TUGAS AKHIR ANALISA DAN SOLUSI KEGAGALAN SISTEM PROTEKSI ARUS LEBIH PADA GARDU DISTRIBUSI JTU5 FEEDER ARSITEK Diajukan guna melengkapi sebagian syarat dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1) Disusun Oleh : Nama : Faisal Akhmad NIM : 41412110031 Program Studi : Teknik Elektro PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2016
LEMBAR PERNYATAAN ii
LEMBAR PENGESAHAN iii
KATA PENGANTAR Penulis ucapkan puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia- Nya sehingga laporan tugas akhir ini dapat selesai pada waktunya. Laporan tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi sebagian syarat dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1). Judul dari laporan tugas akhir ini yaitu Analisa dan Solusi Kegagalan Sistem Proteksi Arus Lebih pada Gardu Distribusi JTU5 Feeder Arsitek. Dalam penulisan laporan tugas akhir penulis tidak sedikit mengalami kesulitan, namun dengan kemauan dan kemampuan, serta mendapat dorongan dari berbagai pihak, akhirnya laporan ini dapat diselesaikan. Sehubungan itu, penulis ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penulisan ini. Semoga kebaikan-kebaikannya mendapat rahmat-nya, ucapan terima kasih penulis ajukan kepada : 1. Allah SWT, atas nikmat sehat dan nikmat lainnya yang diberikan kepada penulis. 2. Teguh Irianto dan Nurhaeroh selaku Orang Tua penulis, serta Defi Nurjanah dan Nurannisa selaku adik penulis, atas doa dan dukungannya. 3. Bapak Yudhi Gunardi, ST. MT., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Mercu Buana Jakarta. 4. Bapak Ir. Badaruddin, MT., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir Program Studi Teknik Elektro Universitas Mercu Buana Jakarta. 5. Bapak Pribadi Kadarisman, selaku mentor workshop perhitungan setting dan koordinasi proteksi sistem distribusi di PT. PLN (Persero) Distribusi Jakarta Raya. v
6. Seluruh dosen di lingkungan Universitas Mercu Buana Jakarta, khususnya Dosen Teknik Elektro. 7. Teman-teman di lingkungan Universitas Mercu Buana, khususnya Mahasiswa Teknik Elektro Angkatan 21. 8. Lyla Diah Susanti, yang telah memberikan koreksi dan masukan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini. Penulis menyadari, laporan tugas akhir ini belum sempurna, oleh sebab itu, penulis menerima kritik dan saran dari para pembaca yang dapat disampaikan melalui email ke faisal.akhmad12@gmail.com. Penulis berharap, laporan tugas akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Jakarta, 24 Juni 2016 Penulis, Faisal Akhmad vi
DAFTAR ISI LEMBAR PERNYATAAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii ABSTRAK... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xii LAMPIRAN... xiii DAFTAR SINGKATAN... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Metodologi Penelitian... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI... 6 2.1 Gardu Distribusi... 6 2.1.1 Jenis Gardu Distribusi... 6 2.1.2 Komponen Utama Gardu Pelanggan Khusus... 7 2.2 Sistem Proteksi... 8 2.2.1 Persyaratan Utama Sistem Proteksi... 8 vii
2.2.2 Peralatan Utama Sistem Proteksi... 12 2.2.3 Relai Arus Lebih (Over Current Relay)... 18 2.3 Gangguan-Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik... 20 2.3.1. Gangguan Sistem... 21 2.3.2. Gangguan Non Sistem... 22 2.4 Analisis Gangguan Hubung Singkat... 23 2.5 Perhitungan Arus Hubung Singkat... 25 2.5.1 Perhitungan Impedansi Sumber... 25 2.5.2 Perhitungan Impedansi Trafo Tenaga... 27 2.5.3 Perhitungan Impedansi Feeder... 29 2.5.4 Perhitungan Impedansi Saluran Ekuivalen... 29 2.5.5 Perhitungan Arus Hubung Singkat... 30 2.6 Pemilihan Penyetelan Relai Arus Lebih... 33 2.6.1 Penyetelan Arus Relai... 33 2.6.2 Penyetelan Waktu Relai... 35 BAB III PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA... 37 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian... 37 3.2 Sumber dan Metode Pengumpulan Data... 37 3.2.1 Sumber Data... 37 3.2.2 Pengumpulan Data... 38 3.3 Pengumpulan Data... 38 viii
3.4 Perhitungan Arus Ganguan Hubung Singkat... 44 3.4.1 Menghitung Impedansi Sumber... 44 3.4.2 Menghitung Impedansi Trafo Tenaga... 45 3.4.3 Menghitung Impedansi Penyulang (feeder) 20 kv... 46 3.4.4 Menghitung Impedansi Ekuivalen Jaringan... 48 3.4.5 Menghitung Arus Gangguan Hubung Singkat... 50 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN... 55 4.1 Studi Kasus... 55 4.1.1 RCPS (Root Cause Problem Solving)... 55 4.2 Perancangan Alat Proteksi Gardu Distribusi... 60 4.2.1 Pemasangan CT TR pada Instalasi Tegangan Menengah... 63 4.2.2 Koordinasi Setelan Relai Proteksi... 66 4.3 Pengujian Relai Proteksi... 77 4.3.1 Pengujian Individual Relai... 77 4.3.2 Pengujian Selektifitas... 80 BAB V PENUTUP... 86 5.1 Kesimpulan... 86 5.2 Saran... 87 DAFTAR PUSTAKA... 88 LAMPIRAN... 89 ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bagan satu garis gardu pelanggan khusus... 7 Gambar 2.2 Rangkaian peralatan proteksi... 12 Gambar 2.3 Grafik karakteristik OCR... 18 Gambar 2.4 Fasor tegangan tiga fasa seimbang... 24 Gambar 2.5 Model saluran gangguan satu fasa ke tanah... 30 Gambar 2.6 Model saluran gangguan dua fasa ke tanah... 31 Gambar 2.7 Model saluran gangguan dua fasa... 32 Gambar 2.8 Model saluran gangguan 3 fasa... 33 Gambar 2.9 Skema koordinasi waktu relai... 36 Gambar 3. 1 Single line feeder Arsitek... 38 Gambar 3.2 Tata letak komponen gardu JTU5... 42 Gambar 3.3 Single line gardu JTU5... 42 Gambar 4.1 Ilustrasi studi kasus... 55 Gambar 4.2 Alur RCPS... 56 Gambar 4.3 Gelombang sinusoida dari arus CT... 58 Gambar 4.4 Kondisi single line proteksi existing... 61 Gambar 4.5 Perancangan sistem proteksi gardu JTU5... 61 Gambar 4.6 Konstruksi MV Cell CBOM... 63 Gambar 4.7 Current Transformer Tegangan Rendah jenis ring... 63 Gambar 4.8 Pemasangan CT TR pada instalasi TM... 64 Gambar 4.9 Implementasi pemasangan CT TR... 65 Gambar 4.10 Wiring pengujian relai... 77 Gambar 4.11 Grafik hasil pengujian OCR JTU5... 79 x
Gambar 4.12 Grafik hasil pengujian GFR JTU5... 80 Gambar 4.13 Grafik selektifitas OCR... 82 Gambar 4.14 Grafik selektifitas GFR... 84 xi
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Data teknik trafo 2 GI Maximangando... 39 Tabel 3.2 Data teknik peralatan proteksi outgoing trafo 2... 39 Tabel 3.3 Data penyetelan relai arus lebih outgoing trafo 2... 40 Tabel 3.4 Data teknik feeder Arsitek... 40 Tabel 3.5 Data teknik peralatan proteksi feeder Arsitek... 41 Tabel 3.6 Data penyetelan relai arus lebih feeder Arsitek... 41 Tabel 3.7 Perhitungan impedansi urutan positif dan negatif... 47 Tabel 3.8 Perhitungan impedansi urutan nol... 48 Tabel 3.9 Perhitungan impedansi ekuivalen urutan positif dan negatif... 49 Tabel 3.10 Perhitungan impedansi ekuivalen urutan nol... 50 Tabel 3.11 Perhitungan arus hubung singkat 3 fasa... 51 Tabel 3.12 Perhitungan arus hubung singkat 2 fasa... 52 Tabel 3.13 Perhitungan arus hubung singkat 1 fasa... 53 Tabel 3.14 Data arus gangguan hubung singkat feeder Arsitek... 54 Tabel 4.1 Hasil setelan OCR... 71 Tabel 4.2 Hasil setelan GFR... 76 Tabel 4.3 Hasil pengujian OCR JTU5... 78 Tabel 4.4 Hasil pengujian GFR JTU5... 79 Tabel 4.5 Pengujian selektifitas OCR... 81 Tabel 4.6 Pengujian selektifitas GFR... 83 xii
LAMPIRAN Lampiran 1. Surat keterangan dari Perusahaan... 89 Lampiran 2. Wiring Diagram relai Multilin 350... 90 Lampiran 3. Blok diagram terminal relai Multilin 350... 91 Lampiran 4. Hasil pengujian CT TR rasio 800/5 A... 92 Lampiran 5. Alat uji relai merk SMC tipe PTE 100C... 95 Lampiran 6. Spesifikasi kabel tanah tipe NA2XSEBY... 96 Lampiran 7. Konstruksi terminasi Outdoor dan Indoor... 97 Lampiran 8. Dokumentasi... 98 xiii
DAFTAR SINGKATAN 1. ACB (Air Circuit Breaker) 2. CB (Circuit Breaker) 3. CBOM (Circuit Breaker Outgoing Metering) 4. CT (Current Transformer) 5. GCB (Gas Circuit Breaker) 6. GFR (Ground Fault Relay) 7. GH (Gardu Hubung) 8. GI (Gardu Induk) 9. IDMT (Inverse Definite Minimum Time) 10. KHA (Kuat Hantar Arus) 11. kva (kilo volt ampere) 12. LBS (Load Break Switch) 13. MOC (Moment Over Current) 14. MVA (Mega volt ampere) 15. MV (Medium Voltage) 16. OCB (Oil Circuit Breaker) 17. OCR (Over Current Relay) 18. OLR (thermal Over Load Relay) 19. PT (Potential Transformer) 20. PMS (Pemisah) 21. PMT (Pemutus Tenaga) 22. PHB-TM (Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Menengah) 23. PHB-TR (Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Rendah) xiv
24. RCPS (Root Cause Problem Solving) 25. SKTM (Saluran Kabel Tegangan Menengah) 26. SKTT (Saluran Kabel Tegangan Tinggi) 27. SUTM (Saluran Udara Tegangan Menengah) 28. SUTT (Saluran Udara Tegangan Tinggi) 29. TDL (Tarif Dasar Listrik) 30. TMS (Time Multiple Setting) 31. UPS (Uninterrupt Power Supply). 32. VCB (Vacuum Circuit Breaker) 33. XLPE (Crosslinked Polyethylene) xv