TUGAS AKHIR TE141599

(1)

TUGAS AKHIR – TE141599

IMPLEMENTASI PENGGUNAAN ELECTRONICALLY TRIGGERED FAULT CURRENT LIMITER UNTUK TEGANGAN MENENGAH SWITCHGEAR DAN STUDI KOORDINASI RELE ARUS LEBIH PADA PT. LINDE

Tommy Erickson NRP 2214105074 Dosen Pembimbing

Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.

Dedet Candra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D.

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

(2)

FINAL PROJECT – TE141599

IMPLEMENTATION OF ELECTRONICALLY TRIGGERED FAULT CURRENT LIMITER FOR MEDIUM VOLTAGE SWITCHGEAR AND OVERCURRENT RELAY

COORDINATION STUDY AT PT. LINDE

Tommy Erickson NRP 2214105074 Counsellor Lecturer

Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.

Dedet Candra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D.

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty Of Industry Technology

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

(3)

lM:PLEMENT ASI PENGGUNAAN ELECTRONICALLY TIUGGERED FAULT CURRENT LIMITER UNTUK TEGANGAN

111 ~'liGAH SWITCHGEAR DAN STUD I KOORDINASI RELE ARUS LEBIH PADA PT. LINDE

TUGASAKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Pada

Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Tekni.k Elektro Institut Teknologi SepuJub Nopember

Menyetujui :

Dosen Pembimbing II

Dr lr. Margo Pujiantara, MT. Dedet Candra

4

R. ST., M.Eng .. Ph.D.

- ·

"IP. 196603181990101001 NIP. 197311192000031001

I .

. ~~~QRABAYA I

JUNI, 2016 F.~ j

. \ ~ ^{- -} ^/ ^{. . 4} ^{- : :} l

\:,,~ -- .- ·~- 2:P!

'---=:_.:-.--

(4)

i

Implementasi Penggunaan Electronically Triggered Fault

Current Limiter untuk Tegangan Menengah Switchgear dan

Studi Koordinasi Rele Arus Lebih pada PT. Linde

Nama Mahasiswa : Tommy Erickson

NRP : 2214105074

Dosen Pembimbing : 1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.

2. Dedet Candra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D.

ABSTRAK

Seiring dengan kebutuhan energi listrik dan beban yang semakin meningkat, maka diperlukan penambahan generator yang terhubung pada jaringan agar pelayanan listrik dapat terjaga. Penambahan generator pada sistem juga memberikan efek terhadap pengaman sistem, salah satunya mengakibatkan kenaikan arus gangguan dari tingkat (level) semula sehingga bisa merusak peralatan sistem tenaga listrik. Salah satu cara untuk mengurangi besar arus gangguan yaitu dengan menggunakan Electronically Triggered Fault Current Limiter (ET-FCL). Pemasangan ET-FCL pada jaring distribusi bisa mengamankan sistem dengan cara memutus arus hubung singkat dengan sangat cepat. ET-FCL akan dipasang di beberapa titik pada jaringan distribusi agar bisa menghilangkan nilai arus gangguan yang terjadi. Jaringan distribusi akan disimulasikan untuk melihat hasil dari pemasangan ET-FCL. Serta setting rele pada koordinasi proteksi arus lebih.

(5)

ii

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

(6)

i

Implementation of Electronically Triggered Fault Current Limiter for Medium Voltage Switchgear and Overcurrent Relay

Coordination Study at PT. Linde

Name : Tommy Erickson

NRP : 2214105074

Counsellor Lecturer : 1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.

2. Dedet Candra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D.

ABSTRACT

Along with the electrical energy needs and load increases, the required additional generator is connected to the electricity network so services can be maintained . The addition of a generator in the system also have an effect on system safety , one of which resulted in an increase of the fault current (level ) the original so that it can damage the electrical power system equipment . One way to reduce the size of fault current is by using electronically Triggered Fault Current Limiter ( ET - FCL ).

Installation of ET - FCL in the distribution network can secure the system by way of breaking the short circuit very quickly . ET - FCL will be installed at some point in the distribution network in order to eliminate the current value of disturbance. The distribution network will be simulated to see the result of the installation of ET - FCL . and setting relay on the coordination of overcurrent protection .

(7)

ii

(8)

vii

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR HALAMAN PENGESAHAN

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... iii

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Permasalahan dan Batasan Masalah ... 2

1.3 Tujuan ... 2

1.4 Metode Penelitian ... 2

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

1.6 Relevansi ... 5

BAB II TEORI PENUNJANG ... 7

2.1 Gangguan Hubung Singkat ... 7

2.2 Perhitungan Arus Hubung Singkat ... 9

2.3 Electronically Triggered Fault Current Limiter (ET-FCL) ... 11

2.3.1 Tujuan Penggunaan ET-FCL ... 12

2.3.2 Block Diagram ET-FCL ... 12

2.3.3 Prinsip Kerja ET-FCL ... 14

2.3.1 Aplikasi Pemasangan ET-FCL ... 16

2.4 Rele Pengaman pada Sistem Tenaga Listrik ... 18

2.5 Rele Arus Lebih ... 15

2.5.1 Rele Arus Lebih Waktu terbalik (Inverse Time) ... 20

2.5.2 Rele Arus Lebih Seketika (Instantaneous) ... 21

2.5.3 Rele Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time) ... 22

2.5.4 Rele Inversse Definite Minimum Time (IDMT) ... 22

2.6 Setting Rele Arus Lebih ... 23

2.6.1 Setting Rele Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Time) .. 23

2.6.2 Setting Rele Arus Lebih Seketika (Instantaneous) ... 24

(9)

viii

2.7 Koordinasi Pengaman Rele Arus Lebih ... 25

BAB III SISTEM KELISTRIKAN PT LINDE INDONESIA GRESIK ... 29

3.1 Rating Tegangan ... 29

3.2 Sistem Pembangkitan Tenaga Listrik PT. Linde Indonesia Gresik ... 29

3.3 Sistem Distribusi PT. Linde Indonesia Gresik ... 31

3.4 Data Busbar (Switchgear/Switchboard) ... 32

BAB IV HASIL SIMULASI DAN ANALISA ... 33

4.1 Sistem Kelistrikan ... 33

4.2 Simulasi Sistem ... 34

4.2.1 Pembangkit Maksimum ... 34

4.2.2 Pembangkit Minimum ... 37

4.3 ET-FCL ... 37

4.4 Pemilihan Tipikal Koordinasi Proteksi pada PT.Linde Indonesia Gresik ... 41

4.4.1 Analisis Gangguan Hubung Singkat ... 41

4.4.2 Hubung Singkat Minimum 30 cycle... 42

4.4.3 Hubung Singkat Maksimum 4 cycle ... 43

4.4.4 Proteksi Rele Arus Lebih untuk Gangguan Fasa ... 44

4.4.5 Koordinasi Proteksi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa Tipikal 1 ... 44

BAB 5 PENUTUP ... 79

5.1 Kesimpulan ... 79

DAFTAR PUSTAKA ... 81

(10)

ix

LAMPIRAN ... 83 RIWAYAT PENULIS ...

(11)

x

Halaman ini sengaja dikosongkan

(12)

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Koefisien invers time dial ... 23

Tabel 3.1 Pembangkitan tenaga listrik PT.Linde Indonesia Gresik .... 30

Tabel 3.2 Data transformator di PT.Linde Indonesia Gresik ... 31

Tabel 3.4 Data busbar di PT.Linde Indonesia Gresik ... 32

Tabel 3.5 Data beban motor di PT.Linde Indonesia Gresik ... 32

Tabel 4.1 Data eksisting kemampuan Switchgear/Switchboard ... 34

Tabel 4.2 Data arus hubung singkat 3 fasa pada masing-masing bus PT.Linde Indonesia Gresik... 34

Tabel 4.3 Arus kontribusi pada Bus 030-SG-001 ... 35

Tabel 4.4 Data arus hubung singkat 3 fasa pada masing-masing bus ketika menggunakan pembangkitan minimum... 37

Tabel 4.5 Logic Gate Sensor sumber tegangan ... 38

Tabel 4.6 Logic Gate Sensor Sumber arus short circuit ... 39

Tabel 4.7 Mode pada sensor arus ... 39

Tabel 4.8 Tabel kebenaran operasi ET-FCL ... 42

Tabel 4.9 Data hubung singkat minimum 30 cycle ... 43

Tabel 4.10 Data Isc kontribusi peralatan minimum 30 cycle ... 43

Tabel 4.11 Data hubung singkat maksimum 4 cycle ... 43

Tabel 4.12 Data Isc peralatan maksimum 4 cycle ... 44

(13)

xiv

(14)

xi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Metodologi untuk Koordinasi Pengerjaan Tugas Akhir .. 4

Gambar 2.1 Arah aliran arus ketika terjadi gangguan ... 9

Gambar 2.2 Gelombang pemutusan arus oleh ET-FCL ... 12

Gambar 2.3 Blok Diagram ET-FCL ... 12

Gambar 2.4 Bagian dari ET-FCL ... 14

Gambar 2.5 Skema diagram pada peralatan ET-FCL ... 15

Gambar 2.6 Skema diagram pada pengukuran dan tripping unit ... 16

Gambar 2.7 ET-FCL dalam sistem interkoneksi ... 17

Gambar 2.8 Pemasangan ET-FCL pada operasi terarah ... 17

Gambar 2.9 Pemasangan ET-FCL paralel dengan reaktor ... 18

Gambar 2.10 Skema rele pengaman ... 16

Gambar 2.11 karakteristik kurva standart inverse, very invers dan extremely inverse... 21

Gambar 2.12 Karakteristik rele arus lebih seketika (Instantaneous) ... 21

Gambar 2.13 Karakteristik rele arus lebih waktu tertentu (definite time) ... 24

Gambar 2.14 Kombinasi IDMTE dengan rele arus lebih waktu seketika ... 23

Gambar 2.15 Rele arus lebih pengaman transformator ... 24

Gambar 2.16 Pembagian zona pengaman ... 24

Gambar 4.1 Bentuk gelombang arus kontribusi pada Bus 030-SG- 001 ... 35

Gambar 4.2 Bentuk gelombang arus kontribusi pada bus 030-SG-001 setelah dipotong oleh ET-FCL ... 36

Gambar 4.3 Logic gate sensor sumber tegangan ... 38

Gambar 4.4 Logic gate sensor arah arus short circuit...39

Gambar 4.5 Logic Sensor setting ET-FCL ... 40

Gambar 4.6 Plot Kurva pengaman exixting tipikal 1 45

Gambar 4.7 Plot Kurva pengaman resetting tipikal 1 ... 49

(15)

xii

(16)

79 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil studi dan analisa ET-FCL pada sistem pengaman pada PT Linde Indonesia Gresik, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Arus Hubung singkat 3 fasa yang melebihi dari kapasitas eksisting switchboard hanya terjadi pada bus 030-SG-001, yakni diatas 63 kA.

2. ET-FCL akan bekerja bila terjadi arus hubung singkat di bus 030- SG-001 dan semua sumber tegangan masuk.

3. Pemasangan ET-FCL yang dipasang pada saluran R 52R2 diset pada arus peak sebesar 25 kA.

4. Bila semua sumber bekerja dan terjadi arus hubung singkat 3 fasa pada bus 030-SG-001 maka ET-FCL akan trip dengan kecepatan waktu 0.005 sekon dan arus mengalami kenaikan saat mencapai 52.689 kA.

5. Pemasangan ET-FCL sebagai pengaman merupakan cara yang tepat karena sistem tersebut menghemat biaya dan tidak perlu mengganti eksisting switchboard dan kabel yang telah terpasang pada PT.Linde Indonesia Gresik.

6. Hasil plot koordinasi kurva arus waktu eksisting PT.Linde Indonesia Gresik memperlihatkan bahwa masih ada sebagian rele yang terjadi kesalahan koordinasi antara rele utama dan rele backup. Hal ini mengakibatkan selektifitas rele kurang baik dalam melokalisir gangguan pada sistem, sehingga menyebabkan dampak pemadaman yang lebih luas pada pabrik PT.Linde Indonesia Gresik.

(17)

80

(Halaman Ini Sengaja dikosongkan)

(18)

81

DAFTAR PUSTAKA

[1] Lazar irwin “Electrical System Analysis and Design for Industrial Plant”, McGraw-Hill Inc., USA, Ch, 1, 1980

[2] Penangsang, Ontoseno.”Diktat Kuliah Analisis Sistem Tenaga Listrik 2”, Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya

[3] Manual book Is-Limiter ABB

[4] Wahyudi, “Diktat Kuliah Pengaman Sistem Tenaga Listrik”, Teknik Elektro ITS, Surbaya, Bab 2, 2004

[5] IEEE std 242-2001, "IEEE Recommended Practice for Protection and Cordination of Industrial and Commercial Power System"The institute of Electrical and Electronic Engineering, Inc, New York, Ch 15, 2001.

[6] Current Limiting Protector for Applications to 750VAC G&W Electric, July 1, 2015, Power System Solutions

[7] Catlett Raymond, “Improving Relay Protection Levels in Medium- Voltage Switchgear”IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 50, No. 3, May/June 2014,

(19)

82

Halaman Ini Sengaja Dikosongkan

(20)

RIWAYAT PENULIS

Penulis memiliki nama lengkap Tommy Erickson. Lahir di kota Padang pada tanggal 7 Januari 1993. Penulis mengawali pendidikan di SD Baiturrahmah Padang, kemudian melanjutkan ke SMPN 12 Padang pada tahun 2004. Setelah lulus dari SMP ,pada tahun 2007 penulis melanjutkan pendidikannya ke SMKN 5 Padang. Kemudian setelah lulus dari SMK pada tahun 2010, penulis melanjutkan studi yang lebih tingg yakni Diploma III Program Studi Telekomunikasi di Politeknik Universitas Andalas. Setelah lulus tahun 2014 dengan memegang gelar AMd penulis melanjutkan studi sarjana di Institut Teknologi Sepuluh Nopermber, Jurusan Elektro, Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga.