(Ilham Juliando , Yuslan Basir)

## ANALISIS REPOSISI RELE GANGGUAN TANAH TERBATAS DAN STAND BY GANGGUAN TANAH NGR TRAFO DAYA 30 MVA GI BUKIT SIGUNTANG
Yuslan Basir 1 , Ilham Juliando 2 yuslanbasir.1958@gmail.com
Dosen Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tridinanti Palembang 1 Alumni Prodi Teknik Elektro UTP 2

## ABSTRAK
Sistem  pentanahan  menggunakan  NGR  adalah  salah  satu  sistem  pentanahan  yang  banyak digunakan saat ini, di gardu  induk Bukit Siguntang masih terdapat  desain NGR dan  pola NGR lama sehingga  pada  saat  terjadi  breakdown  pada  isolator  tumpuh  NGR  yang  diakibatkan  oleh  gangguan penyulang, posisi relegangguan tanah terbatas atau REF dan relestand by gangguan tanah atau SBEF tertukar/tidak  sesuai  dengan  buku SPLN  T5.003-1  :  2010 tentang  pola  proteksi  trafo  daya menyebabkan  rele  trafo  daya  tidak  bekerja  pada  segmennya  dikarenakan  posisi  current  transformer rele REF dan rele SBEF yang tertukar di NGR trafo daya. Nilai setting arus pada CT REF adalah 200 A  dengan  waktu  setting  instan,  nilai  setting  pada  CT  SBEF  sebesar  10  %  dari nilai  arus  maksimum NGR sebesar 30 A sebagai pengaman dari NGR. Arus hubung singkat satu fasa tanah pada penyulang sebesar  271,266  ampere  menyebabkan  rele  REF  bekerja,  hal  itu  mengakibatkan  rele  REF  bekerja bukan pada zona  kerjanya. Maka dari itu dilakukan reposisi pada rele REF dan SBEF  agargangguan yang terjadi pada NGR akan dideteksi oleh relai SBEF, bukan oleh relai REF.
Kata Kunci : Reposisi, Rele Gangguan Tanah Terbatas, Rele Stand By Gangguan Tanah, NGR, Trafo Daya.

## I. PENDAHULUAN
Salah satu komponen yang berperan penting pada gardu induk adalah trafo daya, trafo daya merupakan suatu peralatan yang sangat vital. Oleh karena itu,sistem proteksiyang handal sangat  dibutuhkan  untukmelindungitrafo  dari  gangguan.  Salah  satu  proteksi  yang  harus diperhatikan  pada  trafo  daya  adalah  sistem  pentanahan.Untuk  proteksi  pada  sistem pentanahan, maka dipasang NGR ( Neutral Grounding Resistor ) 40 Ohm.
Sistem  pentanahan  menggunakan  NGR  adalah  salah  satu  sistem  pentanahan  yang banyak  digunakan  saat  ini,  di  gardu  induk  Bukit  Siguntang  masih  terdapat  desain  NGR  dan pola  NGR  lama  sehingga  pada  saat  terjadi  breakdown  pada  isolator  tumpuh  NGR  yang diakibatkan  oleh  gangguan  penyulang,  posisi  rele  REF  dan  rele  SBEF  tertukar/tidak  sesuai dengan buku SPLN T5.003-1 : 2010 tentang pola proteksi trafo daya menyebabkan PMT 20 kV incoming trafo daya dan PMT 70 kV trip dengan indikasi REF atau rele trafo daya tidak bekerja pada segmennya dikarenakan posisi current transformer rele REF dan rele SBEF yang tertukar di NGR trafo daya.
Untuk  itu  dilakukan  reposisi  pada  current  transformer  rele  gangguan  tanah terbatas/REF  dan  current  transformer  rele  stand  by  gangguan  tanah/SBEF  sehingga  proteksi pada trafo daya dapat bekerja pada masing-masing segmennya.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. TRANSFORMATOR DAYA
Transformator Daya adalah peralatan tenaga listrik statis yang berfungsi untuk memindahkan daya satu rangkaian ke rangkaian lain, dengan mengubah tegangan, tanpa mengubah frekuensi. Dalam operasi  penyaluran  tenaga  listrik  transformator  dapat  dikatakan  jantung  dari  transmisi dan distribusi.Dalam kondisi  ini  suatu  transformator  diharapkan  dapat  beroperasi  secara  maksimal. Mengingat  kerja  keras  dari  suatu  transformator  seperti  itu,  maka  cara  pemeliharaan  juga  dituntut sebaik mungkin.  Oleh karena  itu  tranformator  harus  dipelihara  dengan  menggunakan  system  dan peralatan  yang  benar,baik  dan tepat.  Untuk itu  regu  pemeliharaan  harus  mengetahui  bagian-bagian tranformator dan bagian-bagian mana yang perlu diawasi melebihi bagian lainnya.

## 2.2. NGR
Salah  satu  metoda  pentanahan  trafo  daya  adalah  dengan  menggunakan  NGR.  NGR  adalah sebuah  tahanan  yang  dipasang  seri  dengan  netral  sekunder  pada  trafo  daya  sebelum  terhubung  ke ground/tanah.Tujuan  dipasangnya  NGR  adalah  untuk  mengontrol  besarnya  arus  gangguan  yang mengalir dari sisi netral trafo daya ke tanah.
Gambar 1 Netral Grounding Resistor (NGR)
Untuk perhitungan Resistansi pada NGR dapat dihitung dengan rumus berikut :
Keterangan : R   = Resistansi NGR (Ohm)
Vn  = Tegangan fasa netral (kV)
I    = Arus maksimum pada name plate NGR (Ampere)

## 2.3.   Trafo Arus (Current Transformer)
Prinsip kerja trafo arus adalah sebagai berikut:
(Ilham Juliando , Yuslan Basir)
Pada transformator arus prinsipkerja transformator arus samadengan Transformator daya.  Jika pada kumparan primer mengalir arus I 1 , maka padakumparan primer timbul gaya gerak magnet sebesar N 1 I 1 . Gaya gerak magnet inimemproduksi fluks pada inti, kemudian membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) pada kumparan sekunder.Jika terminal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I 2 , arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N 2 I 2 pada kumparan sekunder.

## 2.4.     Rele Gangguan Tanah Terbatas (REF)
Restricted  Earth  Fault  (REF)  atau  relai  gangguan  tanah  terbatas  digunakan  bila  terjadi gangguan  satu  fasa  ke  tanah  didekat  titik  netral  transformator  guna  melindungi  transformator tersebut.Gangguan  tersebut  biasanya  merupakan  gangguan  yang  tidak  dirasakan  oleh  relai diferensial  yang  berfungsi  untuk  melindungi  belitan  transformator  dari  gangguan  hubung  singkat satu fasa ke tanah. Untuk perhitungan setting arus maksimum CT REF adalah sebagai berikut :

## (  )

## 2.5. Rele Stand By Gangguan Tanah (SBEF)
Stand  By  Earth  Fault  (SBEF)  adalah  proteksi  yang  dipasang  pada  NGR  untuk  melindungi NGR terhadap arus lebih serta untuk mengamankan NGR dari hubung singkat fasa tanah. Relai SBEF ini  harus  dikoordinasikan  dengan  relai  GFR  karena  relai  SBEF  harus  bekerja  paling  akhir  sebagai pengaman NGR.Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan untuk penyetelan SBEF adalah  ketahanan termis  dari  NGR  perlu  diperhatikan  untuk  pemilihan  waktu  dan  karakteristik  relai  SBEF  ini dikarenakan  arus  yang  mengalir  menuju  NGR  telah  dibatasi  oleh  resistansi  yang  terpasang  pada NGR.Untuk perhitunganarus maksimum CT SBEF dapat dihitung dengan persamaan berikut :

## 2.6. Perhitungan Arus Gangguan Penyulang
a) Perhitungan Impedansi Sumber
Untuk mencari perhitungan impedansi sumber : Perhitungan MVA short circuit (MVA SC ) MVA (ShortCicuit) = .V. I (MVA) Arus (I SC )       =
Vprimer sc MVA . 3 ) (
Selanjutnya, menghitung impedansi sumber:
X sc1 = MVA(sc) )² (kV 1
X sc2 = ( ) ( ) x X sc1
Dimana : X sc1 = Reaktansi (impedansi) sumber  sisi primer (ohm) X sc2 = Reaktansi (impedansi) sumber  sisi sekunder (ohm) kV 1 = Tegangan primer trafo (kV) kV 2 = Tegangan sekunder trafo (kV)
Reaktansi  pada  Trafo  yang  tercantum  pada  name  plate  pada  trafo  tenaga,  Besarnya  tergantung kapasitas trafo tenaga dimana X T1 = X T2 dengan rumus :
X T = ( ) ( ) x impedansi trafo (100%)
Dimana : X T = Reaktansi trafo (ohm) Impedansi trafo  = Impedansi pada name plat trafo (%)
b) Perhitungan Impedansi Penyulang
Perhitungan impedansi jaringan distribusi 20 kV adalah impedansi (ohm/km), besarnya tergantung luas penampang, nilai impedansi dalam ohm yang tergantung pada panjang kawat. Nilai Z 1 = Z 2 dan Z 0 sesuai dengan jenis penghantar. Impedansi urutan Positif dan Negatif : Z 1 = Z 2 = (R = jx) x L (ohm)
Impedansi urutan Nol :
Z 0 = (R = jx) x L (ohm)
Jika  nilai  impedansi  sumber,  impedansi  transformator,  dan  impedansi  penyulang  telah  di  dapat, maka setiap nilai impedansi urutan dijumlahkan untuk mendapatkan impedansi ekivalen urutan, Maka :
F T S eq eq Z Z Z Z Z 1 1 1 2 1    
Dimana : Z 1eq = Nilai impedansi ekuivalen urutan positif  (ohm/km) Z 2eq = Nilai impedansi ekuivalen urutan negative (ohm/km) Z 1S = Nilai impedansi sumber (ohm) Z 1T = Nilai impedansi trafo (ohm) Z 1F = Nilai impedansi penyulang (ohm)
Sedangkan untuk impedansi ekivalen urutan nol perlu dipertimbangkan besarnya tahanan pentanahan (Rn), sehingga didapat :
F T eq Z Rn Z Z 0 0 0 3   
Dimana : Z 0eq = Nilai impedansi ekuivalen urutan nol (ohm/km) Z 0T = Nilai impedansi trafo urutan nol (ohm/km) Rn   = Tahanan NGR (ohm)
c) Perhitungan Arus Hubung Singkat
Berikut untuk menghitung arus hubung singkat gangguan penyulang : Untuk arus gangguan 3 fasa :
I sc3 =
Untuk arus gangguan 2 fasa :
I sc2 =
Untuk arus gangguan 1 fasa ke tanah :
I sc1
CT REF NGR 40 Ohm CT SBEF 70 kV 20 kV I sc3 = Arus gangguan 3 fasa (Ampere) I sc2 = Arus gangguan 2 fasa (Ampere) I sc1 = Arus gangguan 1 fasa ke tanah (Ampere) V ph = Tegangan fasa – netral sistem 20 kV (Volt)

## 3. METODE PENELITIAN

## 3.1. Data Gangguuan
Berikut data gangguan pada penyulang banteng :
Tabel 1  Data Gangguan
No Lokasi Instalasi Status Rele yang kerja Keterangan 1 GI Bukit Siguntang PMT 70/20 KV Trafo 30 MVA 1 TRIP REF 20 KV 479 A/14,8 MW Bersamaan trip penyulang Banteng 2 GI Bukit Siguntang P. Banteng TRIP GFR Instan R : 169,5 A S : 458 A T : 149,5 A N : 273 A

## 3.2. Data Posisi CT Rele REF dan Rele SBEF Trafo 30 MVA 3
Berikut data posisi CT rele REF dan Rele SBEF sebelum dilakukan reposisi :
Gambar 3 Posisi CT tidak sesuai SPLN T5.003-1 : 2010

## 4. PERHITUNGAN DAN ANALISA

## 4.1. Perhitungan Resitansi NGR
Untuk perhitungan Resistansi pada NGR dapat dihitung dengan:
= 38,49 Ω

## a) Hasil Pegujian Resistansi Pada NGR
Tabel 2 Hasil Pengujian tahanan sel-NGR
No. Pengujian Sel- NGR Hasil Pengujian 1 Sel 1 9.7 Ω 2 Sel 2 9.7 Ω 3 Sel 3 9.8 Ω 4 Sel 4 9.7 Ω

## 9.8Ω + 9.7Ω + 9.7Ω + 9.7Ω
Untuk  perhitungan  selisih  resistansi  sel  NGR  sesuai  standar  pada  name  plate  NGR  adalah  ±10%  , dimana :
= Rnameplate – Rpengukuran = 40 Ω - 38,9 Ω = 1,1 Ω
b) Hasil Pengujian Isolator Tumpuh
Pada pengujian isolator tumpuh yang ada di NGR didapatkan nilai yang sangat rendah dikarenakan terjadinya  flash  pada  isolator  tumpuh  yang  ada  didalam  NGR  ,  sehingga  arus  gangguan  yang seharusnya  mengalir  melewati  tahanan  NGR  tetapi  karena  terjadinya  breakdown  pada  isolator  arus mengalir  ke  body  NGR  dan  terjadinya  hubung  singkat.nilai  tahanan  isolasi  yang  didapat  saat dilakukan  pengujian  pada  isolator  tumpuh  pada  NGR  sebesar  516  kΩ  ,  artinya  tahanan  isolasi  pada isolator  tumpuh  NGR  tidak  memenuhi  standar  dimana  sesuai    standar  IEEE  Std  62:  1995  dan  VDE Catalogue 228/4 untuk tahanan isolasi peralatan adalah >1 MΩ / 1 kV.

## 4.2. Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Penyulang Banteng
Perhitungan gangguan hubung singkat ini dihitung besarnya berdasarkan Panjang penyulang, yaitu diasumsikan terjadi pada posisi 0%, 25%, 50%, 75%, dan 100% Panjang penyulang.

## Gambar 4 Sketsa Penyulang
a) Perhitungan Impedansi Sumber
Data  hubung  singkat  pada  trafo  sisi  30  MVA  sebesar  1.224  kVA  dengan  Kapasitas  Sumber  30 MVA.
X sc1 = (     ) =
= 4,0032 Ω
Untuk sisi 20 kV didapat nilai :
X sc2 (sisi sekunder) = (     ) (     ) x 4,0032 Ω
= x 4,0032Ω = 0,327 Ω
b) Perhitungan Impedansi Pada Transformator
Diketahui reaktansi Trafo pada name plate sebesar 13,1%. Untuk menghitung nilai Impedansi dasar pada trafo sisi 20 KV, maka nilai yang di dapat :
X T = (     ) x 13,1 %= 1,75 Ω
Reaktansi X T = X T1 = X T2 yaitu reaktansi positif (X T1 ) dan reaktansi negatif  (X T2 ) = 1,75Ω , Karena TD 30 MVA #3 mempunyai belitan Y-Y , untuk nilai impedansi urutan nol pada transformator (X T0 ) = 3 x 1,75Ω = 5,25 Ω.
Bus 70 KV 75% 6,675 km Pemba ngkit PMT 70 KV Xt = 13,1% TD #3 30MVA 100% 50% 25% PMT 20 KV Bus 20 KV 0% ~
c) Perhitungan Impedansi Saluran Penyulang Banteng
Impedansi  penyulang/feeder  akan  dihitung  tergantung  dari  besarnya  impedansi  per  km  (ohm/km) dari penyulang banteng yang akan dihitung, dimana nilainya ditentukan dari jenis penghantar A3C 150 mm 2 dengan panjang total saluran 6,675 km, nilai impedansi urutan positif, negative, dan nol  didapat dengan cara sebagai berikut :
Dihitung pada 100% Jaringan terdiri dari :
 Impedansi urutan positif dan negative A3C 150 mm 2 , panjang 6,675 km
Z 1F = Z 2F = (0,2162+j0,3305) Ω x 6,675 km = 1,4431 + j2,2061 Ω/km
 Impedansi urutan nol A3C mm 2 , panjang 6,675 km
Z L0 = (0,3631+j1,6180) Ω x 6,675 km = 2,4237 + j10,8002 Ω/km
d) Perhitungan Impedansi Ekivalen Saluran Penyulang Banteng Impedansi  ekivalen  urutan  positif  dan  negative  di  jaringan  penyulang  Banteng  didapat  nilai impedansi ekivalen nya sebesar :
Z 1eq = Z 2eq = j0,327 + j1,75 + (1,4431 + j2,2061) = 1,4431 + j4,2831 Ω/km
Sedangkan  untuk  mencari  nilai  impedansi  ekivalen  urutan  nol  pada  jaringan  penyulang  Banteng adalah
Z 0eq = j5,25 + 3.40 + 2,4237 + j10,8002 = 122,4237 + j16,0502 Ω/km
e) Perhitungan Arus Hubung Singkat 3 Fasa, 2 Fasa dan 1 Fasa Tanah
Perhitungan  yang  dilakukan  adalah  perhitungan  arus  hubung  singkat  3  fasa,  2  fasa  dan  1  fasa  ke tanah. Pada perhitungan arus gangguan hubung singkat tersebut, diperlukan Nilai impedansi total yaitu
eq eq Z Z 2 1  ,selanjutnya dihitung arus gangguan penyulangnya.
 arus gangguan 3 fasa penyulangnya didapatkan nilai sebesar :
I sc3 = = 2,5kA
 arus gangguan 2 fasa penyulangnya dengan menggunakan persamaan 2.18 :
I sc2 = (        ) (       ) (       ) = 2,2 kA
 Sedangkan Untuk menghitung arus gangguan 1 fasa ke tanah penyulang, didapatkan nilai sebesar :
I sc1 = (        ) (       ) (       )  (      ) (   ) (   ) = 271,266 Ampere
Maka  dapat  dibuat  suatu  perbandingan  besarnya  arus  gangguan  terhadap  titik  gangguan  (lokasi gangguan pada penyulang yang dinyatakan dalam %) dapat menggunakan tabel berikut ini :
(Ilham Juliando , Yuslan Basir)
SBEF REF NGR Ground R s T Gangguan Fasa Tanah CT CT
Tabel 3 Hasil Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat
Panjang Penyulang (%) Jarak (km) Arus Hubung Singkat (A) 3 Fasa 2 Fasa 1 Fasa ke tanah 0 0 5559,626 4814,636 287,801 25 1,669 4352,288 3769,081 283,848 50 3,338 3541,174 3066,657 279,757 75 5,006 2972,010 2573,760 275,555 100 6,675 2554,905 2212,548 271,266

## 4.3. Perhitungan Setting Arus Relai REF dan Relai SBEF
 Untuk perhitungan setting arus maksimum CT REF  didapatkan nilai :
(      )       (  ) = 200 A
Dengan waktu (t) REF adalah 0,23 detik (SI) (Instan)
 Untuk perhitungan arus maksimum CT SBEF didapatkan nilai :
= 300 A Untuk  arus  maksimum  NGR  ke  tanah  adalah  10%  dari  arus  maksimum  NGR,  yaitu
=
30A
Dengan waktu (t) SBEF adalah 0,36 detik (LTI)
t  = ( ) =  1,545
T ms = ( )
= 0,364Dipilih 0,36 LTI

## 4.4. Pengaruh Posisi CT Rele REF dan SBEF Terbalik
Gambar 5  Rangkaian CT Rele REF dan SBEF Sebelum di Reposisi
(Ilham Juliando , Yuslan Basir)
Pada  posisi  CT  REF  dan  SBEF  terbalik,  saat  kondisi  gangguan  REF  akan  bekerja  karena kondisi tidak stabil. Secara proteksi yang benar, gangguan yang terjadi pada NGR akan dideteksi oleh relai SBEF, bukan oleh relai REF. Arus ph  – N lebih dari 200 Ampere mengakibatkan trip REF jika posisi CT REF dan CT SBEF terbalik. Karena adanya gangguan arus hubung singkat fasa tanah pada fasa S maka terjadi ketidak seimbangan arus pada ketiga fasa, yang menimbulkan arus 3I0.Akibatnya arus netral (In) mengalir ke NGR.Arus yang seharusnya mengalir melewati tahanan NGR tetapi karena terjadinya breakdown pada isolator arus mengalir ke body NGR dan terjadinya hubung singkat.Hal itu mengakibatkan Relay REF bekerja bukan pada zona kerjanya.Berikut SPLN T5.003-1 : 2010 :
Gambar 6 Pola Proteksi Trafo Tenaga  Sesuai SPLN T5.003-1 : 2010

## 5. KESIMPULAN& SARAN
a)    Kesimpulan
1. Nilai  setting  arus  rele  gangguan  tanah  terbatas  atau  REF  adalah  200  A  dengan  waktu  setting instan karena REF merupakan proteksi utama trafo.
2. Nilai setting arus pada rele stand by gangguan tanah atau SBEF adalah 30 A dengan waktu setting 0,36 LTI sebagai pengaman dari NGR
3. Pengaruh posisi CT rele REF dan SBEF terbalik adalah pada saat terjadi arus hubung singkat satu fasa tanah sebesar 271 A dan breakdown isolator tumpuh, rele REF bekerja karena posisi terbalik. Secara proteksi yang benar sesuai SPLN T5.003-1:2010(Pola Proteksi Transformator), gangguan yang  terjadi  pada  NGR  akan  dideteksi  oleh  relai  SBEF,  bukan  oleh  relai  REF.  Hal  itu mengakibatkan Relay REF bekerja bukan pada zona kerjanya.
b)    Saran
Sebaiknya  dilakukan  pendataan  pada  posisi  CT  Relai  REF  dan  CT  Relai  SBEF  untuk  instalasi sistem  proteksi  transformator  yang  belum  sesuai  SPLN  T5.003-1:2010(Pola  Proteksi  Transformator Tenaga)dan  dilakukan  reposisi  sehingga  tingkat  keamanan  dan  keandalan  sistem  proteksi  pada transformator daya di Gardu Induk sesuai standar dan dapat bekerja dengan baik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] a-noname, Buku Pedoman Pemeliharaan Transformator PT.PLN (Persero) No.0512- 2.K/DIR/2014.
[2] Hutauruk. TS. “Pengetanahan Netral Sistem Tenaga & PengetanahanPeralatan”. Erlangga. Jakarta. 1991.
[3] a-noname, Perkuliahan Program D1 Ophar  Gi & TransmisiCalon Pegawai, PT PLN(Persero),Kampus PLN Unit Diklat Bogor.
[4] a-noname, Buku Pedoman Trafo Arus Final PT. PLN (Persero) No.0512-2.K/DIR/2014.
[5] a-noname, Materi  diklat  pengenalan  sistem  proteksi  gardu  induk  Rele  Arus  lebih  (OCR/GFR) , PT.PLN (Persero) P3B Sumatera bidang transmisi proteksi, Padang, 2008.
[6] Sarimun, Wahyudi. “ Proteksi Sistem Distribusi Tenaga Listrik ” Garamond. Depok.  2012.
[7] L.Tobing, Bonggas. “Peralatan Tegangan Tinggi”. PT Gramedia Pustaka Utama. Jakarta. 2013.
[8] Arif Firdaus,Muhammad. Studi dan Evaluasi Setting Relai Arus Lebih pada Transformator Daya di  Gardu  Induk  Garuda  Sakti  Pekanbaru  ,  Jurnal  Teknik  Elektro,  Universitas  Riau, Pekanbaru.2017.
[9] a-noname, IEEE Guide For Diagnostic Field Testing of Electric Power Apparatus-Part1:Oil Filled Power Transformers, Regulators, and Reactors. IEEE Power Engineering Society-Std 62-1995.