Abstrak — Microgrid mengintegrasi  sumber  energi  terdistribusi untuk  menyediakan  sistem  yang  handal  dan  ramah  lingkungan. Akibat  adanya  generator  dan  PV  pada  semua  level  sistem Microgrid dan  3  konfigurasi  sistem  yang  berbeda,  yaitu  hanya terhubung grid , terhubung grid dan Microgrid dan Islanding , arus gangguan  pada  sistem  akan  bervariasi  (arus  gangguan  naik  8.2 kA ketika sistem terhubung dengan grid ). Dengan koordinasi rele dan LVCB yang  benar,  maka  sistem  proteksi  dapat mengamankan pembangkit dan beban. Sehingga dapat menyediakan keandalan sistem yang lebih tinggi. Sistem proteksi yang  didesain  dimaksudkan  untuk  dapat  bekerja  dalam  3 konfigurasi  sistem  yang  berbeda  akibat  adanya grid dan  sumber energy terdistribusi.  Sistem  proteksi  yang  digunakan  pada  tugas akhir  ini  dilengkapi  dengan Directional  Over Current Relay yang diuji  menggunakan  ETAP  pada  sebuah  sistem Microgrid yang terdiri  dari  PV  dan  biomassa.  Dengan  menggunakan Zone Selective  Interlocking (  ZSI  )  tidak  perlu  dilakukan  pengaturan ulang  pada  sistem  proteksi  yang  diakibatkan  adanya  perubahan konfigurasi sistem.
Kata  Kunci —  Arus  Hubung  Singkat  3  fasa, Microgrid ,  Rele Arus Lebih Arah, Zone Selective Interlocking .

## I. PENDAHULUAN
emakin  meningkatnya  kebutuhan  akan  konsumsi  energi listrik  serta  bahan  bakar  fosil  yang  terus  menipis mendorong  munculnya  banyak  variasi  sumber  pembangkit. Terlebih  adanya  desakan  untuk  menciptakan  sumber pembangkit  ramah  lingkungan  ( green  technology ),  menjadi salah satu faktor pendorong untuk mencari sumber energi lain selain bahan bakar fosil. Salah satu yang saat ini sedang ramai dibicarakan  oleh  para  ilmuwan  adalah  pembangkit  dengan konsep renewable energy yang  umumnya  sudah  banyak dikembangkan  di  Negara-negara  maju.  Diantara  pembangkit dengan konsep renewable energy tersebut, Pembangkit Listrik Tenaga  Surya  (PLTS)  dan  Pembangkit  Listrik  Tenaga Biomassa  merupakan  sumber  energi  alternatif  yang  cukup menjanjikan  di Indonesia. Salah satu pemanfaatan dari tenaga surya tersebut adalah pada penggunaan Microgrid . Microgrid merupakan salah satu contoh pola pembangkitan terdistribusi  yang  melingkupi  berbagai  macam  sumber  energi, dari  sumber  energi  fosil  maupun  sumber  energi  terbarukan (renewable  energy) yang  memiliki  sistem  interkoneksi  beban dan berbagai macam sumber yang terdistribusi. Microgrid juga dapat  beroperasi  secara  paralel  dengan  sistem  interkoneksi yang  lebih  besar  atau  beroperasi  secara  mandiri  sehingga
ketika  terjadi  gangguan  pada Microgrid ,  kebutuhan  energi listrik masih dapat terpenuhi dengan mengkoneksikan jaringan ke  sistem  utama,  dalam  hal  ini  adalah  PLN.  Pada Microgrid terdapat  berbagai  macam  gangguan  yang  mengakibatkan terganggunya  kontinuitas  pasokan  daya  listrik.  Salah  satu gangguan  tersebut  adalah  hubung  singkat.  Gangguan  hubung singkat  pada  saat  ini  menjadi  masalah  yang  sangat  penting karena  dapat  menyebabkan  kerusakan  peralatan  pada  sistem bila  tidak  dengan  segera  ditangani.  Sumber  gangguan  ini berupa  gangguan  dari  luar,  misalnya  petir,  dan  gangguan  dari dalam sistem, misalnya overload atau beban lebih.
Mencegah  terjadinya  gangguan  dapat  dilakukan  dengan melindungi  sistem Microgrid dengan  cara  meminimalkan dampak/kerusakan  yang  terjadi  akibat  gangguan.  Oleh  karena hal  itu  dibutuhkan  sebuah  sistem  proteksi  yang  dapat mengisolasi  daerah  yang  mengalami  gangguan  dan  dapat menghindarkan  kerusakan  pada  peralatan  akibat  arus  hubung singkat  yang  mengalir  pada  saluran.  Sistem  proteksi  pada penelitian ini menggunakan overcurrent relay untuk pengaman arus hubung singkat line to line dengan selective tripping yang dapat diatur berdasarkan besar dan lamanya gangguan hubung singkat  yang  terjadi  dan directional  overcurrent  relay yang dapat diatur berdasarkan arah arus gangguan..

## II. TEORI PENUNJANG

## A. Microgrid
Menurut  definisi  EU research  projects [7,8]. Microgrid merupakan  meliputi  sistem  distribusi  skala  kecil,  yang  terdiri dari  sumber  energy  terdistribusi,  yang  meliputi  microturbin, fuel cells, PV dan lain sebagainya, dengan media penyimpanan energi  (flywheels,  kapasitor  energi  dan  baterai)  serta  beban yang  fleksibel. Microgrid biasanya  terletak  pada  tegangan rendah  dan  harus  dapat  bekerja  pada  kondisi  normal  ( grid- connected )  dan  kondisi  operasi  darurat  ( islanded ),  sehingga dapat meningkatkan keandalan. Selain meningkatkan keandalan, Microgrid juga ramah lingkungan.

## B. Gangguan Hubung Singkat
Gangguan  hubung  singkat  ini  sendiri  dapat  digolongkan menjadi dua kelompok yaitu: gangguan hubung singkat simetri dan  gangguan  hubung  singkat  tak  simetri  (asimetri). Merupakan  gangguan  yang  mengakibatkan  tegangan  dan  arus yang  mengalir  pada  setiap  fasanya  menjadi  tidak  seimbang,

## Pemodelan dan Simulasi Sistem Proteksi Microgrid
Christina Tio Trisnasari, Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, M.T., Dr. Rony Seto Wibowo, S.T., MT. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail : adisup@ee.its.ac.id , ronyseto@ee.its.ac.id
S
Gangguan  tidak  simetri  akan  menyebabkan  mengalirnya  arus tak  seimbang  dalam  sistem  sehingga  untuk  analisa  gangguan digunakan metode komponen simetri. Gangguan ini terdiri dari :  gangguan  hubung  singkat  satu  fasa  ketanah,    gangguan hubung  singkat  dua  fasa  dan  gangguan  hubung  singkat  dua fasa ketanah.
Gangguan  simetri  merupakan  gangguan  yang  terjadi  pada semua fasanya, sehingga arus maupun tegangan setiap fasanya tetap  seimbang  setelah  gangguan  terjadi.  Gangguan  ini  terdiri dari gangguan hubung singkat tiga fasa dan gangguan hubung singkat tiga fasa ke tanah.

## C. Rele Arus Lebih (Over Current Relay)
Rele  arus  lebih  merupakan  suatu  jenis  rele  yang  bekerja berdasarkan besarnya arus masukan, dan apabila besarnya arus masukan melebihi suatu harga tertentu yang dapat diatur (Ipp) maka  rele  arus  lebih  bekerja.  Dimana  Ipp  merupakan  arus kerja  yang  dinyatakan  menurut  gulungan  sekunder  dari  trafo arus  (CT).  Bila  suatu  gangguan  terjadi  didalam  daerah perlindungan  rele,  besarnya  arus  gangguan  If  yang  juga dinyatakan  terhadap  gulungan  sekunder  CT  juga.  Rele  akan bekerja apabila memenuhi keadaan sebagai berikut:
If> Ipp   rele bekerja  (trip) If< Ipp tidak bekerja   (blok). Setting rele  arus  lebih  tidak  boleh  bekerja  pada  saat  beban maksimum.  Arus setting harus  lebih  besar  dari  arus  beban maksimum.  Menurut  Standart  British  BS  142-  1983  batas penyetelan    antara  nominal  1,05  –  1,3  Iset.  Mengacu  pada standart  tersebut,  pada  tugas  akhir  ini  lebih  amannya menggunakan konstanta 1,05 Isett.
Pada  penyetelan  rele  arus  lebih  juga  harus  memperhatikan batas maksimum setting , dimana
I  set 0.8 Isc LL .                                    (1) Isc  LL  merupakan  arus  hubung  singkat  2  phasa  dengan pembangkitan  minimum  yang  terjadi  diujung  saluran  seksi berikutnya. Besar arus ini diperoleh dari arus hubung singkat 3 phasa pada pembangkitan minimum dikalikan 0,866. 2.1 Rele Arus Lebih Waktu Seketika ( instant) Rele  ini  bekerja  seketika  (tanpa  waktu  tunda)  ketika  arus yang  mengalir  melebihi  nilai setting ,  rele  akan  bekerja  dalam waktu beberapa mili detik. Rele ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya  dikombinasikan  dengan  rele  arus  lebih  dengan karakteristik yang lain.
2.2 Rele Arus Lebih Waktu Terbalik ( inverse)
Rele  ini  akan  bekerja  dengan  waktu  tunda  yang  tergantung dari  besarnya  arus  secara  terbalik  ( inverse  time ),  makin  besar arus makin kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam- macam  dan  setiap  pabrik  dapat  membuat  karakteristik  yang berbeda-beda,  karakteristik  waktunya  dapat  dibedakan  dalam beberapa kelompok:
• Normal inverse
• Very inverse
• Extremely inverse
• Long inverse
Adapun karakteristik operasi rele invers adalah sebagai berikut:
1. Berdasarkan standard ANSI kurva IEEE
(2) Tabel 1 Konstansta Kurva IEEE Characteristic curve A B P Β IEEE Moderately Inverse 0.010 0.023 0.02 0.24 1 IEEE Very Inverse 3.922 0.098 2 0.13 8 IEEE Extremely Inverse 5.64 0.0243 2 0.08 1 2. Berdasar Standar IEC [2]
Karakteristik operasi rele invers:
a. Standart inverse :
t = 1 0,02 I 0,14  s (3)
b. Very inverse
t = 1 I 13,5  s (4)
c. Extremly Inverse
t = 1) 2 (I 80  s (5)
d. Long Time Inverse
t = 1) (I 120  s (6)
Gambar. 1.  Karakteristik Operasi Rele Arus Lebih Inverse .

## D. Rele Arus Lebih Arah ( Directional Over Current Relay )
Rele  arus  lebih  arah  merupakan  penggabungan  rele  arus lebih  dan  rele  arah.  Rele  ini  hanya  bekerja  satu  arah  (sesuai arah  yang  ditentukan),  yaitu forward atau reverse dan  tidak akan bekerja apabila arah gangguan berkebalikan dengan arah kerja rele. Rele ini digunakan untuk mengamankan sistem dari arus  gangguan  yang  dapat  bersirkulasi  pada  kedua  arah  ( reverse dan forward )  pada  peralatan  sistem,  yaitu  ketika sistem  merupakan  sistem  mesh  atau  ring  dan  ketika  sistem memiliki sumber lebih dari satu.

## III. PERANCANGAN SISTEM
Dalam  simulasi  koordinasi  proteksi Microgrid pada  tugas akhir  ini  menggunakan  sistem  Contunion Microgrid yang digunakan  di  Belanda  dengan  sistem Microgrid tiga  fasa bertegangan  400  V,  50  Hz  yang  dikoneksikan  ke  sistem distribusi  20  kV    melalui  trafo  400  kVA  [1].  Pembangkit utama  pada  sistem  ini  berupa Grid yang  tersambung  dengan DG,  yaitu  empat  PV Array dan  empat  pembangkit biomass yang tersebar di Bus 30, 31, 32 dan 33.

## A. Perancangan Perubahan Topologi Jaringan
Jaringan  distribusi  dengan distributed  energy  resources memiliki karakteristik perubahan konfigurasi yang disebabkan adanya perubahan kondisi jaringan. Hal tersebut menyebabkan beberapa  pengaruh  terhadap  koordinasi  proteksi  jaringan tersebut.  Skema  kondisi  perubahan  topologi  jaringan  yang dapat  terjadi  pada  simulasi  ini  diantaranya  adalah  sebagai berikut:
1. Jaringan Terhubung Grid dan Microgrid off Pada  kondisi  ini,  jaringan  mendapat  sumber  dari Grid saja. Gambar 2 menampilkan  topologi jaringan tersebut.
Gambar. 2.  Jaringan Terhubung Grid Saja.
2. Jaringan Tidak Terhubung Grid ( Islanding )
Pada kondisi ini, jaringan mendapat sumber hanya dari Microgrid ,    Gambar  3  menampilkan    topologi  jaringan tersebut.
Gambar. 3.  Jaringan Tidak Terhubung Grid ( Islanding)
3. Jaringan Terhubung Grid dan Microgrid on Pada  kondisi  ini,  jaringan  mendapat  sumber  dari Grid dan Microgrid ,  jika  tejadi  gangguan  pada  salah  satu  bus diantara Grid dan Microgrid ,  maka  perlu  diperhatikan
arus kontribusi yang menuju bus tersebut.
Gambar. 4.  Jaringan Terhubung Grid dan Microgrid .

## IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISA

## A. Analisa Hubung Singkat
Dalam  menghitung  arus  hubung  singkat  pada  jaringan distribusi  radial,  dilakukan  dengan  menggunakan software simulasi  yaitu  ETAP  .  Simulasi  hubung  singkat  minimal  dan maksimal  dilakukan  dengan  mempertimbangkan  5  kondisi yang berbeda tersebut yaitu:
a. Kondisi Hanya Terhubung Grid ( kondisi 1)
b. Kondisi Islanding ( kondisi 2 )
c. Kondisi Terhubung Grid dan Microgrid ( kondisi 3 ) Hasil  simulasi  hubung  singkat  ditampilkan  pada  Tabel  2 hingga Tabel 4.4 dibawah ini.

## Tabel 2
Arus hubung singkat tiap bus ketika kondisi hanya terhubung dengan Grid No Bus Tegangan (KV) Isc min (kA) Isc max (kA) 1 Bus 29 0.4 6.99 8.72 2 Bus 30 0.4 4.05 5.23 3 Bus 31 0.4 3.15 4.04 4 Bus 32 0.4 4.05 4.91 5 Bus 33 0.4 2.5 3.07 Tabel 3 Arus hubung singkat tiap bus ketika kondisi Islanding No Bus Tegangan (KV) Isc min (kA) Isc max (kA) 1 Bus 29 0.4 1.09 1.84 2 Bus 30 0.4 1.15 2.01 3 Bus 31 0.4 1.12 1.94 4 Bus 32 0.4 1.04 1.71 5 Bus 33 0.4 0.998 1.59 Tabel 4
Arus hubung singkat tiap bus ketika kondisi terhubung dengan Grid dan Microgrid No Bus Tegangan (KV) Isc min (kA) Isc max (kA) 1 Bus 29 0.4 7.73 9.56 2 Bus 30 0.4 4.84 6.19
3 Bus 31 0.4 3.77 4.79 4 Bus 32 0.4 4.47 5.4 5 Bus 33 0.4 2.94 3.54
Dari  Tabel  2    –  4  dapat  dilihat  bahwa  arus  hubung  singkat tiap  bus  dengan  beberapa  kondisi  menghasilkan  nilai  yang berbeda. Maka dari itu, dalam analisa selanjutnya akan dibahas pengaruh  perbedaan  tersebut  terhadap  koordinasi  proteksi. Dalam  hasil  simulasi  dapat  dilihat  bahwa  status Microgrid yang terhubung dengan jaringan grid mempengaruhi besar arus gangguan pada tiap bus.

## B. Penerapan Zone Selective Interlock Dalam Koordinasi Proteksi Microgrid
Perbedaan  level  tegangan pada setiap konfigurasi, terutama pada  saat  kondisi grid yang  terhubung  dan  tidak  terhubung dengan  sistem,  membuat setting tap  rele  dan  LVCB  pada setiap  kondisi  menjadi  berbeda.  Padahal,  pada  kenyataannya, perubahan setting rele  dan  LVCB  hanya  dilakukan  pada  saat maintenance.  Ada  berbagai  cara  untuk  membuat  agar setting tap  rele  dan  LVCB  tidak  berubah,  yaitu  dengan  penambahan ZSI ( Zone Selective Interlock ) atau dengan penambahan Fault Current  Limiter  pada  PCC  agar  arus  kontribusi  dari grid jadi tidak  terlalu  besar.  Pada  tugas  akhir  ini  digunakan  ZSI  untuk mengatur  time  delay  peralatan  pengaman  pada  saat  terjadi gangguan.
Berikut  hasil  simulasi  dari  sistem  koordinasi  proteksi Microgrid dengan  menggunakan  ZSI  ketika  terjadi  gangguan pada bus 30.
1. Kondisi Islanding
Ketika terjadi gangguan 3 fasa pada Bus 30, arus gangguan pada bus 30 sebesar 2,9 kA. CB 6, CB 17, CB 19, CB 20  dan CB  13  merasakan  adanya  gangguan  dan  mengirim  sinyal  ke ZSI. Lalu ZSI akan memerintahkan keempat CB tersebut untuk membuka pada 0,1 sekon, dan melakukan blocking signal pada CB dan relay lainnya.
Gambar. 5.  TCC CB 6, CB 17, CB 19, CB 20 dan CB 13.
Saat  CB  6,CB  17,    CB  19,  CB  20  dan  CB  13  gagal mengamankan gangguan yang terjadi, Relay 17 ( DOCR ) akan mulai  bekerja  sesuai  dengan setting koordinasi  proteksinya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar. 6.  TCC Relay 17.
2. Kondisi Grid Only
Ketika terjadi gangguan 3 fasa pada Bus 30, arus gangguan pada  bus  30  sebesar  6,02  kA.  CB  17  dan  CB  13  merasakan adanya  gangguan  dan  mengirim  sinyal  ke ZSI. Lalu ZSI akan memerintahkan  kedua  CB  tersebut  untuk  membuka  pada  0,1 sekon,  dan  melakukan blocking signal pada  CB  dan  relay lainnya.
Saat CB 17 dan CB 13 gagal mengamankan gangguan yang terjadi, CB 5 akan bekerja sebagai back up, dan apabila CB 5 gagal  mengamankan,  Relay  40  akan  bekerja  seperti  yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar. 7.  TCC CB 17 dan CB 13
Gambar. 8.  TCC Relay 40 dan CB 5.
3. Kondisi Terhubung Grid dan Microgrid
Ketika terjadi gangguan 3 fasa pada Bus 30, arus gangguan pada bus 30 sebesar 6,95 kA. CB 6,CB 17, CB 19, CB 20 dan CB  13  merasakan  adanya  gangguan  dan  mengirim  sinyal  ke ZSI. Lalu ZSI akan memerintahkan keempat CB tersebut untuk membuka pada 0,1 detik, dan melakukan blocking signal pada CB dan relay lainnya.
Saat keempat CB tersebut gagal mengamankan gangguan yang terjadi, CB 5 dan Relay 17 akan bekerja sebagai back up, dan apabila CB 5 gagal mengamankan, Relay 40 akan bekerja seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11 dan Gambar 12.
Gambar. 9.  TCC CB 6, CB 17, CB 19, CB 20 dan CB 13.
Gambar. 10.  TCC Relay 40 dan CB 5.
Gambar. 11.  TCC Relay 17.

## V. KESIMPULAN/RINGKASAN
Berdasarkan  hasil  analisa  koordinasi  sistem  proteksi Microgrid ,  Terjadi peningkatan  arus  hubung  singkat  yang cukup signifikan ketika sistem Microgrid dihubungkan dengan grid ,  dimana  arus  hubung  singkat  3  fasa  naik  8,2  kA.  Agar sistem  proteksi  dapat  bekerja  dalam  tiga  konfigurasi  yang berbeda,  yaitu  saat  hanya  terhubung Microgrid saja ( Islanding ),  saat  terhubung grid saja  dan  ketika  terhubung keduanya,  digunakan ZSI ( Zone Selective Interlocking ) agar resetting LVCB  dan  rele  tidak  perlu  dilakukan  ketika konfigurasi berubah.  ZSI  akan  mengamankan  gangguan dengan  membuat  peralatan  pengaman  yang  berada  pada  zona gangguan  bekerja  0,1  detik  dan  ketika  pengaman  tersebut gagal,  maka  pengaman  berikutnya  yang  bekerja  sebagai back up akan bekerja sesuai setting proteksi yang dilakukan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] R Wahyudi, Ir, Diktat Kuliah Sistem Pengaman Tenaga Listrik , 2008
[2] Ontoseno  Penangsang.  Prof, Diktat  Kuliah  Analisis  Sistem  Tenaga  2 ,
2008
[3] Hebatallah  Mohamed  Sharaf,  H.H.  Zeineldin,  Doaa  Khalil  Ibrahim, Essam  El  Din  Abo  El  Zahab. Protection  Coordination  of  Directional Overcurrent  Relays  Considering  Fault  Current  Direction .  IEEE  PES Innovative Smart Grid Technologies Europe, October 2014.