PDF - Jurnal UNESA

Analisis Sistem Koordinasi OCR pada Gardu Induk Sukolilo
ANALISIS SISTEM KOORDINASI OVER CURRENT RELAY (OCR) PADA GARDU INDUK (GI)
150 kV SUKOLILO
Fendy Gilang Hernantyo
S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
e-mail : [email protected]
Subuh Isnur Haryudo
S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
e-mail : [email protected]
Abstrak
Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan pokok saat ini. Untuk itu di dalam penyaluran energi listrik
diperlukan kontinuitas pelayanan yang baik agar pelayanan pendistribusian energi listrik stabil. Komponen
utama agar penyaluran energi listrik tetap stabil adalah setting dan koordinasi dari pengaman yang peka,
selektif, dan handal dalam menanggapi adanya gangguan sehingga tidak berdampak buruk terhadap peralatan
listrik yang digunakan. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa besaran nilai setting dan karakteristik
OCR yang digunakan di Gardu Induk (GI) Sukolilo serta mengetahui koordinasi dari OCR yang digunakan
dengan menggunakan software ETAP 12.6.0. Hasil penelitian menunjukan bahwa adanya gangguan arus
dapat berpengaruh pada respon OCR (Over Current Relay) dalam menangani suatu gangguan pada
transformator 150/20 KV.
Kata Kunci : Transformator 150/20 KV, Over Current Relay, Gardu Induk.
Abstract
Electrical energy is one of the basic needs nowadays. Therefore, the distribution of electrical energy requires
continuity of good service to make the distribution services of electrical energy stable. The main components to
keep the stability of electrical energy distribution are the setting and coordination of OCR which are sensitive,
selective, and reliable in responding to disturbances that can affect the use of electrical appliances. This research
focused on analyzing the setting value and characteristics of OCR used in Sukolilo substation. Furthermore, it also
identified the coordination of the OCR by using ETAP 12.6.0 software. The results of the research showed that the
current noise can affect the response of OCR (Overcurrent Relay) to deal with a disturbance at 150/20 KV
transformer.
Keywords: 150/20 kV Transformer, Overcurrent Relay, substation.
Penyaluran energi listrik melibatkan 4 komponen
penting yaitu pusat pembangkit, jaringan-jaringan
transmisi, jaringan distribusi, dan beban. Jaringan
transmisi merupakan penghubung antara pusat
pembangkit dengan jaringan distribusi yang nantinya
akan dilanjutkan ke konsumen-konsumen. Di Indonesia
tegangan transmisi yang digunakan adalah 70 KV, 150
KV, dan 500 KV. Penurunan tegangan transmisi ke
distribusi dilakukan di Gardu Induk. Sedangkan jaringan
distribusi yang digunakan di Indonesia meliputi jaringan
tegangan menengah 20 KV, dan jaringan tegangan
rendah 220/380 V.
PENDAHULUAN
Energi listrik merupakan kebutuhan yang sangat
penting dan tak tergantikan di masa sekarang dan yang
akan datang. Seiring dengan berkembangnya teknologi
dalam kehidupan sehari-hari maupun teknologi dalam
bidang industri dan mayoritas teknologi tersebut
membutuhkan energi listrik sebagai sumber utama. PT
(PLN) sebagai salah satu produsen listrik dituntut untuk
memberikan pelayanan dan penyediaan energi listrik
yang baik agar kontinuitas, keandalan,efisiensi
penyaluran energy listrik tetap terjaga kualitasnya.
Di dalam penyaluran energi listrik, diperlukan
kontinuitas pelayanan yang baik kepada konsumen. Hal
ini akan mempengaruhi keandalan sistem dan
menyebabkan tejadinya pemadaman apabila keandalan
sistem kurang baik sehingga konsumen akan merasa
dirugikan.(Hidayatullah Rahmat dkk. 2012)
Dalam pendistribusian energi listrik tidak bisa
dihindari tentang adanya gangguan-gangguan baik di
pusat pembangkit, jaringan transmisi, jaringan distribusi,
maupun pada beban. Salah satu gangguan yang terjadi
adalah gangguan hubung singkat. Gangguan hubung
singkat ini akan menimbulkan lonjakan arus yang besar
sehingga diperlukan adanya sistem proteksi dalam
55
Jurnal Teknik Elektro, Volume 05 Nomor 03 Tahun 2016, 0 - 60
jaringan distribusi untuk mengatasi lonjakan arus yang
besar tersebut agar tidak merusak peralatan listrik yang
digunakan. Salah satu komponen proteksi untuk
mengatasi gangguan tersebut adalah Over Current Relay
(OCR).
Agar relay tersebut bekerja secara handal maka perlu
dilakukan perawatan dan penyetelan diantaranya setting
waktu dan setting arus. Sistem proteksi yang handal dapat
segera mengantisipasi gangguan sedini mungkin dan
meminimalisir efek yang terjadi akibat gangguan
sehingga tidak mempengaruhi bagian lain dari sistem
yang tidak terganggu (normal). Hal ini diperlukan sistem
proteksi yang handal sehingga bisa memisahkan bagian
sistem yang terganggu dengan bagian sistem lainnya
yang tidak terganggu tersebut dapat terus bekerja. Untuk
mengetahui system proteksi sudah bekerja saling
berkoordinasi antar gardu induk diperlukan analisis
koordinasi penyetelan rele yang digunakan pada system
proteksi tersebut.
Gangguan-Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik
Gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik
sangat beragam besaran dan jenisnya. Secara umum
klasifikasi gangguan pada system tenaga listrik
disebabkan oleh 2 faktor, yaitu pertama gangguan yang
berasal dari system dan yang kedua gangguan yang
berasal dari luar system. (Suswanto, Daman. 2009. ;
Sadeh, Javad. 2005.)
Bila ditinjau dari segi lamanya waktu gangguan, maka
dapat dikelompokkan menjadi gangguan yang bersifat
temporer. Gangguan yang bersifat temporer ini apabila
terjadi gangguan, maka gangguan tersebut tidak akan
lama dan dapat normal kembali. Gangguan ini dapat
hilang dengan sendirinya atau dengan memutus sesaat
bagian yang terganggu dari sumber tegangannya. Yang
kedua adalah gangguan yang bersifat permanen.
Gangguan permanen tidak akan dapat hilang sebelum
penyebab gangguan dihilangkan terlebih dahulu.
Gangguan yang bersifat permanen dapat disebabkan oleh
kerusakan peralatan, sehinggga gangguan ini baru hilang
setelah kerusakan ini diperbaiki atau karena ada sesuatu
yang
mengganggu
secara
permanen.
Untuk
membebaskannya diperlukan tindakan perbaikan atau
menyingkirkan penyebab gangguan tersebut. (Agung,
Achmad Imam. 2014)
Gangguan Hubung Singkat
1. Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa
Gangguan yang terjadi dimana ketiga fasa
terhubung singkat.
Gambar 1 Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa
(Davis William Patrick. 2012 ; IEEE Std C37.113-1999.)
2.
Gangguan Antar Fasa
Gangguan yang bisa terjadi antara fasa R&S,
fasa T&S atau R&T terhubung singkat.
Gambar 2 Gangguan Hubung Singkat Antar Fasa
(Davis William Patrick. 2012 ; IEEE Std C37.113-1999.)
Gangguan ini terjadi jika 2 fasa terhubung singkat
3.
Gangguan 2 Fasa Ketanah
Gangguan yang bisa terjadi apabila 2 fasa
terhubung ketanah.
Gambar 3 Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa Ketanah
(Davis William Patrick. 2012 ; IEEE Std C37.113-1999.)
4.
Gangguan 1 Fasa Ketanah
Gangguan yang terjadi pada salah satu fasa.
Gambar 4 Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa Ketanah
(Davis William Patrick. 2012 ; IEEE Std C37.113-1999.)
Analisis Sistem Koordinasi OCR pada Gardu Induk Sukolilo
Sistem yang akan dibahas adalah pada Transformator
1 dan pada incomming. Studi kasus akan dilakukan untuk
melihat setting Over Current Relay (OCR) sebagai
proteksi terhadap arus gangguan di jaringan. Besar arus
yang mengalir yang diperoleh dari simulasi aliran daya
digunakan untuk menentukan setting relay arus lebih
yang digunakan sebagai pengaman di busbar.
Data Transformator 1
Tipe : ALSTHOM
P : 50 MVA
E : 150 KV/20 KV
Z : 9,2 %
Tipe Pendingin : ONAN/ONAF
Data Transformator 2
Tipe : PASTI
P : 60 MVA
E : 150 KV/20 KV
Z : 12,661 %
Tipe Pendingin : ONAN/ONAF
Data Transformator 3
Tipe : TELK
P : 60 MVA
E : 150 KV/20 KV
Z : 11,67 %
Tipe Pendingin : ONAN/ONAF
Data OCR
Sisi Incomming
Merk
: GEC ALSTOM
Type
: MCGG - 22
Arus Nominal
:5A
Rasio CT
: 1600/5
t
: 0.5
Kurva
: Standard Invers
Sisi Primer Transformator 1
Merk
: GEC ALSTOM
Type
: MCGG - 22
Arus Nominal
:5A
Rasio CT
: 400/5
t
: 0.35
Kurva
: Standard Invers
Sisi Sekunder Transformator 1
Merk
: SEG
Type
: MR13
Arus Nominal
:5A
Rasio CT
: 2000/5
t
: 0.2
Kurva
: Standard Invers
Syarat-Syarat Relay Pengaman
Syarat-syarat agar peralatan relay pengaman dapat
dikatakan bekerja dengan baik dan benar adalah cepat
bereaksi yaitu relay harus cepat bereaksi / bekerja bila
sistem mengalami gangguan atau kerja abnormal. Selektif
adalah kecermatan pemilihan dalam mengadakan
pengamanan, dimana haI ini menyangkut koordinasi
pengamanan dari sistem secara keseluruhan. Kepekaan /
sensitive yaitu relay harus dapat bekerja dengan kepekaan
yang tinggi, artinya harus cukup sensitive terhadap
gangguan didaerahnya meskipun gangguan tersebut
minimum, selanjutnya memberikan jawaban / respon.
Keandalan / reliabiIity dihitung dengan jumlah relay
bekerja / mengamankan daerahnya terhadap jumlah
gangguan
yang
terjadi.
(Alawiy,
Muhammad
Taqqiyyudin.2006 ; Marsudi, Djiteng. 2005.)
Relay Arus Lebih (Over Current Relay)
Ada 3 macam jenis relay arus lebih, yaitu pertama
relay arus lebih seketika (moment-instantaneous). Relay
arus lebih seketika adaIah jenis relay arus lebih yang
paling sederhana dimana jangka waktu kerja relay yaitu
mulai saat relay mengalami pick-up sampai selesainya
kerja relay sangat singkat yakni sekitar 20 s/d 100 mili
detik tanpa adanya penundaan waktu. Kedua relay arus
lebih waktu tertentu (definite time). Relay arus lebih
waktu tertentu adalah jenis relay arus lebih dimana jangka
waktu tergantung dari besarnya arus setting, melebihi arus
setting maka waktu kerja relay ditentukan oleh waktu
setting-nya. Ketiga relay arus lebih berbanding terbaIik
(inverse). Relay arus lebih dengan karakteristik waktuarus berbanding terbalik adalah jenis relay arus lebih
dimana jangka waktu relay muIai pick-up sampai dengan
selesainya kerja relay tergantung dari besarnya arus yang
melewati kumparan relaynya, maksudnya relay tersebut
mempunyai sifat terbalik untuk nilai arus dan waktu
bekerjanya. (Almas, Mohammad Shoaib. 2012. ; P. M.
Anderson. 1999)
METODE PENELITIAN
Sistem Kelistrikan Gardu Induk Sukolilo
Gambar 5 Diagram Single Line Gardu Induk
57
Jurnal Teknik Elektro, Volume 05 Nomor 03 Tahun 2016, 0 - 60
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Perhitungan dan Simulasi
OCR Sisi Sekunder Trafo 1
Arus gangguan hubung singkat (If) yang timbul adalah
sebesar 2,67 kA, dengan I set OCR yang digunakan
sebesar 320 A. Maka untuk menghitung setting waktu
nya adalah
{(
)
}
{
Setelah dilakukan analisis perhitungan diatas,
selanjutnya dilakukan perbandingan hasil perhitungan
dengan data eksisting (lapangan) yang digunakan di
Gardu Induk Sukolilo.
Tabel 1 Perbandingan Eksisting dan Perhitungan Trafo 1
Relay
Eksisting
Perhitungan
Sisi Incomming
0,5 s
0,307 s
Sisi Primer
0,35s
0,25 s
Sisi Sekunder
0,2 s (inv)
0,12 s
}
(
)
{
}
OCR Sisi Primer Trafo 2
Arus gangguan hubung singkat (If) yang timbul adalah
sebesar 2,67 kA, dengan I set OCR yang digunakan 240
A. Maka untuk menghitung setting waktu nya adalah
{(
)
}
{
}
(
Jika dilihat dari data eksisting terdapat perbedaan waktu
antara eksisting dan perhitungan. Ini dikarenakan arus
gangguan yang timbul dalam simulasi tidak sama persis
dengan arus gangguan yang timbul di lapangan. Oleh
karena itu setting eksisting disesuaikan dengan
kemampuan peralatan dalam menahan lonjakan arus yang
timbul.
Setelah dilakukan analisis perhitungan diatas didapat
nilai setting waktu yang kemudian disimulasikan
menggunakan program ETAP 12.6.0. Untuk simulasi
bagian trafo 1 dan incomming diperlihatkan dalam
gambar berikut :
Simulasi Incomming dan Trafo 1
)
{
}
OCR Sisi Incomming
Arus gangguan hubung singkat (If) yang timbul adalah
sebesar 2,67 kA, dengan I set OCR yang dignakan
sebesar 352 A. Maka untuk menghitung setting waktu
nya adalah
{(
)
{
}
}
(
{
)
}
Gambar 6 Simulasi pada Trafo 1
Analisis Sistem Koordinasi OCR pada Gardu Induk Sukolilo
Gambar 7 Kurva Hasil Simulasi pada Trafo 1
Gambar 9 Kurva Hasil Simulasi pada Trafo 2
Dilihat dari kurva kerja relay pada trafo 1, jika terjadi
gangguan maka relay yang bekerja pertama adalah relay
11 (pada sisi sekunder) kemudian relay 9 (pada sisi
primer) dan terakhir relay 1 pada sisi incomming. Hal ini
sudah sesuai karena jika rele 11 tidak bekerja secara
optimal maka lonjakan arus yang besar akan masuk ke
trafo 1 dan mengakibatkan kerusakan peralatan listrik.
Dari grafik kurva diatas dapat dilihat kinerja relay dari
transformator. Relay yang akan bekerja terlebih dahulu
adalah relay 10 (sisi sekunder) kemudian relay 8 (sisi
primer). Pada relay 8 tidak adanya setting dari
instantaneous. Sedangkan pada relay 10 terdapat setting
instantaneous dengan time delay sebesar 0,7 detik.
Simulasi Trafo 3
Simulasi pada Trafo 2
Gambar 8 Simulasi pada Trafo 2
Gambar 10 Simulasi pada Trafo 3
59
Jurnal Teknik Elektro, Volume 05 Nomor 03 Tahun 2016, 0 - 60
beban yang ada, agar kontinuitas penyaluran tenaga
listrik dapat terjamin.
Bagi mahasiswa Teknik Elektro Universitas Negeri
Surabaya diharapkan menggunakan penelitian ini sebagai
referensi atau contoh penelitian yang mungkin dapat
dijadikan acuan dan dikembangkan lebih baik lagi.
Penelitian selanjutnya, sebaiknya membahas pada
analisis koordinasi rele tetapi digunakan AI sebagai
analisa dan juga menggunakan software-software yang
berkaitan dengan penelitian agar dapat melakukan
perhitungan dengan mudah.
DAFTAR PUSTAKA
Agung, Achmad Imam. 2014. Proteksi Sistem Tenaga
Listrik. Surabaya : Universitas Negeri Surabaya.
Alawiy, Muhammad Taqqiyyudin.2006.Proteksi Sistem
Tenaga Listrik (Seri Relay Otomatis).Malang :
Universitas Islam Malang.
Gambar 11 Kurva Hasil Simulasi pada Trafo 1
Dari grafik gambar 11 memperlihatkan koordinasi dari
OCR pada trafo 3. Relay yang akan bekerja pertama
adalah relay 9 (sisi sekunder) kemudian relay 12 (sisi
primer). Relay 9 memiliki setting instantaneous dengan
delay sebesar 0.5 detik. Sedangkan pada relay 12 juga
memiliki setting instantaneous namun tidak menggunakan
waktu delay.
PENUTUP
Simpulan
Dari hasil peneilitian analisis sistem koordinasi over
current relay (OCR) pada Gardu Induk Sukolilo dapat
disimpulkan sebagai berikut :
Sistem setting Over Current Relay pada Gardu Induk
Sukolilo dilakukan dengan melihat karakteristik relay
yang digunakan pada trafo 1, trafo 2, trafo 3, arus setting
yang digunakan serta kenaikan arus yang timbul akibat
gangguan hubung singkat.
Koordinasi rele jika teerjadi gangguan maka rele yang
akan bekerja terlebih dahulu adalah pada sisi sekunder
dari trafo 1 kemudian trafo 2 dan yang terakhir adalah
trafo 3. Hal ini dikarenakan setting arus maupun waktu
pada sisi sekunder trafo 1 lebih peka daripada kedua trafo
yang lain.
Saran
Dalam kurun waktu tertentu perlu dilakukan
penyetelan ulang disesuaikan dengan bertambahnya nilai
Almas, Mohammad Shoaib. 2012. Over-Current Relay
Model Implementation for Real Time Simulation
& Hardware-In-the-Loop (HIL) Validation.
Sweden : Royal Institute of Technology.
Davis William Patrick. 2012. Analysis of Faults in
Overhead Transmission Lines. USA : California
State University.
Hidayatullah, Rahmat dkk. 2012. Analisa Gangguan
Hubung Singkat pada Jaringan SUTT 150 kV
Jalur Kebasen – Balapulang – Bumiayu
Menggunakan Program ETAP. Makalah Tugas
Akhir. Semarang : Universitas Diponegoro.
IEEE Guide for Protective Relay Applications to
Transmission Lines. IEEE Std C37.113-1999.
Marsudi, Djiteng. 2005. Pembangkitan Energi Listrik.
Jakarta : Erlangga.
P. M. Anderson. 1999. Power System Protection. New
York : McGraw-Hill.
Sadeh,
Javad. 2005. Optimal Coordination of
Overcurrent Relays in an Interconnected Power
System. Iran : Ferdowsi University of Mashhad.
Suswanto, Daman. 2009. Sistem Distribusi Tenaga
Listrik untuk Mahasiswa Teknik Elektro. Padang :
Universitas Negeri Padang.