STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR NABATI INDONESIA, GRESIK JAWA TIMUR. Studi Kasus Sistem Kelistrikan PT.

STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR NABATI INDONESIA, GRESIK JAWA TIMUR Pendahuluan Teori Penunjang Studi Kasus Sistem Kelistrikan PT. Wilmar Hasil Simulasi dan Analisis Penutup

Latar Belakang PT. Wilmar Nabati Indonesia (PT. Wilmar) memiliki fasilitas industri di daerah Gresik, Jawa Timur. Dalam sistem kelistrikan industri dibutuhkan sistem pengaman untuk mengamankan sistem dari gangguan. Koordinasi sistem pengaman diperlukan untuk membatasi daerah pemadaman ketika terjadi gangguan. Koordinasi sistem pengaman yang baik dapat meningkatkan keandalan sistem. 1

Tujuan Memodelkan, menyimulasikan, dan menganalisis sistem kelistrikan PT. Wilmar. Mengetahui koordinasi rele pengaman yang terpasang pada sistem kelistrikan PT. Wilmar saat ini. Mendapatkan setelan dan koordinasi rele pengaman yang tepat untuk sistem kelistrikan PT. Wilmar. 2

Metodologi 3

Rele Arus Lebih Rele arus lebih adalah rele yang beroperasi atau mendeteksi adanya gangguan ketika arus yang mengalir melebihi batas yang diijinkan. Rele arus lebih ini dapat berupa rele arus lebih waktu invers (inverse time overcurrent relay), rele arus lebih waktu tertentu (definite overcurrent relay), atau berupa rele arus lebih waktu instan (instantaneous overcurrent relay). 4

Penyetelan Rele Arus Lebih Rele arus lebih memiliki setelan pickup dan setelan time dial. Pickup (Iset) didefinisikan sebagai nilai arus minimum yang menyebabkan rele bekerja. Pada rele arus lebih, besarnya Iset ini ditentukan dengan pemilihan tap. Setelan time dial (T) menentukan waktu operasi rele (td). 5

Rele Arus Lebih Berarah (DOCR) Directional overcurrent relay (DOCR) ini menggunakan hubungan antara fasa tegangan dan fasa arus untuk menentukan arah gangguan. DOCR ini akan aktif jika dua kondisi berikut terpenuhi : - Arus lebih tinggi dari ambang pengaturan; - Arus gangguan berada pada daerah trip. Daerah trip ini ditentukan dari setelan sudut dari koneksi rele yang menghasilkan torsi maksimum. Setelan sudut ini biasa disebut sebagai maximum torque angle (MTA). 6

Penyetelan DOCR Menentukan batas arus lebih dan titik acuan untuk menentukan sudut penghasil torsi maksimum (MTA) atau yang biasa disebut polarisasi atau polarization angle. Yang digunakan sebagai titik acuan ini dapat berupa arus maupun tegangan. Namun yang biasa digunakan adalah polarisasi dengan tegangan antar fasa. Menentukan pergeseran sudut fasa antara tegangan dengan arus gangguan atau biasa disebut dengan phase displacement (β). Untuk menghitung phase displacement ini dapat digunakan persamaan berikut : β = - tan -1 R/X Di mana : R = Resistansi X = Reaktansi 7

Koordinasi Rele Arus Lebih (1) Dalam suatu sistem kelistrikan terdapat susunan rele pengaman yang terdiri dari rele pengaman utama dan rele pengaman backup. Antara rele pengaman utama dengan rele pengaman backup ini harus dikoordinasikan agar menghasilkan sistem proteksi yang sempurna. Adapun koordinasi ini dilakukan pada setelan pickup dan time delay dari rele tersebut. 8

Koordinasi Rele Arus Lebih (2) Untuk memberikan koordinasi yang baik, setelan pickup rele-rele tersebut harus memenuhi syarat berikut : Iset A > Iset B > Iset C > Iset D Pada aplikasi praktis, sering digunakan batas 125% dari nilai pickup rele di bawahnya. Pada setelan waktu, dikenal adanya setting kelambatan waktu (Δt) atau grading time. Perbedaan waktu kerja minimal antara rele utama dan rele backup adalah 0.2 0.4 detik. Sehingga waktu operasi pada rele dapat ditentukan sebagai berikut : ts = t + Δt 9

Sistem Kelistrikan PT. Wilmar Sistem Pembangkitan : - Sumber dari PLN (GI Segara Madu) 5,5 MW - Steam Turbine Generator (STG) 2 x 15 MW - Diesel Engine Generator (DEG) 2 x 2 MW (emergency) Sistem Distribusi : sistem distribusi ring yang dioperasikan secara radial dengan membuka breaker pada titik-titik tertentu. Tegangan menengah yang digunakan adalah 10,5 kv dan 3,3 kv. Untuk Tegangan rendah 0,4 kv Beban : Total beban maksimum yang terpasang 32 MW, demand factor 60%, maka total konsumsi beban sekitar 18 MW. 10

Pengambilan Tipikal Koordinasi PLN 20 kv STG 1 STG 2 OCR OCR PLN Feeder A PLN Incoming OCR Tipikal 3 OCR BUS 1 BUS 3 OCR BUS 2 OCR Tipikal 2 SUT-RF3-016 SUT-R2-009 OCR PLN SS-B PLN SS-C OCR OCR DEG 1 DEG 2 Tipikal 1 PK Crushing PK Crushing SUT-R1-002 SUT-R1-006 SUT-R2-007 SUT-R3-010 SUT-R3-011 SUT-R4-012 SUT-R4-014 Jetty OCR SUT-R1-003 SUT-R1-005 SUT-R2-008 SUT-R4-015 SUT-R4-013 OCR Air Comp. WTP&Mesh SUT-R1-004 BD 4 BD 5 FA/GLY&Hydro Hydrochem Oleo TF Electrolyzer1 Electrolyzer2 Electrolyzer3 Boiler House TF-NKB OCR TF-KB Refinery Fractionation Soap Beading ME Fract. NPK Plant 3.3kV NPK Plant RO/ETP OCR Cons. Pack Main Office MTR 355kW 11

Hubung Singkat Minimum 30 Cycle Hubung singkat minimum adalah hubung singkat yang terjadi ketika sistem beroperasi pada kondisi suplai beban minimum. Di mana pada kondisi ini sistem disuplai oleh sumber PLN dan satu STG. Total daya yang mengalir pada kondisi ini adalah sekitar 18 MW. 12

Hubung Singkat Maksimum 1/2 Cycle Hubung singkat maksimum adalah hubung singkat yang terjadi ketika sistem beroperasi pada kondisi suplai beban maksimum. Di mana pada kondisi ini kedua STG yakni STG1 dan STG2 beroperasi paralel dengan suplai dari sumber PLN. Total pembangkitan pada kondisi ini adalah sekitar 35 MW. Pada simulasi hubung singkat maksimum, kedua CB bypass dibuka dan reaktor seri yang memisahkan ketiga bus sumber dioperasikan. 13

Tipikal Koordinasi 1 Koordinasi mulai dari Bus NPK Plant 3.3 kv yang terdapat motor tegangan menengah 355 kw, hingga Bus PLN SS-C. 14

Hasil Plot Existing Tipikal Koordinasi 1 (1) Lebih baik dinaikkan di atas full load ampere trafo Trip ketika motor beroperasi dengan pembebanan penuh Koordinasi masih belum tepat 15

Hasil Plot Existing Tipikal Koordinasi 1 (2) Lebih baik dinaikkan di atas full load ampere trafo Akan trip ketika semua beban beroperasi penuh Koordinasi masih belum tepat Grading time masih terlalu sempit 16

Rekomendasi Resetting Rele Tipikal Koordinasi 1 (1) Rele R.NPK.355 (CT Ratio : 100 / 5) Time Overcurrent Pickup (Standard Inverse Time) 1,15 FLA Motor 355kW < Iset < 0,8 Isc Min. Motor 355kW 1,15 88,86 < Iset < 0,8 4376 Dipilih Iset = 110 A Time Dial Dipilih waktu operasi (t d ) = t starting motor = 5 s = 4,16 Instantaneous Pickup Iset > 1,3 Istarting Motor 355kW Iset > 1,3 6,5 88,86 Dipilih Iset = 750,87 A Time Delay Dipilih time delay = 0,1 s 17

Rekomendasi Resetting Rele Tipikal Koordinasi 1 (2) Rele R.NPK 3.3kV (CT Ratio : 400 / 5) Time Overcurrent Pickup (SIT) 1,2 FLA secondary TRF-019 < Iset < 0,8 Isc Min. NPK Plant 3.3kV 1,2 437,4 < Iset < 0,8 4376 Dipilih Iset = 525 A Time Dial Dipilih waktu operasi (t d ) = 1,1 s = 0,91 Instantaneous Pickup Iset > 0,8 Isc Min. NPK Plant 3.3kV Iset > 0,8 4376 Dipilih Iset = 3500,8 A Time Delay Dipilih time delay = 0,3 s 18

Rekomendasi Resetting Rele Tipikal Koordinasi 1 (3) Dengan menggunakan langkah perhitungan yang sama, maka didapatkan setelan rele untuk Tipikal Koordinasi 1 sebagai berikut : 19

Hasil Plot Resetting Tipikal Koordinasi 1 (1) 20

Tipikal Koordinasi 2 Koordinasi mulai dari Bus SUT-R3-011 hingga STG2. SUT- R3-011 merupakan bus substation yang menyuplai instalasi DC. Pada bus ini THD cukup tinggi yakni sekitar 30%. Simulasi aliran arus pada studi harmonisa menunjukkan kenaikan arus sebesar 5%. 22

Hasil Plot Existing Tipikal Koordinasi 2 (1) Lebih baik dinaikkan di atas full load ampere trafo Akan trip ketika semua beban beroperasi penuh Koordinasi perlu disempurnakan Grading time masih terlalu sempit 23

Hasil Plot Existing Tipikal Koordinasi 2 (2) Akan trip ketika salah satu feeder pada double feeder bermasalah Akan trip ketika generator mengalirkan arus maksimum Reaksi terlalu lama 24

Hasil Plot Existing Tipikal Koordinasi 2 (4) Reaksi terlalu lama Setelan instan kurang maksimal 25

Hasil Plot Existing Tipikal Koordinasi 2 (3) 26

Rekomendasi Resetting Rele padatipikal Koordinasi 2 DOCR Agar kontinuitas suplai terjaga, diperlukan rele arus lebih berarah. 27

Tipikal Koordinasi 3 Koordinasi rele pengaman feeder dari trafo PLN, mulai dari Bus 2 hingga Bus PLN Incoming. 31

Hasil Plot Tipikal Koordinasi 3 Koordinasi perlu diperbaiki Grading time terlalu sempit 32

Hasil Plot Tipikal Koordinasi 3 (2) Grading time terlalu sempit 33

Rekomendasi Resetting Rele pada Tipikal Koordinasi 3 Dengan menggunakan langkah perhitungan yang sama seperti Tipikal Koordinasi sebelumnya, maka didapatkan setelan untuk Tipikal Koordinasi 3 sebagai berikut : 34

Hasil Plot Tipikal Koordinasi 3 35

Hasil Plot Tipikal Koordinasi 3 (2) 36

Kesimpulan Terdapat beberapa setelan rele yang belum tepat dan koordinasi yang kurang baik. Terdapat setelan instan pada beberapa rele yang belum maksimal, karena belum mencakup seluruh level arus hubung singkat. Grading time yang diberikan terlalu sempit, yakni 0,12 detik. Sistem pengaman pada double feeder kurang maksimal, sebab belum ada koordinasi yang baik ketika terjadi gangguan pada salah satu feeder. Oleh sebab itu perlu adanya tambahan elemen directional pada rele tersebut. 37

Saran Karena adanya setelan yang kurang tepat serta koordinasi yang kurang baik pada beberapa rele tersebut, maka direkomendasikan untuk melakukan penggantian setelan sesuai dengan setelan yang diperoleh dari hasil analisis yang telah dilakukan dalam tugas akhir ini. 37

SEKIAN DAN TERIMA KASIH