Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Tujuan
Melakukan analisis terhadap sistem pengaman tenaga listrik di PT.PLN (PERSERO)
Melakukan evaluasi rele pengaman dan mendapatkan koordinasi rele pengaman yang terbaik pada sistem kelistrikan di plan tersebut
Menambah wawasan dan pengetahuan tentang transmisi dan distribusi tenaga listrik serta proteksi
pada sistem kelistrikan di PT.PLN (Persero) 1
Batasan Masalah
Rele pengaman yang disetting dan dikoordinasikan adalah rele arus lebih (overcurrent relay) dan rele differential sebagai pengaman utama pada transformator daya
Tempat pengambilan data di Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi (GITET) PT.PLN (PERSERO) yang berlokasi di Kediri. Software yang digunakan untuk simulasi adalah menggunakan ETAP 7.0.0 dan untuk menggambarkan kurva karakteristik rele pengaman arus lebih menggunakan Star-Protective Device Coordination
2
Sistem Kelistrikan
Sistem Transmisi : Sistem transmisi yang digunakan radial, dengan tegangan tinggi 500kV dan 150kV. Sistem Distribusi : Sistem distribusi yang digunakan berada pada tegangan rendah 20kV, yang selanjutnya disalurkan pada trafo distribusi didaerah perumahan dan industri. Sistem Pembangkitan : Daya listrik disuplai oleh pembangkit Pedan dan Paiton yang mana suplai daya tersebut ditransmisikan melalui kabel SUTET menuju trafo daya 500 MVA di GITET Kediri. Beban : Total beban terpasang berupa beban statis maupun beban dinamik yang terintegrasi dengan GITET dan GI lain didaerah kediri dan sekitarnya lebih dari 100 MVA
3
Single Line Diagram UTILITY
Power Grid from Paiton & Banaran Transmited by Extra High Voltage Transmission Line 500 kV, Condition 4 PowerGrid: Always On
BUS-1
TRAFO 1 500/150 kV
TRAFO 2 500/150 kV
LINE-2
Substation which Integrated with GITET, GI Banaran , GI Tulungagung, GI Pare.
BUS-3
BUS-4
FUTURE FEEDER
TRAFO 3 150/20 kV
BUS-7 TRAFO 150/70 kV
TRAFO 150/20 kV BUS-6
BUS-5
BUS-12
BUS-13
BUS-9
BUS-10
BUS-8
BUS-15
BUS-10
Main Power Transformator in GITET Kediri
Bus-14
c TRAFO 70/20 kV
54
Pemilihan Tipikal Koordinasi
5
Simulasi Arus Hubung Singkat 30 Cycle Bus
Bus-1 Line-2 Bus-3 Bus-4 Bus-5 Bus-6 Bus-7 Bus-8 Bus-9 Bus-10 Bus-11 Bus12 Bus-13 Bus-14 Bus-15
Tegangan
500 kV 150 kV 150 kV 150 kV 70 kV 20 kV 20 kV 70 kV 20 kV 70 kV 20 kV 20 kV 20 kV 20 kV 70 kV
Arus Hubung Singkat Maksimum
9.076 kA 13.948 kA 13.294 kA 13.294 kA 8.387 kA 17.008 kA 10.773 kA 2.735 kA 5.273 kA 1.966 kA 5.073 kA 1.478 kA 6.401 kA 1.619 kA 5.469 kA
Arus Hubung Singkat Minimum
10.607 kA 16.543 kA 15.789 kA 15.748 kA 10.692 kA 19.724 kA 12.473 kA 3.247 kA 6.191 kA 2.317 kA 5.952 kA 1.707 kA 7.401 kA 1.876 kA 7.375 kA
6
Tabulasi Eksisting Tipikal Koordinasi 1 Protective Device ID Relay Rele50
Mfgr.
Type
Areva
Micom P122
Setting
ANSI Code
Curve
x In
Iset (A)
Time Dial
Time Delay
51
SI
300 /
5
0.5
150
0.15
--
50
DT
300 /
1 10.25
3075
--
0.1
51
SI
2000 /
5
1.04
2080
0.2
--
50
DT
2000 /
5
4.2
8400
--
0.5
CT
OCR Sekunder Trafo3
Areva
Micom P122
OCR Primer Trafio3
Areva
Micom P122
51
SI
300 /
5
0.92
276
0.15
--
50
DT
300 /
5
9
2700
--
0.01
Areva
Micom P121
51
SI
2500 /
1
0.83
2075
0.3
50
DT
2500 /
1
13.2
33000
--
0.15
Areva
Micom P121
51
SI
1000 /
1
0.7
700
0.45
--
50
DT
1000 /
1
5.53
5530
--
0.15
OCR S T1 OCR P T1
8
Tipikal Koordinasi 1
Kurva OCR Primer Trafo1 menabrak karakteristik trafo Missmatch dan Overlapping
9
Rekomendasi Resetting
Rele50 (CT Ratio : 300 / 5) Curve Type : Standard Inverse Time
12
Rekomendasi Resetting
Rele OCR Sekunder Trafo3 (CT Ratio : 2000 / 5) Curve Type: Standard
Inverse Time
13
Rekomendasi Resetting
Rele OCR Primer Trafo3 (CT Ratio : 300 / 5) Curve Type: Standard Inverse
Time
14
Rekomendasi Resetting
Rele OCR Sekunder T1 (CT Ratio : 2500 / 1) Curve Type: Standard Inverse
Time
15
Rekomendasi Resetting
Rele OCR Primer T1 (CT Ratio : 1000 / 1) Curve Type: Standard Inverse Time
18
Tabulasi Resetting Tipikal Koordinasi 1 Protective Device ID Relay Rele50
Mfgr.
Type
Areva
Micom P122
Setting
ANSI Code
Curve
x In
Iset (A)
Time Dial
Time Delay
51
SI
300 /
5
0.58
174
0.15
--
50
DT
300 /
1
10
3000
--
0.1s
51
SI
2000 /
5
1.4
2800
0.125
--
50
DT
2000 /
5
4
8000
--
0.3s
CT
OCR Sekunder Trafo3
Areva
Micom P122
OCR Primer Trafio3
Areva
Micom P122
51
SI
300 /
5
1.25
375
0.175
--
50
DT
300 /
5
15
4500
--
0.15s
Areva
Micom P121
51
SI
2500 /
1
1
2500
0.1
50
DT
2500 /
1
3
7500
--
0.3s
Areva
Micom P121
51
SI
1000 /
1
0.7
700
0.15
--
50
DT
1000 /
1
5
5000
--
0.15s
OCR S T1 OCR P T1
19
Tipikal Koordinasi 1
Grading time dari kedua Kurva OCR pengaman trafo ini sudah tepat berada pada 0.2 s – 0.4 s (std. IEE 242)
0.3s Grading time Kurva OCR Rele50 dan OCR Sekunder Trafo3 sudah tepat berada pada 0.2 s
0.1s
20
Tabulasi Eksisting
Tipikal Koordinasi 2 Protective Device Circuit
Rele55 OCR S T2P OCR P T2P OCR Arah Pare OCR S TP OCR P TP
Mfgr.
Type
Areva Areva
Micom P122 Micom P122
Areva
Micom P122
ABB ABB ABB
SPAJ 140C SPAJ 140C SPAJ 140C
Setting CT
ANSI Code
Curve
x In
Iset (A)
Time Dial
Time Delay
51
SI
200 /
5
0.5
100
0.25
--
50
DT
200 /
5
876
--
0.1
SI
600 /
5
4.38 1.17
51
702
0.2
--
50
DT
600 /
5
4.67
2802
--
0.5
51
SI
200 /
5
1
200
0.175
--
50
DT
200 /
5
9
1800
--
0.01
51
NI
400 /
5
0.95
380
0.2
50
DT
400 /
5
6.3
--
0.3
51
NI
600 /
5
1.7
2520 1020
0.23
--
50
DT
600 /
NI
400 /
6.8 0.7
4080 280
--
51
5 5
0.28
0.15 --
50
DT
400 /
5
5.6
2240
--
0.04
22
Tipikal Koordinasi 2
Missmatch dan Overlapping
23
Tabulasi Resetting Tipikal Koordinasi 2 Protective Device Circuit
Rele55 OCR S T2P OCR P T2P OCR Arah Pare OCR S TP OCR P TP
Mfgr.
Type
Areva Areva
Micom P122 Micom P122
Areva
Micom P122
ABB
SPAJ 140C
ABB
SPAJ 140C
ABB
SPAJ 140C
Setting CT
ANSI Code
Curve
x In
Iset (A)
Time Dial
Time Delay
51
SI
200 /
5
0.5
100
0.125
--
50
DT
200 /
5
7
1400
--
0.1
51
SI
600 /
5
1.2
720
0.175
--
50
DT
600 /
5
4
2400
--
0.3
51
SI
200 /
5
1.05
210
0.225
--
50
DT
200 /
5
9
1800
--
0.15
51
NI
400 /
5
1.1
440
0.2
50
DT
400 /
5
5.3
2120
--
0.3
51
NI
600 /
5
1.05
630
0.22
--
50
DT
600 /
5
5.5
3300
--
0.5
51
NI
400 /
5
0.72
288
0.3
--
50
DT
400 /
5
10
4000
--
0.15
26
Grading time dari kedua Kurva OCR pengaman trafo ini sudah tepat berada pada 0.2 s – 0.4 s (std. IEE 242)
Tipikal Koordinasi 2
0.1s
0.3s
27
Differential Relay as Bus Protection
Rele Diferensial sebagai Pengaman Bus
Rele Diferensial tipe High Impedance
Rele Differensial jenis High impedance menggunakan stabilising resistor yang dipasang seri dengan rele differensial arusnya. Rele disetting dengan memperhitungkan sensitivitas untuk gangguan internal dan stabilitas untuk gangguan eksternal. Sensitivitas terhadap gangguan internal ditentukan oleh besarnya setting arus rele. Setelan arus ditentukan (20% – 30%) In CT.
Eksisting Data Rele dan CT Data Rele Diferensial yang Terpasang pada Bus 150 kV
Data CT
Areva Micom P123 Arus Nominal (In) = 1 A Burden Relay = 6VA (standby) + 0.4VA (when energized)
Ratio CT = 2500/1 A Tahanan CT = 15 Ω Tahanan Kabel = 1 Ω Tahanan rele = 0.025 Ω Arus Gangguan (If) = 40000 A
Data Rele Diferensial yang Terpasang pada Bus 500 kV
Data CT
Areva Micom P123 Arus Nominal (In) = 1 A Burden Relay = 6VA (standby) + 0.4VA (when energized)
Ratio CT = 2500/1 A Tahanan CT = 15 Ω Tahanan Kabel = 1 Ω Tahanan rele = 0.025 Ω Arus Gangguan (If) = 40000 A
Perhitungan Stabilitas Resistor
Bus 150 kV
Bus 500 kV
Tabel Proteksi Bus
Jenis Proteksi Diferensial
Proteksi Bus
Setting Eksisting
Hasil Perhitungan
Resetting
Bus 500 kV
Rs = 1150 Ω
Rs = 2394 Ω
Rs = 2000 Ω
Bus 150 kV
Rs = 1600 Ω
Rs = 1883 Ω
Rs = 1800 Ω
Rele Differensial jenis High impedance menggunakan Rele Micom P632 untuk proteksi bus 500 kV dan Micom P123 untuk proteksi bus 150 kV. Batas impedansi pada high impedance differential relay berada pada kisaran (1600 Ω - 2600 Ω) std IEEE 242-2001.
Differential Relay as Transformer Protection
Spesifikasi Trafo Daya
Rele diferensial merupakan suatu rele yang bekerja berdasarkan keseimbangan (balance), yang membandingkan arus-arus (CT) yang terpasang pada terminal-terminal peralatan atau instalasi listrik yang diamankan, yang dalam kasus ini adalah trafo daya.
Trafo 1 (500kV)
Trafo2 (500kV)
Trafo 3 (150kV)
Type: Elin
Type: Mitsubishi
Type: Unindo
Daya: 500 MVA
Daya: 500 MVA
Daya: 60 MVA
Tegangan: 500kV/150kV
Tegangan: 500kV/150kV
Tegangan: 150kV/20kV
Vektor: Ynyn0
Vektor: Ynyn0
Vektor:Ynyn0
Impedansi: 13.1%
Impedansi: 13.1%
Impedansi: 10%
CT primer: 1000/1
CT primer: 1000/1
CT primer: 300/5
CT sekunder: 2500/1
CT sekunder: 2500/1
CT sekunder: 2000/5
Differential Relay as Transformer Protection
Perhitungan Rele Diferensial Sebagai Pengaman Trafo 500 kV
Differential Relay as Transformer Protection
Perhitungan Rele Diferensial Sebagai Pengaman Trafo 150 kV
Tabel Setting Rele Proteksi Trafo Jenis Proteksi Diferensial
Proteksi Trafo
Setting Eksisting
Hasil Perhitungan
Resetting
Trafo1 500 kV
Slope 1= 30 %
Slope1= 28.2%
Slope1= 30%
Trafo2 500 kV
Slope 1= 30 %
Slope1= 28.2%
Slope1= 30%
Trafo3 150 kV
Slope 1= 30 %
Slope1= 11.8%
Slope1= 20%
Rele Differensial pengaman trafo menggunakan Rele Micom P632 untuk proteksi Trafo Elin dan Mitsubishi 500/150 kV dan Trafo Unindo 150/20 kV. Pemilihan Slope Minimum adalah 10% dengan step pertambahan sebesar 1% (Areva – MiCOM P632)
Kesimpulan
Grading time yang digunakan pada perhitungan manual resetting rele pengaman
adalah sebesar 0.2 - 0.4 detik. Pada typical 1, selisih waktu antara rele50 sebagai pengaman beban dengan rele OCR sekunder trafo 150kV tepat 0.2 s, sedangkan untuk selisih OCR sekunder dan primernya sebesar 0.39 s hasil ini dinilai sesuai dengan standard grading time sebesar 0.2-0.4 detik (standar IEEE 242) Kerja rele diferensial tidak terkordinasi dengan pengaman lain hal ini karena prinsip kerja rele adalah seketika (instant), dimana dilakukan perbandingan arus yang masuk dan keluar rele. Untuk rele diferensial pengaman trafo dilakukan perhitungan slope yang mengacu pada standard , yang mana slope I berada pada kisaran 30 – 50% (referensi slope untuk rele diferensial ABB dan Micom). Pada setting eksisting trafo 500 kV slope 1 diset pada 30%, sedangkan pada perhitungan didapat nilai 28,1% yang mana dipilih 30% menyesuaikan dengan range/step nilai pada rele datasheet. Setting yang dilakukan pada rele diferensial pengaman trafo 500kV sudah sesuai jika ditinjau dari hasil perhitungan maupun standard yang ada
34
Saran
Penulis menyarankan pertimbangan ulang setting yang ada dengan mengacu pada hasil dari perhitungan dan koordinasi rele pengaman arus lebih dari laporan tugas akhir ini, karena sudah dirasa relatif benar dan aman untuk diaplikasikan dan digunakan sebagai bahan pertimbangan untuk pengaturan rele pada sistem kelistrikan industri yang terkait. Dimana koordinasi antara rele utama dan backup sudah sesuai dengan interval waktu 0.2 – 0.4 (IEE 242-2001) Rele diferensial, pada data eksisting setelan slope sudah benar dengan memilih slope 1 30%. Untuk setting proteksi busbar penulis menyarankan pemilihan proteksi pada busbar 150kV menggunakan resistansi stabilitas maksimal sebesar 1800 Ω. 35
Pertanyaan Seminar
Jelaskan mengenai CB gagal trip Kurva rusaknya trafo (damage curve) Kenapa waktu kerja rele minimum 0.2 , darimana angka 0.2? Relay yang dipakai type apa? Relay pengaman pada transmisi itu apa saja
Jawaban CB 2
CB 1
Penyebab CB gagal trip adalah ketidak mampuan rele untuk merasakan adanya gangguan dan memberikan perintah CB untuk trip, bisa juga karena kesalahan koordinasi waktu kerja rele. Pada gambar diatas jika rele gagal untuk memberi perintah trip CB1 maka koordinasi yang benar adalah CB2 sebagai backup proteksi harus mampu mutus gangguan.
Jawaban Kurva Damage Curve Trafo Dari Kurva tsb dapat dilihat Bahwa waktu minimum dari Damage curve trafo adalah 2 sekon.
Jawaban Angka grading time 0.2 - 0.4 s standar IEEE 242 yang dijabarkan sebagai berikut: Waktu terbuka CB : 0.04 – 0.1 s (2-5 Cycle) Overtravel dari rele : 0.1 s Faktor Keamanan : 0.12 – 0.22 s Untuk rele static dan rele digital berbasis microprosesor overtravel time dari rele dapat diabaikan. Sehingga total waktu =0.2 -0.4 s
Jawaban
Tipe Relay yang dipakai di GITET adalah type rele digital Pengaman yang ada pada transmisi adalah rele arus lebih, rele jarak, rele groudfault, rele undervoltage.
