Abstrak —Joint  Operation  Body  (JOB)  Pertamina- Petrochina  East  Java  adalah  sebuah  kerjasama  dua perusahaan  besar  berskala  internasional  yang  sedang melakukan  eksplorasi  di  Indonesia  Untuk  meningkatkan produksi  pada  Central  Processing  Area  (CPA) ditambahkan  dua  pembangkit  dengan  daya  4X600HP, 4.16kV.  Dengan  penambahan  beban  dan  pembangkit muncul  permasalahan  pada  sistem  kelistrikannya,  yaitu sering  terjadi  padam  total  ( blackout )  pada  saat  terjadi gangguan,  sehingga  kontinuitas  daya  terganggu.  Melalui tugas  akhir  ini  dilaksanakan  evaluasi  koordinasi  proteksi pada  Joint  Operation  Body  (JOB)  Pertamina-Petrochina East  Java  yang  tepat  dalam  mendeteksi  dan  mengisolir gangguan  sehingga  tidak  mengganggu  sistem  yang berjalan dan mencegah kerusakan peralatan listrik.
Dari  hasil  plot  koordinasi  kurva  arus  waktu  kondisi existing dapat  diketahui  bahwa  terdapat misscoordination dan overlaping .  Melalui  hasil  analisis  dan  perhitungan manual  direkomendasikan  penyetelan pick  up rele  arus lebih  dan  penyetelan grading  time rele.  Rele  yang  perlu disetel  ulang  adalah  rele  arus  lebih  gangguan  fasa ( overcurrent  relay )  dan  rele  arus  lebih  gangguan  tanah ( ground  fault  relay ). Setting rele  dengan  penambahan pengaman  pada  rele  88.  Dengan  memakai  konfigurasi stand alone harus ditambahkan trafo sebesar 4 MVA pada sisi  outgoing  generator  centaur  2  sehingga  dapat digunakan data Load Flow & Short Circuit .
Kata  Kunci —Gangguan,  koordinasi  proteksi,  rele  arus lebih gangguan fasa

## I. PENDAHULUAN
oint  Operation  Body  Pertamina-Petrochina  East  Java (J OB P-PEJ) adalah  sebuah  kerjasama  dua  perusahaan besar  berskala  internasional  yang  sedang  melakukan eksplorasi  di  Indonesia.  Melakukan  rencana  penambahan pembangkit  pada  daerah  eksplorasi  Tuban.  Untuk meningkatkan  produksi  pada  Central  Processing  Area  (CPA) ditambahkan  dua  pembangkit  dengan  daya  4X600HP, 4.16kV.Kontinuitas  aliran  daya  pada  suatu  sistem  tenaga listrik  sangat  diperlukan  agar  suplai  daya  ke  beban  tidak terganggu,  pada  saat  kondisi  normal  maupun  saat  terjadi gangguan. Dalam mengamankan sistem kelistrikan saat terjadi
gangguan, diperlukan peralatan pengaman sistem tenaga listrik untuk menjaga kontinuitas dan kestablian suatu sistem tenaga listrik.  Gangguan  pada  sistem  tenaga  listrik  sangat  bervariasi jenis  dan  besarnya.  Rele  pengaman  dengan  kemampuan selektif  yang  baik  dibutuhkan  untuk  mencapai  keandalan sistem yang tinggi karena tindakan pengaman yang cepat dan tepat  akan  dapat  mengisolir  gangguan  seminimal  mungkin. Rele  pengaman  beroperasi  saat  muncul  arus  gangguan  dan menggerakkan  pemutus  tenaga  (PMT)  sehingga  aliran  daya pada  saluran  tersebut  terputus.  Setelan  dari  rele  pengaman yang  tidak  tepat  dapat  mengakibatkan  PMT  memutus rangkaian  tidak  tepat,  sehingga  kontinuitas  dan  keandalan sistem kelistrikan terganggu salah satunya terjadi padam listrik total.

## II. TEORI PENUNJANG
Dalam  sistem  kelistrikkan  harus  didesain  agar  rele proteksi  dapat  beroperasi  untuk  merasakan  dan  mengisolasi gangguan  secepatnya.  Rele  proteksi  penting  dalam  industri sistem tenaga karena dapat mencegah kerugian produksi yang besar  akibat  padamnya  peralatan  atau  kerusakan  peralatan yang  tidak  perlu  yang  disebabkan  oleh  adanya  gangguan hubung  singkat  dan  tegangan  lebih  atau  overload.  Arus gangguan  yang  mengalir  pada  sistem  tenaga  listrik menyebabkan  beroperasinya  rele  proteksi  dan  menggerakkan pemutus  tenaga  (Circuit  Breaker)  sehingga  terputus  aliran daya yang mengalir pada saluran tersebut.
Koordinasi  sistem  pengaman  sangat  diperlukan  dalam mengatasi  gangguan  yang  terjadi  pada  sistem  tenaga  listrik, sehingga  gangguan-gangguan  yang  terjadi  dapat  dilokalisir dari  sistem  yang  sedang  berjalan.  Dengan  mengaplikasikan prinsip  koordinasi,  maka  urutan  kerja  peralatan  pengaman sepanjang  saluran  dari  sumber  sampai  pada  beban  harus diperhatikan. Apabila ada gangguan secara tiba-tiba peralatan pengaman tersebut dapat mengisolir daerah gangguan secepat mungkin.
Selain  itu  juga  peralatan  proteksi  berfungsi  untuk melindungi  peralatan  yang  berada  disekitarnya  terhadap gangguan  atau  keadaan  tidak  normal  secara  tepat  dan  tepat juga untuk membatasi daerah yang terkena gangguan sehingga keandalan suatu sistem tenaga listrik tetap terjamin.

## EVALUASI KOORDINASI PROTEKSI AKIBAT PENAMBAHAN PEMBANGKIT DAN REKONFIGURASI JARINGAN DI JOINT
OPERATION BODY PERTAMINA-PETROCHINA EAST JAVA (JOB P-PEJ) , TUBAN Achmad Marzuki Yahya, Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. 1) , Ir. Sjamsjul Anam, MT. 2)
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
Email : margo@ee.its.ac.id 1) , anam@ee.its.ac.id 2)
J

## A. Gangguan Hubung Singkat
Gangguan hubung singkat [1] merupakan gangguan yang sangat  berbahaya  bagi  peralatan  karena  arus  yang  mengalir menjadi  sangat  besar  disekitar  titik  gangguan.  Gangguan hubung  singkat  dalam  sistem  tenaga  dibagi  menjadi  dua macam  yaitu:  gangguan  hubung  singkat  simetri  dan  asimetri. Gangguan  hubung  singkat  simetri  terdiri  dari  gangguan hubung singkat tiga fasa (L-L-L) dan tiga fasa ke tanah (L-L- L-G).  Gangguan  hubung  singkat  tidak  simetri  terdiri  dari gangguan  hubung  singkat  satu  fase  ke  tanah  (L-G),  dua  fase ketanah (L-L-G) dan antar fase (L-L).

## B. Penyetelan Rele Arus Lebih Gangguan Fasa
Penyetelan  arus  untuk  arus  lebih  memiliki  batasan besarnya  arus.  Batas  penyetelan  rele  arus  lebih  adalah  rele tidak boleh bekerja  pada  saat beban  maksimum.  Arus setting yang ditentukan harus lebih besar dari arus beban maksimum.
Gambar 1. Batas ketelitian Setting arus berdasarkan BS 142-1983.
Berdasarkan  pada  gambar  2.3  batas  penyetelan  harus memperhatikan  kesalahan  pick  up,  menurut  Standart  British BS 142-1983 batas penyetelan  antara nominal 1.05 – 1.3 I set . Mengacu  pada  standart  tersebut,  pada  tugas  akhir  ini menggunakan konstanta 1.05 Iset. Jadi untuk setingnya dapat dilihat sebagai berikut:
I set ≥ 1,05 x I nominal
(1)
I s = rasio_ct I set (2)
dimana :
I s = arus setting Pemilihan tap yang digunakan   = I s / I n Seting arus actual I set = tap x I n x CT Dicari nilai dibawahnya yang terdekat.
Pada penyetelan rele arus lebih juga harus memperhatikan batas maksimum seting , untuk alasan keamanan dan back up hingga ke sisi muara ( downstream ) estimasi seting ditetapkan : I  set 0.8 I min , 2 sc (3) I sc2,min adalah  arus  hubung  singkat  dua  fase  dengan pembangkitan  minimum  yang  terjadi  diujung  saluran  seksi berikutnya. Besar arus ini diperoleh dari arus hubung singkat tiga  fase  pada  pembangkitan  minimum    dikalikan  0,866. Mengacu  pada  konsep  diatas    persyaratan  setelan  arus  dapat dirumuskan sebagai berikut :
1,05 I maks < I  set 0,8 I min , 2 sc (4)

## C. Rele Arus Lebih Waktu Inverse
Waktu  operasi  rele  ditentukan  oleh  setelan  time  dial. Untuk  menetukan  time  dial  dari  masing-masing  kurva karakteristik  invers  rele  arus  lebih  dapat  digunakana persamaan sebagai berikut [2,3,4]:
td = I I -1 (5)
Di mana : t = waktu operasi (detik) Td = time dial I = nilai arus (Ampere) Iset = arus pickup (Ampere) k = koefisien invers 1 (lihat Tabel )  = koefisien invers 2 (lihat Tabel )  = koefisien invers 3 (lihat Tabel ) Tabel 1. Koefisien inverse time dial Tipe Kurva Koefisien k  Standard / normal Inverse 0,14 0,02 Very Inverse 13,50 1,00 Extremely Inverse 80,00 2,00

## D. Rele Arus Lebih Waktu Instan
Prinsip kerja jenis rele ini adalah tanpa penundaan waktu, tetapi masih bekerja dengan waktu cepat sebesar 0.1detik, pada umumnya kurang dari 0.08 detik [4], dapat dilihat pada gambar 2.
Waktu (detik) Arus (Ampere) If besar t =  80 milidetik

## Gambar 2  Karakteristik rele arus lebih instan
Untuk  pengaman feeder yang  dipisahkan  oleh  trafo, koordinasi pengaman dibedakan menjadi dua daerah yaitu sisi tegangan rendah (LV) dan sisi tegangan tinggi (HV)[1].
Isc.max B Isc.min A Bus A (HV) Bus B (LV)

## Gambar 3. Rele arus lebih pengaman trafo
Syarat  setelan  pick  up  instan  pada  tipe  koordinasi  harus memenuhi syarat berikut [5]:
I sc max bus B ≤ I  0.8 I sc min bus, A (7)
Dimana I sc  max  bus  B merupakan arus hubung singkat tiga fasa maksimum di titik B, sedangkan 0.8 I sc min bus, A merupakan arus hubung singkat minimum pada titik A.

## E. Koordinasi Rele Arus Waktu
Susunan rele pengaman dalam suatu sistem kelistrikan terdiri dari rele pengaman utama dan rele pengaman cadangan ( back up ). Antara rele pengaman utama dan rele pengaman back up harus dikoordinasikan agar rele tidak bekerja secara bersamaan maka diperlukan waktu tunda ( time delay ). Waktu kerja minimal antara rele utama dan rele backup adalah 0.2 – 0.35 detik. Waktu buka CB : 0.04 – 0.1s (2-5 cycle ) Overtravel dari rele  : 0.1s Faktor keamanan  : 0.12-0.22s Untuk rele berbasis microprosessor Overtravel time dari rele diabaikan. Sehingga total waktu yang diperlukan adalah 0.2-0.4s [6].

## F. Rele Gangguan Tanah ( Ground Fault Relay)
Rele  gangguan  tanah  merupakan  rele  pengaman  arus lebih  yang  dilengkapi dengan  zero  sequence  current filter . Rele  gangguan  tanah  bekerja  untuk  mengamankan  gangguan satu  fasa  dan  dua  fasa  ke  tanah.  Rele  gangguan  tanah digunakan  pada  pada  sistem  yang  membatasi  arus  gangguan tanah.  Misalnya  sistem  pentanahan  netral  dengan  pentanahan resistansi dimana impedansi yang rendah mampu mengurangi arus  gangguan  ke  tanah.  Pada  rele  gangguan  tanah range setelan  yang  digunakan  20%  -  80%  dari  ratting  arusnya  atau bahkan  lebih  rendah,      10%  -  40%  [e],  referensi  lain menggunakan 10% - 50%[3].
Prinsip  kerja  rele  ini  seperti  pada  gambar  2.10. Pengaman  rele  ini  akan  aktif  jika  arus  sisa  Ires  =  Ia+Ib+Ic yang mengalir naik melebihi setelan treshold [5,6]. Simetri Ir = Ia+Ib+Ic = 0 Asimetri Ir = Ia+Ib+Ic = 3Iao

## III. PEMODELAN SISTEM
Sistem  kelistrikan  JOB  P-PEJ  dimodelkan  dengan software ETAP  7.5  dalam  bentuk single  line  diagram .  Pada analisa arc  flash ini single  line  diagram dibagi  menjadi  dua kondisi,  yaitu  kondisi  eksisting  dan  juga  saat  sudah direkoordinasi (resetting). Selanjutnya pemodelan akan dibagi menjadi 5 tipikal.
Penggunaan software ETAP  untuk  mendapatkan  nilai dari rele yang ada.
Pada  kondisi  eksisting,  semua  data  sistem  pengaman dimodelkan  sesuai  dengan  kondisi  di  lapangan.  Berikut pemodelan sistem pengaman JOB P-PEJ. :
M M M M M M M M M M M M M M M M G.ENG GEN.G102-D G.ENG GEN.G102-C G.ENG GEN.G102-B G.ENG GEN.G102-A GEN TG101-A GEN TG101-B GEN TG101- C GEN TG 101-D DIESL.ENG KBT (RENTAL) ONAN DIESL ENG GEN GN1102 U2 Gen 1 Bus76 Bus78 LV-SWGR-01-3500A MV-SWGR-03-BB-"A"-2500A MV-SWGR-03-BB-"B"-2500A Gambar 4 Single line diagram JOB P-PEJ

## IV. PENGUJIAN DAN ANALISA
Setelah dilakukan pemodelan sistem kelistrikan pabrik dan didapatkan Single  Line  Diagram selanjutnya  untuk mempermudah  dalam setting koordinasi  peralatan  pengaman dan rele, maka dipilih tipikal yang mewakili koordinasi sistem eksisting  yang  ada.  Berikut  adalah  tipikal  yang  diambil sebagai contoh:
 Tipikal  JOB  P-PEJ    dan  Generator  baru  adalah  tipikal terpanjang untuk sistem koordinasi rele pengaman arus lebih gangguan  fasa  pada  JOB  P-PEJ.  Tipikal  ini  terdiri  dari beberapa  level  tegangan,  yaitu  13.8kV,  4.16  kV,  0.48  kV. Pada  tipikal  ini  terdapat  beberapa  rele  pengaman,  Dimulai dari  MV-SWGR-03-BB-“B”-2500A  sampai  ke  Mtr-20. Pengaman  yang  digunakan  pada  tipikal  ini  berupa  rele  R- F.1.1,  R-F.1.2,  CB-F.1.1,  CB-F.1.2,  CB-F.1.3,  CB-M20.  , rele  Gen  baru-1.  Pemilihan  tipikal  ini  berdasarkan  belum pernah  dilakukan  setting  koordinasi  rele  Tipikal  ini selanjutnya akan disebut dengan tipikal 1.

## A. Analisis Ganguan Arus Hubung Singkat
Setelah  penggambaran  SLD  maka  dilakukan running simulasi  dan  analisis load  flow ,  langkah  selanjutnya  adalah analisis hubung singkat ( short circuit ) menggunakan software ETAP  7.5.  Analisis  ini  digunakan  untuk  menentukan setting peralatan  pengaman  dan  rele  arus  lebih.  Untuk  perhitungan arus  hubung  singkat  digunakan  2  parameter,  yaitu  hubung singkat  maksimum  dan  hubung  singkat  minimum.  Hubung singkat  minimum  adalah  hubung  singkat  2  fasa  pada  saat  30 cycle .  Sedangkan  hubung  singkat  maksimum  adalah  hubung singkat 3 fasa pada saat 1/2 cycle dan 4 cycle . Pada analisis ini dilakukan pada bus-bus tipikal yang dipilih.
Arus  hubung singkat  minimum  yang dipakai  adalah arus hubung  singkat  30 cycle pada  saat  pembangkitan  minimum, yaitu  saat  kondisi  sebelum  integrasi  dan  sesudah  integrasi. Sedangkan  arus  hubung  singkat  maksimum  yang  dipakai dalam analisis adalah arus hubung singkat 3 fasa 4 cycle pada saat pembangkitan maksimum setelah dilakukan integrasi.
Tabel 2. Pengujian ISC maksimum 4 cycle no Bus Tegangan (kV) Isc.max 4cylce (kA) 1 2500A-MV- SWGR-02-B 4.16 20.84 2 ARTIFICIAL BUS 4.16 22.13 3 B-IN TR-02-C 4.16 28.30 4 B-IN TR-MD-A 4.16 28.30 5 B-IN TR-MD-B 4.16 7.83 6 B-IN TR-MD-C 4.16 7.98 7 B-IN TR-MD-C1 13.8 28.64 8 B-IN TR-MD-E 0.48 7.83 9 BB_TR-02- A=>MV-SWGR- 03 4.16 26.05 10  Bus-11.1 048 26.05 11  Bus-14-15 0.48 12.14 12  Bus-16-17 0.48 18.45 13  Bus-19-20 0.48 18.45 14  Bus-23-24 0.48 17.87 Tabel 3. Pengujian ISC minimum 30 cycle no Bus Tegangan (kV) Isc.min 30 cylce (kA) 1 2500A-MV- SWGR-02-B 4.16 12.07 2 ARTIFICIAL BUS 4.16 12,77 3 B-IN TR-02-C 4.16 15.28 4 B-IN TR-MD-A 4.16 15.28 5 B-IN TR-MD-B 4.16 3.32 6 B-IN TR-MD-C 4.16 3.43 7 B-IN TR-MD-C1 13.8 16.72 8 B-IN TR-MD-E 0.48 3.32 9 BB_TR-02- A=>MV-SWGR- 03 4.16 13.53 10  Bus-11.1 048 13.53 11  Bus-14-15 0.48 10.42 12  Bus-16-17 0.48 14.96 13  Bus-19-20 6.3 14.96 14  Bus-23-24 6.3 14.46
Pada paper ini  digunakan  tipikal  1  sebagai  contoh. Gambar  2  dibawah  adalah  pemodelan  sistem  pengaman eksisting  tipikal  1.  Dimulai  dari  MV-SWGR-03-BB-“B”- 2500A  sampai  ke  Mtr-20 . Pengaman  yang  digunakan  pada
tipikal  ini  berupa  rele  R-F.1.1,  R-F.1.2,  CB-F.1.1,  CB-F.1.2, CB-F.1.3, CB-M20.
Tabel 4. Data Eksisting Pengaman Tipikal 1 ID Manufacturer Model CT Ratio Setting R- F.1.1 Merlin Gerlin Sepam 1000 500/5 Curve Type Standard Inverse Pickup 0.72 Time Dial 1.4 Instantaneous Pickup 3 Delay 0.1 s R- F.1.2 Merlin Gerlin Sepam 1000 150/5 Curve Type Standard Inverse Pickup 0.72 Time Dial 1.4 Instantaneous Pickup 3 Delay 0.1 s CB- F.1.3 Merlin Gerlin STR 68U sensor 1600 long time pickup 0.98 long time band 480 short time pickup 1.5 short time band 0.2 instantaneous pickup none CB- M20 Merlin Gerlin STR 23SE sensor 630 long time pickup 1 long time band fixed short time pickup 6 short time band fixed instantaneous pickup fixed M MV-SWGR-03-BB-"B"-2500A MV-SWGR-05 1250A BB MCC PAD C Mtr-20 320 HP CB-M20 TR-MD-C1 1.25 MVA TR-MD-C 5 MVA CB-F.1.3 R-F.1.2 CB-F.1.2 CB-F.1.1 R-F.1.1
Gambar 5 Sistem Pengaman JOB P-PEJ Tipikal 1
Berikut ini adalah bentuk kurva koordinasinya:

## Gambar 6 Kurva Koordinasi Sistem Pengaman Tipikal 1
Hasil plot eksisting terdapat tanda lingkaran merah yang menandakan bahwa koordinasi sistem pengaman kurang tepat, yaitu:
1. Setting rele  R-F.1.1  dan  R-F.1.2  adalah  sama.  Hal  ini mengakibatkan  saat  terjadi  gangguan,  rele  ini  akan bekerja  secara  bersamaan.  Seharusnya  rele  tersebut memiliki setting yang  berbeda  karena  mengamankan tempat yang berbeda.
Setelah  dilakukan resetting ,  maka  kurva  koordinasi pengaman  pada  tipikal  1  akan  menjadi  seperti  gambar  4 dibawah ini :

## Gambar 7 Kurva Koordinasi Resetting Tipikal 1

## V. KESIMPULAN
Dari hasil simulasi dan analisa data sistem plant dan resetting yang sudah dilakukan dapat ditarik kesimpulan :
1. Hasil  plot  koordinasi  kurva  arus  waktu existing Joint Operation  Body  (JOB)  Pertamina-Petrochina  East  Java memperlihatkan  bahwa  banyak  rele  yang  terjadi miss- coordination dan overlaping antara  rele  utama  dan  rele
backup. Hal ini mengakibatkan selektifitas rele kurang baik dalam melokalisir gangguan pada sistem.
2. Setelah  dilakukan  analisis  dan resetting peralatan pengaman,  maka  didapatkan  bahwa  data  eksisting peralatan  pengaman  yang  digunakan  tidak  terkoordinasi dengan  baik.  Pengaturan low  set belum  sesuai  dengan British  Standard  BS-142-1983 .  Setelan  waktu  juga  dipilih instant dimana  tidak  sesuai  dengan Standard  IEEE 242, maka diperlukan analisa ulang ( resetting ). 3. Akibat  integrasi  dengan  jaringan  PLN  (Sikronisasi) menyebabkan kenaikan arus hubung singkat, analisis yang dilakukan  pada  Tugas  Akhir  ini  yaitu  dengan  pemilihan tipikal  yang  mewakili  masing-masing line dengan  kondisi yang telah ditentukan.
4. Grading  time  yang  digunakan  untuk  koordinasi  kerja  dari rele pengaman adalah sebesar 0.2  detik. Hal ini dianggap sesuai karena dengan Grading time sebesar 0.2 – 0,4 detik dapat  memberikan  waktu  yang  cukup  kepada  rele pengaman utama untuk selesai memutus gangguan terlebih dahulu.  Sehingga  kejadian  trip  secara  bersamaan  antara rele  pengaman  utama  dan  rele  backup  pada  saat  terjadi gangguan  hubung  singkat  dapat  dihindari  dan  koordinasi kerja  antar  rele  dapat  berjalan  dengan  baik.  Pemilihan Grading  time  sebesar  0.2  dan  0.3  detik  dianggap  paling sesuai  mengingat  rele  yang  digunakan  adalah  rele  digital. Pemilihan  Grading  time  sebesar  0.2  detik  sesuai  dengan standar IEEE 242

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. IEEE  Std.  1584-2002.  “ Guide  for  Performing  Arc  flash Hazard Calcula ion ”.
[2]. ETAP FAQ arc flash calculations
[3]. ELECTROTECHNIK,  “ What  is  a  Bolted  Short  Circuit ,”  A Magazine of Electrical Engineering
[4]. Daniel  Doan,  Jennifer  Slivka,  and  Chris  Bohrer,  “ A  Summary  of Arc flash Assessment  and Safety Improvements ,” IEEE Paper No. PCIC-2007-40
[5]. NSW  Government,  “PERALATAN  PELINDUNG  PRIBADI,” WorkCover NSW Government.
[6]. Chet Davis PE, Conrat St. Pierre, “ Practical Solution Guide to Arc flash Hazards ,” ESA Inc, 2003
[7]. Daniel  Doan,  George  DG,  Herman  O.Kemp,  “How  to  Hamper Hazards,” IEEE Industry Application Magazine., May-June 2005
1