JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
1
Pendekatan Adaptif Multi Agen Untuk Koordinasi Rele Proteksi Pada Sistem Kelistrikan Industri Hendri Triwidodo, Heri Suryoatmojo, dan Margo Pujiantara Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] &
[email protected]
Abstrak—Keandalan dan kontinuitas pelayanan daya pada sebuah kelistrikan industri merupakan faktor utama yang harus diperhatikan dalam sebuah sistem kelistrikan. Keandalan suatu kelistrikan dapat direpresentasikan dengan seringnya terjadi pemadaman saat terjadi gangguan dalam suatu wilayah, sehingga dapat menyebabkan terhentinya proses produksi dalam sebuah industri. Selain itu, keandalan juga dapat direpresentikan dengan luasnya wilayah yang terkena pemadaman. Semakin kecil wilayah pemadaman maka keandalan pelayanan akan semakin baik. Untuk meningkatkan keandalan dan kontinuitas pelayanan, dapat dilakukan dengan mengaplikasikan koordinasi proteksi menggunakan pendekatan multi agen. Koordinasi proteksi menggunakan pendekatan multi agen pada tugas akhir ini diterapkan Sistem Kelistrikan Industri. Dengan menggunakan pendekatan multi agen, maka koordinasi antar rele proteksi akan dibuat berurutan dengan setting waktu tertentu sehingga wilayah yang terkena pemadaman akan dapat diminimalisir. Tugas akhir ini akan difokuskan pada koordinasi rele arus lebih yang ditambahkan piranti interlocking. Dengan mengganti beberapa setting rele dan penerapan pendekatan multi agen pada Sistem Kelistrikan Industri, maka keandalan dan kontinuitas pelayanan daya akan lebih baik.
dapatnya pengamanan gangguan secara cepat dengan memperhitungkan wilayah pemadaman yang sekecil mungkin. Dalam artikel ilmiah ini, akan dibahas tentang sebuah kelistrikan industri yang sudah tidak mampu lagi dilindungi dengan koordinasi proteksi dengan metode konvesional. Koordinasi proteksi yang akan diterapkan adalah koordinasi menggunakan pendekatan multi agen. Koordinasi proteksi menggunakan multi agen akan memungkinkan sebuah sistem kelistrikan industri ketika terjadi gangguan maka dalam pengamanannya dapat lebih cepat dan wilayah yang terjadi pemadaman akan bisa diminimalisisr sekecil mungkin. Dengan ini maka keandalan sistem kelistrikan akan menjadi tinggi. Secara tidak langsung hal ini akan berdampak ke proses industri yang akan tetap berjalan normal dan keruguian yang ditimbulkan dari adanya gangguan akan dapat diminimalisir sekecil mungkin.
Kata Kunci— koordinasi, proteksi, multi agen, interlocking.
A. Pendekatan Multi Agen Dalam sebuah kelistrikan industri, masing-masing perangkat proteksi memiliki fungsi utama untuk mengamankan gangguan baik yang terjadi pada zona yang khusus maupun yang terjadi pada zona yang jauh dari lokasi gangguan. Ketika terjadi gangguan, perangkat proteksi seharusnya dapat mengamankan gangguan tersebut dengan zona yang sekecil mungkin. Hal ini akan menunjukkan sebuah keefisiensi dan kehandalan suatu sistem proteksi dalam pengamanannya. Dalam proses pengamanannya perlu diperhatikan juga tentang kemungkinan kerusakan dari peralatan proteksi sehingga dalam pembuatan sebuah koordinasi proteksi diperlukan cadangan pengamanan tiap-tiap zonanya. Untuk mendapatkan pengamanan dengan zona yang sekecil mungkin dapat digunakan pengamanan dengan menggunakan pendekatan Multi Agen[1]. Multi agen merupakan gabungan dari bermacam-macam agen yang saling berkomunikasi dan berkoordinasi satu sama lain. Komunikasi antar agen dilakukan sesuai setting membuat sistem menjadi satu kesatuan dengan kinerja yang lebih unggul dan dapat memecahkan masalah yang sulit diselesaikan oleh agen tunggal tanpa adanya komunikasi dan koordinasi [2].
I. PENDAHULUAN
P
ada sebuah industri, keberlangsungan proses produksi harus tetap dijaga dalam keadaan baik agar mampu menghasilkan produk dengan optimal. Sistem kelistrikan yang menunjang proses produksi sebuah industri menjadi komponen utama dalam keberlangsungan sebuah produksi. Keandalaan sebuah sistem kelistrikan industri tercermin dari sering padam ata tidaknya sustem industri ketika terjadi gangguan. Semakin kecil wilayah yang terkena pemadaman saat terjadi gangguan, maka keandalahnya akan semakin bagus. Hal ini tentu saja akan sangat berpengaruh terhadap keberlangsungan proses industri. untuk mendapatkan keandalan yang baik, maka diperlukan koordinasi proteksi yang tepat. Sebagian besar sistem kelistrikan industri untuk saat ini menggunakan sistem proteksi dengan metode koordinasi bertingkat dari rele satu ke rele berikutnya. Umumnya lebih dikenal dengan metode koordinasi proteksi konvensional. Metode yang memiliki grading time tertentu dalam pengamanannya. Terdapat beberapa kelemahan dalam metode konvensional, salah satunya adalah belum
II. PENDEKATAN MULTI AGEN DAN PENGAMAN ARUS LEBIH
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 Dalam kelistrikan industri, multi agen terdiri dari agen rele dan agen peralatan (equipment agents). Antar agen akan saling berkomunikasi dan berkoordinasi dalam proses pengamanan sistem kelistrikan. Pada Gambar 1 ditunjukkan tentang proses komunikasi antara agen rele dengan agen peralatan.
2 B. Penyetelan Arus Lebih Menurut Standart British BS 142-1983 batas penyetelan antara nominal 1,05–1,3 Inominal[3]. Mengacu pada standart tersebut, pada tugas akhir ini amannya menggunakan konstanta 1,1 Inominal. Jadi untuk setingnya dapat dilihat sebagai berikut: Iset ≥ 1,1 x Inominal (1) I set
Tap=
(2)
PrimaryCT Gambar 1. Komunikasi antara agen rele dengan agen peralatan
Berikut ini adalah komponen-komponen dan fungsi dari tiap-tiap agen yang saling terkomunikasi [2]: 1. Agen Rele (relay agent) Setiap rele yang terpasang dalam sebuah sistem kelistrikan industri merupakan agen rele. Agen rele terdiri dari beberapa rele yang saling berkomunikasi dan berkoordinasi. Masing-masing agen rele akan mencari informasi yang relevan untuk bahan komunikasi antar agen rele. Tujuannya adalah untuk mendeteksi rele yang gagal bekerja, kegagalan pemutusan, dan penyediaan cadangan perlindungan untuk kinerja sistem kelistrikan yang lebih baik jika dibandingkan dengan metode terdahulu. Sekelompok agen yang mempunyai fungsi yang sama akan membentuk kelompok agen. Dalam hal ini bisa dicontohkan dengan kelompok agen rele arus lebih (over current). Setiap agen mempunyai logika masing-masing sehinggal dalam satu kelompok agen dapat bekerja dengan logika tiap agen tersebut. 2. Agen peralatan (equipment agent) Agen peralatan dalam sistem kelistrikan terdiri dari agen CT, agen pemutus, dan agen yang lainnya. Peralatan-peralatan tersebut mengumpulkan informasi, mengoperasikan peralatan, dan mengkomunikasikan informasi ke agen rele untuk memberikan perlindungan dan koordinasi fungsi. Kinerja dari sistem kelistrikan industri dapat ditunjukkan pada gambar 2 dibawah ini:
Pada penyetelan rele arus lebih juga harus memperhatikan batas maksimum seting, untuk alasan keamanan dan back-up hingga ke sisi muara estimasi seting ditetapkan: I set 0,8 I sc2,min (3) Mengacu pada konsep diatas persyaratan setelan arus dapat dirumuskan sebagai berikut: 1,1 IFLA < Is < 0,8 Isc2 min (4) III. SISTEM KELISTRIKAN Sistem kelistrikan yang akan dipakai sebagai media dalam koordinasi proteksi menggunakan pendekatan multi agen memiliki level tegangan sebagai berikut : 1. Tegangan 33 kV Tegangan ini merupakan tegangan pada sistem kelistrikan industri utama yang menyalurkan daya ke sistem yang akan diterapkan koordinasi proteksi pendekatan multi agen. 2. Tegangan 11 kV Tegangan ini merupakan tegangan keluaran dari trafo yang terdapat dalam sistem kelistrikan industri yang akan diterapkan pendekatan multi agen. 3. Tegangan 6,9 kV Tegangan ini merupakan tegangan untuk menyuplai beban-beban pada sistem multi agen. 4. Tegangan 0,4 kV Tegangan ini berasal dari tegangan keluaran trafo yang akan mensuplai beban lumped. Pada sistem kelistrikan yang akan diterapkan koordinasi proteksi menggunakan pendekatan multi agen memiliki trafo sebagai berikut:
No
Tabel 1. Transformator Daya Penyuplai Beban Trafo Tegangan (kV) Kapasitas
Gambar 2. Sistem Kelistrikan[2]
Apabila terjadi hubung singkat di bus 1, maka agen rele R1 akan mengirimkan sinyal trip ke agen pemutus(CB), dalam waktu yang sama agen rele tersebut mengirimkan sinyal koordinasi ke agen rele R2. Dalam waktu beberapa saat, status CB akan dimonitor oleh agen rele. Jika CB gagal mengamankan, maka sinyal proteksi cadangan akan dikirimkan dari agen rele R1 ke agen rele R2. Dengan metode ini, waktu pemutusan akan terjadi lebih singkat. hal ini akan berlaku seterusnya hungga ke agen rele R3 dan seterusnya[2].
1
TU-TR-06
33/0,4
100
kVA
2
T43
33/6,9
8
MVA
3
TR NPK 5&6
33/6,9
8
MVA
4
TR NPK 3&4
33/6,9
8
MVA
5
T6
33/6,9
7,5
MVA
6
TU-TR-01
33/11
30
MVA
7
TR BLACK BEAR TURSINA TIMUR
33/6,9
20
MVA
33/6,9
20
MVA
8
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
3
Beban yang ditopang oleh sistem kelsitrikan industri adalah sebagai berikut: Tabel 2. Data Beban Sistem Kelistrikan Beban Bus Tegangan
No
Kapasitas
1
TU-LVMDP
Bus 26
0,4 kV
10,4 kVA
2
NPK 7&8
Bus 101
6,9 kV
8,3 MVA
3
NPK 5&6
6,9 kV
8,3 MVA
4
NPK 3&4
6,9 kV
8,3 MVA
5
PELABUHAN
Bus NPK 5,6 Bus NPK 3,4 Bus 64
6,9 kV
3 MVA
6
PERGUDANGAN
Bus 64
6,9 kV
3 MVA
7
NPK BLENDING
Bus 64
6,9 kV
6 MVA
8
KNI
Bus KNI
11 kV
6 MVA
9
BLACK BEAR
6,9 kV
6 MVA
10
TURSINA TIMUR
Bus Black Bear Bus Tursina Timur
6,9 kV
14,5 MVA
IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISA
Gambar 3. Setting Rele Tipikal Koordinasi Sistem
A. Analisa Pengaturan Rele Arus Lebih Gangguan Phasa Untuk pengaman hubung singkat harus memperhitungkan arus hubung singkat minimum dan maksimum yang disebabkan konfigurasi sistem. Arus hubung singkat minimum digunakan untuk setting arus lowset sedangkan arus hubung singkat maksimum digunakan untuk setting arus highset. Arus hubung singkat dapat diketahui dengan menghitung impedansi pada sistem yang mengalami gangguan hubung singkat. Dengan menggunakan simulasi hubung singkat pada bus-bus yang telah ditentukan maka arus hubung singkat dapat diketahui. Adapun arus hubung singkat pada keluaran sistem kelistrikan industri untuk pengaplikasian koordinasi proteksi menggunakan pendektatan multi agen dapat ditunjukkan pada Tabel 3. Tabel 3. Data arus hubung singkat di sistem Kelistrikan Bus Isc max 0,5 cycle Isc min 30 cycle ID
kV
A
A
Inc Tursina
33
24855
13894
TUS-SG-01
33
17073
13894
Bus 33
33
24738
Bus 41
11
17115
setting delay 0,1 s karena berfungsi untuk mengamankan sistem ring utama pada pabrik pupuk ini. Oleh karena itu, pada kelistrikan industri yang akan diterapkan multi agen ini memiliki setting delay 0,1 s. Pada Gambar 3 dibawah ini ditunjukkan tipikal yang akan dianalisa.
Langkah pertama yang dilakukan sebelum dilakukan koordinasi rele dalam bentuk kurva dan pendekatan multi agen adalah menentukan setting dari masing-masing rele mulai dari rele 3, rele 5 dan rele incoming dari ring sistem utama industri pabrik yaitu rele SP51. Data arus hubung singkat untuk menentukan setting rele terdapat pada poin diatas. Tujuan dari proses pengkoordinasian awal disini untuk melihat pengamanan terhadap sistem sebelum terjadinya perbaikan menggunakan pendekatan multi agen. Pendekatan multi agen memungkinkan urutan kerja rele dan trip CB akan berurutan sehingga tidak akan terjadi lompatan yang tidak sesuai setting yang telah ditentukan. Hal ini dapat mengurangi jumlah area yang diputus oleh CB yang bersangkutan sehingga dapat lebih efektif dan efisien. Berikut ini adalah setting rele sistem dari hasil perhitungan menggunakan rumus(1), (2), (3), dan (4): Tabel 4. Data Setting Rele pada Kelistrikan pabrik Komponen Rele 3 Rele 5 Rele SP51 Manufacturer
Merlin Gerin
Merlin Gerin
Merlin Gerin
13848
Model
Sepam 1000+
Sepam 1000+
Sepam 1000+
8642
Curve Type
Extremely Inverse 1000/5
Extremely Inverse 1200/5
Extremely Inverse 1000/5
Ilowset
580 A
1200 A
1200 A
tap
0,58 In
1 In
1,2 In
Ihighset
8500 A
10000 A
10000 A
tap
8,5 In
9 In
10 In
0,3
0,56
0,19
B. Analisa Setting Pengaman Pada Sistem Tursina Pada sistem kelistrikan industri pupuk yang akan diterapkan koordinasi proteksi menggunakan multi agen terdapat beberapa rele, tetapi yang akan dibahas dalam tugas akhir hanyalah 3 rele. Hal ini dikarenakan pada ketiga rele tersebut akan dilakukan pendekatan multi agen. Rele 3 berfungsi untuk mengamankan trafo TU-TR-01, rele 5 untuk mengamankan sistem dibawahnya, sedangkan rele SP51 untuk mengamankan sistem industri pupuk secara keseluruhan. Rele SP1 memiliki
CT I>
I>>
TDM
I> : Time Overcurrent Pick Up I>> : Instantaneous Pickup
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 Dengan menggunakan nilai setting diatas, kemudian disimulasikan menggunakan perangkat simulasi. Adapun kurva hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Kurva Tipikal Koordinasi Sebelum Dilakukan Pendekatan Multi Agen
Kemudian didapatkan hasil waktu CB bekerja seperti yang terlihat pada Tabel 5. Tabel 5 Data Urutan CB bekerja (Trip) Waktu (ms) ID Kondisi
4 Rele 3 Pada rele 3 akan diterapkan koordinasi proteksi menggunakan pendekatan multi agen. Setting rele yang digunakan sama seperti setting awal, hanya saja ditambahkan setting interlocking yang merupakan bagian pendekatan multi agen. Untuk mengaplikasikan koordinasi proteksi menggunakan pendekataan multi agen adalah dengan menggunakan pilihan output interlock pada relay editor. Interlock diaplikasikan untuk rele 3 (CB OUT62) dan rele 5 (CB INC61). Rele 5 Pada rele 5 akan diterapkan koordinasi proteksi menggunakan pendekatan multi agen. Setting rele yang digunakan sama seperti setting awal, hanya saja ditambahkan setting interlocking yang merupakan bagian pendekatan multi agen. Untuk mengaplikasikan koordinasi proteksi menggunakan pendekataan multi agen adalah dengan menggunakan pilihan output interlock pada relay editor. Interlock diaplikasikan untuk rele 5 (CB INC61) dan rele 5 (CB SP51). Rele SP51 Pada rele SP51 akan diterapkan koordinasi proteksi menggunakan pendekatan multi agen. Setting rele yang digunakan sama seperti setting awal, hanya saja ditambahkan setting interlocking yang merupakan bagian pendekatan multi agen. Dari hasil perhitungan tersebut dapat dilihat perbaikan sistem koordinasi proteksi sehingga hubungan kerja antar rele sudah beruturan dan tidak terjadi overlap dalam pengamanan sistem Adapun urutan dan waktu kerja CB ketika terjadi hubung singkat di bus 33 setelah dilakukan perbaikan terlihat pada Tabel 6 dibawah ini. Tabel 6. Data Urutan CB bekerja (Trip) setelah perbaikan Waktu (ms) ID Kondisi
84,4
OUT62
Trip
110
SP51
Trip
84,4
OUT62
Trip
120
INC61
Trip
94,4
INC61
Trip
110
SP51
Trip
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa ketika terjadi hubung singkat di bus 33, koordinasi hasil setting mengalami overlaping. Rele 3 bekerja diikuti dengan rele SP51, sehingga kerja rele 5 terlewati. Hal ini terjadi karena rele SP51 di-setting dengan nilai Time Delay Setting (TDS) = 0,1 s. Dipilih nilai TDS tersebut karena rele SP51 berfungsi untuk mengamankan trafo TU-TR-06 dari adanya gangguan hubung singkat. Overlaping kerja rele ini akan mengakibatkan terjadinya pelayanan daya yang kurang efektif, artinya adalah ketika terjadi Hubung singkat di bus 33, maka secara otomatis di sisi beban bus TUS-SG-01 akan mengalami pemadaman. C. Perbaikan Setting Pengaman Pada Sistem Kelistrikan Berikut ini adalah perbaikan setting rele dan pengaplikasian pendekatan multi agen untuk koordinasi proteksi sistem Tursina:
D. Pemodelan Multi Agen Menggunakan Gerbang Logika Rele 3 Rele 3 akan merasakan gangguan hubung singkat yang terdapat di bus 33 dan memerintahkan CB OUT 62 trip dengan waktu 0,1 s.
Gambar 5. Pemodelan koordinasi proteksi yang terjadi pada rele 3
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 Pada Gambar 6 dibawah ini ditunjukkan logika dari rele.
5 Pada Gambar 10 dibawah ini ditunjukkan logika dari rele.
Gambar 6 Logika rele 3
Rele 5 Rele 3 akan mengirimkan sinyal interlock ke rele 5, sehingga Δt pada rele 5 = 0,1 s. Pemodelan dilakukan menurut kondisi ini adalah sesuai pada Gambar 7.
Gambar 10. Logika rele SP51
Gerbang logika diatas merupakan gambaran komunikasi yang terdapat pada rele-rele sistem kelistrikan industri yang menerapkan pendekatan multi agen ini. Rele yang digunakan adalah rele Merlin Gerin Sepam 1000+ dengan karakteristik komunikasi yang mendukung untuk pendekatan multi agen seperti yang digambarkan pada Gambar 11.
Gambar 7. Pemodelan koordinasi proteksi yang terjadi pada rele 5
Pada Gambar 8 dibawah ini ditunjukkan logika dari rele.
Gambar 11 Hubungan Kerja Rele di Sistem
Gambar 8. Logika rele 5
Rele SP51 Pemodelan dilakukan menurut kondisi ini adalah sesuai pada Gambar 9.
Dengan beberapa perbaikan yang dilakukan pada koordinasi proteksi sitem Tursina. Maka didapatkan hasil yang lebih efektif dan efisien dalam pengkoordinasian menggunakan pendekatan multi agen. Perbandingan hasil perbaikan dari sistem koordinasi proteksi menggunakan pendekatan multi agen dan koordinasi proteksi sebelumnya seperti pada Tabel 7. Tabel 7. Waktu trip pada sistem sebelum dan sesudah perbaikan CB Sebelum perbaikan Setelah perbaikan
OUT 62
Urutan CB trip 1
Waktu trip 84,4 ms
Urutan CB trip 1
INC61
3
178 ms
2
0,1 s
SP51
2
110 ms
3
0,1 s
Waktu trip 0,1 s
V. KESIMPULAN/RINGKASAN Gambar 9. Pemodelan koordinasi proteksi yang terjadi pada rele SP51
1. Terdapat beberapa setting yang kurang tepat pada sistem kelistrikan, masih terjadi overlaping kerja CB salama mengamankan gangguan. Hal ini disebabkan karena koordinasi proteksi menggunakan metode konvensional sudah tidak dapat lagi diterapkan di sistem ini 2. Dengan menggunakan pendekatan multi agen dalam koordinasi proteksi sistem pabrik pupuk ini akan membuat
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 kinerja CB berurutan dan cepat dalam pengamanannya. Waktu pengamanan sistem pabrik setelah diterapkan multi agen adalah 0,1s. 3. Penggunaan piranti tambahan berupa pemodelan gerbang rele pada koordinasi proteksi menggunakan pendekatan multi agen sistem pabrik akan membuat waktu tunda rele menjadi tepat sesuai kondisi rele pada sistem. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember yang telah menfasilitasi penulisan penelitian ini. Penulis juga diperkenankan menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu menyediakan data-data penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA [1].
[2].
[3].
I.H. Lim., “Multi-Agent System-based Protection Coordination of Distribution Feeders”, International Conference on Intelligent System Applications to Power Systems, Taiwan, Nopember, 2007 Hui Wan dan Wong K.P., “An Adaptive Multiagent Approach to Protection Relay Coordination With Distributed Generators in Industrial Power Distribution System”, IEEE, vol 46, September/Oktober, 2010 Hewitson, L.G. Brown, Mark. Balakrisnan, Ramesh., “Practical Power System Protection” Elsevier, 2004
6
