SISTEM PROTEKSI MOTOR BERBASIS MOTOR MANAGEMENT RELAY WDZ-430EX DI PLTU PACITAN

Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM PROTEKSI MOTOR BERBASIS MOTOR MANAGEMENT RELAY WDZ-430EX DI PLTU PACITAN Anggun Purnomo 1), Susatyo Handoko 2) Mahasiswa 1) dan Dosen 2) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jalan Prof. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang E-mail: aank_aenky@yahoo.com Abstrak Listrik adalah energi sekunder yang paling praktis penggunaannya oleh manusia dan paling banyak dibutuhkan oleh manusia. Kebutuhan listrik dari tahuh ke tahun terus mengalami peningkatan. Hal ini menuntut suatu perusahaan penghasil listrik untuk dapat memenuhi kebutuhan akan listrik dan menjaga kontinuitas pelayanan serta meningkatkan keandalan sistem tenaga listriknya. Sebagai salah satu pembangkit tenaga listrik, PLTU Pacitan harus selalu beroperasi dan dapat menyuplai energi listrik yang diminta oleh PLN untuk memenuhi kebutuhan konsumen. Dalam pengoperasian pembangkit tentunya kondisi abnormal / gangguan pada sistem pembangkit menjadi resiko tersendiri. Sehingga perlu adanya proteksi pada peralatan untuk melindungi peralatan dari gangguan yang timbul. Salah satu peralatan yang harus dilindungi adalah motor. Di PLTU pacitan, untuk proteksi motor digunakan motor manegement relay tipe WDZ-430EX yang merupakan suatu relay proteksi motor berbasis mikroprosesor yang dapat menjalankan sistem proteksi sesuai algoritma yang ditanam di dalamnya. Kata kunci : proteksi gangguan, motor manegement relay tipe WDZ-430EX. I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Listrik merupakan bentuk energi sekunder yang paling praktis penggunaannya oleh manusia, dimana listrik dihasilkan dari proses konversi energy sumber energi primer seperti, potensial air,energi angin, minyak bumi, batubara. Keandalan dan keberlangsungan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Oleh sebab itu dalam perencangan suatu sistem tenaga, perlu dipertimbangkan kondisi-kondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem, melalui analisa gangguan. Dari hasil analisa gangguan dapat ditentukan sistem proteksi yang akan digunakan, spesifikasi switchgear, rating circuit breaker (CB) serta penetapan besaran-besaran yang menentukan bekerjanya suatu relay (setting relay) untuk keperluan proteksi. Adanya gangguan pada suatu sistem pembangkit dapat mengganggu operasi dari sistem pembangkit tersebut yang dapat membahayakan bagian-bagian penting didalamnya karena dapat mengakibatkan kerusakan dan penurunan umur pembangkit. Karena itu diperlukan suatu sistem proteksi yang dapat melindungi setiap bagian dari sistem pembangkit listrik. 1.2 Maksud dan Tujuan Kerja Praktek Tujuan dari Kerja Praktek dan Laporan ini adalah untuk mempelajari pembangkitan listrik pada pembangkit listrik tenaga uap dan mengetahui sistem proteksi motor yang terdapat pada pembangkit tenaga listrik, khususnya di PLTU Pacitan. 1.3 Batasan Masalah Dalam laporan Kerja Praktek ini penulis membatasi pembahasan pada proteksi motor dengan menggunakan motor management relay tipe WDZ-430EX di PLTU Pacitan, PT. PJB UBJOM PACITAN. II. DASAR TEORI 2.1 Sistem Proteksi Tenaga Listrik Yang dimaksud dengan sistem proteksi tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dilakukan kepada peralatan-peralatan listrik yang terpasang pada suatu sistem tenaga

misalnya generator, transformator jaringan, dan lain-lain, terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri. Kondisi abnormal itu dapat berupa antara lain : hubung singkat, tegangan lebih, beban lebih, frekuensi sistem rendah, asinkron dan lain-lain. 2.2 Fungsi dan Persyaratan Kualitas Proteksi Pada sistem tenaga listrik, proteksi itu diperlukan : 1. Untuk menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat 2. Untuk cepat melokalisir luas daerah terganggu menjadi sekecil mungkin 3. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik. 4. Untuk mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem proteksi yang efektif yaitu : 1. Selektivitas dan Diskrimanasi Efektivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kesanggupan sistem dalam mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja. 2. Kecepatan Operasi Beroperasi secepat mungkin untuk mengurangi dampak gangguan, waktu gangguan dan memastikan keamanan pekerja. 3. Sensitivitas (kepekaan) Mendeteksi gangguan sekecil apapun, baik arus atau ketidaknomalan sistem dan beroperasi sesuai setelannya.n 4. Reliabilitas (keandalan) Sistem proteksi yang handal didasarkan pada 2 hal : a. Dependability, tidak boleh gagal bekerja saat dibutuhkan b. Security, tidak boleh salah kerja. 2.3 Perangkat Sistem Proteksi Yang dimaksud dengan perangkat sistem proteksi sepeti yang terlihat pada gambar berikut : Gambar 2.1 Hubungan antar perangkat proteksi 1. Relai. Sebagai elemen perasa /pengukur untuk mendeteksi gangguan. 2. PMT (Pemutus Tenaga) Sebagai pemutus arus dalam sirkuit tenaga untuk melepas bagian sistem yang terganggu. 3. PT dan atau CT Mengubah besarnya arus dan atau tegangan dari sirkuit primer ke sirkuit sekunder (Relai) 4. Battery. Sebagai sumber tenaga untuk mentripkan PMT dan catu daya untuk relai statik dan relai bantu. 5. Pengawatan. Untuk mengubungkan komponen-komponen proteksi sehingga menjadi satu sistem. 2.4 Relay Proteksi Pada Motor Mayoritas beban pemakaian sendiri pada pembangkit listrik (terutama PLTU) adalah motor listrik. Motor listrik digunakan sebagai penggerak pompa, fan, valve dan lain sebagainya. Oleh karena itu motor listrik harus dilindungi dari ancaman gangguan yang mungkin terjadi pada motor tersebut. 1. Relay arus lebih Relay arus lebih merupakan relay proteksi pada motor yang berfungsi untuk melindungi dari gangguan hubung singkat antar fasa. Gangguan hubung singkat dapat meyebabkan kerusakan pada belitan motor. Relay arus lebih bersifat instant, jadi jika ada gangguan harus segera mengisolasi motor yang dilindungi tersebut.

2. Relay overload Overload pada motor listrik disebabkan oleh pembebanan berlebih pada motor sehingga putaran motor semakin berat. Semakin berat beban motor maka konsumsi arus listrik motor semakin besar, sehingga jika dibiarkan dalam waktu yang lama maka arus overload menyebabkan pemanasan pada belitan yang dapat merusak belitan tersebut. 3. Relay unbalance Unbalance pada motor terjadi apabila ada ketidakseimbangan arus pada fasa sumber. Fenomena ini akan menyebabkan timbulnya arus urutan negative (negative sequence) yang dapat menyebabkan pemanasan pada motor. 4. Relay hubung singkat ke tanah Relay hubung singkat ke tanah berfungsi untuk mengamankan motor dari gangguan arus hubung singkat antara fasa dengan tanah. 5. Relay longstart Relay long start current adalah relay proteksi pada motor yang digunakan untuk mengamankan motor dari gangguan arus start yang lama. Seperti kita ketahui ketika motor listrik pertama kali dhidupkan maka akan mengkonsumsi arus yang lebih besar dari arus nominal. Arus start tersebut bias mencapai 6 kali dari arus nominalnya. Pada kondisi normal, arus start tersebut hanya berlangsung sesaat saja dan arus kembali ke arus nominal setelah motor berputar pada putaran nominal. Relay long start berfungsi mengamankan motor ketika arus start tersebut berlangsung lebih lama dari kondisi normal agar tidak terjadi pemanasan pada belitan motor. Relay longstart bersifat definite time (karakteristik tunda waktu) 6. Relay temperature Relay temperature merupakan relay proteksi pada motor yang digunakan untuk mengamankan motor listrik dari gangguan temperature yang berlebih. Temperature berlebih bias disebabkan oleh gangguan mekanik maupun gangguan elektrik. Gangguan mekanik contohnya adalah kegagalan sstem pendingin dan lain sebagainya. gangguan elektrik contohnya adalah overload, longstart dan lain sebagainya. III. Sistem Proteksi Motor Berbasis Motor Management Relay WDZ-430EX di PLTU Pacitan Sistem proteksi di PLTU Pacitan mempunyai sud-sub siste proteksi yaitu sistem poteksi motor dan sistem proteksi listrik (generator dan trafo). Sistem proteksi motor pada PLTU Pacitan menggunakan sistem digital dengan Motor Management Relay tipe WDZ- 430EX 3.1 Deskripsi Motor Management Relay Tipe WDZ-430EX Motor management relay tipe WDZ-430EX yang memiliki fungsi proteksi, pengukuran dan kontrol, utamanya diaplikasikan motor asinkron tiga fasa berkapasitas kecil atau menengah. Untuk motor berkapasitas besar ( 2000 kw atau lebih ), biasanya sesuai kebutuhan perlu ditambahkan motor differential relay tipe WDZ- 431EX. Gambar 3.1 Device motor management relay WDZ-430EX

Proteksi ini dapat menghindari puncak arus transien selama motor startup. Karena arus yang tinggi saat start dapat menyebabkan suhu motor menjadi naik, akibatnya isolasi dapat rusak dan dapat menimbulkan short baik antar kumparan maupun antara kumparan ground. : Gambar 3.2 Back boardmotor management relay WDZ-430EX 3.2 Fungsi Proteksi Motor dengan Motor Management Relay Tipe WDZ-430EX Fungsi fungsi proteksi motor dengan motor management relay tipe WDZ-430EX memiliki algoritma kerja masing masing. Berikut dipaparkan macam-macam fungsi proteksi yang ada motor management relay tipe WDZ-430EX : a. Instantaneous Over Current Relay Gambar 3.3 Algoritma Instantaneous Over Current Relay Selama Motor Startup : Imax : nilai arus maksimum dari fase A,B,C (Ia, Ib, Ic)(A) I sdg : nilai seting instantaneous over current relay selama motor startup (high level) (A) I sdd : nilai seting instantaneous over current relaysetelah motor startup) (low level) (A) t sd :waktu delay instantaneous over current relay (s) b. Negative Sequence Current Relay 1 (46) Arus urutan negatif dapat timbul karena tegangan sumber yang tak seimbang atau adanya gangguan antar fasa, sehingga muncul tidak seimbangnya arus pada ketiga fasa motor.misalnya karena pasokan daya dari salah satu fasa hilang atau sekering leburnya putus, maka keadaan pasokan daya menjadi tak seimbang dan timbul arus urutan negatis. Arus urutan negatif ini dapat menimbulkan medan magnet putar yang berlawanan dengan putaran rotor motor, hal ini dapat menimbulkan pemanasan yang berlebih dalam stator dan rotor motor. Gambar 3.4 Algoritma Instantaneous Over Current Relay Setelah Motor Startup Gambar 3.5 Algoritma Negative Sequence Current Relay 1

I 2 : arus negative sequence (A) I 21dz : nilai setting negative sequence current relay1 (A) t 21dz : waktu delay negative sequence current relay1 (s) c. Negative Sequence Current Relay 2 (46) Gambar 3.6 Algoritma Negative Sequence Current Relay 2 operasi yang disebabkan oleh arus yang tak seimbang dengan arus startup motor yang lebih besar, proteksi ini mengambil arus maksimum fasa Imax sebagai nilai pengendali. Karakteristik aksi : Io :arus zero sequence motor yang telah dikonversi oleh CT (A) I odz :nilai setting instantaneous zero sequence relay (A) Ie :rating arus motor (A) t odz :waktu delay instantaneous zero sequence relay (s) e. Mechanical Jam Relay Gambar 3.8 Algoritma Mechanical Jam Relay I 22dz : level negative sequence current relay 2 (A) t 22dz : waktu delay negative sequence current relay 2 (s) d. Instantaneous Zero Sequence Relay(50N) Arus urutan nol muncul dapat muncul saat adanya gangguan fasa ke tanah.sehingga terjadi konsidi tidak seimbangnya aliran arus pada masing-masing fasa dalam sistem tiga fasa sehingga ada aliran arus pada kawat netralnya. Mechanical jam relay membutuhkan motor speed switch dan arus fasa. Speed switchsendiri digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan kecepatan motor saat bekerja. Iddz :nilai seting arus mechanical jam relay(a) tddz :waktu delay mechanical jam relay f. Long-Time Startup Relay Gambar 3.7 Algoritma Instantaneous Zero Sequence Relay Nilai arus zero squence motor, diperoleh dari CT zero squence agar dapat mendeteksi arus yang sangat kecil. Untuk mencegah kegagalan Gambar 3.9 Algoritma Long-Time Startup Relay

Pertama, hitung waktu start selama motor melakukan startup tqdj Iqde Iqdm tyd :perhitungan waktu srart (s) :rating arus startup motor (A) :arus startup motor maksimal (A) :waktu mechanical jam motor yang diperbolehkan (s) Jika selama tqdj (waktu start yang telah dihitung) Imax< 1,125 Ie, maka motor berhasil melakukan start dan algoritma long-time startup relay telah berakhir. Jika setelah tqdj nilai Imax> 1,125 Ie, maka motor akan gagal start, long-time startup relay bekerja. Waktu terlama dari long-time startup relay adalah 10s. g. Positive Sequence Current Relay Arus urutan positif muncul pada keadaan tegangan sumber seimbang. Gangguan ini sebenarnya seperti gangguan arus lebih dimana arus maupun tegangan yang ditimbulkan masih mempunyai urutan fasa yang sama dengan urutan fasa sumber. I1 : motor raring current (A) I1gl : nilai setting positive sequence current relay(a) t1gl : waktu delay positive sequence current relay (s) h. Over Load Relay Gambar 3.11 Algoritma Over Load Relay Igfh tgfh : nilai seting overloadrelay(a) : waktu delay overload relay(s) i. VT Circuit Off Gambar 3.10 Algoritma Positive Sequence Current Relay Positive sequence current relayakan aktif apabila kondisi dibawah ini telah terpenuhi. 1. Algoritma long-time startup relay telah berakhir ( Ia/Ib/Ic < 1,125 Ie ) 2. Waktu start melebihi waktu mechanical jam motor yang diperbolehkan, t > tyd Gambar 3.12 Algoritma VT Circuit Off Peralatan ini memilik fungsi untuk mendeteksi VT circuit bila off. Ketika VT circuit menjadi off, under voltage relay akan mengunci secara instan (akibatnya under voltage relay tak dapat bekerja), dan dalam 15 s akan mengirimkan sinyal alarm. Ketika VT circuit ketiga fasa off secara serampak, waktu ini hanya ada arus tapi tak ada tegangan.

Kriteria dari VT circuit mati Ketika satu atau dua VT circuit mati, waktu ini akan timbul unbalanced voltage yang besar, maka dari itu dibuat kriteria lain sebagai berikut : Untuk memastikan agar relay dapat beroperasi dengan handal, saat bus tanpa tegangan, motor tanpa arus, switch dalam keadaan on, dan kriteria aksi diatas tidak dapat startup dibawah tegangan relay, maka digunakan alur kriteria tambahan agar relay dapat bekerja dibawah tegangan trip relay. j. Under Voltage Relay(27) Gambar 3.13 Algoritma Under Voltage Relay (27) Ketika tegangan bus motor berada dibawah setting tegangan under voltage relay Uqy dan waktunya lebih lama dari waktu delay under voltage relay tqy, relay akan trip untuk melindungi motor. Untuk mencegah VT circuit mati, under voltage relay diseting untuk mengunci ketika VT circuit mati, sehingga relay belum dapat start. Uqy : nilai seting tegangan under voltage relay (V) Tqy : waktu delayunder voltage relay (s) IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan Dari pembahasan yang disampaikan panda laporan ini dapat diambil kesimpilan sebagai berikut : 1. Suatu sistem tenaga listrik memerlukan adanya sistem proteksi untuk dapat mendeteksi adanya gangguan pada sistem sehingga dapat mencegah atau membatasi kerusakan pada peralatan tenaga listrik selain itu juga untuk menjaga kontinuitas dan keandalan pasokan daya listrik. 2. Sistem proteksi motor di PLTU Pacitan sudah menggunakan suatu manajemen rele, dimana dalam satu device sudah terdapat berbagai fungsi proteksi di dalamnya 3. Di PLTU Pacitan, untuk motor berkapasitas <200KW dan motor yang berkapasitas antara 200-2000KW digunakan suatu motor management relay tipe WDZ-430EX 4. Di PLTU Pacitan, untuk motor berkapasitas >2000KW biasanya ditambahkan motor differential relay tipe WDZ-431EX 5. Motor management relay tipe WDZ-430EX yang memiliki fungsi proteksi, pengukuran dan kontrol, utamanya diaplikasikan motor sinkron tiga fasa berkapasitas kecil atau menengah 6. Motor management relay tipe WDZ-430EX adalah relay proteksi motor berbasis mikroprosesor yang dapat menjalankan sistem proteksi sesuai algoritma yang ditanam di dalamnya.

7. Fungsi proteksi motor management relay tipe WDZ-430EX memiliki algoritma kerja masing - masing. 4.2 Saran Setelah melakukan kerja praktek di PLTU Pacitan, penulis memberi saran yamg mungkin dapat bermanfaat bagi pembaca laporan kerja praktek ini. 1. Pengambilan data diperlukan agar dapat lebih memahami kerja dari proteksi motor dengan motor manegement relay WDZ- 430EX. 2. Peralatan proteksi sebaiknya dilakukan pemeliharaan secara berkala agar kinerja proteksi selalu dalam keadaan normal dan tak ada kesalahan kerja proteksi. 3. Bagi mahasiswa yang akan melakukan kerja praktek lebih baik sudah memiliki target bahasan yang ingin dibahas di tempat kerja praktek, sehingga pada saat pengambilan data dapat fokus pada target yang ditentukan sebelumnya. DAFTAR PUSTAKA BIODATA Anggun Purnomo lahir di Klaten 21 Mei 1992. Telah menempuh studi mulai dari TK Pertiwi Ceper, SD N 1 Ceper, SMP N 1 Delanggu, SMA N 1 Klaten dan sekarang sedang melanjutkan studi S-1 di Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro, Semarang. Semarang, Januari 2014 Mengetahui dan menyetujui Dosen Pembimbing Susatyo Handoko, ST, MT NIP.197305262000121001 [1] Christian Mamesah, Proteksi Sistem Tenaga Listrik 1, Electrical Department TEDC Bandung, 1998. [2] Materi Pelatihan Pemeliharaan Proteksi Pembangkit PT PLN (PERSERO) UDIKLAT, Semarang [3] Modul Pembelajaran Proteksi Sistem Tenaga Listrik Depdiknas 2003 [4] Transparansi Diklat Relai. PT. PLN (Persero) UDIKLAT, Semarang. [5] Materi Pelatihan O&M Relai Proteksi JaringanPT PLN Persero P3B [6] Manual book WDZ-430EX Motor Management Relay