Abstrak—PT.  Linde  Gresik  sebagai  perusahan  yang  bergerak dibidang  pengelolahan  gas  industri  mengalami  permasalahan sistem kelistrikan yang cukup krusial. Salah satu permasalahan tersebut  yaitu,  adanya  gangguan  berupa  arus  hubung  singkat pada  panel  voltage  transformer,  sehingga  akibatnya  rele  yang merasakan  ganggu  tersebut  bekerja  membuka  circuit  breaker outgoing  generator.  Disisi  lain  akibat  titik  gangguan  tetap dirasakan  oleh  internal  generator  mengakibatkan  terjadinya kesalahan operasi dari automatic voltage regulator (AVR) yang bertindak sebagai pemain utama pada sistem eksitasi generator, sehingga  arus  eksitasi  terus  diberikan  kepada  generator  dan terjadilah  kegagalan  pada  generator.  Adanya  kasus  yang terbilang unik tersebut mengakibatkan sistem proteksi internal generator  tersebut  perlu  dievaluasi  kembali.  Pada  paper  ini, sistem proteksi internal generator yang akan dievaluasi meliputi yaitu rele diferensial generator, rele arus lebih dengan kontrol tegangan, rele eksitasi lebih, dan rele hilang medan. Pada studi ini  juga  akan  dipaparkan  perihal  dampak  yang  terjadinya kepada internal generator berdasarkan gangguan tersebut dan sekaligus akan dipaparkan secara khusus tentang solusi berupa rekayasa intertrip dan interlock yang dapat diimplementasikan kepada  sistem  proteksi  internal  generator  apabila  gangguan serupa terjadi kembali. Hasil studi proteksi internal generator ini  dapat  menjadi  rekomendasi  bagi  perusahaan  pembangkit listrik  pada  umumnya  dalam  melindungi  generator  dari gangguan hubung singkat di voltage transformer.
Kata  kunci—Automatic  Voltage  Regulator  (AVR),  Rekaya Intertrip  dan  Interlock,  Sistem  Proteksi  Internal  Generator, Sistem Eksitasi, Voltage Transformer.

## I. PENDAHULUAN
ANGGUAN  sistem  tenaga  listrik  merupakan  kejadian yang  menyebabkan  perubahaan  sistem  kelistrikan  dari keadaan  normal  ke  keadaan  darurat  [1].  Pada  kasusnya, gangguan  sistem  kelistrikan  merupakan  satu  hal  yang  tidak dapat  dihindarkan.  Maka,  dibutuhkan  suatu  sistem  tertentu yang  dapat  bekerja  untuk  meminimalisir  besar  resiko  yang dapat ditimbulkan akibat gangguan tersebut. Sistem proteksi memiliki  peran  penting  untuk  melindungi  peralatan  listrik jika suatu saat terjadi gangguan pada sistem kelistrikan yang begitu kompleks. Maka diperlukan koordinasi proteksi agar skenario perlindungan yang diharapakan dapat bekerja secara baik.  Namun,  apabila  proteksi  tersebut  tidak  terkoordinasi sebagaimana  mestinya,  maka  selain  berdampak  kepada menurunnya  keandalan,  kontinuitas,  dan blackout pada sistem kelistrikan, bahkan hal tersebut dapat mengakibatkan peralatan  listrik  utama  mengalami  kerusakan.  Salah  satu peralatan  listrik  utama  di  dalam  sistem  kelistrikan  tersebut adalah generator.
Merujuk  kepada  insiden  yang  terjadi  di  lapangan,  maka kinerja dari sistem proteksi yaitu rele proteksi internal STG pada  PT.  Linde  Gresik  dapat  disimpulkan  memiliki track-
record yang  kurang  baik.  Salah  satu  insiden  tersebut  yaitu tidak bekerjanya beberapa rele proteksi yang mengakibatkan terbakarnya  salah  satu  unit  STG  di  PT.  Linde  Gresik. Kejadian  ini  diduga  akibat  adanya  gangguan  berupa  arus hubung  singkat  pada  panel voltage  transformer yang  mana titik  gangguan  tersebut  berada  di  internal  STG,  sehingga akibatnya  rele  bekerja  membuka circuit  breaker  outgoing generator . Disisi lain akibat titik gangguan yang berada pada upstream daripada circuit breaker tersebut alhasil gangguan tetap  menempel  dan  masih  dirasakan  oleh  internal  STG. Akibat gangguan yang berada pada panel voltage transformer membuat  terjadi  kesalahan  operasi  dari  sistem  eksitasinya, sehingga arus eksitasi terus diberikan kepada generator yang akhirnya terjadilah kegagalan pada generator.
Oleh  karena  itu,  pada  Paper  ini  akan  dilakukan  studi koordinasi  proteksi  berikut  dengan  solusinya  perihal gangguan khusus internal steam turbine generator 2x11 MW

## Studi Koordinasi Proteksi Internal Steam Turbine Generator 2 X 11 MW pada PT. Linde Gresik
Mohammad Arian Rahmatullah, Margo Pujiantara, dan Dedet Candra Riawan Departemen Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : margo@ee.its.ac.id
G
Gambar 1. Sistem Eksitasi dengan AVR.
Gambar 2. Kurva Kemampuan Tipikal Generator dan Batas Operasi.
pada  PT.  Linde  Gresik  tersebut.  Hasil  studi  koordinasi tersebut  akan  digunakan  sebagai  usulan  sekaligus  solusi untuk menentukan koordinasi rele proteksi internal generator yang  tepat,  sehingga  diharapkan  apabila  gangguan  serupa terjadi maka generator dapat dilindungi dengan benar.

## II. TEORI PENUNJANG

## A. Identifikasi Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik
Operasi  normal  dari  sistem  tenaga  dapat  terganggu dikarenakan kesalahan pada suatu sistem berupa arus tinggi abnormal yang mengalir melalui jalur yang tidak seharusnya. Hal  tersebut  terjadi  akibat  adanya  kegagalan  dari  sebagian atau seluruh isolasi pada satu atau lebih titik pada sistem [2]. Kegagalan total isolasi tersebut biasa disebut dengan " short circuit "  atau  " fault ”.  Berdasarkan  keterangan  yang disampaikan  oleh  dosen  pembimbing  kami  yaitu  Dr.  Ir. Margo Pujiantara, MT beliau mengatakan bahwa kegagalan pada isolasi pada PT. Linde Gresik terjadi pada panel khusus voltage  transformer ,  sehingga  hal  tersebut  disinyalir merupakan  salah  satu  penyebab  terjadi  gangguan short
circuit dan miskoordinasi rele proteksi pada perusahaan yang berkecimpung di minyak dan gas ini.
Gangguan  short  circuit  merupakan  suatu  gangguan  yang tidak dapat diprediksi terjadinya. Disisi lain, jenis gangguan short  circuit yang  bermacam-macam  ini  mengharuskan teknisi mempertimbangkan segala kemungkinan yang dapat terjadi.  Secara  istilah  terdapat  dua  jenis  gangguan  hubung singkat, yaitu gangguan hubung singkat simetri dan hubung singkat  asimetri.  Penjelasan  perihal  jenis-jenis  gangguan short  circuit  tersebut  akan  dijelaskan  lebih  rinci  pada beberapa sub bab berikut ini.

## B. Perhitungan Arus Hubung Singkat
Berdasarkan gangguan yang terjadi pada sistem kelistrikan PT.  Linde  Gresik  yang  berupa  arus  hubung  singkat,  maka dalam  menentukan setting koordinasi  proteksi  yang  tepat dibutuhkan  parameter  yang  dapat  dijadikan  acuan  dalam penelitian  paper  ini.  Perhitungan  hubung  singkat  tersebut nantinya bisa menggunakan perhitungan berdasarkan rumus berikut ini.
Persamaan Hubung Singkat 3 Fasa
𝐼𝑠𝑐 3𝑝ℎ = 𝑉 𝐿𝑁 𝑋 1 (1)
Keterangan:
V LN = Tegangan Fasa Ke Netral X 1 = Impedansi Urutan Positif Persamaan Hubung Singkat 2 Fasa
𝐼𝑠𝑐 2𝑝ℎ = 𝑉 𝐿𝐿 𝑋 1 + 𝑋 2 (2)
Keterangan:
V LN = Tegangan Fasa Ke Netral X 1 = Impedansi Urutan Positif X 2 = Impedansi Urutan Negatif Persamaan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah
𝐼𝑠𝑐 1𝑝ℎ = 3𝑉 𝐿𝑁 𝑋 1 +𝑋 2 +𝑋 0 +3𝑍 𝐺 (3)
Keterangan:
V LN = Tegangan Fasa Ke Netral X 1 = Impedansi Urutan Positif X 2 = Impedansi Urutan Negatif X 0 = Impedansi Urutan Nol
Gambar 3. Kinerja rele diferensial saat keadaan normal dan gangguan.
Gambar 4. Trip Logic.
Gambar 5. Kurva karakteristik rele eksitasi lebih.
Gambar 6.  Karakteristik setting kurva mho untuk zona 1 dan zona 2.
Z G = Impedansi Grounding

## C. Dasar Kontrol Eksitasi
Dalam  sistem  pembangkitan  generator,  kontrol  eksitasi generator  merupakan  sistem  terpenting  pada  generator, sehingga  dapat  beroperasi  secara  optimal.  Sistem  eksitasi pada generator berfungsi menyediakan energi dalam bentuk medan  magnet  sehingga  generator  tetap  sinkron  dengan sistemnya [3]. Meningkatnya arus eksitasi akan meningkatkan daya output reaktifnya. Disisi lain, penurunan arus eksitasi akan berdampak sebaliknya, dan di kasus lebih ekstrim, akan menyebabkannya hilang sinkronisasi generator dengan  sistemnya.  Sistem  eksitasi  juga  berperan  dalam mengatur  tegangan  terminal  generator.  Kontrol  tegangan yang  paling  sering  digunakan  adalah Automatic  Voltage Regulator (AVR)  seperti  yang  ditunjukkan  Gambar  1. Dengan  adanya  kontrol  tegangan  ini  maka  akan  membantu menjaga tegangan sistem masih dalam standard dengan cara menambah atau mengurangi daya reaktifnya [3].

## D. Kapabiltas Generator (Generator Watt/Var Capability)
Kurva  kemampuan  generator  menggambarkan  keadaan generator  secara  kontinu  dan  sebagai  batas  operasi  dari generator  itu  sendiri.  Kurva  pada  Gambar  2  juga menunjukkan  bagaimana  AVR  juga  berperan  untuk mengontrol  dan  membatasi  operasi beberapa  kondisi  antara eksitasi dengan kemampuan generator [3].
Kapabilitas generator pada Gambar 2 terdiri dari tiga kurva yang  berbeda  yang  menjadi  satu  : stator  winding  limited, rotor  winding  limited, dan stator  end  iron  limited. Pada gambar  2  juga  dipaparkan  bahwa  dalam  pengoperasiannya terdapat  suatu  kontrol  eksitasi  dengan  menggunakan Automatic  Voltage  Regulator (AVR).  Disaat  yang bersamaan,  AVR  berfungsi  untuk  membatasi  eksitasi melebih  atau  kurang  dari  batas  kapabiltas  generator,  tiga istilah dalam pembatasan/ limiters eksitasi tersebut yaitu, over excitation  limiters (OEL), under  excitation  limiters (UEL),
dan steady  state  stability  limit (SSSL).  Namun,  dalam beberapa  kasus  AVR  tidak  mampu  beroperasi  mebatasi eksitasi  generator  sebagaimana  mestinya.  Sehingga, dibutuhkan  suatu  rele  proteksi  yang  bekerja  sebagai cadangan/ back-up apabila  AVR  tidak  mampu  bekerja sebagaimana mestinya. Oleh karena itu, pada paper ini juga akan  dibahas  tentang  rele  eksitasi  lebih/ overexcitation (24) yang berperan sebagai back-up dari over  excitation limiters (OEL) dan rele hilang medan/ loss of field (40) yang berperan sebagai back-up dari under excitation limiters (UEL).

## E. Sistem Proteksi pada Generator
Sistem  proteksi  adalah  suatu  perlengkapan  untuk mendeteksi  gangguan  atau  kondisi  ketidaknormalan  pada sistem  tenaga  listrik,  dalam  rangka  untuk  membebaskan/ mengisolasi gangguan, menghilangkan kondisi tidak normal, dan  untuk  menghasilkan  sinyal  atau  indikasi.  Adapun  cara sistem proteksi mengisolasi gangguan yang ada dengan cara
Gambar 7.  SLD 3 PT. Linde Gresik.
Tabel 1. Data arus hubung singkat SS kV Lokasi Gangguan Fasa Arus Gangguan Hubung Singkat (kA) 2 fasa 3 fasa P2.CF1 11 P2.CG3 A 0 37.4
B 28.4 37.4
C 28.4 37.4 Gambar 8.  Lingkup Penelitian Rele Proteksi Internal STG.
Gambar 9.  Ilustrasi aliran arus saat hubung singkat.
Gambar 10.  Kinerja rele diferensial saat gangguan terjadi.
menerima  dan  memproses  sinyal  gangguan  yang  ada  pada sistem  kelistrikan  dengan  menggunakan  rele  dan  kemudian rele  mengirimkan  sinyal  ke circuit  breaker/ kontaktor  yang menyebabkan terputusnya  sirkuit atau pemutus  tenaga pada circuit  breaker tertentu  yang  dengan  dengan  gangguan . Proteksi  dibagi  kedalam  dua  yaitu  proteksi  utama  dan proteksi cadangan/ backup.

## F. Rele Diferensial Generator (87G)
Pada  saat  terjadinya  gangguan  pada  internal  generator salah satu rele yang kemungkinan besar bekerja adalah rele diferensial.  Prinsip  kerja  proteksi  diferensial  adalah membandingkan  dua  besaran  arus  dan  fasa  antara  dua  titik pada batasan batasan daerah pengaman [4]. Oleh karena itu, pada  proteksi  diferensial  ini  arus  menjadi  parameter  utama yang  digunakan  untuk  mengetahui  adanya  gangguan  pada peralatan yang diamankan. Disisi lain, proteksi diferensial ini hanya  akan  bekerja  apabila  terjadi  gangguan  pada  internal peralatan saja, lebih jelasnya yaitu rele ini tidak akan bekerja apabila gangguan tersebut terjadi di eksternal peralatan yang dilindungi. Hal tersebut dapat divisualisasikan pada Gambar 3.

## G. Rele Arus Lebih Generator dengan Penahan/Kontrol Tegangan (51 V)
Rele arus  lebih  biasa  digunakan untuk  memutuskan  jalur pada  sistem  kelistrikan  secara  selektif  dan  biasa  digunakan untuk koordinasi dengan rele lain pada sisi downstream. Rele proteksi  arus  lebih  merupakan  rele  yang  dapat  bekerja
berdasarkan  arus  dan  waktu,  artinya  rele  ini  akan  bekerja ketika nilai arus yang terbaca oleh rele telah melewati nilai arus  dan  berlangsung  dalam  waktu  tertentu.  Rele  proteksi arus  lebih  dapat  berupa  rele  dengan  waktu inverse dan  rele dengan  waktu definite / instantaneous [3].  Diketahui  bahwa jenis rele arus lebih yang digunakan pada STG di PT. Linde Gresik  ini  adalah  rele inverse  time  phase  overcurrent  with voltage control/restraint (ANSI 51V).

## H. Rele Eksitasi Lebih (24)
Tugas  utama  relai  eksitasi  lebih  pada  pembangkit  adalah untuk  melindungi  peralatan  pembangkit  dari  timbulnya eksitasi  lebih,  baik  pada  stator  maupun  pada  transformator step-up . Eksitasi lebih dapat terjadi pada saat start up ataupun pada saat putaran rendah. Eksitasi lebih memberikan dampak pemanasan yang selanjutnya dapat mengakibatkan kerusakan isolasi  pada  belitan  stator  maupun  transformator.  Eksitasi lebih  pada  generator  akan  terjadi  pada  kondisi  rasio  V/Hz yang  diterapkan  pada  terminal  generator  melebihi  1,05  pu ( generator base ), sedangkan eksitasi labih pada
Gambar 11. Evaluasi setting rele 51V dengan karakteristik STG-2.
Gambar 12. Re setting rele 51V dengan karakteristik STG-2.
Gambar 13. Pengamatan respon STG saat terjadi gangguan.
Gambar 14.  Respon Tegangan Saat Terjadi Hubung Singkat.
Gambar  15.  Respon  Arus  Eksitasi  STG  (IFD)  Saat  Terjadi  Gangguan Hubung Singkat dalam Ampere.
transformator generator terjadi pada kondisi rasio V/Hz pada sisi sekunder ( high voltage ) melebihi 1,05 pu ( transformator base ) dengan kondisi beban penuh dan power factor 0,8, dan 1,1 pu pada kondisi tidak berbeban (IEEE Std C37.102-2006). Hal  utama  yang  harus  diperhatikan  dari  pengaman  eksitasi lebih  ini  yaitu  adanya  kemungkinan  eksitasi  V/Hz  yang melebihi kapabilitas generator.

## I. Intertrip dan Interlock Rele
Sistem  proteksi  intertrip  dan  interlock  merupakan suatu  jenis  rekayasa  ilmiah  pada  sistem  tenaga  listrik  yang dilakukan  dengan  sengaja  untuk  dapat  menghasilkan koordinasi  antara  rele  proteksi  yang  sesuai  dengan  yang diharapkan. Intertrip dan interlock rele bisa dilakukan dengan cara  mengkoordinasikan  dua  atau  lebih  rele  yang  berbeda jenis kerjanya untuk dapat bekerja dalam waktu yang relatif sama.
Dari  Gambar  4  dapat  diambil  sebuah  simpulan bahwasannya diagram logika pada sistem proteksi tidak lain bertujuan untuk menggambarkan tentang urutan kerja sistem proteksi  yang  koordinatif  dalam  melindungi  peralatan  yang diamankan seperti pada kurva yang ditunjukkan Gambar 5 [4- 5].

## J. Rele Arus Medan Hilang (40)
Salah  satu  rele  yang  digunakan  pada  sistem  proteksi internal generator PT. Linde Gresik adalag rele arus medan hilang/  loss  of  field  (40).  Secara  fungsi,  relai  arus  medan hilang  bertugas  untuk  mengamankan  generator  dari pemanasan  lebih  pada  ujung-ujung  lilitan  stator  dan  rotor generator oleh kondisi asinkron karena arus eksitasi generator tidak  cukup  (untuk  mempertahan  kondisi  sinkron).  Eksitasi dapat hilang karena  terbukanya circuit breaker secara tidak sengaja,  dan open  circuit atau short  circuit pada  belitan
medan.  Kehilangan  eksitasi  dapat  merusak  mesin  dan merusak  pengoperasian  sistem.  Ketika  generator  sinkron kehilangan  eksitasi,  maka  generator  sinkron  akan  bertindak sebagai  generator  induksi:  generator  beroperasi  di  atas kecepatan normal, dan menerima eksitasi (VAR) dari sistem. Kejadian  tersebut  dapat  mengakibatkan  kerusakan  termal apabila  terjadi  terus  menerus  seperti  yang  ditunjukkan Gambar 6 [5].

## III. SISTEM KELISTRIKAN PT. LINDE GRESIK
A. Sistem Kelistrikan PT. Linde Gresik
Linde  Gresik  memiliki  enam  generator  penyuplai  energi listrik  dalam  proses  produksinya.  Sistem  kelistrikan  PT. Linde Gresik pada dasarnya menggunakan konfigurasi radial. Namun, pada sistem ini juga bisa dioperasikan secara ring bus dengan  cara  memparalelkan  kinerja  dari  dua  transformator yang  memiliki  tipikal  spesifikasi  yang  sama.  Namun  pada realitanya  hanya  transformator  11/3.3  kV  saja  yang diparalelkan  pada  sistem  tersebut,  sedangkan  transformator 11/0.4  kV  tidak  diparalelkan,  serta  air  reactor  1  kondisi normally  open ,  dikarenakan  mempertimbangkan  potensi short  circuit  yang  akan  ditimbulkan.  Ditambah  lagi bahwasannya  PT.  Linde  Gresik  ini  memiliki  beban  yang dimiliki  oleh  pabrik  yang  berbeda,  yaitu  PT.  Smelting Indonesia  menjadi  salah  satu  pelanggan  dan  sekaligus menjadi beban mayoritas dalam sistem dari PT. Linde Gresik dengan beban yang dimilikinya sebesar ± 30 MW.
Disisi  lain  sistem  PT.  Linde  Gresik  ini  memiliki  kondisi awal  sumber  yaitu  2xSTG,  2xCTG,  dan  PLN  sebagai pemasok  suplai  daya  pada  beban.  Oleh  karena  itu, penggambaran kondisi singkat yang telah dipaparkan dalam Gambar  7  tersebut  akan  menjadi intial  condition yang menjadi dasar pada simulasi nantinya.

## B. Sistem Proteksi Steam Turbine Generator
Pada  PT.  Linde  Gresik,  memiliki  beberapa  rele  yang digunakan  sebagai  sistem proteksi  untuk  internal generator.
Gambar 16. Koordinasi Setting Eksisting Rele 24.
Gambar 17. Koordinasi Akhir Setting Rele 24.
Gambar 18. Setting Rele 40 STG-2.
Gambar  19.  Usulan  Diagram  Logic  Interlock  Rele  STG-2  PT.  Linde Gresik.
Adapun beberapa rele yang akan teliti pada Paper ini terdiri dari rele dengan kode 40, 51V, 50/27, 87. Berikut merupakan detail  setting  dari  rele-rele  proteksi  STG  PT.  Linde  Gresik tersebut sebagai berikut:
1. Beckwith Electric M-3420

## Phase Differential Current (87G)
Pickup             = 0.5 A Time Delay         = 5 Cycles Percent Slope       = 20%
2. Beckwith Electric M-3420

## Inverse Time Phase Overcurrent (51V)
Pickup             = 4.5 A Time Dial          = 2
Inverse Time Curves  = Beco Inverse Voltage Control     = 99
3. Beckwith Electric M-3420
Loss of Field (24)

## Definite Time 1
Pickup             = 120% Time Delay         = 30 Cycles

## Definite Time 2
Pickup             = 105% Time Delay         = 8160 Cycles Inverse Time Pickup            = 105% Time Dial          = 6 Reset Rate         = 999 Inverse Time Curves = #2
4. Beckwith Electric M-3420
Loss of Field (40) #1 Circle Diameter     = 18.3 Ω Offset             =  -1.5 Ω Time Delay        = 10 Cycles #2 Circle Diameter     = 51.4 Ω Offset             = -1.5 Ω Time Delay        = 25 Cycles

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Pemodelan Sistem Kelistrikan PT. Linde Gresik
Dalam  memodelkan  sistem  kelistrikan  PT.  Linde  Gresik dilakukan dengan cara  menggambarkan  single  line diagram menggunakan  ETAP  Power  Station  Software.  Pemodelan simulasi sistem kelistrikan ini dilakukan dengan menyesuaikan data peralatan yang ada pada sistem tersebut. Setelah dilakukan pemodelan sistem kelistrikan, selanjutnya dilakukan  simulasi  aliran  daya  dengan  asumsi  pembebanan sebesar ±32.5 MW untuk memastikan sistem dalam keadaan stabil dan berjalan dengan baik.

## B. Analisis Arus Gangguan Hubung Singkat
Data arus gangguan hubung singkat merupakan salah satu parameter yang dibutuhkan baik dalam penentuan setting rele proteksi arus lebih maupun rele proteksi diferensial. Adapun data arus gangguan hubung singkat yang diperlukan meliputi data arus hubung singkat minimum dan arus hubung singkat maksimum. Arus hubung singkat maksimum merupakan arus hubung  singkat  tiga  fasa  sedangkan  arus  hubung  singkat minimum merupakan arus hubung singkat antar fasa ( line to
line )  [6].  Arus  hubung  singkat  minimum  merupakan  arus hubung  singkat line  to  line yaitu  saat  arus dalam  keadaan steady state (30 cycle ) pada kondisi pembangkitan minimum. Kondisi  pembangkitan  minimum  pada  PT.  Linde  Gresik merupakan  kondisi  sistem  kelistrikan  dengan  empat generator aktif dan PLN. Nilai arus hubung singkat minimum ini digunakan untuk setting rele OCR 51V ditunjukkan pada Tabel 1.

## C. Analisis Setting Rele Proteksi Internal Generator
Tujuan sub bab ini yaitu melakukan perhitungan, analisis, serta validasi dari setting proteksi yang telah ada (eksisting) untuk  dapat  diketahui  benar  atau  salahnya.  Hal  ini  penting untuk dilakukan dikarena ada kemungkinan bahwa terjadinya kegagalan  proteksi  internal  generator  dalam  mengisolir gangguan  terjadi  akibat  kesalahan setting eksisting sebelumnya. Beberapa rele yang akan dilakukan evaluasi dan perhitungan setting antara lain yaitu rele 51 V, 87 G, 24, dan 40 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8 [6].
D. Proteksi Diferensial Generator (Rele 87G)
Evaluasi setting dilakukan dengan melakukan perhitungan rele  diferensial  berdasarkan  data-data  generator  STG-2  dan data  gangguan  hubung  singkat  yang  penulis  dapatkan  pada paper ini. Saat terjadi gangguan hubung singkat L-L-G di sisi internal  STG-2,  aliran  arus  akan  menuju  ke  titik  gangguan seperti ditunjukkan pada Gambar 9.
Oleh  karena  itu,  apabila  data  hubung  singkat  tersebut dimasukkan  kedalam  perhitungan  pada  persamaan  yang dapat ditulis sebagi berikut:
Fasa A
𝐼 𝑎 1 = 𝐼 𝐴1 𝐶𝑇 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜
𝐼 𝑎 1 = 1.1 800/5 𝐼 𝑎 1 = 0.0069 𝐼𝑒
𝐼 𝑎 2 = 𝐼 𝐴2 𝐶𝑇 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜
𝐼 𝑎 2 = 2800 800/5 𝐼 𝑎 2 = 17.5 𝐼𝑒 𝐼𝑑 = |𝐼 1 + 𝐼 2 |
𝐼𝑑 = | 0.0069 𝐼𝑒 + 17.5 𝐼𝑒|
𝐼𝑑 = 17.507 𝐼𝑒
𝐼 𝑟 = |𝐼 1 | + |𝐼 2 | 2 𝐼 𝑟 = |0.0069 𝐼𝑒| + |17.5 𝐼𝑒|
2 𝐼 𝑟 = 8.75 𝐼𝑒 Fasa B 𝐼 𝑏 1 = 𝐼 𝐵1 𝐶𝑇 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 𝐼 𝑏 1 = 0.83 800/5
𝐼 𝑏 1 = 0.0052 𝐼𝑒 𝐼 𝑏 2 = 𝐼 𝐵2 𝐶𝑇 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜
𝐼 𝑏 2 = 2700 800/5 𝐼 𝑏 2 = 16.87 𝐼𝑒
𝐼𝑑 = |𝐼 1 + 𝐼 2 |
𝐼𝑑 = | 0.0052 𝐼𝑒 + 16.87 𝐼𝑒|
𝐼𝑑 = 16.88 𝐼𝑒
𝐼 𝑟 = |𝐼 1 | + |𝐼 2 | 2 𝐼 𝑟 = |0.0052 𝐼𝑒| + |16.87 𝐼𝑒| 2 𝐼 𝑟 = 8.44 𝐼𝑒 Fasa C 𝐼 𝑐 1 = 𝐼 𝐶1 𝐶𝑇 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜
𝐼 𝑐 2 = 𝐼 𝐶2 𝐶𝑇 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜
𝐼 𝑐 1 = 0.17 800/5
𝐼 𝐶 1 = 0.001 𝐼𝑒 𝐼 𝑐 2 = 0 800/5
𝐼 𝑐 2 = 0 𝐼𝑒 𝐼𝑑 = |𝐼 1 + 𝐼 2 |
𝐼𝑑 = | 0.001 𝐼𝑒 + 0 𝐼𝑒|
𝐼𝑑 = 0.001 𝐼𝑒 𝐼 𝑟 = |𝐼 1 | + |𝐼 2 | 2 𝐼 𝑟 = |0.001 𝐼𝑒| + |0 𝐼𝑒| 2 𝐼 𝑟 = 0.0005 𝐼𝑒
Dari Gambar 10 maka dapat disimpulkan bahwa rele 87G bekerja dengan sesuai. Adapun rinciannya adalah fasa A (titik merah) dan fasa B (titik kuning) yang terindikasi megalami gangguan  berada  di  zona  operasi  dari  rele  diferensial, sedangakan  fasa  C  (titik  hijau)  yang  tidak  mengalami gangguan berada diluar zona operasi rele diferensial.
E. Proteksi Generator Arus Lebih dengan penahan/kontrol tegangan (Rele 51V)
1) Pick-up Setting
Sehingga,  perhitungan setting low-set rele  51V  STG-2 dapat ditulis sebagai berikut.
1,05 × 555.7A ≤ 𝐼 𝑠𝑒𝑡 ≤ 1,4  × 555.7 A 583.5 A ≤ 𝐼 𝑠𝑒𝑡 ≤ 778 A Dipilih I set sebesar 720 A atau 1.3 × FLA.
Setelah  didapatkan  nilai 𝐼 𝑠𝑒𝑡 ,  maka  berdasarkan  buku panduan M3425A  Generator  Protection  Beckwith  Electric perlu  dilakukan  pengaturan  tap  dengan  membandingkan nilai 𝐼 𝑠𝑒𝑡 dengan  rasio  belitan  dari  CT  (CT  Ratio).  Adapun kemudian  perhitungan  tersebut  dapat  dirumuskan  dengan persamaan sebagai berikut:
𝑇𝑎𝑝 = 𝐼 𝑠𝑒𝑡 𝐶𝑇 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 𝑇𝑎𝑝 = 720 𝐴
160 𝑇𝑎𝑝 = 4.5

## 2) Time Dial Setting
Dari  Gambar  11  kita  dapat  melihat  bahwasanya  rele  R P2.CF1.F4  memiliki setting eksisting  yang  kurang  sesuai dengan  seharusnya.  Hal  tersebut  dikarenakan,  rele  51  V  R P2.CF1.F4 tidak mampu melindungi damage curve generator STG-2  secara  sempurna.  Oleh  karena  itu,  untuk memaksimalkan fungsi dari rele 51 V R P2.CF1.F4 time dial dapat diatur hingga dapat melindunginya.
Sehingga, berdasarkan pertimbangan diatas dipilihlah time dial bernilai 1.7. Pada Gambar 12 merupakan kurva TCC dari hasil resetting rele 51 V.
3) Voltage Control
Diketahui  bahwa,  kontrol  tegangan  biasanya  di setting dalam  rentang  70%  hingga  90%  dari  tegangan  nominal. Sehingga,  perhitungan setting tegangan  rele  51V  STG-2 dapat ditulis pada persamaan sebagai berikut:
70%  × 𝑉𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 ≤ 𝑉 𝑠𝑒𝑡 ≤ 90% 𝑉𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
70%  × 11000 𝑉 ≤ 𝑉 𝑠𝑒𝑡 ≤ 90%  × 11000 𝑉
7700 𝑉 ≤ 𝑉𝑠𝑒𝑡 ≤ 9900 𝑉
Maka dipilih V set sebesar 9900 V

## F. Identifikasi Permasalahan Pasca Mitigasi
Tujuan  dari  identifikasi  masalah  ini  yaitu  untuk membuktikan terjadinya kerusakan pada internal STG akibat gangguan hubung singkat seperti yang ditunjukkan Gambar 13.  Pada  sub  bab  ini  akan  dipaparkan  perihal  kondisi  atau respon  pada  sistem  kelistrikan  PT.  Linde  Gresik  pasca mitigasi  (CB  open).  Pada  Paper  kali  ini  studi  hanya dikhususkan untuk internal STG (STG-1 dan STG-2) dengan gangguan  hubung  singkat  terjadi  pada  bus  P2.CG3  seperti yang  ditunjukkan  Gambar  14  dan  Gambar  15.  Kemudian, beberapa saat setelah gangguan terjadi maka CB STG-2 atau CB P2.CF1.F5 akan bekerja ( Action to Open ).
G. Proteksi Generator dari Eksitasi Lebih (Rele 24)
Analisis setting rele  24  kali  ini  dilakukan  dengan  cara melakukan software bantuan excel untuk melakukan plotting terhadap  beberapa  data  kapabilitas  eksitasi  generator berdasarkan  standard IEEE  Std.  C37.102-2006 dan Instruction  Book  of  M-3425A  Generator  Protection. Kemudian untuk mengetahui setting eksisting rele 24 sudah sesuai  standard  atau  tidak  maka  dilakukan  plotting  data setting eksisting  untuk  mendapatkan  analisis  yang komprehensif.
Dari  Gambar  16  kita  dapat  mengetahaui  bahwasannya setting eksisting  rele  24  tidak  sesuai  dengan  standard  yang semestinya. Setting tersebut  tidak  dapat  melindungi kapabilitas eksitasi generator apabila terjadi gangguan. Oleh karena itu Time Dial yang dipilih pada kurva inverse tersebut adalah:

## 𝑇𝑖𝑚𝑒 𝐷𝑖𝑎𝑙 = 1
Kemudian  kita  dapat  mengetahui  bahwasannya  kurva Definite  Time  2  atau  DT  2  (dengan  garis  orange)  tidak berfungsi sehingga kurva tersebut dapat dinon-aktifkan atau disabled seperti yang ditunjukkan Gambar 17.
H. Proteksi Generator dari Kegagalan Eksitasi (Rele 40/Arus Medan Hilang)
1) Zone #1
Circle Diameter  :
Diameter dari lingkaran terkecil (#1) diatur pada 1.0 pu dari impedansi  pada  basis  mesin/generator.  Penurunan  rumus menjadi seperti berikut.
𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 = 𝑘𝑣 2 𝑀𝑉𝐴 𝑥 𝑛𝐶𝑇 𝑛𝑉𝑇 𝑥 𝑋 𝑝.𝑢. 𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 = 11 2 10.588 𝑥 160 100 𝑥 1

## 𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 = 18.285 𝑜ℎ𝑚
Offset    : Disini,  baik  elemen-elemen  offset  mho  #1  dan  #2  diatur dengan rumus -Xd’÷2, dimana Xd’ adalah reaktansi transient sumbu  langsung  ( direct  axis )  dari  generator.  Maka, perhitungan dapat ditulis sebagai berikut:
X offset (p ∙ u) = −Xd ′ ÷ 2 X offset (p ∙ u) = −0.164 ÷ 2
X offset (p ∙ u) = −0.082 p. u
X offset (Ω) = X offset (p. u) × Z base X offset (Ω) = −0.082 × 18.285
X offset (Ω) = −1.5 Ω
Time Delay :
Time  delay  singkat  yang  disarankan  adalah  sekitar  0.1  s  (5 cycles), hal ini direkomendasikan untuk mencegah kegagalan akibat gangguan transien [5]. Maka time delay yang dipilih adalah sebagai berikut.
Td = 10 Cycles

## 2) Zone #2
Circle Diameter  :
Diameter dari lingkaran terbesar (#2) diatur sama dengan Xd, dimana  Xd  merupakan  ( unsaturated )  reaktansi  sumbu langsung  ( direct  axis )  dari  mesin/generator.  Penurunan rumus menjadi seperti berikut:
X d = 2.81 p. u
𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 = 𝑘𝑣 2 𝑀𝑉𝐴 𝑥 𝑛𝐶𝑇 𝑛𝑉𝑇 𝑥 𝑋 𝑝.𝑢. 𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 = 11 2 10.588 𝑥 160 100 𝑥 2.81

## 𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 = 51.4 𝑜ℎ𝑚
Offset    :
Disini,  baik  elemen-elemen  offset  mho  #1  dan  #2  diatur dengan rumus -Xd’÷2, dimana Xd’ adalah reaktansi transient sumbu  langsung  ( direct  axis )  dari  generator.  Maka, perhitungan dapat ditulis sebagai berikut:
X offset (p ∙ u) = −Xd ′ ÷ 2 X offset (p ∙ u) = −0.164 ÷ 2
X offset (p ∙ u) = −0.082 p. u
X offset (Ω) = X offset (p. u) × Z base X offset (Ω) = −0.082 × 18.285
X offset (Ω) = −1.5 Ω
Time delay singkat yang disarankan adalah sekitar 0.5 s (25 cycles), hal ini direkomendasikan untuk mencegah kegagalan akibat kondisi ayunan daya ( power swing condition ) seperti yang  ditunjukkan  Gambar  18  [5].  Maka  time  delay  yang dipilih adalah sebagai berikut:

## I. Intertrip dan Interlock Sistem Proteksi
Berdasarkan  analisis  dan  evaluasi  rele-rele  internal generator  di  atas  maka  dapat  disimpulkan  bahwa  sebagian besar setting rele  proteksi  tersebut  bekerja  dengan  baik dikarenakan  telah  sesuai  dengan  standard.  Namun,  khusus rele  eksitasi  lebih  24  terdapat  misoperasi  dari  pada  rele tersebut.  Sehingga,  untuk  menghindari  kesalahan  sistem proteksi  akibat  gangguan  serupa  terjadi.  Diusulkan  untuk dilakukan intertrip dan interlock sistem proteksi seperti yang ditunjukkan Gambar 19.
Berdasarkan Gambar 19 dapat diketahui bahwa diketahui bahwa apabila rele diferensial 87, rele eksitasi lebih 24, rele hilang  medan  40,  dan  OCR  51V.  Kemudian  salah  satunya membaca  adanya  gangguan,  maka  rele  tersebut  akan memberikan  sinyal  output  kepada lock  out  relay 86  untuk selanjutnya  rele  86  memberikan  perintah  untuk  membuka main circuit  breaker generator  STG-2.  Maka  dari  itu,  rele internal generator bisa disimpulkan bekerja secara intertrip . Sementara  itu,  apabila main CB  STG-2  telah  open,  maka dilanjutkan  dengan  bekerjanya circuit  breaker pada field /medan  eksitasinya.  Sehingga,  dengan  begitu  generator STG-2  akan  terlindungi  dan  dapat  terisolir  baik  dari gangguan  eksternal  maupun  gangguan  internal.  Maka  dari itu, jenis koordinasi antara main CB STG-2 dengan field
circuit breaker adalah sistem interlock.

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis perhitungan setting rele internal steam  turbine  generator PT.  Linde  Gresik  akibat  titik gangguan yang terjadi pada panel voltage transformer , maka dapat  ditarik  beberapa  kesimpulan  sebagai  berikut  :  (1) Analisis  dan  evaluasi  yang  dilakukan  pada  rele  diferensial generator (87G) pada saat gangguan terjadi menunjukkan rele diferensial  generator  (87G)  bekerja  dengan  baik  dan  tidak terdapat  indikasi  kesalah setting pada  kondisi  eksistingnya. (2) Analisis dan evaluasi yang dilakukan pada rele OCR 51V menunjukkan  bahwa  perlu  sedikit  perubahan setting khususnya pada time dial rele OCR 51 V dari time dial : 2 menjadi time dial : 1.7. (3) Pada saat terjadi gangguan hubung singkat  L-L-G,  rele  yang  berkerja  untuk  menghilangkan gangguan tersebut adalah rele diferensial generator (87G) dan bukanlah  rele  OCR  51  V,  dikarenakan  rele  diferensial generator (87G) memiliki setting waktu trip lebih cepat (0.1s) dari  pada  rele  OCR  51  V  (0.639s).  (4)  Meskipun  kontak circuit breaker STG-2 berhasil open, namun hubung singkat masih  tetap  ‘menempel’  pada  panel voltage  transformer STG-2. Sehingga mengakibatkan tegangan tetap drop hingga 0  volt.  Dan  mengakibatkan  arus  eksitasi  pada  sisi  internal STG-2  meningkat  drastis  hingga  3000  A  akibat  kesalah operasi  dari  AVR.  Hal  tersebut,  mengakibatkan  terjadi eksitasi terus menerus pada generator sehingga mengakibatkan overheating dan kegagalan pada STG-2. (5) Analisis dan evaluasi yang dilakukan pada rele eksitasi lebih (24)  menunjukkan  bahwa  terdapat  indikasi  kegagalan  trip akibat  kesalahan setting pada  rele  eksitasi  lebih  (24), sehingga  perlu  dilakukan  perubahan setting dikarenakan sudah tidak sesuai dengan standard. (6) Analisis dan evaluasi yang  dilakukan  pada  rele  hilang  medan  (40)  menunjukkan bahwa  tidak  terdapat  indikasi  kesalahan setting pada  rele hilang medan (40), sehingga tidak perlu dilakukan perubahan setting pada  kondisi  eksistingnya.  (7)  Indikasi  terbesar kegagalan  yang  terjadi  pada  STG-2  yaitu,  tidak  adanya koordinasi  yang  tepat  antara  rele  diferensial  87G  sebagai proteksi  utama  dengan  rele  eksitasi  lebih  24  maupun  rele medan hilang 40. Sehingga, apabila gangguan serupa terjadi maka  perlu  dilakukan  rekayasa  intertrip  dan  interlock  pada sistem proteksi tersebut.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  T.  Gonen, Modern  Power  System  Analysis .  Broken  Sound  Parkway NW: CRC Press, 2013.
[2]  P.  T.  PLN,  “Pedoman  dan  Petunjuk  Sistem  Proteksi  Transmisi  dan Gardu Induk Jawa Bali,”. PT. PLN, Jakarta, 2013.
[3]  P. M. Anderson, Power System Protection . New York: McGraw-Hill, 1999.
[4]  M.  Thompson,  “The  Power  of  Modern  Relays  Enables  Fundamental Changes  in  Protection  and  Control  System  Design,”  in 2007  60th Annual Conference for Protective Relay Engineers , 2007, pp. 71–84.
[5]  C.  J.  Mozina et  al. ,  “Coordination  of  Generator  Protection  with Generator Excitation Control and Generator Capability,” in Conference Record  of  2008  54th  Annual  Pulp  and  Paper  Industry  Technical Conference , 2008, pp. 62–76.
[6]  M.  Pujiantara  and  N.  Adi  Brahmantia  Putra,  “Evaluasi  koordinasi proteksi  pada  sistem  kelistrikan  PT.  Pertamina  RU  V  Balikpapan dengan mempertimbangkan integrasi PLN,” SinarFe7 , vol. 2, no. 1, pp. 509–515, 2019.
T d = 25 Cycles