## STUDI SETTING RELE DIFFERENSIAL PADA TRAFO DAYA PT. PLN TARAKAN
Muhammad Farhan Jafar 1 , Achmad Budiman 2
1 PT. Tarakan Elektrik Brothers, Tarakan,  Kalimantan Utara, Indonesia
2 Universitas Borneo Tarakan, Tarakan,  Kalimantan Utara, Indonesia
1 Farhanjafar619@gmail.com
2 achmad1177@gmail.com
Abstract — The  power  transformer  is  a  component  that plays an important role in supplying electric power, therefore a protective device is needed to protect it. The protection system used is a differential relay. The differential relay works based on  the  balance  of  the  primary  current  and  the  secondary current  of  the  protected  transformer.  This  research  method uses a numerical analysis approach. The results obtained from the calculation of the differential current are 0.241 A and the restrain  current  is  4.08  A.  On  the  20  kV  side,  the  CT  (In) secondary current is 3.96 A with a pickup current value of 0.5 A.  The  bias1  current  value  is  the  same  as  the  the  restrain current is 4.08 A and the value of the bias current2 is 12.24 A. When a single phase current to ground is disturbed by 1,723.75 on the 20 kV voltage side, the differential relay works to protect the PT PLN Tarakan power transformer.
Keyword — Power  Transformer,  Transformer  Protection System, Differential Relay.
Intisari — Trafo  daya  adalah  suatu  komponen  yang berperan penting dalam menyuplai tenaga listrik, maka dari itu  perlu  suatu  alat  proteksi  untuk  melindunginya.  sistem proteksi  yang  digunakan  adalah  rele  differensial.  Rele differensial  bekerja  didasarkan  atas  keseimbangan  arus primer  dan  arus  sekunder  trafo  yang  dilindungi.  Metode penelitian  ini  menggunakan  pendekatan  analisis  numerik. Hasil  yang  diperoleh  dari  perhitungan  arus  differensial adalah  0,241  A  dan  arus  restrain  4,08  A.  pada  sisi  20  kV didapatkan  arus  sekunder  CT  (In)  sebesar  3,96  A  dengan nilai arus pickup adalah 0,5 A. nilai arus bias1 sama dengan nilai arus restrain yaitu 4,08 A dan nilai arus bias2 adalah 12,24 A. Pada saat terjadi gangguan arus satu fasa ketanah sebesar 1.723,75 di sisi tegangan 20 kV maka menyebabkan rele differensial bekerja untuk memproteksi trafo daya PT. PLN Tarakan.
Kata Kunci — Trafo Daya, Sistem Proteksi Trafo, Rele Differensial

## I. PENDAHULUAN
Pembangkit tenaga listrik berperan untuk menyalurkan energi  listrik  yang  dihasilkan  kepada  konsumen  yang artinya  dapat  menyediakan  tenaga  listrik  secara  kontinu dengan kualitas yang baik, sehingga untuk meningkatkan keandalan dan kekontinuitas tersebut pelayanan pengoperasian  sistem  pembangkit  memerlukan  suatu peralatan pengaman atau sistem proteksi untuk mencegah terjadinya  gangguan  yang  menggangu  sistem.  Penelitian
ini berfokus pada rele differensial yang terdapat pada trafo daya PT. PLN Tarakan.
Transformator daya adalah suatu peralatan listrik yang berfungsi  sebagai  pemindah  tegangan  listrik  bolak-balik primer ke sekunder berdasarkan prinsip induksi magnetik sehingga dapat menaikan atau menurunkan tegangan [5].
Gangguan  adalah  penghalang  dari  suatu  sistem  yang sedang  beroperasi  atau  suatu  keadaan  dari  sistem penyaluran  tenaga  listrik  yang  yang  menyimpang  dari kondisi  normal. Suatu  gangguan didalam  peralatan listrik didefinisikan  sebagai  terjadinya  suatu  kerusakan  didalam jaringan listrik yang menyebabkan aliran arus listrik keluar dari aliran yang seharusnya [4].
Rele  differensial  adalah  suatu  rele  yang  bekerja didasarkan atas keseimbangan, yaitu melakukan perbandingan terhadap arus sekunder trafo arus (CT) yang ada diperalatan dan instalasi listrik yang harus dilindungi. Rele  differensial  digunakan  pada  trafo  daya  saat  adanya gangguan  karena  rele  sangat  selektif  dan  bekerja  cepat. Tujuan  utama  pemasangan  rele  proteksi  di  transformator tenaga  adalah  sebagai  alat  pengaman  sehigga  kerusakan akibat gangguan dapat dikurangi sekecil mungkin [3].

## II. METODE PENELITIAN

## A. Waktu dan Tempat
Pembuatan  penelitian  ini  dilaksanakan  setelah melakukan  seminar  proposal  sesuai  dengan  jadwal  yang ditentukan sesuai dengan perencanaan waktu yang terdapat pada jadwal penelitian. Penelitian dilaksanakan di Provinsi Kalimantan Utara, Tarakan di pembangkit listrik PT. PLN Tarakan pada trafo daya.
B. Tahapan Penelitian Langkah-langkah  yang  di  lakukan  penulis  dalam menyusun skripsi ini. Metode penelitian ini disusun untuk memberikan  cara  yang  jelas  bagi  penulis  sehingga penyusunan  tugas  akhir  ini  dapat  berjalan  dengan  lancar. Metode  utama  pada  penelitian  ini  adalah  penelitian sekunder  dikarenakan  sumber  data  yang  diperoleh  dari suatu  instansi  terpercaya  dalam  bentuk  data  laporan. Langkah  pertama  yang  dilakukan  meliputi  studi  literatur yaitu pengumpulan jurnal referensi yang berkaitan dengan judul penelitian selanjutnya pengambilan data di PT. PLN Tarakan.  Setelah  data  semua  terkumpul  selanjutnya menghitung  arus  nominal  dan  arus  rating  transformator, menghitung  output arus CT di  sisi  sekunder, menghitung
arus yang masuk ke rele dan menghitung selisih arus atau arus  differensial,  serta  menghitung  arus  rata-rata  yang masuk  ke  rele  dan error  mismatch dan  menghitung  arus setting  rele  differensial,  dan  terakhir  menghitung  arus gangguan  satu  fasa  ke  tanah  untuk  mengetahui  arus gangguan  terbesar  yang  melewati  bagian  proteksi  rele differensial tersebut.
Berikut  adalah  gambar  dari  diagram  alir  penelitian dimana  fungsi  dari  diagram  ini  adalah  mengetahui  alur pengerjaan  atau  proses  dalam  bentuk  gambar  yang menampilkan langkah-langkah penelitian tersebut.
Studi Literatur Pengumpulan data di PT.PLN Tarakan Menghitung Arus Rate pada sisi Primer dan Sekunder Jika Id<Iset Rele Tidak Aktif Penarikan Kesimpulan Sistem Proteksi Normal Sistem Proteksi Bekerja Rele aktif Tidak Ya Menghitung Nilai Parameter Rele Differensial Ya Tidak Mulai Selesai Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Tahapan penelitian sebagai berikut:
• Studi Literatur
Pada langkah ini penulis mempelajari dan memahami berbagai  sumber (Jurnal, Buku dan lain  – lain) mengenai studi proteksi khususnya rele differensial pada transformator daya.
• Pengumpulan Data
Kemudian  setelah  melakukan  studi  literartur,  lalu penulis  mengumpulkan  data  yang  dibutuhkan  dalam melakukan penelitian.
Data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah : a. Daya input dan output trafo daya (VA) b. Tegangan input dan output trafo daya(V) c. Manual  book current  transformer (CT)  yang terpasang pada trafo daya
d. Nilai setting arus rele differensial pada trafo daya e. Nilai toleransi kerja dari rele differensial pada trafo daya
• Menghitung  arus  rate  pada  sisi  primer  dan  sisi sekunder trafo daya
Pada tahap ini penulis menghitung arus rate pada trafo daya  dengan  menggunakan  alat  bantu  berhitung  seperti kalkulator dan lain-lain.
• Menghitung nilai parameter rele differensial
Pada tahap ini penulis menghitung nilai parameter dari rele differensial pada trafo daya dengan menggunakan alat bantu  berhitung  seperti  kalkulator  dan  lain-lain.  Untuk mendapatkan  nilai  parameter  rele  differensial  terdapat beberapa persamaan antara lain :
a. Arus dari tiap sisi trafo daya yang masuk ke rele
b. Selisih arus dari tiap sisi trafo daya
c. Nilai error mismatch
d. Arus rata-rata dari tiap sisi trafo daya
e. Nilai percent slope
f. Nilai arus setting rele differensial
g. Dan  mencari  nilai  arus  yang  dikeluarkan  CT  pada waktu  ada  gangguan  (satu  fasa  ke  tanah)  serta pengaruhnya terhadap rele differensial tersebut.
• Feedback perhitungan
Setelah  didapatkan  nilai  parameter  rele  differensial nya, penulis mengecek terlebih dahulu apakah perhitungan sudah  benar,  Jika  terjadi  kesalahan  dalam  perhitungan maka  penulis  akan  mengulangi  perhitungan  dari menghitung  arus  rate  pada  tiap  sisi  trafo  daya  dan menghitung lagi nilai parameter rele differensial tersebut.
• Jika Id > Iset Rele  differensial  akan  aktif  dan  memerintahkan  CB agar trip sebab  arus  gangguan  differensial  melebihi  arus setting rele differensial • Jika Id < Iset
Rele  differensial  tidak  aktif  dan  sebab  arus  gangguan differensial kurang dari arus setting rele differensial.
• Analisis Data
Setelah  didapatkan  nilai  perhitungan  rele  differensial, maka  dapat  diketahui  nilai  dari  setting  rele  differensial tersebut  sudah  sesuai  sebagai  sistem  proteksi  atau  tidak sesuai sistem proteksi.
• Kesimpulan
Pada  tahap  ini,  penulis  menjelaskan  hasil  akhir mengenai keseluruhan hasil dari penelitian yang dilakukan.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Data Transformator Daya dan Rele Differensial yang Digunakan PT. PLN Tarakan
Dalam  perhitungan  diperlukan  data  Rele  Differensial yang digunakan untuk melakukan setting Rele Differensial agar dapat bekerja dengan baik.
Tabel I Data Rele Differensial pada Trafo Daya PT. PLN Tarakan
Current transformers (CT) (CONF/ CURRENT SCALING) Inom 60 A Isec 5.0A I'nom 200A I'sec 5A Voltage and power settings (CONF/ UNIT TRANSFORMTO) Un 6.300V U'n 20.000V Sn 5.500KVA ConGrp Dy11
B. Perhitungan Setting Rele Differensial pada Trafo Daya PT. PLN Tarakan
Perhitungan nilai rasio CT:
In trafo pada sisi 20 KV = 𝐃𝐚𝐲𝐚(𝐤𝐕𝐀)
√𝟑 𝟐𝟎𝐊𝐕 𝟓.𝟓𝟎𝟎𝐤𝐕𝐀 √𝟑 𝟐𝟎𝐊𝐕 = 158,77 A Irating = 110% × 158,77 = 174,647 A
In trafo pada sisi 6,3KV  = 𝐃𝐚𝐲𝐚(𝐤𝐕𝐀)
√𝟑 𝟔,𝟑𝐊𝐕 = 𝟓.𝟓𝟎𝟎𝐤𝐕𝐀 √𝟑 𝟔,𝟑𝐤𝐕 = 504,12 A Irating = 110% x 504,12 = 552,532 A
Dari hasil perhitungan ini dapat diketahui bahwa arus nominal yang menuju ke trafo daya di sisi tegangan 20 kV adalah 158,77 A sedangkan di sisi tegangan 6,3 kV adalah 504,12 A.
Pada  perhitungan  arus  maksimal  di  trafo  daya  dapat diketahui  pada  sisi  tegangn  20  kV  adalah  174,647  A sedangkan  pada  sisi  tegangan  6,3  kV  adalah  552,532  A. Sesuai  dengan perhitungan tersebut, maka rasio  CT yang terpasang  pada  sisi  tegangan  20  kV  adalah 𝟐𝟎𝟎 𝟓 dan  pada sisi tegangan 6,3 kV adalah 𝟔𝟎𝟎 𝟓 .
Berdasarkan  uraian  tersebut  maka  bila  arus  yang mengalir  pada  sisi  tegangan  tinggi  adalah  5  A.  Rasio  CT yang dipilih adalah 𝟐𝟎𝟎 𝟓 dan 𝟔𝟎𝟎 𝟓 .
Arus  sekunder  CT  adalah  arus output CT  tersebut, dengan menggunakan persamaan:
Rasio CT 1 = 𝟔𝟎𝟎 𝟓 dan CT 2 = 𝟐𝟎𝟎 𝟓 Arus rele pada sisi trafo 6,3 kV :
𝐈 r = 𝐈 n × 𝟏 𝐂𝐓 = 504,12 × 𝟓 𝟔𝟎𝟎 = 4,201 A Arus rele pada sisi trafo 20 kV :
𝐈 t = 𝐈 n × 𝟏 𝐂𝐓 = 158,77 × 𝟓 𝟐𝟎𝟎 = 3,96 A
Perhitungan arus differensial : Arus  differensial  atau  selisih  arus  Ir  dan  It,  dengan menggunakan persamaan:
I d = I r - I t = 4,201 – 3,96 = 0,241 A
Berdasarkan perhitungan arus differensial diatas dapat diketahui selisih arus sekunder CT1 dan CT2 adalah 0,241 A.
Perhitungan  arus restrain Ir  dan  It,  dengan menggunakan persamaan:
I restrain = Ir+It
2 = 4,201+3,96 2 = 4,08A
Didapatkan hasil dari arus restrain yaitu 4,08 A. Perhitungan percent slope :
Mencari percent  slope ,  untuk  mendapatkan  nilai percent slope  maka  diperlukan  pembagian  antar  arus differensial dengan arus penahan dengan persamaan 2.14:
Slope1    = Id x 100% 𝐼 𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛
= 0,241 x 100% 4,08 = 5,90 % I d = 5,90% × 4,08 = 0,241 A Slope2    = Id x 100% 𝐼 𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛
= 0,241 x 100% 4,08 × 2 = 11,8 %
I d = 11,8% × 4,08 = 0,481 A
Sehingga  kurva  karakteristik  rele  differensial  yang  di peroleh:
Gambar 2. Kurva Karakteristik Rele Differensial
Perhitungan arus setting :
Toleransi pada rele differensial untuk trafo daya PT. PLN Tarakan adalah 30 %, maka, menggunakan persamaan:
4,08 + (4,08 × 30 %) = 5,304 A
Hasil  perhitungan  arus  setting  diatas  adalah  5,304  A dengan  toleransi  30%  lebih  besar  dengan  asumsi  yaitu: kesalahan  CT  (10%),  kesalahan  sadapan  (10%),  arus eksitasi (1%), mismatch (4%), dan factor keamanan (5%).
C. Gangguan pada Trafo Daya
Arus  gangguan  yang  dapat  menyebabkan  nilai  Id 0,241A, menggunakan persamaan:
I 2 fault = I t + Id = 3,96 + 0,241 = 4,201 A If rele = I 2 fault x Ir = 4,201 × 4,201 = 17,64 A If = If rele x CT2 = 17,64 x 200 5 = 705,6 A 0, 0.5 4.08, 0.5 12.24, 8.16 16.32, 32.64 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 ID . ARUS DIFFERENSIAL IR . ARUS RESTRAIN

## Karakterisitik Rele
Differensial Pick Up 0.3

## OPERATING AREA
NON Operating AREA
Pada saat Id sebesar 0,241 maka arus maksimal yang mengalir  di  sisi  tegangan  tinggi  adalah  sebesar  17,64  A. rele differensial akan bekerja bila arus yang mengalir lebih dari 705,6 A.
Contoh:
Tepatnya pada bus GH Indoor terdapat arus gangguan satu fasa  ke  tanah,  untuk  membuktikan  nilai  tersebut digunakan persamaan:
Z1   = 2,21 pu Z0   = 0,61 pu Ibase = 100MVA×1.000 √3 20kV = 2.890,17 A
persamaan arus gangguan satu fasa ketanah:
I a1 = 3i a1 = 3𝐸𝑎 (𝑧 1 +𝑧 2 +𝑧 0 ) × Ibase = 3×2.890,17
2 × ( 2,21)+(0,61)
= 8.670,51 5,03
I a = 1.723,75 A
Error perhitungan (E):
Selisih Ia dan Ia table = 1.723,75 – 1.717 = 6,75
E = 6,75 ×100 % 1.723,75 = 0,391%
Didapatkan  error  perhitungan  sebesar  0,391  %  dimana hasil  perhitungan  ini  masih  termasuk  didalam  toleransi yaitu dibawah 5%.
Arus gangguan sebesar 1.723,75 A di sisi tegangan 20 kV,  menghitung  arus gangguan yang dibaca rele dengan menggunakan persamaan:
If rele = If x CT2 = 1.723,75 × 5 200 = 43,09 A
I 2 fault = If rele I𝑟 = 43,09 4,201 = 10,257 A
Id = I 2 fault – It = 10,257 – 3,96 = 6,297 A Arus gangguan di sisi tegangan 20 kV adalah 1.723,75 A dan menghasilkan arus sekunder di CT1 sebesar 10,257 A serta arus differensial sebesar 6,297 A, oleh karena itu rele differensial  aktif  karena  arus  differensial  melebihi  arus setting rele.

## IV. KESIMPULAN
Terdapat beberapa kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini sebagai berikut :
• Arus nominal pada sisi tegangan 20 kV adalah 158,77 A serta ditegangan 6,3 kV adalah 504,12 A. Hasil arus rating atau arus maksimal disisi tegangan 20 kV adalah 174,647 A dan disisi tegangan 6,6 kV adalah 552,532
A.
• Arus sekunder di CT tegangan 20 kV adalah 3,96 A dan disisi  tegangan  6,3  kV  adalah  4,201  A,  Nilai error mismatch disisi  tegangan  20  kV  adalah  sebesar  0,189 %  dan disisi tegangan 6,3 kV adalah 0,211%.
• Perhitungan  arus  diferensial  didapatkan  dari  selisih arus sekunder CT1 dan CT2 yaitu sebesar 0,241 A.
• Hasil  dari  perhitungan  arus  penahan  ( restrai n)  yaitu 4,08 A.
• Hasil perhitungan arus setting adalah 5,304 A dengan toleransi  30%  lebih  besar  dengan  asumsi  yaitu: kesalahan  CT  (10%),  kesalahan  sadapan  (10%),  arus eksitasi  (1%), mismatch (4%),  dan  factor  keamanan (5%). Jadi jika arus sekunder yang mengalir pada rele differensial  tersebut  adalah  5  A  maka  nilai  tersebut adalah nilai yang cocok.
• Arus gangguan terkecil adalah arus gangguan satu fasa ke tanah sehingga menjadi acuan dalam pengaturan rele differensial.
• Pada  saat  Id  sebesar  0,241  maka  arus maksimal  yang mengalir di sisi tegangan tinggi adalah sebesar 705,6 A. rele  differensial  akan  bekerja  bila  arus  yang  mengalir lebih dari 705,6 A.
• Pada  perhitungan  gangguan  arus  satu  fasa  ke  tanah tepatnya  pada  bus  GH  Indoor  didapatkan  arus gangguan di sisi tegangan 20 kV adalah 1.723,75 A dan menghasilkan arus sekunder di CT1 sebesar 10,257 A serta arus differensial sebesar 6,297 A, oleh karena itu rele differensial aktif karena arus differensial melebihi arus setting rele.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terimakasih saya haturkan kepada allah swt, kedua orang tua, dosen-dosen, teman seperjuangan saya.

## REFERENSI
[1] Cekdin, C. (2006). Sistem Tenaga Listrik. Palembang: Andi Yogyakarta.
[2] Effendi & Rahmat. (2020). Studi Sistem Proteksi Generator Pada  pembangkit  Listrik  Tenaga  Diesel  Kabupaten Enrekang. Makassar: Universitas Muhammadiyah Makassar.
[3] El-Bages, M. S. (2011). Improvement of digital differential relay  sensitivity  for  internal  ground  faults  in  power transformers.  International  Journal  on  Technical  and Physical Problems of Engineering, 3(3)
[4] Fadillah,  A.  (2017).  Analisa  Gangguan  Hubung  Singkat Satu  Fasa  Ke  Tanah  Pada  Jaringan  Distribusi  20  kV  PT. PLN Tarakan. Tarakan: Universitas Borneo Tarakan.
[5] Rizki.,  Novia,  A.,  &  Sartono,  S.  (2014).  Perbaikan Tegangan Sisi Sekunder Transformator Daya 150/20 kV di Gardu  Induk  Ungaran.  Jurusan  Teknik  Elektro,  Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.
[6] Samin, T. (2015). Analisa Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa  Ke  Tanah  pada  Jaringan  Distribusi  20  Kv  PT  PLN (Persero)  Sebatik  Menggunakan  Software  ETAP  Power Station 12.6.0. Tarakan: Universitas Borneo Tarakan.
[7] Sukma,  R.  A.  (2018).  Analisa  Arus  Gangguan  Hubung Singkat Pada Penyulang 1 PT.PLN Persero Unit Layanan Khusus  (ULK)  Tarakan.  Tarakan:  Universitas  Borneo Tarakan.
[8] Vaasa  Electronics.  (2002).  Generator  and  Transformer Differential Protection Relay.
[9] Wahyu.  (2021).  Studi  Rele  Arus  Lebih  (OCR)  Untuk Gangguan Satu Fasa ke Tanah Pada Penyulang 5 PT. PLN (UP3) Tarakan. Tarakan: Universitas Borneo Tarakan.
[10] Wahyudin S. N., Diantari R. A., Rahmatullah T. M (2017). Analisa  Proteksi  Differensial  pada  Generator  di  PLTU Suralaya. Jurnal Energi & Kelistrikan.
[11] Wijanarko,  D.  (2018).  Analisa  Penggunaan  Rele Differensial Sebagai Proteksi pada Tranformator 60 MVA di Gardu Induk Palur. Surakarta: Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
[12] Yuniarto,  Y.,  Subari,  A.,  &  Kusumastuti,  D.  H.  (2015). Setting  Relay  Differensial  Pada  Gardu  Induk  Kaliwungu Guna  Menghindari Kegagalan  Proteksi.  Transmisi:  Jurnal
Ilmiah Teknik Elektro, 17(3), 147-152.