Pada metodologi penelitian akan membahas tentang cara atau alur penelitian dalam analisis data dan cara pengujian data.

(1)

Resetting Relay Proteksi Generator 070-X01 PT Kaltim Methanol Industri

Miftakhul Ikhsan Pratama Putra¹, Firilia Filiana², Vicky Andria Kusuma³

1 Teknik Elektro, Teknologi Industri dan Proses, Institut Teknologi Kalimantan, Balikpapan. Email:

Abstract

The use of electrical energy in the industrial field is always carried out. This requirement must be followed by the development of electrical protection systems. The generator which is the most important component must use a reliable safety system. PT KMI which is a methanol industry in Indonesia must be able to guarantee the continuity of electricity in their systems requiring supply power by the 070-X01 Generator. Rearrange OCR, GFR, Differential, Reverse Power, Lower / Excess, and Lower / Excess Relays as PT Kaltim Methanol Industri's 070- X01 Generator safety system using software. Reset this to avoid trip errors during interruptions and maintain system continuity. Reset the results obtained on the OCR relay are 1.05 A over current, 4.0 A instant, 1.1377 s time dial, and 0.7 seconds delay time, the GFR relay is obtained 1 A moment, the time delay is 0.5s , the differential relay obtained 0.113 A pickup, the time delay of 0.09 s, the over / under voltage of the relay gets 110% and 85%

the percentage of voltage with a delay time of 1.0 s, the over / under the relay frequency is 104% and 95% the percentage of frequency with a delay time of 0.5 seconds and 1.0 second, and at the reverse power of the relay obtained 3% percentage of return power, 0.1 seconds of the delay time. There are several differences in the delay time - each thing is caused by different data collection factors and decisions. From the results of the analysis in this study, it is recommended to do the reset and can consider several improvements that can occur in the PT KMI system so that the continuity of the system can run well and can be relied upon.

Keywords: Generator, Relay, Resetting.

Abstrak

Penggunaan energi listrik di bidang industri selalu mengalami peningkatan seiring dengan pengembangan yang dilakukan. Kondisi tersebut tentu harus diikuti dengan perkembangan sistem proteksi kelistrikan. Generator yang merupakan komponen terpenting harus menggunakan sistem pengaman yang handal. PT KMI yang merupakan industri methanol di Indonesia harus dapat menjamin kontinuitas aliran listrik pada sistem mereka terutama supply power oleh Generator 070-X01. Pada penelitian ini penulis menerapkan resetting relay OCR, GFR, Differential, Reverse Power, Under/Over Frequency, dan Under/Over Voltage sebagai sistem pengaman Generator 070-X01 PT Kaltim Methanol Industri dengan menggunakan software. Resetting ini bertujuan untuk menghindari kesalahan trip saat gangguan dan menjaga kontinuitas sistem. Hasil resetting yang didapatkan pada relay OCR ialah 1,05 A over current, 4,0 A instantaneous, 1,1377 s time dial, dan 0,7s time delay, pada relay GFR didapatkan 1 A instantaneous, 0,5s time delay, pada differential relay didapatkan 0,113 A pickup, 0,09 s time delay, pada over/under voltage relay didapatkan 110 % dan 85 % presentase tegangan dengan time delay 1,0 s, pada over/under frequency relay 104 % dan 95 % presentase frekuensi dengan time delay 0,5 s dan 1,0 s, dan pada reverse power relay didapatkan 3% presentase daya balik, 0,1 s time delay. Terdapat beberapa perbedaan pada waktu delay masing – masing relay hal ini disebabkan oleh faktor pengambilan data dan skema kejadian yang berbeda. Dari hasil analisis dalam penelitian ini, direkomendasikan untuk dilakukan penyetelan ulang dan dapat mempertimbangkan beberapa skema gangguan yang bisa terjadi pada sistem PT KMI agar kontinuitas sistem dapat terus berjalan dengan baik dan handal.

Kata Kunci: 3-5 Generator, Relay, Resetting.

(2)

1. Pendahuluan

Penggunaan energi listrik di bidang industri selalu mengalami peningkatan seiring dengan pengembangan yang dilakukan. Kondisi tersebut tentu harus diikuti dengan perkembangan sistem proteksi kelistrikan, mengingat kemungkinan terjadinya gangguan listrik semakin tinggi.

Pengembangan sistem proteksi kelistrikan dilakukan tidak hanya sekedar menggunakan peralatan yang handal, namun juga cara menentukan setting parameter pengaman secara tepat. Hal ini bertujuan untuk mengamankan beban secara selektif dan akurat saat terjadi gangguan (Mahindhara dkk, 2015).

Generator sebagai salah satu peralatan listrik harus menggunakan sistem pengaman yang standar.

Sehingga diharapkan gangguan-gangguan yang terjadi tidak akan mengganggu atau merusak generator dan sistem lain yang ada disekitarnya (Amin, 2012).

Penelitian yang dilakukan sebelumnya (Wijaksono dkk, 2018) membahas terkait setting koordinasi dan analisis relay arus yang terpasang pada daerah Cilegon. Tetapi penelitian tersebut memiliki kelemahan di mana tidak adanya setting dan koordinasi relay arus lebih ke tanah atau Ground Fault Relay (GFR). GFR digunakan sebagai proteksi tambahan (backup protection). Pada penelitian lain yang dilakukan oleh (Wahyudin dkk, 2017) membahas terkait proteksi differential relay pada PLTU Suralaya menyimpukan bahwa setting relay yang terpasang telah tepat sesuai dengan analisis perhitungan yang dilakukan. Namun pada penelitian tersebut terdapat kelemahan yakni tidak terdapat relay OCR dan GFR yang dapat berfungsi sebagai pengaman tambahan ketika terjadi gangguan di internal generator.

Pada penelitian yang dilakukan oleh (Arfianto dkk, 2018) membahas terkait kerja Over/Under Voltage relay dan Reverse Power relay yang tidak jauh berbeda antara hasil analisis dan standar PLN. Namun pada penelitian tersebut terdapat kelemahan yakni tidak terdapat frequency relay yang dapat berfungsi sebagai relay backup ketika terjadi gangguan reverse power jika reverse power relay dan under voltage relay gagal mengamankan generator. Pada penelitian lain yang dilakukan oleh (Prasetyo dkk, 2018) membahas terkait gangguan Under Frequncy relay dan Reverse Power relay pada generator di PLTGU Gresik menyimpulkan bahwa saat terjadi penurunan putaran generator karena berkurangnya suplai bahan bakar berdampak pada menurunnya frekuensi namun kerja under frequency relay lambat untuk membuat CB trip karena delay under frequency relay lebih lama dari delay reverse power relay.

Gangguan reverse power tersebut dapat merusak prime mover dan turbin generator. Namun pada penelitian tersebut terdapat kelemahan yakni tidak terdapat under/over voltage relay yang dapat berfungsi sebagai relay backup ketika terjadi gangguan reverse power jika reverse power relay dan frequency relay gagal mengamankan generator.

Oleh karena itu pada jurnal ilmiah ini akan dibahas tentang resetting relay proteksi pada Generator 070-X01 PT Kaltim Methanol Industri. Penelitian ini menitikberatkan perlindungan pada generator ketika terjadi gangguan untuk menjaga kontinuitas aliran daya listrik ke sistem. Luaran pada penelitian ini yakni memastikan setting pada generator telah sesuai dengan dasar teori yang digunakan dalam penelitian ini dengan membandingkan nilai setting perhitungan dan nilai setting pada PT Kaltim Methanol Industri.

2. Metodologi Penelitian

Pada metodologi penelitian akan membahas tentang cara atau alur penelitian dalam analisis data dan cara pengujian data.

2.1 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini memiliki beberapa tahapan dalam pengerjaannya. Tahapan-tahapan tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.1 di bawah ini.

(3)

START

Studi Literatur

Pengambilan Data

Pengolahan Data &

Simulasi

Kesimpulan

END A

A

Analisis Data (Kerja Relay Sesuai Setting)

YA

B

TIDAK

Gambar 1: Diagram Alir Penelitian 2.1.1 Studi Literatur

Pada studi literatur di titik beratkan pada materi tentang generator, proteksi pada generator, gangguan yang terjadi pada generator, relay OCR, GFR, Differential, Reverse Power, Over/Under Voltage, dan Over/Under Frequency.

2.1.2 Pengambilan Data

Pada laporan Tugas Akhir ini dibutuhkan data-data penunjang dalam pengerjaannya. Data-data yang dibutuhkan dalam pengerjaan laporan Tugas Akhir ini, antara lain adalah:

1. Data Single Line Diagram PT Kaltim Methanol Industri 2. Data beban PT Kaltim Methanol Industri

3. Data Generator 070-X01 PT Kaltim Methanol Industri 4. Data pembangkitan PT Kaltim Methanol Industri.

5. Data setting relay OCR, GFR, Differential, Reverse Power, Over/Under Voltage, dan Over/Under Frequency PT Kaltim Methanol Industri tahun 2017.

2.1.3 Pengolahan Data dan Simulasi

Pada tahap pengolahan data dan simulasi ini dilakukan setelah pengambilan data telah selesai dilakukan. Pengolahan data dan simulasi dengan cara menghitung nilai setting relay dan memasukkannya ke simulasi.

(4)

2.1.4 Analisis Data

Pada tahap analisis data ini setelah dilakukan perhitungan dan simulasi. Simulasi dilakukan untuk mendapatkan nilai setting relay OCR, GFR, Differential, Reverse Power, Over/Under Voltage, dan Over/Under Frequency. Nilai setting didapatkan setelah dilakukan perhitungan sesuai dengan standard yang digunakan dan dilakukan pengujian relay dengan melakukan simulasi short circuit dan kejadian transient. Hasil simulasi tersebut akan dibandingkan dengan data nilai setting relay PT Kaltim Methanol Industri.

3. Hasil dan Analisis 3.1. Simulasi Aliran Daya

Simulasi aliran daya menggunakan software dengan metode Adaptive Newton Raphson.

Pertimbangan menggunakan metode Adaptive Newton Raphson berdasarkan literatur dari IEEE oleh Y Zhu dari perusahaan produksi peralatan listrik ABB Automated Distribution Div membuktikan bahwa metode Adaptive Newton Raphson memiliki hasil konvergen yang singkat dan hasil yang akurat untuk sistem distribusi radial. Hasil yang didapatkan pada aliran daya ini ialah nilai PF atau faktor daya memiliki rata rata 86,439% saat sistem startup dan 86,06% saat sistem normal. Pada sistem PT KMI, beban yang paling banyak menyuplai daya aktif adalah bus 71 karena bus 71 merupakan bus generator utama yakni generator 070-X01.

3.2. Simulasi Hubung Singkat

Pada sistem dilakukan simulasi gangguan hubung singkat pada software. Simulasi ini dilakukan untuk memperoleh arus short circuit maksimum pada tiap bus saluran sistem PT KMI. Simulasi menggunakan metode hubung singkat simetris 3 fasa ke tanah dan hubung singkat asimetris 1 fasa ke tanah. Hasil simulasi arus hubung singkat 3 fasa dan 1 fasa ke tanah dapat dilihat pada gambar 2 dan 3.

Gambar 2: Simulasi Gangguan 3 Fasa pada Generator 070-X01 PT KMI

(5)

Gambar 3: Simulasi Gangguan 1 Fasa ke Tanah (line to ground) pada Generator 070-X01 PT KMI Didapatkan nilai arus hubung singkat 3 fasa sebesar 10,73 kA pada generator 070-X01 dan 12,9 kA saat gangguan 1 fasa ke tanah (line to ground) di generator 070-X01 PT KMI.

3.3. Setting Relay Overcurrent dan Ground Fault

Perhitungan untuk mendapatkan setting relay OCR dan GFR dilakukan menggunakan persamaan (1), (2), (3), (4) dan (5).

1,5 x FLA ≤ I_set ≤ 0,8 x I_{sc max} (1)

1,05 x FLA ≤ I_set ≤ 1,4 x FLA (2)

Pickup = ^I^set

CT primer (3)

td= ^K×T

βx[( ^I

Iset)^α-1] (4)

5-10% x Isc

_L-G ≤ I_set ≤ 50% Isc_L-G

(5)

Setelah dilakukan perhitungan setting relay pada generator 070-X01 didapatkan nilai setting OCR pada Tabel 1 dan nilai setting GFR pada Tabel 2.

Tabel 1: Hasil Setting Relay OCR Berdasarkan Perhitungan Setting Setting Over

Current Setting Instantaneous

Pickup 1,05 A 4,0 A

Time Dial 1,1377 s -

Waktu Operasi (Time

Delay) - 0,7 s

(6)

Tabel 2: Hasil Setting Relay GFR Berdasarkan Perhitungan

Gambar 4: Diagram Koordinasi OCR Relay 39, 5, 13, dan 19

Gambar 5: Kurva Koordinasi OCR Relay 39, 5, 13, dan 19

Setting Setting Over Current Setting Instantaneous

Pickup - 1 A

Time Operasi (Time

Delay) - 0,5 s

(7)

Gambar 4, dan 5 memperlihatkan kurva dan urutan operasi koordinasi relay 39, 5, 13, dan 19, ketika terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa di motor sea water pump 065-G01B-M dengan nominal 10,674 kA ditunjukkan pada Gambar 4. Relay 39 trip pada waktu 0,1s, dan kemudian apabila gagal mengamankan, relay 5 trip pada waktu 0,3 s, relay 13 trip pada waktu 0,5s, dan relay 19 trip pada waktu 0,7s. Masing-masing relay bekerja dengan memerintahkan CB untuk open. Waktu delay CB open untuk masing-masing relay ialah 10 ms. Pada gambar 5 setting relay 39, 5, 13 dan 19 tidak berpotongan antara satu sama yang lain, sehingga ketika terjadi gangguan hubung singkat relay tidak akan beroperasi pada waktu yang sama. Dapat dikatakan bahwa koordinasi pada keempat relay tersebut baik. Pemasangan relay 39 untuk melindungi salah satu beban terbesar dalam sistem yakni motor sea water pump yang memiliki pembebanan sebesar 1150 kW, sedangkan relay 5 dan 13 untuk melindungi emergency power generator sebagai tambahan suplai power saat startup, sedangkan relay 19 untuk melindungi generator utama yang berkapasitas 7 MW. Dapat dilihat pada gambar 5 bahwa kurva hubung singkat tidak sampai memotong relay 2 dan relay 4 yang merupakan relay pengaman untuk grid dari sistem KDM. Sehingga dapat dilihat bahwa gangguan hubung singkat sudah diamankan sebelum mencapai generator utama yakni generator 070-X01 7 MW dan kontinuitas sistem akan tetap berjalan karena sistem PT KMI masih mendapatkan suplai yang cukup dari sistem KDM untuk menjaga kontinuitas proses produksi methanol.

Gambar 6: Kurva Koordinasi GFR Relay 39, 5, 13, 19, dan 4

Pada gambar 6, gangguan 1 fasa ke tanah di motor sea water pump 065-G01B-M sebesar 12,776 kA ditunjukkan pada kurva Fault L-G. Kurva gangguan berpotongan dengan kurva relay 39 GFR, yang menandakan bahwa relay 39 trip pada 0,1s. Ketika terjadi kegagalan proteksi pada relay 39 maka, relay

(8)

5, 13, 19 dan 4 berfungsi sebagai backup, di mana relay 5 trip pada 0,3s, relay 13 trip pada waktu 0,5s, relay 19 trip pada waktu 0,7s, sedangkan relay 4 trip pada waktu 0,9s. Waktu delay CB open untuk masing-masing relay ialah 10 ms. Pada gambar 6 setting relay 39, 5, 13, 19 dan 4 tidak berpotongan antara satu sama yang lain, sehingga ketika terjadi gangguan hubung singkat, relay tidak akan beroperasi pada waktu yang sama. Dapat dikatakan bahwa koordinasi pada kelima relay tersebut baik. Pemasangan relay 39 untuk melindungi salah satu beban terbesar dalam sistem yakni motor sea water pump yang memiliki pembebanan sebesar 1150 kW, sedangkan relay 5 dan 13 untuk melindungi emergency power generator sebagai tambahan suplai power saat startup, relay 19 untuk melindungi generator utama yang berkapasitas 7 MW, dan relay 4 berfungsi untuk melindungi trafo NT-07 yang berkapasitas 4 MVA.

Saat terjadi gangguan line to ground relay yang beroperasi merupakan relay yang berada dalam satu level tegangan saja. Seperti dalam skema koordinasi GFR relay 39, 5, 13, 19, dan 4 berada dalam satu level tegangan yang sama yakni di level tegangan 6,6 kV.

Setelah dilakukan perhitungan dan simulasi kemudian membandingkan data perhitungan dan simulasi dengan data PT Kaltim Methanol Industri. Perbandingan data tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3: Perbandingan Nilai Setting Relay OCR dan GFR Rel

a y

Perhitungan dan Simulasi Data PT Kaltim Methanol Industri Pickup (A) Delay (s) Trip Time (s) Pickup (A) Delay (s) Trip Time (s) OC

R

4 0,7 0,71 3 0,3 0,3673

GF

R

5 0,7 0,71 0,253 0,2 0,6400

Pada Tabel 3 diatas terdapat data perbandingan antara perhitungan dan simulasi yang dilakukan dengan data pada PT Kaltim Methanol Industri. Terdapat perbedaan data pada perhitungan dan simulasi dengan data kalibrasi PT Kaltim Methanol Industri, faktor perbedaan data tersebut antara lain karena pada data kalibrasi PT Kaltim Methanol Industri nilai setting pada relay OCR dan GFR mengabaikan emergency power generator sehingga nilai delay dan trip time yang didapatkan lebih kecil dibandingkan data setting perhitungan dan simulasi. Faktor lain ialah saat pengambilan data nilai setting PT Kaltim Methanol Industri menggunakan kalibrasi sehingga arus yang di inject akan langsung ke relay generator sehingga tidak terdapat pengujian koordinasi yang dapat berpengaruh terhadap trip time CB karena CB akan bekerja lebih cepat dibandingkan ketika terjadi koordinasi terlebih dahulu.

3.4. Setting Differential Relay

Perhitungan untuk mendapatkan setting differential relay dilakukan menggunakan persamaan (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12), (13) dan (14).

I_rating=110 % × I_n (6)

I_n = ^S √3×V (7)

Error Missmatch=CT terpasang^{CT ideal} ×100% (8)

I_CT=_{rasio CT}¹ × I_n (9)

I_diff=I_CT1- I_CT2 (10)

I_r=^I^CT1^{- I}₂^CT2 (11)

Slope₁=^I^diff_I r ×100% (12)

(9)

Slope₂= (^I^diff_I

r ×2) ×100% (13) I _set= Slope₁ × I_r (14)

Setelah dilakukan perhitungan setting relay pada generator 070-X01 didapatkan nilai setting differential relay pada Tabel 4

Tabel 4: Hasil Setting Differential Relay pada Perhitungan

Gambar 7: Diagram Operasi Differential Relay 18 dengan Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa

Gambar 8: Urutan Operasi Differential Relay 18 saat Sistem Startup

Pada gambar 7 dan Gambar 8 memperlihatkan diagram operasi dan urutan operasi differential relay 18. Jenis gangguan yang diberikan ialah gangguan hubung singkat 3 fasa. Gangguan hubung singkat 3 fasa di generator 070-X01 dengan nominal 10,73 kA ditunjukkan pada Gambar 7. Relay 18

Setting Minimum Setting (%) Time (s)

pickup 11,3 0,09

(10)

trip pada waktu 0,09s. Karena gangguan diberikan pada daerah pengamanan differential relay, maka dapat dilihat pada gambar 8 differential relay yang pertama kali bekerja untuk mengamankan generator namun jika terjadi gagal mengamankan maka terdapat relay backup yakni relay OCR dan relay under voltage di mana relay 5 trip pada waktu 0,3 s, relay 13 trip pada waktu 0,5s, relay 19 trip pada waktu 0,7s, dan relay VR10 trip pada waktu 10s. Saat masing-masing relay bekerja, kemudian akan memerintahkan CB untuk open. Waktu delay CB open untuk masing-masing relay ialah 10 ms.

Pemasangan relay-relay tersebut untuk melindungi generator utama yang berkapasitas 7 MW.

Tabel 5: Perbandingan Nilai Setting Differential Relay Relay 87

Perhitungan dan Simulasi Data PT Kaltim Methanol Industri Pickup (A) Delay (s) Trip Time (s) Pickup (A) Delay (s) Trip Time (s)

0,113 0,09 0,1 0,104 0,1 0,1229

Terdapat perbedaan data pada perhitungan dan simulasi dengan data kalibrasi PT Kaltim Methanol Industri namun perbedaannya sangatlah kecil hal tersebut bisa dikarenakan faktor delay CB Open karena setiap vendor CB memiliki spesifikasi yang berbeda – beda.

3.5. Setting Over dan Under Voltage Relay

Perhitungan untuk mendapatkan setting over and under voltage relay dilakukan menggunakan persamaan (15), (16).

V

_nominal= Range ×Tegangan Bus

(15)

V

_r= ^v^set

Ratio PT

(16) Setelah dilakukan perhitungan setting relay pada generator 070-X01 didapatkan nilai setting differential relay pada Tabel 6.

Tabel 6: Hasil Setting Over Voltage Relay Berdasarkan Perhitungan

Gambar 9: Hasil Grafik Simulasi Over Voltage Relay saat Sistem Startup

0 20 40 60 80 100 120 140 160

1 32 63 94 125 156 187 218 249 280 311 342 373 404 435 466 497 528 559 590 621 652 683 714 745 776 807 838 869 900 931 962 993

% of BusNominal kV

Time (s) Bus Voltage

Setting

Precentage Tegangan Nominal

(%)

Vr (Volt) Time (s)

Over Voltage 110 132 1,0

Under Voltage 85 102 1,0

(11)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

1 44 87 130 173 216 259 302 345 388 431 474 517 560 603 646 689 732 775 818 861 904 947 990 1033 1076 1119 1162 1205 1248 1291 1334 1377 1420 1463

% of BusNominal kV

Time (s)

Bus Voltage

Gambar 9 dapat dilihat hasil grafik saat terjadi lepas beban motor sea water pump sampai over voltage relay trip. Grafik tersebut merupakan grafik yang terjadi pada bus 150-NS-01 yang merupakan bus utama Generator 070-X01 dan grafik tersebut juga merepresentasikan keadaan sistem pada saat kejadian gangguan. Pada waktu 0,1s CB 30 open sehingga membuat tegangan pada sistem tidak berada pada tegangan nominalnya yakni 6600 v. Osilasi tegangan terjadi namun masih dalam batas toleransi karena grafik tersebut belum linear diatas standar operasi over voltage yakni 110% sehingga over voltage relay belum bekerja. Pada waktu 7,515s grafik mulai berosilasi linear diatas 110% sehingga over voltage relay bekerja dan memasuki masa delay yakni 1s dan saat waktu 8,515 s over voltage relay bekerja dan memutus aliran tegangan dari generator menuju bus 150-NS-01. Namun, dapat dilihat pada Gambar 4.32 setelah relay berhasil memutus aliran tegangan masih terdapat osilasi pada sistem, hal ini dikarenakan sistem dalam keadaan startup sehingga emergency power generator 075-X01 dan 075-X02 aktif memberikan suplai dan ada suplai dari grid KDM. Namun emergency power generator dan grid KDM juga tidak dapat mengembalikan keadaan nominal tegangan pada sistem sehingga tegangan linear menuju 0 saat waktu 10s sehingga sistem akan menglami trip total jika tidak segera dilakukan penambahan beban.

Gambar 10: Hasil Grafik Simulasi Over Voltage Relay saat Sistem Normal

Gambar 10 dapat dilihat hasil grafik saat terjadi lepas beban motor sea water pump sampai over voltage relay trip. Grafik tersebut merupakan grafik yang terjadi pada bus 150-NS-01 yang merupakan bus utama Generator 070-X01 dan grafik tersebut juga merepresentasikan keadaan sistem pada saat kejadian. Pada waktu 0,1s, CB 30 open sehingga membuat tegangan pada sistem tidak berada pada tegangan nominalnya yakni 6600 V.

Terjadi osilasi namun masih dalam batas toleransi karena grafik tersebut belum linear diatas standar operasi over voltage yakni 110% sehingga over voltage relay belum bekerja sampai pada waktu 11,118 s. Grafik mulai berosilasi linear diatas 110% sehingga over voltage relay bekerja dan memasuki masa delay yakni 1s dan saat waktu 12,118 s over voltage relay bekerja dan memutus aliran tegangan dari generator menuju bus 150-NS-01. Dapat dilihat pada Gambar 4.33 setelah relay berhasil memutus aliran tegangan sudah tidak terdapat osilasi pada sistem. Hal ini dikarenakan sistem dalam keadaan normal sehingga emergency power generator 075-X01 dan 075-X02 tidak aktif (standby), namun masih mendapat suplai dari grid KDM. Namun grid KDM juga tidak dapat mengembalikan keadaan nominal tegangan pada sistem sehingga tegangan linear menuju 0 saat waktu 15s sehingga sistem akan menglami trip total jika tidak segera dilakukan penambahan beban.

Kemudian dilakukan pengujian under voltage relay dengan jenis gangguan yang diberikan ialah gangguan hubung singkat 3 fasa. Pengujian dilakukan saat sistem dalam keadaan startup maupun sistem dalam keadaan normal. Pengujian telah ditunjukkan pada Gambar 7, dan Gambar 8. Hasil urutan operasi relay saat diberikan gangguan telah ditunjukkan pada Gambar 8. Dari hasil pengujian dapat dilihat

(12)

bahwa kerja over and under voltage relay telah sesuai dengan perhitungan dan standar PLNNO.0357.K/DIR/2014. Pada Gambar 8 trip time relay ialah 1,0s dan telah sesuai dengan standar yang digunakan karena clearing time maximum ialah 2,0s.

Tabel 7: Perbandingan Nilai Setting Over dan Under Voltage Relay Rel

a y

Perhitungan dan Simulasi Data PT Kaltim Methanol Industri Setting (%) Delay (s) Trip Time (s) Setting (%) Delay (s) Trip Time (s) OV

R

110 1 8,515 120 2 3,3856

UV

R

85 1 12,118 80 3 4,0338

Data tersebut merupakan data perbandingan pada relay OVR dan UVR. Terdapat perbedaan data pada perhitungan dan simulasi dengan data kalibrasi PT Kaltim Methanol Industri. Perbedaan presentase nilai setting OVR dan UVR antara perhitungan dan simulasi dengan data kalibrasi PT KMI masih dalam range standar operasi berdasarkan standar PLN NO.0357.K/DIR/2014 yakni pada OVR lebih besar sama dengan 50 % dan lebih kecil sama dengan 85 %. Untuk UVR yakni lebih besar sama dengan 110

% dan lebih kecil sama dengan 135 %. Perbedaan nilai delay OVR dan UVR antara perhitungan dan simulasi dengan data kalibrasi PT KMI yakni, untuk OVR masih dalam range standar operasi berdasarkan standar PLN NO.0357.K/DIR/2014 yakni 2,0 s. Namun untuk UVR, nilai delay pada data kalibrasi PT Kaltim Methanol Industri diluar standar maximum clearing time pada standar PLN NO.0357.K/DIR/2014 yakni 2,0 s sedangkan pada data kalibrasi memiliki delay 3,0 s.

3.6. Setting Over dan Under Frequency Relay

Frequency normal yang dipakai di Indonesia ialah 50 Hz termasuk dalam sistem PT KMI memiliki standar frequency 50 Hz. Pemasangan over and under frequency relay berfungsi untuk mengamankan sistem saat kejadian penurunan atau kenaikan frequency diluar standar yang telah diatur oleh Peraturan Menteri ESDM No. 03 Tahun 2007. seperti ditunjukkan pada Tabel 8 sebagai berikut.

Tabel 8: Batasan Izin Frekuensi

No Frekuensi Nilai Frekuensi

1 Normal Frekuensi 50,0 ± 0,5 Hz

2 Saat Keadaan Darurat Frekuensi 52 Hz (Batas Atas) 47,5 Hz (Batas Bawah) Tabel 9: Hasil Simulasi Urutan Operasi Over Frequency Relay saat Sistem Startup

Time (s) Event Device ID Action Action by

1,000 1 CB89 Open Study Case

4,564 Freq. Relay CB760 Open Frequency Relay

(13)

Gambar 11: Hasil Grafik Simulasi Over Frequency Relay saat Sistem Startup

Tabel 9, dan Gambar 11 merupakan hasil simulasi pengujian over frequency relay dengan skema lepas beban secara tiba-tiba. Dalam melakukan pengujian yang pertama ialah membuat skema lepas beban terlebih dahulu beban yang dilepas ialah CB 89 yang merupakan CB dari motor sea water pump 065-G01B-M. Panjang pengujian over frequency relay ialah 30s. Kemudian setelah running pengujian didapatkan hasil pengujian pada Tabel 9 dan Gambar 11. Tabel 9 merupakan hasil pengujian waktu kejadian lepas beban dan relay trip, dapat dilihat bahwa over frequency relay trip pada waktu 4,564s.

Pada Gambar 11 dapat dilihat hasil grafik saat terjadi lepas beban motor sea water pump sampai over frequency relay trip. Grafik tersebut merupakan grafik yang terjadi pada bus 150-NS-01 yang merupakan bus utama Generator 070-X01 dan grafik tersebut juga merepresentasikan keadaan sistem pada saat kejadian. Saat waktu 0,1s CB 89 open sehingga membuat frequency pada sistem tidak berada pada frequency normalnya yakni 50 Hz. Kemudian setelah kejadian CB89 open, frequency pada sistem terus naik sampai pada waktu 4,064 frequency telah menyentuh titik 104 % yang merupakan batas over frequency yang diizinkan. Sehingga relay telah aktif dan memasuki masa delay nya untuk mengaktifkan CB untuk open. Kemudian pada waktu 4,564 CB760 yang merupakan CB generator 070-X01 open dan generator telah diamankan dari gangguan over frequency. Karena generator telah lepas dari sistem maka terjadi penurunan frequency dan terjadi load shedding untuk mengembalikan frequency kedalam keadaan normalnya. Karena dampak load shedding frequency berhasil kembali naik dan bersamaan dengan penyesuaian grid PT KDM dengan emergency power generator yang masih beroperasi untuk mengembalikan frequency ke keadaan normalnya samapai pada waktu 11,308s frequency berhasil kembali ke keadaan normalnya yakni 50 Hz.

Tabel 10: Hasil simulasi Urutan Operasi Over Frequency Relay saat Sistem Normal

1,000 1 CB89

Open Study Case

11,463

Freq. Relay

CB760

Open Frequency Relay

Tabel 10, dan Gambar 12 merupakan hasil simulasi pengujian over frequency relay dengan skema lepas beban secara tiba-tiba. Tabel 10 merupakan hasil pengujian waktu kejadian lepas beban dan relay trip. Dapat dilihat bahwa over frequency relay trip pada waktu 11,463s. Pada Gambar 4.36 dapat dilihat hasil grafik frequency saat terjadi lepas beban motor sea water pump sampai over frequency relay trip.

Grafik tersebut merupakan grafik yang terjadi pada bus 150-NS-01 yang merupakan bus utama Generator 070-X01 dan grafik frequency tersebut juga merepresentasikan keadaan frequency sistem pada saat kejadian.

96,5 97 97,5 98 98,5 99 99,5 100 100,5 101 101,5

1 87 173 259 345 431 517 603 689 775 861 947 1033 1119 1205 1291 1377 1463 1549 1635 1721 1807 1893 1979 2065 2151 2237 2323 2409 2495 2581 2667 2753 2839 2925

f in%

Time (s)

Bus Frequency

(14)

Saat waktu 0,1 s CB89 open sehingga membuat frequency pada sistem tidak berada pada frequency normalnya yakni 50 Hz. Kemudian setelah kejadian CB89 open, frequency pada sistem terus naik sampai pada waktu 10,963s frequency telah menyentuh titik 104 % yang merupakan batas over frequency yang diizinkan. Sehingga relay telah aktif dan memasuki masa delay nya dan memerintahkan CB untuk open. Kemudian pada waktu 11,463 s CB760 yang merupakan CB generator 070-X01 open dan generator telah diamankan dari gangguan over frequency. Karena generator telah lepas dari sistem maka grid PT KDM menjadi stand alone supply ke sistem sehingga frequency pada sistem bisa langsung di backup oleh grid dan dapat kembali normal di 50 Hz.

Gambar 12: Hasil Grafik Simulasi Over Frequency Relay di Software saat Sistem Normal Tabel 11: Hasil Simulasi Load Shedding Under Frequency Relay saat Sistem Startup

Tabel 11, dan Gambar 13 merupakan hasil simulasi pengujian under frequency relay dengan skema kejadian lepas pembangkit secara tiba-tiba. Tabel 11 merupakan hasil pengujian waktu kejadian lepas pembangkit dan relay trip karena masuk kedalam skema pelepasan beban (load shedding) dikarenakan frequency telah berada dibawah standar operasional yang diperbolehkan yakni 98% atau 49 Hz, dapat dilihat bahwa terjadi pelepasan beban secara bertahap untuk mengembalikan frequency kedalam standar operasionalnya. Beban-beban yang dilepas merupakan beban terkecil pada sistem PT KMI. Pada Gambar 13 dapat dilihat hasil grafik saat terjadi lepas pembangkit sampai under frequency relay aktif dan melakukan load shedding. Grafik tersebut merupakan grafik yang terjadi pada bus 150- NS-01 yang merupakan bus utama Generator 070-X01 dan grafik tersebut juga merepresentasikan keadaan sistem pada saat kejadian.

Saat waktu 0,1s CB 109 dan CB 3 open sehingga membuat frequency pada sistem tidak berada pada frequency normalnya yakni 50 Hz. Kejadian ini bisa terjadi saat sistem startup dan pembangkit- pembangkit akan melakukan sinkronisasi. Kejadian ini bisa terjadi saat ada pembangkit yang belum sinkron namun pembangkit telah masuk ke sistem sehingga pembangkit tersebut dapat lepas dari sistem.

97 98 99 100 101 102 103 104 105

1 87 173 259 345 431 517 603 689 775 861 947 1033 1119 1205 1291 1377 1463 1549 1635 1721 1807 1893 1979 2065 2151 2237 2323 2409 2495 2581 2667 2753 2839 2925

f in%

Time (s)

Bus Frequency

(15)

Kemudian dapat dilihat pada Gambar 13 setelah 2 suplai power lepas dari sistem grafik frequency mengalami penurunan sampai menuju 98%. Namun sistem kembali membaik pada waktu 3,0s dan menuju ke frequency normal yakni 50 Hz. Hal ini karena under frequency relay telah aktif dan melakukan load shedding atau pelepasan beban untuk menjaga agar frequency dapat kembali ke 50 Hz.

Saat 10s, sistem telah berada dibatas normal frequency yakni di +- 50 Hz sampai waktu tak hingga dan sistem dapat kembali normal sehingga kontinuitas proses dapat berjalan dengan baik kembali.

Gambar 13: Hasil Grafik Simulasi Pengujian Under Frequency Relay saat Sistem Startup Tabel 12: Hasil Simulasi Load Shedding Under Frequency Relay saat Sistem Normal

1,000 Event 1 CB3 Open Study Case

Tabel 12, dan Gambar 14 merupakan hasil simulasi pengujian under frequency relay dengan skema kejadian lepas pembangkit secara tiba-tiba. Tabel 12 merupakan hasil skema pelepasan beban (load shedding) dikarenakan frequency telah berada dibawah standar operasional yang diperbolehkan yakni 98% atau 49 Hz. Dapat dilihat bahwa terjadi pelepasan beban secara bertahap untuk mengembalikan frequency kedalam standar operasionalnya. Beban-beban yang dilepas merupakan beban terkecil pada sistem PT KMI. Pada Gambar 14 dapat dilihat hasil grafik saat terjadi lepas pembangkit sampai under frequency relay aktif dan melakukan load shedding. Grafik frequency tersebut merupakan grafik yang terjadi pada bus 150-NS-01 yang merupakan bus utama Generator 070-X01 dan grafik tersebut juga merepresentasikan keadaan sistem pada saat kejadian.

96 97 98 99 100 101 102

1 87 173 259 345 431 517 603 689 775 861 947 1033 1119 1205 1291 1377 1463 1549 1635 1721 1807 1893 1979 2065 2151 2237 2323 2409 2495 2581 2667 2753 2839 2925

f in%

Time (s)

Bus Frequency

(16)

Saat waktu 0,1s CB 3 open sehingga membuat frequency pada sistem tidak berada pada frequency normalnya yakni 50 Hz. Kejadian ini bisa terjadi saat sistem normal kemudian tiba-tiba terdapat pembangkit yang sedang sinkron lepas karena beberapa faktor hal. Kemudian dapat dilihat pada Gambar 4.38 setelah suplai power dari PT KDM lepas dari sistem, grafik frequency mengalami penurunan sampai menuju 98%. Namun sistem kembali membaik pada waktu 3,5s dan menuju ke frequency normal yakni 50 Hz. Hal ini karena under frequency relay telah aktif dan melakukan load shedding atau pelepasan beban untuk menjaga agar frequency dapat kembali ke 50 Hz. Saat 20s, sistem telah berada dibatas normal frequency yakni di +- 50 Hz sampai waktu tak hingga dan sistem dapat kembali normal sehingga kontinuitas proses dapat berjalan dengan baik kembali.

Gambar 14: Hasil Grafik Simulasi Pengujian Under Frequency Relay saat Sistem Normal Setelah dilakukan perhitungan dan simulasi kemudian membandingkan data perhitungan dan simulasi dengan data PT Kaltim Methanol Industri. Perbandingan data tersebut dapat dilihat pada Tabel 13.

Tabel 13: Perbandingan Nilai Setting Over dan Under Frequency Relay Rel

a y

Perhitungan dan Simulasi Data PT Kaltim Methanol Industri Setting (%) Delay (s) Trip Time (s) Setting (%) Delay (s) Trip Time (s) OF

R

104 0,5 11,463 105 3 3,1303

UF

R

95 0,1 3,230 95 4 4,023

Terdapat perbedaan data pada perhitungan dan simulasi dengan data kalibrasi PT Kaltim Methanol Industri. Perbedaan presentase nilai setting OVR dan UVR pada perhitungan dan simulasi dengan data kalibrasi PT KMI masih dalam range standar operasi berdasarkan standar Peraturan Menteri ESDM No. 03 Tahun 2007. Perbedaan nilai delay dan trip time OFR dan UFR terjadi karena faktor pengambilan data pada perhitungan dan simulasi berbeda dengan saat kalibrasi.

Perbedaannya ialah saat melakukan pengambilan data dengan perhitungan dan simulasi dalam menggambarkan keadaan over dan under frequency dengan membuat beberapa skema kejadian. Dalam skema kejadian tersebut sampai dalam tahap keadaan over dan under frequency sehingga membutuhkan waktu yang lebih lama. Pada under frequency diikuti dengan skema pelepasan beban untuk mengembalikan frequency sistem kedalam keadaan normal. Sedangkan dalam pengambilan data dengan kalibrasi mengabaikan aspek – aspek kejadian berurutan hanya dengan meng inject presentase nilai setting over dan under. Sehingga, relay bisa langsung bekerja dan memerintahkan CB untuk open sehingga didapatkan waktu trip yang lebih cepat dibandingkan dengan perhitungan dan simulasi.

97,5 98 98,5 99 99,5 100 100,5

1 87 173 259 345 431 517 603 689 775 861 947 1033 1119 1205 1291 1377 1463 1549 1635 1721 1807 1893 1979 2065 2151 2237 2323 2409 2495 2581 2667 2753 2839 2925

f in%

Time (s)

Bus Frequency

(17)

3.7. Setting Reverse Power Relay

Perhitungan untuk mendapatkan setting reverse power relay dilakukan menggunakan persamaan (17) dan (18).

Setelan Primer RPR = %Daya Balik ×S (MVA)×pf (17) Setelan Sekunder RPR= Daya Balik Primer

Ratio CT ×Ratio PT (18) Setelah dilakukan perhitungan setting relay pada generator 070-X01 didapatkan nilai setting reverse power relay pada Tabel 14.

Tabel 14: Hasil Setting Over Voltage Relay pada Perhitungan

Tabel 15: Hasil Simulasi Urutan Operasi Reverse Power Relay saat Sistem Startup

0,100 Grid Lepas CB3 Open Study Case

0,300 P Gen, Down 070-X01 Generation Impact Study Case

0,315 SC Bus Gen Bus71 3 Phase Fault Study Case

0,426 Dir. Pwr Relay CB83 Open Directional Power Relay

Gambar 15: Hasil Grafik Simulasi Reverse Power Relay saat Sistem Startup

Tabel 15 dan Gambar 15 merupakan hasil simulasi pengujian reverse power relay dengan skema motoring pada generator. Dalam melakukan pengujian yang pertama ialah membuat skema lepas grid terlebih dahulu kemudian membuat suplai daya generator berkurang sebanyak -30 % setelah itu membuat hubung singkat di bus generator seperti pada Tabel 15. Skema motoring pada generator ini terjadi saat sistem startup.

Dapat dilihat pada gambar 15, pada waktu 0,1 s terjadi gangguan pada saluran utama grid PT KDM dan mengakibatkan CB 3 yang merupakan CB grid menjadi open. Sehingga berdampak pada terjadinya osilasi yang cukup tinggi pada generator karena generator bekerja cukup ekstra saat menyesuaikan keadaan untuk men suplai sistem. Kemudian pada waktu 0,3 s terjadi penurunan suplai daya generator utama ke sistem PT KMI. Penurunan daya tersebut mencapai -30% dan telah memasuki keadaan motoring pada generator sehingga grafik pembangkitan generator menjadi negatif pada waktu

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101 105

MW

Time (s)

Generator Elctrical Power

Settin g

Presentase Daya Balik (%)

Daya Balik Sisi Primer (kW)

Daya Balik

Sisi Sekunder (w) Time (s)

pickup 3 210 5,874 0,1

(18)

0,326 s. Reverse power relay telah memasuki waktu delay nya, setelah itu terjadi hubung singkat di bus generator pada waktu 0,315 s. Hubung singkat merupakan simbolis terjadinya daya balik mengarah pada generator. Dengan menempatkan hubung singkat di bus generator sehingga arah arus akan menuju ke generator 070-X01 sehingga pada waktu 0,426 s CB reverse power relay menjadi open. Saat terjadi keadaan motoring dan reverse power relay bekerja untuk membuka CB generator, maka sistem akan trip total karena generator yang masih aktif yakni emergency power generator tidak dapat memenuhi kebutuhan sistem sehingga mengakibatkan sistem menjadi trip.

Tabel 16: Hasil Simulasi Urutan Operasi Reverse Power Relay saat Sistem Normal

0,500 P Gen, Down 070-X01 Generation Impact Study Case

0,511 SC Bus Gen Bus71 3 Phase Fault Study Case

0,722 Dir. Pwr Relay CB83 Open Directional Power Relay

Gambar 16: Hasil Grafik Simulasi Reverse Power Relay saat Sistem Normal

Tabel 16 dan Gambar 16 merupakan hasil simulasi pengujian reverse power relay dengan skema motoring pada generator. Dalam melakukan pengujian yang pertama ialah membuat suplai daya generator berkurang sebanyak -30 %. Penyebab berkurangnya suplai daya generator ke sistem salah satunya ialah karena kerusakan prime mover dari generator. Setelah itu membuat hubung singkat di bus generator seperti pada Tabel 16.

Skema motoring pada generator ini terjadi saat sistem dalam keadaan normal, dapat dilihat pada Gambar 16 terjadi penurunan suplai daya generator utama ke sistem, penurunan daya tersebut mencapai -30% pada waktu 0,5 s dan telah memasuki keadaan motoring pada generator. Sehingga grafik pembangkitan generator menjadi negatif yakni -0,3055 MW dan nilai tersebut sudah cukup untuk membuat relay bekerja. Karena sesuai dengan perhitungan setting yang telah dilakukan, daya balik maksimal pada generator 070-X01 ialah -0,21 MW. Setelah itu terjadi hubung singkat di bus generator pada waktu 0,511 s, hubung singkat merupakan simbolis terjadinya daya balik mengarah pada generator dengan menempatkan hubung singkat di bus generator sehingga arah arus akan menuju ke generator 070-X01. Relay bekerja pada waktu 0,622 s sehingga reverse power relay telah memasuki waktu delay nya yakni 0,1 s dan CB open pada waktu 0,722 s. Saat terjadi keadaan motoring dan reverse power relay

-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100 103

MW

Time (s)

Pada metodologi penelitian akan membahas tentang cara atau alur penelitian dalam analisis data dan cara pengujian data.

Pada metodologi penelitian akan membahas tentang cara atau alur penelitian dalam analisis data dan cara pengujian data.

YA

5-10% x Isc

(5)

Gambar 4: Diagram Koordinasi OCR Relay 39, 5, 13, dan 19

Gambar 5: Kurva Koordinasi OCR Relay 39, 5, 13, dan 19

V

V

Time (s) Bus Voltage

Bus Voltage

1,000 1 CB89

11,463

CB760

Bus Frequency

Bus Frequency

Bus Frequency

Bus Frequency

Gambar 15: Hasil Grafik Simulasi Reverse Power Relay saat Sistem Startup

Generator Elctrical Power

Generator Electrical Power