Evaluasi Setting Rele Overall Differential GT 1.1 PLTGU Grati dan Rele Jarak GITET Grati pada Bus 500 kV
Hari Wisatawan 2209106057
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012
Abstrak Adanya gelombang transien akibat dari manuver bus di sisi GITET Grati seringkali mengakibatkan bekerjanya Rele Diferensial Overall GT 1.1 (F01) yang mengamankan seluruh peralatan mulai dari titik bintang generator sampai dengan sisi tegangan tinggi ransformator utama. Gelombang transien ini identik dengan harmonisa ke-2 yang di deteksi oleh rele. Seharusnya harmonisa ke-2 yang di deteksi adalah harmonisa ke-2 yang timbul karena adanya energize transformator utama. Selain gelombang transien karena manuver bus, gelombang transien tersebut juga diakibatkan karena adanya gangguan asimetris di sisi 150 kV. Dalam hal ini, yang seharusnya bekerja adalah Rele Diferensial IBT 500 kV/150 Kv. Bekerjanya Rele Diferensial karena gelombang transien ini jelas akan merugikan, baik di sisi transmisi maupun di sisi pembangkitan. Selain itu salah satu fungsi selektifitas dari rele pengaman tidak terpenuhi. Sedangkan untuk Rele Jarak di sisi transmisi 500 kV resetting juga diperlukan agar rele tersebut lebih selektif dan apabila terjadi gangguan tidak menyebabkan bekerjanya Rele Diferensial Overall (F01) GT 1.1. Kata kunci: Rele Diferensial, Rele Jarak, Harmonisa ke-2
Latar Belakang dan Tujuan LATAR BELAKANG •
•
Sering lepasnya GT 1.1 PLTGU Grati akibat gangguan dari luar – –
Sistem transmisi akan mengalami kekurangan pasokan daya Sisi pembangkit akan menimbulkan biaya tambahan pada proses startingnya.
–
Keandalan dari pembangkit akan menurun.
Lepasnya pembangkit karena bekerjanya rele yang tidak sesuai dengan jenis gangguan yang terjadi di sisi transmisi. –
–
•
Sebagai contoh adalah ketika terjadi manuver bus di GITET Grati, maka Rele Diferensial sisi pembangkit akan bekerja karena adanya gelombang transien yang menyerupai gelombang harmonisa ke-2 yang besarnya melebihi nilai seting. Padahal gelombang tersebut adalah gelombang transien dan bukan merupakan gangguan. Ketika terjadi gangguan asimetris di sisi 150 kV di GI Bangil, Rele Diferensial GT 1.1 juga bekerja akibat gelombang transien dari gangguan tersebut. (Seharusnya yang bekerja adalah Rele Diferensial IBT)
Koordinasi antar Rele Diferensial antara sisi pembangkit dengan IBT harus sesuai baik dari seting arus diferensialnya maupun seting harmonisanya.
TUJUAN •
Dapat memberikan solusi agar kinerja pengaman lebih dapat diandalkan secara sensitifitas dan selektifitasnya. Selain itu, kerugian yang timbul baik di sisi transmisi maupun di sisi pembangkit dapat diminimalisasi
Dasar Teori Rele Diferensial (Differential Relay) •
Prinsip kerja rele ini berdasarkan hukum kirchhoff yaitu membandingkan jumlah arus masuk ke primer (Ip) sama dengan jumlah arus yang keluar dari sekunder (Is).
Dimana: • Id • Ip/I1 • Is/I2 Id Idif
= I1 + I2> 0 Ampere = I1 + I2> 0 Ampere.
= Arus Diferensial (A) = Arus Sisi Masuk / Primer (A) = Arus Sisi Keluar /Sekunder (A)
Dasar Teori Koneksi Rele Diferensial dan CT •
Agar tidak terjadi pergeseran phasa
Dasar Teori Karakteristik Rele Diferensial
Slope 1 akan menentukan arus diferensial dan arus penahan pada saat kondisi normal dan memastikan sensitifitas rele pada saat gangguan internal dengan arus gangguan yang kecil. Slope 2 berguna supaya rele tidak kerja oleh gangguan eksternal yang berarus sangat besar sehingga salah satu CT mengalami saturasi (diset dengan slope lebih dari 50%).
Dasar Teori Rele Jarak (Distance Relay) • •
•
•
Rele Jarak merupakan proteksi yang paling utama pada saluran transmisi. Rele Jarak menggunakan pengukuran tegangan dan arus untuk mendapatkan impedansi saluran yang harus diamankan. Rele Jarak tidak tergantung oleh besarnya arus gangguan yang terjadi, tetapi tergantung pada jarak gangguan yang terjadi terhadap rele proteksi. Impedansi yang diukur dapat berupa Z, R saja ataupun X saja, tergantung jenis rele yang dipakai.
Dasar Teori
Setting Rele Jarak (Distance Relay) •
Zone I –
•
Zone II –
•
mengamankan saluran yang diproteksi (protected line) Settingnya adalah 80 persen impedansi saluran yang diproteksi. mengamankan saluran yang diproteksi (protected line) dan saluran sebelahnya (adjacent line) Settingnya adalah 120 persen impedansi saluran yang diproteksi.
Zone III –
mengamankan saluran sebelahnya (adjacent line) Settingnya adalah saluran yang diproteksi ditambah 120 persen saluran sebelahnya (adjacent line)
Dasar Teori Arus Infeed • •
Infeed adalah pengaruh penambahan atau pengurangan arus yang melalui titik terminal terhadap arus yang melalui rele yang ditinjau. Adanya pengaruh infeed ini akan membuat impedansi yang dilihat rele menjadi lebih besar (overreaching) atau menjadi lebih kecil (underreaching)
Adanya pembangkit pada rel ujung saluran yang diamankan
Dan impedansi yang terukur oleh rele adalah:
Dasar Teori Konfigurasi saluran transmisi ganda ke tunggal
Jadi faktor infeed
Dasar Teori Konfigurasi saluran transmisi ganda ke ganda
Jadi faktor infeed
• Untuk gangguan f dekat rel B (x ≈ 0), faktor infeed k = 2 • Untuk gangguan f dekat rel C (x ≈ 0), faktor infeed k =1 • Untuk gangguan diantara rel B dan C nilai infeed bervariasi antara 1 - 2
Dasar Teori Konfigurasi saluran transmisi tunggal ke ganda
Jadi faktor infeed
• Untuk gangguan f dekat rel B (x ≈ 0), faktor infeed k = 1 • Untuk gangguan f dekat rel C (x ≈ 0), faktor infeed k = 0.5 • Untuk gangguan diantara rel B dan C nilai infeed bervariasi antara 0.5 - 1
Dasar Teori Arus Inrush (Inrush Current) • • • • •
Terjadi karena arus lebih yang terjadi selama proses energize trafo Arus transien yang besar yang disebabkan oleh kejenuhan magnetik inti trafo. Untuk trafo daya, besarnya arus inrush biasanya 2 sampai 5 kali arus beban Akibatnya, arus inrush terbaca sebagai arus gangguan oleh rele proteksi. Perhitungan yang tepat untuk % minimum harmonisa ke-2 adalah sangat penting sebagai parameter untuk diferensiasi
Penyebab Inrush Current Setiap peningkatan tegangan yang mendadak pada trafo daya akan menghasilkan arus transien yang lebih besar daripada arus normalnya. Lonjakan tegangan tersebut, biasanya disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut: • Energize-nya trafo daya • Tegangan pemulihan setelah terjadi gangguan short circuit yang besar pada sistem interkoneksi (recovery inrush) • Energize-nya trafo daya lain yang terparalel dengan interkoneksi (sumpathetic inrush) • Out-of-phase generator
Sistem Kelistrikan
Sistem Kelistrikan
Saluran
Type Konduktor
Panjang (Km)
Resistansi (Ohm/km)
Reaktansi (Ohm/km)
1-2
ACSR Gannet 4 x 392 mm2
79,410
0,0251
0,2808
2-3
ACSR Dove 4 x 327 mm2
23
0,0293
0,2815
Sistem Kelistrikan
Sistem Kelistrikan
CT dan ACT
RELAY DIFERENSIAL
Analisa dan Pembahasan •
Perhitungan Setting Rele Jarak (Distance Relay)
Saluran
Type Konduktor
Panjang (Km)
Resistansi (Ohm/km)
Reaktansi (Ohm/km)
CT
PT
1-2
ACSR Gannet 4 x 392 mm2
79,410
0,0251
0,2808
2000/1 A
500 / 0.1kV
2.3
ACSR Dove 4 x 327 mm2
23
0,0293
0,2815
2000/1 A
500 / 0.1kV
Analisa dan Pembahasan •
Perhitungan Setting Rele Jarak (Distance Relay) • Impedansi Primer saluran GITET Grati – GITET Krian
• Impedansi Primer saluran GITET Krian – GITET Gresik
• Untuk mendapatkan Impedansi Sekunder (besaran yang dirasakan oleh Rele Jarak), maka:
Analisa dan Pembahasan •
Perhitungan Setting Rele Jarak (Distance Relay) Setting untuk Zona 1
Setting di rele:
Setting untuk Zona 2
Setting untuk Zona 3
Setting di rele:
Setting di rele:
Analisa dan Pembahasan •
Perhitungan Setting Rele Jarak (Distance Relay)
Matrikulasi Setting Rele Jarak
No
GI / GITET
1 Grati
SUTT / SUTET
Krian 1
Krian 2
Zone 1 Eksisting Resetting Z Ө Z Ө
SETTING Zone 2 Eksisting Resetting Z Ө Z Ө
Zone 3 Eksisting Resetting Z Ө Z Ө
8
85
7,61
85
16.393
85
11,737
85
21.739
85
12,92
85
8
85
7,61
85
16.393
85
11,737
85
21.739
85
12,92
85
8
85
7,61
85
16.393
85
11,737
85
21.739
85
12,92
85
8
85
7,61
85
16.393
85
11,737
85
21.739
85
12,92
85
Analisa dan Pembahasan •
Perhitungan Setting Rele Diferensial To 500 kV SwitchGear
Sisi Low Voltage 30 VA 5P20 200 / 1A
Y
11BAT01 153,75 MVA 512,5 ± 2 x 2,5% / 10,5 kV Ynd1 Uk = 12%
Y ∆ Sisi High Voltage
87 11MKA01 150 MVA 10,5 kV ± 5% 50 Hz
Y G
10000 / 25 A
Y 30 VA 5P20 25 / 1 A
Analisa dan Pembahasan •
Perhitungan Setting Rele Diferensial Arus di Rele Diferensial pada saat beban penuh
Pada kondisi normal full load arus di rele adalah
Seting Rele Diferensial
Setting rele = 25% atau 0,25 I/InTr
Analisa dan Pembahasan •
Perhitungan Setting Rele Diferensial Arus Deferensial pda sisi High Voltage (512,5 kV)
Seting Slope
Analisa dan Pembahasan •
Perhitungan Setting Rele Diferensial 1600 TRANSFORMER DIFFERENTIAL PROTECTION DATA
AE06 87BRA IBT
Lama
Baru
State of differential protection
on
on
on
Pick-up value of differential current
0.15 I/InTr
0.25 I/InTr
0.25 I/InTr
Pick-up value of high set trip
0.8 I/InTr
10.0 I/InTr
10.0 I/InTr
Slope 1 of tripping characteristic
0.25
0.30
Base point 2 for slope 2 of tripping charact.
2.5 I/InTr
2.5 I/InTr
Slope 2 of tripping characteristic
0.5
0.6
State of 2nd harmonic restraint
on
on
on
2nd harmonic contend in the different. current
45%
15%
48%
0 *1P
1 *1P
Time for cross-blocking with 2nd harmonic Choice a further (n-th) harmonic restraint
5th harmonic
5th harmonic
5th harmonic
n-th harmonic contend in the differen. current
48%
48%
50%
Active time for cross-blocking with n-th harm.
0 *1P
1 *1P
Limit IDIFFmax of n-th harmonic restraint
1.5 I/InTr
1.5 I/InTr
Max. blocking time at CT saturation
+* *1P
+* *1P
Min. restr. current for blocking at CT satur.
15.00 I/InTr
15.00 I/InTr
Trip time delay of diff. current stage IDIFF>
0.00 s
0.00 s
0.00 s
Trip time delay of diff. current stage IDIFF>>
0.00 s
0.00 s
0.00 s
Reset delay after trip has been initiated
0.10 s
0.10 s
0.00 s
Analisa dan Pembahasan •
Analisa Gangguan Exteral Gangguan 17 Maret 2010 (Manuver di GITET GRATI)
Analisa dan Pembahasan •
Analisa Gangguan Exteral Gangguan 17 Maret 2010 (Manuver di GITET GRATI) Sisi Low Voltage
Pada kondisi sebelum gangguan arus di rele adalah
Sisi High Voltage
Arus di Rele Diferensial pada kondisi sebelum gangguan
Analisa dan Pembahasan •
Analisa Gangguan External Gangguan 17 Maret 2010 (Manuver di GITET GRATI)
Analisa dan Pembahasan •
Analisa Gangguan Exteral Gangguan 17 Maret 2010 (Manuver di GITET GRATI) Sisi Low Voltage
Sisi High Voltage
Arus di Rele Diferensial pada kondisi gangguan
Analisa dan Pembahasan •
Analisa Gangguan Exteral Gangguan 17 Maret 2010 (Manuver di GITET GRATI) Pada kondisi gangguan arus di rele adalah
Pada saat gangguan terjadi, • Harmonisa ke-2 > Seting • 38,7% > 15% • Pembacaan 0*1P atau 0*20ms • Rele Diferensial bekerja • GCB GT 1.1 trip. Apabila nilai seting untuk harmonisa ke-2 diubah • 15% ke 48% • Pembacaan 0*1P atau 0*20ms ke 1*1P atau 1*20ms • Rele Diferensial tidak akan bekerja • GCB GT 1.1 tidak trip
Penutup Kesimpulan •
•
• •
Perubahan seting “2nd harmonic contend in the different. current” dari 15% menjadi 48%. Perubahan ini memperbaiki koordinasi dengan Rele Diferensial IBT dimana seting harmonisa ke-2 sebesar 45%. Perubahan seting “Time for cross-blocking with 2nd harmonic” dari “0 *1P” menjadi “1 *1P”. Perubahan ini berpengaruh pada pembacaan harmonisa ke-2. Pada “0 *1P”, rele membaca harmonisa ke-2 tanpa menghabiskan satu periode gelombang dan langsung memerintahkan rele untuk bekerja. Harmonisa ke-2 yang terbaca dianggap sebagai harmonisa ke-2 yang permanen. Sedangan pada “1 *1P”, rele membaca harmonisa ke-2 selama satu periode gelombang dan baru memerintahkan rele untuk bekerja. Sehingga apabila ada gelombang harmonisa ke-2 sebagai akibat dari manuver di GITET Grati (gelombang transien) tidak dianggap sebagai gangguan. Perubahan “5nd harmonic contend in the different. current” dari 48% menjadi 50%. Perubahan ini akan berpengaruh pada besarnya nilai harmonisa ke-5. Perubahan “Time for cross-blocking with 5th harmonic” dari “0 *1P” menjadi “1 *1P”.
Penutup Saran •
•
Sebelum seting-seting rele tersebut diaplikasikan, dapat dilakukan perhitungan kembali dengan melibatkan semua bagian yang ada, baik dari P3B sebagai penanggung jawab GITET dan PT. Indonesia Power sebagai penanggung jawab pembangkit. Seting-seting rele tersebut harus selalu di audit seiring dengan bertambahnya beban dan pembangkit, karena nilai-nilai parameternya akan mengalami perubahan.
MEMAYU HAYUNING BAWONO
TERIMA KASIH
