JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 Analisis Rele Pengaman Peralatan dan Line Transmisi Switchyard GITET Baru 500 PT PLN (PERSERO) di Kediri Muhammad Rafi, Margo Pujiantara ), dan R. Wahyudi ). Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60 E-mail: margo@ee.its.ac.id ),wahyudi@ee.its.ac.id ) Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi (GITET) Kediri 500 PT.PLN (PERSERO) sebagai perusahaan penyuplai daya listrik di daerah Kediri dan sekitarnya, mendapat pasokan dari dua pembangkit besar yaitu Klaten dan Paiton yang ditransmisikan melalui SUTET dimana pemasok daya atau power grid tersebut harus selalu dalam kondisi on baik saat beban maksimum maupun beban minimum. Terdapat 3 buah trafo daya, dimana dua trafo dengan daya 500 MVA tegangan 500/50 dan satu buah trafo distribusi berdaya 60 MVA dengan tegangan 50/0. Tugas akhir ini menganalisis koordinasi rele pengaman arus lebih dan pengaman diferensial trafo yang sudah terpasang pada sistem kelistrikan GITET 500 di Kediri hingga diperoleh keandalan dan kontinuitas yang layak. Analisis koordinasi rele pengaman arus lebih pada sistem kelistrikan GITET 500 di Kediri dipilih menjadi beberapa tipikal koordinasi yang dianggap dapat mewakili bentuk koordinasi keseluruhan sistem pengaman yang ada pada sistem kelistrikan GITET 500 di Kediri. Sedangkan analisis pengaman diferensial dilakukan perhitungan manual untuk mendapatkan persentase slope untuk pengaman transformator dan resistansi stabilitas pada pengaman busbar. Setelah dilakukan analisis dari data eksisting rele yang sudah dimiliki GITET 500 di Kediri, dilakukan perhitungan yang sesuai dengan standard yang digunakan untuk resetting koordinasi rele pengaman. Selanjutnya melalui hasil perhitungan dan analisis dalam tugas akhir ini direkomendasikan koordinasi ulang rele arus lebih yang mengkoordinasikan arus dan waktu dan juga nilai resistansi stabilitas pada proteksi busbar. Kata kunci rele pengaman arus lebih, rele diferensial, koordinasi I. PENDAHULUAN Didalam setiap sistem, tidak terkecuali sistem tenaga listrik, gangguan adalah hal yang harus dihindari. Berbagai macam piranti pengaman terintegrasi dan dikoordinasikan dengan peralatan lain (Circuit Breaker) yang mana diharapkan apabila terjadi gangguan maka sistem proteksi tenaga listrik harus dapat mengisolasi arus gangguan agar tidak terjadi kerusakan pada peralatan dan menjaga kontinuitas pelayanan pada bagian sistem tenaga listrik yang tidak mengalami gangguan. Arus gangguan yang mengalir pada sistem tenaga listrik menyebabkan beroperasinya rele pengaman dan menggerakkan pemutus tenaga (PMT) dimana dalam hal ini adalah Circuit Breaker sehingga terputus aliran daya yang mengalir pada saluran tersebut. Koordinasi sistem proteksi kelistrikan diperlukan untuk mengisolir gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik, sehingga gangguan-gangguan yang terjadi dapat dilokalisir dari sistem yang sedang berjalan. Idealnya dalam pemeliharaan tahunan koordinasi sistem proteksi kelistrikan pada plant GITET Kediri 500 PT.PLN (PERSERO) perlu dilakukan kajian mendalam mengenai kinerjanya dalam mengamankan sistem tenaga listrik dari gangguan. Melalui tugas akhir ini dilaksanakan analisis koordinasi proteksi pada sistem kelistrikan GITET Kediri 500 PT.PLN (PERSERO) sehingga teruji keandalannya. II. SISTEM KELISTRIKAN GITET KEDIRI 500 KV PT.PLN (PERSERO) Dalam upaya melayani kebutuhan listrik daerah industri dan perumahan didaerah Kediri dan sekitarnya GITET Kediri mendapat pasokan daya dari dua pembangkit besar di area Pembangkit Jawa Bali (PJB) yaitu Paiton dan Pedan (Klaten), dimana daya tersebut ditransmisikan melalui SUTET dan terintegrasi dengan dua buah trafo stepdown 500/50 500 MVA untuk selanjutnya ditransmisikan ke GI lain seperti GI Banaran, Tulungagung, Pare, dan sebagainya. BUS-5 BUS-3 50/70 BUS-5 70 GI TulungAgung 0 BUS- 500/50 ELIN LINE- GI Banaran BUS-8 PEDAN PEDAN PAITON PAITON GI Pare 70/0 BUS-4 50/0 BUS-6 BUS-9 0 0 BUS-3 FUTURE FEEDER BUS- Bus-4 500 500/50 MITSUBISHI 50 3 50/0 UNINDO BUS-7 Gambar. Single line diagram GITET Kediri terinterkoneksi dengan GI lainnya III. REKOMENDASI KOORDINASI PROTEKSI RELE ARUS LEBIH PADA GITET KEDIRI 500 KV PT.PLN (PERSERO) Untuk koordinasi proteksi fasa, pada GITET Kediri 500 dipilih 3 tipikal yang mewakili keseluruhan sistem. Pemilihan tipikal serta rekomendasi koordinasi proteksi fasa 0
JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 dapat dilihat pada gambar dengan pertimbangan jalur koordinasi rele terpanjang serta adanya transformator dengan kapasitas besar yang berbeda nilainya pada tiap jalur. PEDAN PEDAN PAITON PAITON BUS- 500 500/50 ELIN 500/50 MITSUBISHI LINE- 50 BUS-3 GI Banaran FUTURE FEEDER 3 50/0 UNINDO BUS-5 50/70 BUS-5 70 GI TulungAgung 0 BUS-8 GI Pare 70/0 BUS-4 50/0 BUS-6 BUS-9 0 0 BUS- TYPICAL BUS-3 TYPICAL 3 Bus-4 TYPICAL BUS-7 Gambar. Pemilihan tipikal dan rekomendasi koordinasi proteksi rele arus lebih Pada gambar, tipikal ditunjukkan dengan garis warna merah, tipikal ditunjukkan dengan garis warna biru, dan tipikal 3 ditunjukkan dengan warna hijau. Analisa untuk setting dan koordinasi proteksi pada GITET Kediri 500 memperhatikan beberapa hal, diantaranya:. Suplai daya dari keempat power grid harus selalu on baik pada beban puncak maupun beban minimum.. Koordinasi waktu untuk satu langkah antara sisi hulu dengan hilir berdasarkan IEEE 4 [] untuk perbedaan waktu minimum untuk relay digital berbasis mikroprosesor antara 0, s/d 0,4 detik. IV. STUDI KASUS KOORDINASI PROTEKSI FASA PADA GITET KEDIRI 500 KV A. Analisis Koordinasi Pengaman pada Tipikal Untuk mempermudah analisis dari sistem kelistrikan, maka diagram kelistrikan dibagi menjadi tiga tipikal. [] Tipikal menunjukkan koordinasi antara Relay50, OCR Sekunder Trafo3, OCR Primer Trafo3, OCR S T, dan OCR P T. 0 Gambar 3. Single line Diagram tipikal Data setelan existing dari rele-rele arus lebih pengaman pada tipikal diberikan pada tabel I sebagai berikut. TABEL I DATA SETELAN RELE PENGAMAN TIPIKAL Relay ID Existing Resetting & CT Ratio Condition Condition Model Relay50 Model : I> 0.5 0.58 Areva 300/5 Time Dial 0.5 0.5 MicomP I>> 0 0 Time Delay 0. 0. OCR Curve Type Sekunder Trafo3 SIT SIT Model : 000/5 I>.04.4 Areva Time Dial 0. 0.5 MicomP I>> 4. 4 Time Delay 0.5 0.3 OCR Primer Curve Type Trafo3 SIT SIT Model : I> 0.9.5 Areva 300/5 Time Dial 0.5 0.75 MicomP I>> 9 5 Time Delay 0.5 0.3 OCR S T Model : I> 0.83 0.95 Alstom 500/ Time Dial 0.3 0. MicomP I>> 3. 3 Time Delay 0.5 0.3 OCR P T Model : I> 0,7 0.7 Alstom 000/ Time Dial 0.45 0.5 MicomP I>> 5.55 5 Time Delay 0,5 0,5 Dari tabulasi setelan rele di atas, dapat kita plot kurvanya sehingga menghasilkan kurva koordinasi arus dan waktu seperti yang dapat kita lihat pada gambar 4 berikut.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 3 Gambar 4. Hasil plot setelan existing rele pada tipikal Dari hasil plotting di atas, dapat diketahui adanya beberapa setelan dan koordinasi yang kurang baik. Diantaranya adalah : menunjukkan kurva yang menabrak karakteristik trafo, hal ini masih kurang benar karena seharusnya grafik rele berada di sebelah kiri trafo yang bertujuan untuk melindungi trafo dari gangguan.. Tanda lingkaran berwarna merah dengan nomor menunjukkan terdapat mismatch dan overlapping pada kerja kedua rele yaitu OCR ST dan OCR PT dimana kedua rele ini berfungsi melindungi trafo Elin 500 MVA jika terjadi gangguan arus lebih, sehingga jika kurva karakteristik nya saling tumpang tindih koordinasi ini dirasa masih kurang sesuai karena dikhawatirkan akan terjadi kesalahan koordinasi. Oleh sebab itu direkomendasikan untuk dilakukan penyetelan ulang rele arus lebih yang ada. Adapun data resetting rele dapat dilihat pada tabel I dan hasil plotting setelan rele untuk koordinasi antar rele arus lebih pada tipikal dapat dilihat pada gambar 5. Gambar 5. Hasil plot setelan resetting rele pada tipikal Dari hasil plotting hasil resetting di atas, dapat diketahui adanya beberapa setelan dan koordinasi yang sudah dirubah. Diantaranya adalah : menunjukkan bahwa setelan pickup dari rele OCR Trafo, dan Trafo3 sudah tepat karena berada di sebelah kanan FLA trafo.. Tanda lingkaran berwarna merah dengan nomor menunjukkan bahwa grading time antar rele sebesar kurang lebih 0. - 0.4 detik. Hal ini dianggap paling sesuai menginget rele yang digunakan adalah rele digital dan CB yang digunakan adalah CB SF 6. Dan dengan grading time sebesar 0.339 dan 0.35 detik dapat dipastikan bahwa relerele tidak akan trip secara bersamaan apabila terjadi gangguan hubung singkat. Garding time sebesar 0.35 0.339 detik juga sesuai dengan standar IEEE 4 yang dijabarkan sebagai berikut: Waktu terbuka CB : 0.04 0. s (-5 Cycle) Overtravel dari rele : 0. s Faktor Keamanan : 0. 0. s Untuk rele static dan rele digital berbasis microprosesor overtravel time dari rele dapat diabaikan. Sehingga total waktu =0. -0.4 s B. Analisis Koordinasi Pengaman pada Tipikal Pada tipikal terdapat lima buah rele arus lebih yang akan diatur, yaitu Relay55, OCR S TP, OCR PTP, OCR Arah Pare, OCR S TP, OCR P TP di GI Banaran. Rele arus lebih yang pertama adalah adalah rele yang melindungi hubung singkat didekat beban (load A) yang selanjutnya dibackup oleh OCR S TP, OCR P TP untuk melindungi Bus-9 0. Kemudian OCR Arah Pare melindungi Bus-8 70. OCR S TP dan OCR P TP dalam hal ini berperan sebagai backup OCR Arah Pare dan pelindung utama bus di GI Banaran, yaitu Bus-5.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 4 Gambar 6. Single line Diagram tipikal TABEL DATA SETELAN RELE PENGAMAN TIPIKAL Relay ID Existing Resetting & CT Ratio Condition Condition Model Relay55 Model : I> 0.5 0.5 Areva 300/5 Time Dial 0.5 0.5 MicomP I>> 4.38 7 Time Delay 0. 0. OCR S TP Model : I>.7. Areva 000/5 Time Dial 0. 0.75 MicomP I>> 4.67 4 Time Delay 0.5 0.3 OCR P TP Model : I>.05 Areva 300/5 Time Dial 0.75 0.5 MicomP I>> 9 9 Time Delay 0.0 0.5 OCR S TP Model : I>.7.05 ABB 600/5 Time Dial 0.3 0. SPAJ 40 C I>> 6.8 5.5 Time Delay 0.5 0.5 OCR P TP Model : I> 0,7 0.7 ABB 400/5 Time Dial 0.8 0.3 SPAJ40 C I>> 5.6 0 Time Delay 0,04 0,5 Dari tabulasi setelan rele di atas, dapat kita plot kurvanya sehingga menghasilkan kurva koordinasi arus dan waktu seperti yang dapat kita lihat pada gambar 7 berikut. Gambar 7. Hasil plot setelan existing rele pada tipikal Penjelasan gambar kurva di atas adalah sebagai berikut : menunjukkan adanya mismatch dan overlapping pada kerja kedua rele pengaman trafo, baik pada GI Pare maupun Trafo Pauwels pada GI Banaran, sehingga koordinasi ini dirasa masih kurang sesuai karena dikhawatirkan akan terjadi kesalahan koordinasi karena kurva karakteristik yang masih bertabrakan. Selain itu waktu range kerja dari kedua rele juga masih kurang sesuai. Oleh sebab itu direkomendasikan untuk dilakukan penyetelan ulang rele arus lebih yang ada. Adapun data resetting rele dapat dilihat pada tabel dan hasil plotting setelan rele untuk koordinasi antar rele arus lebih pada tipikal dapat dilihat pada gambar 8.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 5 C. Analisis dan Perhitungan Rele Diferensial Sebagai Pengaman Busbar Bus Protection Pada Busbar 500 dan 50 Gambar 9. Pola Proteksi Diferensial Busbar pada Gardu Induk 50 TABEL 3 DATA SETELAN RELE PENGAMAN DIFERENSIAL Data Rele Diferensial yang Terpasang pada Bus 50 Areva Micom P3 Arus Nominal (In) = A Burden Relay = 6VA (standby) + 0.4VA (when energized) Data CT Ratio CT = 500/ A Tahanan CT = 5 Ω Tahanan Kabel = Ω Tahanan rele = 0.05 Ω Arus Gangguan (If) = 40000 A Gambar 8. Hasil plot setelan resetting rele pada tipikal Dari hasil plotting hasil resetting di atas, dapat diketahui adanya beberapa setelan dan koordinasi yang sudah dirubah. Diantaranya adalah : menunjukkan bahwa setelan pickup dari rele OCR GI Pare dan Trafo Pauwels pada GI Banaran sudah tepat karena berada di sebelah kanan FLA trafo.. Tanda lingkaran berwarna merah dengan nomor menunjukkan bahwa grading time antar rele sebesar kurang lebih 0. - 0.4 detik. Hal ini dianggap paling sesuai menginget rele yang digunakan adalah rele digital dan CB yang digunakan adalah CB SF 6. Dan dengan grading time sebesar 0.35 dan 0.38 detik dapat dipastikan bahwa relerele tidak akan trip secara bersamaan apabila terjadi gangguan hubung singkat. Grading time sebesar 0.35 0.38 detik juga sesuai dengan standar IEEE 4 yang dijabarkan sebagai berikut: Waktu terbuka CB : 0.04 0. s (-5 Cycle) Overtravel dari rele : 0. s Faktor Keamanan : 0. 0. s Untuk rele static dan rele digital berbasis microprosesor overtravel time dari rele dapat diabaikan. Sehingga total waktu =0. -0.4 s Data Rele Diferensial yang Terpasang pada Bus 500 Areva Micom P3 Arus Nominal (In) = A Burden Relay = 6VA (standby) + 0.4VA (when energized) Data CT Ratio CT = 500/ A Tahanan CT = 5 Ω Tahanan Kabel = Ω Tahanan rele = 0.05 Ω Arus Gangguan (If) = 40000 A Tegangan Kerja (Vr) = CT ratio x (R CT + R L + Rr) Vset = k x Vr, dengan k (faktor keamanan) =.5.0 Arus kerja (Iset) = 0. x In VA Stabilitas Resistor (Rs) = x (Vs - ) Ω Iset Iset If TABEL 4 PERBANDINGAN HASIL EKSISTING,PERHITUNGAN, DAN RESETTING Jenis Proteksi Diferensial Bus 500 Proteksi Bus Bus 50 Setting Eksisting Rs = 50 Ω Rs = 600 Ω Hasil Perhitungan Rs = 394 Ω Rs = 883 Ω Resetting Rs = 000 Ω Rs = 800 Ω
JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 D. Analisis dan Perhitungan Rele Diferensial Sebagai Pengaman Trafo Gambar 9. Rele Diferensial sebagai Pengaman Trafo TABEL 4 DATA DAYA 500 KV DAN 50KV Spesifikasi Trafo Trafo Trafo Trafo 3 (50) (500) (500) Type: Elin Type: Type: Unindo Mitsubishi Daya: 500 Daya: 500 Daya: 60 MVA MVA MVA Tegangan: 500/50 Tegangan: 500/50 Tegangan: 50/0 Vektor: Ynyn0 Vektor: Ynyn0 Vektor:Ynyn0 Impedansi: Impedansi: Impedansi: 0% 3.% 3.% CT primer: CT primer: CT primer: 300/5 000/ 000/ CT sekunder: 500/ CT sekunder: 500/ CT sekunder: 000/5 I didapat dari pembagian FLA (Full Load Ampere) dengan rasio CT dari sisi primer trafo. I didapat dari pembagian FLA (Full Load Ampere) dengan rasio CT dari sisi sekunder trafo. % Slope = I op x 00 %, I I op = I I dan I res = I +I. res % Slope = I I I+I Jenis Proteksi Diferensial x 00 % Setting Eksisting Hasil Perhitungan Resetting Kesimpulan Berdasarkan hasil studi dan analisis koordinasi rele pengaman fasa pada GITET Kediri 500 PT.PLN (PERSERO) yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:. Terdapat beberapa setelan rele yang belum tepat dan koordinasi yang kurang baik, terutama pada setelan grading time antar rele pengaman. Pada rele pengaman trafo tipikal kurva rele menabrak kurva karakteristik trafo, hal ini dirasa kurang benar karena seharusnya grafik rele berada di sebelah kiri trafo yang bertujuan untuk melindungi trafo dari gangguan.. Kerja rele diferensial tidak terkordinasi dengan pengaman lain hal ini karena prinsip kerja rele adalah seketika (instant), dimana dilakukan perbandingan arus yang masuk dan keluar rele. Apabila terjadi perbedaan yang melebihi pengaturan sehingga terjadi perbedaan arus maka rele bekerja seketika. Untuk rele diferensial dibagi menjadi diferensial pengaman transformator dan diferensial pengaman busbar. Untuk pengaman trafo dilakukan perhitungan slope yang selanjutnya dibandingkan dengan pengaturan yang ada dan dibandingkan juga dengan batas standard slope rele yang mana slope I berada pada kisaran 30 50% (referensi slope untuk rele diferensial ABB dan Micom). Pada setting eksisting trafo 500 slope diset pada 30%, sedangkan pada perhitungan didapat nilai 8,% yang mana dipilih 30% menyesuaikan dengan range/step nilai pada rele datasheet. Jadi setting yang dilakukan pada rele diferensial 500 sudah sesuai jika ditinjau dari hasil perhitungan maupun standard yang ada. REFERENSI [] IEEE Std 4-00, IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, 00, Ch. 5. [] Gonen, Turan, Modern Power System Analysis, USA, 988. [3] Modul Diklat Perusahaan Listrik Negara (PERSERO), Dasar-Dasar Sistem Tegangan Tinggi,Pusdiklat Pusat Perusahaan Listrik Negara (PERSERO), 009. 6 Trafo 500 Slope = 30 % 8.% 30% Proteksi Trafo Trafo 500 Slope = 30 % 8.% 30% Trafo3 50 Slope = 30 %.8% 0%