STUDI KOORDINASI PROTEKSI PADA PT. CHANDRA ASRI AKIBAT INTEGRASI DENGAN PT. TRI POLYTA

Transkripsi

1 STUDI KOORDINASI PROTEKSI PADA PT. CHANDRA ASRI AKIBAT INTEGRASI DENGAN PT. TRI POLYTA Anang Setiyono, Margo Pujiantara, Teguh Yuwono 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. Adanya integrasi atau penggabungan antara PT. Chandra Asri, Cilegon, Jawa Barat, dengan PT. Tri Polyta maka koordinasi pengaman akan berubah. Hal ini dilakukan dengan menganalisa ulang setting dan koordinasi rele pengaman arus lebih dengan menggambarkan kurva karakteristiknya.dalam melakukan analisa setting rele pengaman perlu diperhatikan besar arus gangguan yang dapat terjadi dan arus beban penuhnya. Selain itu juga harus memperhatikan karakteristik serta pemasangan peralatan pengaman terpasang.dari analisa diketahui bahwa terdapat beberapa perbedaan antara kondisi eksisting dan resetting karena integrasi tersebut. Berdasar analisa resetting rele ini dapat diketahui bahwa koordinasi rele pengaman arus lebih pada sistem kelistrikan di PT. Chandra Asri, Cilegon telah sesuai dengan standard pengamanan, sehingga sensitifitas peralatan pengaman meningkat dan keandalan sistem tetap terjaga. I. PENDAHULUAN PT. Chandra Asri Tbk dan PT. Tri Polyta adalah dua perusahaan yang memproduksi bahan kimia berupa resin propylene. Sebagai penunjang keberlangsungan proses produksi, maka suplai energi listrik yang kontinyu dan andal merupakan hal yang sangat penting bagi dua perusahaan tersebut. Pada PT. Chandra Asri Tbk suplai energi listrik yang dimiliki berasal dari dua pembangkit STG (Steam Turbin Generator) dan GTG (Gas Turbin Generator) dengan total kapasitas 53 MW dan PLN dari GI Asahimas 150 kv sebagai suplai back upnya. Sedangkan pada PT. Tri Polyta suplainya adalah berasal dari PLN dari GI Asahimas 150 kv. Pada kondisi saat ini, PT Chandra Asri bergabung manajemen dengan PT. Tri Polyta. Mengingat kondisi suplai energi listrik dari PT. Chandra Asri yang berlebih, maka PT. Chandra Asri berencana untuk menyalurkan energi tersebut pada PT. Tri Polyta dengan mengintegrasikan suplai PLN dan dua generatornya. Sehingga pada akhirnya beban akan di suplai oleh PT. Chandra Asri dan suplai PLN untuk PT. Tri Polyta akan diputus, maka perlu dilakukan setting dan koordinasi rele yang seperti rele pengaman arus lebih (Over Current Relay) dan menggambarkan kurva karakteristiknya. Dengan menganalisa kurva kerja dan urutan kerja peralatan pengaman (proteksi) sepanjang saluran dari sumber daya ke beban diharapkan akan memperoleh setting rele yang handal agar mencegah tejadinya kerusakan peralatan pada pembangkit. Salah satu metoda yang dilakukan untuk memperoleh keandalan sistem adalah koordinasi rele pengaman dengan memfungsikan rele sebagai pengaman utama dan pengaman cadangan. 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. Untuk memenuhi fungsi tersebut maka waktu rele pengaman utama disetel lebih cepat daripada rele pengaman cadangan. 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 II. TEORI PENUNJANG 2.1 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). 2.2 Rele Arus Lebih (Overcurrent Relay) Rele arus lebih bekerja berdasarkan besarnya arus masukan, bila arus masukan melebihi suatu harga tertentu yang dapat diatur (Ip) maka rele bekerja. a. Setting Arus Batas penyetelan setting rele arus lebih sebagai berikut: (1,05-1.3) I maks < Is < 0,8 Isc min... (3) Dengan pedoman diatas setting arus yang digunakan pada adalah: 1,05 I maks < Is < 0,8 Isc min... (7) Selain rele arus lebih juga terdapat rele beban lebih, setting arus rele ini biasanya antara ( )% x In. b. Setting Kelambatan Waktu 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. Proccedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 1 dari 8

2 III. SISTEM KELISTRIKAN DI PT CHANDRA ASRI INTEGRASI DENGAN PT. TRI POLYTA Sistem distribusi tenaga listrik diperusahaan ini menggunakan sistem radial. Sistem kelistrikan ini mendapat pasokan daya dari PLN dan dua buah pembangkit sendiri. Tegangan yang digunakan adalah 11 kv, 20 kv, 6 kv dan 0,4 kv. Beban berada dalam composite network Main Utility-1 S/S, Main Utility-2 S/S, Ethylene S/S, Polyethylene S/S, serta network atau integrasi dengan PT.Tri Polyta. Pasokan daya pada sistem kelistrikan di PT Chandra Asri integrasi PT. Tri Polyta adalah sebagai berikut: a. Steam Turbine Generator dengan kapasitas 20 MW. b. Gas Turbine Generator dengan kapasitas 33 MW. c. Sumber dari PLN Gardu Induk Asahimas 150 kv. Gambar 1 Diagram sederhana kelistrikan di PT. Chandra Asri integrasi PT. Trypolita serta pengambilan tipikal Gambar 2 Tipikal pada composite network MAIN_UTY-1 Proccedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 2 dari 8

3 IV. ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN KOORDINASI RELE Studi koordinasi rele arus lebih dan rele gangguan ketanah pada PT. Chandra Asri integrasi dengan PT. Tri Polyta mengacu pada flowchart seperti ditunjukkan pada Gambar 4. START 197 0, , , , , PENUMPULAN DATA: 1. SINGLE LINE DIAGRAM 2. DATA EKSISTNG KURVA KOORDINASI PERENCANAAN : PEMILIHAN TIPIKAL RELE PERHITUNGAN DAN SIMULASI ANALISA DATA APAKAH KOORDINASI SUDAH SESUAI SYARAT RELE PENGAMAN YA MEMBANDINGKAN HASIL EKSISTING DAN RESETTING : KURVA KOORDINASI TIDAK 4.2 Analisis Setting Rele Pengaman Arus Lebih Rele yang digunakan yaitu IC03, TC023, rele motor GE Multilin, ABB SPAJ 140C. Dipilh beberapa tipikal dari Main Utility 1 PT. Chandra Asri yaitu: Tipikal 1 : Setting Rele Bus 200 hingga Main Bus A-1 Tipikal 2 : Setting Rele Motor GB-5101C-M hingga Main Bus A-SWM-2010 Tipikal 3 : Setting Rele Transformator TR-2012 dan TR Tipikal 4 : Setting Rele integrasi Setting Rele Bus 200 hingga Main Bus A-1 Single line diagram bus 200 hingga main bus A-1 ditunjukkan pada Gambar di bawah ini: KESIMPULAN END Gambar 3 Flowchart langkah penelitian 4.1 Analisis Gangguan Arus Hubung Singkat Arus hubung singkat maksimum yang dipakai dalam analisis adalah arus hubung singkat 3 fasa 4 cycle pada saat pembangkitan maksimum, dimana sebelum dan setelah dilakukan integrasi yaitu saat kondisi PLN-STG-GTG = ON, tetapi menghasilkan Isc max yang berbeda di setap bus-nya pada sebelum dan sesudah diintegrasi. Sedangkan arus hubung singkat minimum yang dipakai adalah arus hubung singkat 30 cycle pada saat pembangkitan minimum, yaitu saat kondisi (PLN(swing)- GTG(vc)=ON,STG(vc)=OFF). Oleh karena itu,didapatkan hubung singkat minimum dan maksimum sebagai berikut Tabel 1 Tabel arus hubung singkat maksimum dan minimum setelah terjadi integrasi Bus Isc Max 4 cycle Isc Min 30 cycle ID kv A A A-SWM , B-SWM , A-1 6, , SWM , , , , , , Gambar 4 Single line diagram Bus 200 hingga Main Bus A-1 a. Rele 295 = Toshiba IC03 = Very Inverse I sc Max 4 Cycle bus 200, 0,4 kv : A I sc Min 30 Cyclebus 200, 0,4 kv : 22281A : 1804 A CT : 2000/5 A 1,05 x Ipp 0,8 x I sc min 30 Cyclebus 200, 0,4 kv 1,05 x 1804 Ipp 0,8 x Ipp A Proccedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 3 dari 8

4 nct : 2000/5 Tap setting arus: 1894, Ips, 2000/5 2000/5 4,73 Ips Dipilih tap setting arus : Setelan aktual Ipp = 5 x = 2000 A 5 Setting Waktu ( Time Dial ) Waktu operasi td = 0,1 + t = 0,1 + 0,3 = 0,4 detik Multiple of Tap Current Seting : Isc Max 4 Cycle bus200, 0,4 kv = = 13.7 Ipp 2000 Berdasarkan kurva karakteristik rele Toshiba IC03F seperti ditunjukkan pada Gambar 5, dengan waktu operasi dipilih 0,4 detik dan multiple of tap current setting 13.7 maka dipilih TDS = 3. Time dial setting = 3 s c. Rele CB U1.AF.5 : Very Inverse I sc Max 4 Cyclebus200, 0,4 kv : 27480A Konversi ke 6 kv : 0,38 x = 1740,4A 6 I sc Min 30 cycle bus120-3, 6 kv : 8979A : A CT : 300/5 A Tap setting arus: 3 Time Dial = 7. Current setting High Set (I>>) I scmax 4 Cyclebus200, 0.4kV Konversike 6 kv sc min 30 cyclebus120-3, 6 kv 1740 I set 0,8 x I set 7183, I set , I set 57,08 Dipilih I set = 37 Delay Time Setting ( t>> ): Setting waktu dipilih : 0,4 detik I set 0,8 x I Gambar 5 Kurva karakteristik rele Toshiba IC03. b. Rele CB17 = Toshiba IC03 = Very Inverse I sc Max 4 Cyclebus200 : A 0,38 Konversi ke 6 kv : x = 1740,4A 6 I sc Min 30 Cyclebus120-3 : 8979A : 120,3 A CT : 200/5 A Tap setting arus: 4 Time Dial setting = 5 s Gambar 6 Kurva Koordinasi Setting Eksisting Rele Bus 200 hingga Main Bus A-1 Proccedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 4 dari 8

5 Gambar 7 Kurva Koordinasi Setting Resetting Rele Bus 200 hingga Main Bus A-1 Koordinasi setting eksisting dan resetting rele setelah dilakukan integrasi pada bus 200 hingga bus A-1dapat dilihat pada gambar 6 dan 7. Terlihat bahwa kedua setting koordinasi yaitu tap/pickup nya tetap sama yaitu rele U1- AF-5 sebesar 3, rele CB17= 4 dan rele 295 = 5. Hal ini dikarenakan dari trafo yang tidak berubah, setting time dial pada rele U1-AF-5, rele CB17, rele 295 berubah yaitu pada sebelum integrasi berturut-turut sebesar 3s, 4s, 6s sedangkan setelah integrasi sebesar 4s, 5s, 7s. Hal ini disebabkan karena hubung singkat maksimum yang bertambah besar saat integrasi. Pada koordinasi eksisting terdapat fuse yang berfungsi sebagai back up releu1-af-5, tetapi jika fuse tetap dipertahankan pada kondisi setelah dilakukan integrasi maka skenario sebagai back up rele tersebut tidak akan terpenuhi karena setelah dilakukan simulasi fuse terlebih dahulu lebur. Jadi sebaiknya fuse diganti yang ukuranya lebih besar atau dihilangkan karena rele U1-AF-5 sudah cukup baik mem-back up rele sebelumnya Setting Rele Motor GB-5101C-M hingga Main Bus A-SWM-2010 Single line diagram rele 5IAI1 dan 5IAI2 ditunjukkan pada Gambar 8 dibawah ini. Gambar 8 Single Line Diagram Motor GB-5101C-M hingga Main Bus A-SWM a. Rele motor GB-5101C-M Manufacturer : GE Multilin Model : 369 Curve Type : Standard CT : 100/5 Motor : 80,72 A Overload Pick Up Pick Up = 1,1 x Motor = 1,1 x 80,72 = 88,79 A Tap = 88,79 100/5 = 4,4A Curve Multiplier Dipilih waktu operasi (time_to_trip) = 8 s Curve multiplier dipilih 1,1 Instantaneous Pickup(I>>) Dipilih tap 5,5 In dengan waktu tunda 0,1s b. Rele CB U1-A1 = Toshiba IC03 = Very Inverse I sc Max 4 Cyclebus A-1 : A I sc Min 30 CyclebusA-1 : 9002A : 1443 A CT : 2000/5 Dipilih tap setting arus : 4 TDS terletak antara 5 dan 6, dipilih TDS= 6. Current Setting High Set (I>>) Dipilih Iset = 20 Time delay = 0,7 c. Rele CB AF2 = Toshiba IC03 = Very Inverse I sc Max 4 Cycle,bus A-16 kv : 16423A 6 Konversi ke 20 kv = x 16423= 4926,9 A 20 I sc min 30 cycle bus A-SWM-2010 : 5446 A : 433 A Proccedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 5 dari 8

6 CT : 600/5 Dipilih tap current setting : 4 Time dial setting = 7 s Current Setting High Set (I>>) Dipilih I set = 37 A Setting waktu ( t>> ) : 0,1 detik Dari gambar kurva eksisting rele motor GB-5101C-M hingga main bus A-SWM-2010, terlihat bahwa setting rele motor terutama high-set sudah cukup bagus tetapi masih dapat disetting dengan lebih baik lagi agar sensivitasnya lebih handal. Hal ini terlihat jika dibandingkan dengan kurva resetting setelah integrasi. Pada koordinasi eksisting maupun resetting rele U1-A1, rele tersebut adalah pertemuan dari cabang-cabang feeder, jadi di setting dengan time delay yang besar bertujuan agar fedeer yang terpanjang ataupun yang mempunyai motor terbesar, masih dapat ter-back up oleh rele U1-A Setting Rele Transformator TR-2012 dan TR-2011 Single line diagram transformator TR-2012 dan transformator TR ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. Gambar 9 Kurva Koordinasi Setting Eksisting Rele Motor GB- 5101C-M hingga Main Bus A-SWM-2010 Gambar 10 Kurva Koordinasi Resetting Rele Bus Motor GB- 5101C-M hingga Main Bus A-SWM-2010 Gambar. 11 Single Line Diagram Rele Transformator TR dan TR-2011 a. Rele CB AI-1 : Toshiba TC023B : Very Inverse I sc Max 4 CycleA-SWM-6001, : A I sc Min 30 Cycle A-SWM-2010 : 5446 A : 952,6 A CT : 1500/5 Dipilih tap setting arus: 3 Time Dial Waktu operasi td = 1+ t = 1 + 0,3 = 1,3 detik = 5446 A I sc min 30 cycle TDM= Time Dial Multiplier td = β x 1,3 = k x T α Isc 1 Iset 0,808 x 80 x T = 0,46 Setting Time Dial = 0,5 Current Setting High Set (I>>) Dipilih Iset = 16 Setting waktu ( t>> ) : 0,4 detik b. Rele CBAI2 : Toshiba TC023B :Very Inverse I sc Max 4 CycleA-SWM-2010, 6 kv : 17906A Proccedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 6 dari 8

7 I sc min 30 cycle Main bus A-SWM-2010 : 606,2 A CT : 1000/5 Current setting IDMT ( I> ) Dipilih tap current setting = 4 Time Dial Setting Time Dial = 0,5 Current Setting High Set (I>>) Dipilih Iset = 24 Setting waktu ( t>> ) : 0,4 detik : 5446 A Pada koordinasi setting eksisiting pada rele AI-2 telihat bahwa setting high set bernilai 25 sedangkan pada resetting bernilai 37, ini dikarenakan perbedaan hubung maksimum yang terjadi. Hal yang sama terjadi pada rele transformator yang berbeda high set nya pada kondisi eksisting maupun resetting. Terlepas dari itu setting seperti tap hampir mendekati sama, karena diambil dari trafo TR-2012 dan TR-2011 yang tidak berubah nilainya, yaitu sebesar 952,6A dan 606.2A Setting Rele integrasi Single line diagram rele integrasi ditunjukkan pada Gambar dibawah ini. Gambar. 14 Single Line Diagram Rele integrasi a. Rele CB 25-P : ABB SPAJ 140C : Very Inverse I sc Max 4 Cycle, bus120 : A 6 Konversi ke 20 kv = x = 10736,4 A 20 Gambar 12 Kurva Koordinasi Setting Eksisting Rele Transformator TR-2012 dan TR-2011 Gambar 13 Kurva Koordinasi Resetting Rele Transformator TR-2012 dan TR-2011 I sc min 30 cycle bus outering : 5178 A : 721,7 A CT : 600/5 Dipilih tap current setting : 1,3In Setting Time Dial = 0,26 Current setting High Set (I>>) Dipilih Iset = 5,3A Time delay = 0,1s b. Rele CB181 dan CB293 : ABB SPAJ 140C : Very Inverse I sc Max 4 Cyclebus outering : A I sc Min 30 Cyclebus outering CT Setting arus pickup = 1,5In Setting Time Dial = 0,5 : 5178 A : 1443,4 A : 1000/1 A Current setting High Set (I>>) Dipilih Iset = 5 Time delay = 0,4 Koordinasi pada saluran integrasi antara PT. Chandra Asri dengan PT. Tri Polyta dapat dilihat pada gambar Proccedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 7 dari 8

8 Saluran integrasi disambungkan outgoing bus outering milik PT. Tri Polyta dengan saluran GI-ASAHI pada PLN yang langsung disambungkan atau yang tadinya menyuplai PT. Chandra Asri. Saluran ini menggunakan jenis kabel XLPE 300mm² dengan panjang 800m. Dipasang 2 rele yaitu rele 181 dan rele 293 yang keduanya disetting sama yaitu dengan tap 1.5, time dial 0.5, instan 5 serta time delay yaitu 0.4s. DAFTAR PUSTAKA [1] Anderson. P.M, Power System Protection, McGraw-Hill, [2] Cristophe Preve, Protecton of Electrical Network, ISTE Ltd, Great Britain and the United States, 2006 [3] Davies. T, Protection of Industrial Power System second edition, Great Britain, [4] IEEE Recommended Practice for Protection andcoordination of Industrial and Commercial Power System, IEEE Standart [5] Ontoeseno Penangsang., Diktat Kuliah Analisa Sistem Tenaga 2, 2006, Teknik Elektro- ITS,Surabaya. [6] Schneider Electric, Protection Guide Motor Protection [7] SPLN 52-3 : 1983, Pola Pengaman Sistem Bagian Tiga, Sistem Distribusi 6 kv dan 20 kv [8] Titarenko M Ivonovsky, Protecive Relaying in Electrical Power System. [9] Wahyudi R, Diktat Kuliah Sistem Pengaman Tenaga Listrik, 2008, Teknik Elektro-ITS,Surabaya [10] Wahyudi SN, Proteksi dan Power Quality, workshop operasi dan Pemeliharaan Distribusi, PT. PLN Pusdiklat 2008 [11] Warrington. A.R. van C, Protective Relays volume 1, Chapman & Hall LTD, 1962 BIOGRAFI PENULIS Gambar 15 Kurva Koordinasi setting Rele integrasi V. KESIMPULAN Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi dan analisis pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Integrasi pada PT. Chandra Asri dengan PT. Tri Polyta menyebabkan berubahnya hubung singkat yang terjadi pada setiap bus, seperti pada main bus A-SWM-2010 pada kondisi sebelum integrasi, hubung singkat maksimum sebesar 15436A dan, sedangkan pada kondisi setelah integrasi menjadi 17906A. 2. Setting time dial pada rele UI-AF-5, rele 17 dan rele 295 berubah pada kondisi setelah integrasi, yang sebelumnya yaitu 3,4,dan 6 menjadi 4,5 dan Perubahan yang sering terjadi pada setting koordinasi yaitu pada high set, seiring berubahnya hubung singkat maksimum yang ada pada bus, seperti pada rele AI-2 pada kondisi sebelum integrasi pick up instant sebesar 25, setelah adanya integrasi menjadi Pada setting tap rele tidak ditemukan peubahan yang signifikan, hal ini disebabkan karena yang diperoleh dari trafo maupun motor yang sama, yang diperoleh dari trafo 3515-TR-3081 sebesar 1804A didapatkan tap sebesar 5 dengan CT 2000/5. Nama lengkap penulis adalah Anang Setiyono. Lahir di kota Cilacap pada tanggal 16 November 1987 beragama Islam. Tempat tinggal penulis di Jl. Kluwih no. 36c, Tambakreja Cilacap. Sekarang bertempat tinggal di Jl. Kejawan Gebang 4 no 24 Surabaya karena masih berstatus mahasiswa di ITS Surabaya. Motto yang diusung dalam menjalani kehidupan yaitu jalani hidup dengan penuh semangat. Penulis pernah menjalani pendidikan di TK Baruna Wati Cilacap, SD Negeri Tambakreja 05 Cilacap, SLTP Negeri 1 Cilacap, SMA Negeri 1 Cilacap, Diploma 3 Universitas Gadjah Mada (UGM) Yogyakarta Bidang Studi Elektronika. Sekarang masih mengikuti pendidikan program studi lintas jalur S1 teknik elektro bidang studi sistem tenaga, jurusan teknik elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember ( ITS) Surabaya. Proccedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 8 dari 8