STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM KELISTRIKAN DI PT.ASAHIMAS FLAT GLASS TBK, SIDOARJO

Transkripsi

1 STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM KELISTRIKAN DI PT.ASAHIMAS FLAT GLASS TBK, SIDOARJO Alfian Rachmatu Taufan, Ir.R.Wahyudi, Dr. Dedet Candra Riawan, ST.M.Eng Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih-Sukolilo Surabaya Abstrak: Kontinuitas dan keandalan merupakan faktor yang sangat dibutuhkan dalam sistem kelistrikan industri. Koordinasi sistem proteksi berperan sangat penting untuk menjamin kontinuitas dan keandalan sistem penyaluran tenaga listrik. Untuk meningkatkan keandalan sistem kelistrikan di PT. Asahimas Flat Glass Tbk, maka sensitifitas peralatan pengaman perlu ditingkatkan. Hal ini dilakukan dengan evaluasi setting dan koordinasi rele pengaman arus lebih dengan menggambarkan kurva karakteristiknya.dalam melakukan analisa setting rele pengaman perlu diperhatikan besarnya arus gangguan yang mungkin terjadi, karakteristik serta pemasangan peralatan pengaman terpasang. Dari hasil analisa diketahui bahwa terdapat beberapa kesalahan pada setting existing rele arus lebih sehingga perlu dilakukan resetting rele. Berdasarkan analisa resetting rele ini dapat diketahui bahwa koordinasi rele pengaman arus lebih pada sistem kelistrikan di PT. Asahimas Flat Glass Tbk, telah sesuai dengan standard pengamanan yang ada, sehingga sensitifitas peralatan pengaman dapat ditingkatkan dan kontinuitas suplai daya tetap terjaga. Kata Kunci : Setting, koordinasi rele, dan kurva karakteristik. I. PENDAHULUAN PT. Asahimas Flat Glass Tbk. merupakan perusahaan yang bergerak dibidang pembuatan kaca. Dalam mendukung operasinya PT. Asahimas Flat Glass Tbk. melakukan alokasi pabrik pada dua lokasi yaitu di Jakarta dan di Sidoarjo. Adapun lokasi PT. Asahimas Flat Glass Tbk. yang terletak di Sidoarjo adalah sekitar 20 kilometer dari Surabaya ke arah Mojokerto yang masuk wilayah Kabupaten Dati II Sidoarjo, bertempat di Desa Tanjungsari, Kecamatan Taman, kabupaten Sidoarjo, Jawa Timur. Untuk mendukung proses produksi, di PT. Asahimas Flat Glass Tbk. dilengkapi dengan 7 buah pembangkit yang terdiri dari 6 buah diesel generator dengan kapasitas 160kVA dan gas engine generator 120kVA. Selain mendapatkan pasokan daya dari beberapa pembangkit diatas, perusahaan ini juga mendapatkan pasokan daya dari PLN sebesar 8660kVA. Diharapkan dengan pasokan energi listrik yang handal maka keandalan,kontinuitas dan kestabilan sistem tenaga listrik dapat terjaga. Tujuan penyusunan makalah ini adalah untuk menyajikan analisa sistem pengaman tenaga listrik di PT. Asahimas Flat Glass Tbk, simulasi koordinasi dan mengevaluasi unjuk kerja sistem pengaman tersebut. Dengan koordinasi sistem pengaman yang tepat diharapkan keandalan dan kontinuitas sistem tenaga listriknya dapat terjaga. II. TEORI PENUNJANG A. Gangguan Hubung Singkat Gangguan hubung singkat merupakan gangguan yang sangat berbahaya bagi peralatan karena arus yang mengalir menjadi sangat besar disekitar titik gangguan. Gangguan hubung singkat dalam sistem tenaga dibagi menjadi dua macam yaitu: gangguan hubung singkat simetri dan asimetri. Gangguan hubung singkat simetri terdiri dari gangguan hubung singkat tiga fasa (L-L-L) dan tiga fasa ke tanah (L-L-L-G). Gangguan hubung singkat tidak simetri terdiri dari gangguan hubung singkat satu fase ke tanah (L-G), dua fase ketanah (L-L-G) dan antar fase (L-L). B. Rele Arus Lebih (Overcurrent Relay) Pada dasarnya rele arus lebih bekerja berdasarkan arus masukan, bila arus masukan melebihi suatu harga tertentu ang dapat diatur(ip) maka rele akan bekerja. a. Setting Arus Batas penyetelan setting rele arus lebih adalah sebagai berikut; (1,0-1.3) I maks < Is < 0,8 Isc min Dengan pedoman setting diatas maka setting arus yang digunakan pada PT.Asahimas adalah: 1,2 I maks < Is < 0,8 Isc min Selain rele arus lebih juga terdapat rele beban lebih, setting rele beban lebih pada PT. Asahimas menggunakan ( ) % x In. b. Setting Waktu Pada setelan waktu dikenal setting kelambatan waktu ( t). Yang perlu diperhatikan disini adalah waktu operasi dari rangkaian pengaman, yaitu waktu yang diperlukan, yaitu waktu yang diperlukan untuk rele mulai pick-up sampai kontak CB terbuka. Perbedaan waktu kerja minimal antara rele utama dan cadangan adalah detik. Untuk rele static dan rele digital berbasis microprosesor overtravel time dari rele dapat diabaikan. Sehingga total waktu 0,2-s. Setting waktu yang digunakan di PT.Asahimas adalah 0,3-s. III. SISTEM KELISTRIKAN DI PT. ASAHIMAS FLAT GLASS Tbk. SIDOARJO Sistem distribusi pada perusahaan ini menggunakan sistem radial. Sistem kelistrikan PT. Asahimas disuplai dari PLN, dan 7 generator sebagai backup apabila PLN Off. Berikut ini kapasitas dari masing-masing suplai listrik di PT. Asahimas : 1. Sumber Gas Engine Generator 120kVA (1 buah). 2. Sumber Diesel Engine Generator 160kVA (6 buah). 3. Sumber dari Gardu Induk PLN 0MVA(GI Waru). Procedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 1 dari 6

2 Tegangan yang digunakan adalah 20kV,kV dan kv. Beban berada dalam composite network adalah sebagai berikut: Packing S/S (2F13), Batch House S/S (2F14), Utility S/S (2F1), Diesel Generator Substation 1 (2F16), A2 Substation #1 S/S (2F17), Bath Heater S/S (2F21), Melting S/S (2F23), Diesel Generator Substation 2 (2F24), Station Service S/S (2F2), A2 Substation #2 S/S (2F26). Rele yang digunakan adalah ICO1D-AT1, ICO1E- AT1 dan rele SE-K1N. 1. Seting Rele Bus B2F11/kV hingga main bus B2S1/kV (Typical 1) Gambar 1 Single Line Diagram Sederhana Sistem Kelistrikan PT.Asahimas Flat Glass Tbk. IV. ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN KOORDINASI RELE DI PT.ASAHIMAS FLAT GLASS TBK, SIDOARJO Dalam melakukan studi koordinasi rele di PT.Asahimas, mengacu pada langkah-langkah seperti yang ditunjukkan pada flowchart dibawah: Gambar 2 Flowchart Studi Koordinasi A. Analisa Arus Gangguan Hubung Singkat Perhitungan arus hubung singkat dilakukan dengan menggunakan bantuan software ETAP Power Station Untuk perhitungan ini digunakan dua konfigurasi yaitu : 1. Arus hubung singkat maksimum adalah arus hubung singkat tiga fasa pada pembangkitan maksimum. 2. Arus hubung singkat minimum adalah arus hubung singkat dua fasa pada pembangkitan minimum. Arus hubung singkat yang dipaki dalam analisis adalah arus hubung singkat 3 fasa 30 cycle pada pembangkitan maksimum (kondisi PLN=ON dan DEG 1-6=OFF). Sedangkan arus hubung singkat minimum yang dipakai adalah arus hubung singkat 30 cycle pada saat pembangkitan minimum (saat kondisi DEG 1-6 = ON, PLN=OFF). B. Analisis Setting Rele Arus Lebih Gambar 3 Single Line Diagram Bus B2F11/kV, hingga main bus B2S1/kV a. 2#3 = Siemens, 3WN1 (ACB) Tipe = azn release I sc max30 cycle B2F11/ kv = A I sc min 30 cycle B2F11/ kv = A In ACB = 200A I sensor = In ACB x 1 = 200 x 1= 200 Rating plug = none kva 100 = = 216,13 A 3.kV 3() Tap Setting FLA I set 1.1 xfla 216,13 I set 1.1 x 216,1 216, ,6 Iset ; 0,866 Iset 0, Tap setting: 0,87 ;Threshold I 1 = 0,87;Threshold t 1 = 2s Pick-up Setting IscMinB2F11/kV I set ;I set ;Iset 8,32 Isensor 200 Dipilih Iset: 2; Time delay; s Threshold I2=2; Threshold t2 = s; Instantaneuous = Disable b. Relay 2#F1 = Toshiba IC01D-AT1 Kurva I sc max 30 cycle B2F11/ kv = A Dikonversi ke kv = x = 3663,7 A I sc min 30 cycle B2F17/ kv = A kva 100 = = 274,9A ; CT = 400/ A 3.kV 3() Setting Arus ( I > ) 1,2 x FLA I pp 0,8 x I sc min 30 cycle B2F17/ kv 1,2 x 274,9 I pp 0,8 x Procedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 2 dari 6

3 329,93 I pp ; nct : 400/ 329, Ips ; 4,12 Ips 83,89 400/ 400/ 400 Tap setting arus = A; Aktual I pp = x = 400 A SettingWaktu ( Time Dial ) Td = + t = + 0,3 = 0,7 s Multiple of Tap Current Setting (MOTCS): Isc Max 30ClB2F11Konversi ke kv 3663,7 = = 9,17 A 400 Gambar 4 Kurva karakteristik rele Toshiba ICO1D -AT1 Dari pembacaan kurva rele Toshiba ICO1D - AT1dengan td= 0,7detik dan MOTCS 9,17dipilihTDS =. c. Rele 2SF17 = Toshiba IC01E-AT1 I sc max 30 cycle B2F11/ kv = A Dikonversi ke kv = x = A I sc min 30 cycle B2F17/ kv = A kva 312 = = 72,8 A ; CT = 1200/ A 3.kV 3() 1, 2 x FLA I pp 0, 8 x I sc min 30 cycle B2F17/ kv 1,2 x 72,8 I pp 0,8 x , Ips ; 2,86 Ips / 1200/ Gambar Kurva karakteristik rele Toshiba ICO1E -AT1 Dari kurva rele Toshiba ICO1E-AT1,dengan waktu operasi 1s dan MOTCS,1dipilih TDS =. d. Rele 2S1 = Toshiba IC01E-AT1 I sc max 30 cycle B2F11/ kv = A Dikonversi ke kv = x = A I sc min 30 cycle B2S1/ kv = A kva 700 = = 1374,68 A;CT = 100/ A 3.kV 3() 1, 2 x FLA I pp 0, 8 x I sc min 30 cycle B2S1/ kv 1,2 x 1374,68 I pp 0,8 x ,62 I pp 7176;nCT =100/ 1649, Ips ;, Ips 23, / 100/ Tap setting arus=6; Aktual I pp = 6 x Td = 1s + t = 1 + 0, 3 = 1,3 s 100 = 1800 A Isc Max 30 Cycle B2F11Konversi ke kv 3663,7 = = 2, Dari kurva rele Toshiba ICO1E-AT1 dengan waktu operasi 1,3s dan MOTCS 2,04 maka dipilih TDS =. Dipilih tap setting = 3; Aktual I pp = 3 x 1200 = 720 A Td = 0,7s + t =0,7+0, 3 = 1 s ; Multiple of Tap Current Setting= Isc Max 30Cycle B2F11/Konversi ke kv = 3663,7 =,1 720 Procedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 3 dari 6

4 Eksisting 0,7s, Resetting 1s Eksisting 1s, Resetting 1,3s Gambar 6 Kurva Koordinasi Resetting Rele B2F11/kV hingga bus B2S1/kV. 2. Setting Rele Bus BSS2/kV hingga main bus B2S2/kV(Typical 2) 721,71 793,88 Tap setting; Iset ; 0,91 Iset 0, Tap setting: 0,91; Threshold I 1 = 0,91;Threshold t 1 = 2s Pick-up Setting IscMinBSS2/kV I set ;I set ; Iset 16,4 Isensor 800 Dipilih Iset: 2; Time delay; s; Threshold I 2 =2; Threshold t 2 = s; Instantaneuous = Disable b. Relay 1SS12 = Toshiba IC01D-AT1 Kurva I sc max 30 cycle BSS2/ kv = A Dikonversi ke kv = x = 2130, A I sc min 30 cycle B2F2.1/ kv = A kva 00 = = 91,6 A;CT = 10/ A 3.kV 3() Setting Arus ( I > ) 1,2 x FLA I pp 0,8 x I sc min 30 cycle B2F17/ kv 1,2 x 91,6 I pp 0,8 x 8.913;nCT : 10/ 109, Ips ; 3, 67 Ips 237,47 10/ 10/ Tap setting arus = ; Aktual = x 10 = 10 A Gambar 7 SLD Bus B2F11/kV hingga bus B2S1/kV a. 6#1 = Siemens, 3WN1 (ACB) Tipe = azn release I sc max 30 cycle BSS2/ kv = A I sc min 30 cycle BSS2/ kv = A In ACB = 800A I sensor = In ACB x 1= 800 x 1= 800 Rating plug = none kva 00 = = 721,71 A 3.kV 3() Tap Setting FLA I set 1.1 xfla 721,71 I set 1.1 x 721,71 721,71 I set 793,88 SettingWaktu ( Time Dial ) Td = + t = + 0,3 = 0,7 s Isc Max 30Cycle BSS2/Konversi ke kv 2130, = = 14,2 A 10 Dari kurva rele Toshiba ICO1D-AT1,dengan waktu operasi 0,7s dan MOTCS 14,2 maka dipilih TDS =. c. Rele 2SF2 = Toshiba IC01E-AT1 I sc max 30 cycle BSS2/ kv = A Dikonversi ke kv = x = 2130, A I sc min 30 cycle B2F2.1/ kv = A kva 273 = = 04,6 A ; CT 3.kV 3() = 600/ A 1, 2 x FLA I pp 0, 8 x I sc min 30 cycle B2F2.1/ kv 1,2 x 04,6 I pp 0,8 x , 713 Ips ;,0 Ips 9,37 600/ 600/ Tap setting= 6;Aktual = 6 x 600 = 720 A Procedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 4 dari 6

5 Td = 0,7 s + =0,7 + 0, 3 = 1s t Isc Max 30 Cycle BSS2/Konve rsi ke kv = 2130, = 2, Dari pembacaan kurva rele Toshiba ICO1E- AT1dengan waktu operasi 1 s dan Multiple of Tap Current Setting 3,2 maka dipilih TDS =. d. Rele 2S2 = Toshiba IC03E-AT1 I sc max 30 cycle BSS2/ kv = A Dikonversi ke kv = x = 2130, A I sc min 30 cycle B2S2/ kv = A kva 700 = = 1374,68 A; CT = 100/ A 3.kV 3() 1, 2 x FLA I pp 0, 8 x I sc min 30 cycle B2S2/ kv 1,2 x 1374,68 I pp 0,8 x Setting Rele Motor Comp1 (3EST11) hingga main bus B2S2/kV (Typical 3) Untuk proteksi motor digunakan rele SE- K1N(Omron),dimana rele ini digunakan untuk proteksi beban lebih. Sedangkan untuk proteksi hubung singkat, rele dikombinasikan dengan fuse. = SE-K1N Inverse;Daya = 10 kw Spesifikasi motor ;In = 37,74 A, Istarting = 676 % dan T start = detik Setting arus dan setting waktu ( Time dial ) Perhitungan setting rele hampir sama seperti sebelumnya, dengan persamaan untuk setting = 110 % x In didapat tap = 3 A dan time dial 1 x 6 s (sesuai karakteristik rele SE-K1N). Overload 1649, Ips ;, Ips 23, 9 100/ 100/ 100 Tap setting arus=6; Aktual = 6 x = 1800 A Td = 1 s + t = 1 + 0, 3 = 1,3 s Isc Max 30 Cycle B2F11/Konversi ke kv = 2130, = 1, Dari kurva rele Toshiba ICO1E-AT1 dengan waktu operasi 1,3 s dan MOTCS 1,2 maka dipilih TDS =. Fuse untuk gangguan hubung singkat Gambar 9 Kurva Koordinasi Setting Eksisting Motor Comp1 (3EST11) hingga main bus B2S2/kV. Existing 1s, Resetting 1,3s Gambar 8 Kurva Koordinasi Resetting Rele BSS2/kV hingga main bus B2S2/kV. V. KESIMPULAN Berdasarkan analisis dan perhitungan yang telah dilakukan untuk koordinasi setting pengaman rele arus lebih serta pada PT. Asahimas Flat Glass Tbk dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Terdapat kesalahan setting eksisting rele arus lebih pada bus karena perbedaan waktu trip dengan pengaman dibawahnya kurang dari 0,3s. yaitu pada rele 2#F1 dan 2SF17,2SF2 dan B2S2. Sehingga dilakukan resetting pada relerele tersebut sesuai dengan perhitungan yang ada. 2. Untuk rele pengaman motor LUPump1,LUPump2, LUPump3, BCF1,BCF2 dan Comp1,Comp2,Comp3,Comp4 sudah tepat karena rele disini berfungsi sebagai pengaman beban lebih, sedangkan untuk pengaman arus lebih menggunakan fuse. 3. Karakteristik dari rele harus diperhatikan dalam menentukan setting rele. Procedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman dari 6

6 DAFTAR PUSTAKA [1] Anderson, P.M., Power System Protection, McGraw-Hill, USA, [2] Bergen, Arthur R., Vittal, Vijay, Power System Analysis 2 nd Edition, Prentice Hall, USA, [3] Gonen, Turan, Modern Power System Analysis, USA, [4] Gross, Charles A., Modern Power System Analysis, John Wiley & Sons, Inc., USA, [] Hewitson, L.G., Brown, Mark, Balakrishnan, Ramesh, Practical Power System Protection, IDC Technologies, Netherland, [6] Horowitz, Stanley H. dan Phadke, Arun G., Power System Relaying 3 rd Edition, John Wiley & Sons Ltd, England, [7] Lazar, Irwin, Electrical Systems Analysis and Design for Industrial Plants, The Heyward- Robinson Company Inc., USA, [8] Manuals Rele Toshiba dan Omron [9] Marsudi, Djiteng, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Graha Ilmu, Yogyakarta, [10] Penangsang, Ontoeseno, Diktat Kuliah Analisa Sistem Tenaga 2, Teknik Elektro-ITS, Surabaya, [11] Preve, Cristophe, Protection of Electrical Network, ISTE Ltd, Great Britain and the United States, [12] Ravindranath, B., Chander, M., Power System Protection and Switchgear, [13] Reimert, Donald, Protective Relaying For Power Generation Systems, CRC Press,USA, 2006 [14] Short, T.A., Electric Power Distribution Handbook, CRC Press, USA, [1] Stevenson, Jr., William D., Analisis Sistem Tenaga Listrik, alih bahasa oleh: Ir. Kamal Idris, Erlangga, [16] Sulasno, Analisa Sistem Tenaga Listrik, Satya Wacana, Semarang, [17] T., Davies, Protection of Industrial Power System second edition, Elsevier Ltd., UK, [19] Siemens Manuals, Power Distribution-Guide, Hen, 2006 [20] Vijayaghravan G., Brown, Mark and Barnes, Malcolm, Grounding, Bonding, Shielding and Surge Protection, Newnes, 2004 [21] Wahyudi R, Diktat Kuliah Sistem Pengaman Tenaga Listrik, Teknik Elektro-ITS,Surabaya, [22] Warne, D.F., Newnes Electrical Power Engineers Handbook Second Edition, Elsevier Ltd., UK, 200. DAFTAR RIWAYAT HIDUP Alfian Rachmatu Taufan dilahirkan di Malang, 22 Mei Menempuh pendidikan di SD N 3 Panggungrejo pada tahun ( ), SLTPN 1 Tulungagung tahun ( ) dan SMAN 1 Kedungwaru tahun ( ). Setelah lulus,penulis melanjutkan ke Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS-ITS) Program Studi D3 ELIN tahun ( ). Pada tahun 2009 penulis melanjutkan studinya di program Lintas Jalur Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jurusan Teknik Elektro bidang studi Teknik Sistem Tenaga. Procedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 6 dari 6