Studi Rele Pengaman (Over Current Relay Dan Ground Fault Relay) pada pemakaian distribusi daya sendiri dari PLTU Rembang

(1)

Nama : Yoyok Triyono

NRP : 2209 106 067

Studi Rele Pengaman (Over Current Relay Dan Ground Fault

Relay) pada pemakaian distribusi daya sendiri dari PLTU

Rembang

Pembimbing :

1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, PhD

2. Ir. Sjamsjul Anam, MT

Presentasi Sidang Tugas Akhir Semester Genap 2012/2013Teknik

Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

(2)

Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 2

DAFTAR ISI



PENDAHULUAN



TEORI PENUNJANG



SISTEM KELISTRIKAN



PERHITUNGAN DAN ANALISA

(3)

Pendahuluan(1)

LATAR BELAKANG

1. PLTU

Rembang

merupakan

salah

satu

Pembangunan

Proyek

Percepatan Pembangkit Tenaga Listrik berbahan bakar batubara 10000

MW dengan kapasitas 2 x 300 MW

2. Sistem kelistrikan yang handal menjadi hal yang sangat penting.

Sehingga proses produksi listrik dapat beroperasi secara maksimal

tanpa terjadi gangguan pada kelistrikannya, terutama short circuit

3. Relay arus lebih merupakan solusi dari gangguan short circuit. dimana

relay akan mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan

bantuan trafo arus.

4. Untuk memperoleh keandalan sistem kelistrikan PLTU Rembang

dengan perubahan dari sisi pembangkitan serta sisi beban maka

diperlukan sistem pengaman yang lebih sensitif dengan me-review

kembali sistem pengamannya

(4)

Jurusan Teknik Elektro-ITS

SINGLE LINE DIAGRAM

AUX POWER DISTRIBUTION

(5)

Pendahuluan (2)

TUJUAN

1. Mensimulasikan dan mengevaluasi unjuk kerja sistem

berdasarkan permasalahan yang dihadapi (analisa

hubung singkat dan koordinasi rele pengaman).

2. Mendapatkan setelan dan koordinasi pengaman arus

(6)

Pendahuluan (3)

Permasalahan yang dibahas dalam Tugas Akhir ini

• Bagaimana sistem kelistrikan PLTU Rembang dan berapa besar arus gangguan yang dapat terjadi pada sistem kelistrikan tersebut.

• Studi koordinasi rele pengaman pada sistem proteksi beban auxiliary di PLTU Rembang setelah penggabungan bus 6.3 kV antara bus unit station unit 1 dengan bus unit station unit 2

BATASAN MASALAH

• Analisa sistem tenaga yang dilakukan meliputi : Analisa hubung singkat

• Koordinasi rele pengaman Jenis rele pengaman yang digunakan adalah over current relay dan ground fault relay.

• Simulasi menggunakan software ETAP 7.0.0 • Studi kasus dilaksanakan di PLTU Rembang.

(7)

DAFTAR ISI



PENDAHULUAN



TEORI PENUNJANG



SISTEM KELISTRIKAN



PERHITUNGAN DAN ANALISA

(8)

Teori Penunjang



Rele Arus Lebih (Over Current Relay)



Syarat Rele Pengaman



Setting Rele Pengaman

(9)

Rele Arus Lebih

Merupakan jenis rele yang bekerja

berdasarkan besar arus masukan, dan

apabila besarnya arus masukan

melebihi dari setting (Ip) maka rele

arus lebih bekerja. Berdasarkan

karakteristik waktuya rele arus lebih

dibedakan atas 3 jenis yaitu

:

Instantaneous Rele

Definite Rele

Inverse Rele

Gambar Karakterisrik arus lebih

(10)

Setting Rele Pengaman

Ada dua hal utama yang perlu diperhatikan pada pengaturan rele yaitu: 1. Setting Arus

Pada dasarnya batas penyetelan rele arus lebih adalah rele tidak boleh bekerja pada saat beban maksimum. Arus settingnya harus lebih besar dari arus beban maksimumnya. Arus penyetelan pun harus memperhatikan kesalahan pick up sesuai dengan British Standard Pick Up = 1.05 s/d 1.3 Inominal

Dalam setting juga harus memperhatikan batasan maksimum, untuk alasan keamanan dan back Up hingga sisi downstream ditetapkan :

Ipp ≤ 0.8 Isc minimum

Dengan pedoman diatas seting arus yang digunakan pada study adalah: 1,05 IFLA ≤ Iset ≤ 0,8 Isc minimum

(11)

Setting Rele Pengaman

2. Setting Waktu

Penyetelan waktu kerja rele terutama dipertimbangkan terhadap kecepatan dan

selektivitas kerja dari rele, sehingga rele tidak salah operasi, yang dapat menyebabkan tujuan pengaman tidak berarti. Untuk setting waktu sesuai standard IEEE 242 yaitu:

Waktu terbuka Circuit beaker : 0,04 – 0,1 s (2-5 Cycle) Overtravel dari rele : 0,1 s

Faktor Keamanan : 0,12 – 0,22 s

Untuk rele static dan rele digital berbasis microprocessors overtravel time dari rele dapat diabaikan.

Sehingga total waktu = 0,2 -0,4 s

3. Persamaan Time Dial untuk Normal Invers :

Teori Penunjang (2)

1 0,02 D x 0,14 − =         Iset fault I t

(12)

Rele Gangguan Tanah (Ground Fault Relay)

Cara kerja residual CT yaitu memanfaatkan sistematika kerja arus tidak

seimbang.

Iresidu = Ia+Ib+Ic

I

_r

merupakan arus residu hasil penjumlahan vektor dari masing-masing arus fasa

yaitu dari I

_A,

I

_B

, dan I

_C

. Kemudian arus residu ini diset dalam nilai tertentu,

sehingga jika dalam kondisi tertentu yaitu ada gangguan dan melebihi nilai set

dari arus residu maka rele ini akan bekerja

Residual CT

Teori Penunjang (3)

(13)

Syarat-syarat Rele Pengaman

Untuk menjamin keandalan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan yaitu: - Kecepatan Bereaksi

Kecepatan bereaksi rele adalah saat rele mulai merasakan adanya gangguan sampai dengan pelaksanaan pembukaan pemutus tenaga (circuit breaker).

- Kepekaan Operasi ( sensitivity )

Pada prinsipnya rele harus cukup peka sehingga dapat mendeteksi gangguan di kawasan pengamanannya meskipun dalam kondisi yang memberikan rangsangan yang minimum - Selektif ( selectivity )

Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin yaitu hanya seksi yang terganggu saja yang menjadi kawasan pengamanan utamanya

- Keandalan ( reliability

Pengaman harus handal terhadap adanya gangguan, sehingga dapat melindungi peralatan.

- Ekonomis

Penggunaan rele selain memenuhi syarat diatas, juga harus disesuaikan dengan harga peralatan yang diamankan.

(14)

DAFTAR ISI



PENDAHULUAN



TEORI PENUNJANG



SISTEM KELISTRIKAN



PERHITUNGAN DAN ANALISA

(15)

SISTEM KELISTRIKAN PLTU Rembang,

jawa tengah

(16)

(17)

(18)

Analisa Aliran Daya

• Besar arus yang mengalir yang diperoleh dari

simulasi aliran daya digunakan untuk menentukan

setting relay arus lebih yang digunakan sebagai

pengaman di busbar atau switchgear.

• Sedangkan untuk generator, trafo dan motor dapat

diketahui dengan melihat nilai Full Load Ampere

(FLA) yang berada pada rating-nya.

(19)

Analisa Hubung Singkat

• Pada kondisi normal, 2 konfigurasi yang mewakili hubung

singkat minimum dan maksimum, yaitu:

 Hubung singkat minimum : Salah satu generator dalam keadaan tidak

beroperasi (off) dan yang satu posisi beroperasi(on)

 Hubung singkat maksimum : pada saat semua generator 1 dan 2

beroperasi (on) .

(20)

Pemilihan Setting koordinasi yang digunakan pada

PT. ANTAM

(21)

Tabel Arus Hubung Singkat

ARUS HUBUNG SINGKAT

Bus Isc max 4 Cycle Isc min 30 cycle

ID kV kA kA bus 232 20 60.094 52.28 10bba10 6.3 57.095 36.2 00BCC10 6.3 28.626 22.246 00BHC10 0.38 22.909 21.131 SWBD 6.3 57.095 36.2 Bus MTR idf 6.3 32.812 14.579 Bus 234 6.3 27.433 21.478 bus 236 20 60.094 52.28 00BCA10 6.3 57.095 36.2

(22)

Tabel Setting rele Tipikal 1A

Page 23

Rele Type CT ratio

Existing

Curve Tap (I>) Time dial (t>) Inst (I>>) Delay(t>>)

Rele MTR IDF ABB REM 543 300/1 Definite

time 5 0.05 Not used Not used Rele MB RB1 ABB REX 521 800/5 NI 2 0.24 Not used Not used

(23)

Setting rele dari bus Motor ID fan hingga Trafo UAT 1

(Typical 1a)

0.05 s 0.584 s 0.855 s

setelan pickup overload rele mtr idf 6.3kv tidak di

gunakan. Hal tersebut sangat berisiko dikarenakan tidak ada pengaman overload pada motor tersebut sehingga akan mempengaruhi life time dari motor

= Rele utama trip = Back-Up Rele utama

grading time yang terlalu

lama antara rele MTR IDF dengan rele MB_RB1 yaitu selama 0,584 detik karena fungsi instans pada rele tidak digunakan karena

Berdasarkan standar IEEE Std 242-1986 (batas waktu kerja antara dua buah rele : 0,2 s – 0,4 s).

(24)

Tabel Resetting rele Tipikal 1A

Page 25

Rele Type CT ratio

reseting

Rele MTR IDF ABB REM 543 300/1 NI 1.1 0.94 6 0.1

Rele MB RB1 ABB REX 521 800/5 NI 1.1 0.68 2.6 0.4

(25)

Setting rele dari bus Motor ID fan hingga Trafo UAT 1

(Typical 1a)

0.1 s 0.4 s 1 s

Pengaturan time overcurrent

pick up pada rele motor ID fan

di set sesuai dengan full load ampere motor tersebut sehingga dapat melindungi motor dari bahaya overload. Hasil

penyesuaian arus beban penuh ini telah sesuai Standard BS

142-1983 batas penyetelan

antara 1,05 – 1,3 I_nominal.

Pengaturan time delay untuk rele instans (50) pada rele MTR IDF,rele MB RB1 dan Rele B RB1 yaitu sebesar 0.3s. Hal ini sudah

memenuhi standard IEEE 242 yaitu antara 0.2-04 s

(26)

Tabel Setting rele Tipikal 1B

Page 27

Rele Type CT ratio

Existing

RelayB_RB1 ABB REX 521 4000/1 NI 0.9 0.26 Not used Not used

Relay TR RB1 Areva Micom

P122 2500/1 IEC-SI 0.69 0.5 1.05 0.3 Relay 10STG1 Areva Micom

(27)

Setting rele dari bus 10BBA10 hingga generator

(Typical 1b)

0.3 s

rele TR_RB1 akan trip

terlebih dahulu ketika terjadi gangguan hubung singkat minimum di Bus 10BBA10 perlu diperbaiki .karena Kurva Rele B_RB1 overlap dengan kurva Rele TR_RB1

0.82 s

Kurva koordinasi setting eksisting rele 10STG1 disetting diatas damage curve Generator

STG1 sehingga bila terjadi hubung singkat di bus 232

maka rele tidak mampu

mengamankan Generator

sehingga dapat menyebabkan generator rusak.

koordinasi waktu antara rele utama TR RB1dan rele back up 10STG10 perlu diperbaiki. Jika terjadi gangguan maka akan trip bersamaan.

(28)

Tabel Resetting rele Tipikal 1

Page 29

Rele Type CT ratio

Existing

RelayB_RB1 ABB REX 521 4000/1 NI 0.65 0.54 2.2 1

Relay TR RB1 Areva Micom

P122 2500/1 IEC-SI 0.62 0.45 11 0.1 Relay 10STG1 Areva Micom

(29)

Setting rele dari bus 10BBA10 hingga generator

(Typical 1b)

1.24 s

mengaktifkan setelan kurva

instantenous (50) pada rele B_RB1

ini dapat mengamankan transformator TR UAT1 dari gangguan hubung singkat minimum pada bus 10BBA10 di daerah

outgoing transformator TR UAT1.

1 s

rele 10STG1 disetting diatas FLA dan berada dibawah damage curve

generator sehingga mampu mengamankan generator STG1 bila terjadi gangguan hubung singkat maksimum di bus 232. Sehingga generator STG1 dapat beroperasi full load dengan aman

Pengaturan time delay untuk rele

instantaneous (50) pada rele

10STG1 dan TR RB1 yaitu sebesar 0.3s. Hal ini sudah memenuhi

standard IEEE 242 yaitu antara

(30)

Setting rele dari bus 237 hingga bus 00BCC10

(Typical 2a)

Page 31 0.03 s

0.35 s

dapat dilihat bahwa penggunaan rele CHL TR 1A digunakan sebagai rele back-up mempunyai

time difference sebesar 0,773s dengan ACB chl10. standard IEEE

Std 242-1986 (batas waktu kerja

antara rele utama dan rele back-up : 0,2 s – 0,4 s),

1.1 s

0.35s

1.1 s

= Rele utama trip = Back-Up Rele utama setelan pickup rele ACB chl10 berada disebelah kiri FLA trafo CHLORINE 1A. Artinya setelan

pickup rele ACB chl10 ini di bawah arus full load trafo CHLORINE 1A, sehingga akan

trip ketika arus yang mengalir

besarnya mendekati arus beban penuh trafo tersebut.

(31)

Resetting rele dari bus 237 hingga bus 00BCC10

(Typical 2a)

0.07 s 0.35 s

Pengaturan lowset rele CHL TR 1a diatur berdasarkan arus beban penuh pada incoming transformator CHLORINE1A. Kurva Pengaturan kurva definite (rele 50) pada rele CHL TR 1a ini harus dapat mengamankan transformator CHLORINE1A dari gangguan hubung singkat seketika, dan daerah inverse (rele 51) digunakan sebagi back up dari rele ACB CHL10, sehingga transformator CHLORINE1A dalam kondisi aman. karena rele CHL TR 1a yang digunakan sebagai rele back-up mempunyai time difference dengan

definite rele ACB CHL10sebesar

0,217 s

0.56 s

0.35s

0.56 s

Pengaturan arus beban penuh rele ACB chl10 disesuaikan dengan arus beban penuh pada sisi outgoing tranformator CHLORINE1A. sehingga rele tidak akan trip saat dibebani full load karena hal tersebut bukan merupakan gangguan. Hasil penyesuaian arus beban penuh ini telah sesuai Standard

BS 142-1983 batas penyetelan

(32)

Tabel Setting rele Tipikal 2b

Page 33

Rele Type CT ratio

Existing

RelayB_RB1 ABB REX 521 4000/1 NI 0.9 0.26 Not used Not used

Rele CHL TR 1a ABB REX 521 600/5 NI 0.3 0.4 3 0.1

Rele CHL Tie I/C ABB REX 521 1250/5 NI 1.3 0.15 Not used Not used

(33)

Setting rele dari bus 234 hingga Trafo UAT1

(Typical 2b)

0.67s

0.398 s

koordinasi yang kurang tepat antara rele CHL TR 1A dengan rele CHL TIE I/C, Berdasarkan analisa kurva koordinasi di atas, pada saat terjadi gangguan short circuit minimum bus 234 rele yang bekerja terlebih dahulu seharusnya yang paling dekat pada gangguan yaitu rele CHL TR 1A namun pada kurva disamping dapat dilihat bahwa koordinasi rele kurang tepat karena rele yang bekeja saat gangguan pada bus 234 adalah rele CHL TIE I/C

(34)

Tabel ReSetting rele Tipikal 2B

Page 35

Rele Type CT ratio

RESETING

RelayB_RB1 ABB REX 521 4000/1 NI 0.65 0.54 2.2 1

Rele CHL TR 1a ABB REX 521 600/5 NI 0.35 0.14 3 0.1

Rele CHL Tie I/C ABB REX 521 1250/5 NI 1.2 0.22 5.2 0.4

(35)

Resetting rele dari bus 234 hingga Trafo UAT1

(Typical 2b)

0.7s

0.4 s

setelan instantaneous

digunakan agar bila terjadi gangguan segera dapat dibatasi dan dilokalisir. Selain itu koordinasi pengaman backup juga sudah tidak lagi overlap, Grading

time juga diberikan sebesar

0,3 detik sehingga adanya

miss-coordination ketika terjadi gangguan hubung singkat dapat dihindari

0.1 s 1 s

(36)

Setting rele dari penggabungan bus 6,3 kV

Page 37 0.7 s

1 s

Pengaturan arus beban penuh rele FTR RB1 disesuaikan dengan arus beban penuh yang melewati rele tersebut(outgoing Trafo UAT). Hasil penyesuaian arus beban penuh ini telah sesuai

Standard BS 142-1983 batas penyetelan antara 1,05

– 1,3 I_nominal. Pengaturan time delay untuk rele

difinite (50) pada rele B RB1 dan B RB2 dengan

FTR RB1 yaitu sebesar 0.3s. pengaturan time delay tersebut agar tidak terjadi trip secara bersamaan sehingga suplai daya tetap terjaga

(37)

(38)

1 s

setting rele GFR dari bus 234 hingga Trafo UAT1

Page 39 0.7s

0.4 s

Dengan dipasangnya NGR tersebut apabila terjadi gangguan hubung singkat phasa ke tanah pada sistem 6,3 kV, arus akan dibatasi oleh NGR sebesar 300 A. Apabila terjadi hubung singkat di bus 234 sebesar 300 A maka Rele CHL TR 1a merupakan pengaman utama nya, sedangkan jika gagal maka pengaman cadangannya ialah Rele CHL Tie I/C akan trip setelah 0,4 s. kemudian secara berurutan bila terjadi kegagalan dalam melokalisir gangguan maka rele SSB Tie I/C akan trip setelah 0,7 s di ikuti dengan rele B RB1 akan trip setelah 1 s.

(39)

Setting rele dari bus 10BBA10 hingga generator

(Typical 1b)

(40)

Setting rele dari bus 10BBA10 hingga generator

(Typical 1b)

Page 41 0.4 s

0.1 s

Dengan dipasangnya NGR apabila terjadi gangguan hubung singkat phasa ke tanah pada sistem 20 kV, arus akan dibatasi oleh NGR sebesar 400 A.

Apabila terjadi hubung singkat sebesar 400 A pada hubung singkat antara Generator STG1 hingga primary Trafo TR UAT1 , maka rele 10STG1 akan trip setelah 0.4 s, karena rele tersebut merupakan back up dari CB yang berada pada

terminal primary Trafo TR UAT1 yang akan trip 0.1 s, , mulai dari

pick-up sampai kotak CB terbuka.

Berdasarkan IEEE 242 yaitu 0,2-0,4 .

(41)

DAFTAR ISI



PENDAHULUAN



TEORI PENUNJANG



SISTEM KELISTRIKAN



PERHITUNGAN DAN ANALISA

(42)

Kesimpulan(1)

Berdasarkan hasil studi dan analisis koordinasi rele pengaman pada PLTU Rembang yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Terdapat beberapa setelan rele yang belum tepat dan koordinasi yang kurang baik, terutama pada setelan pickup dan grading time antar rele pengaman. Pada beberapa rele, setelan pickup kurva inversnya masih menyentuh arus full load beban. Hal ini dapat menyebabkan rele tersebut trip meski tidak terjadi gangguan.

2. Terdapat setelan instan pada beberapa rele yang belum maksimal, karena belum mencakup seluruh level arus hubung singkat. Hal ini mengakibatkan rele tidak dapat bekerja secepat mungkin untuk mengamankan peralatan ketika terjadi gangguan hubung singkat minimum.

3. Terdapat setelan overload pada beberapa rele motor yang belum di fungsikan,. Hal ini mengakibatkan rele tidak dapat mendeteksi adaya kelebihan beban pada motor sehingga akan mengurangi lifetime dari peralatan tersebut karena dibebani penuh secara terus menerus

4. Grading time yang diberikan terlalu lama, yakni 0,584 detik. Hal ini dapat membahayakan bus yang mengalami gangguan dan membahayakan bus yang lain karena terlalu lama mengisolasi system yang mengalami gangguan

(43)

5. Karena koordinasi rele-rele eksisting yang ada kurang sempurna dan tidak terkoordinasi dengan baik. Maka perlu dilakukan pengaturan rele (resetting) sesuai dengan perhitungan dan dikoordinasikan agar sistem bekerja secara optimal tidak mengganggu kestabilan sistem. 6. Pada koordinasi ground fault relay, Untuk meningkatkan sensitivitas dan selektivitas dalam

mengenali gangguan maka untuk memperbaiki sensitivitas direkomendasikan untuk CT Ground untuk diganti dengan yang lebih kecil yaitu sebesar 300/5. Selain itu penggantian nilai CT ground yang sama dalam satu feeder dapat mempermudah dalam koordinasi rele.

(44)

TERIMA KASIH

(45)

Koreksi untuk rele tipikal 1B

rele 10stg1

(46)

Cara mensetting rele biru(B RB1) dan rele

hijau (TR RB1)

•  RelayB_RB1

• Jenis Rele = ABB Rex 521 • Kurva = Standard Inverse • Isc max 4 cycle Bus 10BBA10, 6.6 kV = 56072A • Isc min 30 cycle Bus 10BBA10, 6.6 kV = 36394A

• CT = 4000/1

• FLA (sisi sekunder TR-UAT) = 2291 A

(47)

•  Relay TR RB1

• Jenis Rele = Areva Micom P122 • Kurva = Standard Inverse • Isc max 4 cycle Bus 10BBA10, 6.3 kV = 56072 A

• di konversi ke 20 kV = 56072

• =17662,68 A

• Isc min 30 cycle Bus 236, 20 kV = 52297A

• CT = 2500/1

(48)

• Penyetelan Rele Arus Lebih Instan

• Pertimbangan dalam penentuan nilai pickup instan dapat didasarkan pada karakteristik peralatan yang dilindungi seperti yang dijelaskan sebagai berikut :

Untuk pengaman feeder yang dipisahkan oleh trafo, koordinasi pengaman dibedakan menjadi dua daerah, yakni daerah low voltage (LV), dan

daerah high voltage (HV) [12]. Dua daerah yang dipisahkan trafo tersebut dapat dilihat pada Gambar

• Adapun setelan pickup instan pada tipe koordinasi di atas dapat harus memenuhi syarat berikut [12]:

I_{sc max bus B} ≤ Iset 0.8 I_{sc min, A}

……….….…….(7)

Page 50 Isc A Isc B A B CT CT

(49)

• Kenapa NGR-nya di ganti 300?

• Yang saya ganti bukan NGR nya tetapi nilai CT ground yaitu

300/5 tujuannya untuk memperbaiki sensitivitas dan

selektivitas dalam mengenali gangguan dan untuk

mempermudah dalam koordinasi rele GFR

(50)

• 30 Ampere itu apakah tidak terlalu kecil?line

charging kamu hitung tidak?siapkan untuk

besok pertimbanganmu apa?

• Menurut saya nilai tersebut tidaklah terlalu kecil karena

menurut slide dari Bp Wahyudi sudah ditetapkan 5-10% dan

untuk pertimbangan dari line charging perlu diperhatikan

namun pada kasus tugas akhir ini nilai line chargingnya kecil

karena jarak nya pendek hanya dalam lingkup pemakaian daya

sendiri beda halnya dengan sistem transmisi yang jaraknya

sangat jauh sehingga line charging perlu diperhatikan

(51)

Setting rele arus lebih

• Gangguan beban lebih

I

pp

= (110 -120)% I

n

• Gangguan hubung singkat ketanah

(52)

Perhitungan line charging

Page 54 Ԑ=8.85.10-12 _F/meter K=kontanta XLPE(2,3-6) r(jari-jari) =9,7=10mm(dibulatkan) R(jari-jari terluar)=12mm

I

_ch

=2π x 50 x 1,83.10

-9 = 1,83

.10

-9 =2,09.10-3A/meter