STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM KELISTRIKAN PLTU EMBALUT, PT. CAHAYA FAJAR KALTIM

STUDI KOORDINASI RELE PENGAMAN PADA SISTEM KELISTRIKAN PLTU EMBALUT, PT. CAHAYA FAJAR KALTIM

Oleh: Andi Nur Arief Wibowo 2207 100 028

Dosen Pembimbing : 1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. 2. Ir. Sjamsjul Anam, MT.

PENDAHULUAN

Latar Belakang • Pentingnya koordinasi proteksi pada sistem pembangkit • Setelah diadakan penghubungan dengan jaringan sistem kelistrikan Mahakam 150kV, koordinasi rele belum ditera ulang secara keseluruhan.

Tujuan • Memberikan gambaran mengenai koordinasi sistem proteksi pada kondisi sistem kelistrikan PLTU Embalut, PT Cahaya Fajar Kaltim yang di hubungkan dengan jaringan distribusi 150kV Mahakam.

Batasan Masalah • Analisa koordinasi yang dilakukan adalah analisa koordinasi proteksi arus lebih. • Arus lebih yang dianalisa adalah arus lebih gangguan fasa. • Simulasi menggunakan ETAP 7.0 dan STAR Coordination Device Protection. • Studi kasus dilakukan di PLTU Embalut, PT. Cahaya Fajar Kaltim, Tenggarong, Kalimantan Timur.

SISTEM KELISTRIKAN EKSISTING PLTU EMBALUT, PT .CAHAYA FAJAR KALTIM

Single Line Diagram

Generator 1

Ke beban auxiliary 1

Generator 1 (Auxiliary)

Generator 2

Ke beban auxiliary 2

Generator 2 (Auxiliary)

Penyulang PLN 150kV

Dari Gen 1

Dari Gen 2

Kapasitas Suplai Tenaga • Sistem kelistrikan PLTU Embalut, terdiri dari : ▫ Generator berkapasitas 2 x 25 MW, Pulverized Coal ▫ Power Grid 150kV PLN, 687MVASc ▫ Bus Auxiliary masing masing generator ▫ Bus Secondary Trafo untuk starting awal

Kapasitas Beban Terpasang •Pada pembangkit memiliki beban auxiliary berupa beban motor dan beban lump. •Beban terpasang untuk pemakaian sendiri sejumlah 4850 kVA untuk beban lump, dan 5590 kW untuk beban motor

No

LUMP ID

1 2 3 4 5 6

Load AUX 1 Load AUX 2 Coal Conveyor 1 Water Supply Coal Conveyor 2 Load ESP

Kapasitas Beban (kVA) 1000 1000 1250 600 1250 1000

No

MOTOR ID

1

Feedwater Pump 1

2

Feedwater Pump 3

3

Forced Draft Fan 1

4

Fan Mill 1

5

Fan Mill 2

6

Fan Mill 3

7

Circulating Water Pump 1

8

Circulating Water Pump 2

9

Circulating Water Pump 3

10

Fan Mill 6

11

Fan Mill 5

12

Feedwater Pump 2

13

Forced Draft Fan 2

14

Fan Mill 4

Kapasitas Beban (kW)

440 440 360 360 360 360 450 450 450 360 360 440 400 360

Peralatan Rele Arus Lebih • Peralatan pengaman yang digunakan pada PLTU Embalut adalah : ▫ Untuk pengaman motor dan trafo : rele Nari MGT  Karena keterbatasan library ETAP 7.0, maka pada simulasi diasumsikan menggunakan rele Merlin Gerin .

▫ Untuk pengaman penyulang interkoneksi 150kV PLN : Siemens 7SJ46

ANALISA DAN SIMULASI

Analisa Arus Hubung Singkat • Untuk perhitungan arus Hubung Singkat yang dibahas adalah : ▫ Arus hubung singkat minimum (30 Cycle)  Untuk arus hubung singkat minimum dihitung pada kondisi hanya 1 generator bekerja.

▫ Arus hubung singkat maksimum (1/2 – 4 Cycle)  Untuk arus hubung singkat maksimum dihitung pada kondisi semua generator bekerja.

Tabulasi Hubung Singkat Bus ID

ISC MIN (kA)

ISC MAX (kA)

kV

BUS GEN 1

6.3

10.23

42.22

BUS GEN 2

6.3

10.23

42.22

TR 1A

150

0.297

3.64

TR 1B

6.3

10.23

42.22

TR 2A

150

0.297

3.64

TR 2B

6.3

10.23

42.22

AUX GEN 1

6.3

5.794

12.82

AUX GEN 2

6.3

5.794

12.88

Bus Conv.

0.38

22.65

34.5

ESP

0.38

21.014

31.67

TO PLN

150

0.297

3.64

BUS 78

150

0.297

3.64

Jalur Tipikal Tipikal 1

Tipikal 3

Tipikal 2

Eksisting Tipikal 1 Pickup Rele diluar kurva damage

Isc Min= 5.794 kA

Time delay bersamaan Isc Max = 31.71 kA

Setting Rele Tipikal 1 RELAY 6112 Manufaktur Model Bentuk Kurva CT

: : : :

Merlin Gerin SEPAM 1000 SIT 200/5

Setting Low Set (I<) Current Set

D = 0.11 Dipilih time dial 0.2s Setting High Set (I>) Instantaneous Current Set

Dipilih Iset sebesar 0.8In 0.8In x 200 = 160A Time Dial Set Waktu yang diinginkan, td = 0.1s

Dipilih Iset sebesar 8In 8In x 200 = 1600A Time delay = 0.1s

RELAY 6012 Manufaktur Model Kurva CT

: : : :

Merlin Gerin SEPAM 1000 SIT 800/5

Setting Low Set (I<) Current Set FLA total pada AUX GEN = 609.59A

D = 0.52 Time dial dipilih 0.6s Setting High Set (I>) Instantaneous Current Set

Dipilih Iset = 0.8In 0.8In x 800 = 640 A Time Dial Waktu yang diinginkan = 0.1 + 0.3 = 0.4s

Dengan memperhatikan kurva STAR ,dipilih Iset sebesar 5In 5In x 800 = 4000A Time delay = 0.4s

RELAY 6011 Manufaktur Model Kurva CT

: : : :

Merlin Gerin SEPAM 1000 SIT 4000/5

Setting Low Set (I<) Current Set FLA pada Generator 1 = 2864A

Dipilih Iset = 0.8In 0.8In x 4000 = 3200A Time Delay Waktu yang diinginkan = 0.4 + 0.3 = 0.7s

D = 0.78s Dipilih time dial sebesar 0.8s Setting High Set (I>) Instantaneous Current Set

Dengan memperhatikan kurva STAR, dipilih Iset sebesar 2In 2In x 4000 = 8000A Time Delay = 0.7s

Resetting Tipikal 1

0.7s 0.4s

0.1s

Eksisting Tipikal 2

Setting Pickup d iluar kurva damage

Set Pickup terlalu jauh

Isc Min= 5.794 kA

Isc Max = 26.05 kA

Time delay bersamaan

Setting Rele Tipikal 2 RELAY 177 Manufaktur Model Kurva CT

: : : :

Setting Low Set (I<) Current Set FLA Trafo ESP = 114.6A

Merlin Gerin SEPAM 1000 SIT 200/5 D = 0.11s Dengan memperhatikan kurva STAR, dipilih time dial = 0.2s Setting High Set (I>>) Instantaneous Current

Dipilih Iset sebesar 0.65In 0.65In x 200 = 130A Time Delay Waktu yang diinginkan = 0.1s

Dipilih Iset sebesar 11In 11In x 200 = 2200A Time delay = 0.1s

RELAY 6022 Manufaktur Model Kurva CT

: : : :

Merlin Gerin SEPAM 1000 SIT 800/5

Setting Low Set Current Set FLA Total Aux Gen 2 = 577.59A

Dipilih Iset sebesar 0.9In 0.9In x 800 = 720A Time Dial Waktu yang diinginkan = 0.1s + 0.3s = 0.4s

D = 0.5s Dipilih time dial = 0.6s Setting High Set Instantaneous Current Set

Dengan memperhatikan kurva STAR dipilih Iset = 5In 5In x 800 = 4000A Time delay 0.4s

RELAY 6021 Manufaktur Model Kurva CT

: : : :

Merlin Gerin SEPAM 1000 SIT 4000/5

Setting Low Set (I<) Current Set FLA Generator 2 = 2695A

D = 0.80 Dipilih time dial = 0.9s Setting High Set (I>>) Instantaneous Current Set

Dipilih Iset = 0.8 In 0.8In x 4000 = 3200A Time Dial Waktu yang diinginkan = 0.4s + 0.3s = 0.7s

Dengan memperhatikan kurva STAR, dipilih Iset = 2In 2In x 4000 = 8000A Time Delay = 0.7s

Resetting Tipikal 2

0.7s 0.4s

0.1s

Eksisting Tipikal 3

Setting pickup jauh dari FLA

Isc Min= 10.228 kA Time delay berdekatan Isc Min = 0.296kA

Isc Min = 0.296kA

Set Instant kurang optimal

RELAY 114 Manufaktur Model Kurva CT

: : : :

Siemens 7SJ64 Normal Inverse 800/5

Setting Low Set (I<) Current Set ISC kontribusi Gen 1 pada Bus 78 = 0.296kA FLA Trafo GEN 1 = 121.2 A

Dipilih Iset = 0.8In 0.8In x 800/5 = 128A Time Delay Waktu yang diinginkan = 0.1s ISC Max kontribusi Generator 1 pada Bus 78 = 0.499kA

D = 0.01s Time dial dipilih sebesar 0.1s Setting High Set (I>>) Instantaneous Current Set

Dengan memperhatikan kurva STAR dipilih Iset = 1.2In 1.2In x 160 = 192A Time Delay = 0.1s

RELAY TR 1 Manufaktur Model Kurva CT

: : : :

Merlin Gerin SEPAM 1000 SIT 300/5

Setting Low Set (I<) Current Set ISC Min kontribusi Generator 1 pada Bus TR1A = 0.296kA

Dipilih Iset = 0.45In 0.45In x 300 = 135A Time Dial Waktu yang diinginkan = 0.1s + 0.3s = 0.4s ISC Max kontribusi Generator 1 pada Bus TR1A = 0.499kA

D = 0.22s Dipilih time dial = 0.3s Setting High Set (I>>) Instantaneous Current

Dengan memperhatikan kurva STAR dipilih Iset = 0.7In 0.7In x 300 = 210A

Pada rele PMT TR1 ini setting instantaneous tidak dapat diterapkan pada sistem, dikarenakan batas minimum pickup setting Rele yang digunakan (Merlin Gerin SEPAM 1000) adalah 1In. Selengkapnya dapat dilihat di gambar

Rele tidak dapat diset kurang dari 1 In

Berdasar analisis diatas, maka pada rele PMT TR1 ini dapat direkomendasikan penggantian current transformer, dari 300/5 menjadi 200/5. Perhitungan rele setelah dilakukan penggantian current transformer adalah sebagai berikut RELAY TR 1 Manufaktur Model Kurva CT

: : : :

Merlin Gerin SEPAM 1000 SIT 200/5

Setting Low Set (I<) Current Set ISC Min kontribusi Generator 1 pada Bus TR1A = 0.296kA

Dipilih Iset = 0.7In 0.7In x 200 = 140A Time Dial Waktu yang diinginkan = 0.1s + 0.3s = 0.4s ISC Max kontribusi Generator 1 pada Bus TR1A = 0.499kA

D = 0.57s Dipilih time dial = 0.6s Setting High Set (I>>) Instantaneous Current

Dengan memperhatikan kurva STAR dipilih Iset = 1.1In 1.1In x 200 = 220 A Time delay = 0.4s

RELAY 6011 Manufaktur Model Kurva CT

: : : :

Merlin Gerin SEPAM 1000 SIT 4000/5

Setting Low Set (I<) Current Set FLA pada Generator 1 = 2864A

D = 0.78s Dipilih time delay sebesar 0.8s Setting High Set (I>) Instantaneous Current Set

Dipilih Iset = 0.8In 0.8In x 4000 = 3200A Time Delay Waktu yang diinginkan = 0.4 + 0.3 = 0.7s

Dengan memperhatikan kurva STAR, dipilih Iset sebesar 2In 2In x 4000 = 8000A Time Delay = 0.7s

Resetting Tipikal 3

0.7s

0.4s

0.1s

Tabel Eksisting dan Resetting Existing Relay

Tipe

Tipikal 1 6112 SEPAM 1000 6012 SEPAM 1000 6011 SEPAM 1000 Tipikal 2 6221 SEPAM 1000 6022 SEPAM 1000 6021 SEPAM 1000 Tipikal 3 114 SIEMENS 7SJ64 TR 1 SEPAM 1000

CT Ratio

Curve

Tap

Resetting

Time Dial

Inst.

Delay

Curve

Tap

Time Dial

Inst.

Del ay

200/5

SI

1.5

1

12

0.1

SI

0.8

0.2

12

0.1

800/5

SI

0.3

2.5

20

0.1

SI

0.8

0.6

5

0.4

4000/5

SI

1.15

3

3

0.5

SI

0.8

0.8

2

0.7

200/5

SI

1.2

1

9.6

0.1

SI

0.65

0.2

11

0.1

800/5

SI

0.3

2.5

20

0.1

SI

0.9

0.6

5

0.4

4000/5

SI

1.15

3

5

0.5

SI

0.8

0.8

2

0.7

800/5

NI

1.8

0.35

4

0.1

NI

0.8

0.1

1.2

0.1

200/5

SI

0.6

0.4

1

0.4

SI

0.7

0.2

1.1

0.4

Tabel Eksisting dan Resetting (lanjutan) Existing Relay 6011

Tipe SEPAM 1000

CT Ratio 4000/5

Curve SI

Time Dial

Tap 1.15

Resetting

3

Inst. 3

Delay 0.5

Curve SI

Tap 0.8

Time Dial 0.8

Inst. 2

Dela y 0.7

PENUTUP

Kesimpulan 1. Pada beberapa rele arus lebih memiliki koordinasi yang kurang optimal, yang sebagian besar pada tipikal koordinasi seperti yang dianalisis pada tugas akhir ini. 2. Pada koordinasi rele arus lebih, beberapa setting pickup terletak jauh dari Full Load Ampere beban yang dilindungi. Pada setting time delay ada beberapa rele yang memiliki waktu kerja dekat/ bersamaan. 3. Dilakukan beberapa penggantian setelan rele pada tipikal yang dianalisa, penggantian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

• Tipikal 1 : Rele 6112 : Tap 0.8In, Timedial 0.2s, Inst. 12In, Delay 0.1s Rele 6012 : Tap 0.8In, Timedial 0.6s, Inst. 5In, Delay 0.4s Rele 6011 : Tap 0.8In, Timedial 0.8s, Inst 2In, Delay 0.7s • Tipikal 2 : Rele 177 : Tap 0.8In, Timedial 0.2s, Inst. 11In, Delay 0.1s Rele 6022 : Tap 0.8In, Timedial 0.6s, Inst. 5In, Delay 0.4s Rele 6021 : Tap 1In, Timedial 0.8s, Inst. 2In, Delay 0.7s • Tipikal 3 : Rele 114 : Tap 0.8In, Timedial 0.1s, Inst. 1.2In, Delay 0.1s Rele TR1 : Tap 0.7In, Timedial 0.2s, Inst. 1.1In, Delay 0.4s Rele 6011 : Tap 0.8In, Timedial 0.8s, Inst. 2In, Delay 0.7s 4. Pada rele TR1 dilakukan penggantian CT (Current Transformer) menjadi 200/5, karena saat digunakan CT 300/5 terlihat kurva terletak setelah arus hubung singkat pada Bus TR1A. Hal ini mengakibatkan rele kurang tanggap saat terjadi gangguan.

Saran • Pada setting low set (pickup current dan time dial) atau bagian inverse dari kurva rele diperhatikan untuk mengoptimalkan koordinasi sistem pengaman. • Dilakukan penggantian current transformer pada Rele TR 1 dan TR 2, agar dapat mendeteksi arus hubung singkat pada bus yang dilindungi.

Terima Kasih