Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS PENGARUH PENGETANAHAN SISTEM PADA KOORDINASI RELE PENGAMAN PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG Nama : Kurnia Rosidi NRP : 2207 100 563 Pembimbing : 1. Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT 2. Ir. R. Wahyudi Page 1
DAFTAR ISI PENDAHULUAN LANGKAH - LANGKAH PENELITIAN TEORI PENUNJANG PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 2
Pendahuluan (1) LATAR BELAKANG PT. Pupuk Sriwidjadja (PT. Pusri) Palembang merupakan perusahaan penghasil pupuk urea pertama dan merupakan salah satu BUMN di Indonesia. PT. Pusri telah melakukan perubahan sistem kelistrikan dengan melakukan pengintegrasian pada keempat pembangkitnya. Dengan sistem Integrasi yang telah dibangun dan untuk memperoleh keandalan dari sistem kelistrikan pada PT. Pusri maka diperlukan sistem pengaman yang lebih sensitif dengan me-review kembali sistem pengamannya. Page 3
TUJUAN Pendahuluan (2) Membahas koordinasi peralatan pengaman untuk menyajikan analisa teknis keandalan kelistrikan, meningkatkan keandalan dan kontinyuitas suplai daya di PT. Pusri Palembang. BATASAN MASALAH Rele pengaman yang disetting dan dikoordinasi adalah rele arus lebih (Over Current Relay) dan rele pengaman gangguan ke tanah (Ground Fault Relay). Tempat pengambilan data di PT.Pusri Palembang. Software yang digunakan untuk simulasi menggunakan ETAP dan simulasi koordinasi peralatan proteksi menggunakan Power Plot. Page 4
DAFTAR ISI PENDAHULUAN LANGKAH - LANGKAH PENELITIAN TEORI PENUNJANG PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 5
Langkah - Langkah Penelitian Flowchart Langkah Penelitian Page 6
DAFTAR ISI PENDAHULUAN LANGKAH - LANGKAH PENELITIAN TEORI PENUNJANG PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 7
TEORI PENUNJANG Gangguan Hubung Singkat 1 phasa Konsep Daerah Pengamanan Rl Rele Pengaman Gangguan ke Tanah Pentanahan Page 8
Gangguan Hubung Singkat TEORI PENUNJANG (1) Salah satu gangguan arus lebih pada sistem tenaga listrik tiga phasa 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. Page 9
Gangguan Hubung Singkat 1 Phasa TEORI PENUNJANG (1) Perhitungan praktis untuk menghitung besar arus hubung singkat dalam sistem distribusi tegangan menengah dapat dilakukan sebagai berikut : Gangguan hubung singkat satu phasa 3V phasa netral...(1) I sc1ϕ = Z + Z + Z 1 2 0 Dan untuk hubung singkat dengan menggunakan reaktansi atau resistansi, digunakan rumus sebagai berikut : 3V phasa netral I...(2) sc1ϕ = Z + Z + Z + 3Z 1 2 0 + Dimana, Z 1 = Impedansi urutan positif dalam ohm Z 2 = Impedansi urutan negatif dalam ohm Z N Z 0 = Impedansi urutan nol dalam ohm Z N = Impedansi resistansi/reaktansi ke tanah dalam ohm Page 10
TEORI PENUNJANG Gangguan Hubung Singkat 1 phasa Konsep Daerah Pengamanan Rl Rele Pengaman Gangguan ke Tanah Pentanahan Page 11
Konsep Daerah Pengamanan TEORI PENUNJANG (2) Daerah 1 : Daerah pengamanan generator Daerah 2 : Daerah pengamanan generator dan transformer Daerah 3 : Daerah pengamanan busbar Daerah 4 : Daerah pengamanan saluran transmisi Pada konsep daerah pengamanan fungsi dari rele dibedakand menjadi jdi 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. Page 12
TEORI PENUNJANG Gangguan Hubung Singkat 1 phasa Konsep Daerah Pengamanan Rl Rele Pengaman Gangguan ke Tanah Pentanahan Page 13
Rele Pengaman Gangguan ke Tanah TEORI PENUNJANG (3) 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). Page 14
Rele Pengaman Gangguan ke Tanah TEORI PENUNJANG (3) 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. Isetting : 5 10 % Imax Isetting 50 % Imax...(3) Page 15
TEORI PENUNJANG Gangguan Hubung Singkat 1 phasa Konsep Daerah Pengamanan Rl Rele Pengaman Gangguan ke Tanah Pentanahan Page 16
Pentanahan TEORI PENUNJANG (4) Adabeberapametodepadapentanahansistemtenaga, diantaranya : Low Resistance Grounded (LRG) Pentanahan Efektif / Solid Pentanahan Reaktansi High Resistance Grounded (HRG) Tanpa Pentanahan Page 17
Pentanahan TEORI PENUNJANG (4) Berbagai solusi untuk pentanahan dan proteksi generator sebagai berikut : Generator tanpa pentanahan dan Sistem pentanahan Low- Resistance Pentanahan Generator High-Resistance dan Pentanahan Sistem Low-Resistance (Metode 1) Sistem Hybrid Generator dan sumber tenaga eksternal pentanahan High- Resistance, dan Bus pentanahan Low-Resistance (Metode 2) Semua Sumber Pentanahan High-Resistance Page 18
DAFTAR ISI PENDAHULUAN LANGKAH - LANGKAH PENELITIAN TEORI PENUNJANG PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 19
Single line PT. Pusri Palembang Page 20
PERHITUNGAN DAN ANALISA (1) Untuk perhitungan dan simulasi digunakan dua metode pentanahan, yaitu : Pentanahan Generator High-Resistance dan Pentanahan Sistem Low-Resistance (Metode 1). Generator dan sumber tenaga eksternal pentanahan High- Resistance, dan Bus pentanahan Low-Resistance (Metode 2). Untukjenis pentanahan yang digunakan pada tugas akhir ii ini,yaitu i : Tahanan rendah menggunakan NGR (Netral Grouding Resistor) 400 A. Tahanan tinggi mengunakan NGT (Netral Grouding Transformer) 8A. Page 21
PERHITUNGAN DAN ANALISA (2) Langkah pertama perhitungan arus hubung singkat adalah dengan menghitung nilai impedansi yang terdapat pada sistem kelistrikan yang mengalami gangguan hubung singkat. Misal dilakukan perhitungan hubung singkat satu phasa ke tanah, obyek penelitian terjadi pada bus SG-21 13.8 kv (Saattidak terhubung dengan sinkron bus). Page 22
PERHITUNGAN DAN ANALISA (3) Page 23
PERHITUNGAN DAN ANALISA (4) Z 1 tot (pu)=[z gen + Z kabel ] = [0.744 + 0.002809] = 0.74681 pu Langkah perhitungan yang sama dalam mencari nilai impedansi urutan nol dan negatif dalam pu dan, didapatkan : Z 0 act (Ω) = 0.45682 Ω Z 2 act (Ω) = 0.01273 Ω Setelah Z 1 1, Z 0 0, Z 2 2, dan Z N didapatkan, kemudian dapat dihitung : I sc1φ = Dengan melakukan normalisasi pada kv base 13.8 kv didapatkan nilai impedansi aktual total, sebesar : = Z 1 act (Ω) = Z pu.z base 3V Z 1 + Z 2 + Z 0 + 1.42222 = 7.99 A 8 A 2 13.8 = 0.74681 x 100 Perhitungan = 1.42222 Ω Lengkap n 3Z 3 13800 3 + 0.80251 + 0.45682 + N ( 3 995.93 ) Page 24
PERHITUNGAN DAN ANALISA (5) Karena single line pada PT. Pusri memiliki bentuk dan karakteristik yang sama pada tiap pembangkitnya sebelum dihubungkan ke sinkron bus, maka studi koordinasi proteksi hanya dilakukan pada salah satu pembangkit dengan menggunakan 2 metode yang telah ditentukan sebelumnya. Tipical setting dan koordinasi rele (Metode 1 dan Metode 2) akan dijelaskan seperti berikut. Page 25
PERHITUNGAN DAN ANALISA (6) METODE 1 Page 26
Penjelasan Typical 1, 2, dan 3 METODE 1 (1) Tipical 2 Tipical 1 Tipical 3 Page 27
Typical 1 METODE 1 (2) Single line diagram untuk generator P2 2006-J sampai trafo TR#23 sisi HV 13.8 kv adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut : Rele GEN P2 (51GN) Jenis Rele = GE Multilin Tipe = IFC Kurva = 53 I sc max 1φ 4cycle =32A I sc min 1φ 4cycle =4A CT = 50/5 A, nct = 10 Setting arus ( I> ) 5-10% Imax Ipp 50% Imax 0.05 x 32 Ipp 0.5 x 32 1.6 A Ipp 16 A 1.6 16 Ips 50 / 5 50 / 5 0.016 Ips 1.6 Tap current setting dipilih 0.15 (karena keterbatasan Tap) Page 28
Typical 1 METODE 1 (3) Setting Waktu ( Time Dial ) Waktu operasi (T) = 1s Time Dial = M Konstanta K = 80 Konstanta E = 3 (I/Ipu) = 1.5-20 T = M 1 = M K I Ipu 80 2 18 1 M = 4 Dipilih M = 4 E 1 ( ) Rele 50/5 Jenis Rele = GE Multilin Tipe = PJC-11-A Kurva = Instantaneous I sc max 1φ 4 cycle = 32 A CT = 50/5 A, nct = 10 Setting arus ( I> ) 5-10% Imax Ipp 50% Imax 0.05 x 32 Ipp 0.5 x 32 1.6 A Ipp 16 A 1.6 Ips 16 50 / 5 50 / 5 0.016 Ips 1.6 Tap current setting dipilih 1 Time Dial = 0.1 s Page 29
Typical 1 METODE 1 (4) IFC 53 PJC 11 A Page 30
Typical 2 METODE 1 (5) Single line diagram untuk sinkron bus sampai trafo TR#23 sisi HV 13.8 kv adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut : Rele 52S (50/51N) Jenis Rele = GE Multilin Tipe = 760 Kurva = IAC Very Inverse I sc max 1φ 4cycle =32A I sc min 1φ 4cycle =4A CT = 50/5 A, nct = 10 Setting arus ( I> ) 5-10% Imax Ipp 50% Imax 0.05 x 32 Ipp 0.5 x 32 1.6 A Ipp 16 A 1.6 16 Ips 50 50 0.032 Ips 0.32 Tap current setting dipilih 0.05 Page 31
Typical 2 METODE 1 (6) 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 = -1.3 Konstanta E = 8 (I/Ipu) = 1.5-20 T = M A + B I Ipu 0.7 = M 0.09 + M = 1.5 Dipilih M = 1.5 C + 0.8 D I Ipu C 1.3 2 + E I Ipu C 3 ( 3 ) 0.1 2 3 ( ( 3 ) 0.1 ) ( ( 3 ) 0.1 ) + 8 Setting arus ( I>> ) Iset 50% Imax/CT Iset 1.6/50 Iset 0.32 Dipilih I = 02 0.2 Delay dipilih = 0.4 s Rele 50/5 Jenis Rele = GE Multilin Tipe = PJC-11-A Kurva = Instantaneous I sc max 1φ 4 cycle = 32 A CT = 50/5 A, nct = 10 Setting arus ( I> ) 5-10% Imax Ipp 50% Imax 0.05 x 32 Ipp 0.5 x 32 1.6 A Ipp 16 A 1.6 16 Ips 50 / 5 50 / 5 0.016 Ips 1.6 Tap current setting dipilih 1 Time Dial = 0.1 s Page 32
Typical 2 METODE 1 (7) 760 IAC Very Inverse PJC 11 A Page 33
Typical 3 METODE 1 (8) Single line diagram untuk sisi LV trafo TR#23 2.4 kv sampai lump 23 2.4 kv adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut : Rele 52S (50/51N) Jenis Rele = GE Multilin Tipe = IAC Kurva = 53 I sc max 1φ 4cycle = 400 A CT = 50/5 A, nct = 10 Setting arus ( I> ) 5-10% Imax Ipp 50% Imax 0.05 x 400 Ipp 0.5 x 400 20 A Ipp 200 A 20 200 Ips 50 50 0.4 Ips 4 Tap current setting dipilih 0.5 Page 34
Typical 3 METODE 1 (9) 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 = -1.3 Konstanta E = 8 (I/Ipu) = 1.5-20 T = M A +.4 = 0.09 M = 3 Dipilih M = 3 0 M B I Ipu + C 0.8 + D I Ipu C 1.3 2 + E I Ipu C 3 ( 18 ) 0.1 2 3 ( ( 18 ) 0.1 ) ( ( 18 ) 0.1 ) + 8 IAC 53 Page 35
PERHITUNGAN DAN ANALISA (7) METODE 2 Page 36
Penjelasan Typical 1, 2, dan 3 METODE 2 (1) Tipical 2 Tipical 1 Tipical 3 Page 37
Typical 1 dan 2 METODE 2 (2) 760 IAC Very Inverse IFC 53 PJC 11 A PJC 11 A Page 38
Typical 3 METODE 2 (3) IAC 53 Page 39
DAFTAR ISI PENDAHULUAN LANGKAH - LANGKAH PENELITIAN TEORI PENUNJANG PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN Page 40
Kesimpulan 1. Dengan pengaplikasian metode 1 dan metode 2 pada PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang ternyata kedua metode tersebut menghasilkan settingan rele yang sama, karena perbedaannya hanya pada arus hubung singkat satu phasa maksimumnya. 2. Pada metode 1 dan metode 2, resetting rele yang terdapat pada sinkron bus membutuhkan perubahan kurva karena didesain apabila terjadi hubung singkat satu phasa pada salah satu pembangkit maka hanya pembangkit yang bermasalah tersebut yang lepas dari sinkron bus kecuali bila ada kegagalan proteksi. 3. Metode 1 dan metode 2 memerlukan penggantian CT menjadi CT 50/5 (ZCT), karena arus hubung singkat satu phasa yang terjadi adalah 8 A. CT 50/5 dapat mendeteksi dtkiarus minmum 0.0505 A. 4. Metode 1 lebih baik dari metode 2, karena pada metode 2 ada rele pada sinkron bus yang tidak mencapai range arus seperti yang diinginkan yaitu 8 417 A. Page 41
DAFTAR PUSTAKA [1] SPLN 52-3 : 1983, Pola Pengaman Sistem Bagian Tiga, Sistem Distribusi 6 kv dan 20 kv. [2] GEC Alsthom, Protective Relays Application Guide, Stafford, England, 1987. [3] Irwin Lazar, Electrical Systems Analysis and Design for Industrial Plants, McGraw-Hill Book Company, USA, 1980. [4] IEEE Recommended Practice for Protection andcoordination of Industrial and Commercial Power System, IEEE Standart 242, 1986. [5] Sunil. S. Rao, Switch Gear and Protection, Khanna Publishes, 1980. [6] Cit Cristophe Preve, Protecton t of Electrical l Nt Network, kiste Ld Ltd, GreatBiti Britainand the United dstates, t 2006. [7] P. Pillai, Grounding and Ground Fault Protection of Multiple Generator Installations on Medium- Voltage Industrial and Commercial Systems, IEEE Transactions On Industry Applications, vol. 40, no. 1, jan/feb. 2004. [8] T.S. Hutauruk, Pengetanahan Netral Sistem Tenaga & Pengetanahan Peralatan, Erlangga, 1999. [9] A.R. van C Warrington, Protective Relays volume 1, Chapman & Hall LTD, 1962. [10] Manual GE Multilin 750/760, 2006. [11] Manual GE Multilin IAC53. [12] Manual GE Multilin IFC53. [13] Manual GE Multilin PJC11A. [14] American National Standards Institute, IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power System, IEEE Std 242-1986. Page 42
TERIMA KASIH Page 43
Hasil Typical 1, 2, dan 3 Metode 1 1 s 0.4 s 0.1 s 0.7 s 1 s 0.7 s 0.7 s 1 s 1 s Page 44
Hasil Typical 1, 2, dan 3 Metode 1 1 s 0.4 s 0.7 s 1 s 0.7 s 0.7 s 1 s 1 s Page 45
Hasil Typical 1, 2, dan 3 Metode 1 0.7 s 0.7 s 1 s 1 s 0.7 s 0.7 s 1 s 1 s Page 46
Hasil Typical 1, 2, dan 3 Metode 1 0.4 1 s s 0.4 s 0.7 s 1 s 0.7 s 0.7 s 1 s 1 s Page 47
Hasil Typical 1, 2, dan 3 Metode 1 0.4 s Page 48
Hasil Typical 1, 2, dan 3 Metode 2 1 s 0.4 s 0.7 s 0.7 s 0.1 s 1 s 0.7 s 0.7 s 1 s 1 s Page 49
Hasil Typical 1, 2, dan 3 Metode 2 1 s 0.4 s 0.7 s 0.7 s 0.7 s 1 s 0.7 s 1 s 1 s Page 50
Hasil Typical 1, 2, dan 3 Metode 2 1 s 0.7 s 0.7 s 0.7 s 0.7 s 1 s 0.7 s 1 s 1 s Page 51
Hasil Typical 1, 2, dan 3 Metode 2 0.35 1 s s 0.4 s 0.7 s 0.7 s 0.7 s 1 s 0.7 s 1 s 1 s Page 52
Hasil Typical 1, 2, dan 3 Metode 2 0.4 s Page 53
NGT Es Ep = Ns Np = K Es = Vs, saat trafo tidak berbeban K < 1, trafo step down Vs Vp = Ip Is = Ns Np Page 54
Cara Melump Beban Pada ETAP Kita pisahkan beban yang ada pada tiap trafo (trafo 13.8/0.4 kv atau trafo 2.4/0.4 kv) Kita jumlah nilai kw dan kvar beban-beban 0.4 kv yang berada pada tiap trafo tersebut. Baik pada saat kondisi design atau normal, dan dipisahkan. Kita cari nilai kva dari total beban pada tiap trafo. Baik pada saat kondisi design atau normal. Kemudian kita bagi nilai kva pada saat kondisi normal dengan kva pada saat kondisi design. Untuk mendapatkan nilai % normal untuk beban lump. Kita masukkan nilai kw dan kvar pada beban baru. Kemudian kita geser-geser % static load dan motor load sampai nilai kw dan kvar pada beban baru sesuai / mendekati nilai total kw dan kvar beban- beban 0.4 kv yang kita jumlahkan sebelumnya. Page 55
Hasil Hubung Singkat Metode 1 (ETAP) Page 56
Hasil Hubung Singkat Metode 2 (ETAP) Page 57