6

Penyebab gangguan pada sistem distribusi dapat berasal dari gangguan

dalam sistem sendirinya dan gangguan dari luar. Penyebab gangguan dari dalam

antara lain:

1 Tegangan lebih dan arus tak normal

2. Pemasangan tidak baik

3. Penuaan

4. Beban lebih

5. Kegagalan kerja peralatan pengaman

Penyebab gangguan dari luar untuk saluran kabel tegangan menengah ( SKTM )

antara lain:

1. Angin yang menyebabkan dahan / ranting pohon mengenai SUTM.

2. Surja petir

3. Kaegagalan atau kerusakan peralatan pada saluran

4. Hujan dan Cuaca

5. Binatang dan benda – benda lain.

2.2.2 Gangguan SKTM

Macam gangguan pada SKTM sifatnya permanen, dimana untuk

membebaskannya diperlukan tindakan perbaikan atau menyingkirkan gangguan

tersebut, sehingga gangguan ini menyebabkan pemutusan tertutup.

Penyebab gangguan dari dalam antara lain adalah :

1. Tegangan lebih dan arus tak normal

2. Pemasangan tidak baik

3. Penuaan

7

4. Beban lebih

5. Kegagalan kerja peralatan pengaman

Penyebab dari luar antara lain :

1. Gangguan mekanis karena pekerjaan saluran lain

2. Surja petir lewat saluran udara

3. Binatang

Gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi di dalam jaringan (sistem

kelistrikan) ada 3, yaitu:

1. Gangguan hubung singkat 3 fasa

2. Gangguan hubung singkat 2 fasa, dan

3. Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah

Dari ketiga macam gangguan hubung singkat di atas, arus gangguannya

dihitung dengan menggunakan rumus umum (hukum ohm) yaitu :

I = Z

V ………………………………………( 1.1)

Dimana I = Arus yang mengalir pada hambatan Z.

V= Tegangan sumber ( Volt ).

Z= Impedansi jaringan, nilai ekivalen dari seluruh impedansi di

dalam jaringan dari sumber tegangan sampai titik gangguan

(Ω/km).

Dengan mengetahui besarnya tegangan sumber dan besarnya nilai

impedansi tiap komponen jaringan serta bentuk konfigurasi jaringan di dalam

8

sistem, maka besarnya arus gangguan hubung singkat dapat dihitung dengan

rumus di atas.

Yang membedakan antara gangguan hubung singkat 3 fasa, 2 fasa dan 1

fasa ke tanah adalah impedansi yang terbentuk sesuai dengan macam gangguan

itu sendiri dan tegangan yang memasok arus ke titik gangguan, impedansi yang

terbentuk dapat ditunjukkan seperti berikut :

Z untuk gangguan 3 fasa Z = Z1

Z untuk gangguan 2 fasa Z = Z1+ Z2

Z untuk gangguan 1 fasa ke tanah Z = Z1+ Z2+ Z0

Dimana,

Z1 = Impedansi urutan positif 3 fasa

Z2 = Impedansi urutan negatif 2 fasa

Z0 = Impedansi urutan nol 1 fasa

2.3 Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat

Perhitungan arus hubung singkat dari sistem 20 kV yang dipasok dari

gardu induk seperti pada gambar di bawah ini,

Gambar 2.1 Single line diagram gardu induk

Untuk menghitung arus hubung singkat pada sistem diatas, pertama –

tama hitung impedansi sumber ( reaktansi ) dalam hal ini diambil dari data

9

hubung singkat pada bus 150 kV , kedua menghitung reaktansi trafo tenaga,

ketiga menghitung impedansi penyulang.

2.3.1 Menghitung Impedansi Sumber

Untuk menghitung impedansi sumber maka data yang diperlukan adalah

data hubung singkat pada bus primer trafo.

Xs = MVA

kV 2

………………………………………………………………( 1.2)

Perlu diingat bahwa impedansi sumber ini adalah nilai ohm pada sisi 150

kV, karena arus gagguan hubung singkat yang akan dihitung adalah gangguan

hubung singkat di sisi 20 kV, maka impedansi sumber tersebut harus

dikonversikan dulu ke sisi 20 kV, sehingga pada perhitungan arus gangguan nanti

sudah menggunakan sumber 20 kV. Untuk mengkonversikan impedansi yang

terletak di sisi 150 KV, dilakukan dengan cara sebagai berikut :

Xs (sisi 20 kV) = MVA

kV 2

x Xs (sisi 150 kV) .....................................................( 1.3)

2.3.2 Menghitung Reaktansi Trafo

Xt (pada 100%) = )(

2

trafoMVA

kV……………………………….………….( 1.4 )

Nilai reaktansi trafo tenaga :

Reaktansi urutan positif, negative (Xt1 = Xt2 )

Xt = Xt % x Xt (pada 100%) .................................................( 1.5)

Reaktansi urutan nol (Xt0)

10

Reaktansi urutan nol ini didapat dengan memperhatikan data trafo tenaga

itu sendiri yaitu dengan melihat kapasitas belitan delta yang ada dalam trafo itu :

1. Untuk trafo tenaga dengan hubungan belitan /Y dimana kapasitas belitan

deta sama besar dengan kapasitas belitan Y, maka Xt0 = Xt1,

2. Untuk trafo tenaga dengan belitan Yyd dimana kapasitas belitan delta (d)

biasanya sepertiga dari kapasitas belitan Y (belitan yang dipakai untuk

menyalurkan daya, sedangkan belitan delta tetap ada di dalam tetapi tidak

dikeluarkan kecuali satu terminal delta untuk ditanahkan), maka nilai

Xt0=3Xt1,

3. Untuk trafo tenaga dengan hubungan YY dan tidak mempunyai belitan

delta di dalamnya, maka besarnya Xt0 berkisar antara 9 s/d 14 Xt1.

2.3.3 Menghitung Impedansi Penyulang

Menghitung impedansi penyulang, impedansi penyulang ini dihitung

tergantung dari besarnya impedansi per meter penyulang yang bersangkutan,

dimana besar nilainya ditentukan dari konsfigurasi tiang yang digunakan untuk

jaringan SUTM atau dari jenis kabel tanah untuk jaringan SKTM. Dalam

perhitungan disini diambil dengan impedansi Z = (R + jX) /km.

Dengan demikian nilai impedansi penyulang untuk lokasi gangguan yang

dalam perhitungan ini disimulasikan terjadi pada lokasi dengan jarak 0%, 25%,

50%, 75% dan 100% panjang penyulang.

11

2.3.4 Menghitung Impedansi Ekivalen Jaringan

Perhitungan yang akan dilakukan disini adalah perhitungan besarnya nilai

impedansi positif ( Z1 eq ), negative ( Z2 eq ), dan nol ( Z0 eq ) dari titik gangguan

sampai ke sumber, sesuai dengan urutan di atas.

Karena dari sumber ke titik gangguan impedansi yang terbentuk adalah

tersambung seri, maka perhitungan Z1 eq dan Z2 eq dapat langsung menjumlahkan

impedansi-impedansi tersebut. Sedangkan untuk perhitungan Z0 eq dimulai dari

titik gangguan sampai ke trafo tenaga yang netralnya ditanahkan. Untuk

menghitung Z0 eq ini, diumpamakan trafo tenaga yang terpasang mempunyai

hubungan Yyd, dimana mempunyai nilai Xt0 = 3Xt1.

Perhitungan Z1 eq dan Z2 eq :

Z1 eq = Z2 eq = Zs1 + Zt1 + Z1 penyulang ……………( 1.6 )

Karena lokasi gangguan diasumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75% dan

100% panjang penyulang, maka Z1 eq (Z2 eq ) yang didapat juga pada lokasi

tersebut.

Perhitungan Z0 eq :

Z0 eq = Zt0 + 3RN + Z0 penyulang ……………………………( 1.7 )

Karena lokasi gangguan diasumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75% dan

100% panjang penyulang, maka Z0 eq yang didapat juga pada lokasi tersebut.

Setelah mendapatkan impedansi ekivalen sesuai dengan lokasi gangguan,

selanjutnya perhitungan arus gangguan hubung singkat dapat dihitung dengan

menggunakan rumus dasar seperti dijelaskan sebelumnya, hanya saja impedansi

ekivalen mana yang dimasukkan ke dalam rumus dasar tersebut adalah

tergantung dari hubung singkat 3 fasa, 2 fasa atau 1 fasa ke tanah.

12

2.3.5 Gangguan Hubung Singkat 3 fasa

Gambar 2.2 gangguan hubung singkat 3 fasa

Kemungkinan terjadinya gangguan 3 fasa adalah putusnya salah satu

kawat fasa yang letaknya paling atas pada transmisi atau distribusi, dengan

konfigurasi kawat antar fasanya disusun secara vertikal. Kemungkinan terjadinya

memang sangat kecil, tetapi dalam analisanya tetap harus diperhitungkan.

Kemungkinan lain adalah akibat pohon yang cukup tinggi dan berayun

sewaktu angin kencang, kemudian menyentuh ketiga kawat pada transmisi atau

distribusi.

Gangguan hubung singkat 3 fasa dapat dihitung dengan menggunakan

rumus hukum ohm yaitu::

I = Z

V………………………………………………….…( 1.8 )

Dimana, I = Arus gangguan hubung singkat 3 fasa

V = Tegangan fasa-netral system 20 kV = 3

20000= Vph

Z = Impedansi urutan positif ( Z1 eq )

Sehingga arus gagguan hubung singkat 3 fasa dapat dihitung sebagai berikut :

13

I 3 fasa = eq

fasa

Z

E

1

= eq

ph

Z

V

1

=eqZ1

3

20000

= eqZ1

11547 ………………………( 1.9 )

2.3.6 Gangguan Hubung Singkat 2 fasa

Gambar 2.3 gangguan hubung singkat 2 fasa [6]

Kemungkinan terjadinya gangguan 2 fasa disebabkan oleh putusnya

kawat fasa tengah pada transmisi atau distribusi. Kemungkinan lainnya adalah

dari rusaknya isolator di transmisi atau distribusi sekaligus 2 fasa. Gangguan

seperti ini biasanya mengakibatkan 2 fasa ke tanah.

Gangguan hubung singkat 2 fasa dapat dihitung dengan menggunakan

rumus sebagai berikut:

I = Z

V……………………………………………………( 1.10 )

Dimana, I = Arus gangguan hubung singkat 2 fasa

V = Tegangan fasa – fasa system 20 kV

Z = Impedansi urutan positif ( Z1 eq ) dan urutan negative ( Z2 eq )

Sehingga arus gagguan hubung singkat 2 fasa dapat dihitung sebagai berikut :

I 2 fasa = eqeq

phph

ZZ

V

21

=

eqeq ZZ 21

20000

………………….……( 1.11 )

14

Seperti halnya gangguan 3 fasa, Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa juga

dihitung untuk lokasi gangguan yang diasumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75%

dan 100% panjang penyulang. Dalam hal ini dianggap nilai Z1eq = Z2eq, sehingga

persamaan arus gangguan hubung singkat 2 fasa di atas dapat di sederhanakan

menjadi :

I 2 fasa = eq

phph

Z

V

1*2

……………………………………( 1.12 )

2.3.7 Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke tanah

Gambar 2.4 gangguan hubung singkat 1 fasa

Kemungkinan terjadinya gangguan satu fasa ke tanah adalah back

flashover antara tiang ke salah satu kawat transmisi dan distribusi. Sesaat setelah

tiang tersambar petir yang besar walaupun tahanan kaki tiangya cukup rendah

namun bisa juga gangguan fasa ke tanah ini terjadi sewaktu salah satu kawat fasa

transmisi / distribusi tersentuh pohon yang cukup tinggi dll.

I = Z

V……………………………………………………( 1.13 )

Dimana, I = Arus gangguan urutan Nol = I0

V = Tegangan Fasa – Netral system 20 kV = 3

20000= Vph

Z = Jumlah impedansi urutan Positif ( Z1 eq ) dan urutan Negatif

15

(Z2 eq ) dan Impedansi ururan Nol ( Z0 eq )

I1 fasa ke tanah = 3 x I0 ………………………….......( 1.14 )

Sehingga arus gagguan hubung singkat 1 fasa ketanah dapat dihitung

sebagai berikut :

I 1 fasa = 3xI0 = eqeqeq

ph

ZZZ

xV

021

3

=

eqeqeq ZZZ

x

021

3

000.203

= eqeqeq ZZZ 021

016,34641

=

eqeq ZxZ 012

016,34641

……………( 1.15 )

Kembali sama halnya dengan perhitungan arus gangguan 3 Fasa dan 2

Fasa, Arus gangguan 1 Fasa ketanah juga dihitung untuk lokasi gangguan yang

di asumsikan terjadi pada 25%, 50%, 75% dan 100% panjang penyulang,

sehingga dengan rumus terakhir diatas dapat dihitung besarnya arus gangguan 1

fasa ke tanah sesuai lokasi gangguannya.

Dengan perhitungan arus gangguan hubung singkat ini, ( 3 Fasa, 2 Fasa

dan 1 Fasa ke tanah), dapat digunakan untuk koordinasi Relai Proteksi Arus

Lebih, terutama pada Over Current Relay ( OCR ) dari jenis Inverse, manfaatnya

menjadi amat terasa karena waktu kerja Relai dapat diketahui untuk setiap lokasi

gangguan. Lebih lanjut pada bab berikut akan dicoba menghitung nilai setelan

Arus dan Waktu (Td atau Tms) dari Over Current Relay ( OCR ).

16

2.4 Pengertian dan Fungsi Pengaman

2.4.1 Pengertian Pengaman

Sistem pengaman adalah cara untuk mencegah/membatasi kerusakan

peralatan terhadap gangguan, sehingga kelangsungan penyaluran tenaga listrik

dapat dipertahankan salah satu alat pengaman yang digunakan adalah relai.

Relai adalah suatu alat pengaman yang bekerja secara otomatis

mengukur / memasukkan rangkaian listrik ( rangkaian trip atau alarm ) akibat

adanya perubahan rangkain lain.

2.4.2 Fungsi Pengaman

Fungsi sistem pengaman adalah :

1. Untuk menghindari atau mengurangi kerusakan akibat gangguan pada

yang terganggu atau peralatan yang dilalui oleh arus gangguan

2. Untuk melokalisir ( mengisolir ) daerah gangguan menjadi sekecil

mungkin.

3. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalanyang tinggi

kepada konsumen.

2.5. Persyaratan Kerja Sistem Pengaman

Untuk memenuhi fungsi diatas, relai proteksi harus memenuhi persyaratan

sebagai berikut:

1. Selektif

Suatu relai proteksi proteksi adalah bertugas mengamankan suatu alat

atau bagian dari sistem tenaga listrik dalam jangkauan pengamannya.

17

Letak pemutus tenaga ( PMT ) sedemikian rupa sehingga setiap bagian

dari sistem dapat dipisah-pisahkan.

Maka tugas relai adalah mendeteksi adanya gangguan yang terjadi pada

daerah pengamannya, dan memberi perintah untuk membuka PMT, dan

memisahkan bagian dari sistem yang terganggu. Dengan demikian bagian

sistem yang lain yang tidak terganggu dapat beroperasi dengan normal.

Jika hal ini dapat direalisir, maka pengaman yang selektip.

2. Dapat diandalkan

Dalam keadaan normal, tidak ada gangguan relai tidak bekerja,

mungkin berbulan – bulan atau bertahun - tahun. Tetapi bila pada suatu

saat ada gangguan, maka ia harus bekerja, maka dalam hal ini relai tidak

boleh gagal bekerja, karena pemadaman akan meluas. Disamping itu juga

relai tidak boleh salah bekerja.

Dalam hal yang harus dapat diandalkan bukan hanya relainya saja,

tetapi juga komponen – komponen perangkat proteksi itu. Keadaan relai

proteksi itu ditentukan mulai dari rencana, pengerjaan, bahan yang

digunakan dengan pengawatannya. Oleh karena itu diperlukan perawatan

yang dalam hal ini perlu adanya pengujian secara periodik.

3. Cepat

Waktu kerja relai cepat, makin cepat relai bekerja, maka tidak hanya

dapat memperkecil kerusakan akibat gangguan tetapi juga dapat

memperkecil kemungkinan meluasnya gangguan.

Adakalanya demi terciptanya selektivitasnya dikehendaki adanya

penundaan waktu ( time delay ). Tetapi secara keseluruhan tetap

18

dikehendaki waktu kerja relai yang cepat. Jadi harus dapat memberikan

selektivitas yang baik dengan waktu yang lebih cepat.

4. Peka

Relai dikatakan peka bila dapat bekerja dengan masukan ( input ) dari

besaran yang dideteksi adalah kecil. Jadi relai dapat bekerja pada awal

kejadian gangguan.

2.6. Pengertian Over Current Relay (OCR)

Over Current Relay ( OCR ) adalah suatu relai yang bekerjanya

berdasarkan adanya kenaikan arus yang melebihi suatu nilai pengaman tertentu

dalam jangka waktu tertentu, sehingga relai ini dapat dipakai sebagai pola

pengaman arus lebih.

Over Current Relay ( OCR ) ini berfungsi untuk memproteksi peralatan

listrik terhadap arus lebih yang disebabkan oleh gangguan arus hubung singkat

atau dapat pula dikatakan bahwa relai ini berfungsi merasakan adanya arus lebih

dan kemudian memberi perintah/isyarat kepada PMT untuk membuka rangkaian

apabila terjadi gangguan hubung singkat sehingga kerusakan alat akibat

gangguan dapat dihindari. Selain itu Over Current Relay ( OCR ) juga berfungsi

untuk mengamankan transformator dari arus yang melebihi dari arus yang

dibolehkan lewat dari transformator tersebut. Umumnya Over Current Relay (

OCR ) digunakan pada jaringan tegangan menengah atau saluran transmisi,

jaringan sub-radial, pengaman untuk motor-motor tegangan menengah yang

kecil, pengaman cadangan (untuk transformator daya, generator, motor yang

besar, jaringan transmisi tegangan tinggi), bila dilengkapi dengan relai arah

19

dapat digunakan sebagai pengaman saluran transmisi sirkuit ganda dan

pengaman gangguan tanah sampai tegangan ektra tinggi, hanya disini yang

membedakan adalah fungsi dari relai tersebut.

Yang dimaksud fungsi disini adalah :

1. Berfungsi sebagai pengaman utama (Main Protection)

Sebagai pengaman utama SUTM / SKTM bertujuan untuk :

a. Mencegah kerusakan SUTM / SKTM dari gangguan hubung singkat.

b. Membatasi luas daerah terganggu ( pemadaman sekecil mungkin ).

c. Berfungsi sebagai pengaman cadangan (Back–up Protection).

Sebagai pengaman cadangan trafo atau SUTT bertujuan sama dengan

yang diatas yaitu mencegah kerusakan trafo atau SUTT dari gangguan hubung

singkat dan membatasi luas daerah terganggu (pemdaman) sekecil mungkin,

hanya bekerja apabila pengaman utama di peralatan tersebut tidak bekerja. Selain

itu Over Current Relay ( OCR ) dijadikan pengaman cadangan karena untuk

mengkoordinasi sulit untuk mendapatkan selektifitas yang baik. Pengaman yang

menggunakan Over Current Relay ( OCR ) mempunyai beberapa keuntungan

yaitu :

a. Dapat mengamankan arus lebih yang terjadi karena hubung singkat atau

beban lebih.

b. Penyetelannya mudah untuk jaringan radial.

c. Pengamannya sederhana.

d. Dapat sebagai pengaman utama dan berfungsi juga sebagai pengaman

cadangan.

e. Harganya relatif murah.

20

Adapun beberapa kerugian/kekurangan pengaman dengan menggunakan

Over Current Relay ( OCR ) adalah

a. Untuk jaringan dengan sirkuit ganda tanpa dilengkapi dengan relai arah

tidak dapat selektif.

b. Untuk jaringan yang interkoneksi tidak dapat sebagai pengaman utama,

karena sukar untuk dapat selektif bila tidak dilengkapi dengan relai arah.

2.6.1 Jenis – jenis Relai

1) Jenis Relai berdasarkan fungsinya

a. Over Load Relay

b. Over Current Relay

2) Jenis Relai berdasarkan karakteristik waktu kerja

a. Over Current Relay ( OCR ) seketika ( instantaneous)

b. Over Current Relay ( OCR ) dengan waktu tertentu ( definite )

c. Over Current Relay ( OCR ) dengan waktu kerja terbalik ( invers )

Over Current Relay ( OCR ) dapat dibedakan menjadi beberapa jenis,

diantaranya adalah :

1. Over Current Relay ( OCR ) Inverse

Adalah Over Current Relay ( OCR ) yang waktunya kerjanya tegantung

dari arus gangguan. Relai ini akan memberikan perintah kepada PMT ( pemutus

tenaga ) pada saat terjadi gangguan bila besar gangguannya melampaui arus

penyetelannya dan jangka waktu relai ini mulai pick up sampai kerja waktunya

diperpanjang berbanding terbailk dengan besarnya arus.

21

Sifat atau karakteristik dari relai inverse adalah relai baru akan bekerja bila

yang mengalir pada relai tersebut melebihi besarnya arus setting ( Is) yang telah

ditentukan. Dan lamanya waktu relai bekerja untuk memberikan komando

trupping adalah paling lambat sesuai dengan waktu setting ( Ts) yang dipilih.

Pada relai ini waktu bekerjanya ( T tripp ) tidak sama dengan waktu setting ( Ts ).

Karena sangat tergantung dengan besarnya arus yang mengerjakan relai tersebut,

sehingga makin besar arus yang mengerjakan relai tersebut maka makin cepat

waktu kerja ( Ttrip) dari relai tersebut.

Gambar 2.5 Karakteristik Inverse

Relai dapat dikelompokkan lagi menjadi empat kelompok, yaitu sebagai

berikut :

a. Standard Inverse

b. Very Inverse

c. Extremely Inverse

d. Long Time Inverse

2. Over Current Relay ( OCR ) Definite

Adalah Over Current Relay ( OCR ) yang waktu kerjanya tidak

tergantung dari arus gangguan. Relai ini memberikan perintah kepada PMT

( Pemutus Tenaga ) pada saat terjadi gangguan bila besar gangguannya

22

melampaui arus penyetelannya, dan jangka waktu relai ini mulai pick up

sampai kerja diperpanjang dengan waktu tidak tergantung besarnya arus.

Sifat atau karakteristik dari relai definite adalah relai baru akan bekerja

bila yang mengalir pada relai tersebut melebihi besarnya arus setting ( Is )

yang telah ditentukan. Dan lamanya selang waktu relai bekerja untuk

memberikan komando tripping adalah sesuai dengan waktu setting ( Ts )

yang diinginkan. Pada relai ini waktu bekerjanya ( Ttripping = Ts ) tetap

konstan, tidak dipengaruhi oleh besarnya arus yang mengerjakan relai

tersebut.

Gambar 2.6 Karakteristik Definite

3. Over Current Relay ( OCR ) Instantaneous

Adalah Over Current Relay ( OCR ) yang bekerja tanpa waktu tunda.

Relai ini akan memberikan perintah kepada PMT ( Pemutus Tenaga ) pada

saat terjadi gangguan bila besar arus gangguannya melampaui arus

penyetelannya, dan jangka waktu kerja mulai pick up sampai kerja sangat

singkat tanpa penundaan waktu ( 20 – 60 mdet).

Karena relai ini tanpa perlambatan, maka koordinasi untuk

mendapatkan selektifitas didasarkan tingkat beda arus. Adapun jangkauan

relai ini karena bekerjanya seketika atau tanpa perlambatan waktu, supaya

23

selektif maka tidak boleh menjangkau pada keadaan arus gangguan

maksimum.

Gambar 2.7 karakteristik Instantaneous

2.6.2. Prinsip Kerja Over Current Relay ( OCR )

Prinsip kerja Over Current Relay ( OCR ) yang bekerjanya berdasarkan

besaran arus lebih akibat adanya gangguan hubung singkat dan memberikan

perintah trip ke PMT sesuai dengan karakteristik waktunya sehingga kerusakan

alat akibat gangguan dapat dihindari.

Gambar 2.8 Prinsip kerja Over Current Relay ( OCR )

2.6.3 Perhitungan Koordinasi Over Current Relay ( OCR )

Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat, pada tahap selanjutnya

dipergunakan untuk menentukan nilai setelan arus lebih, terutama nilai setelan

Tms (Time Multiple Setting) dari Over Current Relay ( OCR ) dari jenis inverse.

24

Di samping itu setelah nilai setelan relai didapatkan, nilai–nilai arus gangguan

hubung singkat pada setiap lokasi gangguan yang diasumsikan dipakai untuk

memeriksa kerja Over Current Relay ( OCR ), apakah masih dapat dinilai selektif

atau nilai setelan harus diubah ke nilai lain yang memberikan kerja relai yang

lebih selektif atau didapatkan kerja selektifias yang optimum (relai bekerja tidak

terlalu lama tetapi menghasilkan selektifitas yang baik). Sedangkan untuk setelan

Over Current Relay ( OCR ) dihitung di incoming trafo, artinya :

1. Untuk Over Current Relay ( OCR ) yang terpasang di penyulang dihitung

berdasarkan arus beban maksimum yang mengalir di penyulang tersebut.

2. Untuk Over Current Relay ( OCR ) yang terpasang di incoming trafo

dihitung berdasarkan arus nominal trafo tersebut.

Relai inverse biasa diset sebesar 1,05 – 1,1 x Ibeban, sedangkan definit diset

sebesar 1,2 – 1,3 x Ibeban.

Persyaratan lain yang harus dipenuhi adalah bahwa penyetelan waktu

minimum dari relai arus lebih (terutama di penyulang) tidak lebih kecil dari 0,3

detik. Pertimbangan ini diambil agar relai tidak sampai trip lagi akibat arus

inrush dari trafo – trafo distribusi ketika penyulang PMT penyulang tersebut

dimasukan.

2.6.4 Menghitung Setelan Over Current Relay ( OCR )

Untuk menghitung nilai setelan arus lebih dapat dilakukan dengan cara

sebagai berikut :

Nilai Setelan relai penyulang 20 kV

Iset(primer) = 1,05 x Ibeban ……………………………( 1.16 )

25

Nilai setelan tersebut adalah nilai primer. Untuk mendapatkan nilai

setelan sekunder yang dapat disetkan pada Over Current Relay ( OCR ), maka

dihitung dengan menggunakan data Ratio Trafo Arus yang terpasang di

Penyulang tersebut yaitu sebagai berikut :

Iset(sek) = Iset(primer) x RatioCT

1 …………………………………( 1.17 )

Setelan Waktu/Time Multiple Setting ( Tms )

Setelan waktu standar inverse dihitung dengan menggunakan rumus kurva

Waktu Vs Arus. Rumus ini bermacam – macam sesuai desain Pabrik pembuat

Relai, dalam hal ini diambil rumus kurva Waktu Vs Arus dari Standard British,

sebagai berikut :

t =

1

14,002,0

set

fault

I

I

xTms ……………………………………………..( 1.18 )

Untuk mentukan nilai Tms yang akan disetelankan pada Over Current

Relay ( OCR ) diambil pada angka arus gangguan ( Ifault ) sebesar arus gangguan 3

fasa pada lokasi gangguan berapa persen dari panjang penyulang dan waktu kerja

Over Current Relay ( OCR ) di penyulang itu ( sesuai keterangan waktu tercepat

di atas ) misal diambil selama 0.3 detik, maka nilai Tms yang akan disetkan pada

Over Current Relay ( OCR ) adalah :

Tms = 14,0

1

02,0

set

fault

I

Itx

………………………………….( 1.19 )

Nilai Setelan incoming 20 KV trafo tenaga

26

Untuk menentukan setelan relai arus lebih di sisi incoming 20 kV trafo,

perlu dihitung terlebih dahulu arus nominal trafo tenaga itu yang datanya sesuai

yang harus diketahui adalah Kapasitas, Tegangan, Impedansi, Ratio CT

Arus nominal trafo pada sisi 20 KV :

In ( sisi 20 kV) = 3kVx

kVA ........................................................( 1.20 )

Iset (primer) = 1,05 x Ibeban .........................................................( 1.21 )

Nilai setelan tersebut adalah nilai primer. Untuk mendapatkan nilai

setelan sekunder yang dapat disetkan pada Over Current Relay ( OCR ), maka

harus di hitung dengan menggunakan data rasio trafo arus yang terpasang di

incoming 20 kV tersebut yaitu sebagai berikut :

Iset (sekunder) = Iset (primer) x RatioCT

1 ……………………….……( 1.22 )

Setelan Waktu ( Tms)

Setelan waktu relai standar inverse dengan menggunakan rumus kurva

Waktu Vs Arus dalam hal ini juga diambil dari standar British, maka rumusnya :

t =

1

.14,002,0

set

fault

I

I

Tms ……………………………………….……( 1.23 )

Karena Tms Over Current Relay ( OCR ) di penyulang yang akan

disetelankan pada Over Current Relay ( OCR ) nya diambil pada angka arus

gangguan ( Ifault ) sebesar arus gangguan 3 fasa pada lokasi gangguan sebesar

berapa persen dari panjang penyulang, maka perhitungan menentukan nilai Tms

arus lebih di incoming juga harus berdasarkan besar arus gangguan hubung

singkat 3 fasa dilokasi berapa persen dari panjang penyulang juga.

27

Sedangkan waktu kerja Over Current Relay ( OCR ) di incoming trafo 20

KV harus dibuat lebih lambat 0,4 – 0,5 detik dari waktu kerja relai di penyulang

20 kV (dari relai yang di sisi hilirnya). Besarnya beda waktu ini dipengaruhi oleh

beberapa hal, yaitu :

- Kesalahan relai pada penyulang : 0,2–0,3 detik

- Waktu pembukaan PMT sampai hilangnya bunga api : 0,1 detik

- Over Shoot : 0,05 detik

- Faktor keamanan : 0,05 detik

Selisih waktu kerja relai di incoming 20 kV ( sisi hulu ) lebih lama 0,4

detik dari waktu kerja relai di penyulang (sisi hilir) di sebut grading time, yang

maksudnya agar relai di incoming 20 kV memberikan kesempatan relai di

penyulang bekerja lebih dahulu. Dengan demikian bila memang gangguan

hubung singkat terjadi penyulang tersebut, penyulang lain yang masih

tersambung, sehingga beban di penyulang lain masih menyala.

Untuk itu, nilai Tms yang akan disetelankan pada relai arus lebih di

incoming 20 kV dihitung dengan menggunakan rumus yang sama :

Tms = 14,0

1

02,0

set

fault

I

Itx

……………………………….……( 1.25 )

Dimana t = waktu setelan Over Current Relay ( OCR ) penyulang +

waktu koordinasi

Nilai setelan Tms yang didapat masih harus diuji lagi dengan arus

gangguan yang lain seperti arus gangguan hubung singkat untuk lokasi gangguan

3 fasa yang terjadi di lokasi lain misalnya pada 25%, 50%, 75% dan 100%

28

panjang penyulang. Demikian juga untuk jenis gangguan hubung singkat 2 fasa

yang besar arus gangguannya juga sudah dihitung.

Dengan cara yang sama dihitung nilai Tms pada Ground Fault Relay (

GFR ) yang tentunya berdasarkan hasil perhitungan arus gangguan satu fasa ke

tanah, sehingga dengan demikian lengkap sudah setelan relai yang diperlukan di

dalam sistem penyaluran distribusi yang dipasok dari trafo tenaga gardu induk.

Untuk penyulang lain dapat diulangi perhitungan seperti yang sudah

dilakukan tetapi data yang dimasukkan bedanya hanya pada data penyulang, baik

nilai impedansi per km nya atau panjangnya.

2.6.5 Pemeriksaan Selektifitas Kerja Over Current Relay ( OCR )

Hasil perhitungan setelan Over Current Relay ( OCR ) yang didapat pada

bab IV masih harus diperiksa apakah untuk nilai arus gangguan hubung singkat

yang lain, waktu kerja Over Current Relay ( OCR ) yang terpasang di penyulang

dan yang terpasang di incoming trafo tenaga 20 kV sudah bekerja selektif, tetapi

masih harus diperiksa apakah memberikan beda waktu kerja (grading time) yang

terlalu lama.

Untuk Gradding Time yang terlalu lama, bila terjadi kegagalan kerja Over

Current Relay ( OCR ) di penyulang, maka Over Current Relay ( OCR ) di

incoming 20 kV dalam hal ini bekerja sebagai pengaman cadangan menjadi

terlalu lama mengetripkan PMTnya sehingga bisa merusak trafo.

Pemeriksaan ini dilakukan terutama pada Over Current Relay ( OCR )

jenis standar inverse, karena setelan waktu Tms pada Over Current Relay ( OCR

) jenis inverse bukan menunjukkan lamanya waktu kerja relai tersebut. Lamanya

waktu kerja relai ini ditentukan oleh besarnya arus gangguan yang mengalir di

29

relai. Makin besar arus gangguan yang mengalir di relai, makin cepat kerja relai

tersebut menutup kontaknya yang kemudian mentripkan PMT.

2.7 Ground Fault Relay (GFR)

Gangguan satu fasa ke tanah sangat tergantung dari jenis pentanahan dan

sistemnya. Gangguan satu fasa ke tanah umumnya bukan merupakan hubung

singkat melalui tahanan gangguan, sehingga arus gangguannya menjadi semakin

kecil dan tidak bisa terdeteksi oleh Over Current Relay ( OCR ). Dengan

demikian diperlukan relai pengaman gangguan tanah.

2.7.1 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR )

Sebagian besar gangguan hubung singkat yang terjadi adalah gangguan

hubung singkat fasa ke tanah maka relai yang perlu digunakan adalah Ground

Fault Relay ( GFR ). Untuk gangguan penggerak Ground Fault Relay ( GFR )

dipakai arus urutan nol serta tegangan urutan nol.Untuk sistem yang beroperasi

dalam keadaan normal arus urutan nol tidak mengalir.

Pada prinsipnya kerja Ground Fault Relay ( GFR ) dan Over Current Relay (

OCR ) sama namun karena besar arus gangguan tanah lebih kecil dibandingkan

besar arus gangguan fasa maka digunakan Ground Fault Relay ( GFR ). Prinsip

kerja Ground Fault Relay ( GFR ) yaitu pada kondisi normal dengan beban

seimbang arus –arus fasa Ir, Is, dan It ( Ib) sama besar sehingga kawat netral

tidak timbul arus dan relai gangguan tanah tidak dialiri arus. Namun bila terjadi

ketidakseimbangan arus atau terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah maka

30

akan timbul arus urutan nol pada kawat netral. Arus urutan nol ini akan

mengakibatkan Ground Fault Relay ( GFR ) bekerja.

Untuk menentukan penyetelan ( setting ) Ground Fault Relay ( GFR )

terlebih dahulu diketahui besar arus hubung singkat yang mungkin terjadi, dan

harus diketahui terlebih dahulu impedansi sumber, reaktansi trafo tenaga, dan

impedansi penyulang. Dan setelah ketiga komponen yang telah disebutkan , baru

dapat ditentukan total impedansi jaringan. Total impedansi jaringan inilah yang

akan langsung digunakan dalam perhitungan arus hubung singkat. Dalam

perhitungan arus hubung singkat satu fasa ke tanah sangat dipengaruhi oleh

sistem pentanahan yang digunakan.

2.7.2 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Tanpa Pentanahan.

Pada sistem ini arus gangguan satu fasa ke tanah relatif kecil namun

terjadi pergeseran tegangan bila sistemnya menggunakan relai tegangan urutan

nol. Maka relai ini tidak boleh bekerja bila terjadi pergeseran tegangan pada

keadaan normal.

Vo = 30% x V

Dimana Vo = Penyetelan relai tegangan urutan nol

V = Tegangan nol

3.7.3 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Pentanahan

Langsung.

Penyetelan untuk pengaman gangguan tanah pada sistem ini sama dengan

sistem pentanahan melalui tahanan rendah tetapi untuk sistem 3 fasa 4 kawat

31

harus dipertimbangkan adanya ketidakseimbangan yang minimum. Penyetelan

relai gangguan tanah pada sistem ini adalah :

Iset = ks x Ivb

Dimana Iset = Penyetelan arus gangguan tanah

Ivb = Arus tidak seimbang yang mungkin terjadi

Ks = Faktor keamanan, digunakan 1,2 – 1,5.

Karena pada jaringan ini arus gangguan cukup besar maka kriteria

penyetelannya sama dengan relai gangguan antar fasa tetapi batas minimum dapat

lebih kecil dari arus beban nominal.

2.7.3 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Pentanahan Melalui

Tahanan Rendah

1. Ground Fault Relay ( GFR ) pada SUTM

Arus gangguan pada umumnya lebih kecil, hal ini karena gangguan tanah

melalui tahanan gangguan tanah maka penyetelan relai ini adalah :

Iset = 10% x Io

Dimana Iset = Penyetelan arus relai

Io = Arus gangguan terkecil ( ujung penyulang )

2. Ground Fault Relai ( GFR ) pada SKTM

Pada jaringan SKTM saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah aka

mengalir arus kapasitif yang cukup besar termasuk pada penyulang yang tidak

terganggu. Dengan diasumsikan saat menentukan penyetelan untuk batasan

32

minimum harus diperhitungkan bahwa relai tidak boleh bekerja pada saluran

yang tidak terganggu. Penyetelannya sebagai berikut :

Iset = ks x IsCE

Dimana Iset = Penyetelan arus

IsCE = Arus kapasitif saluran yang terpanjang operasinya

Ks = Faktor keamanan digunakan 1,2 – 1,5.

3.7.4 Penyetelan Ground Fault Relay ( GFR ) pada Sistem Pentanahan Melalui

Tahanan Tinggi.

Pada sistem ini arus gangguan satu fasa ke tanah besarnya hanya 23 A dan

tidak jauh dengan kapasistansi ke tanah. Artinya arus kapasistansi ke tanah tidak

dapat diabaikan terhadap arus resistif.

Adapaun relai yang digunakan adalah relai gangguan tanah berarah. Relai

ini sangat sensitif dengan karakteristik waktu tertentu. Relai ini mendapat suplai

dari arus urutan nol tegangan urutan nol. Setelan minimum relai gangguan ini

adalah 1 A.

Jika Is minimum masih bisa menyebabkan relai bekerja adalah 1,25 x Iset.

Maka tahanan gangguan Rf maksimum yang masih menyebabkan relai bekerja

sekitar 8500 ohm. Jadi akibat sentuhan ranting pohon atau kawat putus

menyentuh tanah diharapkan relai bekerja.