STUDI KOORDINASI PROTEKSI SISTEM KELISTRIKAN PADA PT MEDCO ENERGI SINGA GAS FIELD LEMATANG BLOCK

(1)

TUGAS AKHIR – TE 141599

STUDI KOORDINASI PROTEKSI SISTEM KELISTRIKAN PADA PT MEDCO ENERGI SINGA GAS FIELD LEMATANG BLOCK

Imam Suri Tauladan NRP 2215 105 039 Dosen Pembimbing

Dr. Ir. Margo Pujiantara, M.T. Ir. Arif Musthofa, M.T.

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Elektro

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

(2)

TUGAS AKHIR – TE 141599

STUDI KOORDINASI PROTEKSI SISTEM KELISTRIKAN

PADA PT MEDCO ENERGI SINGA GAS FIELD

LEMATANG BLOCK

Imam Suri Tauladan NRP 2215 105 039 Dosen Pembimbing

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Elektro

(3)

FINAL PROJECT – TE 141599

PROTECTION COORDINATION STUDIES AT PT MEDCO

ENERGI SINGA GAS FIELD LEMATANG BLOCK

Imam Suri Tauladan NRP 2215 105 039 Advisor

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty of Electrical Technology

(4)

PERNYATAAN KEASLIAN

TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya dengan judul “Studi Koordinasi Proteksi Sistem Kelistrikan pada PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block” adalah benar-benar hasil karya intelektual mandiri, diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diizinkan dan bukan merupakan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri.

Semua referensi yang dikutip maupun dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka. Apabila ternyata pernyataan ini tidak benar, saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku.

Surabaya, Juli 2017

Imam Suri Tauladan NRP. 2215 105 039

(5)

(6)

STUDI KOORDINASI PROTEKSI SISTEM

KELISTRIKAN PADA PT MEDCO ENERGI GAS

FIELD LEMATANG BLOCK

Imam Suri Tauladan

2215105039

Dosen Pembimbing 1 : Dr. Ir. Margo Pujiantara, M.T. Dosen Pembimbing 2 : Ir. Arif Musthofa, M.T.

ABSTRAK

Kegunaan distribusi pada sistem tenaga listrik adalah untuk mendistribusikan energi listrik ke berbagai titik beban. Dalam sistem kelistrikan hal yang tidak dapat dihindari secara total adanya gangguan dan kegagalan sistem yang dapat merugikan produksi perusahaan. Hal inilah bahwa sistem proteksi harus dikoordinasikan agar rele-rele dapat bekerja untuk mendeteksi adanya gangguan. PT Medco E&P lapangan singa di Blok Lematang disuplai oleh PLTG 3x3,6 MW yang selalu dioperasikan dalam kondisi normal. Sejak pengoperasian Singa Gas

Field belum pernah adanya koordinasi proteksi sehingga belum

terjaminya sistem. Untuk terjaminya sistem kelistrikan, harus dilakukan suatu studi koordinasi proteksi pada PT Medco E&P lapangan singa di Blok Lematang. Pada tugas akhir ini membahas studi koordinasi proteksi untuk mengetahui setting rele pengaman arus lebih dan rele pengaman gangguan ke tanah. Dari hasil analisa kondisi eksisting, adanya kesalahan menentukan nilai setting time dial dan time delay. Sehingga diperlukan analisis hubung singkat untuk mendapatkan nilai setting time dial yang tepat. Waktu kerja antara rele utama dan rele

back-up dikoordinasikan sesuai standard IEEE 242 dengan grading time

0,2 – 0,4 s. Dari hasil evaluasi koordinasi proteksi dapat melindungi dari gangguan berupa arus beban lebih dan arus hubung singkat.

Kata kunci : koordinasi proteksi, rele arus lebih, rele gangguan ke tanah

(7)

(8)

iii

PROTECTION COORDINATION STUDIES at PT

MEDCO ENERGI SINGA GAS FIELD LEMATANG

BLOCK

Imam Suri Tauladan 2215105039

1st Advisor : Dr. Ir. Margo Pujiantara, M.T.

2nd Advisor : Ir. Arif Musthofa, M.T.

ABSTRACT

The functions of distribution in power systems are used distribute electrical energy to several load points. In electrical systems that failure systems can’t avoid, it can impair device and affected of company’s productions. That’s why protection systems are necessary, coordination protection in order to relay detect any interferences short circuit. Currently, PT Medco E&P Singa Gas Field Lematang Block was supplied by gas power plant 3x3,6 MW which always operated in normal conditions. Since it was operated, PT Medco E&P Singa Gas Field Lematang Block has never been studied about protection coordination, so that the system has not been established yet. To ensure systems protection is working , should be implemented of protection coordination study in PT Medco E&P Singa Gas Field Lematang Block. In this final project discussing the protection coordination studies to determine setting overcurrent relay and ground fault relay. From the results analysis on existing condition, it has error in determine setting time dial and time delay. Analysis short circuit is necessary to get the value of time dial setting. Time delay between main relay and back-up relay are coordinated based on standard IEEE 242 with grading time 0,2-0,4 s. From the evaluation result the protection coordination can protect from the fault of overload current and short circuit current.

Keywords :protection coordination, overcurrent relay, ground fault relay

(9)

iv

(10)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillaahi Robbil ‘Alamin, segala puji dan syukur kehadirat

Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul: “Studi Koordinasi Proteksi Sistem Kelistrikan pada PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block” Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana pada jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir, terutama kepada :

1. Bapak Salman dan Ibu Erwati. Bang Ulil Amri beserta Kak Ajeng Nabila, Bang Fauzan Azimi beserta Kak Faza Sita, dan Keluarga Besar Bendang yang selalu memberi dukungan doa dan materi. 2. Bapak Dr. Ir. Margo Pujiantara dan Bapak Ir. Arif Musthofa, M.T.

selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan, saran, serta perhatiannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Dr. Ir. Soedibyo,M.M.T selaku dosen wali dan masukan untuk

ilmu-ilmu yang berguna.

4. Seluruh dosen jurusan Teknik Elektro yang telah banyak memberikan ilmu selama penulis menempuh kuliah.

5. Bapak-bapak PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang dan Bapak-bapak PT Inti Karya Persada Teknik yang telah memberikan datanya.

6. Teman-teman di jurusan Teknik Elektro ITS yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terutama rekan-rekan LJ-Power 2015 yang selalu memberikan sumbangan pemikiran serta semangat dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

7. Buat Novella Carita Amelia terimakasih banyak atas dukungan dan motivasinya.

8. Buat teman-teman kost Gebang Wetan 25 C yang selalu menemaniku dalam keadaan senang maupun sedih. Buat arbi, fathur, ady, hanif, calvin, arie, putu, rizky, putra, irfan, adib, tegar, farid, tantowi, dll maaf apabila tidak tersebut. Terutama terimakasih kepada cak dun dan buk dun atas masakan yang telah disediakan.

9. Buat teman-teman Grup Forum TA Pak Margo terimakasih atas kerja samanya.

(11)

10. Seluruh karyawan dan staf pegawai di Departemen Teknik Elektro – FTE ITS yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.

Besar harapan penulis bahwa buku Tugas Akhir ini dapat memberikan informasi dan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro pada khususnya.

Surabaya, Juli 2017

(12)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

LEMBAR KEASLIAN TUGAS AKHIR HALAMAN PENGESAHAN

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... iii

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR GAMBAR ... ix DAFTAR TABEL ... xi BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 1 1.3 Tujuan ... 2 1.4 Batasan Masalah ... 2 1.5 Metodologi ... 2 1.6 Sistematika Penulisan ... 5

1.7 Relevansi dan Manfaat ... 6

BAB II KOORDINASI PROTEKSI PADA SISTEM KELISTRIKAN ... 7

2.1 Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik ... 7

2.1.1 Gangguan Beban Lebih ... 7

2.1.2 Gangguan Hubung Singkat ... 8

2.2 Rele Pengaman pada Sistem Tenaga Listrik ... 10

2.3 Rele Arus Lebih... 11

2.3.1 Rele Arus Lebih Waktu Seketika ... 13

2.3.2 Rele Arus Lebih Waktu Tertentu... 13

2.3.3 Rele Arus Lebih Waktu Terbalik... 14

2.4 Setting Rele Arus Lebih ... 14

2.4.1 Setting Rele Arus Waktu Terbalik ... 15

2.4.2 Setting Rele Arus Lebih Waktu Seketika ... 16

2.5 Ground Fault Relay ... 16

(13)

CHAPTER III ELECTICAL SYSTEM OF PT MEDCO ENERGI

SINGA GAS FIELD LEMATANG BLOCK ... 19

3.1 Electrical System of PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block ... 19

3.2 Electricity Generation Capacity ... 19

3.3 Distribution System of PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block ... 20

CHAPTER IV SIMULATION RESULTS AND PROTECTION COORDINATION ANALYSIS AT PT MEDCO ENERGI SINGA GAS FIELD LEMATANG BLOCK ... 29

4.1 PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block Electrical System Modeling ... 29

4.2 Short Circuit Current Analysis ... 29

4.2.1 Short Circuit Minimum Analysis ... 29

4.2.2 Short Circuit Maxmum Analysis ... 30

4.3 Selection of Typical Coordination Protection at PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block ... 31

4.4 Overcurrent Relay Coordination Phase Fault ... 33

4.4.1 Overcurrent Relay Coordination Phase Fault Typical 1 .. 33

4.5 Coordination Ground Fault Relay ... 95

4.5.1 Coordination Ground Fault Relay Typical 1 ... 96

CHAPTER V FINALITY ... 103 5.1 Conclusion ... 103 5.2 Suggestion ... 103 BIBLIOGRAPHY ... 105 APPENDIX ... 107 BIOGRAPHY ... 115

(14)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Flowchart Metodologi ... 5

Gambar 2.1 Rangkaian Hubung Singkat 3 Fasa ... 8

Gambar 2.2 Rangkaian Hubung Singkat 2 Fasa ... 8

Gambar 2.3 Rangkaian Hubung Singkat 2 Fasa ke Tanah... 9

Gambar 2.4 Rangkaian Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah... 9

Gambar 2.5 Kurva Periode Gangguan Hubung Singkat ... 10

Gambar 2.6 Blok Diagram Rele ... 11

Gambar 2.7 Blok Diagram Rele Arus Lebih ... 12

Gambar 2.8 (a) Karakteristik Instantaneous Relay; (b) Karakteristik Definite Relay; (c) Karakteristik Inverse Relay ... 13

Gambar 2.9 Karakteristik Arus Lebih Waktu Seketika ... 13

Gambar 2.10 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Tertentu ... 13

Gambar 2.11 (a) Karakteristik Kurva Invers pada Standar ANSI; (b) Karakteristik Kurva Invers pada Standar IEC ... 14

Gambar 2.12 Rele Arus Lebih yang dipisahkan Trafo ... 16

Gambar 2.13 Skema Rele Ground Fault ... 17

Gambar 3.1 Single Line Diagram PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang ... 28

Gambar 4.1 Pemilihan Tipikal pada Sistem Kelistrikan PT Medco Energi Singa Gas di Blok Lematang ... 32

Gambar 4.2 Koordinasi Tipikal 1 ... 33

Gambar 4.3 Plot Kurva TCC Tipikal 1 Kondisi Existing ... 35

Gambar 4.4 Simulasi Gangguan Hubung Singkat pada Tipikal 1 .... 36

Gambar 4.5 Plot Kurva TCC Tipikal 1 Kondisi Resetting ... 43

Gambar 4.7 Plot Kurva TCC Tipikal 2 Kondisi Existing ... 48

Gambar 4.9 Plot Kurva TCC Tipikal 2 Kondisi Resetting ... 58

Gambar 4.11 Plot Kurva TCC Tipikal 3 Kondisi Existing ... 63

Gambar 4.13 Plot Kurva TCC Tipikal 3 Kondisi Resetting ... 70

Gambar 4.15 Plot Kurva TCC Tipikal 4 Kondisi Existing ... 73

(15)

Gambar 4.17 Plot Kurva TCC Tipikal 4 Kondisi Resetting ... 78 Gambar 4.18 Koordinasi Tipikal 5 ... 80 Gambar 4.19 Plot Kurva TCC Tipikal 5 Kondisi Existing ... 81 Gambar 4.20 Simulasi Gangguan Hubung Singkat pada Tipikal 5 . 82 Gambar 4.21 Plot Kurva TCC Tipikal 5 Kondisi Resetting ... 86 Gambar 4.22 Koordinasi Tipikal 6 ... 88 Gambar 4.23 Plot Kurva TCC Tipikal 6 Kondisi Existing ... 89 Gambar 4.24 Simulasi Gangguan Hubung Singkat pada Tipikal 6 . 90 Gambar 4.25 Plot Kurva TCC Tipikal 6 Kondisi Resetting ... 94 Gambar 4.26 Koordinasi Ground Fault Relay Tipikal 1 ... 96 Gambar 4.27 Simulasi Gangguan Hubung Singkat pada

Koordinasi GFR Tipikal 1 ...97 Gambar 4.28 Plot Kurva TCC GFR Tipikal 1 Kondisi Existing ... 98 Gambar 4.29 Plot Kurva TCC GFR Tipikal 1 Kondisi Resetting . 101

(16)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien Inverse Time Dial ... 15

Tabel 3.1 Data Kapasitas Pembangkit PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang ... 19

Tabel 3.2 Data Bus di PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang ... 20

Tabel 3.3 Data Transformator Sistem Distribusi PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang... 20

Tabel 3.4 Data Beban Sistem Distribusi PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang ... 21

Tabel 4.1 Hasil Simulasi Arus Hubung Singkat Minimum ... 30

Tabel 4.2 Hasil Simulasi Arus Hubung Singkat Maksimum ... 30

Tabel 4.3 Tabel Data Existing Koordinasi Rele Tipikal 1 ... 34

Tabel 4.4 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada 35-NAP-681 ... 36

Tabel 4.5 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada 41-MCC-02A ... 37

Tabel 4.6 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada B-P1TR01 ... 37

Tabel 4.7 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada 35-NAP-681 ... 44

Tabel 4.8 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada 41-MCC-02A ... 44

Tabel 4.9 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada B-P1TR01 ... 44

Tabel 4.10 Tabel Data Existing Koordinasi Rele Tipikal 2 ... 46

Tabel 4.11 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada 41-PDB-02... 49

Tabel 4.12 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Bus 41-MCC-03-EMERGENCY... 50

Tabel 4.13 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Bus 41-MCC-02B .... 51

Tabel 4.14 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Bus B-P1TR02 ... 51

Tabel 4.15 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada 41-PDB-02... 59

(17)

Tabel 4.16 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Bus

41-MCC-03-EMERGENCY... 59 Tabel 4.17 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting

Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Bus 41-MCC-02B .... 60 Tabel 4.18 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing

Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Bus B-P1TR02 ... 60 Tabel 4.19 Tabel Data Existing Koordinasi Rele Tipikal 3 ... 62 Tabel 4.20 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing

Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Bus 10-PDB-01 ... 64 Tabel 4.21 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing

Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Bus B-P110TR01 atau Sisi HV Trafo 10-TR-01 ... 65 Tabel 4.22 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting

Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Bus 10-PDB-01 ... 69 Tabel 4.23 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting

Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Bus B-P110TR01 atau Sisi HV Trafo 10-TR-01 ... 70 Tabel 4.24 Tabel Data Existing Koordinasi Rele Tipikal 4 ... 72 Tabel 4.25 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing

Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada Motor

35-PBAM-331C ... 74 Tabel 4.26 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting

35-PBAM-331C ... 79 Tabel 4.27 Tabel Data Existing Koordinasi Rele Tipikal 5 ... 80 Tabel 4.28 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing

35-PBAM-334A ... 82 Tabel 4.29 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting

35-PBAM-334A ... 87 Tabel 4.30 Tabel Data Existing Koordinasi Rele Tipikal 6 ... 88 Tabel 4.31 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing

35-CBEM-325A ... 90 Tabel 4.32 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting

(18)

Tabel 4.33 Tabel Data Existing Koordinasi Rele GFR Tipikal 1... 96 Tabel 4.34 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing

Saat Tejadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah pada

Motor 35-PBAM-331B ... 99 Tabel 4.35 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Resetting

Saat Tejadi Gangguan 1 Fasa ke Tanah pada

(19)

(20)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kegunanaan distribusi pada sistem tenaga listrik adalah untuk mendistribusikan energi listrik ke berbagai titik beban. Untuk terjaminnya sistem tenaga listrik harus didesain dan dikelola dengan baik, sehingga dapat mendistribusikan energi listrik yang efisien. Dalam sistem kelistrikan hal yang tidak dapat dihindari secara total adanya gangguan dan kegagalan sistem, semakin luas sistem berarti kemungkinan terjadinya gangguan dan kegagalan semakin meningkat. Oleh karena itu sistem proteksi harus diperhatikan dalam sistem tenaga listrik. Dalam sistem tenaga listik permasalahan yang sering timbul adanya gangguan (fault) yang mengakibatkan kerusakan peralatan bahkan dapat merugikan produksi perusahaan. Untuk itu dalam sistem kelistrikan pada industri diperlukan sistem proteksi yang didesain agar rele-rele dapat bekerja untuk mendeteksi adanya gangguan.

PT. Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang disuplai oleh PLTG 3x3,6 MW yang selalu dioperasikan dalam kondisi normal. PT. Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang salah satu penghasil gas terbesar. Untuk menjaga kontinuitas pasokan daya pada PT. Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang, maka koordinasi proteksi sistem kelistrikan harus benar-benar baik sehingga diperlukan setting

interrupting device yang benar dengan menggunakan metode

konvensional. Sejak pengoperasian Singa Gas Field belum pernah adanya studi koordinasi proteksi sehingga belum terjaminnya sistem, untuk itu diperlukan “Studi Koordinasi Proteksi” bertujuan untuk meningkatkan keandalan sistem memperoleh setting interrupting device yang benar sehingga rele dapat memilih dan mengisolasi hanya bagian sistem yang mengalami gangguan dan menjaga bagian lainnya tetap beroperasi.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah : 1. Sejak pengoperasian Singa Gas Field belum pernah adanya studi koordinasi proteksi.

2. Analisa short circuit sistem kelistrikan PT. Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang.

(21)

3. Koordinasi proteksi untuk menjamin sistem kelistrikan PT. Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang.

1.3 Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dari tugas akhir ini adalah :

1. Memodelkan, mensimulasikan dan menganalisis sistem kelistrikan PT. Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang. 2. Melakukan studi koordinasi proteksi rele arus lebih fasa (50/51) untuk memperoleh setting interrupting device sehingga dapat memilih dan mengisolasi hanya bagian sistem mengalami gangguan dan menjaga bagian yang lainnya tetap beroperasi. 3. Melakukan studi koordinasi proteksi rele pengaman gangguan ke tanah (50G/51G).

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah : 1. Koordinasi proteksi rele arus lebih fasa (50/51). 2. Koordinasi proteksi ground fault relay (50/51 G). 3. Metode yang digunakan adalah metode konvensional.

1.5 Metodologi

Dalam tugas akhir ini metode yang digunakan adalah Pengerjaan tugas akhir ini akan dilakukan melalui beberapa tahap, yaitu adalah sebagai berikut :

1. Studi Literatur

Studi literatur perlu dilakukan untuk menunjang penguasaan tentang pengumpulan pustaka untuk dipelajari dalam pengerjaan penelitian tugas akhir. Teori – teori penunjang seperti studi analisis aliran daya, analisis hubung singkat,pengaman sistem tenaga listrik dan metode konvensional koordinasi proteksi. 2. Pengumpulan Data

Data yang dibutuhkan dalam pekerjaan tugas akhir ini adalah data sekunder sistem kelistrikan PT. Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang. Adapun data yang diperlukan adalah data rating kabel, transformator, generator, motor, bus, rele dan sistem pentanahan akan digunakan dalam pemodelan sistem pada simulasi

(22)

Pada tahap ini melakukan pemodelan Single Line Diagram dan memasukan data peralatan dengan menggunakan software ETAP 12.6.

4. Simulasi dan Analisa Eksisting

Dalam tahap ini melakukan simulasi load flow dan short circuit pada kondisi eksisting sistem kelistrikan PT. Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang dengan menggunakan ETAP 12.6. Hasil dari analisa aliran daya untuk mengetahui aliran daya pada sistem kelistrikan. Analisa short circuit digunakan untuk perhitungan koordinasi rele. Nilai arus hubung singkat yang dibutuhkan adalah nilai arus hubung singkat maksimum dan nilai hubung singkat minimum.

Selanjutnya melakukan simulasi,menganalisa, dan plot kurva TCC koordinasi proteksi rele arus lebih fasa dan rele arus lebih gangguan ke tanah. Apabila urutan dan waktu kerja rele tidak sesuai standar IEEE 242 maka koordinasi perlu dievaluasi. 5. Evaluasi dan Resetting Rele

Dalam tahap ini adanya evaluasi pada koordinasi rele sehingga adanya perhitungan setting rele. Perhitungan setting rele pada tugas akhir ini menggunakan metode konvensional. Untuk menentukan T (time dial) dan t (tripping time) berdasarkan standart IEC 255-3 dan BS-142.

Dalam perhitungan setting rele arus lebih gangguan fasa akan dihitung time overcurrent pickup, time dial, instantaneous pickup, dan time delay. Pada perhitungan rele gangguan ke tanah memperhatikan sistem pentanahan yang digunakan pada trafo dan generator.

6. Analisis Simulasi dan Plot Kurva TCC Resetting

Setelah adanya evaluasi perlu dilkaukan simulasi dan plot kurva TCC koordinasi untuk mengetahui apakah setting rele telah sesuai dengan standar.

7. Penarikan Kesimpulan

Memberikan kesimpulan mengenai koordinasi proteksi sistem kelistrikan PT. Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang berdasarkan kondisi-kondisi yang ada.Alur metodologi penyelesaian tugas akhir ini dapat digambarkan dalam flowchart Gambar 1.1.

(23)

YA

TIDAK

Studi Literatur Start

Pengumpulan Data Sistem Kelistrikan

Pemodelan sistem dalam bentuk Single Line Diagram pada Software simulasi menggunakan ETAP 12.6

Melakukan Analisis Load Flow dan Short Circuit minimum 30 cycle, maksimum 1/2, 4, dan 30 cycle,

dan short circuit ke tanah

Simulasi dan Analisa Koordinasi Over Current Relay (51/50), Ground Fault Relay (51G/50G), dan Plot

Kurva TCC Kondisi Eksisting

Koordinasi Sesuai Standar

(24)

Gambar 1.1 Flowchart Metodologi

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam tugas akhir ini terdiri atas 5 bab dengan uraian sebagai berikut :

BAB 1 : PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang penjelasan mengenai latar belakang, permasalahan, tujuan, batasan masalah, metodelogi pengerjaan, dan sistematika penulisan.

TIDAK

YA

Evaluasi dan Resetting Rele

Simulasi dan Analisa Koordinasi Over Current Relay (51/50), Ground Fault Relay (51G/50G),

dan Plot Kurva TCC Kondisi Resetting

Koordinasi Sesuai standar

Pembuatan Laporan

(25)

BAB 2 : KOORDINASI PROTEKSI PADA SISTEM TENAGA LISTRIK

Bab ini secara garis besar menjelaskan mengenai teor-teori yang berkaitan dengan pengerjaan tugas akhir ini.

BAB 3 : SISTEM KELISTRIKAN PT MEDCO ENERGI

SINGA GAS FIELD LEMATANG BLOCK. Bab ini membahas sistem kelistrikan pada PT

Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang.

BAB 4 : SIMULASI DAN ANALISA KOORDINASI

PROTEKSI PADA PT MEDCO ENERGI SINGA GAS FIELD LEMATANG BLOCK.

Pada bab ini membahas mengenai perhitungan koordinasi rele. Dari hasil simulasi diperhatikan kerja koordinasi proteksi yang telah di setting.

BAB 5 : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan yang diperoleh.

1.7 Relevansi dan Manfaat

Hasil yang diperoleh dari tugas akhir ini diharapkan dapat memberi manfaat sebagai berikut :

1. Dapat digunakan sebagai acuan pada koordinasi proteksi rele arus lebih pada sistem kelistrikan PT Medco E&P Lapangan Singa di Blok Lematang.

2. Dapat dijadikan referensi pada penelitian selanjutnya tentang koordinasi proteksi pada sistem kelistrikan industri.

(26)

BAB II

KOORDINASI PROTEKSI PADA SISTEM

KELISTRIKAN

Suatu sistem kelistrikan pada industri diperlukan adanya studi yang membahas tentang koordinasi proteksi. Koordinasi proteksi sangat dibutuhkan untuk melindungi peralatan utama apabila adanya terjadi gangguan hubung singkat, Selain itu koordinasi proteksi dapat memilih dan mengisolasi hanya bagian sistem yang mengalami gangguan sehingga bagian lainnya tetap beroperasi.

2.1 Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik

Gangguan pada sistem tenaga listrik mengakibatkan sistem kelistrikan mengalami keadaan tidak normal. Sumber gangguan pada sistem tenaga listrik berasal dari dalam sistem dan dari luar sistem. Adapun penyebab gangguan yang berasal dari dalam sistem sebagai berikut :

1. Tegangan dan arus abnormal.

2. Kesalahan mekanis karena proses penuaan. 3. Adanya beban lebih.

4. Kerusakan material seperti kerusakan pada isolasi kabel. Untuk gangguan yang berasal dari luar sistem adalah sebagai berikut :

1. Gangguan mekanis seperti adanya human error saat

maintenance.

2. Pengaruh cuaca seperti hujan,angin, serta surja petir. 3. Pengaruh lingkungan seperti pohon,binatang dan

benda-benda asing lainnya.

Dalam sistem distribusi daya listrik terdapat beberapa jenis gangguan, Gangguan tersebut adalah gangguan beban lebih (overload) dan gangguan hubung singkat (short circuit).

2.1.1 Gangguan Beban Lebih

Gangguan beban lebih terjadi apabila arus yang mengalir melebihi arus nominal dari peralatan listrik (I > In). Akibat adanya gangguan beban lebih pada peralatan listrik seperti transformator, generator, motor, dan peralatan listrik lainnya dapat merusak peralatan yang dialiri oleh nilai arus gangguan tersebut [1]

(27)

2.1.2 Gangguan Hubung Singkat

Analisa hubung singkat sangat penting untuk mendesain proteksi, rating circuit breaker, dan koordinasi proteksi suatu sistem tenaga listrik [2]. Gangguan hubung singkat dibagi menjadi dua macam yaitu : gangguan hubung singkat simetri dan asimetri.

1. Gangguan hubung singkat simetri

a. Hubung singkat 3 fasa (L-L-L)

Rangkaian gangguan hubung singkat 3 fasa terlihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Rangkaian Hubung Singkat 3 Fasa

Rumus : Isc = (2.1)

Keterangan :

VLN : tegangan line to netral

X1 : reaktansi urutan positif

2. Gangguan hubung singkat asimetri a. Hubung singkat 2 fasa (L-L)

Rangkaian gangguan hubung singkat 2 fasa terlihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Rangkaian Hubung Singkat 2 Fasa

Rumus : Isc 2ϕ = √ (2.2) Keterangan :

VLL : tegangan line to line

X1 : reaktamsi urutan positif

X2 : reaktansi urutan negatif

b. Hubung singkat 2 fasa ke tanah (2L-G)

Rangkaian gangguan hubung singkat 2 fasa ke tanah terlihat pada Gambar 2.3.

(28)

Gambar 2.3 Rangkaian Hubung Singkat 2 Fasa ke Tanah Rumus : Isc 2ϕ ke tanah =

(2.3)

Keterangan :

X0 : reaktansi urutan nol

X2 : reaktansi urutan negatif

c. Hubung singkat 1 fasa ke tanah (1L-G)

Rangkaian hubung singkat 1 fasa ke tanah terlihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Rangkaian Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah Rumus : Isc 1ϕ ke tanah =

(2.4)

Keterangan :

X0 : reaktansi urutan nol

(29)

Gambar 2.5 Kurva Periode Gangguan Hubung Singkat

Pada Gambar 2.5 menjelaskan bahwa saat terjadi hubung singkat terdapat tiga periode yaitu subtransient, transient, dan steady state [3]. Pada periode subtransient dimana hubung singkat terjadi selama

cycle. Saat subtransient semua mesin yang menyumbang arus diwakili

oleh reaktansi subtransient (X”d). Pada periode transient dimana hubung singkat terjadi selama kondisi cycle. Saat transient hanya generator sinkron dan motor sinkron yang menyubang arus diwakili oleh reaktansi transient (X’d). Pada periode steady state dimana hubung singkat terjadi selama 30 cycle. Saat steady state hanya generator sinkron yang menyumbang arus diwakili oleh steady state (Xd).

2.2 Rele Pengaman pada Sistem Tenaga Listrik

Rele adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk mensensing adanya gangguan, sehingga rele mengirimkan sinyal

(30)

ke Circuit Breaker (CB) untuk memutuskan penyaluran sistem tenaga listrik apabila adanya gangguan. Pada Gambar 2.6 berikut adalah konsep kerja dari rele.

Gambar 2.6 Blok Diagram Rele

2.3 Rele Arus Lebih

Pada dasarnya rele arus lebih berfungsi untuk mengamankan gangguan beban lebih dan gangguan hubung singkat. Adapun hubung singkat yang dimaksud adalah gangguan hubung singkat 3 fasa, 3 fasa ke tanah, dan antar fasa. Untuk gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah diamankan oleh ground fault relay. Rele arus mendeteksi besaran arus yang melalui suatu sistem kelistrikan dengan bantuan current

transformator. Rele arus lebih akan bekerja apabila dalam keadaan

sebagai berikut [5]:

Jika If > Ip rele bekerja ( trip ) Jika If < Ip rele tidak bekerja ( blok ) If : Besarnya arus gangguan

Ip : Arus minimum yang mengalir pada saat rele beroperasi Rele arus lebih bekerja berdasarkan besarnya arus input melebihi suatu harga tertentu yang dapat diatur (Ip) maka rele arus lebih bekerja. Pada Gambar 2.7 menjelaskan cara kerja rele arus lebih [6]. Jika terjadi gangguan arus akan mengalir (I) melalui CT yang akan diteruskan ke rele. Arus yang diakibatkan oleh gangguan akan disensing oleh CT dan dibandingkan dengan nilai setting arus dari rele. Jika melebihi dari

setting arus yang ditentukan, tripping coil akan mengirimkan sinyal ke

CB agar memutuskan penyaluran tenaga listrik. Keterangan:

CB = Circuit Breaker TC = Trip Coil CB

I = Arus yang mengalir pada saluran yang diamankan CT = Trafo Arus

Ir = Arus yang mengalir pada rele Ip = Arus pick up dari rele

C = Rele arus lebih

GANGGUAN RELE PEMUTUS

(31)

Gambar 2.7 Blok Diagram Rele Arus Lebih

Berdasarkan karakteritik waktunya rele arus lebih terdiri dari 3 jenis yaitu [6]:

1. Instantaneous Relay. Kurva karakteristik rele ini dapat dilihat pada Gambar 2.8 (a).

2. Definite Relay. Kurva karakteristik rele ini dapat dilihat pada Gambar 2.8 (b).

3. Inverse Relay. Kurva karakteristik rele ini dapat dilihat pada Gambar 2.8 (c). t I t I t I (a) (b) (c)

Gambar 2.8 (a) Karakteristik Instantaneous Relay; (b) Karakteristik

Definite Relay; (c) Karakteristik Inverse Relay

2.3.1 Rele Arus Lebih Waktu Seketika

Instantaneous Relay, saat adanya gangguan arus yang mencapai

arus setting tertentu (I pick-up) maka rele akan memutus seketika. Pada dasarnya rele arus lebih waktu seketika bekerja tanpa adanya penundaan

(32)

waktu, atau pada umumnya kurang dari 0.08 detik. Pada Gambar 2.9 menjelaskan karakteristik kurva instantaneous.

t (sekon)

I (ampere) t = 0.08

Ipickup

Gambar 2.9 Karakteristik Arus Lebih Waktu Seketika 2.3.2 Rele Arus Lebih Waktu Tertentu

Definite Relay, Jika adanya gangguan arus yang mencapai arus setting tertentu (I pick-up) berapapun besarnya arus gangguan, rele akan

bekerja dengan waktu yang tetap. Adapaun karakteristik rele dapat dilihat pada Gambar 2.10.

I (Ampere) t (Detik) Ipickup Time Delay

Gambar 2.10 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Tertentu 2.3.3 Rele Arus Lebih Waktu Terbalik

Rele arus lebih waktu invers mempunyai cara kerja yang berbandinbg terbalik antara waktu operasi rele dengan arus gangguan. Hal ini ditunjukan ketika terdapat nilai arus gangguan yang sangat besar maka waktu operasi rele (time delay) tersebut adalah cepat begitu pula sebaliknya. Hubungan dari kedua parameter ini direpresentasikan dengan sebuah kurva TCC (Time Current Curve). Kurva ini

(33)

diperlengkapi oleh skala time dial. Semakin besar nilai time dial, maka semakin lama waktu operasi dari rele tersebut. Karakteristik rele arus lebih waktu invers ini dijelaskan dalam standar IEC 60255-3, BS 142, dan IEEE std 242-2001. Standar-standar ini menjelaskan karakteristik kurva yang dibedakan oleh gradien masing-masing, yaitu standard

inverse, very inverse, moderately inverse dan extremely inverse [2].

Adapun karakteritik dapat dilihat pada Gambar 2.11 (a) dan Gambar 2.11(b).

Gambar 2.11 (a) Karakteristik Kurva Invers pada Standar ANSI; (b) Karakteristik Kurva Invers pada Standar IEC

2.4 Setting Rele Arus Lebih

Dalam men-setting rele arus lebih ada dua hal yang harus dipertimbangkan yaitu arus dan waktu. Hal ini sangat menentukan koordinasi rele arus lebih sehingga apabila terjadi gangguan rele utama yang harus dioperasikan terlebih dahulu. Kegagalan pada rele utama harus dapat diatasi, yaitu dengan rele back-up. Oleh karena itu rele utama dan rele back-up harus ada perbedaan waktu (grading time). Dalam standar IEEE 242 perbedaan waktu kerja rele utama dengan rele back-up adalah 0,2-0,4 detik [1]. Dengan spesifikasi sebagai berikut :

Waktu buka CB : 0,04 -0,1s (2-5cycle)

Overtravel dari rele : 0,1s

Faktor Keamanan : 0,12 – 0,22s

Rele berbasis microprosessor overtravel time dari rele tersebut diabaikan [1]. Sehingga total grading time antara rele utama dan rele

(34)

back-up yang diperlukan adalah 0,2-0,4 s. Perbedaan waktu ini untuk memastikan bahwa gangguan disisi downstream dapat teratasi, sehingga tidak adanya rele yang bekerja secara bersamaan [9].

2.4.1 Setting Rele Arus Waktu Terbalik

Rele arus lebih bekerja berdasarkan adanya arus input yang disensing oleh CT [7]. Apabila arus gangguan melebihi arus setting operasi minimum (Ipick-up) maka rele arus lebih bekerja. Untuk itu Ipick-up harus lebih besar dari arus beban penuh (Full Load Ampere). Besarnya arus pickup ini ditentukan dengan pemilihan tap. Adapun besarnya tap yang digunakan berdasarkan persamaan berikut :

Tap =

(2.6)

Berdasarkan pada standar BS 142 batas nilai setting adalah :

1,05 FLA < Iset < 1,3 FLA (2.7)

Untuk menentukan waktu operasi (time delay) maka perlu melakukan setting time dial. Untuk menentukan time dial dari masing-masing kurva karakteristik invers dari rele arus lebih dapat digunakan persamaan sebagai berikut yang sesuai dengan datasheet rele sepam 40.

td

=

[(

) - ]

(2.8)

Dimana :

td = waktu operasi (detik)

T = time dial

I = nilai arus (Ampere)

Iset = arus pickup (Ampere)

k = koefisien invers

 = koefisien invers

= koefisien invers Tabel 2.1 Koefisien Inverse Time Dial

Tipe Kurva Koefisien

k  

Standard Inverse 0,14 0,02 2,970

Very Inverse 13,50 1,00 1,500

(35)

2.4.2 Setting Rele Arus Lebih Waktu Seketika

Untuk setting rele arus lebih waktu seketika, mempertimbangkan arus hubung singkat maksimum arus hubung singkat minimum 2 fasa, sehingga :

1,6. FLA Iset 0.8 Isc min (2.9)

Dimana Isc min adalah arus gangguan dua fasa pada 30 cycle yang

melewati rele dan parameter 0,8 merupakan nilai faktor keamanan apabila terjadi gangguan yang mana nilai arus hubung singkatnya lebih kecil dari nilai arus hubung singkat minimum.

Terdapat kondisi khusus dimana pada suatu pengaman feeder dipisahkan oleh suatu transformator stepdown sehingga waktu operasi dapat reset ke 0,1. Pada Gambar 2.12 menggambarkan sebuah rele arus lebih dipisahkan oleh trafo.

Gambar 2.12 Rele Arus Lebih yang dipisahkan Trafo Dengan syarat sebagai berikut :

Isc max sekunder  Iset  0.8 Isc min primer (2.10)

Dimana ;

Isc max sekunder : arus gangguan tiga fasa pada sisi sekunder trafo. Isc min primer : arus gangguan dua fasa pada sisi primer trafo.

2.5 Ground Fault Relay

Ground fault relay bekerja apabila ada arus hubung singkat satu

fasa ketanah, sehingga ada arus urutan nol yang melewati rele. Pada Gambar 2.13 merupakan skema dari rele ground fault.

(36)

– + Ca Cb Cc Co TC CB CT Ia Ib Ic Io

Gambar 2.13 Skema Rele Ground Fault Keterangan:

CB = Circuit Breaker

TC = Trip Coil CB

Ia, Ib, Ic = Arus yang mengalir pada rele fasa

Io = Arus urutan nol

CT = Trafo Arus

Ca, Cb, Cc = Rele arus lebih fasa

Pada Gambar 2.13 terlihat bahwa rele digunakan bersamaan dengan rele fasa. Apabila tidak terjadi gangguan fasa yang tidak melibatkan ground maka rele tidak akan bekerja.

2.5.1 Setting Ground Fault Relay

Untuk setting rele ground fault tergantung dari sistem pentanahan pada sistem tenaga listrik. Adapun untuk setting rele ground fault terdiri dari setting arus dan waktu. Untuk setting arus, harus lebih tinggi dari nilai arus grounding sistem. Untuk jenis kurva yang digunakan adalah

definite time sehingga sebesar apapun arus gangguan yang terjadi rele

beroperasi dalam time delay yang telah ditetapkan. Sedangkan untuk setting rele gangguan tanah adalah [8]:

5-10% x Isc L-G ≤ Iset ≤ 50% x Isc L-G (2.11)

Dimana :

(37)

(38)

BAB III

SISTEM KELISTRIKAN PT MEDCO ENERGI SINGA

GAS FIELD LEMATANG BLOCK

3.1 Sistem Kelistrikan PT Medco Energi Singa Gas Field

Lematang Block

PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang merupakan perusahaan yang memproduksi 50 MMSCFD gas per hari. Sistem kelistrikan PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang memiliki empat unit generator dengan tiga unit generator utama dengan kapasitas 3 x 3,6 MW dan satu unit generator emergency dengan kapasitas 1 x 1 MW. Saat kondisi operasi normal untuk memenuhi suplai daya ke beban-bebannya, PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang disuplai oleh dua unit generator dengan kapasitas 2 x 3,6 MW dan satu unit generator dalam keadaan standby.

Sistem distribusi yang digunakan adalah sistem radial dengan dua level tegangan yaitu 6,6 kV dan 0,4 kV. Pada rating tegangan rendah 0,4 kV digunakan untuk menyalurkan daya listrik ke beban dengan kapasitas kecil. Pada rating tegangan menengah 6,6 kV digunakan untuk menyalurkan daya listrik ke beban dengan kapasitas besar. Untuk lebih jelas dapat melihat Gambar 3.1 merupakan Single Line Diagram PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang.

3.2 Kapasitas Pembangkitan

PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang memiliki 4 unit generator yang terdiri dari 3 unit generator utama dan 1 unit generator emergency. Pada Tabel 3.1 merupakan data kapasitas pembangkitan.

Tabel 3.1 Data Kapasitas Pembangkit PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang

No ID kV MVA MW pf % eff

1 41-ZAN-557A 6.6 4.5 3.6 0,8 95

2 41-ZAN-557B 6.6 4.5 3.6 0,8 95

3 41-ZAN-557C 6.6 4.5 3.6 0,8 95

(39)

3.3 Sistem Distribusi PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block

Sistem distribusi tenaga listrik yang digunakan oleh PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang adalah sistem distribusi radial. Daya dari generator 41-ZAN-557B dan 41-ZAN-557C disalurkan ke bus 41-MCC-01A dan 41-MCC-01B dengan level tegangan 6,6 kV, selanjutnya diturunkan ke bus dengan level tegangan 0,4 kV 41-MCC-02A, 41-MCC-02B, 41-MCC-03-EMERGENCY, dan 10-PDB-01. Pada Tabel 3.2 merupakan data bus PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang.

Tabel 3.2 Data Bus di PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang N o ID Tegan gan (kV) Pha sa Freku ensi (Hz) Contin uous (A) Asym m.rms (kA) 1 41-MCC-01A 6.6 3 50 1250 25 2 41-MCC-01B 6.6 3 50 1250 25 3 41-MCC-02A 0.4 3 50 4000 65 4 41-MCC-02B 0.4 3 50 4000 65 5 41-MCC-03-EMERGENCY 0.4 3 50 2500 65 6 10-PDB-01 0.4 3 50 630 15

Untuk mengubah level tegangan pada bus di PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang, memiliki tiga transformator dengan rating yang dijelaskan pada Tabel 3.3 berikut.

Tabel 3.3 Data Transformator Sistem Distribusi PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang

No ID Kapas itas (kVA ) Tegang an (kV) % Z Hubungan Type

1 41-TR-01A 2500 6,6/0,4 7 Delta-Wye ONAN

2 41-TR-01B 2500 6,6/0,4 7 Delta-Wye ONAN

3 10-TR-01 350 6,6/0,4 4 Delta-Wye ONAN

Pada saat kondisi operasi normal beban pada PT. Medco E&P lapangan singa gas di Blok Lematang sebagian besar adalah

(40)

beban-beban motor dan beban-beban-beban-beban static. Adapun jumlah beban-beban sebesar 5,601 MW dan 3,387 MVAR. Data beban terdapat pada Tabel 3.4. Tabel 3.4 Data Beban Sistem Distribusi PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang

No ID Peralatan Jenis Peralatan Rating Daya (kW) PF (%) RPM Kondisi 41-MCC-01A/B (6,6 kV) 1 35- PBAM-331A Motor 1119 87,8 3000 Standby 2 35- PBAM-331B Motor 1119 87,8 3000 Continuous 3 35- PBAM-331C Motor 1119 87,8 3000 Continuous 4 35- PBAM-334A Motor 335,70 88,9 1500 Continuous 5 35- PBAM-334B Motor 335,70 88,9 1500 Standby 6 35- PBAM-325A Motor 186,50 80 1000 Continuous 7 35- PBAM-325B Motor 186,50 80 1000 Standby 8 10-PDB-01 Static 280 80 - Continuous 41-MCC-02A/B (0,4 kV)

1 WO-01 Static 17,5 80 - Intermittent

(41)

Lanjutan Tabel 3.4 Data Beban Sistem Distribusi PT. Medco E&P Lapangan Singa Gas di Blok Lematang

No ID Peralatan Jenis Peralatan Rating Daya (kW) PF (%) RPM Kondisi 3 31- HALM-201AA Motor 37 84 1500 Continuous 4 31- HALM-201AB Motor 37 84 1500 Continuous 5 31- HALM-201BCA Motor 30 84 1500 Continuous 6 31- HALM-201BCB Motor 30 84 1500 Continuous 7 34- PBAM-342A Motor 1,5 83,1 1500 Intermittent 8 34- PBAM-342B Motor 1,5 83,1 1500 Standby 9 35- HALM-203A Motor 18,5 88 1500 Continuous 10 35- HALM-203B Motor 18,5 88 1500 Continuous 11 35- PBAM-333A Motor 30 86 1500 Continuous 12 35- PBAM-333B Motor 30 86 1500 Standby 13 35- PBAM-332A Motor 7,5 90,5 1500 Continuous

(42)

No ID Peralatan Jenis Peralatan Rating Daya (kW) PF (%) RPM Kondisi 14 35- PBAM-332B Motor 7,5 90,5 1500 Standby 15 35- PBAM-337A Motor 75 90 1500 Continuous 16 35- PBAM-337B Motor 75 90 1500 Standby 17 35- HALM-202AA Motor 11 84 1500 Continuous 18 35- HALM-202AB Motor 11 84 1500 Continuous 19 35- HALM-202BA Motor 11 84 1500 Continuous 20 35- HALM-202BB Motor 11 84 1500 Continuous 21 35- PBAM-335A Motor 11 88 1500 Continuous 22 35- PBAM-335B Motor 11 88 1500 Standby 23 35-PBEM-350 Motor 0,75 77 1500 Intermittent 24 35-ZBEM-511 Motor 0,25 62 1500 Intermittent 25

(43)

No ID Peralatan Jenis Peralatan Rating Daya (kW) PF (%) RPM Kondisi 26 35- HALM-210B Motor 5,5 81 1500 Continuous 27 35- PBHM-336 Motor 5,5 81 1500 Intermittent 28 36- PBHM-339 Motor 1,1 77 1500 Intermittent 29 36-ZZZ- 501-CP-501 Static 40 85,7 - Continuous 30 37- CBEM-326 Motor 75 87 1500 Continuous 31

41-PBEM-351A Motor 30 86 1500 Continuous

32 41-PBEM-351B Motor 30 86 1500 Standby 33 41-PBEM-352 Motor 5,5 81 1500 Intermittent 34

41-PBEM-364A Motor 11 89 1500 Continuous

35 41-PBEM-364B Motor 11 89 1500 Standby 36 41-PBEM-368 Motor 15 88 1500 Continuous 37 41-PBEM-369B Motor 150 91 1500 Continuous 38 41-PBEM-369C Motor 150 91 1500 Standby 39 41-PBEM-376 Motor 5,5 81 1500 Continuous

(44)

No ID Peralatan Jenis Peralatan Rating Daya (kW) PF (%) RPM Kondisi 40 41- CBEM-322 Motor 4 84 1500 Continuous 41 41-PBEM-375 Motor 5,5 89 1500 Continuous 42 35-NAP-681 Static 610 85,7 - Continuous 41-MCC-03 (0,4 kV) 1 10-HVAC-01 Static 60 80 - Intermittent 2 41-BC-01A Static 10 80 - Continuous 3 10-UPS-01A/B Static 36 80 - Continuous 4 10-UPS-01C Static 36 80 - Standby 5 41-PDB-02 Static 400 80 - Continuous 6 41-HVAC-01 Static 80 80 - Continuous 7 41-BC-01B Static 10 80 - Standby 8 30-CPTR-01 Static 5 80 - Continuous 9 30-CPTR-02 Static 0,4 80 - Continuous 10 41-CPTR-01 Static 0,4 80 - Continuous 11

35-PZZM-345A Motor 0,75 77 1500 Intermittent

12

(45)

No ID Peralatan Jenis Peralatan Rating Daya (kW) PF (%) RPM Kondisi 13 41-PBE- 366A-CP-501 Static 155 90 - Standby 14 41-PBE- 367-CP-501 Static 15 88 - Intermittent 15 41-PBE- 361A-CP-501 Static 7,5 84 - Intermittent 16 41-PBE- 361B-CP-501 Static 7,5 84 - Standby 17 41-PBEM-362A Motor 11 89 1500 Intermittent 18 41-PBEM-362B Motor 11 89 1500 Standby 19 41-PBEM-363A Motor 1,1 77 1500 Continuous 20 41-PBEM-363B Motor 1,1 77 1500 Standby 21 41-PBEM-369A Motor 150 91 1500 Continuous 22 41-PBEM-371A Motor 5,5 85 1500 Intermittent 23 41-PBEM-371B Motor 5,5 85 1500 Standby 24 41-PBEM-372 Motor 7,5 90 1500 Intermittent 25 41-PBEM-373 Motor 3 83 1500 Intermittent 26 41-PZZM-377A Motor 0,75 77 1500 Intermittent

(46)

No ID Peralatan Jenis Peralatan Rating Daya (kW) PF (%) RPM Kondisi 27 41-PZZM-377B Motor 0,75 77 1500 Intermittent 28 42- PBAM-391A Motor 15 90 1500 Intermittent 29 42- PBAM-391B Motor 15 90 1500 Intermittent 30 41-ZBEM-517 Motor 0,37 62 1500 Continuous 31

41-PBEM-408A Motor 7,5 84 1500 Continuous

32 41-PBEM-408B Motor 7,5 84 1500 Standby 33 41-CBE- 321A-CP-501 Motor 143,2 80 1500 Standby 34 41-CBE- 321B-CP-501 Motor 143,2 80 1500 Intermittent 35

41-MCC-04A Static 58,6 85,7 - Continuous

36 41-MCC-04B Static 58,6 85,7 - Continuous 37 41-MCC-04C Static 58,6 85,8 - Continuous

(47)

(48)

BAB IV

HASIL SIMULASI DAN ANALISIS KOORDINASI

PROTEKSI

4.1 Pemodelan Sistem Kelistrikan PT Medco Energi Singa

Gas Field Lematang Block

Dalam tugas akhir ini membahas tentang koordinasi proteksi pada PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block. Untuk melakukan koordinasi proteksi, sistem kelistrikan PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block di modelkan dengan menggunakan software ETAP 12.6. Pada pemodelan single line diagram diperlukan data generator dan data-data beban seperti motor, kabel, transformator, dan motor.

Selanjutnya dilakukan analisa aliran daya untuk memastikan sistem kelistrikan pada PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block dalam keadaan baik. Analisa aliran daya dapat mengetahui tegangan pada setiap bus, sehubungan dengan diketahuinya tegangan pada setiap bus maka dilakukan analisa hubung singkat. Analisa hubung singkat untuk mengetahui besar arus hubung singkat ketika adanya gangguan yang menjadi pertimbangan untuk melakukan setting koordinasi proteksi yang baik.

4.2 Analisis Arus Gangguan Hubung Singkat

Setelah melakukan pemodelan sistem kelistrikan pada PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block, selanjutnya melakukan analisa gangguan hubung singkat untuk mengetahui besar arus saat terjadinya gangguan hubung singkat. Besar arus hubung singkat tersebut digunakan untuk perhitungan setting overcurrent relay. Nilai arus hubung singkat yang digunakan nilai maksimum dan nilai minimum.

4.2.1 Analisis Hubung Singkat Minimum

Arus hubung singkat minimum terjadi saat adanya gangguan hubung singkat antar fasa. Arus hubung singkat minimum ini berlangsung saat steady state pada 30 cycle. Arus hubung singkat minimum ini digunakan untuk menentukan batas maksimum pick-up rele arus lebih waktu seketika. Sehingga saat terjadi gangguan hubung singkat minimum dan hubung singkat maksimum rele bekerja sesuai

(49)

setting time delay. Adapun hasil simulasi arus hubung singkat minimum

terdapat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil Simulasi Arus Hubung Singkat Minimum

Bus Arus Hubung Singkat

Minimum (kA) ID kV 41-MCC-01A 6,6 2,51 41-MCC-01B 6,6 2,51 41-MCC-02A 6,6 20,91 41-MCC-02B 0,4 20,92 41-MCC-03-EMERGENCY 0,4 20,92 B-P1TR01 0,4 2,51 B-P1TR02 0,4 2,51 B-P110TR01 0,4 2,43 10-PDB-01 0,4 8,67

4.2.2 Analisis Hubung Singkat Maksimum

Arus hubung singkat maksimum terjadi saat adanya gangguan hubung singkat 3 fasa. Karena rele arus lebih bekerja pada 3-5 cycle, maka arus hubung singkat maksimum yag digunakan untuk perhitungan

setting rele berlangsung saat transient pada 4 cycle – 30 cycle. Nilai arus

hubung singkat maksimum selama 4 cycle digunakan untuk perhitungan

time dial kurva arus lebih. Adapun hasil simulasi arus hubung singkat

maksimum terdapat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hasil Simulasi Arus Hubung Singkat Maksimum

Bus Arus Hubung Singkat

Minimum (kA) ID kV 41-MCC-01A 6,6 5,09 41-MCC-01B 6,6 5,09 41-MCC-02A 6,6 32,55 41-MCC-02B 0,4 31,74 41-MCC-03-EMERGENCY 0,4 31,74 B-P1TR01 0,4 5,07 B-P1TR02 0,4 5,07 B-P110TR01 0,4 4,97 10-PDB-01 0,4 10,94

(50)

4.3 Pemilihan Tipikal Koordinasi Proteksi pada PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block

Untuk mempermudahkan dalam melakukan koordinasi proteksi pada keseluruhan sistem dilakukan pemilihan tipikal-tipikal. Pemilihan tipikal harus mewakili sistem kelistrikan pada PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block secara keseluruhan. Pemilihan tipikal dapat dilihat pada Gambar 4.1. Terdapat 7 tipikal pada sistem kelistrikan PT Medco Energi Singa Gas Field Lematang Block adalah sebagai berikut :

1) TIPIKAL 1 : Pada bus 41-MCC-02A terdapat beban motor dan beban static yang berkapasitas berbeda-beda. Beban kapasitas terbesar adalah beban static ID 35-NAP-681 dengan kapasitas 711 kVA seperti terlihat pada Gambar 4.1. Pada tipikal 1 melakukan koordinasi rele arus lebih fasa dari beban

static dengan ID 35-NAP-681 hingga generator dengan ID

41-ZAN-557B.

2) TIPIKAL 2: Pada bus 41-MCC-03-EMERGENCY terdapat beban motor dan beban static dengan kapasitas yang berbeda-beda. Beban kapasitas terbesar adalah beban static ID 41-PDB-02 dengan kapasitas 500 kVA seperti terlihat pada Gambar 4.1. Pada tipikal 2 melakukan koordinasi rele arus lebih fasa dari beban static dengan ID 41-PDB-02 hingga generator dengan ID 41-ZAN-557C.

3) TIPIKAL 3 : Pada tipikal 3 men-setting koordinasi rele pengaman arus lebih fasa dari 10-PDB-01 hingga generator dengan ID 41-ZAN-557C Gambar 4.1.

4) TIPIKAL 4 : Pada tipikal 4 men-setting koordinasi rele pengaman arus lebih fasa dari beban motor dengan ID 35-PBAM-331C hingga generator dengan ID 41-ZAN-557B. 5) TIPIKAL 5 : Pada tipikal 5 men-setting koordinasi rele pengaman arus lebih fasa dari beban motor dengan ID 35-PBAM-334A hingga generator dengan ID 41-ZAN-557B. 6) TIPIKAL 6 : Pada tipikal 6 men-setting koordinasi rele pengaman arus lebih fasa dari beban motor dengan ID 37-CBEM-325C hingga generator dengan ID 41-ZAN-557B. 7) TIPIKAL 7 : Pada tipikal 7 men-setting koordinasi rele pengaman arus lebih ke tanah dari beban motor dengan ID 35-PBAM-331B hingga generator dengan ID 41-ZAN-557C.

(51)

(52)

4.4 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa

Koordinasi rele pengaman arus lebih gangguan fasa bertujuan untuk melokalisir sistem saat terjadi gangguan. Gangguan yang terjadi dapat berupa gangguan hubung singkat (short circuit) dan beban lebih (overload). Pada koordinasi rele pengaman arus lebih (50/51) dilakukan

setting arus dan waktu, adapun parameter yang perlu diatur pickup low set, time dial, high set, dan time delay yang mengacu pada standard

IEEE 242. Untuk grading time dipilih 0,2-0,4 s sehingga antara rele utama dan rele back-up dapat terkoordinasi apabila adanya gangguan [9]. Selain itu untuk men-setting rele arus lebih mempertimbangkan arus

inrush trafo dan juga arus starting motor. Setelah perhitungan nilai-nilai

untuk setting rele arus lebih telah didapatkan, selanjutnya adalah plot

Time Current Curve, sehingga dapat diketahui setting koordinasi telah

terkoordinasi dengan benar.

4.4.1 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa Tipikal 1

Koordinasi tipikal 1 merupakan koordinasi rele arus lebih dari beban static 35-NAP-681 pada bus LV 41-MCC-02A hingga generator 41-ZAN-557B. Pengaman yang digunakan pada tipikal ini berupa CB-35-NAP-681, 01B, R-41-TR-01B, R-41-TR-01, CB-41-TR-01, CB-41-ZAN-557B, dan R-41-ZAN-557B. Koordinasi tipikal ini dapat dilihat pada Gambar 4.2.

(53)

Adapun data existing terdapat pada Tabel 4.3. Tabel 4.3 Tabel Data Existing Koordinasi Rele Tipikal 1

ID Manuf

acturer Model CT Ratio Setting

CB-35-NAP-681 Merlin Gerin STR 45AE sensor 1250

long time pickup 1 long time band 0.5 short time pickup 1.5 short time band 0.1 s

instantaneous pickup None R-41-TR-01B Merlin Gerin Sepam 40 4000/5

Curve Type Standard

Inverse Pickup 0.977 Time Dial 1 Instantaneous Pickup 1.44 Delay 0.25 s R-41-TR-01 _Merlin Gerin Sepam 40 250/5

Curve Type Very Inverse

Pickup 0.965 Time Dial 1 Instantaneous Pickup 1.5 Delay 0.3 s R-41-ZAN-557B Merlin Gerin Sepam 40 600/5

Curve Type Very Inverse

Pickup 1.1

Time Dial 2.5 Instantaneous

Pickup 4.7

(54)

Untuk melihat kurva koordinasi proteksi pada existing dapat dilihat melalui star TCC (Time Current Curve). Koordinasi pada kurva

star TCC dapat dilihat pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Plot Kurva TCC Tipikal 1 Kondisi Existing

Untuk melakukan evaluasi koordinasi setting existing, maka perlu adanya simulasi dengan cara memberikan gangguan (fault

insertion) pada beban 35-NAP-681, bus 41-MCC-02A, dan bus

(55)

Gambar 4.4 Simulasi Gangguan Hubung Singkat pada Tipikal 1 Setelah melakukan simulasi perlu melihat sequence viewer untuk mengetahui urutan dan waktu kerja masing-masing rele . Adapun hasil simulasi terdapat pada Tabel 4.4, Tabel 4.5, dan Tabel 4.6.

Tabel 4.4 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada 35-NAP-681

Time (ms) ID If (kA) Condition 140 CB-35-NAP-681 20,84 Phase 250 R-41-TR-01-B 20,84 Phase- OC1- 50 320 CB-41-TR-01-B Tripped by R-41-TR-01-B Phase- OC1- 50 300 R-41-TR-01 1,295 Phase- OC1- 50 400 CB-41-TR-01 Tripped by R-41-TR-01 Phase- OC1- 50 56383 R-41-ZAN-557B 0,608 Phase- OC1- 51 56483 CB-41-ZAN-557B Tripped by R-41-ZAN-557B Phase- OC1- 51

(56)

Tabel 4.5Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada 41-MCC-02A

Time (ms) ID If (kA) Condition 250 R-41-TR-01-B 23 Phase- OC1- 50 320 CB-41-TR-01-B Tripped by R-41-TR-01-B Phase- OC1- 50 300 R-41-TR-01 1,43 Phase- OC1- 50 400 CB-41-TR-01 Tripped by R-41-TR-01 Phase- OC1- 50 40565 R-41-ZAN-557B 0,672 Phase- OC1- 51 40665 CB-41-ZAN-557B Tripped by R-41-ZAN-557B Phase- OC1- 51

Tabel 4.6 Urutan dan Waktu Operasi Rele Kondisi Existing Saat Tejadi Gangguan 3 Fasa pada B-P1TR01

Time (ms) ID If (kA) Condition 300 R-41-TR-01 2,644 Phase- OC1- 50 400 CB-41-TR-01 Tripped by R-41-TR-01 Phase- OC1- 50 350 R-41-ZAN-557B 1,242 Phase- OC1- 50 450 CB-41-ZAN-557B Tripped by R-41-ZAN-557B Phase- OC1- 50

Dari Gambar 4.3 Plot Kurva TCC Tipikal 1 dan simulasi adanya gangguan pada bus, terlihat bahwa koordinasi arus lebih fasanya kurang tepat. Berikut akan dijelaskan kurang tepatnya setting koordinasi :

1. Apabila terjadi hubung singkat minimum dan maksimum pada beban 35-NAP-681, maka CB-35-NAP-681 bekerja pertama kali dengan waktu trip 0,14 s. Jika CB-35-NAP-681 gagal untuk mengamankan adanya gangguan, maka rele R-41-TR-01B akan menjadi back-up dengan waktu trip 0,25 s. Antara CB-35-NAP-681 dan rele back-up bekerja dengan grading time 0,11 s maka kurang tepatnya koordinasi sehingga memungkinkan rele bekerja bersamaan. Pada tipikal 1 kondisi existing

(57)

Karena pada beban 35-NAP-681 adalah kumpulan beban

static (panel) yang didalamnya terdapat circuit breaker

maka masih kurang tepatnya setting time delay untuk CB-35-NAP-681.

2. Apabila terjadi hubung singkat minimum dan maksimum pada bus 41-MCC-02A, maka rele R-41-TR-01B bekerja pertama kali dengan waktu trip 0,25 s. Jika rele R-41-TR-01B gagal untuk mengamankan adanya gangguan, maka rele R-41-TR-01 akan menjadi back-up dengan waktu trip 0,3 s. Antara rele utama dan rele back-up bekerja dengan grading time 0,15 s maka kurang tepatnya koordinasi proteksi.

3. Apabila terjadi hubung singkat minimum dan maksimum pada sisi HV trafo 41-TR-01, maka R-41-TR-01 bekerja pertama kali dengan waktu trip 0,3 s. Jika R-41-TR-01 gagal untuk mengamankan adanya gangguan, maka R-41-ZAN-557B akan bekerja untuk mengamankan generator dengan waktu trip 0,35 s. Antara rele R-41-TR-01 dan rele R-41-ZAN-557B bekerja dengan

grading time 0,05 s maka kurang tepatnya koordinasi

proteksi.

Dari analisis kurva existing dapat diketahui bahwa setting rele masih perlu disempurnakan agar bisa didapatkan koordinasi rele pengaman yang tepat. Perhitungan harus memperhatikan manufaktur rele yang dipakai dan grading time harus sesuai dengan standart IEEE 242 [1]. Perhitungan pada tipikal ini untuk setting rele dapat dilakukan dengan perhitungan secara manual adalah sebagai berikut :

 LVCB-35-NAP-681

Manufacturer : Merlin Gerin

Type : C1251H

Frame ID : 1250

Rating Plug : 1250

FLA : 1027 A

Isc.min bus 41-MCC-02A to 35-NAP-681 : 18,84 kA Isc.max 4 cycle kontribusi bus 41-MCC-02A to 35-NAP-681: 29,27 kA

Time Overcurrent Pickup

(58)

1,05 x 1027 < Iset < 1,4 x 1437,8 1078,35 < Iset < 1437,8 Dipilih Iset = 1250 A

LT pickup = ₌ _{= 1} Long Time Band

Dipilih LT band = 15

Short Time Pickup

1,6 𝑥 FLA < Iset < 0,8 𝑥 Isc min 1,6 𝑥 1027 < Iset < 0,8 𝑥 19330 1643,2 < Iset < 15464 Dipilih Iset = 6250 A

ST pickup = ₌ _{= 5} Short Time Band

Dipilih ST band = 0.3s

Instantaneous Pickup

Instantaneous pickup tidak diaktifkan.

 R-41-TR-01B

Model : Sepam 40

Curve Type : IEC Standard Invers

FLA : 3608 A

CT Ratio : 4000 / 5 Isc min 41-MCC-02A : 20,91 kA

Isc max 4cycle kontribusi 41-MCC-02A : 31,07 kA

Time Overcurrent Pickup

𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 Dipilih = 4500 A

(59)

Pickup =

=

= 1,125

Time dial

Waktu operasi minimum (td) = 0,5 s

td = [() - ] TDS = [() - ] TDS = [( ₎ - ] TDS = 0,418

Maka, dipilih TDS sebesar 0,5

Instantaneous Pickup 𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 Dipilih = 8800 Pickup =

=

= 2,2 Time delay

dipilih time delay = 0,5 detik  R-41-TR-01

Model : Sepam 40

FLA : 218,7 A

CT Ratio : 250 / 5 Isc min B-P1TR01 : 2,51 kA

Isc max 4cycle kontribusi B-P1TR01 : 4,98 kA

(60)

𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 Dipilih = 300 A Pickup =

=

= 1,2 Time dial

Waktu operasi minimum (td) = 0,5 s

td = [() - ] TDS = [() - ] TDS = [( ₎ - ] TDS = 0,615

Maka, dipilih TDS sebesar 0,72

Instantaneous Pickup 𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 Dipilih = 850 Pickup =

=

= 3,4 Time delay

dipilih time delay = 0,5 detik  R-41-ZAN-557B

Model : Sepam 40