Terbit online pada laman: https://ejournal.seminar-id.com/index.php/bees | 10.47065/bees.v3i1.3150

## BEES: Bulletin of Electrical and Electronics Engineering
ISSN 2722-6522 (Media Online), Vol 3, No 1, Juli 2022, pp 14 − 22
Analisa  Koordinasi  Proteksi  Relay  Jarak  Dengan  Software  Digsilent Pada Gi Sukolilo Ke Gi Kenjeran Menggunakan Metode Fuzzy
Misbahul Munir * , Novian Patria Uman Putra, Wahyu Setyo Pambudi, Nasyith Hananur Rohiem, Ipung Nur Ifan
Fakultas Teknik Elektro dan Informasi, Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya, Surabaya, Indonesia Email: munir@itats.ac.id

## I NFORMASI A RTIKEL

## A B S T R A K
Article History: Received : Jun 28, 2022 Accepted : Jul 21, 2022 Published  : Jul 31, 2022 Pada Gardu Induk Sukolilo terdapat penggantian relay jarak elektromagnetik ke relay digital yang sudah dilengkapi recloser yang berfungsi jika terdapat gangguan relay akan trip dan kembali terhubung secara otomatis. Dari penggantian inilah terdapat perbedaan nilai seting. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai setting relay jarak  pada  gardu  induk  sukolilo  yang  perhitungannya  masih  tradisional  yang  di implementasikan  ke  program  ke  komputer  yang  telah  ditetapkan  oleh  PT.  PLN (persero),  dan  mengetahui  hasil  perhitungan  per  zona  yang  termasuk  dalam  zona relay  jarak.  Penelitian  ini  menggunakan  metode  fuzzy  dengan  software  digsilent.
Data penelitian merupakan data SUTT yang terpasang di GI Sukolilo, data setting relay penghantar GI Sukolilo, data arus hubung singkat, rasio transformator. Hasil penelitian  ini  berdasarkan  simulasi  yang  menunjukan  bahwa  relay  jarak  memiliki nilai setting yang tidak sesuai dengan standar pada setting lama Gardu Induk Sukolilo zona  1  memproteksi  175.42%,  sedangkan  hasil  perhitungan  didapatkan  zona  1 memproteksi 58.44% Perbandingan setting impedansi zona 1 = 0,338 zona 2 = 0,862 dan zona 3 = 1,488 pada setting lama setting impedansi zona 1 = 0,1126, zona 2 = 0.2924,  zona  3  =  0,4128.  Pada  waktu  setting  lama  dan  setting  baru  menunjukkan perbedaan yang besar dimana pada waktu setting lama 0,25 second dengan jangkauan 175.42% sedangkan waktu setting baru 0,25 second dengan jangkauan 58,44%.
Kata Kunci : Gardu Induk; Relay Jarak; Fuzzy
K ORESPONDENSI
Email: munir@itats.ac.id

## A B S T R A C T
The electromagnetic distance relay at the Sukolilo substation has been replaced with a digital relay equipped with a recloser. If there is a disturbance, the relay will trip and  reconnect  automatically.  The  setting  values  have  changed  as  a  result  of  this replacement. The purpose of this study was to determine the value of the distance relay setting at the Sukolilo substation using traditional calculations, which would then be implemented in a computer program developed by PLN Ltd. It also found out the results of calculations per zone included in the distance relay zone. This study employed a fuzzy method with digsilent software. The research data comprised data on SUTT installed at the Sukolilo substation, data on conductor relay settings at the Sukolilo  substation,  data  on  short  circuit  currents,  and  transformer  ratios.  The simulation results in this study indicated that the distance relay had a setting value that  was  not  in  accordance  with  the  standard  in  the  old  setting  of  the  Sukolilo substation zone 1 for protection (175.42%), while the calculation results showed that zone 1 protected 58.44%. The new impedance setting covered zone 1 = 0.338, zone 2 = 0.862, and zone 3 = 1.488, whereas the old impedance setting showed zone 1 = 0.1126, zone 2 = 0.2924, and zone 3 = 0.4128. The old setting time and the new setting showed a big difference in that the old setting time was 0.25 seconds with a range  of  175.42%  while  the  new  setting  time  was  0.25  seconds  with  a  range  of 58.44%.
Keywords : Substation; Distance Relay; Fuzzy

## 1. PENDAHULUAN
Pada Gardu Induk Sukolilo terdapat  relay jarak elektromagnetik  yang  bekerja secara manual  dan tampilan  masih analog,  sehingga  apabila  terjadi  gangguan  hubung  singkat  satu  fasa,  dua  fasa  dan  3  fasa  akan  trip.  Hal  ini  akan berpengaruh pada lamanya pemadaman,  berdampak tidak efektif dalam pengoprasiannya.
Oleh karena itu relay jarak elektromagnetik diganti dengan relay jarak digital dilengkapi dengan recloser yang secara otomatis menghubungkan kembali atau disebut ke kondisi ke normaly closed ketika terjadi gangguan hubung singkat. Namun pada  penggantian relay jarak elektromagnetik ke relay jarak digital ada perbedaan nilai setting.
Maka dilakukan perhitungan ulang untuk mendapatkan nilai setting relay jarak yang sesuai standar, jika tidak sesuai dapat menyebabkan relay tersebut gagal bekerja. Sehingga penanganan gangguan menjadi lebih lama karena pemadaman  yang  di  akibatkan  relay  gagal  trip.  Kemudain  dilakukan  perbandingan menggunakan Digsilent  Power Factory dilakukan perbandingan untuk mendapatkan nilai setting yang sesuai standar.
Relay  jarak  merupakan  komponen  penting  yang  berfungi  sebagai  pelindung  dari  saluran  transmisi  tenaga listrik. Relay jarak memerlukan settingan yang akurat  agar memiliki keandalan yang baik saat  membaca gangguan yang  akan  datang.  Cara  kerja  relay  jarak  jika  terdapat  gangguan  maka  sensing  yang  ada  pada  relay  bekerja  dan mengirimkan sinyal agar PMT melakukan Trip [1][2].
Ukuran penghantar dari suatu transmisi menimbulkan kemungkinan banyak gangguan yang terjadi. Semakin panjang  saluran  transmisi  tenaga  listrik  maka  semakin  banyak  kemungkinan  gangguan  yang  akan  terjadi  seperti gangguan sambaran petir, senar layang-layang, pohon tumbang dan lain sebagainya. Maka peran relay jarak sangat diperlukan  akan  hal  ini  untuk  melindungi  peralatan/komponen  transmisi  agar  tidak  mengalami  kerusakan  akibat gangguan [3].
Relay  jarak (distance  relay) berfungsi  untuk  pengaman  pada  saluran  transmisi  karena  keandalannya  untuk mengatasi  gangguan  dengan  sangat  cepat  dan  penyetelannya  yang  lebih  mudah.  Pada  gardu  induk  Sukolilo penyesuaian relay jarak secara tradisional didasarkan pada parameter saluran transmisi dengan  perkiraan ukuran yang dikoreksi. Berdasarlkan hasil yang didapat  dengan metode PSCAD semua gangguan hubung singkat  masih  berada dizonanya proteksi dan dipastikan berfungsi dengan baik karena hasil setting yang telah dihitung [4].

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1 Lokasi dan Waktu
Penelitian ini dilakukan mulai tanggal 1 April 2022 – 1 Mei 2022 di PT PLN (persero) Gardu Induk Sukolilo yang beralamat di JL.Menur Pumpungan No.68, Menur Pumpungan, Kec. Sukolilo, Kota Surabaya, Jawa Timur.

## 2.2 Diagram Alir Penelitian
Dalam  naskah,  nomor  kutipan  secara  berurutan  dalam  tanda  kurung  siku  [5],  juga  tabel  angka  dan  angka  secara berurutan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1 dan Gambar 1.

## Gambar 1. Diagram Alir Peneletian

## 2.3 Tahapan Penelitian

## 2.3.1 Study Literatur
Untuk penunjangan penelitian ini dapat melakukan penelusuran dari penelitian-penelitian terdahulu,dari jurnal online maupun dari buku mengenai mengenai proteksi relay jarak dengan menggunakan metode Fuzzy sebagai perhitungan yang diapakai untuk memecahkan masalah dalam penelitian ini.

## 2.3.2 Pengumpulan Data
2.3.2.1 Data Penghantar SUTT
Data yang diperoleh merupakan data SUTT yang terpasang di GI Sukolilo, data setting relay penghantar GI Sukolilo, data arus hubung singkat.
Tabel 1. Data penghantar SUTT
N o Penghantar L Jenis Q Impedansi/km Urutan positif Impedansi/Km Urutan nol (km) 𝑚𝑚 2 R X R X 1 Sukolilo – Kenjeran 4,37 ACSR AW 330 0,0037 0,0221 0,0118 0,0438 2 Kenjeran – Kedinding 8,2 ACSR AW 330 0,0037 0,0221 0,0118 0,0438 3 Kedinding – Gili timur 3,8 ACSR AW 330 0,0037 0,0221 0,0118 0,0438

## 2.3.2.2 Data Transformator
Tabel 2. Data transformator Merk Alsthom Tegangan 150/20 kV Daya 50 MVA 𝑋 𝑇 9,2% / 0,92 pu
2.3.2.3 Data Rasio CT dan PT
Tabel 3. Data rasio CT dan PT CT (Trafo arus) 1600 : 5
PT (Trafo tegangan) 50.000 : 110
2.3.2.4 Data Setting Relay
Tabel 4. Data setting relay Setting Relay Jarak Zona Impedansi (Ohm) Detik(t) 1 Zona 1 0,338 0 2 Zona 2 0,862 0,4 3 Zona 3 1,488 1,6 4 Zona 3 reverse 0,106 1,6

## 2.3.3 Analisa Data
2.3.3.1 Menghitung Impedansi Transformator
Impedansi tranformator pada umumnya dalam presentase (%). Sehingga diubah dalam satuan ohm dengan menggunakan persamaan 1
𝑋 𝑇 = 𝑋 𝑇(𝑝𝑢) 𝑥 𝐾𝑉 2 𝑀𝑉𝐴 (1)

## 2.3.3.2 Menghitung Impedansi Saluran
Untuk menghitung Impedansi Saluran 1,2 dan 3 dapat menggunakan persamaan 2 - 4
𝑍𝐿 1 = Z x 𝐿 1 (2)
𝑍𝐿 2 = Z x 𝐿 2 (3)
𝑍𝐿 3 = Z x 𝐿 3 (4)

## 2.3.3.3 Melakukan Penyetelan Zona Pada Relay Jarak
Penyetelan relay jarak terdiri dari tiga daerah pengaman, penyetelan zona 1 dengan waktu kerja relay t 1 , zona 2 dengan waktu kerja relay t 2 , dan zona 3 waktu kerja relay t 3 . a. Penyetelan Zona 1
Dengan mempertimbangkan adanya kesalahan – kesalahan dari data saluran CT, PT dan peralatan penunjang lain sebesar 10% - 15%, zona 1 relay disetel 85% dari panjang saluran yang diproteksi dan menggunakan persamaa 5.
Zona 1 = 0,85 𝑥 𝑍𝐿 1
(5)
b. Penyetelan Zona 2

## Gambar 3. Jangkauan Zona 2
Prinsip penyetelan zona 2 adalah berdasarkan pertimbangan – pertimbangan pada persamaan 6 – 8.
1. 𝑍 2 𝑚𝑖𝑛 = 1.25 x 𝑍𝐿 1 (6)
2. 𝑍 2 𝑚𝑎𝑘 = 0,85 x ( 𝑍𝐿 1 + 0,85. 𝑍𝐿 2 ) (7)
3. 𝑍 2 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜 = 0,85 x ( 𝑍𝐿 1 + 0,5 𝑋 𝑇 ) (8)
c. Penyetelan Zona 3

## Gambar 4. Jangkauan Zona 3
Prinsip penyetelan zona 3 adalah berdasarkan pertimbangan – pertimbangan pada persamaan 9 – 12 1. 𝑍 3 𝑚𝑖𝑛 = 1.23 x ( 𝑍𝐿 1 + 0,85. 𝑍𝐿 2 ) (9)
2. 𝑍 3 𝑚𝑎𝑘 1 = 0,85 x ( 𝑍𝐿 1 + k. 𝑍 𝑇𝑅 ) (10)
3. 𝑍 3 𝑚𝑎𝑘 2 = 0,85 x ( 𝑍𝐿 1 + 0,85 𝑋 𝑇 )
(11)
4. 𝑍 3 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜 = 0,85 x ( 𝑍𝐿 1 + 0,85 𝑋 𝑇 ) (12)
d. Penyetelan Zona 3 Reverse Pada penyetealan zona 3 revers e dapat dihitung menggunakan rumus pada persamaan 13 – 14
1. Jika 𝑍 3 reverse memberi sinyal trip. Maka zona 3 reverse = 1,5 x ( 𝑍 2 − 𝑍𝐿 1 ) (13)
2. Jika 𝑍 3 reverse tidak memberi sinyal trip. Maka zona 3 reverse = 2 x ( 𝑍 2 − 𝑍𝐿 1 ) (14)

## 2.3.3.4 Perhitungan Impedansi yang Dilihat Oleh Relay
Perhitungan nilai impedansi pada Zona 1, Zona 2, Zona 3 yang terbaca oleh relay pada persamaan 15 – 18 a. Zona 1
𝑍 𝑠 Relay = Zona 1 x 𝐶𝑇 𝑃𝑇 (15)
b. Zona 2
𝑍 𝑠 Relay = Zona 2 x 𝐶𝑇 𝑃𝑇 (16)
c. Zona 3
𝑍 𝑠 Relay = Zona 3 x 𝐶𝑇 𝑃𝑇 (17)
d. Zona 3 Reverse
𝑍 𝑠 Relay = Zona 3 Reverse x 𝐶𝑇 𝑃𝑇 (18)

## 2.3.3.5 Perhitungan Arus Hubung Singkat
Berdasarkan  jenis  gangguan  hubung  singkat  ada  tiga  yaitu  gangguan  hubung  singkat  tiga  fasa,  gangguan  hubung singkat dua fasa, gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, dapat dicari dengan menggunakan persamaan 19 – 21. a. Tiga fasa
𝐼 𝑠𝑐 = 𝑘𝑉 √3 𝑍 1
(19)
b. Dua fasa
𝐼 𝑠𝑐 = 𝑘𝑉 √3 𝑍 1 + 𝑍 2 (20)
c. Satu fasa
𝐼 𝑠𝑐 = 𝑘𝑉 √3 𝑍 1 + 𝑍 2 + 𝑍 0 (21) 2.3.4 Simulasi

## Gambar 5. Flowachart fuzzy

## 2.3.4.1 Fuzzy Logic
Dasar dari logika fuzzy teori adalah himpunan fuzzy. nilai keanggotaan atau derajat keanggotaan atau keanggotaan fungsi deskripsi utama dari penalaran dengan logika fuzzy. Dalam logika fuzzy, kebenaran dapat didefinisikan dalam nilai  kebenaran  dimana  berada  diantara  0  dan  1.  Sedangkan  untuk  Boolean,  hanya  mendefinisikan  nilai  1  dan  0. misalnya usia 17 dan lebih dari  diklasifikasikan sebagai  dewasa , dalam logika logis usia dekat 17 tahun dianggap belum dewasa, sedangkan untuk logika fuzzy dianggap kategori dewasa[5].

## Gambar 6. Fuzzy logic
Gambar 6 menunjukan fuzzy logic untuk mencari nilai setting relay jarak dengan beberapa penggolongan dan fuzzy logic yang digunakan adalah fuzzy logic mamdhani.
2.3.4.2 Input Toolbox pada Fuzzy Logic Di Setiap Zona 1, 2 dan 3
Gambar 7 . Tampilan Rule Pada Toolbox Fuzzy Logic Zona 1
Gambar 8 . Tampilan Rule Pada Toolbox Fuzzy Logic Zona 2
Gambar 9 . Tampilan Rule Pada Toolbox Fuzzy Logic Zona 3
Tabel 5. Input fuzzy di setiap zona 1,2 dan 3
Input Output Kecil Sedang Besar Minimum TS TS TS Normal S S S Maksimum O O O
Keterangan :
TS : Tidak Sesuai
S   : Sesuai O  : Over

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Pemodelan Diagram Satu Garis Pada Sofwtware DigSilent PowerFactory
Setelah mendapatkan nilai impedansi pada masing – masing saluran dengan perhitungan yang selanjutnya dapat diimplementasikan pada software DigSilent PowerFactory  dengan diagram garis sebagai berikut.
Gambar 10. Single line diagram Gardu Induk Sukolilo – Kenjeran – Kedinding – Gili Timur
Gambar 10. Merupakan penyederhanaan saluran transmisi untuk 1 line yang terbagi menjadi 3 saluran yang pertama yaitu saluran transmisi 150 kV Sukolilo menuju ke Kenjeran dengan panjang 4,37 KM. Saluran 2 transmisi 150 kV Kenjeran menuju ke Kedinding dengan panjang saluran saluran transmisi 8,2 KM. Dan terakhir saluran yang ketiga yaitu transmisi 150 kV Kedinding menuju ke Gili Timur dengan panjang saluran 3,8 KM.
3.2 Hasil Perbandingan Nilai Setting Relay Jarak Lama Dengan Nilai Setting Relay Jarak Perhitungan
Setelah dilakukan perhitungan nilai setting relay jarak maka didapat nilai pada tabel 5
Tabel 6. Hasil nilai setting relay yang terpasang dengan perhitungan
Zona Hasil Perhitungan Sudut Setting Terapasang Ω T Ω T 1 0,1126 0 89,3334680468497 0,338 0 2 0,2924 0,4 93,3248949297931 0,862 0,4 3 0,4128 1,2 93,1521505989536 1,488 1,2

## 3.3 Penerapan Nilai Setting Relay Jarak Lama dan Setting Relay Jarak Perhitungan
Setelah dimasukan nilai seting di setiap zona pada Digsilent maka dapat dilihat pada gambar dibawah sebagai berikut
Gambar 11. Nilai setting relay jarak lama
Berdasarkan  data  dari  Tabel  6  maka  implementasi  setting  lama  ke  dalam  software  DigSilent   mendapatkan grafik diagram jarak terhadap waktu seperti pada Gambar 11. Pada Gambar 11  menunjukan garis vertikal mewakili waktu  (detik)  dan  garis  horizontal  mewakili  jarak  (kilometer),  bisa  dilihat  bahwa  grafik  setting  lama  tanpa menggunakan metode fuzzy pada zona 1 melampaui batas yang seharusnya panjang saluran diamankan yaitu hanya 80% sampai 85% dari panjang saluran GI Sukolilo menuju GI Kenjeran, hal ini mengakibatkan setting zona 2 berawal dari sesi yang melebihi dari sesi yang seharusnya diamankan. Begitu juga pada zona 3 juga berawal dari sesi yang melebihi dari sesi diamankan. Pada zona 1 yang diproteksi pada settingan lama sebesar 175.42%. Pada zona 2 yang diproteksi pada settingan lama sebesar 447.338%. Pada zona 3 yang diproteksi settingan lama sebesar 777.28%.
Berdasarkan data dari Tabel  7 maka implementasi  setting  baru atau setting  yang diperoleh dari  perhitungan menggunakan metode fuzzy disimulasikan kedalam software DigSilent mendapatkan grafik diagram jarak terhadap waktu seperti pada Gambar 12 Pada Gambar 12 menunjukan garis vertikal mewakili waktu (detik) dan garis horizontal mewakili jarak (kilo meter), terlihat bahwa setting zona 1 melindungi 58,44% dari panjang saluran GI Sukolilo menuju GI Kenjeran, hal ini tidak tepat dalam jangkauan perlindungan zona 1 yaitu 80% sampai 85%  dengan waktu seketika. Pada setting zona 2 yang seharusnya melindungi 15% saluran belakang sebelum gardu induk kenjeran dan 50% setelah gardu induk kenjeran dengan waktu singkat 0,4 sedangkan untuk perlindungan zona 2 sendiri mencakup 15% - 20% daerah yang tidak diproteksi oleh zona 1 di tambah 50% untuk penghantar saluran berikutnya dengan setting waktu 0,4  s. Pada setting zona 3 melindungi 50% saluran yang tidak dilindungi zona 2  dan  25% sampai ke seksi saluran selanjutnya.  Tetapi  pada  gambar  4.9  zona  2  yang  dapat  diproteksi  oleh  relay  dengan  perhitungan  adalah  sebesar 151,75% hal ini tidak sesuai dengan settingan zona 2 yang semestinya. Pada setting zona 3 yang dapat diproteksi oleh relay  dengan  hasil  perhitungan  didapatkan  214,24%  hal  ini  tidak  sesuai  tetapi  lebih  baik  dari  pada settingan  relay lama.

## 3.4 Simulasi Hubung Singkat
Simulasi gangguan hubung singkat dalam hal ini diperlukan karena untuk mengetahui kinerja dari relay tersebut dalam pembacaan. Simulasi gangguan hubung singkat ini dilakukan dengan menggunakan software DigSilent PowerFactory dengan gangguan hubung singkat 3 fasa,
Gambar 10. R-X Plot Setting Relay Lama Gangguan 50% Saluran
Gambar 11. R-X Plot Setting Relay Baru Gangguan 50% Saluran
Pada  gambar  diatas  menunjukan  kinerja  dari  setting  relay  lama.  Untuk  parameternya  ada  garis  vertikal mewakili  dari  tahanan (X) dan garis horizontal  mewakili  reaktansi  (R). Dari  kedua setting  relay menunjukan nilai gangguan  yang  sama  terletak  pada  50%  dari  panjang  saluran  ditunjukan  oleh  simbol  gangguan  dan  gangguan diselesaikan dengan waktu seketika oleh zona 1 karena nilai gangguan karena nilai gangguan 0,411 Ω. Masih jauh lebih besar dari pada settingan baru dan settingan lama. Pada kotak berwarna merah menunjukan data gangguan. Bisa dilihat bahwa pada gambar 4.12 gangguan lebih tepat  ke angka 50%, sedangkan pada setting  lama gangguan yang kurang tepat. Karena zona 1 yang dilindungi hanya 80 – 85%.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil komparasi diperoleh nilai setting yang terpasang zona 1, 2 dan 3 yaitu zona 1 = 0.338 Ω ; 175.42 %, zona 2 = 0.862Ω ; 447.38%, zona 3 = 1.488Ω  ; 772.28% dan hasil dari simulasi = 0.1126 Ω  ; 58.44%, = 0.2924 Ω ; 151.75%. 0.4128 Ω ; 214.24% .

## REFERENCES
[1]  H. Asman, H. Eteruddin, and . A., “Analisis Proteksi Rele Jarak Pada Saluran Transmisi 150 Kv Garuda Sakti  – Pasir Putih
Menggunakan Pscad,” SainETIn , vol. 2, no. 1, pp. 27–36, 2018, doi: 10.31849/sainetin.v2i1.1672.
[2]  Wahyu Hendra Prasetya, Misbahul Munir, N. P. U. Putra, Nasyith, H. Rohiem, and I. Masfufiah, “Analisa Koordinasi Proteksi Over Current Relay Pada Gardu Induk Bangil,” Pros. Semin. Nas. Sains dan Teknol. Terap. , vol. 10, no. 2, pp. 1–15, 2018.
[3]  G. Sinus, “Studi Analisis Relai Jarak Jaringan Transmisi 150 kV Sungailiat - Air Anyir - Pangkalpinang,” vol. 8, no. 2, pp. 253–259, 2019.
[4]  H. Abibie and Sulistyowati, “Kajian Koordinasi Sistem Proteksi Pada Sistem Transmisi 70 kV GI Banaran Kediri Transmission Line Bay Pare,” ELPOSYS J. Sist. Kelistrikan , vol. 7, no. 3, pp. 51–57, 2020, doi: 10.33795/elposys.v7i3.21.
[5]  A. Ekaprasetyo and W. S. Pambudi, “Prototype Rancang Bangun Robot Penyiram Tanaman Otomatis Dengan Kendali Fuzzy,” J. Ilm. Matrik , vol. 22, no. 1, pp. 102–109, 2020, doi: 10.33557/jurnalmatrik.v22i1.846.