PENGARUH LEVEL PENETRASI UNIT PEMBANGKIT SKALA KECIL TERHADAP MEKANISME KOORDINASI PROTEKSI

Pengaruh level penetrasi unit pembangkit skala kecil ……..

(Supriyanto)

PENGARUH LEVEL PENETRASI UNIT PEMBANGKIT SKALA KECIL TERHADAP MEKANISME KOORDINASI PROTEKSI

Supriyanto Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung E-mail: [email protected]

Abstrak

Paper ini menampilkan hasil evaluasi dampak interkoneksi unit pembangkit skala kecil terhadap mekanisme koordinasi proteksi fuse recloser berbasis fuse saving operation. Pada penelitian ini instalasi unit pembangkit diskenariokan menggunakan variasi ukuran kapasitas unit (KVA) dan lokasi pemasangan. Magnitud arus hubung singkat pada bus sebagai parameter evaluasi disolusikan menggunakan matrik Zbus. Model jaringan menggunakan model IEEE 34 Node. Hasil penelitian menunjukan bahwa pada level penetrasi rendah 20% (0.406 MVA) hanya berdampak kecil terhadap koordinasi proteksi. Penggantian Fuse pada lokasi yang terbatas sudah dapat memulihkan koordinasi proteksi. Level penetrasi tinggi 60% (1.075 MVA) menunjukan bahwa mekanisme koordinasi proteksi masih dipertahankan apabila pemasangan berada dekat Gardu Induk. Kata kunci : fuse, recloser, main feeder, lateral feeder, pembangkit tersebar

Pendahuluan

Mengantisipasi peningkatan kebutuhan suplai energi listrik baik dalam rangka elektrifikasi nasional maupun pertumbuhan industri. Bermacam langkah dilakukan untuk mencukupi kebutuhan tersebut. Distributed Generation adalah salah satu diantaranya. Permasalahan koordinasi proteksi Fuse Recloser pada integrasi jaringan dengan Pembangkit Tersebar adalah sudah lengkap, dan bukan merupakan topik baru hal ini dapat rirunut pada penelitian [1] [2][3][4]. Perhitungan hubung singkat menggunakan matrik impedansi bus adekuat untuk perhitungan hubung singkat pada jaringan integrasi DG[20]. Algoritma perhitungan hubung singkat dalam bentuk Toolbox pada MatLaB sudah dipublikasikan[19]. Pola arus gangguan yang berdampak pada Recloser dan Fuse pada gangguan yang terjadi fungsi dari lokasi Fuse dan

Recloser ketika dilakukan integrasi pada jaringan[8][9][10][11]. Merujuk pada penelitian diatas keluaran penelitian ini juga akan menghasilkan kajian pengaruh lokasi dan kapasitas daya unit pembangkit tersebar terhadap koordinasi proteksi. Secara khusus kajian fokus pada koordinasi proteksi jaringan tegangan menengah ketika dilakukan integrasi dengan Pembangkit Tersebar. Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Menghasilkan perangkat lunak koordinasi proteksi Recloser – Fuse yang dapat digunakan untuk evaluasi kondisi koordinasi proteksi pada jaringan distribusi tegangan menengah.

2. Menghasilkan kajian evaluasi koordinasi proteksi

Recloser – Fuse pada jaringan distribusi terhadap pengaruh integrasi unit pembangkit dengan parameter pengaruh lokasi penempatan, dan kapasitas unit yang diintegrasikan.

129

TEDC Vol.4 No.3 September 2010: 129-133

Mekanisme Koordinasi Proteksi [5][6][7][8] Konsep koordinasi proteksi ditunjukan pada Gambar 1. Pada arus gangguan yang melalui Fuse (I F i) waktu operasi Fuse t(I F i), harus melampaui waktu operasi cepat dari Recloser t(I R A).

Pembangkit Tersebar

I F-DG

I F-GI GARDU INDUK

51

I OCR

................................................................(II.1) Pada arus gangguan yang melalui Fuse (IF i) waktu operasi Fuse t(I F i), tidak boleh melampaui waktu operasi delay time dari Recloser t(IR BB).

b

R

Fuse

IR

I Fuse

I F-DG

I F-GI

Titik Gangguan a

..........................................................................(II.2)

Gambar 3 : Titik Gangguan sebelum Gardu Induk dan Recloser. Metodologi Proses penelitian dilaksanakan dengan langkah sebagai berikut: (1) Membuat subprogram kurva fitting karakteritik Fuse, menggunakan pendekatan [9] berdasarkan persamaan . (2) Membuat

Gambar 1 : Konsep koordinasi proteksi [9][10][11][12]

Vurnerabilitas Recloser – Fuse Titik gangguan berada diantara Recloser dan Pembangkit. Tersebar Arus gangguan yang mengalir pada Fuse dan Recloser ketika terjadi gangguan pada titik di lateral feeder. Arus yang melaui Recloser ( IR ) adalah I F,GI, dan Arus yang melaui Fuse ( IFuse ) adalah sebesar (I F,GI + I F,DG). Pembangkit Tersebar

I F-DG I F-GI GARDU INDUK

b 51

I OCR

R

Fuse

IR

I Fuse

I F-DG

I F-GI

Titik Gangguan

a

Gambar 2 : Titik Gangguan diantara Gardu Induk dan Recloser.

130

subprogram

pemutusan MM fuse

penentuan

waktu

dan model penentuan

waktu pemutusan TC Fuse pada arus gangguan yang melalui Fuse (I F i). (3) Membuat subprogram penentuan waktu operasi Recloser cepat (instantanous) t(I R A) , dan model penentuan waktu operasi Recloser lambat (4) Membuat subprogram pembentukan matrik impedansi bus, dan subprogram yang matrik impedansi bus yang dapat dilakukan adaptasi dengan penambahan generator pada node tertentu. (5) Membuat subprogram perhitungan arus hubung singkat dengan metode matrik impedansi bus.[19][20][21][22]. (6) Membuat adaptasi subprogram perhitungan hubung singkat untuk perhitungan arus gangguan maksimum dan minimum pada model Feeder Test IEEE 34 Node .[13][14][15][16]. (7) Membuat program koordinasi proteksi dengan kriteria persamaan (II.1) dan (II.2) (8) Melakukan evaluasi penempatan lokasi dan ukuran kapasitas unit pembangkit untuk integrasi Pembangkit Tersebar dengan grid sesuai Gambar 5.

Pengaruh level penetrasi unit pembangkit skala kecil ……..

(Supriyanto)

Untuk mendapatkan hubungan pengaruh antara kapasitas daya dan lokasi tempat pemasangan unit pembangkit, maka pada pengujian dibuat variasi kapasitas daya unit pembangkit, dan variasi lokasi pemasangan unit pembangkit. Pada pengujian ini kapasitas daya yang digunakan adalah 0.406 MVA (20% ), dan 1.075 MVA(60%), sedangkan titik lokasi integrasi unit pembangkit adalah titik node yang berada pada Feeder utama (17 titik uji). Data XLS HasilPengujian Fuse · tMM = f(Iuji) · tTC = f(Iuji)

Mulai

· · ·

Set i=1 , j=1

Node Integrasi =j

Node gangguan = i

Perhitungan Arus Hubung Singkat Zone Perlindungan Setiap Fuse

·

·

· ·

Kurve Fitting Logaritmis tMM = f(If) tTC = f(If)

Arus Hubung Singkat Maksimum Arus Hubung Singkat Minimum

Input Untuk setiap jalur koordinasi proteksi Fuse yang digunakan Node Arus Hubung Singkat Tertinggi Node Arus Hubung Singkat Terendah

nfx=nfmaks(i)

nfx=nfmin(i)

Hitung Arus Hubung Singkat IntDG(MVA_G,kV_G,xdii,BusDG)

Hitung Arus Hubung Singkat IntDG(MVA_G,kV_G,xdii,BusDG)

Hitung Waktu Pemutusan Fuse MM fuseMMK(Fuse_k(i),Ifmaks) Waktu Pemutusan Rec_Cepat RecloserDelay(In,TMSR,Ifmaks)

·

·

Hitung Waktu Pemutusan Fuse TC fuseK(Fuse_k(i),Ifmin) Waktu Pemutusan Rec_Cepat RecloserDelay(In,TMSR,Ifmin)

Cetak tRec_F t MM

Cetak tRec_F t MM ‘j=j+1

‘i=i+1

T

(tRec_F < tMM) & (tRec_S > tTC)

Y

Cetak Tabulasi Hasil Mal Koordinasi

Waktu Pemtutsan Fuse · Minimum Melting · Total Clearing

Cetak Tabulasi Hasil Koordinasi Baik

T ‘j =j terakhir Y

T

‘i =i terakhir

Setting Waktu Operasi Instantanous (Rec A) Setting Waktu Operasi Delay Time Rec B

Y Selesai

Gambar 6 : Diagram Alir Program Evaluasi Koordinasi Proteksi Gambar 4 : Algoritma Rancangan Program

Hasil dan Pembahasan Hasil evaluasi pengujian koordinasi proteksi pada jaringan IEEE 34 node dengan integrasi distributed generation 0,406 MVA. 1 Penempatan Unit pembangkit pada node 10 sampai dengan 17 pada integrasi unit sebesar 0.406 MVA, berakibat kegagalan koordinasi pada Fuse ; F.6, dan F.9, pada pemasangan unit pembangkit pada lokasi Node 10 sampai Node 17 2 Menaikan rating Fuse satu level rating akan menormalkan koordinasi proteksi sistem. 3 Integrasi unit pembangkat dengan penetrasi kecil (20%), berdampak kecil terhadap koordinasi proteksi. Skim penggantian Fuse secara terbatas masih memungkinkan.

Gambar 5 : Lokasi Pembangkit Tersebar

131

TEDC Vol.4 No.3 September 2010: 129-133

Hasil evaluasi pengujian koordinasi proteksi pada jaringan IEEE 34 node dengan integrasi distributed generation 1.075 MVA. 1. Hanya penempatan Unit pembangkit pada node 3 dan 4 pada integrasi unit sebesar 1.075 MVA yang tidak memberi dampak terhadap mekanisme koordinasi proteksi Recloser – Fuse. 2. Pada integrasi unit pembangkit besar (60%) peluang pemasangan yang memiliki dampak kecil terhadap koordinasi berbasis ‘fuse saving operation’, adalah pemasangan unit pembangkit dekat dengan gardu gardu induk. 3. Menaikan rating Fuse satu tingkat pada jalur koordinasi yang mengalami mal koordinasi akan mengembalikan ke kondisi koordinasi proteksi yang baik. Kesimpulan 1.

2.

3.

Kurva fitting untuk mengolah data hasil pengujian karakteristik fuse dengan menggunakan persamaan masih akurat. Nilai Root Mean Squared Error (RMSE) untuk karakteristik minimum melting = 1.565066, sedangkan nilai RMSE pada total clearing = 1.438426. Pada perencanaan integrasi unit Pembangkit Tersebar dengan jaringan distribusi tegangan menengah, level penetrasi berpengaruh besar terhadap koordinasi proteksi Fuse Recloser berbasis ‘fuse saving operation’.

4.

Level penetrasi 20% (0.406 MVA pada Feeder Test IEEE 34 Node), lokasi penempatan unit pembangkit hanya berdampak kecil terhadap koordinasi proteksi. Penggantian Fuse pada lokasi yang terbatas sudah dapat memulihkan koordinasi proteksi.

5.

Level penetrasi 60% (1.075 MVA pada Feeder Test IEEE34 Node), menunjukan bahwa mekanisme koordinasi berbasis ‘fuse saving operation’, hanya pada pemasangan dekat Gardu Induk.

[2] Boutsika TH., Papathanassiou S., Drossos N., Calculation Of The Fault Level Contribution Of Distributed Generation According To IEC Standard 60909 , National Technical University Of Athens (NTUA) public power corporation (PPC) , NTUA-Electric Power Division, 9 Iroon Polytechniou st., 15780 Athens, Greece. [3] Brahma S.M., and Girgis, A. A. "MicroprocessorBased Reclosing to coordinate Fuse and Recloser in a system with High Penetration of Distributed Generation," in Proc. 2002 IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, pp. 453 - 458. [4] Brahma S.M. and Girgis A.A., “Development of Adaptive Protection Scheme for Distribution Systems with High Penetration of Distributed Generation”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 19, no.1, January 2004. [5] Blackburn, J. L. Protective Relaying Principles and Applications, 2nd ed. New York: Marcel Dekker Inc, 1998. [6] Champbell, HE., Schultz, NR., Power Distribution System Enginnering, General Electric Company Schenectady, 1982. www.GEindustrial.com/pm. [7] SIEMENS instruction manual, Numerical Time Overcurrent Protection And Thermal Overload Relay With Auto-Reclosure Option SIPROTEC 7SJ600, v3.1, Siemens AG, 2001. [8] Gonen, T. Electric Power Distribution System Engineering. New York: McGraw Hill, 1986. [9] Farzanehrafat Ali, Mohammad Taghi Bathaee S. Suboptimal Size and Location of Distributed Generation for Maintaining the Protection Coordination, Electrical engineering in Azad University of Science and Research, and with Ghods Niroo Consulting Engineers (GNCE) Tehran, Iran (e-mail: „[email protected]). [10]

Doyle M. T., "Reviewing the impacts of distributed generation on distribution system protection," IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, vol. 1, pp. 103-105, 2002.

[11]

Dugan, R. C. “On the necessity of threephase feeder models for DG planning analysis,” IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, vol. 1, pp. 438-441, July 2002: e-mail: [email protected]

[12]

Gomez J.C. and M.M. Morcos, “Coordination of Voltage Sag and Overcurrent Protection in DG Systems”, IEEE Transaction on Power Delivery, vol. 20,no.1, January 2005, pp. 214-218.

Daftar Pustaka

[1] Geidl. Martin, Protection of Power Systems with Distributed Generation: State of the Art, Power Systems Laboratory Swiss Federal Power Systems Research, vol. 66, 2003, pp. 59-69. Institute of Technology (ETH) [email protected] 20th July 2005

132

Pengaruh level penetrasi unit pembangkit skala kecil ……..

[13]

Windsor Energy Center (2007). System Impact Assessment Report. Ontario. [Online].http://www.ieso.ca/imoweb/pubs/caa/ CAA_SIAReport_2007-281.pdf.‟

[14]

Ochoa, L. F., Padilha-Feltrin, A., and Harrison, G. P., Index for the Evaluation of Distributed Generation Impacts on Distribution System Protection,, in Proc. 18th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution CIRED, Turin, Italy, pp. 1-4, June 2005.

[15]

Kersting, W. H., Radial distribution test feeders, IEEE Trans. on Power Systems, vol. 6, no. 3, pp. 975- 985, Aug. 1991

[16]

KAUHANIEMI, Distribution Network Models For Studying The Effects Of Distributed Generation, University of Vaasa – Finland, [email protected], [email protected]

[17]

Bollen M.H.J. and Zhang L.D., “Different methods for classification of threephase unbalanced voltage dips due to faults”, Electric

[18]

Kuncicky David, Matlab Programming, www.dbebooks.com - Free Books & magazines

[19]

Saadat Hadi Power System Analisys, International Editon, Mc. Graw Hill Second Edition, 2004.

[20]

Nimpitiwan ,Natthaphob, “Fault Current Issues for Market Driven Power Systems with Distributed eneration, Student Member”, IEEE, Fellow, IEEE Department of Electrical Engineering, Arizona State University,2004

[21]

Kundur, P., Power System Stability and Control, McGraw Hill, New York, USA, 1993

[22]

Grainger, J.J., Stevenson, W.D., Power System Analysis, McGraw Hill, Inc, 1994

(Supriyanto)

133