JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No 1, (2013) 1-6

Transkripsi

1 EVALUASI KELAYAKAN KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM KELISTRIKAN PABRIK SEMEN DI JAWA BARAT Gisa Gumilang, Margo Pujiantara 1), dan R. Wahyudi 2). Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi dustri, stitut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya ) 1 Abstrak -- PT. docement Tunggal Prakarsa plant 6 Citeureup merupakan perusahaan industri yang bergerak dibidang produksi semen. Untuk memenuhi sistem kelistrikannya, pabrik disuplai oleh 1 buah grid berkapasitas 20 MVA. Sampai saat ini, sistem proteksi pada PT. docement Tunggal Prakarsa plant 6 Citeureup belum pernah distudi ulang kelayakan dari koordinasi sistem pengamannya. Sehingga banyak terjadi kesalahan koordinasi pada Sistem kelistrikan yang terpasang. Suatu sistem kelistrikan membutuhkan keandalan dan kontinuitas yang sangat baik, tidak terkecuali PT. docement plant 6 Citeureup. Karena bila terjadi gangguan dan peralatan pengaman yang ada tidak mampu mengisolasi sumber gangguan, maka ada kemungkinan seluruh pabrik akan mati dan menyebabkan rugi yang besar akibat terhambatnya proses produksi. Tugas akhir ini mengevaluasi koordinasi rele pengaman arus lebih yang sudah terpasang pada sistem kelistrikan PT. docement plant 6 Citeureup hingga diperoleh keandalan dan kontinuitas yang layak. Analisis dimulai dengan memiilih beberapa tipikal koordinasi yang dianggap dapat mewakili bentuk koordinasi keseluruhan sistem pengaman yang ada pada sistem kelistrikan di PT. docement plant 6 Citerureup. Ada 3 tipikal yang dipilih pada tugas akhir ini, yaitu tipikal motor terjauh 451.FN1.MO1 2000kw, tipikal motor terbesar 361.MD1.MO kw, dan tipikal motor DC 461.MD1.MO1 kw. Setelah dilakukan analisis dari data eksisting yang sudah dimiliki PT.docement plant 6 Citeureup, dilakukan perhitungan yang sesuai dengan standard yang digunakan untuk resetting koordinasi rele pengaman. Kata kunci : rele pengaman, Evaluasi, koordinasi, resetting I. PENDAHULUAN Sistem tenaga listrik tidak dapat lepas dari terjadinya ganguan. Gangguan yang terjadi pada sistem tenaga disebabkan oleh banyak faktor. Ketika terjadi gangguan maka sistem pengaman tenaga listrik harus dapat mengisolasi arus gangguan agar kerusakan pada peralatan tidak terjadi. Sistem pengaman tenaga yang handal harus menjaga kontinuitas pelayanan pada bagian sistem tenaga listrik yang tidak mengalami gangguan. Arus gangguan yang mengalir pada sistem tenaga listrik menyebabkan beroperasinya rele pengaman dan menggerakkan pemutus tenaga (PMT) sehingga aliran daya yang mengalir pada saluran tersebut terputus. Gangguan yang terjadi pada saluran transmisi tenaga listrik disebabkan oleh dua faktor, yaitu faktor dalam dan faktor luar. Gangguan dari faktor dalam yaitu gangguan yang disebabkan adanya kerusakan suatu peralatan, sedangkan gangguan dari faktor luar yaitu gangguan yang disebabkan oleh lingkungan alam. Gangguan ini menyebabkan parameter listrik berpotensi merusak peralatan lain yang digunakan dalam operasi sistem tenaga listrik. Koordinasi rele pengaman merupakan pengaturan setting arus dan waktu beberapa rele yang sudah terpasang pada sistem kelistrikan industri dengan tujuan untuk memperoleh selektivitas yang tinggi dalam melokalisasi gangguan yang terjadi agar tidak meluas, sehingga kontinuitas sistem tetap terjaga. Dengan koordinasi rele yang baik, keandalan dan kontinuitas supply daya akan tetap terjaga. Tugas akhir ini menganalisa sistem proteksi yang sudah terpasang pada sistem kelistrikan PT. indocement citeureup plant 6, hingga diperoleh keandalan dan kontinuitas yang layak II. TEORI PENUNJANG A. Rele Arus Lebih Dalam pengaman sistem tenaga listrik, rele yang sering digunakan adalah rele arus lebih. Rele arus lebih adalah rele perlindungan yang bekerja bila arus yang mengalir pada saluran melebihi arus yang dipilih pada rele arus lebih tersebut. Rele arus lebih merupakan jenis rele yang bekerja berdasarkan besarnya arus masukan, dan apabila besarnya arus masukan melebihi harga tertentu yang dapat diatur maka rele arus lebih bekerja[1]. Hanya satu variabel yang dibutuhkan untuk mengoperasikan rele lebih ini bekerja yaitu arus. Walaupun prinsipnya sederhana, rele ini mempunyai banyak karakterisik yang dapat dikembangkan hanya dengan variabel arus dan waktu. Gambar 1. Batas Ketelitian Seting Arus Berdasarkan BS [2]

2 Berdasarkan Gambar 1 batas penyetelan harus memperhatikan kesalahan pick up, menurut Standart British BS batas penyetelan antara nominal Iset. Mengacu pada standart tersebut, pada tugas akhir ini lebih amannya menggunakan konstanta 1.2 Iset. Jadi untuk setingnya dapat dilihat sebagai berikut: I set = 1,2 x I nominal... (1) I set I s =...(2) rasio_ct dimana : I s = arus seting Pemilihan tap yang digunakan = I s / I n Seting arus actual I set = tap x I n x CT Dicari nilai dibawahnya yang terdekat. Pada penyetelan rele arus lebih juga harus memperhatikan batas maksimum seting, untuk alasan keamanan dan back up hingga ke sisi muara (downstream) estimasi seting ditetapkan : I set 0.8 I sc 2, min...(3) sc2,min I adalah arus hubung singkat dua fase dengan pembangkitan minimum yang terjadi diujung saluran seksi berikutnya. Besar arus ini diperoleh dari arus hubung singkat tiga fase pada pembangkitan minimum dikalikan 0,8. Mengacu pada konsep diatas persyaratan setelan arus dapat dirumuskan sebagai berikut : 1,2 I maks < I set 0,8 I sc 2, min.....(4) Untuk operasi yang selektif, apabila terdapat beberapa rele arus lebih pada suatu jaringan radial. Maka rele pada ujung yang terjauh dari sumber harus disetel untuk dapat bekerja pada waktu yang sesingkat mungkin. Untuk jenis rele arus yang lebih karakteristik inverse, setelan waktunya ditentukan pada saat arus gangguan maksimum. B. Setting waktu rele arus lebih Setelan time dial menentukan waktu operasi rele. Untuk menentukan time dial dari masing-masing kurva karakteristik invers rele arus lebih dapat digunakan persamaan sebagai berikut yang sesuai dengan standard BS 142 dan IEC : T β td = I...(5) Iset -1 Di mana : td = waktu operasi (detik) T = time dial I = nilai arus (Ampere) Iset = arus pickup (Ampere) Nilai α dan β dapat dilihat pada tabel I di bawah ini : SISTEM KELISTRIKAN PT. INDOCEMENT PLANT 6 CITEUREUP Untuk memenuhi kebutuhan listriknya, PT indocement citeureup plant 6 mensuplai listriknya dari satu grid yang daya sebesar 20 MVA. Gambar single line diagram dan pemilihan tipikal yang dipilih untuk mengerjakan tugas akhir ini dapat dilihat pada gambar 2. Tipikal-tipikal tersebut sengaja dipilih dikarenakan tipikal-tipikal tersebut merupakan jlur terpanjang, jalur dengan motor terbesar, dan jalur dengan motor DC dan trafo. Untuk koordinasi proteksi fasa, pada GITET Kediri 500 kv dipilih 3 tipikal yang mewakili keseluruhan sistem. Pemilihan tipikal serta rekomendasi koordinasi proteksi fasa dapat dilihat pada gambar 2 dengan pertimbangan jalur koordinasi rele terpanjang serta adanya transformator dengan kapasitas besar yang berbeda nilainya pada tiap jalur. Tipkal 1 Tipikal 2 Tipikal 3 Gambar 2. Single Line Diagram dan Pemilihan tipikal PT docement plant 6. Pada gambar 2, tipikal 1 ditunjukkan dengan garis warna hitam, tipikal 2 ditunjukkan dengan garis warna orange, dan tipikal 3 ditunjukkan dengan warna biru. Analisa untuk setting dan koordinasi proteksi pada PT. docement plant 6 ini memperhatikan : 1. Koordinasi waktu untuk satu langkah antara sisi hulu dengan hilir berdasarkan IEEE 242 untuk perbedaan waktu minimum untuk relay digital berbasis mikroprosesor antara 0,2 s/d 0,4 detik.[3] 2 TABEL I KOEFISIEN INVERS TIME DIAL Tipe Kurva β α Standard verse 0,14 0,02 Very verse 13,50 1,00 Extremely verse 80,00 2,00

3 3 III. SIMULASI DAN STUDI KASUS KOORDINASI PROTEKSI FASA PADA PT. INDOCEMENT PLANT 6 CITEUREUP A. Hasil Simulasi Arus Hubung Singkat Minimum 30 cyclel dan Maksimum 4 cycle pada masing-masing bus Dari hasil simulasi, didapatkan nilai ISC min dan ISC max pada masing-masing bus, yang nanti akan dipergunakan sebagai dasar perhitungan untuk perlindungan hubung singkat pada masing-masing rele pengaman arus lebih fasa. Data hasil simulasi dapat dilihat pada tabel II di bawah ini : Tabel II Data Isc min dan Isc max masing-masing bus Nama Bus Isc min 30 cycle (KA) Isc Max 4 cycle (KA) bus 1 35,16 45,64 bus 3 14,86 23,78 bus 4 27,39 35,16 bus 5 13,5 21,44 bus 6 13,5 21,44 bus 7 13,5 21,44 bus 8 48,81 63,97 bus 9 48,81 63,97 bus 10 13,65 21,53 bus 11 13,65 21,53 bus 12 35,16 42,38 bus 13 13,42 20,96 bus 14 23,33 27,71 bus 15 23,33 27,71 bus 16 59,77 77,87 bus 17 59,77 77,87 bus 19 59,77 77,87 bus 29 27,39 35,16 bus 30 27,39 35,16 bus 34 15,15 24,06 CF panel 27,72 35,5 Panel ABB 15 23,92 Gambar 3. Single line Diagram tipikal 1 motor 451.FN1.MO kw Data setelan eksisting dari rele-rele arus lebih pengaman pada tipikal 1 diberikan pada tabel III sebagai berikut : Rele 20 Rele 19 Tabel III Eksisting Rele Arus Lebih Tipikal 1 Eksisting Rele CT = /5 CT = 500/5 0,7 = 280 A 6 = 2 A 0,1 s 1 = 500 A 0,3 s 15 =7500 A B. Analisis Koordinasi Pengaman pada Tipikal 1 Analisa dimulai dengan tipikal 1 motor 2000kw. Pada tipikal 1 motor 2000kw ini terdapat 6 rele arus lebih yang harus di lihat setting koordinasi eksistingnya, dan di analisa apakah terjadi kesalahan koordinasi pada rele-rele arus lebih gangguan fasa yang berada pada tipikal 1 tersebut. Seperti yang kita lihat pada gambar 3, rele pertama pada tipikal ini adalah rele 20 yang menjadi pelindung bagi motor 451.FN1.MO1 2000kw, lalu rele 19 yang menjadi pelindung bagi bus 11 apabila terjadi hubung singkat pada bus 11, rele 57 sebagai pelindung bus 10, bus 5 sebagai back up dari rele 57, rele 1 sebagai pelindung bus 3 apabila terjadi hubung singkat pada bus 3, lalu terakhir bus 50 sebagai pelindung bus PANEL ABB dan Sumber grid. Untuk Single line diagram dari tipikal 1 dapat dilihat pada gambar berikut : Rele 57 Rele 5 0,3 s GE Multilin IAC-52B 5 A ; 1200 A 2,5 s 40 A; 9600 A Not Available GE Multilin IAC-52B 5 A; 1200 A 3 s 40 A; 9600 A Not Available

4 Rele 1 Rele 50 Tabel III Eksisting Rele Arus Lebih Tipikal 1(lanjutan) GE Multilin IAC-52B CT = 3000/5 CT = 500/5 4 A; 2 A 4 s 40 A ; 20 A Not Available 0,8 = A 3 s 3 = 1500 A Dari setting eksisting di atas, dapat kita plot kurvanya sehingga menghasilkan kurva koordinasi arus dan waktu eksisting seperti yang diperlihatkan pada gambar 4 berikut : 11, yang seharusnya berkerja pertama kali adalah rele 19, namun teryata yang terjadi pada eksisting adalah, rele 57 dan rele 5 yang seharusnya menjadi back up malah akan berkerja lebih dulu. 2. Pada tanda nomer 2 Terjadi salah koordinasi antara rele 19 dan rele 20,Setting low set pada rele 19 memotong dan berada dibawah rele 20, ditakutkan apabila terjadi gangguan overload yang besarnya di bawah setting high set rele 20, maka yang akan bekerja lebih dulu adalah rele Pada tanda nomer 3 Setting rele 50 baik high set maupun low set mengalami salah koordinasi, karena kurva low set nya memotong kurva starting motor, sehingga ada kemungkinan saat motor 2000kw starting maka rele 50 akan bekerja, sehingga suplai dari sumber akan terputus, sedangkan dari sisi high set nya, setting arus definitenya terlalu kecil sehingga saat ada arus gangguan dibawah nilai Isc min bus 11, dan high set dari rele 20 gagal bekerja,ada kemungkinan setelah itu yang berkerja adalah rele 50, bukan rele 19 yang berada tepat di atas rele Rele 20 Dari kesalahan eksisting rele yang tidak terkoordinasi, maka diperlukan pengaturan ulang untuk mencapai koordinasi yang handal. Perhitungan ulang pengaturan eksisting rele adalah sebagai berikut: Manufacturer = ABB Model = SPAJ 144C Kurva = Normal verse Rasio CT = /5 Isc Min 30 Cycle Bus-11 = A Isc Max 4 Cycle Bus-11 = A FLA = Kw cos θθ = 3 KV eff Current Setting IDMT ( I > ) , ,6 0,9409 = 200,41 A Gambar 4. Kurva eksisting koordinasi rele dari Motor 451.FN1.MO kw sampai ke sumber grid Dari kurva koordinasi eksisting pada gambar 4, dapat kita lihat terdapat beberapa kesalahan koordinasi yang terjadi yaitu : 1. Pada tanda nomor 1, Rele Arus Lebih yang digunakan pada rele 57, rele 5, dan rele 1 sepertinya kurang tepat, karena rele-rele eksisting tersebut tidak memiliki time delay pada setting high set nya. Sehingga apabila terjadi gangguan hubung singkat di bus manapun yang berada pada tipikal, maka rele 57 dan rele 5 adalah rele yang akan bekerja pertama kali. Kita ambil contoh saja apabila terjadi gangguan hubung singkat pada bus x 200, x 200,41 240,49 Ip Ip Ip Isc Min 30 cycle Bus x Ip 27,3 Dipilih Tap = 0,7 (Range CT 0.5 2,5 dengan step 0.01) Nilai aktual Iset = 0,7 x = 280 A Time Setting IDMT ( ) Waktu operasi = td = 2 (memperhitungkan Accl.time Motor) T = I 1,3 x LRC Motor 451.FN1.MO1 = Is Iset 1563,198 = 280 td = = 5,58 0,14 T I Is 0,02-1 T = t d I Is 0,02-1 0,14 T = 2 5,580,02-1 0,14 T = 0,49 IIII

5 T 0.49 Dipilih T = 0.5 (Range T dengan step 0.01) Current Setting High Set ( I>> ) 6 x FLA 6 x 200, ,46 Ip Ip Ip Isc Min 30 cycle Bus x Ip 27,3 Dipilih Tap = 6 (pickup range CT dengan step 0.01) Nilai aktual Iset = 6 x = 2 A Pengaturan waktu ( t>> ) = 0.1 s (Range 0,04 30 sec, dengan step 0.1) Perhitungan rele lain nya menggunakan cara yang sama dengan perhitungan rele 20. Dari hasil perhitungan resetting di atas di dapatkan harga untuk masing-masing nilai setting seperti pada tabel IV. Pada tabel, juga dapat kita lihat perbandingan dari eksisting dengan hasil resetting. Dimana selain terdapat perubahan setting, terdapat juga pergantian rele arus lebih dari GE multilin IAC-52B menjadi ABB REF 610 dikarenakan tidak adanya time delay dari high set rele GE multilin IAC-52. Rele 1 Rele 50 CT = 3000/5 CT = 3000/5 0,8 = 2 A 0,24 s 3,5 =10500 A 0,7 s 0,9 = 2700 A 0,32 s 3,6 = A Plot Kurva hasil resetting dapat dilihat pada gambar 5 dibawah ini : 1 s 5 Tabel IV Ressetting Rele Arus Lebih Tipikal 1 Rele 20 Rele 19 Rele 57 Rele 5 Resetting Rele CT = /5 0,7 = 280 A 6 = 2 A 0,1 s CT = 500/5 0,7 = 350 A 0,4 s 15 = 7500 A 0,3 s 0,5 = 600 A 0,45 s 8 = 9600 A 0,5 = 600 A 0,45 s 8 = 9600 A 3 Gambar 5. Kurva hasil resetting koordinasi rele dari Motor 451.FN1.MO kw sampai ke sumber grid Pada gambar 5 di atas setting koordinasi rele yang terjadi setelah perhitungan resetting adalah : 1. Dengan di gantinya rele GE Multilin IAC 52B dengan rele, kurva high set dari rele 57,rele 5, dan rele 1 bisa di atur menggunakan time delay, sehingga, saat ada gangguan di bus 11, kerja dari rele pengaman akan berurutan sesuai dengan time delay dan backupnya, masing-masing rele dapat mengamankan masing-masing bus, apabila terjadi hubung singkat di bus-bus yang dilindungi rele-rele tersebut. 2 1

6 2. Setting waktu dari rele 19 sudah aman sehingga tidak overlapping dengan rele dibawahnya, apabila terjadi hubung singkat di bawah bus 11, maka rele yang akan bekerja adalah rele 20 lalu bila gagal, akan di backup oleh rele 19 dan rele-rele di atasnya. 3. Rele 50 sudah aman karena tidak memotong arus starting motor, sehingga saat starting motor terjadi, rele 50 tidak akan bekerja, setting dari rele 50 pun diperbaiki dengan mengganti CT awal dari rele 50 yang memiliki rating awal 500/5 diganti menjadi 3000/5 dikarenakan IFL yang lewat di rele tersebut sangat besar yaitu 1726,8 A. IV. PENUTUP A. Kesimpulan Berdasarkan pengamatan data eksisting, perhitungan manual dan hasil simulasi software dari data PT.docement plant 6 Citeureup, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Terdapat penggunaan rele yang tidak tepat pada eksisting PT indocement plant 6 citeureup, yang menyebab kan miss-coordination sehingga rele yang seharusnya bekerja tidak bekerja, sedangkan rele yang menjadi back up malah bekerja 2. Hasil plot kurva data eksisting PT. docement plant 6 Citeureup memperlihatkan bahwa banyak rele yang terjadi miss-coordination dan overlaping antara rele utama dengan rele backup. Hal ini berarti koordinasi kerja antar rele tidak dapat berjalan dengan baik dan tidak sesuai urutannya. 3. Setelah dilakukan perhitungan manual dan disimulasikan pada software ETAP STAR, Hasil plot kurva hasil resetting PT.docement Plant 6 Citeureup memperlihatkan bahwa tidak ada rele yang terjadi misscoordination dan overlaping antara rele utama dengan rele backup. Dapat dikatakan bahwa koordinasi kerja antar rele dapat berjalan dengan baik dan sesuai urutannya. 4. Grading time yang digunakan untuk koordinasi kerja dari rele pengaman adalah sebesar 0.2 dan 0,3 detik. Hal ini dianggap sesuai karena dengan grading time sebesar 0.2 0,4 detik dapat memberikan waktu yang cukup kepada rele pengaman utama untuk selesai memutus gangguan terlebih dahulu. Sehingga kejadian trip secara bersamaan antara rele pengaman utama dan rele backup pada saat terjadi gangguan hubung singkat dapat dihindari dan koordinasi kerja antar rele dapat berjalan dengan baik. Pemilihan grading time sebesar 0.2 dan 0,3 detik dianggap paling sesuai mengingat rele yang digunakan adalah rele digital. Pemilihan grading time sebesar 0.2 detik sesuai dengan standar IEEE 242. kelistrikan industri yang terkait dan juga dapat dijadikan bahan referensi dalam melakukan setting dan koordinasi pada sistem kelistrikan. 2. Mengganti semua rele analog GE multilin IAC-52B dengan rele digital, selain karena ABB REF 610 memiliki high set yang dapat di setting time delay nya, Penggunaan rele analog GE multilin IAC-52B dapat menyebabkan kesalahan koordinasi. Dikarenakan tidak memiliki time delay yang dapat di atur pada fungsi high set nya. 3. Mengganti CT pada rele 50 dari 500/5 menjadi 3000/5 dikarenakan arus yang melewati rele tersebut sebesar 1726,8 A, dimana saat menggunakan CT 500/5, Iset yang dapat dipilih tidak memenuhi range yang di ijinkan oleh rele 50, sehingga pergantian CT menyebabkan Iset yang dipilih masuk kedalam range rele yang digunakan. Referensi [1] Anderson, P.M., Power System Protection, McGraw Hill, USA, [2] Wahyudi, Diktat Kuliah Pengaman Sistem Tenaga Listrik, Teknik Elektro ITS, Surabaya, Bab 2, [3] IEEE Std , IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of dustrial and Commercial Power Systems, The stitute of Electrical and Electronics Engineers, c., New York, 2001, Ch. 15. BIODATA PENULIS Penulis memiliki nama lengkap Gisa Gumilang. Lahir di Bontang pada tanggal 10 Oktober Anak pertama dari pasangan Djoko Sulistyono dan Siti ngaisah ini mengawali pendidikannya di SD YPVDP Bontang pada tahun , kemudian melanjutkan ke SMP YPVDP hingga tahun Setelah lulus dari SMA YPVDP pada tahun 2008, penulis melanjutkan pendidikannya di stitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Jurusan Teknik Elektro, Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga. Penulis dapat dihubungi di alamat gisa.gumilang@gmail.com 6 B. Saran Setelah melakukan pengamatan data eksisting, perhitungan manual dan hasil simulasi software dari data PT PT.docement plant 6 Citeureup. Maka saran yang penulis berikan adalah : 1. Hasil dari perhitungan dan koordinasi rele pengaman dari laporan tugas akhir ini dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan untuk seting rele pada sistem