Setting Rele Diferensial Bus High Impedance Pada Sistem Distribusi Ring 33 kV di PT. Pertamina RU V Balikpapan Oleh : Wildan Imanur Rahman 2210100145 Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT Ir. R. Wahyudi Tugas Akhir 26 Juni 2014
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
LATAR BELAKANG • Terdapat beberapa kesalahan setting rele proteksi pada sistem distribusi ring 33 kV • Adanya rencana penambahan beban serta pembangkit baru yang terhubung pada sistem ring 33 kV
1
Tujuan • Memodelkan, menyimulasikan dan menganalisis sistem kelistrikan PT.Pertamina RU V Balikpapan yang baru • Memperoleh setting rele diferensial bus dan rele arus lebih yang tepat pada sistem ring 33 kV yang baru di PT. Pertamina RU V Balikpapan
2
BATASAN MASALAH • Rele yang digunakan adalah rele diferensial bus high impedance dan rele arus lebih pada sistem ring • Analisa pada sistem ring 33 kV dilakukan dengan kondisi dimana semua CB pada sistem ring dalam kondisi tertutup
3
RELE DIFERENSIAL • Prinsip kerja rele diferensial mengacu pada hukum kircoff • Daerah yang diproteksi rele diferensial dibatasi oleh CT • Tidak terpengaruh dengan adanya gangguan akibat beban lebih. • Hanya bekerja jika terjadi gangguan pada daerah yang diproteksi i1
i1
I1
I1 i2+i3
I2
i2-i3
R
I2
I3
R
I3
i1 I1 R I2
I3 i2+i3
4
SISTEM KELISTRIKAN STG 1-6
STG 1-5
STG 1-3
STG 1-5A
STG 1-4
2HT
3HT
1HT
Perubahan Sistem
T23
T12
W2
W3
W1
STG 1-6
STG 1-5
STG 1-3
STG 1-5A
STG 1-4
W4
W5 T45
T34
1HT
2HT
3HT
T23
T12 STG 2-4
STG 2-3
STG 2-2
STG 2-1
Reaktor 2AL
Reaktor 1AL
W2 W3 New gen 1 New gen 2 2AL-B
Keterangan :
3AL
2AL-A
1AL-B
W1
1AL-A
CB close CB open
W4 W5 T45 T34
Penambahan Beban & Pembangkit Baru
STG 2-4
STG 2-3
2AL-B
Keterangan :
STG 2-2
STG 2-1
Reaktor 2AL
Reaktor 1AL
3AL
2AL-A
CB close CB open
1AL-B
1AL-A
5
PEMILIHAN TIPIKAL Tipikal 1
T12
F87BDZ(2)
T23
R
R
W2
W3
F87BDZ(3)
F87BDZ(1) R
W1 New gen 1
New gen 2
W5
F87BDZ(5)
W4
R
R
F87BDZ(4)
T45
T34
6
TIPIKAL 1 • Parameter Pada Skema Diferensial High Impedance RL
0,15 Ω
RCT
3,5 Ω
NCT
1250/1
VK
200 V
7
TIPIKAL 1 • Setting Diferensial High Impedance Pada Bus W3 T23
R F87BDZ(3) W2
W3
W4
T23 : 16 MVA IFL Trafo : 279,93 A
8
TIPIKAL 1 Arus Kontribusi Maksimum 3 Fasa dan 1 Fasa Saat Gangguan di Bus W2 Kontribusi
Dari
Ke
Arus Kontribusi Maksimum Gangguan 3 Fasa (kA)
T23 W3 W3 W2 W4 W3 Arus gangguan maksimum 3 fasa : If = 1,6 + 4,81 = 6,41 kA Arus gangguan maksimum 1 fasa : If = 0,07 + 0,2 = 0,27 kA
1,6 6,41 4,81
Arus Kontribusi Maksimum Gangguan 1 Fasa (kA) 0,07 0,27 0,2
Arus Kontribusi Maksimum 3 Fasa dan 1 Fasa Saat Gangguan di Bus W4 Kontribusi Dari
Ke
T23 W2 W3
W3 W3 W4
Arus Kontribusi Maksimum Gangguan 3 Fasa (kA) 1,6 2,86 4,46
Arus gangguan maksimum 3 fasa : If = 1,51 + 2,65 = 4,16 kA Arus gangguan maksimum 1 fasa : If = 0,07 + 0,32 = 0,39 kA
Arus Kontribusi Maksimum Gangguan 1 Fasa (kA) 0,07 0,32 0,39
9
TIPIKAL 1 Saat gangguan eksternal maka rele diferensial harus tetap stabil dan tidak bekerja. Oleh sebab itu, setting rele diferensial harus menggunakan arus gangguan eksternal terbesar yang mungkin terjadi. Gangguan di bus W2 Vs (3 fasa) = 0,5 . Ifmax . (RCT + 2RL) = 0,5 . (6410 / 1250) . (3,5 + 2 . 0,15) = 9,74 V Gangguan di bus W4 Vs (3 fasa) = 0,5 . Ifmax . (RCT + 2RL) = 0,5 . (4160 / 1250) . (3,5 + 2 . 0,15) = 6,32 V
VPKP = 1,6 x 9,74 = 15,58 V 10
TIPIKAL 1 IFL< Iset < 30% Isc min 1,05 IFL< Iset < 30% Isc min (1,05 . 279,93) / 1250 In < Iset < (30% . 5060) / 1250 In 0,23 In < Iset < 1,21 In
Dipilih Ir (I>) = 0,24 In Niali stabilizing resistor (Rs) : Rs = VPKP / Ir = 15,58 / 0,24 = 64,92 Ω Arus eksitasi pada 15,58 V sebesar ≈ 0,003 A. Sehingga besar arus operasi minimum : Iop = CT Ratio x (Ir + n . Ie) = 1250/1 x (0,24 + 3 . 0,003) = 311,25 A
Setting waktu sebesar 0,06s
Sehingga dengan arus gangguan minimum sebesar 6970 A pada gangguan dua fasa dan 600 A pada gangguan satu fasa ke tanah maka setting rele diferensial memenuhi kriteria yang dibutuhkan.
11
TIPIKAL 1 Ketika terjadi gangguan internal maka pada rele akan terbangkit tegangan yang cukup besar. Jika tegangan terbangkit maksimum tersebut melebihi 3000 V peak maka perlu dipasang resistor non-linear untuk membatasi tegangan pada level yang aman bagi rele. Vf
= I’f (RCT + 2RL + RS + Rr) = 9280 / 1250 (3,5 + 2.0,15 + 64,92+ 0) = 510,18 V
Vp
=2 =2 = 704,48 V
Resistor non-linear tidak perlu dipasang pada sistem proteksi diferensial tersebut.
12
PEMILIHAN TIPIKAL Tipikal 2
T12
T23
R
R
F5051(1)
W2 F50BF(1)
F5051(2)
W3 F50BF(3)
F50BF(2)
R
R
R F5051(new) New gen 1 New gen 2
R W1
F50BF(5)
R
R
F50BF(4) W5
R
T45
W4
F5051(4)
R
T34
F5051(3)
13
TIPIKAL 2 Low Set : 1,05 IFL < ISET (1,05 . 279,93) / 500 In < ISET 0,58 In < ISET Tap = 0,59 In Time dial : Dipilih time dial dengan nilai terkecil yaitu 0,05 High Set : ISET < 0,8 Isc kontribusi min ISET < In ISET < 1,424 In Tap = 1,42 In Time delay = 0,2 detik
14
TIPIKAL 2
15
TIPIKAL 2 High Set : ISET < 0,8 Isc kontribusi min ISET < 0,8 . (1480 / 1250) In ISET < 0,947 In Tap = 0,94 In Time delay = 0,2 detik
16
TIPIKAL 2
17
PEMILIHAN TIPIKAL Tipikal 3
T23
T12
W3
W2 R
New gen 1 New gen 2
W1
Tnew
W4
W5
T45
T34
18
TIPIKAL 3 T23
T12
W3
W2 R
New gen 1 New gen 2
W1
Tnew
W4
W5
T45
T34
19
TIPIKAL 3 Arus gangguan maksimum 3 fasa gangguan di Tnew: If = 1,48 + 1,6 + 1,6 + 1,83 = 6,51 kA Arus gangguan maksimum 3 fasa gangguan di T12: If = 2,77 + 1,59 + 1,59 + 1,83 = 7,78 kA Arus gangguan maksimum 3 fasa gangguan di T23: If = 2,77 + 1,47 + 1,6 + 1,83 = 7,67 kA Arus gangguan maksimum 3 fasa gangguan di T34: If = 2,77 + 1,47 + 1,59 + 1,83 = 7,66 kA Arus gangguan maksimum 3 fasa gangguan di T45: If = 2,77 + 1,47 + 1,59 + 1,59 = 7,42 kA 20
TIPIKAL 3 Gangguan di trafo Tnew Vs (3 fasa) = 0.5 . Ifmax . (RCT + 2RL) = 0.5 . (6510/1250). (3,5 + 2 . 0,15) = 9,9 V Gangguan di trafo T12 Vs (3 fasa) = 0.5 . Ifmax . (RCT + 2RL) = 0.5 . (7780/1250). (3,5 + 2 . 0,15) = 11,83 V Gangguan di trafo T23 Vs (3 fasa) = 0.5 . Ifmax . (RCT + 2RL) = 0.5 . (7670/1250). (3,5 + 2 . 0,15) = 11,66 V
VPKP = 1,6 x 11,83 = 18,93 V
Gangguan di trafo T34 Vs (3 fasa) = 0.5 . Ifmax . (RCT + 2RL) = 0.5 . (7660/1250). (3,5 + 2 . 0,15) = 11,64 V Gangguan di trafo T45 Vs (3 fasa) = 0.5 . Ifmax . (RCT + 2RL) = 0.5 . (7420/1250). (3,5 + 2 . 0,15) = 11,28 V
21
TIPIKAL 3 IFL< Iset < 30% Isc min 1,05 IFL< Iset < 30% Isc min (1,05 . 524,86) / 1250 In < Iset < (30% . 5060) / 1250 In 0,44 In < Iset < 1,21 In Dipilih Ir (I>) = 0,45 In Niali stabilizing resistor (Rs) : Rs = VPKP / Ir = 15,58 / 0,45 = 42,07 Ω Arus eksitasi pada 18,93 V sebesar ≈ 0,005 A. Sehingga besar arus operasi minimum : Iop = CT Ratio x (Ir + n . Ie) = 1250/1 x (0,24 + 3 . 0,005) = 581,25A
Setting waktu sebesar 0,4
Sehingga dengan arus gangguan minimum sebesar 6970 A pada gangguan dua fasa dan 600 A pada gangguan satu fasa ke tanah maka setting rele diferensial memenuhi kriteria yang dibutuhkan.
22
TIPIKAL 3 Ketika terjadi gangguan internal maka pada rele akan terbangkit tegangan yang cukup besar. Jika tegangan terbangkit maksimum tersebut melebihi 3000 V peak maka perlu dipasang resistor non-linear untuk membatasi tegangan pada level yang aman bagi rele. Vf
= I’f (RCT + 2RL + RS + Rr) = 9280 / 1250 (3,5 + 2.0,15 + 42,07 + 0) = 340,54 V
Vp
=2 =2 = 474,2V
Resistor non-linear tidak perlu dipasang pada sistem proteksi diferensial tersebut.
23
KESIMPULAN • Rele diferensial pada setiap bus berfungsi sebagai pengaman utama busbar dengan setting waktu 0,06s • Hasil perhitungan didapatkan nilai arus operasi minimum rele diferensial bus yaitu 311,25 A. Nilai tersebut lebih kecil dari arus gangguan minimum 2 fasa dan 1 fasa ke tanah • Rele arus lebih digunakan sebagai backup dengan setting waktu 0,2s • Rele diferensial pada ring digunakan sebagai backup dengan setting waktu 0,4s • Hasil perhitungan didapatkan nilai arus operasi minimum rele diferensial ring yaitu 581,25 A. Nilai tersebut lebih kecil dari arus gangguan minimum 2 fasa dan 1 fasa ke tanah
24
