Perencanaan Koordinasi Rele Pengaman Pada Sistem Kelistrikan Di PT. Wilmar Gresik Akibat Penambahan Daya

Transkripsi

1 Perencanaan Koordinasi Rele Pengaman Pada Sistem Kelistrikan Di PT. Wilmar Gresik Akibat Penambahan Daya Duta Satria Yusmiharga, Ontoseno Penangsang, Wahyudi Jurusan Teknik Elektro FT - TS Abstract--PT. Wilmar Nabati donesia adalah salah satu dari beberapa group bisnis global yang menjalankan proses produksi di bidang industri minyak nabati, oleo dan bio energy. Sistem kelistrikan di PT. Wilmar mempunyai beberapa suplai energi untuk memenuhi kebutuhan beban operasionalnya yaitu PLN, dua unit Steam Turbine Generator (STG) dengan kapasitas terpasang masing-masing STG adalah 15 MW, dua unit Diesel Generator (DG) dengan kapasitas terpasang masing-masing 3,4 MW. Dalam waktu dekat PT. Wilmar berencana untuk menambah satu pembangkit baru dengan kapasitas 6.4 dan juga menambah beban-beban baru yang terletak pada beban fase 2. Berdasarkan latar belakang tersebut maka akan dilakukan perencanaan koordinasi rele pengaman pada sistem kelistrikan di PT. Wilmar khususnya pada beban fase 2 yang merupakan sistem kelistrikan yang baru dan akan dibangun di PT.Wilmar dalam waktu dekat. Rele pengaman yang akan dikoordinasikan adalah rele overcurrent. Untuk membantu proses perencanaan koordinasi rele pengaman ini digunakan software pendukung yaitu ETAP 7.0. Dari empat tipikal yang diambil telah dilakukan perhitungan yang sesuai dengan standard yang digunakan untuk koordinasi rele pengaman. Kata kunci : rele pengaman, koordinasi. PENDAHULUAN PT. Wilmar Nabati donesia adalah salah satu dari beberapa group bisnis global yang menjalankan proses produksi di bidang industri minyak nabati, oleo dan bio energy. Sistem kelistrikan di PT. Wilmar mempunyai bebrapa suplai energi untuk memenuhi kebutuhan beban operasionalnya yaitu PLN, dua unit Steam Turbine Generator (STG) dengan kapasitas terpasang masing-masing STG adalah 15 MW, dan dua unit Diesel Generator (DG) dengan kapasitas terpasang masing-masing 3,4 MW. PT. Wilmar berencana menambah pembangkit hingga 6,4 MW dalam lima tahun ke depan. Selain menambah pembangkit baru PT. Wilmar juga menambah beban-beban baru seperti beban motor compressor sebesar 1 KW, beban lump seperti Future Soya Bean sebesar 3MVA, Future Flour Mill 1 sebesar 3MVA, Future Flour Mill 2 sebesar 3MVA, Future Flour Mill 3 sebesar 3MVA, Future PK Crush sebesar 3MVA, Fal_01_Palnt sebesar 2MVA, Fal_02_Palnt sebesar 2MVA, dan Ref&Fract_3000T sebesar 3 MVA yang terdapat pada beban fase 2. Dengan adanya generator dan beban-beban baru yang terdapat pada beban fase 2 tentunya diperlukan suatu perencanaan dan rekomendasi koordinasi rele pengaman untuk rele-rele yang ada pada beban fase 2 tersebut khususnya rele over current. Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk memberikan suatu rekomendasi koordinasi rele pengaman pada beban fase 2 tersebut.. DASAR TEOR A. Rele Arus Lebih Rele arus lebih merupakan suatu jenis rele yang bekerja berdasarkan besarnya arus masukan, dan apabila besarnya arus masukan melebihi suatu harga tertentu yang dapat diatur ( p ) maka rele arus lebih bekerja. Dimana p merupakan arus kerja yang dinyatakan menurut gulungan sekunder dari trafo arus (CT). Bila suatu gangguan terjadi didalam daerah perlindungan rele, besarnya arus gangguan f yang juga dinyatakan terhadap gulungan sekunder CT juga. Rele akan bekerja apabila memenuhi keadaan sebagai berikut [1]: f > p rele bekerja (trip) f < p tidak bekerja (blok) 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). B. Penyetelan Rele Arus Lebih Pada dasarnya pada saat penyetelan rele arus lebih, arus setingnya harus lebih besar dari arus beban maksimumnya [3]. Batas penyetelan harus memperhatikan kesalahan pick up. Menurut Standart British BS 142, batas penyetelan adalah antara nominal et [4]. Pada penyetelan rele arus lebih juga harus memperhatikan batas maksimum seting untuk alasan keamanan dan back up hingga ke sisi muara (downstream). Estimasi seting ditetapkan [3] : et < 0.8 sc min... (1) Dengan c min adalah arus hubung singkat 2 fasa pada saat pembangkitan minimum. Besar arus ini diperoleh dari arus hubung singkat maksimum 3 fasa pada pembangkitan minimum dikalikan Mengacu pada konsep di atas persyaratan setelan arus dapat dirumuskan sebagai berikut : ( ) maks < et < 0.8 sc min... (2) C. Seting Waktu Rele Arus Lebih Penyetelan waktu kerja rele terutama dipertimbangkan terhadap kecepatan dan selektivitas kerja dari rele, sehingga rele tidak salah beroperasi yang dapat menyebabkan tujuan pengamanan menjadi tidak berarti. Selain itu juga harus diketahui karakteristik relenya. Untuk menentukannya harus dihitung arus hubung singkat maximum, yaitu arus hubung singkat tiga fasa pada pembangkitan maksimum. Gangguan 1

2 yang dihitung di daerah yang paling dekat dengan CB atau di bus. Selain itu juga perlu diketahui waktu operasi dari rangkaian pengaman, yaitu waktu yang diperlukan untuk rele mulai pick-up sampai kontak CB terbuka. Berdasarkan standard EEE [2], yaitu sebagai berikut: waktu terbuka circuit beaker : 0,04 0,1 det (2-5 Cycle) overtravel dari rele : 0,1 det faktor Keamanan : 0,12 0,22 det Untuk rele statik dan rele digital berbasis microprosesor overtravel time dari rele dapat diabaikan. Sehingga total waktu yang diperlukan adalah 0,2 sampai 0,4 detik. terval waktu ini sangat bermanfaat untuk digunakan sebagai pertimbangan dalam koordinasi setting antar rele pada suatu sistem tenaga listrik [3]. D. Seting Pick Up dan Time Dial Rele arus lebih memiliki setelan pickup dan setelan time dial. Pickup didefinisikan sebagai nilai arus minimum yang menyebabkan rele bekerja (et). Pada rele arus lebih, besarnya arus pickup ini ditentukan dengan pemilihan tap. Adapun untuk menentukan besarnya tap yang digunakan dapat menggunakan persamaan berikut : et Tap =... (3) CT primary Pada sistem kelistrikan di PT. Wilmar, peralatan arus lebih yang digunakan adalah rele digital jenis sepam yang merupakan produk dari Merlin Gerin. Dan untuk menentukan time dial untuk rele-rele tersebut digunakan rumus sebagai berikut [5] : k T td =...(4) β -1 et Di mana : td = waktu operasi (detik) T = time dial = nilai arus (Ampere) et = arus pickup (Ampere) k = koefisien invers 1 (lihat Tabel ) = koefisien invers 2 (lihat Tabel ) β = koefisien invers 3 (lihat Tabel ) Tipe Kurva TABEL Koefisien vers Time Dial Koefisien k Standard verse 0,02 2,970 Very verse 13,50 1,00 1,500 Extremely verse 80,00 2,00 0,808 UT LTT D. Koordinasi Rele Pengaman Pengertian koordinasi pengaman yaitu terdapat dua jenis atau lebih peralatan proteksi diantara titik kesalahan/ gangguan. Peralatan ini harus dikoordinasikan untuk memastikan bahwa peralatan yang berada di titik terdekat dengan gangguan harus dioperasikan terlebih dahulu. Kegagalan pada proteksi utama harus dapat diatasi, yaitu dengan proteksi cadangan (back up protection)[6]. Proteksi cadangan ini umumnya mempunyai perlambatan waktu (time delay), hal ini untuk memberikan kesempatan kepada poteksi utama beroperasi terlebih dahulu, dan jika proteksi utama gagal baru proteksi cadangan yang akan beroperasi. Dengan demikian hanya bagian yang mengalami gangguan saja yang dipisahkan atau diisolir dari sistem tersebut. Rele pengaman dengan kemampuan selektif yang baik dibutuhkan untuk mencapai keandalan sistem yang tinggi karena tindakan pengaman yang cepat dan tepat akan dapat memperkecil gangguan menjadi sekecil mungkin.. SSTEM KELSTRKAN D PT. WLMAR NABAT, GRESK, JAWA TMUR Sistem kelistrikan di PT. Wilmar mempunyai bebrapa alternatif suplai energi untuk memenuhi kebutuhan beban operasionalnya yaitu PLN, dua unit Steam Turbine Generator (STG) dengan kapasitas terpasang masing-masing STG adalah 15 MW, dan dua unit Diesel Generator (DG) dengan kapasitas terpasang masing-masing 3,4 MW, pembangkit baru dengan kapasitas 6.4 MW. Tegangan menengah yang digunakan di PT. Wilmar adalah kv. Tegangan tersebut akan diturunkan menjadi tegangan 3.3 kv dan 0.4 kv dengan menggunakan trafo step down dan digunakan untuk menyuplai beban beban yang terpasang di PT. Wilmar baik beban motor, maupun beban lump. Pemilihan tipikal koordinasi rele pengaman diperlihatkan pada gambar 3.1 di bawah ini : Gambar 1 Tipikal koordinasi rele pengaman V. ANALSS HUBUNG SNGKAT DAN KOORDNAS RELE PENGAMAN D PT. WLMAR NABAT A. Analisis Hubung Singkat Minimum 30 Cycle Hubung singkat minimum adalah hubung singkat dua fasa yang terjadi ketika sistem beroperasi pada kondisi suplai beban minimum. Di mana pada kondisi ini sistem disuplai oleh sumber PLN, STG 2 dan NGT. Simulasi hubung singkat minimum 30 cycle ini dilakukan dengan menggunkan software 2

3 ETAP 7.0 dan diperoleh hasil arus gangguan hubung singkat minimum 30 cycle yang disajikan pada table 4.1 dibawah ini : Bus D TABEL Arus gangguan hubung singkat minimum Tegangan Bus ( kv ) c Minimum 30 cycle ( ka ) Compressor Bus SP-BUS-57001b SP-BUS-57001a SP-BUS Future Soya Bean SP-BUS SP-BUS WS-04n SP-BUS REF&FRACT 3000T FAL 01 PLANT FAL 02 PLANT FUTURE PK-CRUSH SP-BUS SP-BUS FUTURE FLOUR MLL FUTURE FLOUR MLL FUTURE FLOUR MLL B. Simulasi Hubung Singkat Maksimum Hubung singkat maksimum adalah hubung singkat tiga fasa yang terjadi ketika sistem beroperasi pada kondisi suplai beban maksimum. Di mana pada saat kondisi ini system disuplai oleh PLN, STG 1, STG 2, DG1, DG 2, dan NGT. Hubung singkat maksimum yang digunakan adalah hubung singkat maksimum 4 cycle yang digunakan untuk seting rele dengan kelambatan waktu 0.1 s, karena jika dikonversi ke besaran waktu maka 4 cycle sama dengan 0.08s. Sedangkan hubung singkat maksimum 30 cycle digunakan untuk seting rele dengan seting kelambatan waktu 0.6s dan seterusnya, karena jika dikonversi ke besaran waktu maka 30 cycle sama dengan 0.6s. Arus gangguan hubung singkat maksimum 4 cycle dan 30 cycle hasil simulasi disajikan pada table V di bawah ini : TABEL V Arus gangguan hubung singkat maksimum Bus D Tegangan Bus c Maksimum (ka) (kv) 4 cycle 30 cycle Compressor Bus SP-BUS-57001b SP-BUS-57001a SP-BUS Future Soya Bean SP-BUS SP-BUS WS-04n SP-BUS REF&FRACT 3000T FAL 01 PLANT Bus D TABEL V Arus gangguan hubung singkat maksimum (lanjutan) Tegangan Bus (kv) c Maksimum (ka) 4 cycle 30 cycle FAL 02 PLANT FUTURE PK-CRUSH SP-BUS SP-BUS FUTURE FLOUR MLL FUTURE FLOUR MLL FUTURE FLOUR MLL C. Perhitungan dan Rekomendasi Koordinasi Tipikal 1 Gambar 2 Tipikal koordinasi 1 R-SWG Manufacturer = Merlin Gerlin Model = Sepam 20 Type = Sepam T-20 Kurva = Standard verse Time Rasio CT = /5 c Min 30 Cycle SP-BUS-57001b = 1626 c Max 4 Cycle Compressor Bus = 5222 Convert to kv = 3.3 x 5222 = c Max 30 Cycle Compressor Bus = 5096 Convert to kv = 3.3 x 5096 = KVA FLA = 3 KV = 0 3 = 110 A 1.05 x FLA 0.8 c Min 30 cycle SP-BUS-57001b p 1.05 x 110 p p p Dipilih Tap = 0.6 Nilai aktual et = 0.6 x = 120 A 3

4 Waktu operasi = td = 0.3 T = Time Dial = et = = T Td = 0,02 2,97-1 t d 2,97 T = 0,02-1 T = 0.3 2, ,02-1 T = 0.34 T 0.34 Dipilih T = c Min 30 cycle SP-BUS-57001b p p p > 0.8 c Min 30 cycle SP-BUS-57001b Berdasarkan seting low set (>) yaitu : p Maka untuk seting high set (>>) adalah sebagai berikut: p Dipilih Tap = 5 Nilai aktual et = 5 x = 1000 A Seting waktu ( t>> ) = 0.1 s R-SWG Manufacturer = Merlin Gerlin Model = Sepam 20 Type = Sepam T-20 Kurva = Standard verse Time Rasio CT = /5 c Min 30 Cycle SP-BUS-57001a = 1626 c Max 4 Cycle Compressor Bus = 5222 Convert to kv = 3.3 x 5222 = c Max 30 Cycle Compressor Bus = 5096 Convert to kv = 3.3 x 5096 = FLA SP-BUS-57001a = = x FLA 0.8 c Min 30 cycle SP-BUS-57001a p 1.05 x 330 p p p Dipilih Tap = Nilai aktual et = x = 350 A Waktu operasi = td = = 0.5 s T = Time Dial = et = = 4.69 T Td = 0,02 2,97-1 t d 2,97 T = 0,02-1 T = 0.5 2, ,02-1 T = 0.33 T 0.33 Dipilih T = c Min 30 cycle SP-BUS-57001a p 2.74 p p > 0.8 c Min 30 cycle SP-BUS-57001a Berdasarkan seting low set (>) yaitu : p Maka untuk seting high set (>>) adalah sebagai berikut: p Dipilih Tap = 1.9 Nilai aktual et = 1.9 x = 1140 A Seting waktu ( t>> ) = 0.3 s R-SWG Manufacturer = Merlin Gerlin Model = Sepam 20 Type = Sepam T-20 Kurva = Standard verse Time Rasio CT = /5 Pengaturan rele R-SWG disamakan dengan pengaturan rele R-SWG karena menggunakan jenis rele 4

5 dan ratio CT yang sama serta tidak ada percabangan dalam jalur koordinasinya. 1 Dengan menggunakan langkah perhitungan yang sama seperti pada tipikal 1 untuk rele yang lainnya, maka didapatkan setelan rele sebagai berikut : R-SWG Tap seting = 0.9 T = 0.4 Tap = 5 Seting waktu ( t>> ) = 0.14 s 2 3 R-SWG Tap seting = 0.6 T = 0.4 Tap = 1.9 Seting waktu ( t>> ) = 0.34 s Gambar 4.2 Hasil plot setelan rele arus lebih pada tipikal 1 Lingkaran merah dengan nomor 1 menunjukkan bahwa setelan pick up dari rele R-SWG sudah berada di sebelah kanan FLA primary trafo. Lingkaran merah dengan nomor 2 menunjukkan bahwa tidak terjadi miss-coordination dan overlaping antar rele. Lingkaran merah dengan nomor 3 menunjukkan bahwa grading time antar rele sudah sesuai dengan standar EEE 242 yaitu dengan grading time antar rele sebesar detik. D. Perhitungan dan Rekomendasi Koordinasi Tipikal 2 R-SWG-43001, R-SWG 43002, R-SWG-14003, dan R- SWG Tap seting = 1.1 T = 0.22 Tap = 1.8 Seting waktu ( t>> ) = 0.54 s R-SWG Tap seting = 0.8 T = 0.52 Tap = Seting waktu ( t>> ) = 0.74 s Gambar 4.3 Tipikal koordinasi 2 5

6 Gambar 4.4. Hasil plot setelan rele arus lebih pada tipikal 2 E. Perhitungan dan Rekomendasi Koordinasi Tipikal 3 Gambar 4.6. Hasil plot setelan rele arus lebih pada tipikal 3 F. Perhitungan dan Rekomendasi Koordinasi Tipikal 4 Gambar 4.5. Tipikal koordinasi 3 Dengan menggunakan langkah perhitungan yang sama seperti perhitungan tipikal sebelumnya, maka didapatkan kurva karakteristik seperti gambar 4.6 di bawah ini : Gambar 4.7. Tipikal koordinasi 4 Dengan menggunakan langkah perhitungan yang sama seperti perhitungan tipikal sebelumnya, maka didapatkan kurva karakteristik seperti gambar 4.8 di bawah ini : 6

7 mengingat rele yang digunakan adalah rele digital dan CB yang digunakan adalah CB SF 6. Pemilihan grading time sebesar detik sesuai dengan standar EEE 242. B. Saran Saran yang dapat penulis berikan adalah hasil dari perhitungan dan koordinasi rele pengaman pada makalah ini dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan untuk seting rele pada sistem kelistrikan industri yang terkait dan juga dapat dijadikan bahan referensi dalam melakukan seting dan koordinasi pada sistem kelistrikan. Gambar 4.8. Hasil plot setelan rele arus lebih pada tipikal 4 V. PENUTUP A. Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan seting dan koordinasi rele pengaman pada sistem kelistrikan di PT. Wilmar Nabati, Gresik, Jawa Timur tepatnya untuk rele pengaman yang terdapat pada beban fase 2, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Seting pickup hasil perhitungan untuk rele yang melindungi trafo pada kurva karakteristik sudah terletak di sebelah kanan dari arus full load trafo. Hal ini berarti rele tersebut tidak akan trip apabila arus yang mengalir besarnya mendekati arus full load trafo dan rele tersebut hanya akan trip jika arus yang mengalir besarnya melebihi seting dari rele pengaman trafo tersebut. Begitu pula dengan rele yang melindungi bus, setelan pickup berdasarkan perhitungan pada kurva juga vsudah berada disebelah kanan FLA nya. 2. Hasil plot kurva memperlihatkan bahwa tidak terjadi misscoordination dan overlaping antara rele utama dengan rele backup. Hal ini berarti koordinasi kerja antar rele dapat berjalan dengan baik. 3. Grading time yang digunakan untuk koordinasi kerja dari rele pengaman adalah sebesar 0.2 detik. Hal ini dianggap sesuai karena dengan grading time sebesar 0.2 detik dapat memberikan waktu yang cukup kepada rele pengaman utama untuk selesai memutus gangguan terlebih dahulu. Sehingga kejadian trip secara bersamaan antara rele pengaman utama dan rele backup pada saat terjadi gangguan hubung singkat dapat dihindari dan koordinasi kerja antar rele dapat berjalan dengan baik. Pemilihan grading time sebesar 0.2 detik dianggap paling sesuai REFERENS [1] SPLN 52-3 : 1983, Pola Pengaman Sistem Bagian Tiga, Sistem Distribusi 6 kv dan 20 kv, Perusahaan Umum Listrik Negara, Jakarta, Pasal 4, [2] EEE Recommended Practice for Protection andcoordination of dustrial and Commercial Power System, EEE Standart [3] Wahyudi R, Diktat Kuliah Sistem Pengaman Tenaga Listrik, Teknik Elektro-TS,Surabaya, 8. [4] Hewitson, L.G., Brown, Mark, Balakrishnan, Ramesh, Practical Power System Protection, DC Technologies, Netherland, 4. [5] 5.Trip Curve, EC-ST-ST-A-10PU_1, Schneider Electric, 8. [6] Sulasno, Analisa Sistem Tenaga Listrik, Satya Wacana, Semarang, BOGRAF PENULS Penulis memiliki nama lengkap Duta Satria Yusmiharga. Lahir di Bojonegoro pada tanggal 26 September Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara pasangan bapak Muhargo dan ibu Sarmiat. Penulis mengawali pendidikannya di SD Negeri 2 Sidobandung pada tahun 1997 dan lulus pada tahun 3. Kemudian melanjutkan ke SMP Negeri 1 Balen pada tahun 3 dan lulus pada tahun 5. Kemudian penulis melanjutkan pendidikannya di SMA Negeri 1 Bojonegoro dan lulus pada tahun 8. Setelah lulus dari SMA Negeri 1 Bojonegoro pada tahun 8, penulis bercita-cita melanjutkan pendidikannya di kedokteran UNAR, namun penulis gagal untuk menggapai cita-citanya sebagai seorang dokter dan melanjutkan pendidikannya di stitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Fakultas Teknologi dustri, Jurusan Teknik Elektro, Bidang Studi Sistem Tenaga. Semasa kuliah penulis aktif mengikuti kegiatan seminar. Penulis juga gemar sekali dalam bidang olah raga. Hampir semua cabang olahraga yang ada di TS pernah penulis ikuti, seperti bola voly, tenis meja, futsal, badminton, dan lain-lain. Penulis juga pernah menjadi juara dalam kegiatan turnamen bola voli baik tingkat jurusan maupun tingkat fakultas. Alamat untuk menghubungi penulis adalah duta_satria@yahoo.com. 7