PENGARUH PENGETANAHAN SISTEM PADA KOORDINASI RELE PENGAMAN PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG

Transkripsi

1 PENGARUH PENGETANAHAN SSTEM PADA KOORDNAS RELE PENGAMAN PT. PUPUK SRWDJAJA PALEMBANG Kurnia Rosidi Jurusan Teknik Elektro - FT, nstitut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus TS, Keputih - Sukolilo Surabaya Abstrak: PT. Pupuk Sriwidjadja (PT. Pusri) Palembang adalah perusahaan penghasil pupuk urea pertama dan merupakan salah satu BUMN di ndonesia. Dalam usaha meningkatkan keandalan dan kontinyuitas pelayanan, PT. PUSR telah melakukan perubahan sistem kelistrikan dengan melakukan pengintegrasian pada keempat pembangkitnya. Dengan pengaplikasian metode 1 (Pentanahan Generator High- Resistance dan Pentanahan Sistem Low-Resistance) dan metode (Generator dan sumber tenaga eksternal pentanahan High-Resistance, dan Bus pentanahan Low-Resistance) pada PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang hasilnya kedua metode tersebut menggunakan settingan rele yang sama, karena perbedaannya hanya pada arus hubung singkat satu phasa maksimumnya. Pada metode 1 besar arus hubung singkat maksimumnya adalah A dan besar arus hubung singkat satu phasa maksimum pada metode adalah 417 A. Sedangkan arus hubung singkat satu phasa minimumnya sama, yaitu 8 A. Kata Kunci : Pentanahan High-Resistance, Pentanahan Low-Resistance, Settingan Rele. PENDAHULUAN Sistem kelistrikan yang terpasang pada suatu industri membutuhkan keandalan dan kontinuitas untuk menjamin terlaksananya proses produksi. Ukuran keandalan dapat direpresentasikan dengan seringnya terjadi pemadaman saat terjadi gangguan. Untuk memperoleh keandalan dari suatu sistem diperlukan pertimbangan jangkauan pengindera peralatan pengaman, sensitifitas pengaman dan pembahasan koordinasi peralatan pengaman. Salah satu metoda yang dilakukan untuk memperoleh keandalan sistem adalah koordinasi rele pengaman dengan memfungsikan rele sebagai pengaman utamadan 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. Dengan koordinasi rele yang baik dan relevan, mengisolir gangguan, keandalan dan kontinuitas supplí daya tetap terjaga optimal.. TEOR PENUNJANG Salah satu gangguan arus lebih pada sistem tenaga listrik tiga fasa adalah gangguan hubung singkat. Mengetahui besar arus pada saat gangguan hubung singkat dapat dijadikan sebagai acuan melakukan koordinasi setting rele pengaman yang handal sehingga arus arus akibat gangguan hubung singkat tersebut tidak merusak peralatan dan menggangu kestabilan sistem. Perhitungan praktis untuk menghitung besar arus hubung singkat dalam sistem distribusi tegangan menengah dapat dilakukan sebagai berikut : Gangguan hubung singkat satu phasa [1] V phasa netral sc1 =...(1) ϕ Z 1 Z Z 0 Dan untuk hubung singkat dengan menggunakan reaktansi atau resistansi, digunakan rumus sebagai berikut : V phasa netral sc1 =...() ϕ Z 1 Z Z 0 Z N Dimana, Z 1 = mpedansi urutan positif dalam ohm Z = mpedansi urutan negatif dalam ohm Z 0 = mpedansi urutan nol dalam ohm Z N = mpedansi resistansi/reaktansi ke tanah dalam ohm A. Konsep daerah pengamanan Pada konsep daerah pengamanan fungsi dari pada rele dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai rele pengaman utama dan rele pengaman cadangan (back up). Rele pengaman cadangan akan berfungsi jika rele pengaman utama tidak bekerja saat terjadi gangguan hubung singkat. Gambar 1. Konsep daerah pengamanan Daerah 1 merupakan daerah pengamanan generator, untuk daerah adalah pengamanan generator dan transformer, sedangkan pada daerah dan daerah 4 berturut turut merupakan pengamanan busbar dan pengaman saluran transmisi. Dengan mengacu pada konsep daerah pengamanan, penyetelan rele arus lebih memiliki peranan yang penting Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FT-TS Halaman 1 dari 6

2 dalam koordinasi setting rele pengaman. Penyetelan rele arus lebih dapat dilakukan berdasarkan setelan waktu, setelan arus maupun kombinasi keduanya [] B. Pentanahan Ada beberapa metode pada pentanahan sistem tenaga diantaranya Low Resistance Grounded (LRG), pentanahan efektif, pentanahan reaktansi, High Resistance Grounded (HRG) dan tanpa pentanahan. Pusat pentanahan kemungkinan dapat tercapai dengan pentanahan pada generator-generator dan atau pada trafo-trafo pentanahan trafo kemungkinan digunakan sebagai tempat pusat pentanahan. Berbagai solusi untuk pentanahan dan proteksi generator sebagai berikut []. a. Generator tanpa pentanahan dan Sistem pentanahan Low-Resistance b. Pentanahan Generator High-Resistance dan Pentanahan Sistem Low-Resistance c. Sistem Hybrid d. Generator dan sumber tenaga eksternal pentanahan High-Resistance, dan Bus pentanahan Low- Resistance e. Semua Sumber Pentanahan High-Resistance C. Rele Pengaman Gangguan ke Tanah (51GN/59) Pada sistem pentanahan impedansi ini, arus urutan nol yang digunakan sebagai besaran ukurnya jika terjadi gangguan hubung singkat. Rele yang digunakan untuk mendeteksi arus urutan nol adalah rele arus lebih (OCR). Sedangkan pada sistem pentanahan dengan trafo distribusi, tegangan urutan nol digunakan sebagai besaran ukurnya. Dalam hal ini rele tegangan lebih atau rele arus lebih digunakan untuk mendeteksi besaran tegangan atau arus urutan nol yang terjadi.. METODOLOG DAN STUD KASUS Metodologi yang dilakukan dalam melakukan analisis dapat dilihat pada flowchart pada gambar berikut: Gambar. Flowchart metoda analisis Sistem kelistrikan PT. Pusri dilayani oleh empat buah pembangkit. Tegangan sistem untuk mensuppli beban pada PT. Pusri dibagi atas 1.8 kv,.4 kv dan 0.48 kv. Pada tugas akhir ini beban yang digunakan adalah beban 1.8 kv dan.4 kv sedangkan untuk beban 0.48 kv dilump di tegangan.4 kv dan 1.8 kv sesuai jaringan beban sebenarnya, dapat dilihat pada gambar 6. Dalam usaha meningkatkan keandalan dan kontinyuitas pelayanan, PT. Pusri melakukan penyatuan pengintegrasian seluruh sistem pembangkitan di lingkungan PT. Pusri. Berikut adalah gambar sistem kelistrikan PT. Pusri. Gambar. Single Line Diagram di PT. Pusri Palembang V. PERHTUNGAN DAN ANALSS 4.1 Analisis Gangguan Arus Hubung Singkat Langkah pertama perhitungan arus hubung singkat adalah dengan menghitung nilai impedansi yang terdapat pada sistem kelistrikan yang mengalami gangguan hubung singkat. Misal akan dilakukan perhitungan hubung singkat satu phasa ke tanah, obyek penelitian terjadi pada bus SG kv (pada metode 1 dan metode ). (Metode 1) Diagram impedansi dari generator 006-J 1.5 MVA sampai bus SG kv sebagai berikut ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar 4. Diagram impedansi generator 006-J sampai bus SG-1 Z 1 tot (pu) = [Z gen Z kabel ] = [ ] = pu Dengan melakukan normalisasi pada kv base 1.8 kv didapatkan nilai impedansi aktual total, sebesar : Z 1 act (Ω) = Z pu.z base = x = 1.4 Ω Langkah perhitungan yang sama dalam mencari nilai impedansi urutan nol dalam pu dan didapatkan Z 0 act (Ω) = Ω mpedansi urutan negatif pada mesin sinkron dapat dirumuskan sebagai berikut [4] : X d X q " Z = j X = j Pada mesin sinkron rotor bulat reaktansi sub transient sama dengan urutan negatif, maka : MVA base Z generator = Xd x MVA generator Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FT-TS Halaman dari 6

3 100 = 0.09 x = 0.48 pu 1.5 Didapatkan Z total = = pu Z aktual = x 1.8 = Ω 100 Z N = V n GR 1800 = = 995,9 Ω 8 Setelah Z 0, Z 1, Z, dan Z N didapatkan, kemudian dapat dihitung V n sc1φ = Z Z Z Z 1 0 N 1800 = ( ) = 7.99 A 8 A Hasil diatas adalah nilai hubung singkat untuk tiap generator, sehingga untuk nilai hubung singkat pada bus SG-1 dari empat generator yaitu : sc1φ bus SG-1 = 4 x 8 = A Melalui perhitungan yang sama seperti diatas, maka bisa dihitung arus gangguan pada bus bus yang lain. Sedangkan untuk bus bus.4 kv, perhitungannya sama seperti perhitungan Metode. Simulasi hubung singkat dengan menggunakan software Etap menghasilkan arus hubung singkat satu phasa ke tanah dan dapat ditabelkan sebagai berikut : Tabel 1. Arus gangguan hubung singkat Metode 1 (hasil ETAP) BUS Tegangan bus (kv) sc1φ (A) 4 cycle SG SG SG SG SYN BUS 1.8 Out TR MCC# J.4 99 MCC#.4 99 MCC#UOP MCC#.4 99 EMERNCY BUS P.4 99 MCC# MCC# MCC#.4 99 Out TR 1A.4 99 MCC# MCC#11A.4 99 MCC# BUS Tegangan bus (kv) sc1φ (A) 4 cycle MCC#PET-05A.4 99 MCC# MCC# MCC# MCC#51A.4 99 MCC# MCC# MCC# MCC# TB.4 99 MCC# MCC#ML (Metode ) Diagram impedansi dari zig-zag trafo sampai bus SG kv sebagai berikut ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar 5. Diagram impedansi zig-zag trafo sampai bus SG-1 Melalui perhitungan yang sama seperti diatas, maka bisa dihitung arus gangguan pada bus bus yang lain. Simulasi hubung singkat dengan menggunakan software Etap menghasilkan arus hubung singkat satu phasa ke tanah dan dapat ditabelkan sebagai berikut : Tabel. Arus gangguan hubung singkat Metode (hasil ETAP) BUS Tegangan bus(kv) sc1φ (A) 4 cycle SG SG SG SG SYN BUS Analisis setting rele Analisa dan perhitungan terhadap setting rele pengaman arus lebih adalah sebagai berikut : 4..1 Setting Rele Generator 1.8 kv dan bus SG-1 1.8kV (Tipical- 1) Metode 1 Single line diagram untuk generator P 006-J sampai trafo TR# sisi HV 1.8 kv adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar 6. Generator P 006-J sampai trafo TR# sisi HV 1.8 kv Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FT-TS Halaman dari 6

4 Rele GEN P (51GN) = FC Kurva = 5 = A sc min 1φ 4 cycle = 4 A CT = /5 A, nct = % max pp % max [4] 0.05 x pp 0.5 x A pp A 0.0 Tap current setting dipilih 0.15 (karena keterbatasan Tap) Setting Waktu ( Time Dial ) Waktu operasi (T) = 1s Time Dial = M Konstanta K= 80 Konstanta E = (/pu) = K T = M E 1 pu ( ) 80 1 = M 18 1 M = 4 Dipilih M = 4 Rele /5 = PJC-11-A Kurva = nstantaneous = A CT = /5 A, nct = % max pp % max 0.05 x pp 0.5 x A pp A 0.0 Tap current setting dipilih 1 Time Dial = 0.1 s Gambar 7. Kurva koordinasi rele Tipical 1 Metode Setting Rele Sinkron bus 1.8 kv dan bus SG-1 1.8kV (Tipical- ) Metode 1 Single line diagram untuk sinkron bus sampai trafo TR# sisi HV 1.8 kv adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar 8. Sinkron bus sampai trafo TR# sisi HV 1.8 kv Rele 5S (/51N) = 760 Kurva = AC Very nverse = A sc min 1φ 4 cycle = 4 A CT = /5 A, nct = % max pp % max 0.05 x pp 0.5 x A pp A Tap current setting dipilih 0.05 Setting Waktu ( Time Dial ) Waktu operasi (T) = 0.7 s Time Dial = M Konstanta A = 0.09 Konstanta B = 0.8 Konstanta C = 0.1 Konstanta D = -1. Konstanta E = 8 (/pu) = Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FT-TS Halaman 4 dari 6

5 T = M A pu 0.7 = M 0.09 M = 1.5 Dipilih M = 1.5 B D E C C C pu pu () 0.1 (() 0.1) (() 0.1) Setting arus ( >> ) set % max/ct set / set 0. Dipilih set = 0. Delay dipilih = 0.4 s Rele /5 = PJC-11-A = A CT = /5 A, nct = % max pp % max 0,05 x pp 0,5 x A pp A 0.0 Tap current setting dipilih 1 Time Dial = 0.1 s 8 Rele 000/5 = AC Kurva = 5 = 400 A CT = /5 A, nct = % max pp % max 0.05 x 400 pp 0.5 x A pp 00 A Tap current setting dipilih 0.5 Setting Waktu ( Time Dial ) Waktu operasi (T) = 0.4 s Time Dial = M Konstanta A = 0.09 Konstanta B = 0.8 Konstanta C = 0.1 Konstanta D = -1. Konstanta E = 8 (/pu) = B D E T = M A C pu C C pu pu = M 0.09 ( 18) 0.1 (( 18) 0.1) (( 18) 0.1) M = Dipilih M = Gambar 9. Kurva koordinasi rele Tipical Metode Setting Rele Sinkron sisi LV trafo TR#.4 kv (Tipical-) Metode 1 Single line diagram untuk sisi LV trafo TR#.4 kv sampai lump.4 kv adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar 10. Sisi LV trafo TR#.4 kv sampai lump.4 kv Gambar 11. Kurva koordinasi rele Tipical Metode Setting Rele Tipical-1, Tipical-, dan Tipical- Metode Untuk setting rele tipical-1, tipical-, dan tipical- pada metode menggunakan cara perhitungan yang sama dengan yang dilakukan pada metode 1. Perbedaan antara metode 1 dan metode hanya pada sinkron bus metode menggunakan zig-zag trafo dengan pentanahan 400 A. Sehingga arus hubung singkat maksimum yang terjadi menjadi 417 A, sedangkan untuk arus hubung singkat minimum yang terjadi tetap 8 A. Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FT-TS Halaman 5 dari 6

6 Berikut ini akan dijelaskan mengenai bentuk koordinasinya. Gambar 1. Kurva koordinasi rele Tipical 1 Metode Gambar 1. Kurva koordinasi rele Tipical Metode Gambar 14. Kurva koordinasi rele Tipical Metode 4. Hasil setting rele Metode 1 dan Metode Dari analisa dan perhitungan diatas, maka resetting pada rele arus lebih untuk mengamankan peralatan dengan metode 1 dan metode di PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang. Perbedaan settingnya hanya pada SC Amps yang terdapat pada software powerplot. Untuk metode 1 kita isi, sedangkan untuk metode kita isi 417. V. KESMPULAN Pengintegrasian Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi dan analisa pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Dengan pengaplikasian metode 1 (Pentanahan Generator High-Resistance dan Pentanahan Sistem Low-Resistance) dan metode (Generator dan sumber tenaga eksternal pentanahan High-Resistance, dan Bus pentanahan Low-Resistance) pada PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang ternyata kedua metode tersebut menghasilkan settingan rele yang sama, karena perbedaannya hanya pada arus hubung singkat satu phasa maksimumnya. Pada metode 1 besar arus hubung singkat maksimumnya adalah A dan besar arus hubung singkat satu phasa maksimum pada metode adalah 417 A. Sedangkan arus hubung singkat satu phasa minimumnya sama, yaitu 8 A.. Pada metode 1 dan metode, resetting rele yang terdapat pada sinkron bus membutuhkan perubahan kurva. Metode 1 dan metode memerlukan penggantian CT menjadi CT /5 (ZCT), karena arus hubung singkat satu phasa yang terjadi adalah 8 A. CT /5 dapat mendeteksi arus minmum 0.05 A. 4. Metode 1 lebih baik dari metode, karena pada metode ada rele pada sinkron bus yang tidak mencapai range arus seperti yang diinginkan yaitu A. DAFTAR PUSTAKA [1]. rwin Lazar, Electrical Systems Analysis and Design for ndustrial Plants, McGraw-Hill Book Company, USA, []. Merlin Gerin, Sepam 1000 Substation Busbars []. P. Pillai, Grounding and Ground Fault Protection of Multiple Generator nstallations on Medium- Voltage ndustrial and Commercial Systems, EEE Transactions On ndustry Applications, vol. 40, no. 1, jan/feb [4]. Cristophe Preve, Protecton of Electrical Network, STE Ltd, Great Britain and the United States, 006. [5]. Manual GE Multilin 7/760, 006. [6]. Manual GE Multilin AC5. [7]. Manual GE Multilin FC5. [8]. Manual GE Multilin PJC11A. DAFTAR RWAYAT HDUP Kurnia Rosidi dilahirkan di Tuban, 9 Desember 1985, merupakan bungsu dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak M. Choirul Anam dan bu Nasrochiyati. Pendidikan yang pernah ditempuh SDN Manukan Kulon V Surabaya ( ), SLTPN 6 Surabaya ( ), SMUN 6 Surabaya ( ), Politeknik Elektronika Negeri Surabaya jurusan Elektronika ( ). Kemudian penulis melanjutkan ke tingkat sarjana di Jurusan Teknik Elektro TS Surabaya melalui program Lintas Jalur pada tahun 007. Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FT-TS Halaman 6 dari 6