KOORDINASI RELAY PENGAMAN DAN LOAD FLOW ANALYSIS MENGGUNAKAN SIMULASI ETAP 7.0 PT. KRAKATAU STEEL (PERSERO) TBK

Makalah Seminar Kerja Praktek

KOORDINASI RELAY PENGAMAN DAN LOAD FLOW ANALYSIS MENGGUNAKAN SIMULASI ETAP 7.0 PT. KRAKATAU STEEL (PERSERO) TBK

1

Oktarico Susilatama PP 1, Ir. Agung Warsito, DHET 2 Mahasiswa dan Dosen Pembimbing Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia 2

Abstrak - PT. Krakatau Steel merupakan Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang berlokasi di kawasan industri Krakatau, tepatnya di jalan Industri No. 5 PO BOX 14, Cilegon 42435, Indonesia. Perusahaan ini bergerak di bidang industri baja yang terintegrasi yang terbesar di Indonesia. PT. Krakatau Steel memiliki pabrik utama penghasil baja slab yaitu Slab Steel Plant 1 (SSP 1) dan Slab Steel Pant 2 (SSP 2).. Proses produksi baja slab pada PT. Krakatau Steel membutuhkan daya listrik dalam jumlah yang besar. Untuk memenuhi keandalan ketersediaan dan penyaluran energi listrik untuk proses produksi baja, kebutuhan sistem proteksi yang memadai mutlak diperlukan. Fungsi peralatan sistem proteksi adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih dalam keadaan normal serta sekaligus mengamankan bagian ini dari kerusakan yang dapat menyebabkan kerugian yang lebih besar. Seperti pabrik-pabrik pada umumnya, pabrik PT. Krakatau Steel memerlukan keandalan sistem kelistrikan serta kontinuitas suplai daya listrik untuk mendukung proses produksinya. Salah satu faktor yang mempengaruhi hal tersebut adalah performa sistem proteksi dengan koordinasi rele-rele pengamannya. Untuk meningkatkan perfoma sistem proteksi perlu dilakukan analisis terhadap setelan dan koordinasi rele yang ada terutama pada koordinasi rele pengaman arus lebih. Analisis ini dapat dilakukan dengan menjabarkan system koordinasi rele pengaman dan aliran daya. Dengan menganalisis hal ini, akan didapatkan setelan dan koordinasi yang baik bagi system kelistrikan tersebut. Setelan dan koordinasi rele yang baik akan dapat mencegah atau membatasi kerusakan jaringan beserta peralatannya ketika terjadi gangguan dan juga mencegah putusnya suplai daya listrik pada daerah yang tidak ada gangguan Kata kunci : Koordinasi rele, rele pengaman, gangguan 3 fasa seimbang,analisis aliran daya, definite time over current relay

I

PENDAHULUAN putusnya suplai daya listrik pada daerah yang tidak ada gangguan. Oleh karena itu, diperlukan sistem simulasi koordinasi relay pengaman dan load flow analysis menggunakan ETAP 7.0

1.1 Latar Belakang PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan baja yang terintegrasi dalam menghasilkan produknya, dimana memiliki pabrik utama penghasil baja slab yaitu Slab Steel Plant 1 (SSP 1) dan Slab Steel Pant 2 (SSP 2). SSP 1 menghasilkan produksi baja kasur (slab) sebesar 1.000.000 ton/tahun dan SSP 2 menghasilkan 800.000 ton/tahun. Dan dalam hal ini optimalisasi sumber daya yang ada sangat diperlukan.

1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan permasalahan bagaimana menentukan setelan koordinasi rele arus lebih dan menganalisis aliran daya pada Slab Steel Plant 1 PT. Krakatau Steel, sehingga dapat meningkatkan performa sistem proteksi

Untuk meningkatkan perfoma sistem proteksi perlu dilakukan analisis terhadap setelan dan koordinasi rele yang ada terutama pada koordinasi rele pengaman arus lebih. Setelan dan koordinasi rele yang baik akan dapat mencegah atau membatasi kerusakan jaringan beserta peralatannya ketika terjadi gangguan dan juga mencegah

1.3 Pembatasan Masalah Dalam Kerja Praktek ini, penulis membatasi masalah hanya pada sistem koordinasi relay pengaman arus lebih gangguan tiga fasa seimbang dan aliran daya menggunakan Etap 7.0 pada Slab Steel Plant 1 PT. Krakatau Steel

1

1.4 Tujuan

III. Rele Arus Lebih (OCR)

Tujuan Kerja Praktek ini adalah : 1.

2.

3.

4.

Rele Arus Lebih merupakan rele pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan tegangan tinggi, tegangan menengah juga pada pengaman Transformator tenaga. Rele ini berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan phasaphasa.

Mahasiswa melalui kerja praktek dapat menerapkan teori yang didapat di bangku kuliah. Mahasiswa dapat mengetahui sistem koordinasi relay pengaman arus lebih dan load flow analysis menggunakan Etap 7.0 Slab Steel Plant (SSP) 1 PT. Krakatau Steel. Memodelkan, mensimulasikan, dan menganalisis aliran daya sistem kelistrikan menggunakan Etap 7.0 Slab Steel Plant (SSP) 1 PT. Krakatau Steel. Mengetahui koordinasi rele pengaman yang terpasang pada sistem kelistrikan menggunakan Etap 7.0 Slab Steel Plant (SSP) 1 PT. Krakatau Steel saat ini.

3.1 Prinsip Kerja Rele Arus lebih (OCR) Rele Arus Lebih merupakan rele yang bekerja terhadap arus lebih, rele ini akan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai setting arusnya (I sett). Rele ini bekerja dengan membaca input berupa besaran arus kemudian membandingkan dengan nilai setting, apabila nilai arus yang terbaca oleh rele melebihi nilai setting, maka rele akan mengirim perintah trip (lepas) kepada Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) setelah tunda waktu yang diterapkan pada setting.

II. DASAR TEORI SISTEM PROTEKSI PADA SUBSTATION 2.1 Pendahuluan

3.2 Fungsi dan Penggunaan Rele ini berfungsi sebagai pengaman terhadap gangguan arus hubung singkat fasa-fasa dan dapat digunakan sebagai :   

Gambar 2.1 Sistem Proteksi Fungsi peralatan proteksi adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian yang masih sehat dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar. Sistem Proteksi harus memenuhi syarat sebagai berikut :     

Pengaman Utama Penyulang (jaringan tegangan menengah) Pengaman Cadangan pada Trafo, Generator dan Transmisi Pengaman Utama untuk Sistem Tenaga Listrik yang kecil dan radial

3.3 Karakteristik Rele 1. Rele Arus Lebih Kerja Seketika (Instantaneous OCR) Rele Arus ini digunakan untuk pengaman arus hubung singkat yang besar (high set) sehingga tripping time pada arus gangguan yang besar rele akan bekerja seketika.

Sensitif Selektif Cepat Andal Ekonomis Gambar 3.1 Kurva perbandingan waktu dan arus OCR karakteristik Instantaneous

2.2 Perangkat Sistem Proteksi 1. Rele 2. Trafo arus dan/atau trafo tegangan 3. Pemutus Tenaga (PMT) 4. Batere

2

Karakteristik waktu Instantaneous:   

2.

kerja

OCR

karakteristik

pada tabel di bawah ini :

Bekerja tanpa waktu tunda Setelan arus sangat besar Terdapat disisi primer atau sekunder Transformator

Rele Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite time OCR) Tabel 3.1 Karakteristik K dan 

Gambar 3.2 Kurva perbandingan waktu dan arus OCR karakteristik definite Karakteristik Definite:   

waktu

kerja

OCR

karakteristik

Bekerja dengan waktu tunda Waktu kerja rele tidak dipengaruhi besar arus gangguan Terdapat disisi primer atau sekunder trafo

Gambar 3.3 Perbandingan beberapa karakteristik rele inverse Pada kurva kerja diatas terdapat perbandingan antara kurva Standart Inverse (SI), Very Inverse (VI), Extremely Invers (EI), dan Long Time Inverse (LTI). Sesuai pada grafik diatas, tipe rele inverse menyatakan semakin besar arus gangguan maka semakin cepat kerja rele tersebut.

3. Rele Arus Lebih Inverse Beberapa jenis karakteristik rele ini adalah :

   

Long Time Inverse Standard Inverse Very Inverse Extremely Inverse

IV. KOORDINASI RELAY PENGAMAN DAN LOAD FLOW ANALYSIS 4.1 Setting Relay Arus dan Relay Tegangan

Hubungan antara Arus terhadap waktu untuk beberapa karakteristik di atas ditunjukan oleh persamaan berikut :

Dimana t : waktu dalam detik I : Arus gangguan Is : Arus setting TMS : time multiplier setting K dan  untuk setiap karakteristik besarnya seperti Tabel 4. 1 Setting Relay

3

4.2 Load Flow Analysis

Gambar 4.3 Kondisi MTS 1 KDL-main bus AH ketika tie CB closed Pada gambar diatas dapat kita amati bahwa aliran daya dari MTS 1 KDL menuju main bus AH sebesar 236,8+ j21,1 terbagi menjadi tiga feeder masing masing sebesar 78,9 + j7 dengan rugi-rugi daya kabel yang telah diperhitungkan.

Gambar 4.1 single line diagram sistem proteksi Relay dari mainstation 1 sampai dengan dapur listrik 1.

Setting Relay pada branch

Gambar 4.4 Kondisi main bus AH-feeder AH ketika tie CB closed

Gambar 4.2 Sistem kelistrikan pada branch Branch atau cabang merupakan bagian yang terletak paling dekat dengan dapur listrik (Electric Arc Furnace).

Pada gambar diatas terlihat aliran daya dari main bus AH menuju main bus AN dengan tie CB di close, sehingga ada aliran daya dari sisi feeder sebelah kanan menuju sisi feeder sebelah kiri.

Gambar 4.5 Kondisi feeder AN-furnace ketika tie CB closed

Tabel 4.2 Kabel yang digunakan pada feeder ANTrafo Furnace

Pada gambar diatas terlihat bahwa aliran daya pada sisi kiri dan kanan feeder mensuplai furnace sesuai daya yang dibutuhkan dengan rugi-rugi daya kabel yang telah diperhitungkan

4

dibutuhkan dengan rugi-rugi daya kabel yang telah diperhitungkan. Tampak pada saat tie CB closed maupun opened suplai daya pada masing-masing furnace sesuai dengan kebutuhan dayanya.

Gambar 4.6 Kondisi MTS 1 KDL-main bus AH ketika tie CB opened Pada gambar diatas dapat kita amati bahwa aliran daya dari MTS 1 KDL menuju main bus AH sebesar 236,8+ j21,1 terbagi menjadi tiga feeder yaitu feeder AH 12 sebesar 118,5 + j 10,5, AH 14 sebesar 59,2 + j5,3 dan AH 16 sebesar 59,2 + j5,3.

Gambar 4.9 Kondisi MTS 1 KDL-main bus AH ketika tie CB closed feeder AN 4 opened Pada gambar diatas dapat kita amati bahwa aliran daya dari MTS 1 KDL menuju main bus AH sebesar 189,5+ j16,8 terbagi menjadi tiga feeder masing-masing sebesar 63,2 + j5,6.

.

Gambar 4.7 Kondisi feeder AN-furnace ketika tie CB opened Pada gambar diatas terlihat bahwa aliran daya pada masing-masing sisi kiri dan kanan feeder mensuplai furnace sesuai daya yang dibutuhkan dengan rugi-rugi daya kabel yang telah diperhitungkan. Tidak terdapat aliran daya dari sisi kanan feeder menuju sisi kiri feeder karena tie CB berkondisi opened

Gambar 4.10 Kondisi feeder AN-furnace ketika tie CB closed CB AN 4 opened Terdapat aliran daya dari sisi kanan feeder AN menuju sisi kiri feeder AN. Sesuai perhitungan ketika CB AN 4 opened, maka ada aliran tambahan sebesar 8+j0,6 dari sisi feeder kanan menuju feeder sisi kiri dengan melewati tie CB. Ada tambahan pada sisi kiri feeder untuk membantu memenuhi kebutuhan daya LF 1.

Gambar 4.8 Kondisi feeder AN-furnace ketika tie CB opened Pada gambar diatas terlihat bahwa tidak ada aliran daya pada sisi kiri dan kanan feeder akan tetapi suplai daya pada furnace sesuai yang

Gambar 4.11 Beban feeder AN-furnace ketika tie CB closed CB AN 4 opened

5

Pada gambar diatas terlihat bahwa terjadi keseimbangan daya pembangkitan dengan daya yang digunakan beban walaupun CB AN 4 opened, suplai daya tambahan dapat disalurkan melalui tie CB .

agar dapat mensuplai bebannya walaupun tie CB dalam kondisi opened.

Gambar 4.14 Kondisi feeder AN-furnace ketika tie CB opened CB AN 4 opened Pada gambar diatas terlihat bahwa terjadi keseimbangan daya pembangkitan dengan daya yang digunakan beban walaupun CB AN 4 opened dan tie CB opened Gambar 4.12 Kondisi MTS 1 KDL-main bus AH ketika tie CB opened feeder AN 4 opened Pada gambar diatas dapat kita amati bahwa aliran daya dari MTS 1 KDL menuju main bus AH sebesar 189,5+ j16,8 terbagi menjadi tiga feeder yaitu feeder AH 12 sebesar 71,1 +j6,2, feeder AH 14 sebesar 59,2+j5,3 dan feeder AH 16 sebesar 59,2+j5,3

Tabel 4.3 Aliran daya pembangkitan dan beban

Terdapat perbedaan distribusi daya pada tiap feeder AH, hal ini dikarenakan tidak terpasangnya tie CB pada kondisi closed sehingga terbentuk distribusi tidak merata tiap feeder AH. Untuk mengatasi hal tersebut, daya pembangkitan MTS 1 KDL membagi dayanya sesuai kebutuhan beban tiap feeder yang terbebani walaupun tidak terdapatnya tie CB dalam kondisi closed

Tabel 4.4 Aliran daya tiap bus EAF 5 saat tie CB opened

Tabel 4.5 Rugi-rugi aliran daya pada feeder EAF 5 saat tie CB opened Gambar 4.13 Kondisi feeder AN-furnace ketika tie CB opened CB AN 4 opened . Tidak terdapat aliran daya dari sisi kanan feeder AN menuju sisi kiri feeder AN. Sesuai perhitungan ketika CB AN 4 opened, maka ada pembangkitan daya yang lebih pada sisi feeder kiri

6

Tabel 4.11 Arus hubung singkat 3 fasa seimbang maksimum pada feeder EAF 5 saat tie CB closed Tabel 4.6 Aliran daya tiap bus EAF 5 saat tie CB closed

4.4 Simulasi kinerja rele saat terjadi gangguan di tiap bus pada feeder EAF 5 Saat tie CB closed Terjadi gangguan di bus EAF 5

Tabel 4.7 Rugi-rugi aliran daya pada feeder EAF 5 saat tie CB closed 4.3 Besar Arus Hubung Singkat 3 Fasa Seimbang pada feeder EAF 5 Gambar 4.12 Waktu trip rele ketika terjadi gangguan pada bus EAF 5

Terjadi gangguan di bus 5

Tabel 4.8 Arus hubung singkat 3 fasa seimbang maksimum pada feeder EAF 5 saat tie CB opened

Gambar 4.13 Waktu trip rele ketika terjadi gangguan pada bus 5 Tabel 4.9 Arus hubung singkat 3 fasa seimbang minimum pada feeder EAF 5 saat tie CB opened

Terjadi gangguan di bus 77

Tabel 4.10 Arus hubung singkat 3 fasa seimbang maksimum pada feeder EAF 5 saat tie CB closed

Gambar 4.14 Waktu trip rele ketika terjadi gangguan pada bus 77

7

Terjadi gangguan di bus 2

Gangguan dibus 77

Gambar 4.15 Waktu trip rele ketika terjadi gangguan pada bus 2

Gambar 4.20 Waktu trip rele ketika terjadi gangguan pada bus 77

Terjadi gangguan di bus 3

Gangguan dibus 2

Gambar 4.21 Waktu trip rele ketika terjadi gangguan pada bus 2

Gambar 4.16 Waktu trip rele ketika terjadi gangguan pada bus 3

Gangguan dibus 3

Tie Bus Opened Gangguan di bus EAF 5

Gambar 4.22 Waktu trip rele ketika terjadi gangguan pada bus 3 Gambar 4.18 Waktu trip rele ketika terjadi gangguan pada bus EAF 5 Gangguan dibus 5

Gambar 4.19 Waktu trip rele ketika terjadi gangguan pada bus 5

8

V. PENUTUP 5.1 KESIMPULAN Berdasarkan materi pada makalah ini, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Pada Electric Arc Furnace (EAF) memiliki tingkat tegangan yang rendah untuk mencapai daya tertentu akan memerlukan arus yang tinggi sehingga akan menghasilkan arus short circuit yang tinggi ketika terjadi gangguan 2. Jika circuit breaker yang terletak paling dekat dengan gangguan tidak bisa trip maka circuit breaker setelahnya seharusnya trip. Hal ini umumnya terjadi karena system koordinasi rele pengaman tidak bekerja dengan baik dan setting rele yang salah 3. Simulasi koordinasi rele dan analisis aliran daya bermanfaat untuk penentuan setting rele terhadap gangguan yang terjadi pada feeder jaringan distribusi listrik. 4. Dengan terpasangnya tie CB pada kondisi closed sehingga terbentuk distribusi merata tiap feeder AH. Ketika tidak terpasangnya tie CB pada kondisi closed sehingga terbentuk distribusi tidak merata tiap feeder AH. Untuk mengatasi hal tersebut, daya pembangkitan MTS 1 KDL membagi dayanya sesuai kebutuhan beban tiap feeder yang terbebani walaupun tidak terdapatnya tie CB dalam kondisi closed

DAFTAR PUSTAKA [1] Anderson, P.M. 1998. “Power System Protection”, John Wiley & Sons, Inc., Canada, Ch. 3 [2] Power System Analysis. 2008. “Studi Load Flow”, PT. Krakatau Steel. [3] Power System Analysis. 2008 “Setting Proteksi”, PT. Krakatau Steel. [4] Rao.S.Sunil. 1996. “Switchgear and Protection”, Khana Publisher,New Delhi [5] SIPROTEC Multi-Functional Protective Relay with Local Control7SJ62/63/6. 2003. [6] Stevenson,William D, Idris Kamal. Ir. 1996. “Analisis Sistem Tenaga”,Erlangga, Jakarta [7] Theraja. BL. 1994. “Electrical Technology Volume IF”, S.Chard & Company LTD, Ram Nagar, New Delhi [8] Zuhal. 2000. “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta

BIOGRAFI Oktarico Susilatama PP, NIM 21060110141053, lahir di kendal, 22 Oktober 1992, menempuh pendidikan di SMPN 1 Semarang, SMAN 3 Semarang. Dan sekarang sedang menempuh S1 di Teknik Elektro Universitas Diponegoro.

5.2 SARAN 1. Agar tercapainya keandalan system tenaga listrik yang dapat digunakan untuk periode yang lama,disarankan untuk mengatur setelan koordinasi beberapa rele tersebut pada kurun waktu tertentu, maka direkomendasikan untuk melakukan penggantian setelan sesuai dengan setelan yang diperlukan. 2.

Semarang,

Oktober 2013

Mengesahkan,

Untuk mahasiswa disarankan untuk melakukan simulasi dengan metode setting selain definite time over current relay sehingga dapat diketahui koordinasi rele pengaman yang tepat pada sistem kelistrikan PT. Krakatau Steel.

Mahasiswa

Oktraico Susilatama PP NIM. 21060110141053

9

Dosen Pembimbing

Ir.Agung Warsito, DHET NIP.195806171987031002