Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Transkripsi

1 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

2 Tujuan Melakukan analisis terhadap sistem pengaman tenaga listrik di PT.PLN (PERSERO) Melakukan evaluasi rele pengaman dan mendapatkan koordinasi rele pengaman yang terbaik pada sistem kelistrikan di plan tersebut Menambah wawasan dan pengetahuan tentang transmisi dan distribusi tenaga listrik serta proteksi pada sistem kelistrikan di PT.PLN (Persero) 1

3 Batasan Masalah Rele pengaman yang disetting dan dikoordinasikan adalah rele arus lebih (overcurrent relay) dan rele differential sebagai pengaman utama pada transformator daya Tempat pengambilan data di Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi (GITET) PT.PLN (PERSERO) yang berlokasi di Kediri. Software yang digunakan untuk simulasi adalah menggunakan ETAP dan untuk menggambarkan kurva karakteristik rele pengaman arus lebih menggunakan Star-Protective Device Coordination 2

4 Sistem Kelistrikan Sistem Transmisi : Sistem transmisi yang digunakan radial, dengan tegangan tinggi 500kV dan 150kV. Sistem Distribusi : Sistem distribusi yang digunakan berada pada tegangan rendah 20kV, yang selanjutnya disalurkan pada trafo distribusi didaerah perumahan dan industri. Sistem Pembangkitan : Daya listrik disuplai oleh pembangkit Pedan dan Paiton yang mana suplai daya tersebut ditransmisikan melalui kabel SUTET menuju trafo daya 500 MVA di GITET Kediri. Beban : Total beban terpasang berupa beban statis maupun beban dinamik yang terintegrasi dengan GITET dan GI lain didaerah kediri dan sekitarnya lebih dari 100 MVA 3

5 Single Line Diagram UTILITY Power Grid from Paiton & Banaran Transmited by Extra High Voltage Transmission Line 500 kv, Condition 4 PowerGrid: Always On BUS-1 TRAFO 1 500/150 kv TRAFO 2 500/150 kv LINE-2 Substation which Integrated with GITET, GI Banaran, GI Tulungagung, GI Pare. BUS-3 TRAFO 150/70 kv BUS-4 TRAFO 150/20 kv FUTURE FEEDER TRAFO 3 150/20 kv BUS-7 Main Power Transformator in GITET Kediri BUS-5 BUS-6 BUS-12 BUS-10 BUS-13 BUS-15 BUS-9 Bus-14 BUS-10 BUS-8 TRAFO 70/20 kv c 54

6 Pemilihan Tipikal Koordinasi 5

7 Simulasi Arus Hubung Singkat 30 Cycle Bus Tegangan Arus Hubung Singkat Maksimum Arus Hubung Singkat Minimum Bus kv ka ka Line kv ka ka Bus kv ka ka Bus kv ka ka Bus-5 70 kv ka ka Bus-6 20 kv ka ka Bus-7 20 kv ka ka Bus-8 70 kv ka ka Bus-9 20 kv ka ka Bus kv ka ka Bus kv ka ka Bus12 20 kv ka ka Bus kv ka ka Bus kv ka ka Bus kv ka ka 6

8 Tabulasi Eksisting Tipikal Koordinasi 1 Protective Device Setting ID Relay Mfgr. Type ANSI Code Curve CT x In Iset (A) Time Dial Time Delay Rele50 Areva Micom P SI 300 / DT 300 / OCR Sekunder Trafo3 Areva Micom P SI 2000 / DT 2000 / OCR Primer Trafio3 OCR S T1 OCR P T1 Areva Areva Areva Micom P122 Micom P121 Micom P SI 300 / DT 300 / SI 2500 / DT 2500 / SI 1000 / DT 1000 /

9 Tipikal Koordinasi 1 Missmatch dan Overlapping Kurva OCR Primer Trafo1 menabrak karakteristik trafo 9

10 Rekomendasi Resetting Rele50 (CT Ratio : 300 / 5) Curve Type : Standard Inverse Time 12

11 Rekomendasi Resetting Rele OCR Sekunder Trafo3 (CT Ratio : 2000 / 5) Curve Type: Standard Inverse Time 13

12 Rekomendasi Resetting Rele OCR Primer Trafo3 (CT Ratio : 300 / 5) Curve Type: Standard Inverse Time 14

13 Rekomendasi Resetting Rele OCR Sekunder T1 (CT Ratio : 2500 / 1) Curve Type: Standard Inverse Time 15

14 Rekomendasi Resetting Rele OCR Primer T1 (CT Ratio : 1000 / 1) Curve Type: Standard Inverse Time 18

15 Tabulasi Resetting Tipikal Koordinasi 1 Protective Device Setting ID Relay Mfgr. Type ANSI Code Curve CT x In Iset (A) Time Dial Time Delay Rele50 Areva Micom P SI 300 / DT 300 / s OCR Sekunder Trafo3 Areva Micom P SI 2000 / DT 2000 / s OCR Primer Trafio3 OCR S T1 OCR P T1 Areva Areva Areva Micom P122 Micom P121 Micom P SI 300 / DT 300 / s 51 SI 2500 / DT 2500 / s 51 SI 1000 / DT 1000 / s 19

16 Tipikal Koordinasi 1 Grading time dari kedua Kurva OCR pengaman trafo ini sudah tepat berada pada 0.2 s 0.4 s (std. IEE 242) 0.3s Grading time Kurva OCR Rele50 dan OCR Sekunder Trafo3 sudah tepat berada pada 0.2 s 0.1s 20

17 Tabulasi Eksisting Tipikal Koordinasi 2 Protective Device Setting Circuit Mfgr. Type ANSI Code CT Curve x In Iset (A) Time Dial Time Delay Rele55 OCR S T2P OCR P T2P OCR Arah Pare OCR S TP OCR P TP Areva Areva Areva ABB Micom P122 Micom P122 Micom P122 SPAJ 140C 51 SI 200 / DT 200 / SI 600 / DT 600 / SI 200 / DT 200 / NI 400 / DT 400 / ABB SPAJ 140C 51 NI 600 / DT 600 / ABB SPAJ 140C 51 NI 400 / DT 400 /

18 Tipikal Koordinasi 2 Missmatch dan Overlapping 23

19 Tabulasi Resetting Tipikal Koordinasi 2 Protective Device Setting Circuit Mfgr. Type ANSI Code CT Curve x In Iset (A) Time Dial Time Delay Rele55 OCR S T2P OCR P T2P OCR Arah Pare OCR S TP OCR P TP Areva Areva Areva ABB ABB Micom P122 Micom P122 Micom P122 SPAJ 140C SPAJ 140C 51 SI 200 / DT 200 / SI 600 / DT 600 / SI 200 / DT 200 / NI 400 / DT 400 / NI 600 / DT 600 / ABB SPAJ 140C 51 NI 400 / DT 400 /

20 Tipikal Koordinasi 2 Grading time dari kedua Kurva OCR pengaman trafo ini sudah tepat berada pada 0.2 s 0.4 s (std. IEE 242) 0.1s 0.3s 27

21 Differential Relay as Bus Protection Rele Diferensial sebagai Pengaman Bus Rele Diferensial tipe High Impedance Rele Differensial jenis High impedance menggunakan stabilising resistor yang dipasang seri dengan rele differensial arusnya. Rele disetting dengan memperhitungkan sensitivitas untuk gangguan internal dan stabilitas untuk gangguan eksternal. Sensitivitas terhadap gangguan internal ditentukan oleh besarnya setting arus rele. Setelan arus ditentukan (20% 30%) In CT.

22 Eksisting Data Rele dan CT Data Rele Diferensial yang Terpasang pada Bus 150 kv Areva Micom P123 Arus Nominal (In) = 1 A Burden Relay = 6VA (standby) + 0.4VA (when energized) Data CT Ratio CT = 2500/1 A Tahanan CT = 15 Ω Tahanan Kabel = 1 Ω Tahanan rele = Ω Arus Gangguan (If) = A Data Rele Diferensial yang Terpasang pada Bus 500 kv Areva Micom P123 Arus Nominal (In) = 1 A Burden Relay = 6VA (standby) + 0.4VA (when energized) Data CT Ratio CT = 2500/1 A Tahanan CT = 15 Ω Tahanan Kabel = 1 Ω Tahanan rele = Ω Arus Gangguan (If) = A

23 Perhitungan Stabilitas Resistor Bus 150 kv Bus 500 kv

24 Tabel Proteksi Bus Jenis Proteksi Diferensial Setting Eksisting Hasil Perhitungan Resetting Bus 500 kv Rs = 1150 Ω Rs = 2394 Ω Rs = 2000 Ω Proteksi Bus Bus 150 kv Rs = 1600 Ω Rs = 1883 Ω Rs = 1800 Ω Rele Differensial jenis High impedance menggunakan Rele Micom P632 untuk proteksi bus 500 kv dan Micom P123 untuk proteksi bus 150 kv. Batas impedansi pada high impedance differential relay berada pada kisaran (1600 Ω Ω) std IEEE

25 Differential Relay as Transformer Protection Spesifikasi Trafo Daya Trafo 1 (500kV) Trafo2 (500kV) Trafo 3 (150kV) Type: Elin Type: Mitsubishi Type: Unindo Daya: 500 MVA Daya: 500 MVA Daya: 60 MVA Rele diferensial merupakan suatu rele yang bekerja berdasarkan keseimbangan (balance), yang membandingkan arus-arus (CT) yang terpasang pada terminal-terminal peralatan atau instalasi listrik yang diamankan, yang dalam kasus ini adalah trafo daya. Tegangan: 500kV/150kV Tegangan: 500kV/150kV Tegangan: 150kV/20kV Vektor: Ynyn0 Vektor: Ynyn0 Vektor:Ynyn0 Impedansi: 13.1% Impedansi: 13.1% Impedansi: 10% CT primer: 1000/1 CT primer: 1000/1 CT primer: 300/5 CT sekunder: 2500/1 CT sekunder: 2500/1 CT sekunder: 2000/5

26 Differential Relay as Transformer Protection Perhitungan Rele Diferensial Sebagai Pengaman Trafo 500 kv

27 Differential Relay as Transformer Protection Perhitungan Rele Diferensial Sebagai Pengaman Trafo 150 kv

28 Tabel Setting Rele Proteksi Trafo Jenis Proteksi Diferensial Setting Eksisting Hasil Perhitungan Resetting Trafo1 500 kv Slope 1= 30 % Slope1= 28.2% Slope1= 30% Proteksi Trafo Trafo2 500 kv Slope 1= 30 % Slope1= 28.2% Slope1= 30% Trafo3 150 kv Slope 1= 30 % Slope1= 11.8% Slope1= 20% Rele Differensial pengaman trafo menggunakan Rele Micom P632 untuk proteksi Trafo Elin dan Mitsubishi 500/150 kv dan Trafo Unindo 150/20 kv. Pemilihan Slope Minimum adalah 10% dengan step pertambahan sebesar 1% (Areva MiCOM P632)

29 Kesimpulan Grading time yang digunakan pada perhitungan manual resetting rele pengaman adalah sebesar detik. Pada typical 1, selisih waktu antara rele50 sebagai pengaman beban dengan rele OCR sekunder trafo 150kV tepat 0.2 s, sedangkan untuk selisih OCR sekunder dan primernya sebesar 0.39 s hasil ini dinilai sesuai dengan standard grading time sebesar detik (standar IEEE 242) Kerja rele diferensial tidak terkordinasi dengan pengaman lain hal ini karena prinsip kerja rele adalah seketika (instant), dimana dilakukan perbandingan arus yang masuk dan keluar rele. Untuk rele diferensial pengaman trafo dilakukan perhitungan slope yang mengacu pada standard, yang mana slope I berada pada kisaran 30 50% (referensi slope untuk rele diferensial ABB dan Micom). Pada setting eksisting trafo 500 kv slope 1 diset pada 30%, sedangkan pada perhitungan didapat nilai 28,1% yang mana dipilih 30% menyesuaikan dengan range/step nilai pada rele datasheet. Setting yang dilakukan pada rele diferensial pengaman trafo 500kV sudah sesuai jika ditinjau dari hasil perhitungan maupun standard yang ada 34

30 Saran Penulis menyarankan pertimbangan ulang setting yang ada dengan mengacu pada hasil dari perhitungan dan koordinasi rele pengaman arus lebih dari laporan tugas akhir ini, karena sudah dirasa relatif benar dan aman untuk diaplikasikan dan digunakan sebagai bahan pertimbangan untuk pengaturan rele pada sistem kelistrikan industri yang terkait. Dimana koordinasi antara rele utama dan backup sudah sesuai dengan interval waktu (IEE ) Rele diferensial, pada data eksisting setelan slope sudah benar dengan memilih slope 1 30%. Untuk setting proteksi busbar penulis menyarankan pemilihan proteksi pada busbar 150kV menggunakan resistansi stabilitas maksimal sebesar 1800 Ω. 35

31 Pertanyaan Seminar Jelaskan mengenai CB gagal trip Kurva rusaknya trafo (damage curve) Kenapa waktu kerja rele minimum 0.2, darimana angka 0.2? Relay yang dipakai type apa? Relay pengaman pada transmisi itu apa saja

32 Jawaban CB 2 CB 1 Penyebab CB gagal trip adalah ketidak mampuan rele untuk merasakan adanya gangguan dan memberikan perintah CB untuk trip, bisa juga karena kesalahan koordinasi waktu kerja rele. Pada gambar diatas jika rele gagal untuk memberi perintah trip CB1 maka koordinasi yang benar adalah CB2 sebagai backup proteksi harus mampu mutus gangguan.

33 Jawaban Kurva Damage Curve Trafo Dari Kurva tsb dapat dilihat Bahwa waktu minimum dari Damage curve trafo adalah 2 sekon.

34 Jawaban Angka grading time s standar IEEE 242 yang dijabarkan sebagai berikut: Waktu terbuka CB : s (2-5 Cycle) Overtravel dari rele : 0.1 s Faktor Keamanan : s Untuk rele static dan rele digital berbasis microprosesor overtravel time dari rele dapat diabaikan. Sehingga total waktu = s

35 Jawaban Tipe Relay yang dipakai di GITET adalah type rele digital Pengaman yang ada pada transmisi adalah rele arus lebih, rele jarak, rele groudfault, rele undervoltage.

36