Evaluasi Ground Fault Relay Akibat Perubahan Sistem Pentanahan di Kaltim 1 PT. Pupuk Kaltim Istiqomah-2206100013 Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111 Abstrak : PT. Pupuk Kaltim (PKT) Bontang adalah salah satu perusahaan penghasil pupuk di Indonesia. PT. Pupuk Kaltim terdiri dari lima pabrik yang diintegrasi. Pada salah satu pabriknya, yaitu Kaltim-1, dilakukan perubahan pentanahan sistem dari sistem tanpa pentanahan (delta) menjadi pentanahan high resistance. Untuk itu dibutuhkan setting ground fault relay di Kaltim 1 dan evaluasi ground fault relay di sistem integrasi. Kata kunci : pentanahan,ground fault relay 1. PENDAHULUAN Sistem pentanahan di Pabrik Kaltim 1 PT. Pupuk Kalimantan Timur masuk dalam klasifikasi sistem pentanahan ungrounded atau disebut juga sistem delta. Sistem ini tidak memiliki koneksi fisik antara netral generator dan tanah. Sistem pentanahan ungrounded rentan terhadap overvoltage. Adanya perubahan sistem pentanahan di Pabrik Kaltim 1 di PT. Pupuk Kaltim dari sistem delta menjadi grounded, maka diperlukan setting ground fault relay. Pada tugas akhir ini akan dilakukan analisis koordinasi ground fault relay di Pabrik Kaltim 1 PT. Pupuk Kaltim, serta dilihat pengaruhnya terhadap setting koordinasi ground fault relay di Pabrik Kaltim 1, Kaltim 2, Kaltim 3, Kaltim 4 dan KDM PT Pupuk Kaltim 2. TEORI PENUNJANG Salah satu gangguan yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik 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 menggangu kestabilan sistem. Perhitungan praktis arus hubung singkat satu fasa ke tanah dapat dituliskan sebagai berikut [1]: Isc = (1) Perhitungan praktis arus hubung singkat satu fasa ke tanah dengan resistansi atau reaktansi dapat dituliskan sebagai berikut : Isc =...(2) Dimana, Z1 = Impedansi urutan positif dalam ohm Z2 = Impedansi urutan negatif dalam ohm Z3 = Impedansi urutan nol dalam ohm ZN = Impedansi resistansi/reaktansi ke tanah dalam ohm 2.1 Pentanahan Ada beberapa metode dalam pentanahan sistem, diantaranya ungrounded (tanpa pentanahan), low-resistance grounding, high-resistance grounding, dan solid grounding. Solid grounding biasa digunakan pada sistem dengan level tegangan di bawah 600 V. Sedangkan pentanahan dengan resistansi digunakan pada sistem dengan level tegangan menengah dan tinggi [2]. 2.2 Rele Pengaman Gangguan ke Tanah Pada sistem pentanahan impedansi, arus urutan nol dijadikan sebagai ukurannya. Rele yang digunakan adalah rele arus lebih (OCR) yang diseting sebagai ground fault relay. 2.3 Konsep Daerah Pengaman Pada konsep daerah pengamanan fungsi dari 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 pengaman Daerah 1 merupakan daerah pengamanan generator, untuk daerah 2 adalah pengamanan generator dan transformer, sedangkan pada daerah 3 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 dalam koordinasi setting rele pengaman. Penyetelan rele dilakukan berdasarkan setelan waktu, setelan arus maupun kombinasi keduanya [3] Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 1 dari 6
3. METODOLOGI DAN STUDI KASUS Metodologi yang digunakan dapat dilihat dari flowchart berikut : Mulai Pengumpulan data Pemodelan sistem kelistrikan Analisa arus hubung singkat Penentuan & evaluasi setting ground fault Rekomendasi dan penarikan kesimpulan Selesai Gambar 2. Flowchart metodologi Sistem kelistrikan yang digunakan di PT.Pupuk Kaltim diintegrasi dengan tipe ring. Tegangan yang mengalir pada sistem integrasi sebesar 33 kv, sedangkan untuk masingmasing pabrik 6.6 kv untuk Pabrik Kaltim 1 dan 11 kv untuk Kaltim 2, Kaltim 3, Kaltim 4 dan KDM. Sistem ring 33 kv menggunakan transformator dengan konfigurasi belitan bintang-delta (33/11 kv dan 33/6.6 kv). Berikut adalah gambar sistem kelistrikan PT. Pupuk Kaltim : 3.1 Operasi NGR di PT. Pupuk kaltim Sistem 33 kv menggunakan pentanahan titik netral (NGR) dengan arus yang dibatasi sebesar 5 A yang dipasang pada transformator TX K-2 (Kaltim 2) dan TX K-4 (Kaltim 4). Pada kondisi normal operasi, dari dua NGR hanya satu yang aktif. NGR pada masing-masing pabrik dipasang di titik netral generator dan zig-zag trafo. Nilai NGR di setiap pabrik berbeda. Berikut adalah tabel nilai NGR di setiap pabrik: Tabel 1. Nilai NGR di masing-masing Pabrik No. Nilai arus Penempatan Lokasi yang dibatasi 1 5 A Generator SG- Kaltim 1 K1 dan zig zag trafo di Trafo TX K-1/A 2 400 A Trafo TX K-2, zig-zag trafo di Kaltim 2, Integrasi Trafo TX K-2 dan Generator SG-K2 3 400 A Zig zag trafo di Trafo TX K-3 dan Generator SG-K3 Kaltim 3 4 400 A Trafo TX K-4, zig zag trafo di Trafo TX K-4 dan Generator SG-K4 5 10 A Zig zag trafo di Trafo TX-KDM- IKDM-I dan Generator SG- KDM 1 Kaltim 4, Integrasi KDM Zig zag trafo harus tersambung pada kondisi jika : generator pada Unit PKT atau KDM tidak beroperasi (OFF) dan beberapa beban unit tersebut ON. jika NGR generator tidak beroperasi (maintenance) sedangkan generator beroperasi (ON). Sedangkan kondisi zig zag trafo OFF jika dilakukan maintenance transformer, maintenance zig zag trafo, dan saat NGR generator beroperasi. Gambar 3. Single line diagram PT. Pupuk Kaltim 4. PERHITUNGAN DAN ANALISIS 4.1 Analisis Gangguan Arus Hubung Singkat Menggunakan simulasi hubung singkat dengan software ETAP menghasilkan arus hubung singkat satu phasa ke tanah dan dapat ditabelkan sebagai berikut : Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 2 dari 6
Tabel 2. Arus Hubung Singkat Bus Tegangan bus (A) (kv) 4 cycle 4 33 5 5 33 5 6 33 5 8 33 5 10 33 5 P-1501-2 6.6 5 SWGR-01 11 400 52-SG-101 11 400 00-SG-101 11 400 KDM-1 11 400 4.2 Setting Rele Analisa dan perhitungan terhadap setting rele pengaman arus gangguan satu fasa ke tanah adalah sebagai berikut : 4.2.1 Setting Ground Fault Rele pada Kaltim 1 Single line diagram dari Generator BBC K-1 sampai Bus 6 adalah sebagai berikut : GF 2 Dipasang pada NGR Generator Jenis Rele : Tap :0.3-24 CT :5/1, 5/1 0.3 min tap = 1.5 Amp Iset = 1.5-120 Amp Dipilih Iset = 2 A = = 0.4 Amp Kita pilih tap 0,4 Time dial 0.4 s ( Jika NGR zig-zag trafo close dan NGR ( Jika NGR generator close dan NGR zig-zag trafo open) Gambar 4.Single line dari Generator BBC K-1 sampai Bus 6 GF 1 Dipasang pada zig-zag trafo Jenis Rele : Tap :0.3-24 CT :5/1, 5/1 0.3 min tap = 1.5 Amp Iset = 1.5-120 Amp Dipilih Iset = 2 A = = 0.4 Amp Kita pilih tap 0,4 ( Jika NGR zig-zag trafo close dan NGR Time dial 0.4 s ( Jika NGR generator close dan NGR zig-zag trafo open) 4.2.2 Setting Ground Fault Rele pada Integrasi Sigle line diagram integrasi adalah sebagai berikut : Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 3 dari 6
Iset = 0.5-5 Amp Dipilih Iset = 2.8 A = = 0.56 Amp Kita pilih tap 0.56 Setting relay pada bus di integrasi dalam keadaan NGR Trafo TX K-4 close. GF 14, GF 16, GF 18 Jenis Rele : Tap :0.05-2.4 CT :5/1 5/1 0.05 min tap = 0.25 Amp Dipilih Iset = 2.8 A = = 0.56 Amp Kita pilih tap = 0.56 Dipilih Iset = 4 A = = 0.8 Amp Kita pilih tap = 0.8 GF 21, GF 23 Jenis Rele : 1000+ Tap :0.1-1 CT :5/1 5/1 0.1 min tap = 0.5 Amp Iset = 0.5-5 Amp Dipilih Iset = 4 A = = 0.8 Amp Kita pilih tap 0.8 GF 19 Dipasang pada NGR Trafo TX K-4 Jenis Rele : Tap :0.05-2.4 CT :5/1 5/1 0.05 min tap = 0.25 Amp Dipilih Iset = 2.8 A = = 0.56 Amp Kita pilih tap = 0.56 Time dial 0.4 s Dipilih Iset = 4 A = = 0.8 Amp Kita pilih tap = 0.8 Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 4 dari 6
Time dial 1.3 s Tabel 4. Relay eksisting integrasi ID INC 11 Out 41 Manufa ktur 1000+ Lokasi bus 4 (KDM) bus 10 (Kaltim 3) Setting Time dial 3 s Time dial 3 s Tabel 5. Relay hasil rancangan integrasi ID GF 14 GF 16 GF 18 Manufak tur Lokasi Bus 6 Bus 8 Bus 10 Setting 4.3 Perbandingan Setting Relay Eksisting dan Rancangan Dari analisa dan perhitungan diatas, maka setting dan resetting pada ground fault relay pada PT. Pupuk Kaltim adalah sebagai berikut : Tabel 3. Hasil setting relay Kaltim 1 ID Manufaktur Rancangan GF 1 Iset 2 A ( Jika NGR zigzag trafo close dan NGR Time dial 0.4 s ( Jika NGR generator close dan NGR zig-zag trafo open) GF 2 Iset 2 A Time dial 0.4 s( Jika NGR zigzag trafo close dan NGR ( Jika NGR generator close dan NGR zig-zag trafo open) GF 21 GF 23 GF 19 GF 15 1000+ Bus 4 Bus 5 NGR Trafo TX K-4 NGR zigzag trafo TX K-2 Time dial 0.4 s Time dial 1.3 s Time dial 0.4 s Time dial 1.3 s 5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi dan analisa pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Perubahan pentanahan di Pabrik Kaltim 1 tidak menyebabkan perubahan arus satu fasa ke tanah Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 5 dari 6
yang mengalir di sistem integrasi dan pabrik lainnya, hal ini disebabkan hubungan belitan trafo TX k-1/a yaitu Y- ke arah integrasi. 2. Perlu dilakukan penambahan relay 50 G pada feeder di bus integrasi untuk melindungi dari gangguan satu fasa ke tanah dengan pengaturan waktu yang di-grading sesuai standar. DAFTAR PUSTAKA [1] Irwin Lazar, Electrical Systems Analysis and Design for Industrial Plants, McGraw-Hill Book Company, USA, 1980. [2] Industrial and Commercial Power Systems Committee of the IEEE Industry Applications Society, IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems, 1985. [3],. DAFTAR RIWAYAT HIDUP Istiqomah, dilahirkan di Bontang, 25 Oktober 1987. Merupakan anak kedua dari pasangan Bapak Moch. Saleh dan Ibu Rusmaniar. Menempuh jenjang pendidikan di SD-2 YPK Bontang tahun 1994-, SLTP YPK Bontang tahun -2003, dan SMU YPK Bontang tahun 2003-2006. Setelah lulus SMU, penulis melanjutkan studinya di S1 Teknik Elektro, Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Selama kuliah, penulis aktif dalam kegiatan organisasi di kampus, yaitu sebagai staff Departemen Teknologi Himatektro. Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 6 dari 6