49

## Analisa Setting Relai Arus Lebih (OCR) Dan Relai Gangguan Tanah (GFR) Pada Penyulang Gurami Gardu Induk Sungai Kedukan Palembang
Choirul Rizal 1 , Abdul Azis 2
1 Program Studi Teknik Elektro, Universitas Palembang, Indonesia 2 Program Studi Teknik Elektro, Universitas PGRI Palembang, Indonesia.
*e‒mail: choirulrizal1962@gmail.com , azis@univpgri‒palembang.ac.id

## ABSTRAK
Relai  Arus  Lebih  merupakan  peralatan  yang  mensinyalir  adanya  arus  lebih,  baik  yang  disebabkan  oleh adanya gangguan hubung singkat yang dapat merusak peralatan sistem tenaga  listrik yang berada dalam wilayah proteksinya. Relai arus lebih ini digunakan hampir pada seluruh pola pengamanan sistem tenaga listrik,  dan  dapat  juga  digunakan  sebagai  pengaman  utama  ataupun  pengaman  cadangan.  Dari  hasil penelitian  diperoleh  hasil  bahwa  besarnya  arus  gangguan  hubung  singkat  dipengaruhi  oleh  jarak  titik gangguan, semakin jauh lokasi gangguan maka arus gangguan hubung singkat akan semakin kecil, begitu pula  sebaliknya.  Waktu  kerja  relai  di  sisi  penyulang  lebih  cepat  dibandingkan  dengan  waktu  kerja  di incoming  dengan  selisih  waktu  rata-rata  sebesar 1,34 detik.  Hal  ini  disebabkan  lokasi  gangguan mempengaruhi  besar  kecilnya  selisih  waktu.  Semakin  jauh  jarak  lokasi  gangguan,  maka  semakin  besar selisih waktu kerja relai di incoming.
Kata Kunci: Setting, Relai, Penyulang

## Analysis of Over Current Relay (OCR) and Ground Fault Relay (GFR) Settings at Gurami Feeder Sungai Kedukan Palembang Substation

## ABSTRACT
Over Current Relays are equipment that signals an overcurrent, whether caused by a short circuit that can damage  electrical  power  system  equipment  within  its  protection  area.  This  overcurrent relay  is  used  in almost all electrical power system security patterns, and can also be used as the main safety or backup safety. From the results of the study, it was found that the magnitude of the short-circuit fault current is influenced by the distance of the fault point, the farther the fault location is, the smaller the short-circuit fault current will be, and vice versa. The relay working time on the feeder side is faster than the incoming working  time  with  an  average  time  difference  of  1.34  seconds.  This  is  because  the  location  of  the disturbance  affects  the  size  of  the  time  difference.  The  farther  the  distance  from  the  fault  location,  the greater the difference in relay working time in incoming
Keywords: Setting, Relay, Feeder
Correspondence author : Choirul Rizal, Universitas Palembang, Indonesia. E ‒ Mail: choirulrizal1962@gmail.com
50

## I. PENDAHULUAN
Energi  listrik  yang  dibangkitkan  di  pusat  pembangkitan.  Setelah  dibangkitkan  maka selanjutnya  energi  listrik  disalurkan  ke  konsumen  melalui  sistem  tenaga  listrik.  Kenyataannya sistem  distribusi  adalah  sistem  yang  sering  mengalami  gangguan  [7].  Dalam  pelaksanaan penyaluran  daya  listrik  akan  terjadi  kondisi  tidak  normal  (gangguan)  yang  menyebabkan terganggunya  kelangsungan  pelayanan  energi  listrik  terhadap  konsumen.  Gangguan  yang dimaksud antara lain gangguan hubung singkat. Gangguan-gangguan tersebut jika tidak dengan segera diperbaiki maka dapat merusak peralatan dan sistem tenaga listrik. Maka diperlukan sistem pengaman (sistem proteksi), yang harus dapat mendeteksi terjadinya gangguan serta membatasi pengaruh-pengaruh lainnya [1,2,3,4,7].
Sistem proteksi adalah suatu sistem pengamanan terhadap peralatan listrik, yang diakibatkan adanya gangguan teknis, gangguan alam, kesalahan operasi, dan penyebab yang lainnya. Sistem proteksi  merupakan  pengaman  listrik  pada  sistem  tenaga  listrik  yang  terpasang  pada  sistem distribusi tenaga listrik, transformator tenaga, transmisi tenaga listrik dan generator listrik yang dipergunakan untuk mengamankan sistem tenaga listrik dari gangguan listrik atau beban lebih, dengan cara memisahkan bagian sistem tenaga listrik yang terganggu. Sehingga sistem kelistrikan yang tidak terganggu dapat terus bekerja (mengalirkan arus ke beban atau konsumen). Jadi pada hakekatnya pengaman pada sistem tenaga listrik yaitu mengamankan seluruh sistem tenaga listrik supaya kehandalan tetap terjaga [5,8].
Salah satu peralatan yang berfungsi untuk memproteksi peralatan listrik terhadap arus lebih yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat adalah Relai Arus Lebih atau yang lebih dikenal dengan Over Current Relay (OCR) [5]. Relai Arus Lebih digunakan sebagai proteksi cadangan lokal pada proteksi penghantar, dan digunakan untuk mengamankan penghantar dari gangguan fasa-fasa. Untuk mengetahui setting Relai Arus Lebih (OCR) dan Relai Gangguan Tanah (GFR), maka akan dilakukan pada Penyulang Gurami Gardu Induk Sungai Kedukan Palembang

## Ganguan Hubung Singkat
Gangguan  hubung  singkat  adalah  gangguan  yang  terjadi  karena  adanya  kesalahan  antara bagian-bagian  yang  bertegangan.  Gangguan  hubung  singkat  dapat  juga  terjadi  akibat  adanya isolasi yang tembus atau rusak karena tidak tahan terhadap teganggan lebih, baik yang berasal dari  dalam  maupun  yang  berasal  dari  luar  (akibat  sambaran  petir).  Gangguan  hubung  singkat dapat terjadi tiga fasa, dua fasa, satu fasa ke tanah. Gangguan hubung singkat ini sendiri dapat digolongkan  menjadi  dua  kelompok  yaitu  gangguan  hubung  singkat  simetri  dan gangguan hubung singkat tak simetri (asimetri). Gangguan yang termasuk dalam hubung singkat simetri yaitu gangguan hubung singkat tiga fasa, sedangkan gangguan yang lainnya merupakan gangguan  hubung  singkat  tak  simetri  (asimetri).  Gangguan  ini  akan  mengakibatkan  arus  lebih pada fasa yang terganggu dan juga akan dapat mengakibatkan kenaikan tegangan pada fasa yang tidak terganggu [1,3,5,8].
1. Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa
Gangguan hubung singkat tiga fasa termasuk dalam klasifikasi gangguan simetris, dimana arus maupun tegangan stiap fasanya tetap seimbang setelah gangguan terjadi. Sehingga pada sistem seperti ini dapat dianalisa hanya dengan menggunakan urutan positif saja.
2. Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa
Gangguan  hubung  singkat  dua  fasa  atau  yang  biasa  disebut  hubung  singkat  fasa  ke  fasa adalah kondisi dimana antara fasa ke fasa saling terhubung singkat. Pada gangguan hubung singkat fasa ke fasa, arus saluran tidak mengandung komponen urutan nol dikarenakan tidak ada gangguan yang terhubung ke tanah.
3. Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa Ke Tanah
Gangguan  hubung  singkat  1  fasa  ke  tanah  yang  sering  terjadi  pada  sistem  tenaga  listrik merupakan  gangguan  asimetris  sehingga  memerlukan  metode  komponen  simetris  untuk menganalisa tegangan dan arus pada saat terjadi gangguan.

## Relai Arus Lebih
Relai  Arus  Lebih  atau  yang  lebih  dikenal  dengan Over  Current  Relay (OCR)  merupakan peralatan  yang  mensinyalir  adanya  arus  lebih,  baik  yang  disebabkan  oleh  adanya  gangguan hubung  singkat atau overload yang dapat merusak  peralatan sistem tenaga  yang berada  dalam wilayah  proteksinya.  Relai  Arus  Lebih  ini  digunakan  hampir  pada  seluruh  pola  pengamanan sistem tenaga listrik, dan relai ini dapat digunakan sebagai pengaman utama ataupun pengaman cadangan [1].

## II. METODE PENELITIAN
Gambar 1. Bagan Alir Penelitian Mulai Pengumpulan Data Data Primer ‒ Data Transformator 1 ‒ Data Penyulang Gurami
‒ Data OCR Sisi Penyulang Gurami 20 kV ‒ Data OCR Sisi Incoming Data Sekunder ‒ Single line diagram GI Sungai Kedukan
‒ Single line diagram Penyulang Gurami Studi Literatur Pengolahan Data Kesimpulan Analisa dan Pembahasan
52
Berdasarkan diagram alir metode penelitian pada gambar 1, maka langkah‒langkah yang akan dilakukan dalam penelitian ini adalah: melakukan studi literatur, pengumpulan data primer dan sekunder,  kemudian  data  yang  sudah  didapatkan  diolah  agar  dapat  dipergunakan  dalam penelitian, selanjutnya, menganalisa hasil penelitian. Sebelum menentukan arus hubung singkat, maka harus ditentukan terlebih dahulu rel daya tegangan primer di gardu induk untuk berbagai jenis gangguan, kemudian menentukan pada titik‒titik lainnya yang letaknya semakin jauh dari gardu  induk  tersebut.  Untuk  menentukan  arus  gangguan  hubung  singkat,  pertama‒tama  harus ditentukan terlebih dahulu besar impedansi sumber, kedua menentukan impedansi transformator tenaga, ketiga menentukan impedansi impedansi penyulang [1].
Transformator Daya MVA T , kV P / kV S Bus Sisi Primer Bus Sisi Sekunder MVA SC 25 % 50 % 75 % 100 % 0 % Panjang Penyulang (km) Z S incoming outgoing Z P Z T
Gambar 2. Representasi Penyulang

## Impedansi Sumber
Untuk  menentukan  impedansi  sumber  di  bus  sisi  sekunder,  maka  harus  ditentukan  terlebih dahulu impedansi sumber di bus sisi primer. Impedansi sumber di bus sisi primer (Z S sisi primer) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut [2]:
Z S (sisi primer) = j X S (sisi primer) = j kV P 2 (sisi primer)
MVA SC ( Ω ) (1)
Dimana daya hubung singkat di bus sisi primer (MVA SC ), adalah: MVA SC = √ 3 × kV P (sisi primer) × I SC (sisi sekunder) dan, arus hubung singkat sisi sekunder (I SC sisi sekunder), adalah:
I SC ( sisi sekunder ) = MVA T √ 3 × kV S (sisi sekunder) × Z T
Arus  gangguan  hubung  singkat  yang  akan  dihitung  adalah  gangguan  hubung  singkat  di  sisi sekunder,  maka  impedansi  tersebut  harus  dikonversikan  dulu  ke  sisi  sekunder.  Untuk mengkonversikan impedansi yang terletak di sisi primer ke sisi sekunder, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut [2]:
Z S ( sisi sekunder ) = j X S ( sisi sekunder ) = kV S 2 ( sisi sekunder ) kV P 2 ( sisi primer ) × j X S ( sisi primer ) ( Ω ) (2)

## Impedansi Transformator
Impedansi suatu transformator yang diambil adalah harga reaktansinya, sedangkan tahanannya diabaikan karena harganya kecil. Maka impedansi transformator adalah [6]:
1. Nilai  impedansi  transformator  pada  100  %  atau  Z T ( 100 % ) = j X T (100 %)  untuk transformator pada sisi sekunder, adalah:
Z T ( 100 % ) = j X T (100 %) = j kV 2 (sisi sekunder) MVA T ( Ω ) (3)
2. Nilai  impedansi  transformator  urutan  positif  (Z 1T = j X 1T )  sama  dengan  nilai  impedansi transformator urutan negatif (Z 2T = j X 2T ), yaitu:
Z 1T = Z 2T = j X 1T = j X 2T = Z T ( % ) × j X T ( 100 % ) ( Ω ) (4)
3. Untuk transformator dengan hubungan belitan YY dan tidak mempunyai belitan delta (  ) di dalamnya, maka untuk menghitung besarnya impedansi transformator urutan nol Z 0T = j X 0T berkisar antara 9 s/d 14 × j X 1T . Dalam penelitian ini diambil nilai sebesar:
Z 0T = j X 0T = 10 × j X 1T ( Ω ) (5)

## Impedansi Penyulang
Nilai  impedansi  penyulang  tergantung  dari  besarnya  impedansi/km  (Z P = R P + jX P )  dan panjang penyulang ( l P ) . Maka nilai impedansi penyulang adalah sebagai berikut [1]: 1. Impedansi penyulang urutan positif (Z 1P ) = impedansi penyulang urutan negatif (Z 2P ) Z 1P = Z 2P = Z 1P × l P = ( R 1P + j X 1P ) × l P ( Ω ) (6)
2. Impedansi penyulang urutan nol (Z 0P )
Z 0P = Z 0P × l P = ( R 0P + j X 0P ) × l P ( Ω ) (7)

## Impedansi Ekuivalen Jaringan
Perhitungan  yang  akan  dilakukan  di  sini  adalah  perhitungan  besarnya  nilai  impedansi ekuivalen positif, negatif dan nol dari titik gangguan sampai ke sumber. Karena dari sejak sumber ke titik gangguan impedansi yang terbentuk adalah tersambung seri maka perhitungan Z 1 eq dan Z 2 eq dapat  langsung  dengan  cara  menjumlahkan  impedansi  tersebut,  sedangkan  untuk perhitungan  Z 0 eq dimulai  dari  titik  gangguan  sampai  ke  transformator  tenaga  yang  netralnya ditanahkan.  Impedansi  ekuivalen  jaringan  dapat  ditentukan  hitung  dengan  menggunakan persamaan sebagai berikut [1]:
1. Impedansi ekuivalen urutan positif dan urutan negatif (Z 1 eq = Z 2 eq )
Z 1 eq = Z 2 eq = Z 1S (sisi sekunder) + Z 1T + Z 1P Z 1 eq = Z 2 eq = j X 1S (sisi sekunder) + j X 1T + ( R 1P + j X 1P ) (8)
2. Impedansi ekuivalen urutan nol (Z 0 eq )
Z 0 eq = Z 0T + 3R n + Z 0P = j X 0T + 3R n + ( R 0P + jX 0P ) (9)

## Arus Gangguan Hubung Singkat
Perhitungan arus gangguan hubung singkat dapat dihitung dengan menggunakan rumus dasar, impedansi ekivalen mana yang dimasukkan ke dalam rumus dasar tersebut adalah jenis gangguan hubung  singkat  tiga fasa,  dua  fasa, atau  satu fasa  ke  tanah.  Sehingga formula  yang  digunakan untuk perhitungan arus hubung singkat tiga fasa, dua fasa, dan satu fasa ke tanah berbeda [8]. 1. Arus Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa
Arus  gangguan  hubung  singkat  3  fasa  (I hs 3 fasa )  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan sebagai berikut:
I hs 3 fasa = V L‒N Z 1 eq = VL‒L √ 3 Z 1 eq (10)
2. Arus Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa
Arus  gangguan  hubung  singkat  2  fasa  (I hs 2 fasa )  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan sebagai berikut:
I hs 2 fasa = V L‒L Z 1 eq + Z 2 eq = V L‒L 2 × Z 1 eq (11)
54
3. Arus Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah
Arus  gangguan  hubung  singkat  1  fasa  ke  tanah  (I hs 1 fasa ke tanah )  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
I hs 1 fasa ke tanah = 3 × V L‒N Z 1 eq + Z 2 eq + Z 0 eq = 3 × VL‒L √ 3 2 × Z 1 eq + Z 0 eq (12)
Setting Relai Arus Lebih di Sisi Penyulang 20 kV ( Outgoing ) 1. Setting Arus
Setting relai yang terpasang di penyulang dihitung berdasarkan arus beban maksimum. Relai inverse biasa diset sebesar 1,05 sampai dengan 1,1 × I maks , sedangkan untuk relai definite diset sebesar  1,2  sampai  dengan  1,3  ×  I maks .  Persyaratan  lain  yang  harus  dipenuhi  yaitu  untuk penyetelan waktu minimum dari relai arus lebih (terutama di penyulang tidak lebih kecil dari 0,3 detik). Keputusan ini diambil agar relai tidak sampai trip lagi akibat adanya arus inrush dari transformator yang sudah tersambung di jaringan distribusi, pada saat PMT penyulang tersebut dimasukkan. Setting arus pada sisi primer transformator adalah [5]: I set (primer) = 1,1 × I beban (13)
Nilai  arus  tersebut  merupakan  nilai setting pada  sisi  primer,  sedangkan  nilai  yang  akan disetkan  pada  relai  adalah  nilai  sekundernya.  Olehnya  dihitung  menggunakan  nilai  rasio transformator arus yang terpasang pada penyulang. Besar arus pada sisi sekunder adalah [5]: I set (sekunder) = I set (primer) × 1 Ratio CT (14) 2. Setting Waktu
Arus gangguan yang dipilih untuk menentukan besarnya setting TMS OCR sisi penyulang 20 kV  transformator  tenaga  yaitu  arus  gangguan  hubung  singkat  tiga  fasa  di  0%  panjang penyulang. Waktu kerja paling hilir yang ditetapkan t = 0,3 sekon Keputusan ini diambil agar relai  tidak  sampai  trip  lagi  akibat  adanya  arus  inrush  dari  transformator‒transformator distribusi  yang  sudah  tersambung  di jaringan  distribusi,  pada  saat  PMT  penyulang  tersebut dimasukan. Maka setting waktu ( 𝑇𝑀𝑆 ) adalah sebagai berikut [5]:
TMS = t × (( Ifault Iset ) 0,02 ‒ 1 ) 0,14 = t × (( I3 fasa (0%) I set (primer) ) 0,02 ‒ 1 )
0,14 (15)
Setting Relai Arus Lebih di Sisi Incoming 20 kV 1. Setting Arus Berbeda dengan sisi penyulang, pada sisi incoming 20 kV diperlukan nilai arus nominal dalam menentukan setting relainya. Maka arus nominal transformator pada sisi 20 kV adalah [6]:
I nominal ( sekunder ) = kVA T √ 3 V L-L (16)
Setting arus untuk Relai Arus Lebih, pada sisi primer adalah:
I set (primer) = 1,1 × I nominal ( sekunder ) (17)
Maka setting arus untuk Relai Arus Lebih, pada sisi sekunder adalah:
I set (sekunder) = I set (primer)× 1 Ratio CT (18)
2. Setting Waktu Kerja atau Time Multiplier Setting (TMS)
Arus  gangguan  yang  dipilih  untuk  menentukan  besarnya setting TMS  relai  arus  lebih  atau OCR sisi incoming 20 kV transformator tenaga yaitu arus gangguan hubung singkat 3 fasa di 0 % panjang penyulang. Waktu kerja incoming didapat dengan waktu kerja relai disisi hilir +
0,4 detik. Maka t incoming = (0,3 + 0,7) = 0,7 detik. Setelah diketahui nilai ketetapan t = 0,7 detik, maka nilai TMS dapat diketahui yaitu [6]:
TMS = t × (( Ifault Iset ) 0,02 ‒ 1 ) 0,14 = t × (( I3 fasa(0%) I set (primer) ) 0,02 ‒ 1 )
0,14 (19)
Setting Relai Gangguan Tanah di Sisi Penyulang 20 kV ( Outgoing ) 1. Setting Arus
Untuk setting arus di penyulang menggunakan pedoman yaitu setting arus gangguan ke tanah di penyulang diset 10 % x arus gangguan 1 fasa ke tanah terkecil di penyulang tersebut. Hal ini  dilakukan  untuk  menampung  tahanan  busur.  Dimana  arus  gangguan  terkecil  terletak  di lokasi gangguan 100% maka setting arus untuk Relai Gangguan Tanah sisi primer adalah [6]: I set ( primer ) = 10% × I 1 fasa ke tanah (100%) (20)
Maka setting arus untuk Relai Gangguan Tanah, pada sisi sekunder adalah:
I set (sekunder) =  I set (primer) × 1 Ratio CT (21) 2. Setting Waktu Kerja atau Time Multiplier Setting (TMS)
Arus gangguan yang dipilih untuk menentukan besarnya setting TMS Relai Gangguan Tanah atau Ground  Fault  Relay (GFR)  sisi  penyulang  20  kV  transformator  tenaga  yaitu  arus gangguan  hubung  singkat  1  fasa  di  0  %  panjang  penyulang.  Waktu  kerja  paling  hilir  yang ditetapkan t = 0,3 sekon, maka nilai TMS dapat diketahui yaitu [6]:
TMS = t × (( Ifault Iset ) 0,02 ‒ 1 ) 0,14 = t × (( I1 fasa ke tanah(0%) I set (primer) ) 0,02 ‒ 1 )
0,14 (22)
Menentukan Setting Relai Gangguan Tanah Di Sisi Incoming 20 kV 1. Setting Arus Agar Relai Gangguan Tanah sisi incoming lebih peka atau cepat merasakan gangguan sesuai dengan  sifatnya  sebagai backup setelah  relai  sisi  penyulang  maka  dalam  menentukan setting nya  dibuat  lebih kecil  yaitu  8%  × arus  gangguan  1  fasa  ke tanah  terkecil  yaitu  pada lokasi 100%. Maka setting arus untuk Relai Gangguan Tanah, pada sisi primer adalah [6]: I set ( primer ) = 8% × I 1 fasa ke tanah (100%) (23)
Maka setting arus untuk relai gangguan tanah, pada sisi sekunder adalah:
I set (sekunder) = I set (primer) × 1 Ratio CT (24) 2. Setting Waktu Kerja atau Time Multiplier Setting (TMS)
Arus gangguan yang dipilih untuk menentukan besarnya setting TMS Relai Gangguan Tanah atau GFR sisi incoming 20 kV transformator tenaga yaitu arus gangguan hubung singkat 3 fasa di 0 % panjang penyulang. Waktu kerja incoming didapat dengan waktu kerja relai disisi hilir + 0,4 detik. Maka t incoming = (0,3 + 0,7) = 0,7 detik. Setelah diketahui nilai ketetapan t = 0,7 detik, maka nilai TMS dapat diketahui yaitu [6]:
TMS = t × (( Ifault Iset ) 0,02 ‒ 1 ) 0,14 = t × (( I1 fasa ke tanah(0%)
I set (primer) ) 0,02 ‒ 1 )
0,14 (25)
56

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gardu  Induk  Sungai  Kedukan  Palembang mempunyai  fungsi menyalurkan  energi  listrik  ke konsumen melalui jaringan tegangan menengah. Untuk menyalurkan energi listrik tersebut, pada Gardu Induk Sungai Kedukan Palembang terdapat Transformator 1, 30 MVA 70/20 kV dengan beban empat buah penyulang, yaitu: Penyulang Belido, Penyulang Gurami, Penyulang Lele, dan Penyulang Baung. Pada penelitian hanya membahas mengenai setting Relai Arus Lebih (OCR) pada Penyulang Gurami
Data Penelitian Data Transformator 1
- Merk :  Pauwels - Standard :  IEC 60076 - Rated Power MVA (MVA T ) :  30 MVA - Cooling :  ONAN/ONAF - Phases ‒ Frequency :  3 ‒ 50 Hz - Tegangan Primer (kV P 70 kV) :  70 kV - Tegangan Sekunder (kV S 20 kV) :  20 kV - Arus Primer (I nominal primer) :  247,4358 A - Arus Sekunder (I nominal sekunder) :  866,0254 A - Phasa :  3 Phasa - Impedance (Z T %) :  12,24% - Vector Group :  YNyn0 - Tahanan Pentanahan (R n ) :  40 Ω Data Penyulang Gurami - Jenis Pengantar :  AAAC 150 mm 2 - Panjang (l P ) :  16,5 km - Impedansi Urutan Positif (Z 1P ) :  0,2162 + j 0,3305 Ω/km - Impedansi Urutan Negatif (Z 2P ) :  0,2162 + j 0,3305 Ω/km - Impedansi Urutan Nol (Z 0P ) :  0,3631 + j 1,6180 Ω/km
Data Relai Arus Lebih di Sisi Penyulang Gurami 20 kV (Outgoing)
- Merk : Schneider - Type : Micom P642 - Karakteristik : Standar Inverse - I setting OCR : 300 A - Ratio CT : 300/5 - TMS OCR : 0,125
Data Relai Arus Lebih di Sisi Incoming
- Merk : Schneider - Type : Micom P142 - Karakteristik : Standar Inverse - I setting OCR : 960 A - Ratio CT : 1.000/5 - TMS OCR : 0,1

## Impedansi Sumber
Arus hubung singkat sisi sekunder (I SC 20 kV), yaitu:
I SC ( 20 kV ) = MVA T √ 3 × kV S (20 kV) × Z T = 30 √ 3 × 20 × 12,24
100 = 7,0754 kA
Maka daya hubung singkat di bus sisi primer (MVA SC ), yaitu: MVA SC = √ 3 × kV P (70 kV) × I SC (20 kV) = √ 3 × 70 × 7,0754 = 857,8431 MVA Impedansi sumber di sisi primer Z S ( 70 kV ) dapat ditentukan dengan persamaan (1):
Z S ( 70 kV ) = j X S ( 70 kV ) = j kV 2 (70 kV) MVA SC = j 70 2 857,8431 = j 5,7120 Ω
Maka impedansi sumber di sisi sekunder Z S ( 20 kV ) dapat ditentukan dengan persamaan (2):
Z S (20 kV) = j X S (20 kV) = kV 2 ( 20 kV ) kV 2 ( 70 kV ) × j X S ( 70 kV ) = 20 2 70 2 × j 18,1180 = j 0,4663 Ω

## Impedansi Transformator
Impedansi  transformator  pada  100  %  atau  Z T ( 100 % ) = j X T (100 %)  untuk  transformator pada sisi sekunder, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (3) sebagai berikut:
Z T ( 100 % ) = j X T ( 100 % ) = j kV 2 (20 kV) MVA T = j 20 2 30 = j 13,3333 Ω
Maka  nilai  impedansi  transformator  urutan  positif  dan  nilai  impedansi  transformator  urutan negatif (Z 1T = Z 2T ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (4): Z 1T = Z 2T = j X 1T = j X 2T = Z T ( % ) × j X T ( 100 % ) = 0,124 × j 13,3333 = j 1,6320 Ω Z 0T = j X 0T = 10 × j X 1T = 10 × j 1,6320 = j 16,3200 Ω

## Impedansi Penyulang
Penyulang  Gurami  menggunakan  jenis  penghantar  AAAC  150  mm 2 dengan  panjang penyulang  16,5  km.  Maka  nilai  impedansi  penyulang  urutan  positif  (Z 1P )  dan  impedansi penyulang urutan negatif (Z 2P ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (6), yaitu: Z 1P = Z 2P = ( R 1P + j X 1P ) × l P = ( 0,2162 + j 0,3305 ) × 16,5 = 3,5673 + j 5,4533 Ω
Kemudian  nilai  impedansi  penyulang  urutan  nol  (Z 0P )  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan (7) sebagai berikut:
Z 0P = ( R 0P + j X 0P ) × l P = ( 0,3631 + j 1,6180 ) × 16,5 = 5,9912 + j 26,69707 Ω
Dengan demikian nilai impedansi penyulang urutan positif dan urutan negatif (Z 1P = Z 2P ) serta impedansi penyulang urutan nol (Z 0P ) untuk lokasi gangguan dengan jarak 0 %, 25 %, 50 %, 75 % dan 100 % dari panjang penyulang, adalah:
Tabel 1. Impedansi Penyulang Berdasarkan Lokasi Gangguan Panjang Penyulang 𝒁 𝟏𝑷 = 𝒁 𝟐𝑷 (  ) 𝒁 𝟎𝑷 (  ) (%) (km) 0% 0,0000 0,0000 + j  0,0000 = 0,0000 + j 0,0000º 0,0000 + j 0,0000 = 0,0000 + j 0,0000º 25% 4,1250 0,8918 + j 1,3633 = 1,6291 + j 56,8089º  1,4978 + j 6,6743 = 6,8402 + j 77,3516º 50% 8,2500 1,7837 + j 2,7266 = 3,2582 + j 56,8089º  2,9956 + j 13,3485 = 13,6805 + j 77,3516º
75% 12,3750  2,6755 + j 4,0899 = 4,8873 + j 56,8089º  4,4934 + j  20,0228 = 20,5207 + j 77,3516º
100%  16,5000  3,5673 + j 5,4533 = 6,5164 + j 56,8089º  5,9912 + j 26,6970 = 27,3610 + j 77,3516º
58

## Impedansi Ekuivalen Jaringan
Impedansi ekuivalen jaringan urutan positif dan urutan negatif (Z 1 eq = Z 2 eq ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (8) sebagai berikut: Z 1 eq = Z 2 eq = j X 1S (20 kV) + j X 1T + ( R 1P + j X 1P ) = j 0,4663 + j 1,6320 + ( 3,5673 + j 5,4533 ) = 3,5673 + j 7,5515 Ω
Kemudian impedansi ekuivalen jaringan urutan nol (Z 0 eq ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (9) sebagai berikut: Z 0 eq = j X 0T + 3R n + ( R 0P + jX 0P ) = j 16,3200 + 3 × 40 + (5,9912 + j 26,6970) = 125,9912 + j 75,6570 Ω
Dengan  demikian  nilai  impedansi  ekuivalen  penyulang  urutan  positif  dan  urutan  negatif (Z 1 eq = Z 2 eq )  serta  impedansi  ekuivalen  penyulang  urutan  nol  (Z 0 eq )  untuk  lokasi  gangguan dengan jarak 0 %, 25 %, 50 %, 75 % dan 100 % dari panjang penyulang, adalah:
Tabel 2. Impedansi Ekuivalen Berdasarkan Lokasi Gangguan
Panjang Penyulang 𝒁 𝟏𝑷 = 𝒁 𝟐𝑷 (  ) 𝒁 𝟎𝑷 (  ) (%) (km) 0% 0,0000 0,0000 + j 2,0983 = 2,0983∟0,0000º 120,0000 + j 48,9600 = 129,6036∟22,1955º 25% 4,1250 0,8918 + j 3,4616 = 3,5746∟75,5528º  121,4978+ j 55,6343 = 133,6296∟24,6032º 50% 8,2500 1,7837 + j 4,8249 = 5,1440∟69,7119º  122,9956+ j 62,3085 = 137,8777∟26,8664º
75% 12,3750  2,6755 + j 6,1882 = 6,7418∟66,6188º  124,4934 + j 68,9828 = 142,3279∟28,9912º 100%  16,5000  3,5673 + j 7,5515 = 8,3517∟64,7142º  125,9912 + j 75,6570 = 146,9617∟30,9846º

## Arus Gangguan Hubung Singkat
1. Arus Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa
Arus  gangguan  hubung  singkat  3  fasa  (I 3 fasa )  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan (10) sebagai berikut:
I hs 3 fasa = VL‒L √ 3 Z 1 eq = 20.000 √ 3 8,3517 ∟ 64,7142º = 11.547,0054 8,3517 ∟ 64,7142º = 1.382,5892 ∟ ‒64,7142º A
2. Arus Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa
Arus  gangguan  hubung  singkat  2  fasa  (I 2 fasa )  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan (11) sebagai berikut:
I hs 2 fasa = V L‒L 2 × Z 1 eq = 20.000 2× ( 8,3517 ∟ 64,7142º ) = 20.000 16,7035 ∟ 64,7142º = 1.952,3573∟‒64,7142 A
3. Arus Gangguan Hubung Singkat 1 fasa ke tanah
Arus  gangguan  hubung  singkat  1  fasa  ke  tanah  ( 𝐼 1 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑘𝑒 𝑡𝑎𝑛𝑎ℎ )  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan (12) sebagai berikut:
I hs 1 fasa ke tanah = 3 × VL‒L √ 3 2 × Z 1 eq + Z 0 eq = 3 × 20.000 √ 3 2× ( 3,5673 + j 7,5515 ) + 125,9912 + j 75,6570
= 34.641,0162 133,1258 + j 58,1201 = 238,4763∟‒23,5851° A
Dengan demikian nilai arus gangguan hubung singkat 3 fasa (I hs 3 fasa ), 2 fasa (I hs 2 fasa ), 1 fasa ke tanah (I hs 1 fasa ke tanah ) untuk lokasi gangguan dengan jarak 0 %, 25 %, 50 %, 75 % dan 100 % dari panjang penyulang, adalah:
Tabel 3. Hasil Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Berdasarkan Lokasi Gangguan
Lokasi Gangguan 𝑰 𝒉𝒔 𝟑 𝒇𝒂𝒔𝒆 (A) 𝑰 𝒉𝒔 𝟐 𝒇𝒂𝒔𝒆 (A) 𝑰 𝒉𝒔 𝟏 𝒇𝒂𝒔𝒂 𝒌𝒆 𝒕𝒂𝒏𝒂𝒉 (A) (%) (km) 0% 0,0000 5.503,0663∟0,0000º 4.765,7952∟0,0000º 284,5463∟‒9,7021º 25% 4,1250 3.230,2616∟‒75,5528º 2.797,4886∟‒75,5528º 273,0657∟‒13,6406º 50% 8,2500 2.244,7338∟‒69,7119º 1.943,9965∟‒69,7119º 261,3833∟‒17,2581º 75% 12,3750 1.712,7405∟‒66,6188º 1.483,2768∟‒66,6188º 249,7847∟‒20,5667º 100% 16,5000 1.382,5892∟‒64,7142º 1.197,3573∟‒64,7142º 238,4763∟‒23,5851º
Setting Relai Arus Lebih Di Sisi Penyulang 20 kV (Outgoing)
1. Setting Arus I beban = 94 A R asio CT = 300/5 A
Setting arus untuk Relai Arus Lebih, pada sisi primer dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (13) sebagai berikut:
I set ( 70 kV ) = 1,1 × I beban = 1,1 × 94 = 103,400 A Maka besarnya arus pada sisi sekunder dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (14) sebagai berikut:
I set ( 20 kV ) = I set ( 70 kV ) × 1 Ratio CT = 103,400 × 1 300/5 = 1,7233 A
2. Setting Waktu
Setting waktu (TMS) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (15) sebagai berikut:
TMS = t × (( I3 fasa(0%) I set (70 kV) ) 0,02 ‒ 1 )
0,14 = 0,3 × (( 5.503,0663 103,400 ) 0,02 ‒ 1 ) 0,14 = 0,1773
Setting Relai Arus Lebih Di Sisi Incoming 20 kV 1. Setting Arus Rasio CT = 1.000/5 A
Arus nominal transformator pada sisi 20 kV dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (16) sebagai berikut:
I nominal ( 20 kV ) = kVA T √ 3 V L-L = 30.000 √ 3 ×20 = 866,0254 A
Setting arus untuk Relai Arus Lebih, pada sisi primer dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (17) sebagai berikut:
I set (70 kV) = 1,1 × I nominal ( 20 kV ) = 1,1 × 866,0254 = 952,6279 A
Maka setting arus  untuk  Relai  Arus  Lebih,  pada  sisi  sekunder  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan (18) sebagai berikut:
I set (20 kV) = I set (70 kV) × 1 Ratio CT = 952,6279 × 1 1.000/5 = 4,7631 A
2. Setting Waktu
Setting waktu (TMS) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (19) sebagai berikut:
60
TMS = t × (( I3 fasa (0%) I set (70 kV) ) 0,02 ‒ 1 )
0,14 = 0,3 × (( 5.503,0663 952,6279 ) 0,02 ‒ 1 ) 0,14 = 0,1785 A
Setting Relai Gangguan Tanah di Sisi Penyulang 20 kV (Outgoing) 1. Setting Arus
Arus  gangguan  terkecil  terletak  di  lokasi  gangguan  100%  maka setting arus  untuk  Relai Gangguan Tanah dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (20) sebagai berikut: I set ( 70 kV ) = 10% × I 1 fasa ke tanah ( 100% ) = 0,1 × 238,4763 = 23,8476 A
Maka setting arus untuk Relai Gangguan Tanah, pada sisi sekunder dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (21) sebagai berikut:
I set ( 20 kV ) = I set ( 70 kV ) × 1 Ratio CT = 23,8476 × 1 300/5 = 0,3975 A
2. Setting Waktu
Setting waktu (TMS) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (22) sebagai berikut:
TMS = t × (( I1 fasa ke tanah(0%)
I set (70 kV) ) 0,02 ‒ 1 ) 0,14 = 0,3 × (( 284,5463
23,8476 ) 0,02 ‒ 1 ) 0,14 = 0,1773
Setting Relai Gangguan Tanah Di Sisi Incoming 20 kV 1. Setting Arus Setting arus  untuk  Relai  Gangguan  Tanah  pada  sisi  primer,  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan (23) sebagai berikut:
I set ( 70 kV ) = 8%  ×  I 1 fasa ke tanah (100%) = 0,08 × 238,4763 = 19,0781 A
Maka setting arus untuk Relai Gangguan Tanah, pada sisi sekunder dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (24) sebagai berikut:
I set (20 kV) = I set (70 kV) × 1
Ratio CT = 19,0781 × 1 1.000/5 = 0,0954 A
2. Setting Waktu
Setting waktu ( 𝑇𝑀𝑆 ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (25) sebagai berikut:
TMS = t × (( I1 fasa ke tanah(0%) I set (70 kV) ) 0,02 ‒ 1 )
0,14 = 0,3 × (( 284,5463 19,0781 ) 0,02 ‒ 1 ) 0,14 = 0,0992
Tabel 7. Waktu Kerja Relai Untuk Gangguan Hubung Singkat Berdasarkan Lokasi Gangguan
Lokasi Gangguan Gangguan 3 Fasa (detik) Gangguan 2 Fasa (detik) Gangguan 1 Fasa Ke Tanah (detik) (%) (Km) Relai Incoming Relai Penyulang Selisish Waktu Relai Incoming Relai Penyulang Selisish Waktu Relai Incoming Relai Penyulang Selisish Waktu 0%  0,0000 0,7000 0,3000 0,4000 0,7636 0,3117 0,4519 0,7000 0,3000 0,4000 25%  4,1250 1,0108 0,3483 0,6625 1,1474 0,3640 0,7834 0,7111 0,3052 0,4059 50%  8,2500 1,4453 0,3909 1,0544 1,7393 0,4107 1,3286 0,7233 0,3109 0,4124 75%  12,3750  2,1175 0,4298 1,6877 2,8094 0,4536 2,3557 0,7364 0,3171 0,4194 100%  16,5000  3,3419 0,4663 2,8756 5,4521 0,4944 4,9577 0,7503 0,3236 0,4267

## Arus Gangguan Hubung Singkat
Untuk perhitungan arus gangguan hubung singkat dilakukan disepanjang panjang jaringan dan diasumsikan titik-titik atau lokasi gangguan hubung singkat yang terjadi adalah pada lokasi 0 %, 25 %, 50 %, 75 % dan 100 % dari panjang jaringan. Tabel 6 menunjukkan hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat pada Penyulang Gurami, dan dapat diketahui bahwa apabila ditinjau dari  gangguan  terhadap  fasa,  arus  gangguan  hubung  singkat  3  fasa  lebih  besar  daripada  arus gangguan hubung singkat 2 fasa dan arus gangguan hubung singkat 1 fasa tanah. Begitu pula arus gangguan hubung singkat 2 fasa lebih besar daripada arus gangguan hubung singkat 1 fasa tanah. Selain  itu  besarnya  arus  gangguan  hubung  singkat  berbanding  terbalik  dengan  jarak  titik gangguan atau panjang jaringan, dimana semakin jauh jarak titik gangguan maka akan semakin kecil pula nilai arus gangguan hubung singkatnya.

## Setting Relai Arus Lebih Dan Relai Gangguan Tanah di Sisi Penyulang 20 kV (Outgoing)
Besarnya nilai setting relai di sisi penyulang ditentukan oleh arus beban maksimum serta rasio pada  Penyulang  Gurami.  Relai  arus  lebih  akan  bekerja  bila  arus  yang  mengalir  melebihi  nilai setting arusnya (I set ), yaitu I set  (primer) 103,4 A dan I set  (sekunder) 1,7233 A. Relai ini bekerja dengan membaca input berupa besaran arus kemudian membandingkan dengan nilai setting , apabila nilai arus setting terbaca  oleh  relai  melebihi  nilai setting ,  maka  relai  akan  mengirim  perintah trip (lepas)  kepada  Pemutus  Tenaga  (PMT)  atau Circuit  Breaker (CB)  setelah  tunda  waktu  TMS 0,1773 detik yang diterapkan pada setting . Relai arus lebih memproteksi instalasi listrik terhadap gangguan  antar  fasa.  Sedangkan  untuk  memproteksi  terhadap  gangguan  fasa  tanah  digunakan relai  gangguan  tanah.  Waktu  kerja  OCR  lebih  cepat  daripada  waktu  kerja  GFR,  karena  OCR bekerja berdasarkan penguluran arus, dimana relai akan berkerja apabila merasakan arus diatas nilai setting nya. GFR dirancang sebagai pengaman cadangan transformator jika terjadi gangguan hubung singkat fasa terhadap tanah, baik dalam transformator ( internal fault ) maupun gangguan eksternal ( external fault ). Setting arus GFR (I set  (primer) = 23,8476 A dan I set  (sekunder) = 0,3975 A) lebih kecil daripada OCR.

## Setting Relai Arus Lebih Dan Relai Gangguan Tanah Di Sisi Incoming 20 kV
Besarnya nilai setting relai di sisi incoming 20 kV ditentukan oleh arus beban maksimum serta rasio  pada  Penyulang  Gurami.  Relai  arus lebih  akan bekerja  bila  arus  yang mengalir melebihi nilai setting arusnya (I set ), yaitu I set (primer) 952,6279 A dan I set (sekunder) 4,7631 A. Relai ini bekerja dengan  membaca input berupa  besaran  arus  kemudian  membandingkan  dengan  nilai setting , apabila  nilai  arus setting terbaca  oleh  relai  melebihi  nilai setting ,  maka  relai  akan  mengirim perintah trip (lepas)  kepada  Pemutus  Tenaga  (PMT)  atau  Circuit  Breaker  (CB)  setelah  tunda waktu  TMS  0,1785  detik  yang  diterapkan  pada setting .  Relai  arus  lebih  memproteksi instalasi listrik terhadap gangguan antar fasa. Sedangkan untuk memproteksi terhadap gangguan fasa tanah digunakan relai gangguan tanah. Waktu kerja OCR lebih cepat daripada waktu kerja GFR, karena OCR bekerja berdasarkan penguluran arus, dimana relai akan berkerja apabila merasakan arus diatas  nilai setting nya.  GFR  dirancang  sebagai  pengaman  cadangan  transformator  jika  terjadi gangguan hubung singkat fasa terhadap tanah, baik dalam transformator ( internal fault ) maupun gangguan  eksternal ( external  fault ). Setting arus  GFR  (I set  (primer) =  19,7081  A  dan  I set  (sekunder) = 0,0954 A) lebih kecil daripada OCR.

## IV. KESIMPULAN
Besarnya  arus  gangguan  hubung  singkat  dipengaruhi  oleh  jarak  titik  gangguan,  semakin  jauh lokasi gangguan maka arus gangguan hubung singkat akan semakin kecil, begitu pula sebaliknya.
62
Waktu  kerja relai  di  sisi  penyulang  lebih  cepat  dibandingkan  dengan  waktu  kerja  di incoming dengan  selisih  waktu  ( grading  time )  rata-rata  sebesar  1,34  detik.  Hal  ini  disebabkan  lokasi gangguan mempengaruhi besar kecilnya selisih waktu ( grading time ). Semakin jauh jarak lokasi gangguan, maka semakin besar selisih waktu kerja relai di incoming .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A. Azis and I. K. Febrianti, “Analisis Sistem Proteksi Arus Lebih Pada Penyulang Cendana Gardu Induk Bungaran Palembang,” Jurnal Ampere, vol. 4, no. 2, pp. 332‒344, 2019, DOI: http://dx.doi.org/10.31851/ampere.v4i2.3468.
[2] A. Pauzan, A. Azis and I. K. Febrianti. “Analisa Penggunaan Recloser Untuk Memproteksi Arus  Lebih  Pada  Jaringan  Distribusi  di  PT.  PLN  (Persero)  ULP  Mariana  Gardu  Induk Prajin,” Jurnal Surya Energy, vol. 6, no. 1, pp. 17‒24, 2021, DOI: https://doi.org/10.32502/jse.v6i1.3097.
[3] Emidiana,  “Pengaruh  Gangguan  Hubung  Singkat  1  Fasake  Tanah  Terhadap  Kinerja Alternator,” Jurnal Ampere,
vol. 2, no. 1, pp. 12‒18 , 2017,
DOI: http://dx.doi.org/10.31851/ampere.v2i1.1206.
[4] N.  Nurdiana,  “Analisa  Gangguan  Arus  Hubung  Singkat  Pada  Penyulang  Nakula  Gardu Induk  Talang  Kelapa,” Jurnal  Ampere, vol.  1,  no.  1,  pp. 26‒36 ,  2016, DOI: http://dx.doi.org/10.31851/ampere.v1i1.475.
[5] P. M. Anderson, Power System Protection, New York: Wiley‒IEEE Press, 2022.
[6] P. Kadarisman and W. Sarimun, Koordinasi OCR dan GFR Pada Jaringan Distribusi, Jakarta: PT PLN (Persero) Jasa Pendidikan dan Pelatihan, 2002.
[7] T. Ardianto, A. Azis and Perawati, “Evaluasi Koordinasi Sistem Proteksi Transformator 30 MVA di PT. PLN (Persero) Gardu Induk Keramasan,” Jurnal Surya Energy, vol. 5, no. 2, pp. 61‒66, 2021, DOI: https://doi.org/10.32502/jse.v5i2.3095.
[8] T. Gonen, Electric Power Distribution System Engineering, Boca Raton: CRC Press Taylor & Francis Group, 2014.