Studi Koordinasi Proteksi PT. PJB UP Gresik (PLTGU Blok 3)

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6

1

Studi Koordinasi Proteksi PT. PJB UP Gresik (PLTGU Blok 3) Ahmad Yusuf Kurniawan, Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. 1), Ir. Arif Musthofa, MT2).

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Email: [email protected], [email protected]), [email protected]) Abstrak – PT. PJB UP Gresik merupakan perusahaan yang bergerak di bidang pembangkitan listrik. Adapun PT. PJB UP Gresik memiliki tiga jenis pembangkit listrik seperti PLTG, PLTU, dan PLTGU. Dari ketiga jenis pembangkit tersebut, hanya PLTGU yang memiliki kapasitas daya terpasang yang terbesar. Selain itu, PLTGU ini telah beroperasi selama lebih dari 20 tahun. Maka dari itu, PLTGU yang memiliki peran penting dan sudah lama seperti pada Blok 3 (STG.3 dan GTG.9) yang terhubung ke jaringan SUTET 500 kV melalui GITET 500 kV perlu adanya peningkatkan keandalan sistem agar mampu beroperasi secara optimal sehingga dapat menyuplai daya ke beban secara terus-menerus tanpa ada kendala pada sistem kelistrikan terutama gangguan hubung singkat. Analisa ini dapat dilakukan dengan menggambarkan kurva karakteristik rele arus lebih (overcurrent relay). Adapun sebelum melakukan setting arus beban penuh, arus hubung singkat, dan setting waktu dari rele arus lebih maka kita harus melakukan perhitungan manual. Kemudian hasilnya akan ditampilkan dalam gambar grafis berbentuk kurva aruswaktu. Pada tugas akhir ini akan merekomendasikan pengaturan koordinasi rele arus lebih yang ada di PLTGU PT. PJB UP Gresik sehingga akan mendapatkan koordinasi rele arus lebih yang handal. Kata Kunci : koordinasi proteksi, kurva arus-waktu, rele arus lebih.

I. PENDAHULUAN

P

T. PJB UP Gresik merupakan salah satu unit cabang PT. PJB yang bergerak dibidang pembangkitan energi listrik dengan kapasitas terbesar diantara cabang yang lain. Hal itu dikarenakan PT. PJB UP Gresik memiliki kapasitas daya terpasang hingga 2.225 MW. Dari sebagian besar kapasitas daya tersebut dihasikan oleh pembangkit listrik tenaga gas uap (PLTGU) sebesar 1698,78 MW. Kegiatan operasional PLTGU PT. PJB UP Gresik yang terdiri tiga blok dimana masing-masing blok terdiri dari konfigurasi 3 gas turbine generator dan 1 steam turbin generator. Masing-masing blok memiliki kapasitas 566,26 MW. Dengan kapasitas total PLTGU tersebut di atas maka hal itu perlu dijaga kontinuitas suplai daya ke beban. Selain itu, faktor usia PLTGU yang semakin tua yakni lebih dari 20 tahun, maka PLTGU memerlukan sistem koordinasi proteksi yang tepat guna menjaga keandalan dalam mensuplai beban. Dengan sistem koordinasi proteksi yang tepat dan handal maka saat sistem pembangkitan mengalami gangguan seperti hubung singkat, gangguan tersebut dapat segera diisolir dari sistem sehingga sistem dapat tetap mampu beroperasi dengan baik. Adapun salah satu bagian dari sistem yang dinilai penting dapat mewakili bagian yang lain untuk dilakukan studi koordinasi proteksi adalah dari generator Blok 3 (GTG.9 dan STG.3) ke bus auxillary dan generator Blok 3 (GTG.9) ke gardu induk tegangan ekstra tinggi (GITET) Gresik 500 kV. Dua bagian ini dinilai penting untuk dilakukan studi karena bus auxillary berperan

penting dalam mendukung operasi dari pembangkit agar dapat beroperasi secara optimal dalam menyuplai daya ke beban. Sedangkan, gardu induk tegangan ekstra tinggi (GITET) Gresik 500 kV berperan penting dalam menyalurkan daya dari pembangkit ke beban dengan cara menaikkan tegangan pembangkit menjadi 500 kV. Jaringan interkoneksi listrik JAMALI 500 kV sangat penting karena dengan adanya jaringan tersebut maka dapat meningkatkan jaminan ketersediaan listrik. II. TEORI PENUNJANG A. Gangguan Hubung Singkat Gangguan hubung singkat dapat digolongkan menjadi dua macam yaitu: gangguan hubung singkat simetri, dan tidak simetri (asimetri)[1]. Gangguan ini dapat menyebabkan mengalirnya arus lebih pada fasa yang terganggu. Selain itu, gangguan ini juga dapat menimbulkan kenaikan tegangan pada fasa yang tidak mengalami gangguan. Hampir semua gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik merupakan gangguan tidak simetri (asimetri). Analisa hubung singkat yang dipakai di berbagai bidang seperti sistem utility, sistem kelistrikan industri, sistem kelistrikan auxillary pada pembangkit maupun pada sistem kelistrikan pada kapal. Analisa hubung singkat ini berfungsi untuk mengetahui dan menentukan nilai rating peralatan dan sebagai acuan terhadap koordinasi proteksi. Adapun cara untuk mengoreksi keamanan dari peralatan ini digunakan analisa dan perhitungan arus hubung singkat maksimum. Sedangkan, perhitungan arus hubung singkat minimum berfungsi untuk perhitungan guna mendapatkan nilai setting rele pengaman arus lebih. B. Rele Arus Lebih Rele arus lebih adalah rele yang beroperasi ketika arus yang mengalir melebihi batas yang diizinkan. Rele ini dipilih karena gangguan yang paling sering terjadi pada sistem diakibatkan oleh adanya hubung singkat dan beban lebih yang akan menghasilkan arus yang sangat besar[5]. Koordinasi waktu pada rele arus lebih yaitu proses penentuan setting untuk rele agar dapat bekerja saat sistem mengalami gangguan[3]. Rele ini sering di gunakan di setiap zona proteksi. Rele akan bekerja apabila memenuhi keadaan sebagai berikut[2]:

If > Ip If < Ip

rele bekerja tidak bekerja

(trip) (block)

Dimana I P merupakan arus kerja yang dinyatakan menurut gulungan sekunder dari transformator arus (CT). Dan I f merupakan arus gangguan yang juga dinyatakan terhadap gulungan sekunder CT. Rele arus lebih dapat

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6

2

berupa rele arus lebih waktu tertentu, rele arus lebih waktu invers, dan rele arus lebih waktu instan. ………(1) Iset adalah arus pickup dalam Ampere. Menurut standart British BS 142 batas penyetelannya adalah 1.05-1.3 Iset. Setelan time dial menentukan waktu operasi rele. Untuk menentukan time dial dari masing-masing kurva karakteristik invers rele arus lebih dapat digunakan persamaan sebagai berikut [4]: td =

C. Setting Rele Arus Lebih Waktu Invers Batas penyetelan rele arus lebih adalah rele tidak bekerja pada saat beban maksimum. Oleh karena itu, setting arusnya harus lebih besar dari arus beban maksimum. Rele arus lebih memiliki setelan pickup dan setelan time dial. Pada rele arus lebih, besarnya arus pickup ditentukan dengan pemilihan tap. Adapun untuk menentukan besarnya tap yang digunakan dapat menggunakan persamaan sebagai berikut : Tap =

GTG.9

33BAT01

F041_7A.4 7A.4

bus bar A

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6

3

=

Gambar 3. Hasil plot setelan rele existing tipikal 1

Pada kondisi existing tipikal 1 masih ada beberapa kekurangan antara lain: • Kurva rele F041_7A.4 adalah kurva yang berwarna hijau. Terlihat bahwa kurva terletak di sebelah kanan dari FLA transformator, titik inrush, dan damage curve transformator 33BAT01. Adapun setelan dari rele tersebut masih tidak sempurna. Setelan time dial dan pickup yang terlalu besar mengakibatkan tidak melindungi damage curve sehingga bila terjadi overload pada transformator ataupun hubung singkat pada bus bar A gitet, maka rele F041_7A.4 tidak bekerja. Bila hal ini dibiarkan maka hal tersebut dapat mengakibatkan kerusakan yang fatal terhadap transformator 33BAT01. Inrush adalah kondisi pada saat transformator energizing. Pada kondisi tersebut pengaman transformator tidak boleh bekerja karena hal itu bukan merupakan gangguan sehingga kurva rele harus di sebelah kanan dari titik inrush. Adapun perhitungan setting rele F041_7A.4 sebagai berikut: • Low Set Current Setting (I>) 1,05 x FLA 33BAT01≤Ipp≤ 1,4 x FLA 33BAT01 1,05 x 177,5 ≤Ipp≤ 1,4 x 177,5 186,4 ≤ Ipp≤ 248,5 dipilih Ipp = 200 A Rele Ampere=

GTG.9

-F11_Inc_33BBT01

33BBT01

GS_33

bus 33BFA01 GTG.9

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6

=

Gambar 6. Hasil plot setelan rele existing tipikal 2

Pada kondisi existing tipikal 2 masih ada beberapa kekurangan antara lain: • Kurva rele -F11_Inc_33BBT01 adalah kurva yang berwarna biru. Terlihat bahwa kurva ini terletak di sebelah kanan dari FLA transformator 33BBT01 dan di sebelah kiri dari titik inrush serta damage curve transformator. Adapun setelan rele ini masih belum sempurna. Hal ini terbukti dari nilai pickup high set lebih kecil dari pickup low set sehingga menghasilkan garis lurus. Bila kurva seperti garis lurus ini dibiarkan maka saat terjadi overload pada transformator 33BBT01 ataupun hubung singkat pada bus 33BFA01 GTG.9, rele -F11_Inc_33BBT01 tidak bekerja. Padahal seharusnya rele ini melindungi transformator. Kurva invers seharusnya melindungi transformator 33BBT01 dari gangguan beban penuh yang ditandai dengan terjadinya lonjakan arus yang meningkat secara perlahan dan terjadi terus-menerus. Inrush adalah kondisi pada saat transformator energizing. Pada kondisi tersebut pengaman transformator tidak boleh bekerja karena hal itu bukan merupakan gangguan sehingga kurva rele harus di sebelah kanan dari titik inrush. Adapun perhitungan setting rele F041_7A.4 sebagai berikut: 

Low Set Current Setting (I>) 1,05 x FLA ≤Ipp≤ 1,4 x FLA 1,05 x 38,49 ≤Ipp≤ 1,4 x 38,49 40,5 ≤Ipp≤ 53,9 dipilih Ipp = 42 A Rele Ampere=

4

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6

5 Model Rasio CT Primer (500 kV) Rasio CT Sekunder (10,5 kV) Sisi Low Voltage (500 kV) I fl

Gambar 7. Hasil plot setelan rele resetting tipikal 2

C. Tipikal 5a Pada tipikal 5a ini melibatkan rele differensial transformator 33BAT01 (87T) dan rele differensial generator GTG.9 (87G). Pemilihan tipikal ini disebabkan terdapatnya transformator 33BAT01 yang berperan penting dalam menyalurkan energi listrik yang berasal dari generator GTG.9 ke GITET 500 kV. Pengaman yang digunakan pada transformator 33BAT01 dan generator GTG.9 adalah rele differensial yang berfungsi sebagai rele utama. Hal itu disebabkan karena rele ini sangat selektif, cepat bekerja (rentang waktu dari 1 – 3 cycle[6]), dan tidak perlu berkoordinasi dengan rele lain. Dengan waktu kerja yang sangat singkat tadi, diharapkan saat terjadi gangguan pada transformator 33BAT01 ataupun generator GTG.9 maka rele tersebut dapat bekerja cepat dan mengamankan peralatan yang dilindungi dengan baik. Sehingga tidak sampai mengakibatkan peralatan tersebut menjadi rusak. Adapun konfigurasi rele differensial tipikal 5a dengan CT-CTnya dapat dilihat pada gambar 8. TO 500 kV SWITCHGEAR

200/1

33BAT01

Y 33BAT01 87T

∆ 60 VA 5P10 10000/1

10000/1 bus GTG.9

GTG.9 150 MVA 10,5 kV ± 5%

87G

60 VA 5P10 10000/1

Gambar 8. Konfigurasi rele differensial tipikal 5a

 Main Transformer 33BAT01 Manufaktur : Siemens

=

: 7UT51 : 200/1 : 10000/1

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6

6