INSTALASI PENTANAHAN DAN PROTEKSI GANGGUAN KE TANAH PADA PEMBANGKITAN MULTI GENERATOR DI SISTEM KELISTRIKAN PT.WILMAR NABATI GRESIK

Transkripsi

1 Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2012) Teknik Sistem Tenaga(Jurusan Teknik Elektro ITS) INSTALASI PENTANAHAN DAN PROTEKSI GANGGUAN KE TANAH PADA PEMBANGKITAN MULTI GENERATOR DI SISTEM KELISTRIKAN PT.WILMAR NABATI GRESIK Nama : Johari NRP : Pembimbing : 1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D 2. Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT Page 1

2 DAFTAR ISI qpendahuluan qteori PENUNJANG qstudi KASUS PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR qsimulasi DAN ANALISA DATA qkesimpulan Page 2

3 Latar Belakang PT. Wilmar Nabati Indonesia (PT. Wilmar) memiliki fasilitas industridi daerah Gresik, JawaTimur. Dengan adanya penambahan pembangkit, maka perlu dilakukan analisis ulang sistem pengaman ground fault. PT. Wilmar memiliki sistem tegangan menengah,sehingga diperlukan pemilihan metode pentanahan sistem yang tepat untukmengatasi gangguan satu fasa ketanah. Untuk sistem kelistrikan yang memiliki generator yang beroperasi paralel diperlukan suatu metode dalam memilih sistempentanahan. Page 3

4 Batasan Masalah Batasan masalah ditugas akhirinimeliputi: Padasimulasihubung singkat, generator diparaleldengan generator yang lain yang berada dalam 1 bus Distribution Generator (DG) tidakdimasukkan dalam simulasi Simulasihubung singkat menggunakan hubungsingkat 1 fasa ketanah 30 cycle Page 4

5 Tujuan Tujuanyang ingin dicapai dari tugas akhir iniantara lain: Memberi referensi kelebihan dan kekurangan dalam pemilihan metodepentanahan pada multi generatorterutamadi PT.wilmarNabati Gresik. Memahami penyetelan rele pengaman ground fault pada pentanahan sistemgenerator. Menyetel ulang koordinasi gound fault relay belumtepat setelannya. yang masih Page 5

6 Metodologi Page 6

7 DAFTAR ISI qpendahuluan qteori PENUNJANG qstudi KASUS PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR qsimulasi DAN ANALISA DATA qkesimpulan Page 7

8 Pentanahan Sistem Adabeberapa jenispentanahan sistemantara lain: 1. Pentanahan Low Resistance 2. Pentanahan High Resistance Page 8

9 Pentanahan Sistem 3. Tanpa pentanahan(open) 4. Pentanahan Solid Page 9

10 Pentanahan Sistem Salahsatu jenis NGR yang digunakan di industri untuk generator tegangan menengah Page 10

11 DAFTAR ISI qpendahuluan qteori PENUNJANG qstudi KASUS PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR qsimulasi DAN ANALISA DATA qkesimpulan Page 11

12 Sistem Kelistrikan PT. Wilmar SistemPembangkitan : -Steam Turbine Generator (STG)2x15MW - Gas Turbine Generator (GTG)1x6.4MW - Gas Turbine Generator (GTG)1x10MW -Sumber daripln(gi SegaraMadu)5.5MW SistemDistribusi: -Sistemdistribusidioperasikansecara radial darisumberke titik beban. -Tegangan menengahyangdigunakanadalah10,5kv dan3,3kv. Untuk Teganganrendah0,4kV Beban: Totalkonsumsi bebankondisi peakload sekitar40.8mw. Page 12

13 DAFTAR ISI qpendahuluan qteori PENUNJANG qstudi KASUS PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR qsimulasi DAN ANALISA DATA qkesimpulan Page 13

14 Studi Kasus Permasalahan yang akan dianalisa yaitu : 1. Pemilihan pentanahanparalelgenerator 2. Analisapengaman ground fault relay 3. Pemasangan differential relay 87GN Padasistem kelistrikan dipt.wilmar terdapat 4 generator yang beroperasi paralel,yaitu: 1. PWS STG01danPWSSTG02(Tipikal1) 2. PWSGTG danfuturegenerator(tipikal2) Page 14

15 SingleLine DiagramTipikal1 Diagram satu garis untuk generator PWS STG 01 dan PWS STG 02 serta pemilihan tipikal koordinasi dapat digambarkan sebagai berikut ini: Tipikal 1 PWS STG 01 PWS STG 02 Page 15

16 SingleLine DiagramTipikal 1 SambunganTipikal1 Page 16

17 Jenis Pentanahan Yang Digunakan Padasimulasitugasakhir inimenggunakan 4macam pentanahanyaitu: 1. Pentanahanlangsung(Solid) 2. Pentanahantahanantinggi(HRG) 3. Pentanahantahananrendah(LRG) 4. Tanpapentanahan(Open) Page 17

18 Jenis Pentanahan Yang Digunakan Ada 16 kombinasi pentanahan yang akan disimulasikan dari 2generator yang beroperasi paralel Solid - Solid HRG - LRG LRG - Solid HRG- Open HRG - HRG LRG - HRG Solid - LRG Open - HRG LRG - LRG HRG - Solid Solid - Open LRG - Open Open - Open Solid - HRG Open - Solid Open - LRG Page 18

19 Hasil Simulasi Hubung Singkat 1 fasa ke tanah Line To Ground Fault Type of Grounding Fault in Bus- % Voltage at From Bus ka V a V b V c I a 3I0 Solid-Solid SP-BUS HRG-HRG SP-BUS LRG-LRG SP-BUS OPEN-OPEN SP-BUS HRG-LRG SP-BUS LRG-HRG SP-BUS HRG-Solid SP-BUS Solid-HRG SP-BUS LRG-Solid SP-BUS Solid-LRG SP-BUS Solid-OPEN SP-BUS OPEN-Solid SP-BUS HRG-OPEN SP-BUS OPEN-HRG SP-BUS LRG-OPEN SP-BUS OPEN-LRG SP-BUS Page 19

20 Pemilihan Metode Pentanahan Darihasil simulasi maka kombinasi yang dipilihadalah lowresistance-open Kelebihandari pentanahan LRG-Open dan Open-LRG yaitu: 1. Arus gangguan satufasa tergolong kecil karena dibatasidengan NGR 400A 2. Aliranarus harmonisa ke-3 antar generator dapatdicegah 3. Metode ini sangat cocok untuk pentanahan sistem tegangan menengah karena mudah untuk menentukan lokasi gangguan Kekurangan dari pentanahan LRG-Open dan Open-LRG adalah sama yaitu: 1. Pada saat terjadi gangguan,terjadinya tegangannaiksesaat pada fasa-fasa yang tidakterganggu Page 20

21 Setelan Rele Gangguan Ke Tanah Analisis Setelan Existing Rele Ground Fault Tipikal 1 Relay ID danmodel R.AP Merlin Gerin Sepam 1000 Relay29- Merlin Gerin Sepam40 Relay32-Merlin Gerin Sepam 40 Relay35-Merlin Gerin Sepam 20 CT Ratio 1500/ 5 600/5 600/5 600/5 Setting Rele Ground Fault Curve Type Pickup Range x CT Sec. DT Pickup 0.05 Time Dial 0.1 Curve Type Pickup Range x CT Sec. DT Pickup 0.1 Time Dial 0.1 Curve Type Pickup Range x CT Sec. DT Pickup 0.1 Time Dial 0.1 Curve Type Pickup Range x CT Sec. DT Pickup 0.1 Time Dial 0.1 Tabel. Data setelan rele existing pada Tipikal Koordinasi 1 Gambar. SLD Existing-Tipikal 1 Page 21

22 Setelan Rele Gangguan Ke Tanah Dari data rele existing, jika masing masing rele diplot menggunakan Etap Star akan terlihat koordinasi nya sepertiberikut: Dari kurva terlihat koordinasi waktu antara rele35,rele32serta rele R.AP masih berimpit Masihperlu penambahan rele pengaman dan CTpadaTrafo 52011dan bus52001 Gambar.Koordinasi ReleGroundFaultExisting- Tipikal1 Page 22

23 Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikal 1) R37(Tambahan): Manufacturer = Merlin Gerin Model = Sepam1000 Curve Type = Definite Time = 400 A I sc 1φ Gambar. SLD yang diperbaiki-tipikal 1 SehinggadapatditentukanCT yang akan digunakanadalah 150/5 Instantaneous Pickup 10% I sc 1φ Ipp 50% I sc 1φ 0.1 x 400 Ipp 0.5 x A Ipp 200 A Tap = Ipp = 40 = 0,27 inct Time Delay 150 = 0,1 sec Page 23

24 Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikal 1) R36(Tambahan): Dengan cara yang sama seperti sebelumnya maka didapatkan hasil: Tap = 0,16 Time Delay R35: Tap = 0, CT=250/5 = 0,3 sec Time Delay = 0,5 sec R29 dan R32: Dengan mempertimbangkan adanya double feeder, maka digunakan rele arah67n Manufacturer = Merlin Gerin Model = Sepam 2000 Curve Type = Definite Time I sc 1φ = 400 A C T Ratio = 600/5 A Instantaneous Pickup 10% I sc 1φ Ipp 50% I sc 1φ 0.1 x 400 Ipp 0.5 x A Ipp 200 A Tap = Ipp = 40 = 0,07 inct 600 Dipilih delay = 0,05 s Direction : Reverse Polarization:Voltage MaximumTorqueAngle (MTA) R=0,128 X=0,12 β =tan -1 X/R=43.2 DipilihMTA=43 R28dan R31(Tambahan): CTRatio=600/5A Tap = 0,07 Time Delay = 0.7 sec Page 24

25 Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikal 1) R.AP : Tap = 0,03 Karena tap setting yang paling kecil 0.05 maka dipilih tap setting nya 0.05 Time Delay = 0.9 sec Gambar. Hasil Plot Setelan Rele Ground Fault tipikal-1 yang telah diperbaiki Page 25

26 Setelan Rele Differensial 87GN Pengaman Generator PWS STG 01 Fungsinya untuk menjaga keamanan generator dari resiko terbakarnya belitan stator generator karena gangguan. Rele ini akan melindungi generator dari 2macam gangguan yaitu gangguan satu fasa ke tanah dan gangguan gangguan 3 fasa. Rele ini akan bekerja ketika gangguan terjadi di bagian internal generator Page 26

27 Setelan Rele Differensial 87GN Pengaman Generator PWS STG 01 Generator PWS STG 01 memiliki Kapasitas : Daya generator = MVA V = Volt 1200/5 1200/5 Gambar. SLD Pengaman Ground Fault Generator Differential Relay 87GN Waktu kerja rele = 0.05 detik Sehinggapersentaseperlindunganstator generator adalah: Page 27

28 SingleLine DiagramTipikal 2 Diagram satu garis dari generator PWS GTG dan Future Generator (Tipikal 2) Tipikal 2 PWS GTG Future Generator Page 28

29 Simulasi Hubung Singkat 1 fasa ke Tanah Dengan Metode kombinasi pentanahan yang sama seperti halnya tipikal 1,maka didapat hasil simulasi hubung singkat 1 fasa ke tanah sebagai berikut : Type of Grounding Fault in Bus- Line To Ground Fault % Voltage at From Bus ka V a V b V c I a 3I0 Solid-Solid SP-BUS HRG-HRG SP-BUS LRG-LRG SP-BUS OPEN-OPEN SP-BUS HRG-LRG SP-BUS LRG-HRG SP-BUS HRG-Solid SP-BUS Solid-HRG SP-BUS LRG-Solid SP-BUS Solid-LRG SP-BUS Solid-OPEN SP-BUS OPEN-Solid SP-BUS HRG-OPEN SP-BUS OPEN-HRG SP-BUS LRG-OPEN SP-BUS OPEN-LRG SP-BUS Page 29

30 Setelan Rele Gangguan Ke Tanah Analisis Setelan Existing Rele Ground Fault Tipikal 2 Relay ID dan Model Relay20-Merlin Gerin Sepam1000 Relay21- Merlin Gerin Sepam1000 Relay22-Merlin Gerin Sepam 1000 Relay23-Merlin Gerin Sepam 1000 Relay27-Merlin Gerin Sepam 20 CT Ratio 600/5 600/5 600/5 600/5 600/5 Curve Type Setting Rele Ground Fault DT Pickup Range x CT primer Pickup 0.05 Time Dial 0.5 Curve Type DT Pickup Range x CT Sec Pickup 0.05 Time Dial 0.5 Curve Type DT Pickup Range x CT Sec Pickup 0.05 Time Dial 0.5 Curve Type DT Pickup Range x CT Sec Pickup 0.15 Time Dial 0.5 Curve Type DT Pickup Range x CT Sec Pickup 0.1 Time Dial 0.3 Page 30

31 Setelan Rele Gangguan Ke Tanah Dari datarele existing, jika masing -masing relediplot menggunakan EtapStar akan terlihat koordinasipadakurvaberikut : Gambar. Koordinasi Rele Ground Fault Existing-Tipikal 2 Page 31

32 Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikial 2) Berikut adalahsetelan rele ground fault yang sudahdiperbaiki dengan cara yang sama seperti sebelumnya: Relay ID dan Model Rele-TRF Merlin Gerin Sepam1000 R27-Merlin Gerin Sepam 20 CT Ratio 200/5 600/5 R22dan R23-Merlin Gerin Sepam2000 (67N) MTA= /5 R20 danr21-merlin Gerin Sepam1000 R-F-GEN-10MW-Merlin Gerin Sepam /5 800/5 Setting Rele Ground Fault Curve Type DT Pickup Range x CT primer Pickup 0.2 Time Dial 0.1 Curve Type DT Pickup Range x CT Sec Pickup 0.1 Time Dial 0.3 Curve Type DT Pickup Range x CT Sec Pickup 0.05 Time Dial 0.05 Curve Type DT Pickup Range x CT Sec Pickup 0.05 Time Dial 0.5 Curve Type DT Pickup Range x CT Sec Pickup 0.05 Time Dial 0.7 Gambar. SLD yang diperbaiki-tipikal 2 Page 32

33 Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikial 2) Gambar. Hasil Plot SetelanRele OCR-50GN dan Directional 67N Page 33

34 Setelan Rele Differensial 87GN Pengaman Future Generator Dengancara yang sama seperti sebelumnya maka didapatnilai: 800/5 800/5 Gambar. Hasil Plot setelan Rele 87GN Page 34

35 DAFTAR ISI qpendahuluan qteori PENUNJANG qstudi KASUS PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR qsimulasi DAN ANALISA DATA qkesimpulan Page 35

36 KESIMPULAN Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi dan analisa pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagaiberikut: 1. Untuk Generator yang beroperasi paralel dalam satu bus disarankan salah satu saja yang diketanahkan dan yang lain tidak diketanahkan (SinglePointGrounding) 2. Pada umumnya industri tegangan menengah banyak yang menggunakan Low Resistance 3. Besar arus hubung singkat dengan NGR cenderung tetap pada periode 0,5 30 cycle 4. Rele pengaman Differential 87GN berfungsi untuk mengamankan gangguan yang terjadi di internal generator Page 36

37 SEKIAN TERIMA KASIH Page 37