Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2012) Teknik Sistem Tenaga(Jurusan Teknik Elektro ITS)
INSTALASI PENTANAHAN DAN PROTEKSI GANGGUAN KE TANAH PADA PEMBANGKITAN MULTI GENERATOR DI SISTEM KELISTRIKAN PT.WILMAR NABATI GRESIK
ü Nama : Johari ü NRP : 2210 105 035 Pembimbing : 1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D 2. Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 1
DAFTAR ISI qPENDAHULUAN qTEORI PENUNJANG qSTUDI KASUS PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR qSIMULASI DAN ANALISA DATA qKESIMPULAN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 2
Latar Belakang ü PT. Wilmar Nabati Indonesia (PT. Wilmar) memiliki fasilitas industri di daerah Gresik, Jawa Timur. ü Dengan adanya penambahan pembangkit, maka perlu dilakukan analisis ulang sistem pengaman ground fault. ü PT. Wilmar memiliki sistem tegangan menengah,sehingga diperlukan pemilihan metode pentanahan sistem yang tepat untuk mengatasi gangguan satu fasa ketanah. ü Untuk sistem kelistrikan yang memiliki generator yang beroperasi paralel diperlukan suatu metode dalam memilih sistem pentanahan .
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 3
Batasan Masalah
Batasan masalah ditugas akhir ini meliputi : ü Pada simulasi hubung singkat, generator diparalel dengan generator yang lain yang berada dalam 1 bus ü Distribution Generator (DG) tidak dimasukkan dalam simulasi ü Simulasi hubung singkat menggunakan hubung singkat 1 fasa ke tanah 30 cycle
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 4
Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dari tugas akhir ini antara lain : ü Memberi referensi kelebihan dan kekurangan dalam pemilihan metode pentanahan pada multi generator terutama di PT.wilmar Nabati Gresik. ü Memahami penyetelan rele pengaman ground fault pada pentanahan sistem generator. ü Menyetel ulang koordinasi gound fault relay yang masih belum tepat setelannya.
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 5
Metodologi
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 6
DAFTAR ISI qPENDAHULUAN qTEORI PENUNJANG qSTUDI KASUS PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR qSIMULASI DAN ANALISA DATA qKESIMPULAN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 7
Pentanahan Sistem ü
Ada beberapa jenis pentanahan sistem antara lain:
1.
Pentanahan Low Resistance
2.
Pentanahan High Resistance
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 8
Pentanahan Sistem 3.
Tanpa pentanahan(Open)
4.
Pentanahan Solid
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 9
Pentanahan Sistem Salah satu jenis NGR yang digunakan di industri untuk generator tegangan menengah
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 10
DAFTAR ISI qPENDAHULUAN qTEORI PENUNJANG qSTUDI KASUS PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR qSIMULASI DAN ANALISA DATA qKESIMPULAN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 11
Sistem Kelistrikan PT. Wilmar ü Sistem Pembangkitan : - Steam Turbine Generator (STG) 2 x 15 MW - Gas Turbine Generator (GTG) 1 x 6.4 MW - Gas Turbine Generator (GTG) 1 x 10 MW - Sumber dari PLN (GI Segara Madu) 5.5 MW ü Sistem Distribusi : - Sistem distribusi dioperasikan secara radial dari sumber ke titik beban. - Tegangan menengah yang digunakan adalah 10,5 kV dan 3,3 kV. Untuk Tegangan rendah 0,4 kV ü Beban : Total konsumsi beban kondisi peak load sekitar 40.8 MW.
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 12
DAFTAR ISI qPENDAHULUAN qTEORI PENUNJANG qSTUDI KASUS PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR qSIMULASI DAN ANALISA DATA qKESIMPULAN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 13
Studi Kasus ü Permasalahan yang akan dianalisa yaitu : 1. Pemilihan pentanahan paralel generator 2. Analisa pengaman ground fault relay 3. Pemasangan differential relay 87GN
ü Pada sistem kelistrikan di PT.Wilmar terdapat 4 generator yang beroperasi paralel ,yaitu: 1. PWS STG 01 dan PWS STG 02(Tipikal 1) 2. PWS GTG dan Future Generator(Tipikal 2) Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 14
Single Line Diagram Tipikal 1 ü Diagram satu garis untuk generator PWS STG 01 dan PWS STG 02 serta pemilihan tipikal koordinasi dapat digambarkan sebagai berikut ini: PWS STG 01 Tipikal 1
Jurusan Teknik Elektro-ITS
PWS STG 02
Page 15
Single Line Diagram Tipikal 1 Sambungan Tipikal 1
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 16
Jenis Pentanahan Yang Digunakan ü Pada simulasi tugas akhir ini menggunakan 4 macam pentanahan yaitu: 1. Pentanahan langsung (Solid) 2. Pentanahan tahanan tinggi (HRG) 3. Pentanahan tahanan rendah (LRG) 4. Tanpa pentanahan (Open)
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 17
Jenis Pentanahan Yang Digunakan ü Ada 16 kombinasi pentanahan yang akan disimulasikan dari 2 generator yang beroperasi paralel Solid - Solid
HRG - LRG
LRG - Solid
HRG- Open
HRG - HRG
LRG - HRG
Solid - LRG
Open - HRG
LRG - LRG
HRG - Solid
Solid - Open
LRG - Open
Open - Open
Solid - HRG
Open - Solid
Open - LRG
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 18
Hasil Simulasi Hubung Singkat 1 fasa ke tanah Line To Ground Fault Type of Grounding
Fault in Bus-
Solid-Solid
% Voltage at From Bus
kA
Va
Vb
Vc
Ia
3I0
SP-BUS-13000
0.00
81.54
83.15
11.339
11.339
HRG-HRG
SP-BUS-13000
0.00
173.10
173.29
0.02
0.02
LRG-LRG
SP-BUS-13000
0.00
168.42
176.21
0.79
0.79
OPEN-OPEN
SP-BUS-13000
0.00
173.21
173.21
0.00
0.00
HRG-LRG
SP-BUS-13000
0.00
170.89
174.92
0.41
0.41
LRG-HRG
SP-BUS-13000
0.00
170.74
174.73
0.41
0.41
HRG-Solid
SP-BUS-13000
0.00
82.15
84.39
11.11
11.11
Solid-HRG
SP-BUS-13000
0.00
126.96
124.65
5.00
5.00
LRG-Solid
SP-BUS-13000
0.00
82.02
84.50
11.12
11.12
Solid-LRG
SP-BUS-13000
0.00
125.84
125.63
5.01
5.01
Solid-OPEN
SP-BUS-13000
0.00
126.98
124.62
5.00
5.00
OPEN-Solid
SP-BUS-13000
0.00
82.16
84.38
11.11
11.11
HRG-OPEN
SP-BUS-13000
0.00
173.15
173.25
0.01
0.01
OPEN-HRG
SP-BUS-13000
0.00
173.15
173.25
0.01
0.01
LRG-OPEN
SP-BUS-13000
0.00
170.80
174.69
0.39
0.39
OPEN-LRG
SP-BUS-13000
0.00
170.95
174.88
0.39
0.39
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 19
Pemilihan Metode Pentanahan ü Dari hasil simulasi maka kombinasi yang dipilih adalah low resistance-Open ü 1. 2. 3.
Kelebihan dari pentanahan LRG-Open dan Open-LRG yaitu : Arus gangguan satu fasa tergolong kecil karena dibatasi dengan NGR 400 A Aliran arus harmonisa ke-3 antar generator dapat dicegah Metode ini sangat cocok untuk pentanahan sistem tegangan menengah karena mudah untuk menentukan lokasi gangguan
ü Kekurangan dari pentanahan LRG-Open dan Open-LRG adalah sama yaitu: 1. Pada saat terjadi gangguan,terjadinya tegangan naik sesaat pada fasa-fasa yang tidak terganggu
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 20
Setelan Rele Gangguan Ke Tanah ü Analisis Setelan Existing Rele Ground Fault Tipikal 1 Relay ID dan Model
CT Ratio
Setting Rele Ground Fault Curve Type
R.AP3.01.-1 Merlin Gerin Sepam 1000
Relay29- Merlin Gerin Sepam 40
Relay32-Merlin Gerin Sepam 40
Relay35-Merlin Gerin Sepam 20
1500/ 5
600/5
600/5
600/5
DT
Pickup Range x CT Sec.
0.052
Pickup
0.05
Time Dial
0.1
Curve Type
DT
Pickup Range x CT Sec.
0.115
Pickup
0.1
Time Dial
0.1
Curve Type
DT
Pickup Range x CT Sec.
0.115
Pickup
0.1
Time Dial
0.1
Curve Type
DT
Pickup Range x CT Sec.
0.115
Pickup
0.1
Time Dial
0.1
Tabel . Data setelan rele existing pada Tipikal Koordinasi 1
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Gambar . SLD Existing-Tipikal 1
Page 21
Setelan Rele Gangguan Ke Tanah Dari data rele existing, jika masing – masing rele diplot menggunakan Etap Star akan terlihat koordinasi nya seperti berikut: ü Dari kurva terlihat koordinasi waktu antara rele35,rele 32 serta rele R.AP3.01-1 masih berimpit ü Masih perlu penambahan rele pengaman dan CT pada Trafo 52011 dan bus 52001
Gambar. Koordinasi Rele Ground Fault Existing- Tipikal 1
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 22
Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikal 1) ü R37(Tambahan): Manufacturer = Merlin Gerin Model = Sepam 1000 Curve Type = Definite Time Isc 1φ = 400 A
Sehingga dapat ditentukan CT yang akan digunakan adalah 150/5 Instantaneous Pickup 10% Isc 1φ ≤ Ipp ≤ 50% Isc 1φ 0.1 x 400 ≤ Ipp ≤ 0.5 x 400 40 A ≤ Ipp ≤ 200 A Tap = Ipp = 40 = 0,27 inCT
Time Delay
150
= 0,1 sec
Gambar . SLD yang diperbaiki-Tipikal 1
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 23
Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikal 1) ü R36(Tambahan): Dengan cara yang sama seperti sebelumnya maka didapatkan hasil: Tap = 0,16 CT=250/5 Time Delay = 0,3 sec ü R35: Tap = 0,07≈ 0.1 Time Delay = 0,5 sec ü R29 dan R32: Dengan mempertimbangkan adanya double feeder, maka digunakan rele arah 67N Manufacturer = Merlin Gerin Model = Sepam 2000 Curve Type = Definite Time Isc 1φ = 400 A C T Ratio = 600/5 A
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Instantaneous Pickup 10% Isc 1φ ≤ Ipp ≤ 50% Isc 1φ 0.1 x 400 ≤ Ipp ≤ 0.5 x 400 40 A ≤ Ipp ≤ 200 A Tap = Ipp = 40 = 0,07 inCT
600
Dipilih delay = 0,05 s Direction : Reverse Polarization : Voltage Maximum Torque Angle (MTA) R = 0,128 X = 0,12 β = tan-1 X/R = 43.2° Dipilih MTA = 43° ü R28 dan R31(Tambahan): C T Ratio = 600/5 A Tap = 0,07 Time Delay = 0.7 sec Page 24
Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikal 1) þ R.AP3.01.-1: Tap = 0,03 Karena tap setting yang paling kecil 0.05 maka dipilih tap setting nya 0.05 Time Delay = 0.9 sec
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Gambar . Hasil Plot Setelan Rele Ground Fault tipikal-1 yang telah diperbaiki
Page 25
Setelan Rele Differensial 87GN Pengaman Generator PWS STG 01
ü Fungsinya untuk menjaga keamanan generator dari resiko terbakarnya belitan stator generator karena gangguan. ü Rele ini akan melindungi generator dari 2 macam gangguan yaitu gangguan satu fasa ke tanah dan gangguan gangguan 3 fasa. ü Rele ini akan bekerja ketika gangguan terjadi di bagian internal generator
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 26
Setelan Rele Differensial 87GN Pengaman Generator PWS STG 01 Generator PWS STG 01 memiliki Kapasitas : Daya generator = 18.75 MVA V = 10500 Volt 1200/5
1200/5
Gambar . SLD Pengaman Ground Fault Generator Differential Relay 87GN
Waktu kerja rele = 0.05 detik Sehingga persentase perlindungan stator generator adalah : Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 27
Single Line Diagram Tipikal 2 ü Diagram satu garis dari generator PWS GTG dan Future Generator (Tipikal 2) Tipikal 2
PWS GTG
Future Generator
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 28
Simulasi Hubung Singkat 1 fasa ke Tanah ü Dengan Metode kombinasi pentanahan yang sama seperti halnya tipikal 1,maka didapat hasil simulasi hubung singkat 1 fasa ke tanah sebagai berikut : Line To Ground Fault Type of Grounding
Fault in Bus-
Solid-Solid
% Voltage at From Bus
kA
Va
Vb
Vc
Ia
3I0
SP-BUS-14000
0.00
73.91
75.40
10.940
10.940
HRG-HRG
SP-BUS-14000
0.00
173.11
173.27
0.020
0.020
LRG-LRG
SP-BUS-14000
0.00
168.97
175.57
0.793
0.793
OPEN-OPEN
SP-BUS-14000
0.00
173.21
173.21
0.000
0.000
HRG-LRG
SP-BUS-14000
0.00
171.10
174.50
0.408
0.408
LRG-HRG
SP-BUS-14000
0.00
171.09
174.49
0.408
0.408
HRG-Solid
SP-BUS-14000
0.00
83.29
85.12
9.472
9.472
Solid-HRG
SP-BUS-14000
0.00
87.23
89.11
8.941
8.941
LRG-Solid
SP-BUS-14000
0.00
82.96
85.37
9.480
9.480
Solid-LRG
SP-BUS-14000
0.00
86.83
89.42
8.995
8.950
Solid-OPEN
SP-BUS-14000
0.00
87.24
88.10
8.941
8.941
OPEN-Solid
SP-BUS-14000
0.00
83.30
85.11
9.472
9.472
HRG-OPEN
SP-BUS-14000
0.00
173.16
173.24
0.010
0.010
OPEN-HRG
SP-BUS-14000
0.00
173.16
173.24
0.010
0.010
LRG-OPEN
SP-BUS-14000
0.00
171.14
174.46
0.398
0.398
OPEN-LRG
SP-BUS-14000
0.00
171.15
174.47
0.398
0.398
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 29
Setelan Rele Gangguan Ke Tanah ü Analisis Setelan Existing Rele Ground Fault Tipikal 2 Relay ID dan Model
CT Ratio
Setting Rele Ground Fault Curve Type
Relay20-Merlin Gerin Sepam 1000
600/5
Relay21- Merlin Gerin Sepam 1000
600/5
Relay22-Merlin Gerin Sepam 1000
600/5
Relay23-Merlin Gerin Sepam 1000
600/5
Relay27-Merlin Gerin Sepam 20
600/5
Pickup Range x CT primer Pickup Time Dial Curve Type
0.05-2 0.05 0.5 DT
Pickup Range x CT Sec.
0.05-2
Pickup Time Dial Curve Type Pickup Range x CT Sec. Pickup Time Dial Curve Type
0.05 0.5 DT 0.05-2 0.05 0.5 DT
Pickup Range x CT Sec.
0.05-2
Pickup Time Dial Curve Type
Jurusan Teknik Elektro-ITS
DT
Pickup Range x CT Sec. Pickup Time Dial
0.15 0.5 DT 0.05-2 0.1 0.3
Page 30
Setelan Rele Gangguan Ke Tanah ü Dari data rele existing, jika masing - masing rele diplot menggunakan Etap Star akan terlihat koordinasi pada kurva berikut : Gambar . Koordinasi Rele Ground Fault Existing-Tipikal 2
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 31
Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikial 2) ü Berikut adalah setelan rele ground fault yang sudah diperbaiki dengan cara yang sama seperti sebelumnya: Relay ID dan Model
CT Ratio
Rele-TRF-58011-Merlin Gerin Sepam 1000
200/5
R27- Merlin Gerin Sepam 20
600/5
R22dan R23-Merlin Gerin Sepam 2000 (67N) MTA=43 0
1500/5
R20 dan R21-Merlin Gerin Sepam 1000
1500/5
R-F-GEN-10MW-Merlin Gerin Sepam 1000
800/5
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Setting Rele Ground Fault Curve Type Pickup Range x CT primer Pickup Time Dial Curve Type Pickup Range x CT Sec. Pickup Time Dial Curve Type Pickup Range x CT Sec. Pickup Time Dial Curve Type Pickup Range x CT Sec. Pickup Time Dial Curve Type Pickup Range x CT Sec. Pickup Time Dial
DT 0.05-2 0.2 0.1 DT 0.05-2 0.1 0.3 DT 0.05-2 0.05 0.05 DT 0.05-2 0.05 0.5 DT 0.05-2 0.05 0.7
Page 32 Gambar . SLD yang diperbaiki-Tipikal 2
Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikial 2)
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 33 Gambar . Hasil Plot Setelan Rele OCR-50GN dan Directional 67N
Setelan Rele Differensial 87GN Pengaman Future Generator Dengan cara yang sama seperti sebelumnya maka didapat nilai : 800/5
800/5
Gambar . Hasil Plot setelan Rele 87GN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 34
DAFTAR ISI qPENDAHULUAN qTEORI PENUNJANG qSTUDI KASUS PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR qSIMULASI DAN ANALISA DATA qKESIMPULAN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 35
KESIMPULAN ü Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi dan analisa pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Untuk Generator yang beroperasi paralel dalam satu bus disarankan salah satu saja yang diketanahkan dan yang lain tidak diketanahkan (Single Point Grounding) 2. Pada umumnya industri tegangan menengah banyak yang menggunakan Low Resistance 3. Besar arus hubung singkat dengan NGR cenderung tetap pada periode 0,5 – 30 cycle 4. Rele pengaman Differential 87GN berfungsi untuk mengamankan gangguan yang terjadi di internal generator
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 36
SEKIAN TERIMA KASIH
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Page 37
