Studi Rele Pengaman (Over Current Relay Dan Ground Fault Relay) pada pemakaian distribusi daya sendiri dari PLTU Rembang

Transkripsi

1 Presentasi Sidang Tugas Akhir Semester Genap 2012/2013Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS Studi Rele Pengaman (Over Current Relay Dan Ground Fault Relay) pada pemakaian distribusi daya sendiri dari PLTU Rembang Nama : Yoyok Triyono NRP : Pembimbing : 1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, PhD 2. Ir. Sjamsjul Anam, MT Page 1

2 DAFTAR ISI PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 2

3 Pendahuluan(1) LATAR BELAKANG 1. PLTU Rembang merupakan salah satu Pembangunan Proyek Percepatan Pembangkit Tenaga Listrik berbahan bakar batubara MW dengan kapasitas 2 x 300 MW 2. Sistem kelistrikan yang handal menjadi hal yang sangat penting. Sehingga proses produksi listrik dapat beroperasi secara maksimal tanpa terjadigangguan pada kelistrikannya, terutama short circuit 3. Relay arus lebih merupakan solusi dari gangguan short circuit. dimana relay akan mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. 4. Untuk memperoleh keandalan sistem kelistrikan PLTU Rembang dengan perubahan dari sisi pembangkitan serta sisi beban maka diperlukan sistem pengaman yang lebih sensitif dengan me-review kembali sistem pengamannya Page 3

4 SINGLE LINE DIAGRAM AUX POWER DISTRIBUTION Page 4

5 Pendahuluan (2) TUJUAN 1. Mensimulasikan dan mengevaluasi unjuk kerja sistem berdasarkan permasalahan yang dihadapi (analisa hubung singkat dan koordinasi rele pengaman). 2. Mendapatkan setelan dan koordinasi pengaman arus lebih yang tepat pada sistem kelistrikan PLTU Rembang. Page 5

6 Pendahuluan (3) Permasalahan yang dibahas dalam Tugas Akhir ini Bagaimana sistem kelistrikan PLTU Rembang dan berapa besar arus gangguan yang dapat terjadi pada sistem kelistrikan tersebut. Studi koordinasi rele pengaman pada sistem proteksi beban auxiliary di PLTU Rembang setelah penggabungan bus 6.3 kv antara bus unit station unit 1 dengan bus unit station unit 2 BATASAN MASALAH Analisa sistem tenaga yang dilakukan meliputi : Analisa hubung singkat Koordinasi rele pengaman Jenis rele pengaman yang digunakan adalah over current relay dan ground fault relay. Simulasi menggunakan software ETAP Studi kasus dilaksanakan di PLTU Rembang. Page 6

7 DAFTAR ISI PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 7

8 Teori Penunjang Rele Arus Lebih (Over Current Relay) Syarat Rele Pengaman Setting Rele Pengaman Rele Gangguan ke Tanah (Ground Fault Relay) Page 8

9 Teori Penunjang (1) Rele Arus Lebih Merupakan jenis rele yang bekerja berdasarkan besar arus masukan, dan apabila besarnya arus masukan melebihi dari setting (Ip) maka rele arus lebih bekerja. Berdasarkan karakteristik waktuya rele arus lebih dibedakan atas 3 jenis yaitu: Instantaneous Rele Definite Rele Inverse Rele Gambar Karakterisrik arus lebih Page 9

10 Setting Rele Pengaman Ada dua hal utama yang perlu diperhatikan pada pengaturan rele yaitu: 1. Setting Arus Teori Penunjang (2) Pada dasarnya batas penyetelan rele arus lebih adalah rele tidak boleh bekerja pada saat beban maksimum. Arus settingnya harus lebih besar dari arus beban maksimumnya. Arus penyetelan pun harus memperhatikan kesalahan pick up sesuai dengan British Standard Pick Up = 1.05 s/d 1.3 Inominal Dalam setting juga harus memperhatikan batasan maksimum, untuk alasan keamanan dan back Up hingga sisi downstream ditetapkan : Ipp 0.8 Isc minimum Dengan pedoman diatas seting arus yang digunakan pada study adalah: 1,05 IFLA Iset 0,8 Isc minimum Page 10

11 Setting Rele Pengaman Teori Penunjang (2) 2. Setting Waktu Penyetelan waktu kerja rele terutama dipertimbangkan terhadap kecepatan dan selektivitas kerja dari rele, sehingga rele tidak salah operasi, yang dapat menyebabkan tujuan pengaman tidak berarti. Untuk setting waktu sesuai standard IEEE 242 yaitu: Waktu terbuka Circuit beaker : 0,04 0,1 s (2-5 Cycle) Overtravel dari rele : 0,1 s Faktor Keamanan : 0,12 0,22 s Untuk rele static dan rele digital berbasis microprocessors overtravel time dari rele dapat diabaikan. Sehingga total waktu = 0,2-0,4 s 3. Persamaan Time Dial untuk Normal Invers : t = I 0,14 x D 0,02 fault Iset 1 Page 11

12 Teori Penunjang (3) Rele Gangguan Tanah (Ground Fault Relay) Cara kerja residual CT yaitu memanfaatkan sistematika kerja arus tidak seimbang. Iresidu = Ia+Ib+Ic I r merupakan arus residu hasil penjumlahan vektor dari masing-masing arus fasa yaitu dari I A, I B, dan I C. Kemudian arus residu ini diset dalam nilai tertentu, sehingga jika dalam kondisi tertentu yaitu ada gangguan dan melebihi nilai set dari arus residu maka rele ini akan bekerja Zero CT Residual CT Page 12

13 Syarat-syarat Rele Pengaman Teori Penunjang (4) Untuk menjamin keandalan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan yaitu: - Kecepatan Bereaksi Kecepatan bereaksi rele adalah saat rele mulai merasakan adanya gangguan sampai dengan pelaksanaan pembukaan pemutus tenaga (circuit breaker). - Kepekaan Operasi ( sensitivity ) Pada prinsipnya rele harus cukup peka sehingga dapat mendeteksi gangguan di kawasan pengamanannya meskipun dalam kondisi yang memberikan rangsangan yang minimum - Selektif ( selectivity ) Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin yaitu hanya seksi yang terganggu saja yang menjadi kawasan pengamanan utamanya - Keandalan ( reliability Pengaman harus handal terhadap adanya gangguan, sehingga dapat melindungi peralatan. - Ekonomis Penggunaan rele selain memenuhi syarat diatas, juga harus disesuaikan dengan harga peralatan yang diamankan. Page 13

14 DAFTAR ISI PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 14

15 SISTEM KELISTRIKAN PLTU Rembang, jawa tengah Page 15

16 Page 16

17 Rencana Penggabungan bus 6,3 kv Page 17

18 Analisa Aliran Daya Besar arus yang mengalir yang diperoleh dari simulasi aliran daya digunakan untuk menentukan setting relay arus lebih yang digunakan sebagai pengaman di busbar atau switchgear. Sedangkan untuk generator, trafo dan motor dapat diketahui dengan melihat nilai Full Load Ampere (FLA) yang berada pada rating-nya. Page 19

19 Analisa Hubung Singkat Pada kondisi normal, 2 konfigurasi yang mewakili hubung singkat minimum dan maksimum, yaitu: Hubung singkat minimum : Salah satu generator dalam keadaan tidak beroperasi (off) dan yang satu posisi beroperasi(on) Hubung singkat maksimum : pada saat semua generator 1 dan 2 beroperasi (on). Page 20

20 Pemilihan Setting koordinasi yang digunakan pada PT. ANTAM Page 21

21 Tabel Arus Hubung Singkat ARUS HUBUNG SINGKAT Bus Isc max 4 Cycle Isc min 30 cycle ID kv ka ka bus bba BCC BHC SWBD Bus MTR idf Bus bus BCA Page 22

22 Tabel Setting rele Tipikal 1A Rele Type CT ratio Existing Curve Tap (I>) Time dial (t>) Inst (I>>) Delay(t>>) Rele MTR IDF ABB REM /1 Definite time Not used Not used Rele MB RB1 ABB REX /5 NI Not used Not used RelayB_RB1 ABB REX /1 NI Not used Not used Page 23

23 Setting rele dari bus Motor ID fan hingga Trafo UAT 1 (Typical 1a) s setelan pickup overload rele mtr idf 6.3kv tidak di gunakan. Hal tersebut sangat berisiko dikarenakan tidak ada pengaman overload pada motor tersebut sehingga akan mempengaruhi life time dari motor s 0.05 s grading time yang terlalu lama antara rele MTR IDF dengan rele MB_RB1 yaitu selama 0,584 detik karena fungsi instans pada rele tidak digunakan karena Berdasarkan standar IEEE Std (batas waktu kerja antara dua buah rele : 0,2 s 0,4 s). = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 24

24 Tabel Resetting rele Tipikal 1A Rele Type CT ratio reseting Curve Tap (I>) Time dial (t>) Inst (I>>) Delay(t>>) Rele MTR IDF ABB REM /1 NI Rele MB RB1 ABB REX /5 NI RelayB_RB1 ABB REX /1 NI Page 25

25 Setting rele dari bus Motor ID fan hingga Trafo UAT 1 (Typical 1a) 1 s 0.4 s 0.1 s Pengaturan time overcurrent pick up pada rele motor ID fan di set sesuai dengan full load ampere motor tersebut sehingga dapat melindungi motor dari bahaya overload. Hasil penyesuaian arus beban penuh ini telah sesuai Standard BS batas penyetelan antara 1,05 1,3 I nominal. Pengaturan time delay untuk rele instans (50) pada rele MTR IDF,rele MB RB1 dan Rele B RB1 yaitu sebesar 0.3s. Hal ini sudah memenuhi standard IEEE 242 yaitu antara s = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 26

26 Tabel Setting rele Tipikal 1B Rele Type CT ratio Existing Curve Tap (I>) Time dial (t>) Inst (I>>) Delay(t>>) RelayB_RB1 ABB REX /1 NI Not used Not used Relay TR RB1 Relay 10STG1 Areva Micom P122 Areva Micom P /1 IEC-SI /5 IEC-SI Page 27

27 Setting rele dari bus 10BBA10 hingga generator (Typical 1b) rele TR_RB1 akan trip terlebih dahulu ketika terjadi gangguan hubung singkat minimum di Bus 10BBA10 perlu diperbaiki.karena Kurva Rele B_RB1 overlap dengan kurva Rele TR_RB1 0.3 s 0.82 s Kurva koordinasi koordinasi waktu antara setting rele eksisting utama TRrele RB1dan 10STG1 reledisetting back up diatas 10STG10 damage perlucurve diperbaiki. Generator Jika terjadi STG1 sehingga gangguan bila makaterjadi akan trip hubung bersamaan. singkat di bus 232 maka rele tidak mampu mengamankan Generator sehingga dapat menyebabkan generator rusak. = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 28

28 Tabel Resetting rele Tipikal 1 Rele Type CT ratio Existing Curve Tap (I>) Time dial (t>) Inst (I>>) Delay(t>>) RelayB_RB1 ABB REX /1 NI Relay TR RB1 Relay 10STG1 Areva Micom P122 Areva Micom P /1 IEC-SI /5 IEC-SI , Page 29

29 Setting rele dari bus 10BBA10 hingga generator (Typical 1b) mengaktifkan setelan kurva instantenous (50) pada rele B_RB1 ini dapat mengamankan transformator TR UAT1 dari gangguan hubung singkat minimum pada bus 10BBA10 di daerah outgoing transformator TR UAT s rele 10STG1 disetting diatas FLA dan berada dibawah damage curve generator sehingga mampu mengamankan generator STG1 bila terjadi Pengaturan gangguan time delay hubung untuk rele singkat maksimum instantaneous di (50) buspada 232. rele Sehingga generator 10STG1 dan STG1 TR dapat RB1 beroperasi yaitu sebesar full load 0.3s. dengan Hal ini aman sudah memenuhi standard IEEE 242 yaitu antara s 1 s = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 30

30 1.1 s 0.35s 1.1 s 0.35 s Setting rele dari bus 237 hingga bus 00BCC10 (Typical 2a) setelan pickup rele ACB chl10 berada disebelah kiri FLA trafo CHLORINE 1A. Artinya setelan pickup rele ACB chl10 ini di bawah arus full load trafo CHLORINE 1A, sehingga akan trip ketika arus yang mengalir besarnya mendekati arus beban penuh trafo tersebut. dapat dilihat bahwa penggunaan rele CHL TR 1A digunakan sebagai rele back-up mempunyai time difference sebesar 0,773s dengan ACB chl10. standard IEEE Std (batas waktu kerja antara rele utama dan rele back-up : 0,2 s 0,4 s), 0.03 s = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 31

31 0.56 s 0.35s 0.56 s 0.35 s Resetting rele dari bus 237 hingga bus 00BCC10 (Typical 2a) Pengaturan lowset arus rele beban CHLpenuh TR 1a rele diatur ACB berdasarkan chl10 disesuaikan arus beban penuh pada incoming transformator dengan arus beban penuh pada CHLORINE1A. Kurva Pengaturan sisi kurva outgoing definite (rele tranformator 50) pada rele CHLORINE1A. TR 1a ini sehingga harus dapat rele tidak mengamankan akan trip saat transformator dibebani full CHLORINE1A load karenadari hal gangguan tersebut bukan hubung merupakan singkat seketika, gangguan. dan daerah inverse (rele 51) digunakan Hasil penyesuaian arus beban sebagi back up dari rele ACB penuh CHL10, ini telah sehingga sesuai transformator Standard BS CHLORINE1A batas dalam penyetelan kondisi antara aman. 1,05 karena rele 1,3CHL I nominal. TR 1a yang digunakan sebagai rele back-up mempunyai time difference dengan definite rele ACB CHL10sebesar 0,217 s 0.07 s = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 32

32 Tabel Setting rele Tipikal 2b Rele Type CT ratio Existing Curve Tap (I>) Time dial (t>) Inst (I>>) Delay(t>>) RelayB_RB1 ABB REX /1 NI Not used Not used Rele CHL TR 1a ABB REX /5 NI Rele CHL Tie I/C ABB REX /5 NI Not used Not used Rele SSB Tie I/C ABB REX /5 NI Not used Not used Page 33

33 Setting rele dari bus 234 hingga Trafo UAT1 (Typical 2b) 0.67s s 0.9 s koordinasi yang kurang tepat antara rele CHL TR 1A dengan rele CHL TIE I/C, Berdasarkan analisa kurva koordinasi di atas, pada saat terjadi gangguan short circuit minimum bus 234 rele yang bekerja terlebih dahulu seharusnya yang paling dekat pada gangguan yaitu rele CHL TR 1A namun pada kurva disamping dapat dilihat bahwa koordinasi rele kurang tepat karena rele yang bekeja saat gangguan pada bus 234 adalah rele CHL TIE I/C = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 34

34 Tabel ReSetting rele Tipikal 2B Rele Type CT ratio RESETING Curve Tap (I>) Time dial (t>) Inst (I>>) Delay(t>>) RelayB_RB1 ABB REX /1 NI Rele CHL TR 1a ABB REX /5 NI Rele CHL Tie I/C ABB REX /5 NI Rele SSB Tie I/C ABB REX /5 NI Page 35

35 Resetting rele dari bus 234 hingga Trafo UAT1 (Typical 2b) 1 s 0.7s 0.4 s setelan instantaneous digunakan agar bila terjadi gangguan segera dapat dibatasi dan dilokalisir. Selain itu koordinasi pengaman backup juga sudah tidak lagi overlap, Grading time juga diberikan sebesar 0,3 detik sehingga adanya miss-coordination ketika terjadi gangguan hubung singkat dapat dihindari 0.1 s = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 36

36 Setting rele dari penggabungan bus 6,3 kv 0.7 s 1 s Pengaturan arus beban penuh rele FTR RB1 disesuaikan dengan arus beban penuh yang melewati rele tersebut(outgoing Trafo UAT). Hasil penyesuaian arus beban penuh ini telah sesuai Standard BS batas penyetelan antara 1,05 1,3 I nominal. Pengaturan time delay untuk rele difinite (50) pada rele B RB1 dan B RB2 dengan FTR RB1 yaitu sebesar 0.3s. pengaturan time delay tersebut agar tidak terjadi trip secara bersamaan sehingga suplai daya tetap terjaga Page 37

37 setting rele GFR dari bus 234 hingga Trafo UAT1 eksis Page 38

38 setting rele GFR dari bus 234 hingga Trafo UAT1 0.7s 1 s 0.4 s Dengan dipasangnya NGR tersebut apabila terjadi gangguan hubung singkat phasa ke tanah pada sistem 6,3 kv, arus akan dibatasi oleh NGR sebesar 300 A. Apabila terjadi hubung singkat di bus 234 sebesar 300 A maka Rele CHL TR 1a merupakan pengaman utama nya, sedangkan jika gagal maka pengaman cadangannya ialah Rele CHL Tie I/C akan trip setelah 0,4 s. kemudian secara berurutan bila terjadi kegagalan dalam melokalisir gangguan maka rele SSB Tie I/C akan trip setelah 0,7 s di ikuti dengan rele B RB1 akan trip setelah 1 s. 0.1 s = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 39

39 Setting rele dari bus 10BBA10 hingga generator (Typical 1b) Page 40

40 Setting rele dari bus 10BBA10 hingga generator (Typical 1b).4 s Dengan dipasangnya NGR apabila terjadi gangguan hubung singkat phasa ke tanah pada sistem 20 kv, arus akan dibatasi oleh NGR sebesar 400 A. Apabila terjadi hubung singkat sebesar 400 A pada hubung singkat antara Generator STG1 hingga primary Trafo TR UAT1, maka rele 10STG1 akan trip setelah 0.4 s, karena rele tersebut merupakan back up dari CB yang berada pada terminal primary Trafo TR UAT1 yang akan trip 0.1 s,, mulai dari pick-up sampai kotak CB terbuka. Berdasarkan IEEE 242 yaitu 0,2-0,4..1 s = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 41

41 DAFTAR ISI PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 42

42 Kesimpulan(1) Berdasarkan hasil studi dan analisis koordinasi rele pengaman pada PLTU Rembang yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Terdapat beberapa setelan rele yang belum tepat dan koordinasi yang kurang baik, terutama pada setelan pickup dan grading time antar rele pengaman. Pada beberapa rele, setelan pickup kurva inversnya masih menyentuh arus full load beban. Hal ini dapat menyebabkan rele tersebut trip meski tidak terjadi gangguan. 2. Terdapat setelan instan pada beberapa rele yang belum maksimal, karena belum mencakup seluruh level arus hubung singkat. Hal ini mengakibatkan rele tidak dapat bekerja secepat mungkin untuk mengamankan peralatan ketika terjadi gangguan hubung singkat minimum. 3. Terdapat setelan overload pada beberapa rele motor yang belum di fungsikan,. Hal ini mengakibatkan rele tidak dapat mendeteksi adaya kelebihan beban pada motor sehingga akan mengurangi lifetime dari peralatan tersebut karena dibebani penuh secara terus menerus 4. Grading time yang diberikan terlalu lama, yakni 0,584 detik. Hal ini dapat membahayakan bus yang mengalami gangguan dan membahayakan bus yang lain karena terlalulama mengisolasi system yang mengalami gangguan Page 43

43 5. Karena koordinasi rele-rele eksisting yang ada kurang sempurna dan tidak terkoordinasi dengan baik. Maka perlu dilakukan pengaturan rele (resetting) sesuai dengan perhitungan dan dikoordinasikan agar sistem bekerja secara optimal tidak mengganggu kestabilan sistem. 6. Pada koordinasi ground fault relay, Untuk meningkatkan sensitivitas dan selektivitas dalam mengenali gangguan maka untuk memperbaiki sensitivitas direkomendasikan untuk CT Ground untuk diganti dengan yang lebih kecil yaitu sebesar 300/5. Selain itu penggantian nilai CT ground yang sama dalam satu feeder dapat mempermudah dalam koordinasi rele. Page 44

44 TERIMA KASIH Page 45

45 Koreksi untuk rele tipikal 1B rele 10stg1 Page 47

46 Cara mensettingrele biru(b RB1) dan rele hijau (TR RB1) RelayB_RB1 Jenis Rele = ABB Rex 521 Kurva = Standard Inverse Isc max 4 cycle Bus 10BBA10, 6.6 kv = 56072A Isc min 30 cycle Bus 10BBA10, 6.6 kv = 36394A CT = 4000/1 FLA (sisi sekunder TR-UAT) = 2291 A Page 48

47 Relay TR RB1 Jenis Rele = Areva Micom P122 Kurva = Standard Inverse Isc max 4 cycle Bus 10BBA10, 6.3 kv = A di konversi ke 20 kv = =17662,68 A Isc min 30 cycle Bus 236, 20 kv = 52297A CT = 2500/1 FLA (sisi primer TR-UAT1) = 1443 A Page 49

48 Penyetelan Rele Arus Lebih Instan Pertimbangan dalam penentuan nilai pickup instan dapat didasarkan pada karakteristik peralatan yang dilindungi seperti yang dijelaskan sebagai berikut : Untuk pengaman feeder yang dipisahkan oleh trafo, koordinasi pengaman dibedakan menjadi dua daerah, yakni daerah low voltage (LV), dan daerah high voltage (HV) [12]. Dua daerah yang dipisahkan trafo tersebut dapat dilihat pada Gambar CT A Isc A Adapun setelan pickup instan pada tipe koordinasi di atas dapat harus memenuhi syarat berikut [12]: I sc max bus B Iset 0.8 I sc min, A...(7) CT B Isc B Page 50

49 Kenapa NGR-nya di ganti 300? Yang saya ganti bukan NGR nya tetapi nilai CT ground yaitu 300/5 tujuannya untuk memperbaiki sensitivitas dan selektivitas dalam mengenali gangguan dan untuk mempermudah dalam koordinasi rele GFR Page 51

50 30 Ampere itu apakah tidak terlalu kecil?line charging kamu hitung tidak?siapkan untuk besok pertimbanganmu apa? Menurut saya nilai tersebut tidaklah terlalu kecil karena menurut slide dari Bp Wahyudi sudah ditetapkan 5-10% dan untuk pertimbangan dari line charging perlu diperhatikan namun pada kasus tugas akhir ini nilai line chargingnya kecil karena jarak nya pendek hanya dalam lingkup pemakaian daya sendiri beda halnya dengan sistem transmisi yang jaraknya sangat jauh sehingga line charging perlu diperhatikan Page 52

51 Setting rele arus lebih Gangguan beban lebih Ipp = ( )% In Gangguan hubung singkat ketanah (5-10)%In < Ipp < 50%In

52 Perhitungan line charging = 1, I ch =2π x 50 x 1, =2, A/meter Ԑ= F/meter K=kontanta XLPE(2,3-6) r(jari-jari) =9,7=10mm(dibulatkan) R(jari-jari terluar)=12mm Page 54