Analisis Over Current Relay (OCR) dan Ground Fault Relay (GFR) pada Jaringan Distribusi 20 KV pada Penyulang Kampus Universitas Jember

Abstract

Jaringan distribusi tenaga listrik 20 kV yang menyuplai kawasan kampus Universitas Jember menghadapi tantangan berupa pertumbuhan beban yang terus meningkat seiring bertambahnya jumlah mahasiswa dan fasilitas kampus setiap tahunnya. Kondisi ini membuat sistem proteksi yang telah terpasang, khususnya relai Over Current Relay (OCR) dan Ground Fault Relay (GFR), perlu terus ditinjau ulang agar tetap mampu mengamankan jaringan dari gangguan hubung singkat, baik gangguan antar fasa maupun gangguan satu fasa ke tanah. Apabila setting kedua relai tersebut tidak sesuai dengan kondisi jaringan yang sebenarnya, dapat timbul dua risiko sekaligus, yaitu relai gagal bekerja saat terjadi gangguan sehingga peralatan berisiko rusak, atau sebaliknya relai bekerja pada kondisi normal sehingga menyebabkan pemadaman yang sebenarnya tidak diperlukan. Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini berkisar pada bagaimana pengaruh lokasi gangguan terhadap besar dan karakteristik arus hubung singkat yang terjadi, serta apakah setting proteksi OCR dan GFR yang selama ini digunakan sudah memenuhi kriteria sensitivitas, selektivitas, kecepatan, dan keandalan sesuai standar proteksi yang berlaku. Berangkat dari permasalahan tersebut, penelitian ini disusun dengan dua tujuan utama. Pertama, mengetahui karakteristik dan besar arus gangguan hubung singkat pada beberapa titik lokasi berbeda di sepanjang jaringan penyulang. Kedua, memperoleh setting arus pick up dan Time Multiplier Setting (TMS) yang paling sesuai untuk kedua relai, sehingga sistem proteksi dapat bekerja secara optimal tanpa mengabaikan salah satu kriteria proteksi yang disyaratkan. Untuk mencapai tujuan tersebut, penelitian dilakukan melalui beberapa tahapan. Tahap awal adalah pengumpulan data jaringan berupa single line diagram penyulang, rasio Current Transformer (CT), serta setting relai yang sedang digunakan di lapangan. Data tersebut kemudian dimodelkan ke dalam perangkat lunak ETAP 19.01 untuk mensimulasikan kondisi aliran daya normal dan kondisi gangguan hubung singkat pada beberapa titik yang mewakili lokasi terdekat maupun terjauh dari sumber. Setelah data arus gangguan diperoleh, dilakukan dua pendekatan perhitungan setting relai sebagai pembanding, yaitu perhitungan manual dengan rumus konvensional yang lazim digunakan dalam perencanaan proteksi, dan perhitungan berbasis optimasi menggunakan algoritma Particle Swarm Optimization (PSO). Algoritma PSO digunakan untuk mencari kombinasi Iset dan TMS yang meminimalkan waktu kerja relai tanpa melanggar batasanbatasan teknis pada keempat kriteria proteksi. Ketiga hasil setting, yakni setting existing dari PLN, hasil perhitungan manual, dan hasil optimasi PSO, selanjutnya dibandingkan satu sama lain untuk melihat kelebihan dan kekurangan masing masing pendekatan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lokasi dan jenis gangguan sangat memengaruhi besar arus hubung singkat yang timbul. Gangguan tiga fasa yang disimulasikan pada titik terdekat dari relai OCR menghasilkan arus gangguan yang jauh lebih besar dibandingkan gangguan satu fasa ke tanah yang disimulasikan pada titik terjauh dari sumber, sebuah pola yang sejalan dengan karakteristik umum sistem distribusi yang impedansi sumbernya jauh lebih dominan dibandingkan impedansi salurannya. Pada sisi setting proteksi, ditemukan bahwa perhitungan manual cenderung menghasilkan nilai arus pick up yang sangat kecil sehingga relai menjadi sangat sensitif, namun berpotensi kurang praktis bila diterapkan pada peralatan relai riil karena mendekati batas resolusi minimum alat. Sebaliknya, setting existing dari PLN cenderung bekerja lebih lambat, khususnya pada relai GFR. Setting hasil optimasi PSO terbukti mampu menempatkan posisi arus pick up pada titik yang lebih seimbang di antara kedua pendekatan tersebut, sekaligus mempercepat waktu kerja kedua relai dibandingkan setting existing, tanpa melanggar satu pun dari keempat kriteria proteksi yang menjadi acuan evaluasi. Berdasarkan keseluruhan proses dan hasil yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa besar arus gangguan hubung singkat pada jaringan distribusi 20 kV sangat dipengaruhi oleh jenis gangguan dan jarak titik gangguan terhadap sumber, dan bahwa ketiga pendekatan penentuan setting, baik existing, manual, maupun PSO, sama-sama mampu memenuhi standar minimum proteksi meskipun dengan karakteristik yang berbeda-beda