## ANALISIS PENYETELAN PROTEKSI ARUS LEBIH PENYULANG CIMALAKA
DI GARDU INDUK 70 kV SUMEDANG
Fajar Pranayuda 1) , Achmad Solichan 2) , M.Toni Prasetyo 3)
1,2,3) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Semarang

## ABSTRAK
20  kV  distribution  of  PLN    is    not  free  from  distractions  short  circuit.  Greatest  short circuit fault current occurs at  20 kV bus bar. This led to widespread outages as a result of the major security operation.
The aim of this study was to identify the final interruption of short circuit current, short circuit  fault  current  to  calculate  and  determine  the  values  Over  Current  Relay  (OCR)  and Ground Fault Relay (GFR).
This  study  purposed  to  calculate  short  circuit  current.  The  subject  of  research  is  the disturbances  that  occurred  in  Cimalaka  feeders.  The  data  required  for  this  study  were obtained from the Area Manager Distribution of Bandung. The data is analyzed to determine the  magnitude  of  short  circuit  current  and  Over  Current  Relay  (OCR)  and  Ground  Fault Relay (GFR) adjustment.
The results show  the short circuit fault current at 0% distance  from feeder is  2428,391 A  and  short  circuit  current  for  3  phase  is  2103,049  A  short  circuit  fault  current  and  the second phase of 570,406 A short circuit fault current one phase to the ground. The difference in  the  relay  settings  data  from  the  field  with  the  calculation  results  showed  that  the differences  are  not  too  significant,  so  the  ability  of  the  relays  is  still  good.  Thus,  the  feeder protection  relays  Cimalaka  at  70  kV  substation  Sumedang  still  good  and doesn’t  need  to  be reset.
Keywords:  Over  Current  Relay  (OCR),  Ground  Fault  Relay  (GFR),  Connecting  Disorders Brief, Relay Settings.

## PENDAHULUAN
Jaringan  20  kV  yang  dipakai  oleh  PLN untuk  mendistribusikan  tenaga  listrik  ke pelanggan  sama  sekali  tidak  bebas  dari gangguan  hubung  singkat.  Setiap  kali terjadi  gangguan  hubung  singkat  di  sisi penyulang,  secara  teknis  akan  terjadi penurunan tegangan 20 kV sampai beberapa persen dari nilai nominalnya.
Arus  gangguan  terbesar  terjadi  pada daerah busbar 20 kV. Hal ini menyebabkan terjadinya pemadaman yang meluas sebagai akibat  dari  tidak  bekerjanya  pengaman utama.
Sehubungan dengan permasalahan diatas, penulis melakukan analisis mengenai  penyetelan  proteksi  penyulang Cimalaka di Gardu Induk 70 kV Sumedang dengan  tujuan  ingin  menelaah  apa  yang
sesungguhnya  terjadi  dari  sistem  proteksi distribusi  20  Kv    khususnya  mengenai setelan OCR dan GFR serta pengujiannya.

## TINJUAN PUSTAKA
Gangguan  Transformator  Arus  Hubung Singkat
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)
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 gangguan 3 fasa Z = Z 1 Z gangguan 2 fasa Z = Z 1 + Z 2 Z gangguan 1 fasa ke tanah  Z  =  Z 1 +  Z 2 + Z 0
Untuk  menghitung  arus  hubung  singkat pada  sistem  diatas,  pertama  –  tama  hitung impedansi  sumber  (  reaktansi  )  dalam  hal ini  diambil  dari  data  hubung  singkat  pada bus  150  kV  ,  kedua  menghitung  reaktansi trafo  tenaga,  ketiga  menghitung  impedansi penyulang.
Gambar 1.  Single  diagram gardu induk Impedansi Sumber
Untuk menghitung impedansi sumber  maka  data  yang  diperlukan  adalah data hubung singkat pada bus primer trafo.
X s = MVA kV 2 …………………………(2)
Perlu  diingat  bahwa  impedansi sumber  ini  adalah  nilai  ohm  pada  sisi 150KV,  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 : [1]
X s(sisi 20 kV) = MVA kV 2 .X s (sisi 150 kV) .........(3)

## Reaktansi Trafo [1]
X t (pada100%)= ) ( 2 trafo MVA kV ………….(4 )
Nilai reaktansi trafo tenaga : Reaktansi  urutan  positif,  negative  (Xt 1 = Xt 2 )
Xt=Xt%.Xt (pada 100%) .......................(5) Reaktansi urutan nol (Xt 0 )
Reaktansi  urutan  nol  ini  didapat dengan memperhatikan data trafo tenaga itu sendiri  yaitu  dengan  melihat  kapasitas belitan delta yang ada dalam trafo itu :
a) Untuk  trafo  tenaga  dengan  hubungan belitan ∆ /Y  dimana  kapasitas  belitan deta sama besar dengan kapasitas belitan Y, maka Xt 0 = Xt 1 ,
b) 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 Xt 0 =3Xt 1 ,
c) Untuk trafo tenaga dengan hubungan YY dan  tidak  mempunyai  belitan  delta  di dalamnya,  maka  besarnya  Xt 0 berkisar antara 9 s/d 14 Xt 1.

## 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) Ω /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.

## Impedansi Ekivalen Jaringan
Perhitungan  yang  akan  dilakukan disini  adalah  perhitungan  besarnya  nilai impedansi positif ( Z 1 eq ), negative ( Z 2 eq ), dan nol ( Z 0  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  Z 1  eq dan  Z 2  eq dapat  langsung  menjumlahkan impedansi-impedansi  tersebut.  Sedangkan untuk  perhitungan  Z 0  eq dimulai  dari  titik gangguan  sampai  ke  trafo  tenaga  yang netralnya  ditanahkan.  Untuk  menghitung Z 0  eq ini,  diumpamakan  trafo  tenaga  yang terpasang  mempunyai  hubungan  Yyd, dimana mempunyai nilai Xt 0 = 3Xt 1 . Perhitungan Z 1 eq dan Z 2 eq :
Z 1 eq = Z 2 eq = Z s1 + Z t1 + Z 1 penyulang …(6 )
Karena lokasi gangguan
diasumsikan  terjadi  pada  25%,  50%,  75% dan  100%  panjang  penyulang,  maka  Z 1  eq (Z 2  eq )  yang  didapat  juga  pada  lokasi tersebut.
Perhitungan Z 0 eq :
Z 0 eq = Z t0 + 3R N + Z 0 penyulang …………(7 ) Karena lokasi gangguan
diasumsikan terjadi pada   25%, 50%, 75% dan  100%  panjang  penyulang,  maka  Z 0  eq yang didapat juga pada lokasi tersebut.

## Gangguan Hubung Singkat 3 fasa
Gambar 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 ………………….…(8 )
I  = Arus gangguan hubung singkat 3 fasa V  =  Tegangan  fasa-netral  system  20  kV  =
3 20000 = V ph
Z = Impedansi urutan positif ( Z 1 eq )
Sehingga  arus  gagguan  hubung  singkat  3 fasa dapat dihitung sebagai berikut :
I 3fasa = eq ph Z V 1 = eq Z 1 3 20000 = eq Z 1 11547 …………(9 )

## Gangguan Hubung Singkat 2 fasa
Gambar 3 gangguan hubung singkat 2 fasa 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.
I= Z V ………………………(10 )
Sehingga  arus  gagguan  hubung  singkat  2 fasa dapat dihitung sebagai berikut :
I 2fasa =
eq eq ph ph Z Z V 2 1 + − = eq eq Z Z 2 1 20000 + .……(11 )
Gangguan  Hubung  Singkat  2  Fasa  juga dihitung  untuk  lokasi  gangguan  yang diasumsikan  terjadi  pada  25%,  50%,  75% dan  100%  panjang  penyulang  dianggap nilai  Z 1eq =Z 2eq ,  sehingga  persamaan  arus gangguan  hubung  singkat  2  fasa  di  atas dapat di sederhanakan menjadi :
I 2fasa = eq ph ph xZ V 1 2 − ……………………(12 )
Gangguan  Hubung  Singkat  1  Fasa  ke tanah
Gambar  6.  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 ……………………………(13 )
V = Tegangan Fasa – Netral system 20 kV
= 3 20000 = V ph
Z = Jumlah impedansi urutan Positif ( Z 1 eq ) dan urutan Negatif (Z 2  eq ) dan Impedansi ururan Nol ( Z 0 eq )
I 1fasaketanah
=3xI 0 ………….......(14 )
Sehingga  arus  gagguan  hubung  singkat  1 fasa ketanah dapat dihitung sebagai berikut :
I 1fasa =3xI 0 = eq eq eq ph Z Z Z xV 0 2 1 3 + + = eq eq eq Z Z Z x 0 2 1 3 000 . 20 3 + + = eq eq Z Z 0 1 * 2 016 . 34641 + …(15 )
Arus  gangguan  1  Fasa  ketanah  juga dihitung  untuk  lokasi  gangguan  yang  di asumsikan  terjadi  pada  25%,  50%,  75% dan 100% panjang penyulang.
Over Current Relay (OCR)
OCR 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.
Prinsip  kerja  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 5.  Prinsip kerja OCR [1]

## Koordinasi 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  OCR  dari jenis  inverse.  Di  samping  itu  setelah  nilai setelan  relai  didapatkan,  nilai–nilai  arus gangguan hubung singkat pada setiap lokasi gangguan  yang  diasumsikan  dipakai  untuk memeriksa  kerja  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  OCR  dihitung  di incoming trafo, artinya :
1. Untuk OCR yang terpasang di
penyulang  dihitung  berdasarkan  arus beban  maksimum  yang  mengalir  di penyulang tersebut.
2. Untuk OCR yang terpasang di incoming  trafo  dihitung  berdasarkan arus nominal trafo tersebut.
Relai inverse diset sebesar 1.05 – 1.1*I beban ,
definit diset sebesar 1.2 – 1.3*I beban . 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.

## Setelan OCR[1]
Untuk menghitung nilai setelan arus lebih  dapat  dilakukan  dengan  cara  sebagai berikut :
- Nilai Setelan relai penyulang 20 kV
I set(primer) = 1.05 x I beban (1.16 )
I set(sek)
= I set(primer) x RatioCT
1 ……(17 )
Setelan Waktu/Time Multiple Setting ( Tms )
t = 1 14 . 0 02 . 0 −       set fault I I xTms ………..(18 ) Tms = 14 , 0 1 02 . 0         −       set fault I I tx
….(19 )
Nilai Setelan incoming 20 KV trafo tenaga Arus nominal trafo pada sisi 20 KV :
I n ( sisi 20 kV) = 3 kVx kVA .................(20 )
I set (primer) = 1.05 x I beban ........................(21 )
I set (sekunder) = I set (primer) .x RatioCT 1 (22 )
Setelan Waktu ( Tms)
t = 1 14 , 0 02 . 0 −       set fault I I xTms
………….……(23 )
Besarnya  beda  waktu  ini  dipengaruhi  oleh beberapa hal, yaitu :
- Kesalahan relai 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.
Untuk  itu,  nilai  Tms  yang  akan disetkan  pada  relai  arus  lebih  di  incoming 20  KV  dihitung  dengan  menggunakan rumus yang sama :
Tms = 14 , 0
1 02 . 0         −       set fault I I tx
.……(25 )
Dimana    t  =  waktu  set  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%  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  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.

## Selektifitas Kerja OCR
Hasil perhitungan setelan OCR yang didapat  pada  bab  IV  masih  harus  diperiksa apakah  untuk  nilai  arus  gangguan  hubung singkat  yang  lain,  waktu  kerja  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  Grading  Time  yang  terlalu lama,  bila  terjadi  kegagalan  kerja  OCR  di penyulang,  maka  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  OCR  jenis  standar  inverse,  karena setelan  waktu  Tms  pada  OCR  jenis  inverse bukan  menunjukkan  lamanya  waktu  kerja relai tersebut. Lamanya waktu kerja relai ini ditentukan  oleh  besarnya  arus  gangguan yang  mengalir  di  relai.  Makin  besar  arus gangguan  yang  mengalir  di  relai,  makin cepat kerja relai tersebut menutup kontaknya  yang  kemudian  mentripkan PMT.

## 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 OCR.  Dengan  demikian  diperlukan  relai pengaman gangguan tanah.
Penyetelan  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
Vo = Penyetelan relai tegangan urutan nol V   = Tegangan nol
Penyetelan GFR pada Sistem
Pentanahan Langsung
Penyetelan  relai  gangguan  tanah pada sistem ini adalah :
Iset = ks x Ivb
Iset = Penyetelan arus gangguan tanah Ivb    =  Arus  tidak  seimbang  yang  mungkin terjadi
Ks      =  Faktor  keamanan,  digunakan  1.2  – 1.5.
2.3.3.  Penyetelan  GFR  pada  Sistem
Pentanahan Melalui Tahanan Rendah
1. GFR pada SUTM
Iset = 10% x Io
Iset = Penyetelan arus relai Io=Arus gangguan terkecil (ujung penyulang)
2. Ground  Fault  Relai  (  GFR  )  pada
SKTM
Iset = ks x IsCE
Iset   = Penyetelan arus
IsCE  =  Arus  kapasitif  saluran  yang terpanjang operasinya

## Ks          =  Faktor  keamanan  digunakan  1.2  –
1.5. Penyetelan 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.

## METODE PENELITIAN
Data Trafo Tenaga
Transformator I Merk : Hyundai Tipe : TM - 310 Kapasitas : 10 MVA Tegangan : 70/20 kV Impedansi : 9,86 % I nominal 20 kV : 289 A
Ratio CT : 300/5 Ground Resistan : 12 ohm Data Penyulang 20 kV Nama penyulang : Cimalaka Jenis penyulang :
• SUTM  =  dengan  jenis  penghantar A3C150,A3C70,A3C35  =  48.445 km
• SKTM  =  dengan  jenis  penghantar kebel AL240 = 0.980 km.
Panjang Saluran : 49,425 km

## Data Teknis Kabel
Tabel  1.  Panjang  Saluran  dan  Jenis Penghantar
No. Jenis penghantar Panjang (km) Impedansi Urutan Positif (Z 1 ) Impedansi
Urutan  Nol (Z 0 ) 1 Kabel AL240 0,980 0,125 + j0,097 0,275 + j0,029 2 A3C150 32,133 0,216 + j0,331 0,363 + j1,618 3 A3C70 12,611 0,461 + j0,357 0,609 + j1,645 4 A3C35 3,701 0,9217 + j0,3790 1,0697 +
j1,6665
[Sumber : PLN]

## Data OCR dan GFR
Sisi Penyulang : Rasio CT ( Outgoing ): 300 / 5
Karakteristik : Standard Inverse Sisi Incoming : Rasio CT ( Incoming) : 300 / 5 Karakteristik : Standard Inverse

## PEMBAHASAN
Menghitung Impedansi Sumber Data hubung singkat = 4.047 kA
MVA( hs ) = x xV LL 3 Data  Hubung Singkat
=
) 10 047 , 4 ( ) 10 70 ( 3 3 3 x x x x = 490.673 MVA
X s ( HV )  = MVA kV 2 = 673 . 490 70 2 =  9,986 Ohm
X s ( LV /sisi  20  kV)  = 986 , 9 70 20 2 2 =  0,815
Ohm
3.2.2.  Menghitung Reaktansi Trafo
R N = 12 Ω X T(100%) = MVA kv 2 = 10 20 2 = 40 Ohm
X T1 = X T2 = 9,86% x 40 = 3,94 Ohm
Reaktansi Urutan Nol (Xt 0 )
Belitan pada trafo tenaga adalah hubungan  YY  dan  tidak  mempunyai  delta di  dalamnya,  maka  besarnya    Xt 0 =  10  x 3,94 = 39,4 ohm.
Menghitung Impedansi Ekivalen

## Jaringan
Perhitungan Z 1 eq dan Z 2 eq :
Z 1 eq = Z 2 eq = Z s1 + Z t1 + Z 1penyulang = j0.815 + j3.94 + Z 1penyulang = j4.755 + Z 1penyulang
Lokasi gangguan diasumsikan terjadi  pada  titik  25  %,  50%,  75%,  100% panjang  penyulang,  maka  Z 1  eq =  (Z 2  eq ) yang ditunjukkan pada tabel Tabel 2.  Impedansi Ekivalen Jaringan
Jarak Gangguan Impedansi Ekivalen Jaringan Z 1 eq = (Z 2 eq )
Z 1 eq = Z 2 eq = Z s1 + Z t1 + Z 1penyulang
0% Z 1 eq = Z 2 eq = j4.755 + 0 = j4.755 Ω /km 25% Z 1 eq = Z 2 eq =j4.755  +  (2.579+j  3.861  )
=2.579+j8.616 Ω /km 50% Z 1 eq = Z 2 eq =  j4.755  +  (  5.249+j  8.933  )  =
5.249 + j13.688 Ω /km 75% Z 1 eq = Z 2 eq =  j4.755  +  (  8,887+j  12.143  )  =
8.887 + j16.898 Ω /km 100% Z 1 eq = Z 2 eq =  j4.755  +  (16,288  +j  16.636  )  = 16,288 + j 21.391 Ω /km
Lokasi gangguan diasumsikan terjadi 25 %, 50 %, 75 % dan 100 % panjang penyulang, maka  perhitungan  Z 0eq ditunjukkan  pada tabel
Tabel 3. Impedansi Ekivalen Jaringan Z 0eq Jarak Gangguan Impedansi Ekivalen Jaringan  Z 0eq Z 0 eq = Z t0 + 3R N + Z 0 penyulang 0% Z 0eq =    j39.4  +  36  +  0  =  36  +  j39.4 Ω /km 25% Z 0eq =  j39.4 + 36 +( 4.399+j12.972 ) = 40.399 + j 52.372 Ω /km 50% Z 0eq = j39.4 + 36 + (8.885 + j 38.428 ) = 44.885 + 77.828 Ω /km 75% Z 0eq = j39.4 + 36 + ( 14.343+j 58.527 ) = 50.343 + j97.927 Ω /km 100% Z 0eq = j39.4 + 36 + ( 23.573 +j79.188
) = 59.573 + j118.588 Ω /km

## Arus Gangguan Hubung Singkat
Tabel 4. Perhitungan Arus Hubung Singkat 3 Fasa
Jarak
Gangguan (%)
Arus Hubung Singkat 3 fasa
I 3 fasa = eq ph Z V 1
0% A j
391 . 2428 755 . 4 0 11547 = + 25%
A j 930 . 1285 616 . 8 529 . 2 11547 = +
50% A j 658 . 787 688 . 13 249 . 5 11547 = + 75% A j 794 . 604 898 . 16 887 . 8 11547 = + 100% A j 475 . 429 391 . 21 288 . 16 11547 = +
Tabel 5. Perhitungan Arus Hubung Singkat
2 Fasa Jarak Gangguan ( % )
Arus Hubung Singkat 2 Fasa I 2 fasa = eq ph ph Z V 1 * 2 − 0% A j 049 , 2103 ) 755 . 4 0 ( 2 20000 = + 25% ) A j 343 . 1105
616 . 8 579 . 2 ( 2 20000 = + 50% ( ) A j 132 . 682 688 . 13 249 . 5 2 20000 = + 75% ( ) A j 768 . 523 898 . 16 887 , 8 2 20000 = + 100% ( ) A j 937 . 371 391 . 21 288 . 16 2 20000 = +

## Tabel 6. Perhitungan Arus Hubung Singkat
1 Fasa
Jarak Ganggu
an
( % )
Arus Hubung Singkat 1 Fasa I 1 fasa = eq eq eq ph Z Z Z V 0 2 1 * 3 + + 0% ( ) ( ) 4 . 39 00 . 36 755 . 4 0 2 016 . 34641 j j + + + = 570.406 A 25% ( ) ( ) 372 . 52 399 . 40 616 . 8 579 . 2 2 016 , 34641 j j + + + = 416.421 A
50% ( ) ( . 77 885 . 44 688 . 13 249 . 5 2 016 , 34641 j j + + + = 291.367 A 75% ( ) ( ) 927 . 97 343 . 50 898 . 16 887 . 8 2 016 , 34641 j j + + + = 233.598 A 100% ( ) ( 588 . 118 573 . 59 391 . 21 288 . 16 2 016 , 34641 j j + + + = 186.415 A

## Menghitung Setelan OCR
Nilai Setelan relai penyulang 20 kV I set(primer) = 1.05 x I beban = 1,05x300 A = 315 A
I set(sek) = I set(primer) . RatioCT 1 = 315 x 300 5 = 5,25 Amper Setelan waktu ( Tms ) t = 1 14 , 0 02 . 0 −       set fault I I xTms Tms = 14 , 0 1 02 . 0         −       set fault I I tx Tms  = 14 , 0 1 315 391 . 2428 3 .
0
02 . 0         −       x
=  0,089
detik
Nilai Setelan incoming 20 kV trafo tenaga Data trafo sebagai berikut : Kapasitas = 10 MVA Tegangan = 70 / 20 kV Impedansi= 12%
CT Rasio = 300/5 A (sisi incoming 20 kV) Arus nominal trafo pada sisi 20 kV :
I n ( sisi 20 kV) = 3 kVx kVA = 3 20 10000 = 288,68 A I set (primer) = 1,05 x I beban
= 1,05 .x288,68 = 303,11 A
I set (sekunder) = 303.11 x Amper 05 , 5 300 5 = Setelan Waktu ( Tms)
Tms = 14 , 0 1 02 . 0         −       set fault I I tx = ( ) 212 , 0 14 , 0 1 11 , 303 391 , 2428 4 , 0 3 , 0 02 . 0 =         −       + x

## det
Perhitungan Setelan GFR
a. Sisi Penyulang
I set (primer)   =  10  %  x  Arus  gangguan hubung singkat ke tanah terkecil
= 10 % x  186.415 A  = 18,642 A
I set(sek) = I set (prim)  x RasioCT
1
= 18,642 A x 300
5 = 0,311 A
Nilai Setelan Waktu (Tms) :
Tms   = 14 , 0 1 02 , 0         −      
Iset
Ifault tx
= 0,100 detik
b. Sisi Incoming 20 kV
Nilai Setelan Arus (I set) :
I  set  (primer)  =  8%  x  Arus  gangguan hubung singkat ke tanah terkecil = 8 % x  186.415 A = 14,913 A
I set (sek) = 14.913 A x 300 5 = 0,249 A
Nilai Setelan Waktu (Tms) : Tms   = 14 , 0 1 02 , 0         −       Iset Ifault tx = 0,259 detik Selisih Waktu Kerja OCR
1. Gangguan Hubung singkat 3 Fasa Tabel 7.  Selisih Waktu Kerja OCR arus gangguan Hubung Singkat 3 Fasa
Lokasi Gangguan (% panjang) Waktu Kerja Relai Incoming (detik) Waktu Kerja Relai Penyulang (detik) Selisih Waktu (GraddingTim e) (detik) 0% 0.698 0.299 0.399 25% 1.012 0.437 0.575 50% 1.539 0.674 0.865 75% 2.134 0.948 1.186 100% 3.744 2.004 1.740
2. Gangguan Hubung singkat 2 Fasa Tabel 8.  Selisih Waktu Kerja OCR arus
gangguan Hubung Singkat 2 Fasa Lokasi Gangguan (% panjang) Waktu Kerja Relai
Incoming (detik)
Waktu Kerja Relai
Penyulang (detik) Selisih Waktu (GraddingTime) (detik) 0% 0.751 0.322 0.429
25% 1.119 0.490 0.629 50% 1.815 0.800 1.015 75% 2.698 1.219 1.479 100% 7.237 3.743 3.494
Tabel  9.  Selisih  waktu  kerja  GFR  untuk gangguan  hubung  singkat  satu    fasa  ke tanah Lokasi Gangguan (%) Waktu Kerja Relai di Incoming 20 kV (detik) Waktu  Kerja Relai di Penyulang  20 kV (detik) Selisih  Waktu (Grading Time) (detik) 0 % 0.479 0.198 0.281 25 % 0.526 0.218 0.308 50 % 0.592 0.246 0.346 75 % 0.640 0.269 0.371 100 % 0.699 0.297 0.402
Komparasi analisa hasil perhitungan dan data di lapangan
Data  yang  didapat  dari  lapangan dianalisa dengan cara dibandingkan dengan hasil perhitungan secara manual Arus  Gangguan  Hubung  Singkat  di  bus  20 kV
Tabel  10.  Perbandingan  arus  gangguan hubung singkat di bus 20 kV
Jenis Gangguan Hubung Singkat Data Hasil Perhitungan Data di Lapangan 3 Fasa 2428.391 A 2426.25 A 2 Fasa 2103.049 A 2101.19 A
1 Fasa ke Tanah 570.406 A 570.04  A
Dari  tabel  perbandingan  arus  hubung singkat diatas terlihat jelas bahwa data yang hitung  dengan  data  yang  diperoleh  di lapangan  tidaklah  berbeda  jauh.  Adapun perbedaan ini disebabkan karena faktor alat ukur  dan  pembacaan  alat  ukur  itu  sendiri sehingga  antara  data  yang  terukur  di lapangan  dengan  data  hasil  perhitungan tidak sama persis.
Setelan OCR dan GFR Tabel 11. Perbandingan setelan OCR
Setelanan Relai Data Hasil Perhitungan Data di Lapangan Iset (penyulang)  1.05 x In   1.00 x In  A Tms(Penyulang)  0,089 0,07 Iset (incoming) 1.01 x In   1.1 x In A Tms (Incoming)  0,212 0,3

## Tabel 12. Perbandingan setelan GFR
Setelanan Relai Data Hasil Perhitungan Data di Lapangan Iset (penyulang)  0.06 x In A 0.18 x In A Tms(Penyulang)  0.100 0.07 Iset (incoming) 0.04 x In A 0,2 x In A Tms (Incoming)  0.259 0.25
Dari  tabel  perbandingan  setelan  OCR dan  GFR  diatas,  setelan  arus  antara  data hasil  perhitungan  dengan  data  yang  di lapangan  pada  setelan  arus  OCR  terlihat berbeda,  data  yang  tercatat  di  lapangan
pada  sisi  Incoming  lebih  besar  dari  data yang  dihitung,  begitupun  sebaliknya  data yang  tercatat  di  lapangan  pada  sisi penyulang  lebih  kecil  dari  data  hasil  yang dihitung,  hal  tersebut  karena  data  yang tercatat  di  lapangan  telah  dibulatkan  sesuai dengan  range  setelan  arus  sesuai  dengan jenis  relai  yang  digunakan.  Sementara setelan  arus  antara  data  hasil  perhitungan dengan  data  yang  di  lapangan  pada  setelan arus  GFR  juga  terlihat  berbeda,  data  yang tercatat di lapangan pada sisi Incoming dan penyulang  lebih  besar  dari  data  hasil  yang dihitung.
Perbedaan  setelan  tms  antara  hasil perhitungan  dengan  setelan  tms  yang tercatat  di  lapangan  pada  setelan  tms  OCR terlihat  jelas  berbeda,  data  yang  tercatat  di lapangan  pada  sisi  Incoming  lebih  besar dari data yang dihitung sedangkan sebaliknya  dengan  data  yang  tercatat  di lapangan  pada  sisi  penyulang  lebih  kecil dari  data  hasil  yang  dihitung,  hal  tersebut karena  pada  setelan  tms  yang  tercatat  di lapangan merupakan  data hasil pembulatan dari nilai tms perhitungan dengan jenis relai berbeda. Sementara pada setelan tms antara hasil  perhitungan  dengan  setelan  tms  yang tercatat  di  lapangan  pada  setelan  GFR  juga terlihat  jelas  berbeda,  data  yang  tercatat  di lapangan pada sisi Incoming dan penyulang lebih kecil dari data hasil yang dihitung.
Pemeriksaan Selektifitas Waktu Kerja Relai Tabel  13.    Selisih  waktu  kerja  antara  relai disisi  incoming  20  kV  dengan  relai  disisi penyulang 20 kV
Lokasi Ganggua n (%) Grading Time Untuk Gangguan Hubung Singkat
3 Fasa (detik) Grading Time
Untuk Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa (detik) Grading Time Untuk
Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah (detik) 0 % 0.399 0.429 0.281 25 % 0.575 0.629 0.308 50 % 0.865 1.015 0.346 75 % 1.186 1.479 0.371 100 % 1.740 3.494 0.402
Dari  tabel  diatas  terlihat  jelas  bahwa semakin  jauh  lokasi  gangguan,  maka semakin  besar  waktu  kerja  relainya,  itu terjadi karena semakin jauh jarak gangguan dari relai maka arus hubung singkatnya pun semakin  kecil  sehingga  selisih  waktu  kerja relai pun semakin besar.

## Kesimpulan
Kesimpulan  yang  dapat  dikemukakan dari  analisis  penyetelan  proteksi  penyulang CMLK  di  gardu  induk  Sumedang  adalah sebagai berikut :
1. Arus Gangguan Hubung Singkat
Dari  hasil  perhitungan  arus  gangguan hubung  singkat,  arus  gangguan  hubung singkat  terbesar  terjadi  pada  jarak  0  % dari  panjang  penyulang  atau  pada  bus bar  20  kV  yaitu  sebesar  2428.391  A
untuk  arus  gangguan  hubung  singkat tiga  fasa,  2103.049  A  untuk  arus gangguan  hubung  singkat  dua  fasa,  dan 570.406 A untuk arus gangguan hubung singkat  satu  fasa  ke  tanah.  Sedangkan arus  gangguan  hubung  singkat  terkecil terjadi  pada  jarak  100  %  dari  panjang penyulang  atau  pada  ujung  penyulang yaitu  sebesar  429.475  A  untuk  arus gangguan  hubung  singkat  tiga  fasa, 371.937 A untuk arus gangguan hubung singkat  dua  fasa,  dan  186.415  A  untuk arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah.
2. OCR
Sisi penyulang 20 kV : Hasil  perhitungan  untuk  setelan  arus  ( Iset  )  dan  waktu  tunda  (  tms  )  didapat, Iset  =  1.05  x  In  A  dan    tms  =  0.089 detik Data yang terpasang di lapangan  untuk setelan  arus  (  Iset  )  dan  waktu  tunda  ( tms ) adalah  Iset = 1.00 x In A , tms = 0.07detik Hal tersebut menunjukkan bahwa setelan arus ( Iset ) dan waktu tunda ( tms ) yang terpasang  pada  penyulang  Cimalaka  di Gardu  Induk  Sumedang  masih  baik  dan belum perlu disetel ulang.
Sisi Incoming 20 kV : Hasil  perhitungan  untuk  setelan  arus  ( Iset  )  dan  waktu  tunda  (  tms  )  didapat,
Iset  =  1.01  x  In  A  dan    tms  =  0.212 detik
Data yang terpasang di lapangan  untuk setelan  arus  (  Iset  )  dan  waktu  tunda  ( tms  )  adalah    Iset  =  1.1  x  In  A,  tms  = 0.3detik
Hal tersebut menunjukkan bahwa setelan arus  (  Iset  )  dan  waktu  tunda  (  tms  )  di sisi  incoming  yang  terpasang  pada penyulang  Cimalaka  di  Gardu  Induk  70 kV    Sumedang  masih  baik  dan  belum perlu disetel ulang.
3. GFR
Sisi penyulang 20 kV :
Hasil  perhitungan  untuk  setelan  arus  ( Iset  )  dan  waktu  tunda  (  tms  )  didapat, Iset = 0.06 x In Adan  tms = 0.100 detik Data yang terpasang di lapangan  untuk setelan  arus  (  Iset  )  dan  waktu  tunda  ( tms  )  adalah    Iset  =  0.18  x  In  A,  tms  = 0.07 detik
Walaupun  setelan  arus  (  Iset  )  dan waktu tunda ( tms ) yang terpasang pada penyulang  Cimalaka  di  Gardu  Induk Sumedang  kurang  sesuai  dengan  hasil perhitungan  namun  belum  perlu  disetel ulang karena ada kebijakan dari PLN. Sisi Incoming 20 kV :
Hasil  perhitungan  untuk  setelan  arus  ( Iset  )  dan  waktu  tunda  (  tms  )  didapat, Iset = 0.04 x In A dan  tms = 0259 detik
Data yang terpasang di lapangan  untuk setelan  arus  (  Iset  )  dan  waktu  tunda  ( tms  )  adalah    Iset  =  0.2  x  In  A,  tms  = 0.25detik
Walaupun    setelan  arus  (  Iset  )  dan waktu  tunda  (  tms  )  di  incoming  yang terpasang  pada  penyulang  Cimalaka  di Gardu  Induk  70  kV  Sumedang  tidak terlau signifikan dengan hasil
perhitungan  namun  belum  perlu  disetel ulang karena ada kebijakan dari PLN.

## Daftar Pustaka
Budi  Utomo,  Heri.  Ir,  2004.  Modul
Perkuliahan  :  Proteksi  Penyulang
Tegangan Menengah. Bandung :
Politeknik Negeri Bandung.
Kadarisman, Pribadi dan Wahyudi S.N MT,
2005. Makalah : Dampak Trafo Tenaga
Besar  Terhadap  Kinerja  Proteksi  dan Tegangan  Pelayanan.  Jakarta  :  PT.
Jalamas Berkatama.
M  Faulkenberry,  Luces.  1996.  Electrical
Power  Distribution  and  Tranmision.
New Jersey: Practice Hall. Inc.
Marsudi,  Djiteng,  2006.  Operasi  Sistem Tenaga  Listrik.  Yogyakarta:  Graha
Ilmu.
Pusat  Pendidikan  dan  Latihan  PLN,  2004.
Kursus  Pengaman  Sistem  Distribusi.
Jakarta : PLN Putriani Yogosara, Dewi. 2005. Perhitungan  Setting  Over  Current
Relay (OCR) dan Ground Fault Relay
(GFR)  pada  Transformator  I-IBT  60 MVA  di  Gardu  Induk  Cigereleng. Bandung : Itenas.
Rao,  TS  Madhva,  1999.  Power  System Protection  Static  Relays.  New  Delhi: Tata Mc Graw Hill.
Sulasno,  Ir,  2001.  Analisis  Sistem  Tenaga
Listrik, Jilid II. Semarang : Universitas Diponegoro.
Sunarto  Ir,  2005.  Modul  Perkuliahan  :
Proteksi  Sistem  Tenaga.  Bandung  : Politeknik Negeri Bandung.
Tohir,  Toto,  2005.  Analisis  Sistem  Tenaga Listrik.  Bandung  :  Politeknik  Negeri Bandung.