingga Terminal Depan... 11 Gambar 2.4 Karakteristik Impedansi... 13 Gambar 2.5 Karakteristik Operasi Dari Rele Jarak Tipe Mho... 14 Gambar 2.6 Karakteristik Reaktansi Dengan Starting Mho... 15 Gambar 2.7 Karakteristik Quadrilateral... 15 Gambar 2.8 Pola Proteksi Basic... 16 Gambar 2.9 Skema PUTT... 16 Gambar 2.10 Skema POTT... 17 Gambar 2.11 Skema Blocking... 17 Gambar 2.12 Medan Magnet Di Sekitar Penghantar... 18 Gambar 2.13 Double Circuit Conductor... 19 Gambar 2.14 Gangguan Antar Fasa (Two Phase Fault)... 22 Gambar 2.15 Gangguan Satu Fasa Terhadap Tanah... 22 Gambar 2.16 Saluran Ekivalen Gangguan Satu Fasa Ke Tanah... 23 Gambar 2.17 Skema Proteksi Zone 1 Pada Rele Jarak... 24 Gambar 2.18 Skema Proteksi Zone 2 Min Pada Rele Jarak... 25 Gambar 2.19 Skema Proteksi Zone 2 Maks Pada Rele Jarak... 25 Gambar 2.20 Skema Proteksi Zone 3 Min Pada Rele Jarak... 26 Gambar 2.21 Skema Proteksi Zone 3 Maks Pada Rele Jarak... 26 Gambar 3.1 Alur Analisis Setting Rele Jarak GI Kapal GI Pemecutan Kelod... 29 Gambar 4.1 Single Line Diagram Sub Sistem Bali 2011... 30 Gambar 4.2 Single Line Diagram Sub Sistem Bali 2014... 31 Gambar 4.3 Pembagian Zone Pengaman Rele Jarak GI Kapal GI Pemecutan Kelod (Tanpa Diperhitungkan Mutual Inductance) xiii 43
Gambar 4.4 Pembagian Zone Pengaman Rele Jarak GI Kapal GI Pemecutan Kelod (Dengan Diperhitungkan Mutual Inductance)... 51 xiv