Studi Koordinasi Proteksi Pada PT. Citic Seram Energy Ltd. Pulau Seram Maluku Tengah

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 Studi Koordinasi Proteksi Pada PT. Citic Seram Energy Ltd. Pulau Seram aluku Tengah 1 Adityo Firmansyah, Heri Suryoatmojo, argo Pujiantara. Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Adityo10@mhs-ee.its.ac.id, margo@ee.its.ac.id Abstrak Gangguan pada sistem tenaga listrik merupakan suatu hal yang sulit terelakan sehingga dibutuhkan fungsi dari sistem pengaman untuk memisahkan bagian yang terganggu dari sistem. PT Citic Seram Energy Ltd dikepulauan seram merupakan perusahaan penghasil minyak dan gas bumi. Suplai listrik merupakan suatu kebutuhan yang harus dipenuhi untuk memenuhi daya listrik pada perusahaan ini. Untuk memenuhi sistem kelistrikannya, PT. Citic Seram Energy Ltd disuplai oleh 3 pembangkit listrik tenaga diesel mandiri dengan 1 pembangkit listrik utama serta 2 pembangkit cadangan emergency diesel generator. Sistem kelistrikan yang terpasang membutuhkan keandalan dan kontinuitas yang sangat baik karena sistem kelistrikan PT. Citic Seram Energy Limited hanya mengandalkan 1 pembangkit utama. Apabila suplai listrik yang ada memiliki kehandalan yang baik, maka proses produksi dapat berjalan dengan baik. Pada tugas akhir ini dibahas mengenai sistem koordinasi proteksi di PT. Citic Seram Energy Ltd untuk. Bedasarkan analisa yang telah dilakukan terdapat ketidak sempurnaan dalam koordinasi rele maupun penggunaan peralatan yang tidak layak. Dari empat tipikal koordinasi yang dianalisis dapat diketahui bahwa ada kesalahan koordinasi pada setelan (setting) pick-up dan time delay pada rele generator. Dalam hal ini kurva rele generator selalu memotong kurva rele pengaman dibawah sehingga selalu terjadi black out. aka perlu dilakukan rekoordinasi rele pengaman dan pergantian beberapa fuse dengan menggunakan rele dan circuit breaker sehingga sensitifitas peralatan pengaman meningkat dan keandalan sistem tetap terjaga. Kata kunci : Ganguan, Kurva rele, PT. Citic Seram Ltd, Rele pengaman. P I. PENDAHULUAN T. Citic Seram Energy Ltd merupakan perusahaan yang bergerak di bidang produksi minyak dan gas bumi yang terletak di kepulauan Seram provinsi aluku Tengah. Suplai listrik merupakan suatu kebutuhan yang harus dipenuhi untuk memenuhi daya listrik pada perusahaan ini. Untuk memenuhi sistem kelistrikannya, PT. Citic Seram Energy Ltd disuplai oleh 3 pembangkit listrik tenaga diesel mandiri dengan 1 pembangkit utama dengan kapasitas 1.4 W dan 2 pembangkit cadangan emergency generator dengan masingmasing berkapasitas 1.4 W. enjaga keandalaan suatu sistem merupakan suatu keharusan dalam upaya menjaga kontinuitas oprasional,khususnya untuk industri perminyakan dan pengolahan gas alam. Salah satu cara mendapatkan keandalan suatu sistem adalah dengan memperbaiki koordinasi pengaman dimana suatu pengaman harus dapat bekerja sesuai dengan peran dan fungsinya baik sebagai pengaman utama maupun sebagai pengaman cadangan selain itu kampuan selektif dan sensitivitas suatu peralatan pengaman dalam mendeteksi titik gangguan merupakan hal yang perlu diperhatikan. untuk mendapatkan keandalan suatu sistem. Untuk memperoleh sistem proteksi yang handal, maka diperlukan suatu koordinasi antar peralatan pengaman. Pertama, peralatan pengaman harus dapat merasakan dan mengamankan arus gangguan minimum pada titik gangguan yang terdekat(sensitivity). Kedua, antar pengaman satu dengan pengaman yang lainnya harus dapat bekerja sesuai dengan perannya yaitu kapan pengaman tersebut sebagai pengaman utama dan kapan pengaman tersebut bekerja sebagai pengaman cadangan. Dengan sensitivitas dan selektivitas yang baik dan relevan dari suatu pengaman dalam mengisolir gangguan,keandalan dan kontinuitas supplaí daya akan tetap terjaga optimal Analisa keandalan kelistrikan pada PT.Citic Seram Energy Limited kepulauan Seram dilakukan dengan membahas sistem koordinasi peralatan pengaman yang berpedoman pada desain kriteria dari masing-masing peralatan pengaman dengan memodelkan dan mensimulasikan sistem kelistrikan tersebut dimana diharapkan dengan penyelesaian persoalan setting dan koordinasi rele proteksi dapat diperoleh hasil yang paling optimal dan akhirnya dapat digunakan sebagai salah satu acuan atau masukan untuk penyelesaian kasus yang sama. Dengan latar belakang tersebut, maka dilaksanakan tugas akhir ini dengan tujuan ini adalah mempelajari kualitas daya dari sistem kelistrikan di PT.Citic Seram Energy Ltd kepulauan Seram, khususnya mengetahui besarnya arus gangguan yang kemungkinan terjadi dan memperhatikan karateristik serta pola setting peralatan pengaman yang terpasang. Analisa keandalan kelistrikan pada PT.Citic Seram Energy Ltd kepulauan Seram dilakukan dengan membahas sistem koordinasi peralatan pengaman yang berpedoman pada desain kriteria dari masing-masing peralatan pengaman dengan memodelkan dan mensimulasikan sistem kelistrikan tersebut dimana diharapkan dengan penyelesaian persoalan setting dan koordinasi rele proteksi dapat diperoleh hasil yang paling optimal dan akhirnya dapat digunakan sebagai salah satu acuan atau masukan untuk penyelesaian kasus yang sama. Adapun untuk dapat mencapai tujuan seperti tersebut di atas, maka dalam pelaksanaan tugas akhir ini digunakan metodologi yang diberikan dalam diagram alir pada Gambar 1.

2 JURNAL TEKNIK POITS Vol. 1, No. 1, (2013) START Pengumpulan Data dan Literatur Pemodelan Single Line Diagram Sistem pada Software ETAP Analisis Loadflow Simulasi dan Analisis Hubung Singkat Simulasi Koordinasi Sistem Proteksi Koordinasi Aman? Ya Pembuatan Laporan STOP Gambar 1. etodologi pelaksanaan tugas akhir II. TEORI PENUNJANG Tidak Resetting Rele A. Rele Arus Lebih Rele arus lebih adalah rele yang beroperasi atau mendeteksi adanya gangguan ketika arus yang mengalir melebihi batas yang diijinkan [1]. Rele arus lebih dapat digunakan untuk melindungi hampir semua bagian pada sistem tenaga listrik misalnya jaringan transmisi, trafo, generator, atau motor [2]. Rele arus lebih ini dapat berupa rele arus lebih waktu invers (inverse time overcurrent relay), rele arus lebih waktu tertentu (definite overcurrent relay), atau berupa rele arus lebih waktu instan (instantaneous overcurrent relay). Adapun kurva karakteristik kerja dari rele arus lebih ini diberikan pada Gambar 2. Tap = I set primary Setelan time dial menentukan waktu operasi rele. Untuk menentukan time dial dari masing-masing kurva karakteristik invers rele arus lebih dapat digunakan persamaan sebagai berikut [8]: td = K T 1 1 Iset Di mana : td = waktu operasi (detik) T = time dial I = nilai arus (Ampere) Iset = arus pickup (Ampere) k = koefisien invers 1 (lihat Tabel I) = koefisien invers 2 (lihat Tabel I) β = koefisien invers 3 (lihat Tabel I) TABEL I KOEFISIEN INVERS TIE DIAL Tipe Kurva K Standard Inverse 0,14 0,02 2,970 Very Inverse 13,50 1,00 1,500 Extremely Inverse 80,00 2,00 0,808 C. Koordinasi Arus dan Waktu pada Rele Arus Lebih Rele arus lebih bekerja berdasarkan besarnya arus masukan, bila arus masukan melebihi suatu harga tertentu yang dapat diatur (Ip) maka rele bekerja. Batas penyetelan setting rele arus lebih sebagai berikut: (1,05-1.4) I maks < Is < 0,8Iscmin Pedoman diatas setting arus yang digunakan adalah: 1,05 I maks < Is < 0,8 Isc min Selain rele arus lebih juga terdapat rele beban lebih, setting arus rele ini biasanya antara ( )% x In. Pada setelan waktu dikenal setting kelambatan waktu (Δt). Perbedaan waktu kerja minimal antara rele utama dan cadangan adalah detik. Untuk rele statik dan digital berbasis mikroprosesor waktu yang diperlukan adalah 0,2-0,4 detik. Bus 4 Bus 3 Bus 2 B Bus 1 A Gambar 2. Kurva karakteristik kerja rele arus lebih [3] B. Penyetelan Rele Arus Lebih Rele arus lebih memiliki setelan pickup dan setelan time dial. Pickup didefinisikan sebagai nilai arus minimum yang menyebabkan rele bekerja (Iset). Pada rele arus lebih, besarnya arus pickup ini ditentukan dengan pemilihan tap. Adapun untuk menentukan besarnya tap yang digunakan dapat menggunakan persamaan berikut : D 0.4 s C 0.7 s ts = t + Δt 1 s ts = t + Δt Gambar 3. Koordinasi rele dengan kelambatan waktu 1.3 s ts = t + Δt III. STUDI KASUS SISTE KELISTRIKAN Trafo A. Sistem Kelistrikan PT. Citic Seram Energy Ltd Dalam upaya melayani kegiatan operasional yang seiring dengan peningkatan produksi, PT. Citic Seram Energy Ltd memiliki pusat pembangkitan tenaga listriknya berupa

3 JURNAL TEKNIK POITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 PLTD, yang terdiri dari 3 unit generator dibangun dengan kapasitas daya pembangkitan maksimum 1.4 W di tiap generator yang digunakan untuk menyuplai beban beban. Tujuan studi ini untuk menentukan setting rele yang tepat untuk koordinasi proteksi sistem kelistrikan pada PT. Citic Seram Energy Ltd, yang sekarang disuplai hanya oleh 1 generator yang menyuplai semua beban. Jaringan distribusi sistem tenaga listrik yang digunakan di PT. Citic Seram Energy Ltd adalah sistem radial. Secara umum memang jaringan distribusi radial sering digunakan pada sistem kelistrikan industri. Sistem ini mempunyai beberapa keuntungan antara lain: lebih mudah dalam memperkirakan dan mengontrol aliran daya, mudah dalam perancangan sistem proteksinya, relatif lebih murah, arus gangguan yang mengalir biasanya lebih kecil dan mudah dalam pengontrolan tegangan [10]. Tegangan yang digunakan pada sistem ini 3.3 kv dan 0,38 kv B. Pemilihan Tipikal Koordinasi Untuk mempermudah studi koordinasi rele pengaman pada sistem kelistrikan PT. Citic Seram Energy Ltd, diambil beberapa tipikal koordinasi yang dapat mewakili bentuk koordinasi keseluruhan sistem pengaman arus lebih yang ada. Terdapat empat tipikal koordinasi yang diambil, yaitu tipikal 1, tipikal 2, tipikal 3 dan tipikal 4. Keempat tipikal koordinasi pada sistem kelistrikan PT. Citic Seram Energy Ltd dapat dilihat lebih jelas pada potongan single line diagram sistem kelistrikan PT. Citic Seram Energy Ltd pada Gambar 5. Tipikal 1 : Koordinasi mulai dari Bus FF AIN 3.3 KV hingga Bus 129 yang terdapat motor dengan tegangan 2.23 KV 193 HP. Tipikal 2 : Koordinasi pengaman mulai dari Bus FF AIN 3.3 KV hingga bus 02- LV-3001 incoming. Tipikal 3 : Koordinasi mulai dari Bus FF AIN 3.3 KV hingga Bus 40 yang terdapat motor dengan tegangan 2.23 KV 154 HP.. Tipikal 4 : Koordinasi mulai dari Bus FF AIN 3.3 kv yang terdapat motor tegangan menengah 355 kw FF-AIN 3.3 kv 01B-V TR kva 11 kv 01B-LV TR kva 02-LV kv 80-G-001A G 3300 V 01C-V-3001B 80-G-001B G 3300 V 01A-LV C-V-3001A 80-G- G 3300 V OSEIL #4 NETWORK 3.3 kv 3.3 kv Gambar 4. Tipikal koordinasi rele pengaman PT. Citic Seram DP SPARE V OTORs IV. HASIL SIULASI DAN ANALISIS A. Simulasi Hubung Singkat inimum Hubung singkat minimum adalah hubung singkat yang terjadi ketika sistem beroperasi pada kondisi suplai beban minimum. Di mana pada kondisi ini sistem disuplai oleh sumber satu generator. Total daya yang mengalir pada kondisi ini adalah sekitar 1.4 W. Pada simulasi hubung singkat minimum, diperoleh nilai arus hubung singkat minimum 30 cycle dari software ETAP yang dapat dilihat pada Tabel II. TABEL II DATA HASIL SIULASI HUBUNG SINGKAT INIU Bus Tegangan Arus Hubung Singkat inimum FF AIN 3.3 kv 1.13 ka Bus 87(oseil2) 11 KV KA 01B-V KV KA Bus 129(oseil 6) 2.23KV KA 02-LV KV 6.91 KA Bus kv 1.13 ka 01-V-3001B 3.3 kv 1.07 ka Bus kv ka B. Simulasi Hubung Singkat aksimum Hubung singkat maksimum adalah hubung singkat yang terjadi ketika sistem beroperasi pada kondisi suplai beban maksimum. Di mana pada kondisi ini suplai beban maksimum yang terjadi adalah sama dengan kondisi beban minimum dikarenakan generator yang aktif hanya satu generator. Saat pembangkitan maksimum ini diperoleh besarnya nilai hubung singkat maksimum yaitu hubung singkat 3 fasa. Hubung singkat ini digunakan untuk setting rele arus lebih. Adapun nilai arus hubung singkat maksimum ½ cycle yang diperoleh dari simulasi hubung singkat pada software ETAP disajikan pada Tabel III. TABEL III DATA HASIL SIULASI HUBUNG SINGKAT AKSIU Bus Tegangan Arus Hubung Singkat aksimum FF AIN 3.3 kv 2.48 ka Bus 87(oseil2) 11 KV KA 01B-V KV KA Bus 129(oseil 6) 2.23KV KA 02-LV KV 12.26KA Bus kv 2.48 ka 01-V-3001B 3.3 kv 2.09 ka Bus kv 0.86 ka C. Analisis Koordinasi Pengaman Rele Arus Lebih Single line diagram yang ditunjuk pada Gambar 5 merupakan salah satu bentuk tipikal koordinasi rele pengaman 3

4 JURNAL TEKNIK POITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 pada PT Citic Seram Energy Ltd dan data setelan existing dari rele-rele pengaman pada tipikal 1 diberikan pada Tabel IV sebagai berikut. FF-AIN 3.3 kv 80-G- G 3300 V Dari tabulasi setelan rele di atas, dapat kita plot kurvanya dengan Star-Protective Device Coordination dalam software ETAP 7.0. Data-data di atas selanjutnya dimasukkan pada Relay Editor sehingga menghasilkan plot kurva yang dapat kita lihat di Star Systems seperti yang dapat kita lihat pada Gambar 5 berikut ini TR kva 11 kv 01B-V Gambar 6. Hasil plot setelan existing rele pada tipikal 1 Gambar 5. Tipikal 1 koordinasi rele pengaman PT. Citic Seram odel Fuse 33 R.02-TR-2002 TABEL IV DATA SETELAN EXISTING RELE PADA TIPIKAL 1 [11] 16A Pickup () 0,53 Time Dial 1.5 Instantaneous Pickup (>) Pickup () 0,5 Time Dial - Instantaneous Pickup (>) Dari hasil plotting di atas, dapat diketahui adanya beberapa setelan dan koordinasi yang kurang baik. Diantaranya adalah - setelan pickup rele R-02-TR Dari hasil plot Gambar 6 dapat dilihat bahwa setelan pickup rele R-02-TR-2002 berada disebelah kiri full load ampere (FLA) trafo 02-TR Selanjutnya terdapat kurva rele yaitu rele generator dan rele trafo 02-TR-2002 yang saling overlap, Kedua rele ini tidak terkoordiansi secara sempurna, misalakan terjadi gangguan disisi 11 KV maka ditandai oleh timbulnya Isc un-bolted sehingga rele generator akan putus dengan seketika. Oleh sebab itu direkomendasikan untuk dilakukan penyetelan ulang sesuai dengan perhitungan rumus sebagai berikut. a) Pedoman untuk setting arus yang digunakan adalah: 1,05 I maks < Is < 0,8 Isc min

5 JURNAL TEKNIK POITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 b) Kurva karakteristik invers rele arus lebih dapat digunakan persamaan sebagai berikut [8]: td = K T 1 Iset 1 c) kelambatan waktu (Δt). Perbedaan waktu kerja minimal antara rele utama dan cadangan adalah detik. Untuk rele statik dan digital berbasis mikroprosesor waktu yang diperlukan adalah 0,2-0,4 detik. Relay ID & odel R.R-01B-TR R.02-TR-2002 TABEL V SETELAN RELE UNTUK RESETTING PADA TIPIKAL 1 50/5 Pickup Range Sec. 0,1-25 Pickup () 0.3 Time Dial 0.12 Instantaneous Pickup (>) 3 A 0,1 s Pickup Range Sec. 0,1-25 Pickup () 0.67 Time Dial 0,225 Instantaneous Pickup (>) ,30 VIT Pickup () 0,64 Time Dial 0,49 Instantaneous Pickup (>) ,70 5 Data setelan existing dari rele-rele pengaman arus lebih lainya diberikan pada Tabel VI sebagai berikut. Gambar 7. Hasil plot setelan Resetting rele pada Tipikal 1 Pada Gambar 7 menunjukkan kurva rele dimana peengaturan pickup antara rele overload generator dan rele transformator 02-TR-2002 sudah memenuhi standar. Jika terjadi gangguan maksimum 3-fasa pada sisi 11 kv, rele transformator 02-TR-2002 akan bekerja terlebih dahulu, sementara rele generator akan berfungsi sebagai cadangan. Hal ini akan meminimalkan terjadinya pemadaman (blackout). Pengaturan instantaneous rele generator dan rele transformator 02-TR-2002 juga berfungsi melindungi bus FF AIN jika terjadi short circuit secara tiba tiba. Pada Gambar 7 terlihat bahwa setelen rele sudah lebih baik. Kurva inverse tidak lagi berada mengenai panah FLA, sehingga ketika arus naik mencapai nilai maksimumnya rele tidak bekerja, Selain itu koordinasi pengaman backup juga sudah tidak lagi overlap, Grading time juga diberikan sebesar 0,2 detik sehingga adanya miss-coordination ketika terjadi gangguan hubung singkat dapat dihindari. Relay ID & odel R.02-TR TABEL VI DATA SETELAN EXISTING RELE ARUS LEBIH [11] 200/5 Fuse 22 Gould Shawmut A03301 Fuse 2 Gould Shawmut A03301 R.225 Alstom P220 Pickup () 0,65 Time Dial 1.5 Instantaneous Pickup (>) Pickup () 0,5 Time Dial - Instantaneous Pickup (>) R 4R Thermal Overload Pickup () 0,59 Ke 2 Instantaneous Pickup (>)

6 JURNAL TEKNIK POITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 Dengan menggunakan langkah perhitungan yang sama seperti pada tipikal sebelumnya, maka didapatkan setelan rele arus lebih lainya sebagai berikut. Relay ID & odel R.02-TR-2001 TABEL VII SETELAN RELE UNTUK RESETTING RELE ARUS LEBIH 200/5 Pickup Range Sec. 0,1-25 Pickup () 0.75 Time Dial 0,11 Instantaneous Pickup (>) ,30 VIT Pickup () 0,64 Time Dial 0,49 Instantaneous Pickup (>) ,70 2. Grading time yang diberikan terlalu sempit. Hal ini dapat menyebabkan koordinasi yang kurang baik sebab ada kemungkinan rele backup juga ikut trip karena tidak memberikan waktu yang cukup untuk rele pengaman utama selesai memutus ganguan terlebih dahulu. 3. Hasil plot tipikal-tipikal diatas menunjukkan perbaikan kurva rele pengama yang sudah memenuhi standar. UCAPAN TERIA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Allah SWT yang senantiasa memberikan rahmat dan hidayahnya. Terima kasih kepada kedua orang tua saya, kedua adik-adik saya (Fajri dan inggit) dan Intan Puteri Perdani atas supportnya. Terima kasih kepada bapak argo Pujiantara dan bapak Heri Suryoatmojo atas bimbingannya selama ini dan Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember yang telah menfasilitasi penulisan penelitian ini. 6 R 01C-TR Alstom P /5 Pickup Range Sec. 0,1-25 Pickup () 0.6 Time Dial 0.12 Instantaneous Pickup (>) 5 0,1 Rele /5 Curve type Pickup Range x sec Alstom pick up 0.83 P127 Time Dial Instanteneous pickup R.225 Alstom P220 Thermal Overload Pickup () 0,59 Ke 2 Instantaneous Pickup (>) V. PENUTUP Kesimpulan Berdasarkan hasil studi dan analisis koordinasi rele pengaman pada PT. Citic Seram Energy Ltd 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. REFERENSI [1] Anderson, P., Power System Protection, John Wiley & Sons, Inc., Canada, 1998, Ch. 3. [2] Phadke, Arun G, dan Thorp, James S, Computer Relaying for Power System, John Wiley and Sons, Ltd., England, 2009, Ch. 2. [3] Blackburn, J. Lewis, dan Domin, Thomas J, Protective Relaying Principles and Application 3 rd Edition, CRC Press, USA, 2006, Ch. 9. [4] asson, C. Russel, The Art & Science of Protective Relaying, John Wiley & Sons, Inc., Canada, 1956, Ch. 2. [5] Horak, Jhon, Directional Overcurrent Relaying (67) Concepts, ember IEEE, Basler Electric,, January, 2006 pp [6] Prévé, Christophe, Protection of Electrical Networks, ISTE Ltd., 2006, London, Ch. 7, 9. [7] Gurevich, Vladimir, Electric Relays, Principle and Application, CRC Press, USA, 2006, Ch. 10. [8] Trip Curve, IEC---A-10PU_1, Alstom, [9] IEEE Std , IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, 2001, Ch. 15. [10] Power System Analysis, Studi Load Flow, PT. Citic Seram Energy Ltd. [11] Power System Analysis, Proteksi, PT. Citic Seram Energy Ltd.