Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM PROTEKSI MOTOR 056K102M DENGAN GE MULTILIN 369 MOTOR MANAGEMENT RELAY PADA AREA UTILITIES PT. PERTAMINA (PERSERO) RU IV CILACAP Masyhur Rosyada (21060110130080), Dr.Ir. Djoko Windarto,MT (196405261989031002) Mahasiswa dan Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang Email : masyhurmuse@yahoo.com Abstrak Minyak bumi merupakan salah satu sumber daya alam yang dapat menghasilkan energi, baik untuk bahan bakar maupun pembangkit tenaga listrik. Minyak bumi merupakan sumber daya alam yang penting. PT. PERTAMINA (PERSERO) merupakan suatu perusahaan yang bertugas mengelola minyak bumi di Indonesia, baik dalam hal eksplorasi minyak mentah maupun pengolahan minyak dan gas. Pemenuhan kebutuhan BBM merupakan tugas yang berat karena peningkatan kapasitas pengolahan minyak yang dimiliki PT. PERTAMINA (PERSERO) tidak sejalan dengan lonjakan konsumsi BBM yang dibutuhkan masyarakat. Kendala yang biasanya dihadapi adalah masalah sistem terhadap gangguan. Oleh karena itu diperlukan suatu proteksi agar sistem aman terhadap gangguan sehingga alat-alat listrik tetap bekerja dengan baik serta hasil pengolahan minyak dan gas di PT. PERTAMINA dapat maksimal. Pada makalah kerja praktek ini akan dibahas mengenai sistem proteksi pada motor 056K102M dengan menggunakan sistem proteksi GE MULTILIN 369 pada area Utilities PT.PERTAMINA (PERSERO) RU IV Cilacap. Proteksi yang digunakan yaitu proteksi overload, phase unbalance, acceleration time, mechanical jam, dan ground fault. Kata kunci : sistem proteksi, motor 056K102M, GE MULTILIN 369, overload, phase unbalance, acceleration time, mechanical jam, dan ground fault 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang PT. PERTAMINA (PERSERO) merupakan suatu perusahaan yang bertugas mengelola minyak bumi di Indonesia, baik dalam hal eksplorasi minyak mentah maupun pengolahan minyak dan gas. Dalam mengemban tugas tersebut, PT. PERTAMINA (PERSERO) mengoperasikan beberapa Kilang minyak dalam negeri, antara lain RU I Pangkalan Brandan, RU II Dumai, RU III Plaju, RU IV Cilacap, RU V Balikpapan, RU VI Balongan, dan RU VII Kasim. Sasaran utama pengadaan dan penyaluran BBM dalam menunjang pembangunan nasional adalah tersedianya BBM dalam jumlah yang cukup dengan kualitas yang memenuhi spesifikasi, suplai yang berkesinambungan, terjamin, dan ekonomis. Pemenuhan kebutuhan BBM merupakan tugas yang berat karena peningkatan kapasitas pengolahan minyak yang dimiliki PT. PERTAMINA (PERSERO) tidak sejalan dengan lonjakan 1
konsumsi BBM yang dibutuhkan masyarakat. Kendala yang biasanya dihadapi adalah masalah sistem terhadap gangguan. Oleh karena itu diperlukan suatu proteksi agar sistem aman terhadap gangguan sehingga alat-alat listrik tetap bekerja dengan baik serta hasil pengolahan minyak dan gas di PT. PERTAMINA dapat maksimal. Pada makalah kerja praktek ini akan dibahas mengenai sistem proteksi pada motor 056K102M dengan menggunakan sistem proteksi GE MULTILIN 369 pada area Utilities PT.PERTAMINA (PERSERO) RU IV Cilacap. 1.2 Tujuan Tujuan kerja praktek di PT PERTAMINA (PERSERO) adalah: Untuk memperdalam ilmu pengetahuan di luar perkuliahan khusunya mengenai sistem proteksi. Menerapkan teori yang telah didapat diperkuliahan dengan kondisi dilapangan. 1.3 Batasan Masalah Dalam makalah kerja praktek ini, pembahasan masalah akan dibatasi pada sistem proteksi dengan menggunakan GE Multilin 369 pada motor 056K102M. 2. DASAR TEORI 2.1 sistem Proteksi Tenaga Listrik Sistem proteksi tenaga listrik adalah sistem pengaman pada peralatanperalatan yang terpasang pada sistem tenaga listrik, seperti motor, trafo, generator, dll terhadap kondisi abnormal operasi sistem tenaga listrik tersebut. Sistem proteksi yang baik dapat mencegah / mengurangi timbulnya gangguan. Misalnya proteksi arus lebih pada motor listrik dapat mencegah terjadinya gangguan arus berlebih pada motor listrik tersebut yang dapat menyebabkan kerusakan pada motor listrik. Jika bagian yang terganggu diisolasi secara cepat, maka kerusakan yang diakibatkannya dapat diminimalisir. Selain itu, bagian yang terganggu dapat diperbaiki secepat mungkin sehingga fungsi motor listrik tersebut dapat dilanjutkan tanpa penundaan waktu yang lama. 2.2 Syarat Rele Proteksi Syarat syarat yang harus dipenuhi oleh rele agar dikatakan bekerja dengan baik dan benar adalah : a. Cepat Bereaksi Rele harus cepat bekerja bila sistem mengalami gangguan atau bekerja abnormal. Kecepatan bereaksi pada rele adalah saat rele mulai merasakan adanya gangguan sampai dengan pelaksanaan pelepasan Circuit Breaker, karena perintah dari rele tersebut. Waktu bereaksi tersebut harus diusahakan secepat mungkin hingga dapat menghindari kerusakan pada peralatan listrik, serta membatasi daerah yang mengalami gangguan. b. Selektifitas dan Diskriminatif Selektifitas yaitu kemampuan rele proteksi untuk mengadakan pengamanan terhadap wilayah yang diproteksi atau zona proteksi. Di luar zona tersebut rele tidak boleh bekerja. Hal ini menyangkut koordinasi pengaman dari sistem secara keseluruhan. Dengan demikian 2
tindakannya akan tepat dan gangguan dapat dieliminir sekecil mungkin. Diskriminatif yaitu kemampuan rele membedakan antara gangguan sebenarnya dengan keadaan normal yang terkadang menyerupai gangguan. Misalnya arus full load. c. Sensitif / Peka Rele harus bekerja dengan kepekaan yang tinggi, artinya cukup sensitif terhadap gangguan yang berada pada daerah perlindungannya. d. Andal / reliability Keandalan rele dihitung dengan jumlah kerja rele terhadap jumlah gangguan yang terjadi. Keandalan rele cukup baik jika mempunyai nilai 90% sampai 99%. Keandalan erat kaitannya dengan kemampuan rele proteksi berhasil bekerja terhadap gangguan yang terjadi. Permasalahan yang sering muncul adalah keusangan atau outage yang menyebabkan rele dalam keadaan mal operation. e. Kecepatan operasi Semakin lama arus gangguan yang mengalir, maka semakin besar kemungkinan kerusakan pada peralatan. Waktu pembebasan gangguan yang tipikal dalam sistemsistem tegangan tinggi adalah 80 140 ms, sehingga memerlukan rele dengan kecepatan yang sangat tinggi. Kecepatan operasi melibatkan kecepatan operasi rele dan kecepatan CB untuk open, sehingga terkadang terjadi kelambatan operasi. Manfaat kecepatan operasi adalah dapat mengurangi kerusakan yang lebih parah pada motor. f. Pertimbangan ekonomi Karena mempunyai peranan yang sangat vital, maka sistem proteksi yang digunakan harus mempunyai kehandalan yang tinggi. Untuk memnuhi hal tersebut, maka biaya yang dikeluarkan cukup mahal untuk membuat sistem proteksi. Karena apabila mengalami kerusakan dapat berakibat kerugian yang tidak sebanding dengan biaya proteksinya. 2.3 komponen Sistem Proteksi Komponen-komponen dari sistem proteksi yaitu : a) Circuit Breaker (CB) CB merupakan komponen sistem tenaga yang berfungsi untuk menjaga kontinyuitas pelayanan sistem tenaga listrik (mempertahankan kestabilan sistem) yaitu sebagai pemutus dan penyambung arus beban normal atau arus gangguan hubung singkat. Waktu kerja CB harus dirancang sedemikian rupa karena akan berpengaruh pada perhitungan waktu pemutusan gangguan. Waktu operasi CB berkisar antara 0,05 0,25 detik, tergangtung jenis dan rancangan CB yang digunakan. Operasi CB harus interlock dengan rele proteksi. ketika rele proteksi mendeteksi adanya gangguan yang mengharuskan gangguan tersebut dihilangkan maka CB harus segera beroperasi. b) Rele Proteksi Rele berfungsi untuk mengubah sinyal dari alat pemantau dan memberikan perintah untuk membuka rangkaian saat terjadi gangguan 3
c) Trafo Instrumen ( CT dan PT ) Rele proteksi dalam mendeteksi gangguan pada motor membutuhkan input tegangan dan atau arus. Rele tidak mungkin dihubungkan langsung pada jaringan, karena arus dan tegangan besar. Untuk memperoleh input arus dan tegangan pada rele, maka perlu adanya trafo instrumen yaitu trafo arus ( current transformer ) dan trafo tegangan ( potensial transformer ). d) Catu daya DC Catu daya merupakan salah satu bagian terpenting dari suatu sistem proteksi. Tanpa catu daya maka komponenkomponen proteksi seperti rele, CB, alarm, tidak akan bekerja. Catu daya harus mempunyai sistem keandalan yang tinggi dan harus siap kapan saja. Catu daya bantu DC didapat dari baterai yang diisi oleh charger. 2.4 Motor 056K102M Motor 056K102M terletak di area 05 Utilities, PT. PERTAMINA (PERSERO) CILACAP. Motor ini berfungsi sebagai penggerak pada kompresor, yang selanjutnya hasil dari kompresor tersebut berupa angin bertekanan yang akan digunakan pada valve pneumatic. Valve pneumatic tersebut yang digunakan untuk pengaturan pada saluran air dan minyak. Motor 056K102M ini menggunakan sistem proteksi dengan rele digital yaitu GE Multilin 369. Proteksi motor 056K102M ini meliputi overload, phase unbalance, acceleration time, mechanical jam, dan ground fault. Penamaan motor 056K102M memiliki arti : 056 : berarti unit 056 yaitu unit sistem udara bertekanan K : motor ini digunakan untuk kompresor 102 : nomor identitas motor M : penggerak kompresor berupa motor Nameplate motor 056K102M adalah sebagai berikut : Tabel 1. Nameplate motor 056K102M Model 5k830955c17 Torsi (HP) 250 Kecepatan rotasi (Rpm) 415 Tegangan (Volt) 3300 Arus (Ampere) 47 Type K Frame 83095 Ser. No W 8426519 Time rating Cont Frekuensi (Hz) 50 Phase 3 Code F 3. GE MULTILIN 369 pada Motor 056K102M Gambar 1. GE MULTILIN 369 4
Motor Management Relay merupakan paket gabungan proteksi motor yang dilengkapi interface yang mudah dan memiliki akurasi tinggi karena berbasiskan komputer. Pada PT. PERTAMINA (PERSERO) RU IV Cilacap, digunakan berbagai jenis Motor Management Relay, antara lain GE MULTILIN 269, GE MULTILIN 369. GE MULTILIN 369 termasuk salah satu Microprocessor Based Motor Protection. Microprocessor Based Motor Protection adalah suatu rele yang merupakan paket antara software dan hardware, bekerja sama memproteksi motor listrik. unbalance, acceleration time, mechanical jam, dan ground fault. a) Overload Sebuah motor listrik harus diberikan beban sesuai dengan kemampuannya. Apabila motor listrik tersebut dibebani melebihi kapasitasnya, maka akan timbul arus yang lebih besar yang mengalir pada motor. Arus yang besar akan menyebabkan motor menjadi panas. Panas merupakan salah satu musuh utama dari motor listrik karena dapat merusak isolasinya. Maka dari itu dibutuhkan sistem proteksi untuk mencegah motor menjadi terlalu panas. Hal utama yang perlu diatur dalam pengaturan rele overload adalah nilai kurva overload standar dan tingkat arus full load berapa yang digunakan. Kurva standar overload adalah gabungan dari 15 kurva yang menunjujukan waktu operasi rele untuk arus full load tertentu. Gambar 2. Diagram Skematik Instalasi GE MULTILIN 369 pada Motor 056K102M Pada motor 056K102M hanya menggunakan terminal nomor 92, 94, 95, 97, 98, 100, 104, 101. Hal ini dikarenakan elemen proteksi yang dimanfaatkan untuk motor ini hanyalah proteksi overload, phase unbalance, acceleration time, mechanical jam, dan ground fault. Terminal 101 dan 104 digunakan untuk menerima hasil pembacaan CT dari masing-masing fasa motor. 3.1 Proteksi dengan GE MULTILIN 369 Untuk motor 056K102M proteksi GE MULTILIN 369 yang digunakan adalah proteksi overload, phase Gambar 3 Kurva Standar Overload 5
T= Kurva di atas dibuat dari rumus : nomor kurva x 2,2116623 0,02530337 x arus full load 1 2 + 0,05054758 x ( arus full load 1 ) T : waktu operasi rele ( sekon ) b) Phase Unbalance Gangguan ini terjadi saat arus di ketiga fasa IA, IB, dan IC pada motor tidaklah seimbang. Arus yang mengalir pun menjadi tidak seimbang. Hal ini dapat menyebabkan motor menjadi panas, putarannya terbalik dan bahkan motor mati. c) Phase Unbalance Saat dalam proses starting motor, motor akan menarik arus yang tinggi hingga motor tersebut sudah berjalan dalam kondisi normal. Apabila starting berlangsung terlalu lama atau berulang dan motor belum mau start juga, akan menyebabkan motor menjadi panas. Untuk itu dibutuhkan proteksi yang dapat memutus hubungan saat proses starting dianggap terlalu lama. Itulah fungsi dari rele acceleration time ini. d) Mechanical Jam Saat sedang beroperasi, motor tibatiba terhambat secara mekanis. Hal yang dapat menyebabkan mechanical jam adalah : Pelumasan pada motor tidak sempurna. Pemeliharaan motor listrik kurang baik. Pemasangan instalasi tidak teliti dan kurang cermat. Pemakaian bagian perlengkapan motor tidak sesuai. Pembebanan mekanis yang digerakkan lebih besar dari kemampuan motor. Bila hal tersebut terjadi, motor akan menarik arus yang sangat besar saat berusaha berputar secara normal kembali. Arus yang besar menyebabkan motor akan menjadi panas. e) Ground Fault Suatu kondisi dimana salah satu kawat fasa motor terhubung langsung dengan ground. Hal ini umumnya terjadi karena tembusnya isolasi antara kawat fasa dan ground. Untuk mencegah ground fault GE MULTILIN 369 akan mendeteksi arus yang mengalir antara kawat fasa dan ground dengan menggunakan CT. Untuk mengoperasikannya kita perlu mengatur arus maksimum yang mengalir ke ground dan waktu delay operasi rele. Waktu delay operasi rele ground fault biasanya diatur menjadi nol detik agar rele langsung memutus hubungan seketika, dan mencegah gangguan ini merusak sistem di atasnya. 3.2 Nilai Setpoints GE MULTILIN 369 pada Motor 056K102M Berikut adalah nilai-nilai setpoints yang digunakan untuk motor 056K102M. A) Overload Tabel 2 Setpoints Overload Curve Style Standard Curve Number 5 Overload Pickup 1.10 x FLA Level B)Phase Unbalance Tabel 3 Setpoints Phase Unbalance Unbalance Alarm Events Current Unbalance Trip ON Latched 6
Unbalance Trip Level Unbalance Trip Delay 10% 5 s C)Acceleration Time Tabel 4 Setpoints Acceleration Time Acceleration Trip Assign Trip Reles Acceleration Time From Start Latched Trip 10.0 s Gambar 4 Pengujian GE MULTILIN 369 Menggunakan FREJA 300 D)Mechanical Jam Tabel 5 Setpoints Mechanical Jam Mechanical Jam Trip Assign Trip Relays Mechanical Jam Trip Level Mechanical Jam Trip Delay E)Ground Fault Latched Trip 1.50 x FLA 1.0 s Tabel 6 Setpoints Ground Fault Ground Fault Trip Assign Ground Fault Relays Ground Fault Trip Level Ground Fault Trip Delay Latched Trip 1.00 x CT 0.00 s 3.3 Pengujian GE MULTILIN 369 pada 056K102M Berikut rangkaian pengujian GE MULTILIN 369 dengan menggunakan Freja 300. Gambar 5 Pengujian Ground GE MULTILIN 369 Menggunakan FREJA 300 A)Pengujian Rele Overload Untuk menguji rele overload dapat mengikuti tahapan berikut: 1. Hubungkan GE MULTILIN 369 dengan FREJA 300 (gb.4) 2. Injeksikan arus tiga fasa sebesar 200% arus full load ke GE MULTILIN 369 3. Catat waktu yang dibutuhkan GE MULTILIN 369 untuk trip CT yang digunakan memiliki ratio 75/5, sementara arus full load motor adalah 47 A. Karena itu, arus full load yang dirasakan GE MULTILIN 369 adalah 3,13 A. Hasil pengujian ini dapat dilihat pada tabel berikut: 7
Tabel 7 Hasil Pengujian Rele Overload Test Current 200% FLA Setting Current Injection (A) A : 6,26 ; B : 6,26 ; C : 6,26 Operating Time Std : 145 s Act : 155,5 s Indication TRIP Pada pengujian rele overload ini, diinjeksikan arus tiga fasa sebesar 2 x FLA yaitu 8A untuk masing-masing fasa. Dibutuhkan waktu selama 155,5 sekon untuk trip. Tabel di atas menunjukkan perbedaan antara hasil pengujian dengan nilai setpoints di bagian waktu operasi rele. B)Pengujian Rele Phase Unbalance Untuk menguji rele phase unbalance dapat mengikuti tahapan berikut: 1. Hubungkan GE MULTILIN 369 dengan FREJA 300 (gb. 4 ) 2. Injeksikan arus tiga fasa sebesar 100% arus full load ke GE MULTILIN 369 3. Turunkan nilai arus salah satu fasa, sehingga persen ketidakseimbangannya menjadi melebihi 10% 4. Catat waktu yang dibutuhkan GE MULTILIN 369 untuk trip Tabel 8 Hasil Pengujian Rele Phase Unbalance Test Current 10% Unbalance Setting Current Injection (A) A : 2,55 ; B :3,13 ; C : 3,13 Operating Time Std : 5 s Act : 4,87 s Indication TRIP Pada pengujian rele phase unbalance dengan menginjeksikan arus sebesar 1 x FLA dan menurunkan nilai arus salah satu fasa sehingga persen keseimbangannya menjadi 10% maka dibutuhkan waktu 4,87 sekon untuk rele trip. Tabel di atas menunjukkan sedikit sekali perbedaan antara hasil pengujian dengan nilai setpoints pada bagian waktu operasi rele. Perbedaan yang terjadi 0,13 sekon. C)Pengujian Rele Acceleration Time Untuk menguji rele acceleration time dapat mengikuti tahapan berikut: 1. Hubungkan GE MULTILIN 369 dengan FREJA 300 (gb. 4 ) 2. Injeksikan arus tiga fasa sebesar 120% ke GE MULTILIN 369 3. Catat waktu yang dibutuhkan GE MULTILIN 369 untuk trip Tabel 9 Hasil Pengujian Rele Acceleration Time Test Current 110% FLA Setting Current Injection (A) A : 6,2 ; B : 6,2 ; C : 6,2 Operating Time Std : 10 s Act : 10,04 s Indication TRIP Pada pengujian rele acceleration time dengan menginjeksikan arus sebesar 1,2 x FLA maka dibutuhkan waktu 10,04 sekon untuk rele trip. Berdasarkan tabel di atas perbedaan antara hasil pengujian dengan nilai setpoints di bagian waktu operasi rele hanya 0,04 sekon dari waktu setpoint 10 sekon. D)Pengujian Rele Mechaniacal Jam Untuk menguji rele mechanical jam dapat mengikuti tahapan berikut: 8
1. Hubungkan GE MULTILIN 369 dengan FREJA 300 (gb. 4 ) 2. Injeksikan arus tiga fasa sebesar 100% FLA lalu dinaikkan hingga 150% FLA 3. Catat waktu yang dibutuhkan GE MULTILIN 369 untuk trip. Tabel 10 Hasil Pengujian Rele Mechanical Jam Test Current 150% FLA Setting Current Injection 3,13 4,7 (A) Operating Time Std : 1.0 s Act : 1,03 s Indication TRIP Pada pengujian rele mechanical jam ini diinjeksikan arus sebesar 1 x FLA kemudian dinaikkan hingga 1,5 x FLA, maka waktu rele untuk trip adalah 1,03 sekon atau hanya berbeda 0,03 sekon dari waktu settingnya yaitu 1 sekon. E)Pengujian Rele Ground Fault Untuk menguji rele Ground fault dapat mengikuti tahapan berikut: 1. Hubungkan GE MULTILIN 369 dengan FREJA 300 (gb. 5) 2. Injeksikan arus satu fasa sebesar 100% setting CT 3. Catat waktu yang dibutuhkan GE MULTILIN 369 untuk trip Operating Time Std : 0 s Act : 0,042 s Indication TRIP Pada pengujian rele ground fault ini diinjeksikan arus 6A dan rele trip pada 0,042 sekon. Jadi rele ground fault ini berfungsi dengan sangat baik. 4.PENUTUP 4.1 Kesimpulan 1. Motor 056K102M merupakan motor kompresor sebagai pengatur pneumatic valve. 2. GE MULTILIN 369 termasuk salah satu Microprocessor Based Motor Protection atau termasuk rele digital. 3. Motor 056K102M menggunakan GE MULTILIN 369 untuk sistem proteksinya. 4. Rele proteksi yang digunakan GE MULTILIN 369 untuk proteksi motor 056K102M adalah rele overload, phase unbalance, acceleration time, mechanical jam, dan ground fault. 4.2 Saran Untuk menghindari masalahmasalah kerusakan sistem proteksi dan menjaga keandalan dari fungsi sistem proteksi maka seharusnya pemeliharaan dan pengujian dilakukan secara berkala terhadap semua komponen dari sistem proteksi. Tabel 11 Hasil Pengujian Rele Ground Fault Test Current Setting (A) Current Injection (A) 1.0 x CT (5) 6 9
DAFTAR PUSTAKA [1]. Anonim.2009.369 Motor Management Relay Instruction Manual.Ontario: General Electric [2]. D. Stevenson William.1983.Analisa Sistem Tenaga Listrik. Bandung : PT.Gelora Aksara Pramata [3]. Mason C Russel. The Art and Science of Protective Relaying : General Electric [4]. http://www.en.wikipedia.org/wiki/ digital_protective_relay [5]. http://www.blogs.itb.ac.id/elw2244 k0112211041arigustian/2013/04/25 /mesin-alternating-current-ac/ [6]. http://www.bankindonk.blogspot.c om/2013/04/makalah-relayproteksi.html [7]. http://www.sinelectronic.blogspot.c om/2012/01/macam-macamkompresor-pembangkit-udara.html Menyetujui, Dosen Pembimbing Dr.Ir. Djoko Windarto,MT NIP.196405261989031002 BIODATA Masyhur Rosyada NIM:21060110130080 Lahir di Cilacap tanggal 1 Februari 1992. Riwayat pendidikan SD Negeri 04 Mertasinga Cilacap, SMP Negeri 5 Cilacap, SMA Negeri 1 Cilacap. Pada tahun 2010 penulis melanjutkan studi di Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang, konsentrasi Ketenagaan dan saat ini masih menempuh pendidikan Strata 1 (S-1). 10