Analisa Rele Proteksi pada Sistem Kelistrikan Industri Peleburan Nikel PT. Aneka Tambang Operasi Pomaala ( Sulawesi Tenggara )

Presentasi Sidang Tugas Akhir Semester Genap 2011/20112Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS Analisa Rele Proteksi pada Sistem Kelistrikan Industri Peleburan Nikel PT. Aneka Tambang Operasi Pomaala ( Sulawesi Tenggara ) Nama : Wahyu Baroto NRP : 2209 106 037 Pembimbing : 1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, PhD 2. Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT Page 1

DAFTAR ISI PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 2

Pendahuluan(1) LATAR BELAKANG PT. Aneka Tambang merupakan adalah salah satu pabrik yang produksi feronikel dengan kapasitas hasil produksinya mencapai 26.000 ton per-tahun Untuk memperoleh keandalan sistem kelistrikan PT.ANTAM dengan perubahan dari sisi pembangkitan serta sisi beban maka diperlukan sistem pengaman yang lebih sensitif dengan me-review kembali sistem pengamannya Page 3

Pabrik FeNi I, II dan III PABRIK FENI III PABRIK FENI II PABRIK FENI I Page 4

Pendahuluan (2) TUJUAN Memperoleh koordinasi rele pengaman arus lebih yang tepat untuk PT ANTAM terutama Pabrik FeNi III Memperoleh koordinasi rele pengaman gangguan ke Tanah yang tepat untuk PT ANTAM terutama Pabrik FeNi III Page 5

Pendahuluan (3) BATASAN MASALAH Rele pengaman yang disetting dan dikoordinasi adalah rele arus lebih (Over Current Relay). Pengambilan typical dikhususkan pada Pabrik FeNi III Tempat pengambilan data di PT ANTAM, Sulawesi Tenggara Page 6

DAFTAR ISI PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 7

Teori Penunjang Rele Arus Lebih (Over Current Relay) Syarat Rele Pengaman Setting Rele Pengaman Rele Gangguan ke Tanah (Ground Fault Relay) Page 8

Teori Penunjang (1) Rele Arus Lebih Merupakan jenis rele yang bekerja berdasarkan besar arus masukan, dan apabila besarnya arus masukan melebihi dari setting (Ip) maka rele arus lebih bekerja. Berdasarkan karakteristik waktuya rele arus lebih dibedakan atas 3 jenis yaitu: Instantaneous Rele Definite Rele Inverse Rele Gambar Karakterisrik arus lebih Page 9

Teori Penunjang (1) Karakteristik operasi rele invers berdasarkan IEC 60255-3 dan BS 142 standards adalah sebagai berikut: Standard Inverse Time (SIT) Very Inverse Time (VIT) Extremely Inverse Time (EIT) Ultra Inverse Time (UIT) Page 10

Setting Rele Pengaman Teori Penunjang (2) Ada dua hal utama yang perlu diperhatikan pada pengaturan rele yaitu: 1. Setting Arus Pada dasarnya batas penyetelan rele arus lebih adalah rele tidak boleh bekerja pada saat beban maksimum. Arus settingnya harus lebih besar dari arus beban maksimumnya. Arus penyetelan pun harus memperhatikan kesalahan pick up sesuai dengan British Standard Pick Up = 1.05 s/d 1.3 Iset Dalam setting juga harus memperhatikan batasan maksimum, untuk alasan keamanan dan back Up hingga sisi downstream ditetapkan : Ipp 0.8 Isc minimum Dengan pedoman diatas seting arus yang digunakan pada study adalah: 1,05 IFLA Iset 0,8 Isc minimum Page 11

Setting Rele Pengaman Teori Penunjang (2) 2. Setting Waktu Penyetelan waktu kerja rele terutama dipertimbangkan terhadap kecepatan dan selektivitas kerja dari rele, sehingga rele tidak salah operasi, yang dapat menyebabkan tujuan pengaman tidak berarti. Untuk setting waktu sesuai standard IEEE 242 yaitu: Waktu terbuka Circuit beaker : 0,04 0,1 s (2-5 Cycle) Overtravel dari rele : 0,1 s Faktor Keamanan : 0,12 0,22 s Untuk rele static dan rele digital berbasis microprocessors overtravel time dari rele dapat diabaikan. Sehingga total waktu = 0,2-0,4 s Page 12

Teori Penunjang (3) Rele Gangguan Tanah (Ground Fault Relay) Gangguan satu fasa ke tanah 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 Gambar Rangkaian Zero Sequence Currrent Filter Page 13

Syarat-syarat Rele Pengaman Teori Penunjang (4) Untuk menjamin keandalan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan yaitu: - Kecepatan Bereaksi Kecepatan bereaksi rele adalah saat rele mulai merasakan adanya gangguan sampai dengan pelaksanaan pembukaan pemutus tenaga (circuit breaker). - Kepekaan Operasi ( sensitivity ) Pada prinsipnya rele harus cukup peka sehingga dapat mendeteksi gangguan di kawasan pengamanannya meskipun dalam kondisi yang memberikan rangsangan yang minimum - Selektif ( selectivity ) Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin yaitu hanya seksi yang terganggu saja yang menjadi kawasan pengamanan utamanya - Keandalan ( reliability Pengaman harus handal terhadap adanya gangguan, sehingga dapat melindungi peralatan. - Ekonomis Penggunaan rele selain memenuhi syarat diatas, juga harus disesuaikan dengan harga peralatan yang diamankan. Page 14

DAFTAR ISI PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 15

SISTEM KELISTRIKAN PT.Aneka Tambang Operasi Pomaala, Sulawesi Tenggara Page 16

Pabrik FeNi I, II dan III PABRIK FENI III PABRIK FENI II PABRIK FENI I Page 17

Pabrik FeNi I, II dan III PABRIK FENI III PABRIK FENI II PABRIK FENI I Page 18

Pabrik FeNi III Page 19

DAFTAR ISI PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 20

Pemodelan Sistem Page 21

Pemilihan Setting koordinasi yang digunakan pada PT. ANTAM Page 22

Arus hubung singkat digunakan dua konfigurasi yang mewakili hubung singkat minimum dan maksimum, yaitu : Hubung singkat minimum : Pada saat semua generator beroperasi DG 1-5 (on) dan generator DG 6 dalam keadaan tidak beroperasi (off). Hubung singkat maksimum : pada saat semua generator beroperasi DG 1-6(on). Page 23

Tabel Arus Hubung Singkat ARUS HUBUNG SINGKAT Bus Isc max 4 Cycle Isc max 30 cycle Isc min 30 cycle ID kv ka ka ka CMB-32 6.6 9.57 7.5 6.59 COAL-10 0.4 13.71 12.93 11.21 FURN-21 30 3.37 3.23 2.89 FURN-22 6.6 12.59 12.17 10.83 FURN-31 30 5.2 4.9 4.45 FURN-32 6.6 14.04 13.56 12.07 Bus 1 11 28.27 25.24 23.88 Bus 2 30 5.16 4.87 4.41 Main bus -04 11 29.08 25.86 24.53 Bus8 6.6 9.5 7.46 6.56 SWR 6.6 9.57 7.5 6.59 Sub main bus 11 9.57 7.5 6.59 Bus 5 11 28.45 25.34 23.98 Bus 3 11 24.05 22.02 20.46 Bus 4 30 3.37 3.23 2.89 Page 24

Setting rele dari bus furn-32 hingga furn-31 (Typical 1) 0.1 s 0.1 s 0.54 s 0.34 s setting lowset MGR-012 dan MGR-011 berhimpit,dikarenakan FLA sekunder TR-31 (1251A) dan FLA primer TR-32 (1115A) selisihnya hanya terpaut sedikit,maka lowset antara MGR-012 dan MGR- 011 berhimpit 0.1 s = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 25

Contoh Perhitungan Typical 1 Rele MGR-010 Jenis Rele = ABB microshield O/C Kurva = Standard Inverse Isc max 4 cycle Bus Furn-32, 6.6 kv = 14045 A Isc min 30 cycle Bus Furn-32, 6.6 kv = 12071 A CT = 5000/1 FLA (sisi sekunder TR-32) = 5249 A Current setting IDMT ( I> ) 1,05 x FLA < Ipp < 0,8 x I sc min 30 cycle-furn-32, 6.6 kv 1,05 x 5249 A < Ipp < 0,8 x 12071 A 5511.45 A < Ipp < 9656.8 A dipilih Ipp = 5515 A Arus setting =5515/5000= 1.10 Sehingga setting arus pickup = 1.10 Dipilih Tap = 1.10 In Nilai aktual I set = 1 x 1.103 x = 5515 A Time Setting IDMT ( Time Dial ) Waktu operasi yang diinginkan= t = 0.4 t> = Time Dial= 0.05 Current setting High Set (I>>) Dipilih I>> = 1.82 A Sehingga pickup setting definite = = = 1.82 Setting waktu (t>>) =0. 1 s Page 26

Tabel Setting rele Tipkal 1 ID ETAP Relay Brands CT Rasio Invers Current Definite Current I> t> I>> t>> MGR-010 50/51 Microshields O/C 5000/1 1.1 0.05 1.82 0.1 MGR-011 50/51 Microshields O/C 1200/1 1.01 0.056 2.94 0.1 MGR-012 50/51 Microshields O/C 1200/1 1.1 0.19 2.98 0.1 Page 27

Setting rele dari bus 1 hingga bus main 04 (Typical 2) 0.3 s 0.1 s Pada hasil plot setting terlihat overlap antara invers MGR-013 dengan definite GEN- 01,dikarenakan besarnya hubung singkat di atas trafo TR-31 yang digunakan untuk setting highset pada MGR-013 lebih besar daripada setting highset pada GEN-01 saat hubung singkat pada Main bus-04,sehingga koordinasi proteksinya jika terjadi hubung singkat di atas trafo,maka yang bekerja dahulu ialah MGR- 013 bukan Gen-01 = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 28

Tabel Setting rele Tipkal 2 ID ETAP Relay Brands CT Rasio Invers Current Definite Current I> t> I>> t>> MGR-013 50/51 Microshields O/C 3000/1 1.2 0.05 4.9 0.1 GEN-01 50/51 Microshields O/C 1000/1 1.04 0.18 3.5 0.4 Page 29

0.3 s 0.1 s 0.1 s 0.54 s 0.38 s 0.38 s Setting rele dari bus Furn-22 hingga bus Furn-21 (Typical 3) Lowset antara SWJ-02 dan SWJ-01 berhimpit dikarenakan arus kontribusi pada SWJ-02 yang mempengaruhi nilai time dial yang disetting agar memenuhi IEEE Std 242-1986 yaitu time difference diantara Rele utama dan Rele back-up adalah 0.2-0.4 s sehingga berhimpit dengan lowset SWJ-01 0.1 s = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 30

Tabel Setting rele Tipkal 3 ID ETAP Relay Brands CT Rasio Invers Current Definite Current I> t> I>> t>> SWJ-01 50/51 Microshields 4000/1 1 0.05 2.16 0.1 O/C SWJ-02 50/51 Microshields 800/1 1.06 0.07 3.2 0.1 O/C SWJ-03 50/51 Microshields 800/1 1.06 0.07 3.2 0.1 O/C SWJ-04 50/51 Microshields O/C 800/1 1.3 0.12 0.27 0.5 Page 31

Setting rele dari bus 3 hingga bus main 04 (Typical 4) 0.3 s 0.1 s Pada hasil plot setting terlihat overlap antara SWJ-05 dengan definite GEN-01,dikarenakan besarnya hubung singkat di atas trafo TR-33 yang digunakan untuk setting highset pada SWJ- 05 lebih besar daripada setting highset pada GEN-01 saat hubung singkat pada Main bus- 04,sehingga koordinasi proteksinya jika terjadi hubung singkat di atas trafo,maka yang bekerja dahulu ialah SWJ- 05bukan Gen-01 = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 32

Tabel Setting rele Tipkal 4 ID ETAP Relay Brands CT Rasio Invers Current Definite Current I> t> I>> t>> SWJ-05 50/51 Microshields O/C 4000/1 1.07 0.05 2.16 0.1 GEN-01 50/51 Microshields O/C 800/1 1.06 0.07 3.2 0.1 Page 33

Setting rele dari bus Coal-10 hingga bus Sub main (Typical 5) Keterangan: = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Single line diagram koordinasi typical 5 Page 34

Setting rele dari bus Coal-10 hingga bus Sub main (Typical 5) 3. Lowset antara WG-112 dan WG-113 menjadi satu,ditakutkan jika nanti ada hubung singkat maka akan trip bersama 2. Permasalahan lain yaitu Inrush pada trafo yang mengenai kurva ACB-10 1. Pada kondisi eksisting untuk Tipikal 5 didapatkan koordinasi rele proteksi yang kurang sempurna dan tidak terkoordinasi dengan baik.yaitu berupa time difference yang kurang dari 0.2 dan juga ada yang lebih dari 0,4, sehingga tidak sesuai dengan IEEE Std 242-1986 yaitu time difference diantara Rele utama dan Rele back-up adalah 0.2-0.4 s. Eksisting Page 35

Tabel Setting rele Tipkal 5 ID ETAP Relay Brands CT Rasio Invers Current Definite Current WG-112 50/51 Microshields O/C WG-113 50/51 Microshields O/C WG-116 50/51 Microshields O/C SWGR-011 50/51 Microshields O/C I> t> I>> t>> 50/1 1.1 0.75 20 0.1 100/1 1 0.5 12 0.4 300/1 1.03 0.81 4.2 0.7 1000/1 1.2 0.95 1.36 1 RESETTING Page 36

Setting rele dari bus Coal-10 hingga bus Sub main (Typical 5) 3. Dilakukan resetting terhadap lowset pada WG-113,supaya tidak menjadi satu dengan lowset WG-112,sehingga dapat terhindar dari trip secara bersama 2. Juga dilakukan resetting terhadap time delay pada fuse,sehingga tidak terkena Inrush trafo. 1. Dilakukan resetting dengan mengatur time delay sebesar antara 0.2-0.4 sehingga sesuai dengan IEEE Std 242-1986 yaitu time delay diantara Rele utama dan Rele back-up adalah 0.2-0.4 s,sehingga jika ada hubung singkat di bus maka koordinasi antar rele dapat bekerja dengan baik. RESETTING Page 37

Setting rele ground fault feeder 11 kv 0.3 s 0.3 s 0.3 s 0.3 s 0.3 s 0.3 s 0.1 s = Rele utama trip = Back-Up Rele utama Page 38

Setting rele ground fault feeder 11 kv ID ETAP Relay Brands CT Ratio Curve Tap Time Dial MGR-013 50N Microshields O/C 50/5 DEFINITE 0,3 0,1 SWGR-010 50N Microshields O/C 50/5 DEFINITE 0,3 0,1 SWJ-05 50N Microshields O/C 50/5 DEFINITE 0,3 0,1 DG-01 50N Microshields O/C 50/5 DEFINITE 0,3 0,3 DG-02 50N Microshields O/C 50/5 DEFINITE 0,3 0,3 DG-03 50N Microshields O/C 50/5 DEFINITE 0,3 0,3 DG-04 50N Microshields O/C 50/5 DEFINITE 0,3 0,3 DG-05 50N Microshields O/C 50/5 DEFINITE 0,3 0,3 DG-06 50N Microshields O/C 50/5 DEFINITE 0,3 0,3 Page 39

DAFTAR ISI PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 40

Kesimpulan(1) Berdasarkan single line diagram PT.ANTAM maka didapat koordinasi setting pengaman rele arus lebih dan rele hubung singkat ke tanah dengan menggunakan merk ABB tipe Microshield o/c yang sesuai dengan standar IEEE Std 242-1986, yaitu time difference diantara Rele utama dan Rele back-up adalah 0.2 s sampai 0.4 s. Maka dapat diambil kesimpulan yang selanjutnya dapat dijadikan rekomendasi pada sistem kelistrikan PT ANTAM, yaitu: 1. Untuk Tipikal 1, di didapatkan setting pengaman Rele dengan merk ABB Microshield O/C pada rele MGR-011 yang digunakan sebagai rele back-up dan mempunyai time difference dengan definite rele MGR-010 sebesar 0.345 s. 2. Untuk Tipikal 2, di didapatkan setting pengaman Rele merk ABB Microshield O/C pada rele GEN-01 yang digunakan sebagai rele back-up dan mempunyai time difference dengan definite rele MGR-013 sebesar 0,3 s dikarenakan langsung berhubungan dengan bus utama. 3. Untuk Tipikal 3, di didapatkan setting pengaman Rele merk ABB Microshield O/C pada rele SWJ-02 dan SWJ-03 yang digunakan sebagai rele back-up dan mempunyai time difference dengan definite rele SWJ-01 sebesar 0.38 s. 4. Untuk Tipikal 4, di didapatkan setting pengaman Rele merk ABB Microshield O/C karena rele GEN-01 yang digunakan sebagai rele back-up mempunyai time difference dengan definite rele SWJ-05 sebesar 0.3 s.dikarenakan langsung berhubungan dengan bus suplai Page 41

5. Untuk Tipikal 5.Karena koordinasi rele-rele eksisting yang ada kurang sempurna dan tidak terkoordinasi dengan baik.yaitu berupa time difference antar rele utama dan rele back-up ada yang kurang dari 0.2 s dan ada yang lebih dari 0.4 s Maka perlu dilakukan pengaturan rele (resetting) sesuai dengan perhitungan dan dikoordinasikan agar sistem bekerja secara optimal tidak mengganggu kestabilan system. 6. Untuk Setting rele hubung singkat ke tanah di bus Main bus 4 hingga ke trafo TR-31, TR-33, TR-34 didapatkan perhitungan sebesar range Tap 0.3A yang dapat mengantisipasi jika ada gangguan arus lebih hubung singkat ke tanah. Page 42

TERIMA KASIH Page 43