KOORDINASI PROTEKSI TEGANGAN KEDIP DAN ARUS LEBIH PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR NABATI, GRESIK JAWA TIMUR

Transkripsi

1 KOORDINASI PROTEKSI TEGANGAN KEDIP DAN ARUS LEBIH PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR NABATI, GRESIK JAWA TIMUR Nanda Dicky Wijayanto Dosen Pembimbing Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D. Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT. Page 1

2 DAFTAR ISI PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR NABATI ANALISA DAN SIMULASI PENUTUP Page 2

3 PENDAHULUAN Latar Belakang PT. Wilmar Nabati merupakan perusahaan yang bergerak di bidang industri minyak nabati, oleo chemical & bio energy yang berlokasi di Gresik Jawa Timur Dalam sistem kelistrikan industri dibutuhkan sistem pengaman yang handal untuk mencegah atau membatasi kerusakan jaringan beserta peralatannya ketika terjadi ganguan dan juga mencegah putusnya suplai daya listrik pada daerah yang tidak ada gangguan. Page 3

4 TUJUAN Memodelkan, menyimulasikan, dan menganalisis sistem kelistrikan PT. Wilmar Nabati Gresik. Mengevaluasi unjuk kerja sistem berdasarkan permasalahan yang dihadapi Page 4

5 BATASAN MASALAH Koordinasi dilakukan pada rele pengaman arus lebih dan rele Under voltage. Studi kasus dilaksanakan di PT. Wilmar Nabati Gresik. Page 5

6 METODOLOGI START Pengumpulan Data dan Literatur Pemodelan Single Line Diagram Sistem pada Software ETAP Analisis Loadflow Simulasi dan Analisis Hubung Singkat Simulasi Setting Koordinasi Sistem Proteksi Arus Lebih Tidak Resetting Rele Setting Koordinasi Aman? Ya Setting Koordinasi Tegangan Kedip Resetting Rele Tidak Setting Arus Lebih Sudah Aman? Ya Pembuatan Laporan STOP Page 6

7 TEORI PENUNJANG Tegangan Kedip (Voltage Sag) IEEE Standard mendefinisikan voltage sag sebagai variasi tegangan rms dengan besar antara 10% sampai 90% dari tegangan nominal dan berlangsung selama 0,5 siklus sampai satu menit. Page 7

8 Rele Arus Lebih Jika If > Ip rele bekerja (trip) Jika If < Ip tidak bekerja (block) Dimana : If = arus gangguan Ip= arus pickup Page 8

9 Setting Rele Arus Lebih Seting Lowset (Inverse) Mengacu pada Standart British BS batas penyetelan antara nominal 1,05 1,3 Inominal. Pada tugas akhir ini digunakan konstanta1,05 arus nominal. Iset 1,05 x Inominal Page 9

10 Adapun karakteristik inverse rele berdasarkan Standart British BS , adalah sebagai berikut Di mana : T = WaktuOperasi (Detik) TDM = Time DialMultiplier I = NilaiArusGangguan (Ampere) Iset = aruspickup (Ampere) K = Konstanta Invers 1 (Tabel 1) E = Konstanta Invers 2 (Tabel 1) Konstanta invers time dial berdasarkan standart IEC dan British standard BS142 Kurva IEC (BS) Konstanta IEC Curve A 0,14 0,02 IEC Curve B 13,50 1,00 IEC Curve C 80,00 2,00 IEC Short inverse 0,05 0,04 K E Page 10

11 Setting Rele Arus Lebih Setting Kelembaman Waktu Berdasarkan Standard IEEE 242 waktu yang dibutuhkan untuk kerja rele sampai CB membuka adalah 0,2-0,4s. Page 11

12 Setting Rele Under Voltage Ketika menggunakan proteksi rele under voltage, seting waktu penundaan atau delay disesuaikan dengan rele pengaman arus lebih sehingga saat terjadi hubung singkat rele under voltage tidak bekerja terlebih dahulu sebelum rele arus lebih mendeteksi gangguan namun jika rele arus lebih gagal bekerja maka rele under voltage akan bekerja Page 12

13 SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR NABATI Sistem Pembangkitan Sumber dari penyulang PLN melalui gardu induk (GI) Segara Madu 150 kv. Sumber dari steam turbine generator (STG) 2 x 15 MW dengan tegangan nominal 10,5 kv. Sumber dari diesel engine generator (DEG) 2 x 1,6 MW dengan tegangan nominal 0,4 kv. Sistem Pembebanan Total beban maksimum yang terpasang besarnya sekitar 33 MW, dengan demand factor sebesar 60%, maka total daya yang dikonsumsi beban sekitar 18 MW. Page 13

14 Pemilihan Tipikal Koordinasi Page 14

15 ANALISA DAN SIMULASI Nilai Arus Hubung Singkat Kondisi Sebelum Ditambah Emergency Generator Hubung Singkat Minimum 30 Cycle Kondisi Setelah Ditambah Emergency Generator No Bus Tegangan Arus Hubung Singkat Minimum No Bus Tegangan Arus Hubung Singkat Minimum 1 SP-BUS ,5 kv 10,343kA 1 SP-BUS ,5 kv 10,925 ka 2 SP-BUS ,5 kv 10,047kA 2 SP-BUS ,5 kv 10,621 ka 3 SP-BUS ,5 kv 9,207kA 3 SP-BUS ,5 kv 9,684 ka 4 SP-BUS ,5 kv 9,380kA 5 BD-01 0,4 kv 31,191kA 6 ME-FRACT 0,4kV 31,118kA 4 SP-BUS ,5 kv 9,876 ka 5 BD-01 0,4 kv 31,391 ka 6 ME-FRACT 0,4kV 31,318 ka Page 15

16 Nilai Arus Hubung Singkat Hubung Singkat Maksimum ½ Cycle Kondisi Sebelum Ditambah Emergency Generator Kondisi Setelah Ditambah Emergency Generator No Bus Tegangan Arus Hubung Singkat Minimum No Bus Tegangan Arus Hubung Singkat Minimum 1 SP-BUS ,5 kv 20,183 ka 1 SP-BUS ,5 kv 20,989 ka 2 SP-BUS ,5 kv 19,427 ka 2 SP-BUS ,5 kv 20,165 ka 3 SP-BUS ,5 kv 16,854 ka 3 SP-BUS ,5 kv 17,398 ka 4 SP-BUS ,5 kv 17,387 ka 4 SP-BUS ,5 kv 17,968 ka 5 BD-01 0,4 kv 43,893 ka 5 BD-01 0,4 kv 43,996 ka 6 ME-FRACT 0,4kV 44,253 ka 6 ME-FRACT 0,4kV 44,357 ka Page 16

17 Koordinasi Tipikal 1 Tipikal koordinasi 1 yang terdiri dari 2 rele arus lebih yang memiliki rating tegangan berbeda yaitu, rele SP-SWG memiliki tegangan 10,5 KV, dan rele SP-SWG memiliki tegangan rendah 0,4 KV. Data setelan rele existing pada Tipikal Koordinasi 1 Relay ID & Model CT Ratio Setting Rele 55 0,4 kv Model : Merlin Gerin Sepam 20 Rele 35 10,5kV Model : Merlin Gerin Sepam /5 600/5 Curve Type EIT Pickup Range CT Sec. 0,1-2,4 Pickup 0,1 Time Dial 0,01 Instantaneous Pickup 0,1 Delay 0,05 Curve Type EIT Pickup Range CT Sec. 0,1-2,4 Pickup 0,1 Time Dial 0,01 Instantaneous Pickup 0,1 Delay 0,05 Page 17

18 Hasil plotsetelan existing rele 35 dan rele 55 Pickup rele yang masih menyentuh kurva start motor dan masih di bawah full load ampere (FLA) trafo koordinasi waktu yang belum tepat Page 18

19 Koordinasi dan Penyetelan Ulang Rele Pengaman Pada Tipikal 1 Page 19

20 Page 20

21 Hasil Plot Setelan Rele 55, dan Rele 35 Setelah Dilakukan Perhitungan Ulang. Setelan pickup rele yang tidak lagi menyentuh kurva start motor dan sudah berada disebelah kanan full load ampere (FLA) trafo koordinasi waktu yang sudah tepat Page 21

22 Hasil plot setelan rele 55, dan rele 35 setelah dilakukan perhitungan ulang dengan menambahkan emergency generator. Page 22

23 Koordinasi Tipikal 2 Data setelan rele existing pada Tipikal Koordinasi 2 Relay ID & Model Rele 95 0,4 kv Model : Merlin Gerin Sepam 20 Rele 35 10,5kV Model : Merlin Gerin Sepam 20 CT Rati o 600/ 5 600/ 5 Setting Curve Type EIT Pickup Range CT Sec. 0,1-2,4 Pickup 0,1 Time Dial 0,1 Instantaneous Pickup 0,1 Delay 0,05 Curve Type EIT Pickup Range CT Sec. 0,1-2,4 Pickup 0,1 Time Dial 0,1 Instantaneous Pickup 0,1 Delay 0,05 Relay ID & Model Rele 32 10,5kV Model : Merlin Gerin Sepam 40 R.AP3.01 Model : Merlin Gerin Sepam CT Rati o 600/ /5 Setting Curve Type EIT Pickup Range CT Sec. 0,1-2,4 Pickup 0,5416 Time Dial 2,00 Instantaneous Pickup 4,5 Delay 0,22 Curve Type EI Pickup Range CT Sec. 0,3-2,4 Pickup 0,65 Time Dial 2,00 Instantaneous Pickup 7,00 Delay 0,46 Page 23

24 Hasil plot setelan existing rele R.AP sebagai pelindung generator STG 01. Hasil plot setelan existing rele 95, rele 35, dan rele Page 24

25 Hasil plot rele R.AP3.01 Setelah dilakukan perhitungan Hasil plot rele 95, rele 35 dan rele 32 setelah Dilakukan perhitungan Page 25

26 1s 0.7s 0.4s 0.1s Page 26

27 Hasil plot setelan rele R.AP3.01 setelah dilakukan perhitungan ulang dengan menambahkan emergency generator Hasil plot setelan rele 95, dan rele 35, dan rele 32 setelah dilakukan perhitungan ulang dengan menambahkan emergency generator. Page 27

28 Koordinai Rele Pengaman Terhadap Tegangan Kedip Seting Rele Pengaman Terhadap Tegangan Kedip Saat Terjadi Starting Motor Pada Tipikal 1 Hasil plot tegangan saat terjadi starting motor pada bus ME-FRACT Page 28

29 Seting Rele Pengaman Terhadap Tegangan Kedip Saat Terjadi Hubung Singkat Pada Tipikal 1 Menunjukkan hasil plot tegangan pada SP-BUS saat terjadi hubung singkat pada bus ME-FRACT Page 29

30 Besar Voltage Sag dan Seting Relay Undervoltage untuk Koordinasi Tipikal 1 sebelum ditambahkan emergency generator Besar Voltage Sag dan Seting Relay Undervoltage untuk Koordinasi Tipikal 1 sesudah ditambahkan emergency generator Relay undervoltage Relay undervoltage BUS Besar Voltage Sag/ Kedip Tegangan (%) Seting Tegangan (%) Seting Waktu (s) BUS Besar Voltage Sag/ Kedip Tegangan (%) Seting Tegangan (%) Seting Waktu (s) bus ,3 bus ,3 bus ,3 bus ,3 bus ,6 bus ,6 Page 30

31 Seting Rele Pengaman Terhadap Tegangan Kedip Saat Terjadi Starting Motor Pada Tipikal 2 Hasil plot tegangan saat terjadi starting motor pada bus BD 01 Page 31

32 Seting Rele Pengaman Terhadap Tegangan Kedip Saat Terjadi Hubung Singkat Pada Tipikal 2 Hasil plot tegangan pada SP-BUS saat terjadi hubung singkat pada bus BD-01 Page 32

33 Besar Voltage Sag dan Seting Relay Undervoltage untuk Koordinasi Tipikal 2 sebelum ditambahkan emergency generator Besar Voltage Sag dan Seting Relay Undervoltage untuk Koordinasi Tipikal 2 sesudah ditambahkan emergency generator BUS Besar Voltage Sag/ Kedip Tegangan (%) Relay undervoltage Seting Tegangan (%) Seting Waktu (s) BUS Besar Voltage Sag/ Kedip Tegangan (%) Relay undervoltage Seting Tegangan (%) Seting Waktu (s) bus ,3 bus ,3 bus ,6 bus ,6 bus ,9 bus ,9 Page 33

34 Kesimpulan PENUTUP Terdapat beberapa setelan rele yang belum tepat dan koordinasi yang kurang baik, terutama pada setelan pickup dan grading time antar rele pengaman. Perhitungan antara tipe koordinasi rele pengaman arus lebih sebelum dan sesudah ditambahkan dengan emergency generator tidak mengalami perubahan yang signifikan hal ini dikarenakan kapasitas dari kedua emergency generator tidak terlalu besar. Page 34

35 SARAN Karena terdapat beberapa setelan rele arus lebih yang kurang tepat serta koordinasi yang kurang baik pada beberapa rele tersebut, maka direkomendasikan untuk melakukan setelan ulang sesuai dari hasil analisis yang telah dilakukan. Dalam sistem kelistrikan di PT. Wilmar Nabati Gresik rele pengaman untuk under voltage belum ada maka disarankan untuk menambahkan. Karena hal ini bertujuan untuk mengamankan sistem saat terjadi tegangan kedip. Page 35

36 TERIMA KASIH Page 36

37 Setting rele 55 dan 35 saat kondisi exsisting dan sesudah dilakukan perhitungan ulang Page 37

38 0.1s 0.3s Page 38

39 Pada saat starting motor, terjadi penurunan tegangan di bus BD 01 sebeser 9% selama 0,08 sec. Hal ini dapat dipastikan bahwa kedua rele baik rele arus lebih ataupun rele under voltage tidak bekerja karena setelah dilakukan setting ulang pada rele arus lebih kenaikan arus pada saat terjadi starting ini tidak melebihi dari setting arus pada rele. Untuk rele under voltage penurunan tegangan sebesar 9% tidak akan dilihat sebagai ganggguan karena setting penurunan tegangan pada rele adalah 10% dalam wacktu 0,3 s. Page 39