STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM KELISTRIKAN DI PT. CHANDRA ASRI, CILEGON, JAWA BARAT

Transkripsi

1 STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM KELISTRIKAN DI PT. CHANDRA ASRI, CILEGON, JAWA BARAT Oleh: Aris Widodo ( ) Dosen Pembimbing: Prof.Dr.Ir. Adi Soeprijanto, M.T Ir. R.Wahyudi

2 Latar Belakang PT. Chandra Asri yang berlokasi di Cilegon, Jawa Barat, merupakan perusahaan memproduksi bahanbahan kimia. Hasil produksinya antara lain ethylene, p r o p y l e n e d a n p y r o l i s i s g a s o l i n e ( p y g a s ). Karena memproduksi bahan-bahan kimia, dimana tidak boleh terjadi black out selama proses produksi maka d i b utuhkan sistem kelistrikan yang handal. Untuk memperoleh keandalan sistem kelistrikannya maka diperlukan sistem pengaman yang lebih sensitif dengan me-review kembali sistem pengamannya.

3 Tujuan Melakukan analisis terhadap sistem pengaman tenaga listrik di PT. Chandra Asri, Cilegon, Jawa Barat. Analisis dilakukan pada tegangan 20 kv, 6 kv dan tegangan rendah 0,4 kv. Melakukan simulasi koordinasi sistem pengaman tenaga listrik dan mengevaluasi unjuk kerja dari sistem pengaman tersebut. Batasan Masalah Rele pengaman yang disetting dan dikoordinasikan adalah rele arus lebih (overcurrent relay) dan rele gangguan ketanah (ground fault / ground overcurrent relay).

4 Gangguan-gangguan gangguan pada sistem tenaga listrik Gangguan adalah setiap keadaan sistem yang menyimpang dari keadaan normal, dimana kondisi ini dapat menyebabkan terganggunya kontinuitas pelayanan tenaga listrik. Bila ditinjau dari asalnya: Dari dalam sistem Dari luar sistem Bila ditinjau dari sifatnya Gangguan sementara (temporary) Gangguan permanen (stationary)

5 Sebab-sebab terjadinya gangguan Gangguan beban lebih ( overload ) Arus yang mengalir melebihi arus nominal yang diijinkan (I>In). Gangguan hubung singkat (shunt / paralel) Gangguan simetri dan asimetri. Gangguan hubung terbuka (seri) Satu saluran terbuka dan dua saluran terbuka. Gangguan gangguan serentak (simultan) kombinasi : gangguan shunt-shunt, shunt-seri dan atau seri-seri

6 Rele pengaman Rele merupakan bagian dari peralatan sistem tenaga listrik yang digunakan untuk memberikan sinyal kepada pemutus tenaga. Rele ini akan memberikan sinyal kepada pemutus tenaga untuk memutuskan sistem tenaga listrik jika terjadi gangguan

7 Syarat-syarat rele pengaman Kecepatan Bereaksi Saat rele mulai merasakan adanya gangguan sampai dengan pelaksanaan pembukaan pemutus tenaga. Kepekaan Operasi ( sensitivity ) Kemampuan untuk memberikan respon bila merasakan gangguan. Selektif ( selectivity ) Kemampuan untuk menentukan titik dimana gangguan muncul dan memutuskan rangkaian dengan membuka pemutus tenaga terdekat. Keandalan ( reliability ) Kemampuan unutk dapat bekerja dengan baik dalam mengatasi gangguan dan menghindari operasi yang tidak diperlukan. - Dependable : harus trip ketika dibutuhkan. - Secure : tidak boleh trip saat tidak dibutuhkan. Ekonomis harus disesuaikan dengan harga peralatan yang diamankan.

8 Karakteristik rele pengaman Rele waktu seketika (instantenous) Rele waktu tertentu (definite) Rele waktu terbalik (inverse) terdiri dari beberapa karakteristik: - Normal inverse - Very inverse - Extremely inverse - Long inverse Rele waktu IDMT

9 Rele Arus Lebih (Overcurrent Relay) Pada dasarnya rele arus lebih berfungsi sebagai pengaman gangguan hubung singkat, tetapi dalam beberapa hal dapat berfungsi sebagai pengaman beban lebih. Fungsi rele ini disamping sebagai pengaman utama untuk seksi yang diamankan juga berfungsi sebagai pengaman cadangan pada seksi berikutnya. 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 (Ip) maka rele arus lebih bekerja.

10 Rele gangguan ketanah (ground fault / ground overcurrent relay) Gangguan satu fasa ketanah dan dua fasa ketanah dapat diamankan dengan rele gangguan tanah. Rele ini tidak lain adalah merupakan pengaman arus lebih yang dilengkapi zero sequence current filter. Contoh rele gangguan tanah dapat dilihat seperti gambar dibawah ini:

11 Sistem Kelistrikan di PT. Chandra Asri (1) Tipikal setting

12 Sistem Kelistrikan di PT. Chandra Asri (2) MAIN_UTY 1 S/S

13 Sistem Kelistrikan di PT. Chandra Asri (3) MAIN_UTY 2 S/S

14 Sistem Kelistrikan di PT. Chandra Asri (4) ETHYLENE S/S

15 Sistem Kelistrikan di PT. Chandra Asri (5) Polyethylene S/S

16 Arus hubung singkat maksimum dan arus hubung singkat minimum. 1. Arus hubung singkat maksimum adalah arus hubung singkat tiga fasa pada pembangkitan maksimum (saat kondisi P L N - S T G - G T G = O N ). 2. Arus hubung singkat minimum adalah arus hubung singkat dua fasa pada pembangkitan minimum (saat kondisi STG = ON, PLN dan GTG = OFF). Dalam hal ini arus hubung singkat maksimum yang dipakai adalah arus hubung singkat 4 cycle pada saat pembangkitan maksimum. Sedangkan arus hubung singkat minimum yang dipakai adalah arus hubung singkat 30 cycle pada saat pembangkitan minimum. Tabel arus hubung singkat maksimum dan minimum hasil perhitungan Etap 4.0 Bus Isc Max 4 cyle Isc Min 30 cycle ID kv A A 3500-SWM-2010, , SWM-6001A,B 6, SWM-6002A,B 6, SWM-6001A,B 6, SWM , SWM , SWL-3801A 0, SWL-3801B 0, SWL-3801A,B 0, SWL-3801A 0, SWL-3801B 0, SWL , SWL , SWL , SWL-3801A 0, SWL-3801B 0, SWL-3802A,B 0,

17 Rele dan jenis peralatan yang diamankan Rele pengaman arus lebih dan beban lebih Jenis Rele Peralatan yang dilindungi Rating Tegangan (kv) Buatan IC03F-AT1 Busbar, Transformator 6; 0,4 Thosiba IC03F-AT2H Busbar, Transformator 6 Thosiba TC023B- Busbar, Transformator, DU2K Generator 11, 20 Thosiba SE-K1N Motor 355 kw 6 ; 0,4 ABB S2E20 Motor > 355 kw 6 Thosiba Jenis Rele Rele pengaman gangguan ketanah Peralatan yang dilindungi Rating Tegangan (kv) Buatan TCG16B-FS1 Generator, Busbar, Transformator 11, 20 Thosiba ICG2D-AT1 Busbar, Transformator, motor 355 kw 6; 0,4 Thosiba S2E20 Motor > 355 kw 6 Thosiba

18 Setting rele bus 3515-SWL-3801 hingga bus 3500-SWM-2010 (1) Setting Arus ( I> ) 1,05 x FLA Ipp 0,8 x Isc Min 30Cl 3515-SWL- 3801A 1,05 x 1804,2 Ipp 0,8 x ,41 Ipp 14945,6 A nct : 2000/5, maka tap setting arus: 1894, ,6 Ips, 2000/5 2000/5 4,74 Ips 37,36 Dipilih tap setting arus : 5 Setelan aktual Ipp = 5 x(2000/5)= 2000 A a. Rele 51.F.1.1 Jenis Rele = Toshiba IC03F-AT1 Dipilih kurva = Very Inverse Isc Max 4Cl 3515-SWL-3801A = A Isc Min 30 Cl 3515-SWL-3801A = A kva 1250 FLA = = : =1804,2 A 3.kV 3(0,4) CT = 2000/5 A Setting Waktu ( Time Dial ) Waktu operasi td = 0,1 + t= 0,1 + 0,3 = 0,4s Multiple of Tap Current Seting (MOTCS) : I sc Max 4 Cycle SWL , 0,4 kv Ipp = (31074/2000) = 15,5

19 Setting rele bus 3515-SWL-3801 hingga bus 3500-SWM-2010 (2) kva 1250 FLA = = = 433 A 3.kV 3(6) CT = 200/5 Perhitungan setting arus dan waktu sama seperti rele 51.F.1.1, didapat tap setting arus = 4 A. Dengan td = 0,4 += 0,4 + 0,3 = 0,7detik, maka dipilih time dial = 5 s. Berdasarkan kurva karakteristik rele Toshiba IC03F seperti ditunjukkan pada Gambar, dengan waktu operasi dipilih 0,4 detik dan MOTCS 15,5 maka dipilih TDS = 3s. b. Rele 51.F.1 Jenis Rele = Toshiba IC03F-AT1 - very Inverse Isc max 4Cl 3515-SWL-3801 kon 6 kv = (0,4/6) x = 2071,6 A Isc min 30 cycle 3515-SWM-6001, 6 kv = 4.281A c. Rele 51.AF.5 Jenis Rele = Toshiba IC03F-AT2H Dipilih kurva = Very Inverse Isc max 4 cycle 3515-SWL-3801, 0,4 kv Konversi ke 6 kv = 2071,6 A Isc min 30 cycle 3515-SWM-6001, 6 kv = 4.281A FLA = CT kva = kV 3(6) : 300/5 A = 162 A Perhitungan setting arus dan waktu sama seperti rele 51.F.1.1, didapat tap setting arus = 3. Dengan td = 0,7 += 0,7 + 0,3 = 1detik maka dipilih time dial = 7 s. current setting high set (I>>) = 37 A dan time delay (t>>) = 0,4 detik.

20 Setting rele bus 3515-SWL-3801 hingga bus 3500-SWM-2010 (3) Koordinasi dengan pengaman dibawahnya kurang tepat karena perbedaan waktu trip <0,3 detik) Koordinasi 51.AF.5 dengan rele 50.A1.1 tidak tepat Koordinasi dengan pengaman dibawahnya tepat karena perbedaan waktu trip 0,3 detik (0,3-0,4 detik) Koordinasi 51.AF.5 dengan rele 50.A1.1 sudah tepat Koordinasi setting eksisting - koordinasi 51.F.1.1 dengan pengaman dibawahnya tidak tepat karena selisih waktu trip kurang dari 0,3 detik. - Rele 50.A1.1/51.A1.1 trip lebih dulu dari 51.AF.5 bila ada gangguan di bus 3515-SWM Koordinasi resetting - koordinasi 51.F.1.1 dengan pengaman dibawahnya tepat karena selisih waktu trip 0,3 detik terpenuhi. - Rele trip 51.AF.5 lebih dulu dari 50.A1.1/51.A1.1 bila ada gangguan di bus 3515-SWM-6001.

21 Setting Rele Transformator 51AF2, 5IAI1 dan 5IAI2 (1) a. Rele 51AF2 Jenis Rele = Toshiba TC023B-DU2K Dipilih kurva = Very Inverse Isc Max 4Cl 3510-SWM-6001 = A Konversi ke 20 kv= (6/20) x = 6076,2 A Isc Min 30 Cl 3500-SWM-2010 = A kva FLA= = = = 433 A 3.kV 3(20) CT = 600/5 Current setting IDMT ( I> ) 1,05 x FLA Ipp 0,8 Isc Min 30 Cl 3500-SWM ,05 x 443 Ipp 0,8 x ,6 Ipp 1573,6 A Tap setting arus : 454,6 x In 600 Dipilih tap current setting In Setelan aktual I = 1 x 600 = 600 A Time Setting IDMT ( Time Dial ) Waktu operasi td = 0,7 + t = 0,7 + 0,3 = 1 s td = ( I / k x 13,5 I EB 1 Isc Max 4Cl 3510-SWM-6001 Konv ke 20 kv = 6076,2A I set = 600 I sc Max 4 Cycle SWM - I/Ieb = 600 I/Ieb = 10,12, sehingga: k x 13,5 1 = 10,12 1 ) Ip, k = 0,68 Dipilih Time multiplier (k) setting = 0,7 s 1573,6 x In 600 0,76 In Ip 2,63 In 6001,6 kv Konversike 20 kv

22 Setting Rele Transformator 51AF2, 5IAI1 dan 5IAI2 (2) Current Setting High Set (I>>) Isc Max 4Cl 3510-SWM-6001 Konv ke 20 kv Iset 0,8 x Isc Min 30 Cl 3500-SWM-2010 Isc Max 4Cl 3510-SWM-6001 Konv ke 20 kv >0,8 x Isc Min 30 Cl 3500-SWM-2010 Maka setting = I I set I set sc Max 4 cycle SWM dikonversi ke 20 kv ,27 In, I set 10,12 In Dipilih I set = 11In Setting waktu ( t>> ) : 0,1 detik b. Rele 5IAI1 Setting arus dan setting waktu ( time dial ) Perhitungan setting arus dan waktu sama seperti rele 51AF2 (nct : 1500/5 serta daya trafo kva), didapat tap current setting = In. Dengan waktu operasi td = 1 += 1 + 0,3 = 1,3 detik serta persamaan untuk menghitung waktu operasi td seperti dibawah ini, dipilih k = 0,29. In td = Current Setting High Set (I>>) Penghitungan current setting high set sama seperti rele 51AF2 dengan nct = 1500/5 maka dipilih I = 7 In. Setting waktu ( t>> ) : 0,4 detik b. Rele 5IAI2 Perhitungan setting arus dan waktu sama seperti rele 5IAI1 (nct : 1000/5 dan daya trafo kva) didapat tap current setting = In, k = 0,65, current setting high set (I>>) = 9In dan waktu tunda (t>>) = 0,4 detik. ( I / k x 80 I EB ) 2 1

23 Setting Rele Transformator 51AF2, 5IAI1 dan 5IAI2 (3) Rele tidak mampu mengamankan trafo karena disetting diatas damage curve trafo Rele mampu mengamankan trafo karena disetting dibawah damage curve trafo Koordinasi setting eksisting Koordinasi resetting

24 Setting Rele Motor GA-1803A-M pada Bus 3515-SWM-6001 Untuk mengamankan motor dengan daya keluaran 355 KW digunakan rele: Jenis Rele Dipilih kurva Data spesifikasi motor : = ABB SE-K1N = Inverse In : 21 A Istarting : 676 % Tstarting : 3 detik Setting rele beban lebih : Ipp = ( )% x In Karakteristik rele ABB-SEK1N Overload relay Fuse untuk melindungi motor dari gangguan hubung singkat

25 Setting Rele Motor GB-5101C-M hingga Bus 3500-SWM-2010 Fuse sebagai pengaman cadangan Untuk mengamankan motor dengan daya keluaran > 355 KW digunakan rele: Jenis Rele = Toshiba S2E20 Karakteristik = Definite Data motor : In = 81 A I starting motor = 675 % Rele disetting diatas arus starting, setting waktu 0,05 detik dari sebelumnya 0,15 detik T starting = 8 detik Setting rele pengaman motor : Istarting < Ipp < 0,8 Isc min

26 Setting Rele Gangguan ke Tanah pada Bus 3515-SWL-3801 hingga Bus 3500-SWM-2010 (1) Tap setting arus : / 5 Ipp / 5 0,25 Ipp 1,25 dipilih tap : 0,3 200 Setelan aktual Ipp = 0,3 x = 12 A 5 Setting Waktu ( Time Dial ) Dipilih time dial (TDS) = 1 Imax 100 Multiple of Tap Current Setting : = = 8,5 Ipp 12 Dari pembacaan kurva karakteristik rele Toshiba ICG2D-AT1 seperti ditunjukkan pada Gambar, dengan time dial = 1 dan multiple of tap current setting 8,5 didapat waktu operasi = 0,4 detik. a. Rele 50G.F.1/51G.F.1 Jenis Rele : Toshiba ICG2D-AT1 Curve : Inverse time CT : 200/5 A Setting Arus ( I> ) 10 % Imax Ipp 50 % Imax nct : 200/5, Imax 100 A Gambar Kurva karakteristik rele Toshiba ICG2D-AT1.

27 Setting Rele Gangguan ke Tanah pada Bus 3515-SWL-3801 hingga Bus 3500-SWM-2010 (2) b. Rele 50G.AF.5/51G.AF.5 Jenis Rele = Toshiba ICG2D-AT1 Curve = Inverse time CT = 300/5 A Dengan perhitungan yang sama dan syarat : Ipp rele 50G.AF.5/ 51G.AF.5 > Ipp 50G.F.1/51G.F.1 serta setting kelambatan waktu t = 0,3-0,4 detik terpenuhi, didapat tap 0,5, time dial 1 s dan waktu operasi 0,8 detik. c. Rele 51N.A1.1 Jenis Rele = Toshiba ICG2D-AT1 Curve = Inverse time CT =100/1 A Dengan perhitungan yang sama dan syarat : Ipp rele 51N.A1.1 > Ipp rele 50G.AF.5 /51G.AF.5 serta setting kelambatan waktu t = 0,3-0,4 detik terpenuhi, didapat tap 0,4, time dial 1 s dan waktu operasi 1,1 detik.

28 Setting Rele Gangguan ke Tanah pada Bus 3515-SWL-3801 hingga Bus 3500-SWM-2010 (2) Koordinasi kurang tepat karena selisih waktu trip <0,3 detik Pada resetting ini selisih waktu trip diset 0,4 detik

29 Setting Gangguan ke Tanah pada Rele 51GAF2, 5IGAI1 dan 5IGAI2 Koordinasi esksisting waktu operasi 51AF2, 51GAI1 dan 51GAI1 masing-masing 0,4 dan 0,7 detik. Pada resetting ini selisih waktu trip diset 0,1 dan 0,4 detik. Sehingga lebih sensitif bila ada gangguan hubung singkat ketanah a. Rele 51GAF2 Jenis Rele : Toshiba TCG16B-FS1 Curve : Definite CT : 100/5 A Dengan perhitungan sama seperti rele 50G.F.1/ 51G.F.1 didapat tap 0,7A, delay setting dipilih 0,1 detik. b. 51GAI1 dan 51GAI2 Perhitungan sama seperti rele 50G.F.1/ 51G.F.1. didapat tap tap 0,25, dan waktu operasi 0,4 detik.

30 Setting Rele Gangguan ke Tanah pada Motor GA-1803A-M hingga Main Bus 3500-SWM-2010 Rele 50G.F2/Rele 51G.F2 (Jenis rele = Toshiba ICG2D-AT1- Inverse time) Eksisting : selisih waktu trip 0,15 detik (<0,3 detik). Dapat menyebabkan trip rele secara berurutan sebelum CB disisi downstream benarbenar terbuka. Resetting : selisih waktu trip 0,4 detik. Sesuai standard pengamanan

31 Setting Rele Gangguan ke Tanah pada Motor GB-5101C-M hingga Bus 3500-SWM-2010 Rele Gangguan tanah 2E.AF.5 (Jenis rele =Toshiba S2E20 Definite) Eksisting : waktu trip 0,3 detik. Resetting : waktu trip 0,1 detik sehingga lebih sensitif bila terjadi gangguan.

32 KESIMPULAN Setting eksisting rele arus lebih pengaman trafo 3510-TR-6001, TR dan TR-2012 tidak tepat karena setelan berada diatas damage curve trafo. Pada kondisi resetting, kurva setelan berada dibawah damage curve sehingga mampu mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung singkat dibus bawahnya. Koordinasi setting rele pengaman arus lebih mengacu pada kapasitas daya beban, arus hubung singkat minimum dan arus hubung singkat maksimum. Sedangkan koordinasi setting rele gangguan ketanah di PT Chandra Asri mengacu pada arus maksimum yang dapat mengalir melalui neutral grounding resistor. Koordinasi setting waktu pada resetting rele pengaman arus lebih dan rele gangguan ketanah sudah tepat karena perbedaan waktu minimum satu langkah antara sisi hulu dan hilir 0,3-0,4 detik. Selain itu juga dalam koordinasinya sesuai dengan urutan grading waktu. Koordinasi resetting rele arus lebih dan rele gangguan ketanah pada sistem kelistrikan di PT. Chandra Asri, Cilegon, telah sesuai dengan standard pengamanan.

33 Daftar Pustaka [1] Anderson, P.M., Power System Protection, McGraw-Hill, USA, [2] Bergen, Arthur R., Vittal, Vijay, Power System Analysis 2 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, [5] 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 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 ABB [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, [15] 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, [18] Vijayaghravan G., Brown, Mark and Barnes, Malcolm, Grounding, Bonding, Shielding and Surge Protection, Newnes, 2004 [19] Wahyudi R, Diktat Kuliah Sistem Pengaman Tenaga Listrik, Teknik Elektro-ITS,Surabaya, [20] Warne, D.F., Newnes Electrical Power Engineers Handbook Second Edition, Elsevier Ltd., UK, [21] Wayne Beaty, H. Handbook of Electric Power Calculation Third Edition, McGraw-Hill, USA, 2001.

34 Terima Kasih