Jurnal Sarjana Institut Teknologi Bandung bidang Teknik Elektro dan Informatika Vol. 1, No. 3 Oktober 2012
KOORDINASI RELE ARUS LEBIH PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. PERTAMINA UBEP TANJUNG SETELAH PENAMBAHAN BEBAN DAN PEMBANGKIT BARU #1
Novi Arianto ,Dr. Ir. Muhammad Nurdin, Dr. Ir. Nanang Haryanto, M.T #
Program Studi Teknik Tenaga Listrik, Institut Teknologi Bandung Bandung, Indonesia 1
[email protected]
Abstrak — Dalam suatu sistem kelistrikan, terutama kelistrikan di industri, satu hal yang penting diperhatikan adalah sistem proteksi kelistrikanya. Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai koordinasi rele arus lebih ( overcurrent ( overcurrent relay) relay) di industri, sebagai kasus akan menggunakan sistem proteksi arus lebih di PT. Pertamina UBEP Tanjung setelah adanya penambahan beban dan pembangkit baru. Dengan bertambahnya beban dan pembangkit baru, akan dianalisis apakah menyebabkan koordinasi rele arus lebih menjadi tidak sesuai lagi, jika ternyata ada rele yang bekerja tidak sesuai berarti setting serta koordinasi rele harus diperbaiki untuk mewujudkan sistem pengamanan yang dapat melindungi sistem kelistrikan keseluruhan dan melindungi peralatan listrik ketika terjadi gangguan. Dalam proses koordinasi ini, dipilih beberapa tipikal koordinasi rangkaian yang bisa merepresentasikan sistem proteksi secara keseluruhan. Dalam pengaturan karakteristik rele arus lebih, seperti arus pickup, time dial, dan kurva karakteristiknya akan software ETAP Power Station 7.0 dilakukan dengan bantuan software serta dengan perhitungan manual. Dengan adanya bantuan software ini, pengaturan interval waktu koordinasi ( Coordination Time Interval ) lebih mudah diatur.Hasil dari koordinasi rele di PT. Pertamina UBEP Tanjung menyimpulkan bahwa semua rele bisa terkoordinasi dengan cukup baik.
satu jenis rele yang umum digunakan untuk menangangi masalah arus short circuit. Rele ar us lebih berkodinasi dengan rele lainnya dalam suatu sistem proteksi. II.
TEORI PENUNJANG
A. Rele Arus Lebih
Rele arus lebih adalah rele yang digunakan untuk memproteksi suatu zona dari gangguan arus lebih (arus fault ). ). Rele arus lebih terhubung ke circuit breaker , yang akan memicu circuit breaker untuk terbuka jika ada gangguan dengan waktu trip tertentu. Rele arus lebih dapat digunakan untuk melindungi hampir semua bagian pada sistem tenaga listrik misalnya jaringan transmisi, trafo, generator, atau motor.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).Adapun kurva karakteristik kerja dari rele arus lebih ini diberikan seperti gambar berikut.
Kata Kunci—sistem kelistrikan industri, koordinasi, rele arus lebih
I. PENDAHULUAN Dalam suatu sistem proteksi diperlukan kordinasi yang baik antar rele agar rele hulu tidak trip terlebih dahulu atau ikut trip setelah rele hilir menghilangkan gangguan. Jika rele hulu di bus yang berisi feeder-feeder ke pompa trip, maka akan Gambar 1.Kurva Karakteristik Rele Arus lebih. menyebabkan kerugian sangat besar karena pompa-pompa untuk produksi mati. Dalam laporan ini akan dibahas hanya B. Pengaturan Parameter Rele Arus Lebih Parameter yang perlu diatur dalam pengaturan rele arus untuk koordinasi rele arus lebih fasa, karena perangkat lebih adanh penentuan arus pickup dan penentuan Time proteksi inilah inilah yang sering ditemui ditemui di industri. industri. Tujuan sistem proteksi secara umum adalah melindungi Dial.Arus pickup pada rele arus lebih didefinisikan sebagai utilitas – utilitas yang lebih mahal dalam sistem tenaga listrik arus minimum saat rele memulai tindakan. Sedangkan Time serta dapat mengisolasi sistem kelistrikan lainya dari dial merupakan faktor pengali waktu yang menskala kurva gangguan yang terjadi. Sistem proteksi berisi sekumpulan rele, karakteristik arus-waktu. Perubahan arus pickup akan alat pemutus, fuse, dan alat pengaman lain yang melindungi menggeser kurva kekiri dan kekanan, sedangakan perubahan Time dial akan mengeser kurva ke atas dan ke bawah. suatu zona proteksi terhadap berbagai gangguan. Dalam menentukan parameter koordinasi rele arah arus Salah satu gangguan yang sering terjadi dalam sistem tenaga adalah karena adanya gangguan hubung singkat. Arus lebih terdapat beberapa langkah, yaitu: short circuit menyebabkan arus lebih jauh di atas nilai nominalnya dan bisa menyebabkan kerusakan utilitas yang dilaluinya jika dibiarkan lama. Rele arus lebih adalah salah
a.
Menentukan arus pickup rel . beban ya g terpasang sebesar 7600 k W. Dan daya terpasang 1. Nilai dari arus pickup b erada pada se itar 150% da ri yang bis dibangkitka sebesar 85 0 kW. Dala m sistem arus beban maksimum. Arus pickup erada pada 5 % kelistrika nya, beban li trik PT. Perta mina UBEP anjung di atau lebih kecil dari angguan fas -fasa di ujung suplai da i dua unit ge nerator utama TG 100 dan TG 200, saluran a au pada bus. masing asing mempu yai kapasitas total 3300 k . Selain 2. Ampacit cable, yaitu kemampuan engaliran ar s pembang it utama te rdapat pembangkit – p mbangkit dari kab l/saluran, unt uk setting pi kup sebaikn a cadangan, yaitu Wauke sha 1, 2, 3 se rta Sewatama 1 dan 2, dilakuka dibawah am acity maksim m dari salura n Caterpillar 3512 dan Siemens. atau kabel. Sistem distribusi ya g digunakan adalah sistem distribusi b. Menentukan time dial dan k rva karakteri tik rele ring yang dioperasikan radial dengan membuka breaker pada 1. Hitung ar us pickup rele utama dan ba kup titik-titik tertentu. Adapun tegangan menengah yang 2. Atur Time Dial Setting rele utama yang paling cep t digunaka adalah 6.6 kV. Tegang n menengah ini akan waktu op rasinya pada rus fault mak imum diturunka menjadi teg ngan yang le ih rendah de gan trafo 3. Atur TD (Time Dial Setting) rele backup dengan step-dow menjadi 0.4 V dan 0.22 k . Coordination Time I terval (CTI) 0.2 – 0.3 s Ada p nambahan b ban baru da sumber ba u di PT. terhadap rele utama pa da arus fault aksimum ji a Pertamina UBEP Tanju g. Beban akan bertambah 50 kW di menggunakan rele stati s. CTI 0.3 – 0.4 s jika rel e awal tahu 2012 dan 300 kW di akhir tahun 2012. edangkan elektrom kanik. pembang it utama ju a akan bertambah 1 yait u TG300 Pilih karakteris ik rele yang s esuai sehingg waktu opera i sebesar 3 00 kW. min mum untuk a us fault maksimum dan min mum terpenu i. Setelah penambahan ini perlu dila ukan penguji n settingan awal ele pengama .Akan di cek apakah setti gan awal C. etodologi masih m menuhi standar koordina i atau tidak.. Apabila Dalam penger jaan laporan ini, metodologi dan al r pengatura ya tidak ben r maka perlu dilakukan pe benahan pen erjaanya seperti gambar ber kut. setting rele setelah ada ya penambahan beban dan generator baru B. Pemilihan Tipikal K ordinasi
Untu mempermu ah studi ko rdinasi rele engaman pada siste kelistrikan T. Pertamina UBEP Tanjung, diambil beberapa tipikal koor inasi yang apat mewaki li bentuk koordinasi keseluruhan sistem pengaman arus le bih yang ada.Terda pat tiga tipikal koordinasi yang diambil, ya itu tipikal 1, tipikal , dan tipikal .Ketiga tipika l koordinasi p da sistem kelistrika PT. Pertami a UBEP Tan jung dapat dilihat lebih jelas sepe ti pada gamba r berikut. Tipik al 1 : Koordi nasi untuk daerah Old 1 ( oordinasi mulai dari feeder beban 6B – double f eder - generator) Tipik al 2 : Koordinasi untuk daerah Old 2 ( oordinasi mulai dari Motor Contr l Center - line - generator) Tipik al 3 : Koordi asi untuk dae rah New Power Plant 3 (Koordinasi mulai beba baru – line - TG baru)
Gam ar 2. Alur Ko rdinasi Arus ebih III. STUDI KASUS SIS EM KELIST IKAN PT. PERTAMINA UBEP TANJ NG A.
istem Kelistri an PT. Perta ina UBEP T njung
ntuk mendu ung proses produksinya UB P Tanjung m merlukan kea dalan sistem kon inuitas suplai daya listrik. Saat pemba total beban yang isuplai sebes r 5600 kW.
PT. Pertami a elistrikan ser a gkitan normal, edangkan tot l
Gambar 3.Single Line iagram Koo dinasi Bagian Jaringan Old 1( ipikal Koordinasi 1)
Tipikal Koordinasi I Tes Gangguan Hubung Singkat
Tabel 1. Arus Short Circuit Tipikal 1 Terjadi kenaikan arus hubung singkat sehingga diperlukan adanya penggambaran plot kurva koordinasi ulang untuk mengetahui apakah koordinasi proteksi masih baik atau tidak. Gambar 4.Single Line Diagram Koordinasi Bagian Motor Control Center(Tipikal Koordinasi 2)
Gambar 5.Single Line Diagram Koordinasi Bagian Jaringan Baru(Tipikal Koordinasi 3) IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISIS A. Uji Koordinasi Setelah Penambahan Beban dan Sumber Baru
Setelah adanya penambahan beban dan pembangkit baru TG300, diuji terlebih dahulu pengaruhnya terhadap koordinasi proteksi sistem di PT. Pertamina UBEP Tanjung. Pengujian yang akan dilakukan adalah tes hubung singkat dan kurva koordinasi proteksi Tes Hubung Singkat Disimulasikan gangguan hubung singkat 3 phasa simetris, gangguan line to line, gangguan line to ground dan gangguan line line to ground maka akandidapatkan dua kriteria hubung singkat yaitu maksimum dan minimum. Besar arus hubung singkat ini semuanya dilihat saat steady state (30 cycle) Tes Kurva Koordinasi Rele Overcurrent Tes kurva koordinasi digunakan untuk melihat pengaturan arus pickup, time dial dan interval waktu koordinasi antar rele.Akan dilihat bagaimana hubungan kuva antar rele serta kurva peralatan yang diproteksi.
-
Tes Setelan Kurva Koordinasi
Gambar 6. Kurva Koordinasi Awal Tipikal 1 Terdapat beberapa setelan dan koordinasi yang kurang baik. Seperti pemilihan Time Dial yang kurang baik, yang mengakibatkan waktu koodinasi antar rele tidak sesuai standar, seharusnya rele elektromekanik sebesar 0,3 - 0,4 s. Terdapat kurva koordinasi rele yang kurvanya tumpang tindih, hal ini bisa mengakibatkan rele yang harusnya menjadi backup bisa trip lebih dahulu, padahal harusnya trip diakhir. Kemudian pada bagian double feeder proteksinya seharusnya tidak sama dengan proteksi di jaringan radial. Disarankan menggunakan rele arus lebih berarah ( Directional Overcurrent ). Tipikal Koordinasi II Tes Gangguan Hubung Singkat
Tabel 2.Arus Short Circuit Tipikal 2 Terjadi kenaikan arus hubung singkat sehingga diperlukan adanya penggambaran plot kurva koordinasi ulang untuk mengetahui apakah koordinasi proteksi masih baik atau tidak.
-
Tes Setelan Kurva Koordinasi
Tabel 4. Data setting pickup untuk melindungi kabel Tipikal Koordinasi I (Time Dial Setting) TDS rele paling hilir dipilih dengan nilai yang cukup kecil karena letaknya yang paling hilir. Diambil TDS 0,5 untuk yang paling hilir. Sehingga rele – rele hilir yang diberi lingkaran di bawah ini rata – rata di setting dengan Time Dial 0,5. Meskipun nanti ada sedikit perubahan setelah disimulasikan untuk mengecek setting yang paling sesuai. Gambar 7. Kurva Koordinasi Awal Tipikal 1 Terdapat beberapa setelan dan koordinasi yang kurang baik. Diantaranya adalah setelan rele yang masih dibawah kurva start motor. Selain itu adanya koordinasi yang belum tepat seperti waktu interval koordinasi yang tidak sesuai standar, terlihat dengan tumpang tindihnya kurva proteksi.beberapa kurva rele, kurvanya melebihi kurva kabel, hal ini berbahaya untuk peralatan yang diamankan ketika beroperasi pada saat melebihi kapasitas kabel. Perlu diperbaiki selisih waktu kerja antara rele utama dan backup-nya kurang dari 0,3-0,4 detik. Oleh sebab itu direkomendasikan untuk dilakukan penyetelan ulang rele untuk mendapatkan koordinasi yang lebih baik. Tipikal Koordinasi III Tes Gangguan Hubung Singkat
Tabel 5. Hasil koordinasi tipikal 1 Agar kontinuitas suplai terjaga, diperlukan rele arus lebih berarah (Directional Ovecurrent) khusus untuk double feeder, sehingga apabila terjadi gangguan di salah satu double feeder tersebut, maka cuma salah satu feeder aja yang trip.Setelan untuk rele arus berarah adalah dengan mengaktifkan rele 67 yang berada di pilihan ETAP. Rele DOCR akan bekerja jika ada arus sebesar ½ FLA mengalir berlawanan arah dengan arah beban atau arahnya menuju ke pembangkit.
Tabel 3.Arus Short Circuit Tipikal 3 B. Pengaturan Ulang Rele Arus LebihPT.Pertamina UBEP Tanjung
Untuk mengamankan kabel di tiap – tiap penyulang maka kurva kerja rele harus lebih rendah dibandingkan dengan waktu breakdown kabel.Penentuan arus pickup didasarkan pada kemampuan hantar kabel tempat rele berada.Dalam penentuanya tidak boleh melebihi kemampuan hantar arus kabel tersebut.Penentuan arus pick up nya adalah sebagai berikut
Gambar 8. Penambahan DOCR di tipikal 1
Tipikal Koordinasi III
Gambar 9. Plot Kurva Koordinasi 1 Tipikal Koordinasi II Berdasarkan hasil setelan rele setelah dilakukan plotting dalam software ETAP ternyata didapatkan hasil koordinasi yang lebih baik.Lama start motor adalah 7 detik. Dalam pengaturanya diambil selisih waktu kerja antara motor dan rele adalah 2 s, karena menurut IEEE std C37.96-2000 tentang pengaman motor AC, selisih waktu kerja rele dengan waktu start motor (pada waktu start motor) adalah 2 detik ketika waktu start 5-10 detik. Kurva rele juga sudah tidak ada yang melebihi batas kerusakan kabel.Adapun hasil plotting setelan rele untuk koordinasi antar rele R1 dan R2 dapat dilihat seperti gambar 9. Setelah dilakukan perubahan setting di rele didapatkan hasil sebagai berikut
Gambar 11. Plot Kurva Koordinasi 3 Terlihat kurva pengaman berada dibawah kurva damage trafo, selain itu kurva juga berada dibawah dari kurva kerusakan kabel. Setting arus pickup juga sudah sedikit diatas beban normal maksimum ( Full Load Ampere) trafo serta diatas arus Inrush Trafo Urutan dan waktu kerja antara rele utama dan backup-nya sudah sesuai, seperti simulasi seperti dibawah ini. C. Hasil Simulasi Pengaturan Ulang Rele Arus LebihPT.Pertamina UBEP Tanjung
Tipikal Koordinasi I
Tabel 6. Hasil koordinasi tipikal 2
Gambar 12. Simulasi gangguan di double feeder
Gambar 10. Plot Kurva Koordinasi 2
V. KESIMPULAN
Tipikal Koordinasi II
1. Penambahan beban dan sumber menambah level arus hubung singkat. 2. Nilai pickup dari overcurrent relay ditentukan oleh jenis peralatan yang akan dilindungi dan nilai Time Dial dan Grading Time didapatkan dari pengaturan kurva karakteristik rele. Dari hasil simulasi didapatkan hasil yang lebih baik. 3. Dipasang rele arah ( directional overcurrent relay) di double feeder dalam tipikal koordinasi 1). DAFTAR PUSTAKA [1] [2]
Gambar 13. Simulasi gangguan di dekat motor Tipikal Koordinasi III
[3]
[4] [5] [6] [7] [8]
Gambar 14. Simulasi di jaringan baru
D. Birla, R.P. Maheshwari, H.O. Gupta, Time-overcurrent relay coordination: a review, Int. J. Emerg. Electr. Power Syst. 2 (2) (2005). Febriadi, Nanda. Analisis Koordinasi Rele Arus Lebih dan ele Gangguan Tanah Sebagai Pengaman Motor Induksi, Kabel dan Trafo pada Plant XI di PT Indocement. Tugas Akhir S1 UI. 2010. J. Sadeh, “Optimal coordination of overcurrent relays in an interconnected power system,” in Proc. 15th Power System Computation Conference (PSCC). (Liege, Belgium, August, 2005, pp. 1-5). Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems, IEEE std. 242, 2001. F35 Multiple Feeder Protection System (UR Series Instruction Manual), GE Multilin, 2011. T. P. Smith, The ABC’s of Overcurrent Coordination, Houston, USA: EPowerEngineering, 2006 P.M. Anderson, Power System Protection, New York: IEEE Press, 1998. Zuliansyah, Rifky. Studi Koordinasi Rele Arus Lebih Pada Jaringan Interkoneksi Dengan Metoda Improved PSO. Tugas Akhir S1 ITB. 2012.
