BAB III SISTEM KELISTRIKAN DAN PROTEKSI

BAB III SISTEM KELISTRIKAN DAN PROTEKSI 3.1 Generator dan Transformator Unit Generator Suatu alat listrik yang merubah energi gerak berupa putaran dari turbin yang dipasang seporos dengan generator, kemudian dirubah menjadi energi listrik. Pada PLTU Suralaya Tegangan output yang dikeluarkan sebesar 23KV. Transformator atau juga dikenal dengan trafo, merupakan suatu alat listrik yang berfungsi untuk mentransformasikan tegangan listrik pada suatu besaran ke besaran yang lain, baik untuk menaikkan tegangan ( trafo step-up) maupun menurunkan tegangan (trafo step-down). Pada PLTU Suralaya terdapat beberapa jenis trafo yang digunakan dengan kapasitas yang bervariasi yang memiliki fungsi dan kegunaannya masing-masing. Gambar 3.1 Sistem kelistrikan trafo PLTU Suralaya 21

22 3.1.1 Generator Spesifikasi Generator di PLTU Suralaya sebagai berikut : Tabel 3.1 Spesifikasi Generator 1-4 Jenis data Pabrik pembuat Kapasitas Daya Output Tegangan Arus Besaran MITSUBISHI ELECTRIC CORP 471 KVA 400.000KW 23 KV 11.823 A Fasa 3 Frekuensi 50 Hz Faktor Daya 0,85 Media Pendingin Hidrogen Impedansi 12% Tabel 3.2 Spesifikasi Generator 5-7 Jenis data Pabrik pembuat Kapasitas Daya Output Tegangan Arus Besaran MITSUBISHI ELECTRIC CORP 767 KVA 600.000KW 23 KV 19.253 A Fasa 3

23 Frekuensi 50 Hz Faktor Daya 0,85 Media Pendingin Hidrogen Impedansi 12% 3.1.2 Main Transformer Merupakan Trafo yang mentransformasikan tegangan listrik dari generator sebesar 23 KV di step-up menjadi 500KV untuk disuplai ke jaringan. Pada masing-masing unit terdiri dari satu buah. Tabel 3.3 Spesifikasi Main Transformator 1-4 Jenis data Pabrik pembuat Tipe Tegangan Primer Tegangan Sekunder Besaran MITSUBISHI ELECTRIC CORP Oil Immersed Two Winding Outdoor 23 KV 500 KV Fasa 3 Frekuensi Kapasitas 50 Hz 470.000 KVA Impedansi 12,5% Tabel 3.4 Spesifikasi Main Transformator 5-8 Jenis data Pabrik pembuat Tipe Besaran MITSUBISHI ELECTRIC CORP Oil Immersed Two Winding Outdoor

24 Tegangan Primer Arus Primer Tegangan Sekunder Arus Sekunder 23 KV 17195 A 500 KV 791 A Fasa 3 Frekuensi Kapasitas 50 Hz 685.000 KVA Impedansi 11,9% 3.1.3 Unit Service Transformer (UST) Trafo ini merupakan kelengkapan dari unit pembangkit, yang berfungsi untuk mensuplai tegangan ke peralatan-peralatan unit pembangkit yang bersangkutan atau disebut dengan Pemakaian Sendiri. Trafo ini mendapatkan sumber daya listrik dari generator 23KV kemudian di step-down menjadi 10,5KV dan masuk ke bus 10,5KV sisi A dan B Peralatan-Peralatan unit. Karena suplai berasal dari generator, maka UST hanya dapat dioperasikan pada saat unit beroperasi, dan masing-masing unit memiliki 2 buah UST. Tabel 3.5 Spesifikasi Unit Service Transformer 1-4 Jenis data Pabrik pembuat Tipe Tegangan Primer Besaran MITSUBISHI ELECTRIC CORP Oil Immersed Two Winding Outdoor 23 KV

25 Tegangan Sekunder 6 KV Fasa 3 Frekuensi Kapasitas 50 Hz 46.000 KVA Tabel 3.6 Spesifikasi Unit Service Transformer 5-8 Jenis data Pabrik pembuat Tipe Tegangan Primer Tegangan Sekunder Besaran MITSUBISHI ELECTRIC CORP Oil Immersed Two Winding Outdoor 23 KV 10,5 KV Fasa 3 Frekuensi Kapasitas 50 Hz 56.000 KVA 3.1.4 Station Service Transformer (SST) Trafo ini merupakan trafo yang memiliki sumber daya listrik dari jaringan 150 KV kemudian di step-down menjadi 10,5KV, dimana trafo ini berfungsi mensuplai ke bus 10,5 KV sisi A dan B Peralatan unit pada saat unit stop atau firing. Dan untuk mensuplai peralatan-peralatan bantu yang eksensial, artinya peralatan penting yang tidak boleh stop operasi. Masingmasing unit terdiri dari 2 buah.

26 Tabel 3.7 Spesifikasi Station Service Transformer 1-4 Jenis data Pabrik pembuat Tipe Tegangan Primer Tegangan Sekunder Besaran MITSUBISHI ELECTRIC CORP Oil Immersed Two Winding Outdoor 150 KV 6 KV Fasa 3 Frekuensi Kapasitas 50 Hz 46.000 KVA Tabel 3.8 Spesifikasi Station Service Transformer 5-8 Jenis data Pabrik pembuat Tipe Tegangan Primer Tegangan Sekunder Besaran MITSUBISHI ELECTRIC CORP Oil Immersed Two Winding Outdoor 150 KV 10,5 KV Fasa 3 Frekuensi Kapasitas 50 Hz 67.000 KVA 3.2 Pemakaian Sendiri Unit Besarnya PS dipengaruhi oleh konsumsi daya peralatan-peralatan yang ada di unit tersebut.besarnya PS menurut kondisi aktual adalah: - Unit 1-4, Pemakaian sendiri 8%

27 - Unit 5-7, Pemakaian Sendiri 3,5% - Unit 8, Pemakaian Sendiri 4% Besarnya daya yang disuplai dari suatu pembangkit ke jaringan adalah daya yang dihasilkan dikurangi dengan PS, disebut dengan Daya Netto. P nett : P PS (3.1) Keterangan : P nett P PS : Daya Netto (Watt) : Daya yang dihasilkan /Bruto (Watt) : Pemakaian Sendiri (Watt) 3.3 Pemasangan dan Konfigurasi OGS Pada dasarnya OGS memiliki prinsip kerja seperti OCR ( Over Current Relay) tipe Relai arus lebih waktu tertentu ( definite time ), dimana OGS membaca besaran arus yang mengalir disuatu penghantar. Jika terjadi aliran arus yang melebihi arus setting relai tersebut, maka relai akan bekerja sesuai delai yang telah disetting dengan mengirimkan sinyal ke pemutus tenaga untuk melakukan proteksi. OGS menerima sensing arus melalui CT dengan kemampuan 2000:1 Gambar 3.2 Wiring Diagram Aux. Relay OGS

28 3.3.1 Pemasangan OGS Pada sistem proteksi ini menggunakan OGS tipe MICOM seri P122. OGS yang dipasang pada masing-masing tempat berjumlah 2 buah dengan sistem paralel, ini berfungsi jika salah satu OGS gagal bekerja pada saat mensensor arus lebih, maka OGS satunya menjadi backup, sehingga keandalan proteksi tetap terjaga. Gambar 3.3 Bentuk fisik OGS Balaraja OGS terpasang pada 2 tempat, yang pertama di sistem 500KV Suralayabalaraja terpasang di GI Suralaya, dan OGS untuk sistem 500KV Suralaya-Cilegon terpasang di GI Cawang, karena tempatnya yang jauh dari pusat pembangkit yang akan di proteksi, maka sistem pengiriman sinyalnya menggunakan tele proteksi. Pada panel OGS terdapat selector switch yang berfungsi memilih unit mana yang akan bekerja ketika OGS merespon adanya gangguan, sehingga unit tersebut akan di trip kan untuk mengurangi arus yang mengalir pada penghantar ke Bus Suralaya.

29 Gambar 3.4 Selector switch OGS Pada OGS terdapat beberapa kontak auxiliary, fungsi nya untuk memberikan sinyal lewat kontak-kontak yang bekerja jika OGS merespon adanya arus lebih pada suatu penghantar. Auxilary kontak tersebut terhubung pada kontak sebagai berikut : - kontak PMT, sehingga menginstruksikan PMT untuk open. - Sistem DC control unit, sehingga sistem kontrol unit akan mentripkan unit. - Indikasi, sebagai informasi adanya gangguan yang telah direspon oleh OGS. 3.3.2 Konfigurasi OGS Pada sistem control DC unit terbagi menjadi dua pengelompokan yaitu pada unit 1-4 dan unit 5-7, hal ini dikarenakan adanya perbedaan tahapan trip unit yang dibagi menjadi dua settingan, yaitu : a. Pemasangan Lockout OGS Pada Proteksi Pembangkit (Unit 1-4) Kabel dari GITET ke Relay Room menggunakan kabel spare

30 Penambahan wiring di tiap unit sehingga signal OGS akan menginitiate Lock Out Relay 86 Vi (Turbine Trip, Initiate Xfer UST- SST, 41E Trip, 52G Trip) Gambar 3.5 Wiring Lockout OGS unit 1-4 b. Pemasangan Lockout OGS Pada Proteksi Pembangkit (Unit 5-7) Pada gambar 3.6 tampak bahwa Penarikan Signal Trip OGS pada Proteksi Pembangkit Unit 5-7 diambil dari panel GITET, panel PMT, panel Run Back dan Proteksi unit 5-7. PNL GITET # 5 PNL GITET # 6 PNL GITET # 7 PNL GITET # 5 7 Domain Controller Domain Controller Domain Controller Domain Controller 3 X 6 P A IR 1 X 1 2 P A IR PNL PMT # 5 PNL PMT # 7 1 X 6 P A IR 1 X 6 P A IR Domain Controller Domain Controller PNL PMT # 6 Domain Controller PNL RUN B A C K # 5 PNL RUN B A C K # 6 PNL RUN B A C K # 7 S erver S erver S erver 1 X 6 P A IR 1 X 6 P A IR 1 X 6 P A IR Domain Controller PNL PROT # 5 Domain Controller PNL PROT # 6 Domain Controller PNL PROT # 7 Gambar 3.6 Penarikan Signal Trip OGS pada Unit 5-7

31 Pada gambar dibawah tampak bahwa terdapat beberapa auxiliary kontak OGS pada posisi NO (Normaly Open) terhubung dengan Panel Proteksi unit 5,6 atau 7. kemudian terhubung dengan sistem control DC unit untuk memberikan sinyal trip ke boiler, Turbin dan generator ke breaker lock out 86B1 Gambar 3.7 Wiring Lockout OGS unit 5-7 3.4 Komponen Pendukung Proteksi Selain Komponen proteksi berupa relai OGS, perlu juga diperhitungkan komponan pendukung proteksi yang terdapat pada transmisi yaitu seperti Kabel transmisi dan Current Transformer, karena komponen tersebut sangat berpengaruh kepada kemampuan daya hantar arus dan sensing arus pada jaringan. 3.4.1 Kabel Transmisi Kabel yang digunakan pada Jaringan transmisi 500KV Suralaya- Balaraja dan Suralaya-Cilegon menggunakan jenis penghantar DOVE 4X327.9mm (Inominal 2292A / 75 derajat, suhu ambient 35 derajat)

32 dengan bahan almunium. Data kabel ini digunakan untuk analisa perhitungan dan software ETAP 6.0 Tabel 3.9 Data Kabel Jaringan Transmisi 500KV Balaraja dan Cilegon Nama BALARAJA CILEGON Jaringan 500KV 500KV Tipe Konduktor ACSR-DOVE 4x327,9mm ACSR-DOVE 4x327,9mm Panjang Jaringan 75 km 25 km Irated (KA) 2292 2292 R (Ω/km) 0,0293 0,0293 X (Ω/km) 0,2815 0,2815 L (Ω/km) 0.8960 0.8960 R0 (Ω/km) 0,1793 0,1793 X0 (Ω/km) 0,8445 0,8445 L0 (Ω/km) 2,6897 2,6897 3.4.2 Current Transformer Pada jaringan transmisi tersebut menggunakan CT ( Current Transformer) dengan nilai 2000:1. Dengan spesifikasi tersebut maka arus yang boleh melewati CT adalah sebesar 120% terhadap I nominal CT, yaitu sebesar 2400 A. Jika pada penghantar mengalir melebihi 120% I nominal, maka sistem proteksi akan bekerja.

33 3.5 Perhitungan Arus Hubung Singkat Dalam suatu sistem tenaga listrik dikenal bermacam-macam besaran atau satuan, misalnya VA untuk menyatakan daya, V untuk menyatakan tegangan, A untuk menyatakan arus, dan ohm untuk menyatakan suatu harga tahanan atau resistansi. Pada kenyataannya didalam suatu sistem tenaga listrik didapatkan harga besaran-besaran di atas dalam kondisi-kondisi yang berlainan, ada yang dalam besaran Kilo Volt tetapi juga ada yang dalam besaran Volt untuk satuan tegangan, juga ditemui besaran kilo Ampere untuk satuan arus ataupun harga-harga impedansi dalam besaran persen. Pada kondisi seperti diatas, ditemui kesulitan dalam mengadakan perhitungan baik untuk perhitungan kondisi normal maupun kondisi gangguan, sebagai contoh untuk perhitungan arus short ataupun untuk perhitunganperhitungan yang lain. Untuk mengatasinya, diciptakan suatu sistem yang yang dinamakan Sistem Per Unit, dimana dalam sistem ini semua kuantitas harga besaran didasarkan pada suatu besaran yang telah dipilih, sehingga harga yang didapatkan bernilai sama untuk setiap komponen dari suatu sistem tenaga listrik. Dibawah ini adalah simbol untuk menyatakan kuantitas per unit dari suatu besaran pada peralatan / komponen tenaga listrik, yaitu : Harga Per Unit (pu) = Harga Persen = ( ) ( ) (3.2) x 100% (3.3) Dalam sistem tenaga listrik dikenal dengan adanya daya, tegangan, arus dan impedansi dasar. Harga dasar (base) yang dipilih / ditentukan tidak perlu

34 secara keseluruhan untuk daya, tegangan, arus atau impedansi, tetapi cukup ditentukan untuk base daya (MVA) 3Φ dan tegangan (KV) L-L. Sedangkan untuk basenya yang lain dapat dicari dari kedua base tersebut, yaitu : Base Arus (KA) = ( ). ( ) (3.4) Base Impedansi (Ohm) =. ( ) ( ) (3.5) Sedangkan harga per unit dari masing-msing besaran dapat dicari dengan cara sebagai berikut : Per Unit Tegangan = (3.6) Per Unit Arus = (3.7) Per Unit Impedansi = (3.8) Tetapi jika base daya dan base tegangan yang ditentukan bukan daya dan komponen itu sendiri, maka harga per unit impedansinya akan berubah. Persamaan untuk harga impedansi per unit yang baru, adalah : Impedansi Baru (pu) = Impedansi Lama (pu) x x (3.9) Hal hal penting yang perlu diperhatikan dalam perhitungan per unit adalah : a. Base tegangan dan Base daya dipilih pada suatu bagian sistem (hanya satu). Nilai-nilai dasar (base) untuk suatu sistem tiga fasa diartikan sebagai KV L-L dan MVA 3fasa.

35 b. Base tegangan untuk bagian-bagian lain dari sistem ditentukan oleh angka perbandingan pada transformator, sedangkan base daya adalah tetap untuk semua bagian sistem. c. Untuk tiga buah transfomator fasa tunggal yang dihubungkan sebagai transformator 3 fasa, maka rating 3 fasanya ditentukan dari rating fasa tunggal masing-masing transformator. Impedansi dalam persen untuk satuan tiga fasa adalah sama dengan impedansi dalam persen untuk masing-masing transformator. 3.6 Arus Hubung Singkat 3 Fasa Ia = Ib = Ic Va = Vb = Vc Gambar 3.8 Arus Hubung Singkat 3 fasa I 3Φ = (3.10)

36 Keterangan : I 3Φ = Besar arus yang mengalir pada setiap fasa sewaktu terjadinya gangguan hubung singkat di dalam sistem (Ampere) E fasa = Besar tegangan tiap fasa terhadap netral (Volt) Z1 = Impedansi ekivalen urutan positif. Dikatakan ekivalen karena mewakili seluruh impedansi di dalam system yang terhubung seri atau parallel dari sejak sumber sampai dengan titik gangguan. 3.7 Electrical Transient Analyzer Program 6.0 ETAP ( Electrical Transient Analyzer Program) merupakan suatu program yang menampilkan secara GUI (Graphical User Interface) tentang analisis sistem tenaga. Program ETAP dibuat oleh perusahaan Operation Technology, Inc (OTI) dari tahun 1995. ETAP versi 6.0 merupakan salah satu produk OTI. Tujuan program ETAP 6.0 dibuat adalah untuk memperoleh perhitungan dan analisis sistem tenaga pada sistem yang besar menggunakan komputer. Program ETAP 6.0 dapat digunakan untuk studi aliran daya pada sistem yang besar dengan jumlah bus yang unlimited. Pada Sistem Transmisi 500KV Suralaya-Balaraja dan Suralaya-Cilegon merupakan sistem yang cukup besar dan memiliki beberapa bus, oleh karena itu program ETAP 6.0 dapat digunakan untuk analisis aliran pada Transmisi tersebut.

37 Gambar 3.9 Flowchart metode aliran daya dengan ETAP 6.0 Hal yang perlu dipersiapkan selanjutnya adalah data-data peralatan seperti Generator, Trafo, Bus dan lain lain. Semakin tepat data sesuai speksifikasi peralatan dan kondisi actualnya, maka hasil simulasi juga akan mendekati falid. Berikut data data yang terdapat pada sistem transmisi 500KV Suralaya-Balaraja dan Suralaya-Cilegon

38 3.7.1 Data Generator Data generator yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya adalah: ID Generator Generator type (turbo, hydro w/o damping) Operating mode (Swing, Voltage Control, dan Mvar Control) Rated KV %V dan Angle untuk swing mode of operation %V, MW loading, dan Mvar limits (Qmax dan Qmin) untuk Voltage Control mode of operation MW dan Mvar loading untuk Mvar control mode of operation. Gambar 3.10 Tampilan Rating Generator Pada Program ETAP 6.0

39 3.7.2 Data Transformer Data transformator yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya dengan program ETAP 6.0 adalah: ID transformator Rated KV di sisi primer dan sekunder Rated MW Impedansi (%Z dan X/R) Fixed tap (% tap) Gambar 3.11 Tampilan Data Transformator Pada ETAP 6.0 3.7.3 Data Saluran Transmisi Data saluran transmisi berisikan data impedasi penghantar, baik impedansi urutan positif, negatif maupun nol. Selain itu juga memasukkan data panjang saluran transmisi.

40 Gambar 3.12 Tampilan Data Saluran Transmisi Pada ETAP 6.0 3.7.4 Data Bus Data bus yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya menggunakan program ETAP 6.0 adalah: ID bus Nominal KV %V dan Angle (bila initial condition digunakan untuk bus voltages) Load Diversity Factor (bila loading option menggunakan diversity factor)

Gambar 3.13 Tampilan Data Bus Pada ETAP 6.0 41