ABSTRAK Transformator 3 pada GI Pesanggaran mendapat penambahan 4 blok pembangkit dengan daya maksimum sebesar 60 MW daya dari keempat blok pembangkit tersebut digunakan untuk mensuplai beban penyulang di GI Pesanggaran. Selain itu daya pembangkit juga disalurkan ke sistem transmisi di GI Pesanggaran melalui Transformator 3 kemudian masuk menuju GI Nusa Dua, Penambahan daya pada Transformator 3 dengan kapasitas maksimum 60 MVA ini beresiko karena dapat menyebabkan Transformator 3 bekerja melebihi kapasitas kerja normal sebesar 85 %, maka untuk mengamankan Transformator 3 dipasang sistem Rele OGS (Over Generator Shedding) di sistem distribusi 20 kv, yang berfungsi untuk membatasi daya dari pembangkit yang disalurkan ke Transformator 3. Penelitian ini membahas perhitungan untuk mendapatkan setting arus dan waktu kerja Rele OGS dan OCR (Over Current Relay) sebagai sistem proteksi Transformator 3. Setelah didapat hasil setting arus dan waktu kerja kedua Rele tersebut, maka dilakukan analisis antara setting rele hasil perhitungan dengan setting rele yang terpasang pada Transformator 3 di GI Pesanggaran. Hasil dari perhitungan setting arus Rele OGS diperoleh nilai sebesar 1600 A dan setting waktu kerja 2 detik karena karakteristik rele dipakai adalah definite. Sedangkan untuk Rele OCR diperoleh setting arus Rele OCR 2078,4 A dan setting waktu kerja 1,27 detik. Untuk hasil perhitungan koordinasi didapat waktu kerja Rele OGS adalah 2 detik untuk mengatasi gangguan overload pada Transformator 3, sedangkan waktu kerja OCR untuk mengatasi gangguan hubung singkat adalah 1,27 detik. Kata Kunci : Rele OGS (Over Generator Shedding), OCR (Over Current Relay), Transformator. vii
ABSTRACT Transformer 3 on GI Pesanggaran gets additional 4 blocks generator with a maximum power of 60 MW of power from the four blocks of the plant is used to supply the load feeders in GI Pesanggaran. Besides the power plant is also supplied to the transmission system in the GI Pesanggaran through the transformer 3 and then enters the GI Nusa Dua, doubling the power to the transformer 3 with a maximum capacity of 60 MVA is risky because it can cause the transformer 3 work exceeds the capacity of the normal work of 85%, then to Transformer 3 installed system secures Relay OGS (Over Generator Shedding) at 20 kv distribution system, which serves to limit the power of the generator supplied to transformer 3. This study discusses the calculations to obtain current setting and working time Relay OGS and OCR (Over Current Relay) as a protection system of Transformer 3. Having obtained the results of the current setting and working time of the both relay, then do the analysis of between the calculation results with the setting relay which mounted on a transformer 3 in GI Pesanggaran. The results of the calculation of the current setting of OGS Rele obtained a value of 1600 A and setting the working time of 2 seconds for relays used are definite characteristics. As for the OCR Rele Rele obtained the current setting of 2078.4 OCR A and setting the working time of 1.27 seconds. For coordination calculation results obtained Rele OGS working time is 2 seconds to overcome the problems overload on transformers 3, while the OCR working time of 1.27 seconds to overcome short circuit. Keywords : Relay OGS (Over Generator Shedding), OCR (Over Current Relay), Transformer. 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 DAFTAR SINGKATAN... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 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 Tinjauan Pustaka... 6 Sistem Tenaga Listrik... 6 2.3 Transformator Tenaga... 8 2.3.1 Komponen Utama Transformator Tenaga... 8 2.3.2 Penentuan Kapasitas Transformator... 11 2.4 Dasar - Dasar Sistem Pengaman... 12 2.4.1 Sistem Pengaman... 12 2.4.2 Fungsi Rele Pengaman... 13 2.4.3 Syarat - Syarat Rele Pengaman... 14 2.5 Bagian - Bagian Sistem Pengaman... 16 ix
2.5.1 Rele... 16 2.5.1.1 Jenis Jenis Rele... 18 2.5.1.2 Bagian Bagian Rele... 18 2.5.1.3 Prinsip Dasar Rele... 19 2.5.1.4 Klasifikasi Rele... 19 2.5.2 Transduser... 21 2.5.3 Pemutus Tenaga (Circuit Breaker)... 22 2.6 Sistem Pengaman Transformator... 23 2.7 Prinsip Kerja Rele arus lebih / Over Current Relay (OCR)... 25 2.7.1 Rele Arus Lebih Seketika... 26 2.7.2 Rele Arus Lebih Waktu Tertentu... 27 2.7.3 Rele Arus Lebih Waktu Terbalik... 28 2.7.4 Prinsip Dasar Perhitungan Setting Rele Arus Lebih... 29 2.7.5 Prinsip Dasar Perhitungan Penyetelan Waktu... 30 2.8 Gangguan Hubung Singkat (Short Circuit Fault)... 32 2.8.1 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa... 34 2.8.2 Gangguan hubung singkat dua fasa... 35 2.8.3 Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah... 37 2.9 Prinsip Dasar Perhitungan Arus Hubung Singkat... 38 2.10 Over Generator Shedding (OGS)... 40 BAB III METODE PENELITIAN... 42 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 42 3.2 Data... 42 3.2.1 Sumber Data... 42 3.2.2 Jenis Data... 42 3.2.3 Metode Pengumpulan Data... 42 3.3 Analisis data... 43 3.4 Alur Analisis... 44 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 45 4.1 Gambaran Umum Gardu Induk Pesanggaran... 45 4.2 Data Sistem Kelistrikan Pada Gardu Induk Pesanggaran... 47 x
4.2.1 Data Besar Kapasitas Transformator Pada Gardu Induk Pesanggaran... 47 4.2.2 Data Kapasitas Pembangkit di Gardu Induk Pesanggaran... 47 4.2.3 Data Beban Transformator 3... 49 4.2.4 Data Transformator 3 di GI Pesanggaran... 49 4.2.5 Data rele terpasang pada Transformator 3 di Gardu Induk Pesanggaran... 50 4.2.6 Perhitungan arus hubung singkat pada Bus Bar di sisi 150 kv dan di sisi 20 kv... 50 4.3 Perhitungan Setting Rele OGS (Over Generator Shedding) di Gardu Induk Pesanggaran... 52 4.3.1 Penentuan Setting Arus Rele OGS (Over Generator Shedding) di Gardu Induk Pesanggaran... 53 4.3.2 Simulasi Kerja Rele OGS di Gardu Induk Pesanggaran Saat Terjadi Gangguan Penyulang :... 56 4.4 Hasil Perhitungan Setting Rele Arus Lebih (Over Current Relay) di Gardu Induk Pesanggaran... 59 4.4.1 Hasil Perhitungan Setting Rele Arus Lebih (OCR) pada sisi 150 kv Transformator 3... 59 4.4.2 Hasil Perhitungan Setting Rele Arus Lebih (OCR) pada sisi 20 kv Transformator 3... 61 4.5 Koordinasi Setting Rele OGS dan OCR di Tranformator III Gardu Induk Pesanggaran... 64 4.6 Analisis perbandingan dari rele terpasang dan rele hasil perhitungan pada Transformator 3 di Gardu Induk Pesangggaran... 66 BAB V PENUTUP... 68 5.1 Simpulan... 68 5.2 Saran... 69 DAFTAR PUSTAKA... 70 xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Konstanta Perhitungan Waktu Tunda Rele Arus Lebih Waktu Terbalik... 32 Tabel 4.1 Data Besar Kapasitas Transformator Pada Gardu Induk Pesanggaran. 47 Tabel 4.2 Data Kapasitas Pembangkit di Gardu Induk Pesanggaran... 48 Tabel 4.3 Data Beban Penyulang Transformator 3... 49 Tabel 4.4 Data Spesifikasi Transformator 3... 49 Tabel 4.5 Data Rele Pada Transformator 3 di Gardu Induk Pesanggaran... 50 Tabel 4.6 Skema setting arus dan waktu kerja Rele OGS... 55 Tabel 4.7 Data Beban Penyulang Transformator 3... 56 Tabel 4.8 Data Kapasitas Pembangkit PLTD C1, C3 dan PLTD D1... 57 Tabel 4.9 Tabel rele terpasang dan rele hasil perhitungan pada sisi 150 kv... 66 Tabel 4.10 Tabel rele terpasang dan rele hasil perhitungan pada sisi 20 kv... 66 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram satu garis sistem distribusi tenaga listrik... 7 Gambar 2.2 Konstruksi belitan transformator... 9 Gambar 2.3 Gambaran fisik belitan transformator tenaga... 9 Gambar 2.4 Komponen-komponen internal transformator... 9 Gambar 2.5 Sistem pengaman sederhana... 16 Gambar 2.6 Elemen dasar rele... 19 Gambar 2.7 Rangkaian Sederhana Rele Arus Lebih Seketika Dan Karakteristiknya... 26 Gambar 2.8 Rangkaian Sederhana Rele Arus Lebih Waktu Tertentu dan Karakteristiknya... 27 Gambar 2.9 Rangkaian Sederhana Rele Arus Lebih Waktu Terbalik dan Karakteristiknya... 28 Gambar 2.10 Gangguan Tiga Fasa... 34 Gambar 2.11 Gangguan hubung singkat dua fasa... 35 Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen urutan gangguan hubung singkat dua fasa... 36 Gambar 2.13 Gangguan satu fasa ke tanah... 37 Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen urutan gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah... 38 Gambar 3.1 Diagram Alur Analisis Skripsi... 44 Gambar 4.1 Single Line Diagram Transformator 3... 46 Gambar 4.2 Hasil Grafik koordinasi setting rele OGS dan OCR di Gardu Induk Pesanggaran... 64 xiii
DAFTAR SINGKATAN PLN = Perusahaan Listrik Negara CT = Current Transformer atau trafo arus PT = Potensial Transformer atau trafo tegangan PMT = Pemutus Tenaga OCR = Over Current Relay OGS = Over Generator Shedding GI = Gardu Induk APB = Area Pengatur Beban APP = Area Pelaksana Pemeliharaan PLTD = Pembangkit Listrik Tenaga Diesel PMS = Disconnecting Switch atau Pemisah CB = Circuit Breaker VT = Voltage Transformer kv = Kilo Volt MVA = Mega Volt Ampere MW = Mega Watt xiv
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Single Line Diagram Gardu Induk Pesanggaran 2015... 73 Lampiran 2. Single Line Diagram Sistem Distribusi 20 kv GI Pesanggaran... 74 Lampiran 3. Data Pembangkit di Gardu Induk Pesanggaran... 75 Lampiran 4. Data Beban Transformator di GI Pesanggaran... 76 Lampiran 5. Data Transformator 3 di GI Pesanggaran... 77 Lampiran 6. Data Scanning Setting Proteksi Trafo 3 dan Rele OGS... 78 Lampiran 7. Tabel Target Trip OLS OGS Bali... 80 xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini Bali merupakan daerah dengan tingkat pertumbuhan beban yang pesat khususnya di daerah Bali Selatan. Daerah tersebut dikenal sebagai salah satu daerah pusat pariwisata yang sering digunakan untuk acara-acara bertaraf internasional seperti Asia Pacific Media Forum (APMF) dan Bali & Beyond Travel Fair, sehingga dengan semakin berkembangnya industri pariwisata tersebut akan berpengaruh juga terhadap bertambahnya penggunan energi listrik. PT PLN (Persero) sebagai perusahaan yang mensuplai energi listrik berupaya meningkatkan suplai daya di daerah Nusa Dua, karena terbatasnya lahan di GI Nusa Dua sehingga tidak terdapat tempat untuk menaruh pembangkit baru. Sehingga penambahan daya dilakukan pada GI Pesanggaran karena GI Pesanggaran merupakan salah satu GI yang mensuplai daya listrik untuk Gardu Induk Nusa Dua. Gardu Induk Pesanggaran sendiri memiliki 3 unit transformator yaitu Transformator 3, Transformator 4, Transformator 5 yang semuanya berkapasitas 60 MVA. Penambahan daya di GI Pesanggaran dilakukan dengan menambah 4 blok pembangkit pada Transformator 3 di Gardu Induk Pesanggaran dengan keseluruhan kapasitas maksimumnya 60 MW. Daya dari pembangkit ini akan digunakan untuk mensuplai beban penyulang pada sistem 20 kv sebesar 29,97 MW. Selain digunakan untuk mensuplai beban penyulang di GI Pesanggaran daya dari pembangkit juga masuk ke Transformator 3 di GI Pesanggaran yang kemudian dialirkan ke sistem 150 kv untuk mensuplai GI Nusa Dua sebesar 30,03 MW. Penambahan daya dari 4 blok pembangkit dengan kapasitas maksimum 60 MW pada Transformator 3 ini tentu beresiko. Ketika beban pada penyulang 20 kv di GI Pesanggaran trip karena gangguan atau kelebihan beban pada penyulang, maka beban penyulang yang menyerap daya pembangkit akan berkurang. Berkurangnya beban penyulang yang menyerap daya dari pembangkit akan menyebabkan suplai daya dari pembangkit dialirkan ke sistem 150 kv melewati 1
2 Transformator 3 menuju GI Nusa Dua menjadi lebih besar, besarnya daya dari pembangkit yang dialirkan ke sistem 150 kv akan menyebabkan transformator 3 juga akan bekerja lebih berat. Dalam hal ini persentase pembebanan transformator adalah 85% dari kapasitas maksimum transformator (Warman, 2004). Pembangkitan daya yang menyamai atau melampaui kapasitas transformator akan menyebabkan arus yang mengalir pada transformator juga meningkat akibatnya terjadi kenaikan suhu pada unit transformator. Maka dari itu diperlukan suatu pengaman yang dapat membatasi daya dari pembangkit yang masuk ke Transformator 3, sehingga kontinyuitas aliran daya di GI Pesanggaran dapat tetap terjaga. Berdasarkan permasalahan tersebut maka dilakukan analisis sistem Rele OGS (Over Generation Shedding) pada sistem distribusi 20 kv di Gardu Induk Pesanggaran untuk menanggulangi kelebihan beban di transformator 3. Rele OGS ini bekerja dengan membaca besaran arus yang mengalir masuk ke transformator. Jika terjadi aliran arus yang melebihi arus setting dari rele tersebut maka rele akan bekerja sesuai waktu kerja yang telah di-setting dengan mengirimkan sinyal untuk membatasi daya dari unit pembangkit. Sehingga diharapkan setelah daya dari pembangkit dikurangi maka transformator yang tadinya mengalami kelebihan beban akan kembali normal. Sehingga kontinyuitas aliran daya di GI Pesanggaran tetap terjaga dengan baik. 1.2 Rumusan Masalah Adapun Rumusan masalah dari penulisan skripsi ini adalah, berapa nilai setting arus dan waktu dari Rele OGS untuk membatasi kerja pembangkit sehingga transformator 3 tidak bekerja melebihi kapasitas kerja normal transformator sebesar 85%? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penulisan skripsi ini adalah untuk mendapatkan nilai setting arus dan waktu dari rele OGS untuk membatasi kerja pembangkit sehingga transformator 3 tidak bekerja melebihi kapasitas kerja normal transformator
3 sebesar 85% sehingga kontinyuitas aliran daya Gardu Induk Pesanggaran tidak terganggu. 1.4 Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini adalah didapatkan suatu setting proteksi pada sistem transformator 3 dengan rele OGS ketika terjadi gangguang pada penyulang yang menyebabkan suplai daya dari pembangkit melebihi kapasitas kerja normal Transformator 3 sebesar 85%. 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Karena kompleksnya permasalahan yang ada, maka perlu dilakukan pembatasan masalah mengenai analisis yang akan dikaji dengan mengambil asumsi-asumsi sebagai berikut : 1. Hanya membahas permasalahan proteksi transformator, setting rele OGS di system distribusi 20 kv akibat gangguan arus pembangkitan lebih generator di Gardu Induk Pesanggaran dan analisis setting rele OCR pada sistem transmisi 150 kv dan sistem distribusi sekunder 20 kv. 2. Pembangkitan daya listrik diasumsikan penuh. 3. Tidak membahas proses pembangkitan.