STUDI PERENCANAAN PENGGUNAAN PROTEKSI POWER BUS DI PT. LINDE INDONESIA GRESIK Nama : Sandi Agusta Jiwantoro NRP : 2210105021 Pembimbing : 1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. 2. Dr. Dedet Candra Riawan, ST. M.Eng Sidang Tugas Akhir (Genap 2011-2012) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS
44
Embed
STUDI PERENCANAAN PENGGUNAAN PROTEKSI POWER … · Proteksi ini berguna untuk melindungi bagian busbar yaitu ... Rangkaian Kontruksi Transformator Arus . Transformator arus • Rele
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
STUDI PERENCANAAN PENGGUNAAN PROTEKSI POWER BUS DI PT. LINDE INDONESIA
GRESIK
Nama : Sandi Agusta Jiwantoro
NRP : 2210105021
Pembimbing :
1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.
2. Dr. Dedet Candra Riawan, ST. M.Eng
Sidang Tugas Akhir (Genap 2011-2012)
Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS
Pendahuluan
Latar Belakang
Tujuan
Batasan Masalah
Dalam upaya meningkatkan kegiatan operasionalnya, PT. Linde Indonesia Gresik akan mengoperasikan 4 unit kompresor baru, yaitu kompresor GC-1A, GC-1B, GC-1C sebesar 350 kW, dan kompresor BC sebesar 240 kW.
Untuk melayani beban – beban tersebut PT. Linde mengekspansi bus eksisting dengan cara menambahkan bus baru. Pada pengoperasiannya busbar mengalami gangguan dan sistem proteksi gagal mengamankan. Oleh karena itu, perlu dipertimbangkan penggunaan proteksi diferensial pada busbar. Proteksi ini berguna untuk melindungi bagian busbar yaitu bagian yang berada di dalam zona pengaman diferensial. Sehingga bila terjadi gangguan dapat diisolasi dan tidak mengganggu sistem bagian yang lain serta kerusakan peralatan dapat dihindari
Latar Belakang
1.Memodelkan, mensimulasikan, dan menganalisis sistem kelistrikan PT. Linde Indonesia Gresik.
2.Memperoleh nilai knee point yang tepat pada current transformer agar CT dapat membaca gangguan dengan baik sehingga tidak terjadi kesalahan pada sistem proteksi diferensial.
3.Memperoleh setting proteksi diferensial yang tepat pada busbar sehingga gangguan dapat diisolasi dan tidak mengganggu bagian sistem yang lain serta kerusakan peralatan dapat dihindari.
Tujuan
1.Bagaimana menentukan knee point dari current
transformer agar CT dapat membaca gangguan dengan baik sehingga tidak terjadi kesalahan pada sistem proteksi diferensial
2.Bagaimana setting proteksi diferensial pada busbar yang terhubung dengan 4 unit kompresor baru.
Batasan Masalah
Teori Penunjang
Transformator Arus
Rele Diferensial
Rele Diferensial Tegangan (Impedansi Tinggi)
Prinsip Kerja Rele diferensial
Transformator arus / Current
Transformer (CT), digunakan untuk mengukur aliran arus pada jaringan sistem tenaga listrik. Kumparan primer trafo dihubungkan seri dengan rangkaian atau jaringan yang akan diukur arusnya sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau dengan rele proteksi.
Pada transformator arus biasa dipasang burden pada bagian sekunder yang berfungsi sebagai impedansi beban.
Gambar 1 Rangkaian Kontruksi Transformator Arus
Transformator arus
• Rele diferensial merupakan suatu rele yang prinsip kerjanya berdasarkan kesimbangan (balance), yang membandingkan arus-arus sekunder transformator arus (CT) terpasang pada terminal-terminal peralatan atau instalasi listrik yang diamankan. Rele diferensial digunakan sebagai pengaman utama (main protection) pada busbar bila terjadi suatu gangguan. Rele ini sangat selektif dan sistem kerjanya sangat cepat.
Rele diferensial
Rele differensial tegangan bekerja menggunakan respon tegangan atau impedansi tinggi. Transformator arus diperlukan dalam setiap line yang tersambung dengan bus seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Proteksi diferensial tegangan pada bus tidak terbatas pada jumlah sumber dan load feeder yang terhubung pada bus, serta memiliki fitur sebagai berikut : [4]
Bekerja dengan kecepatan tinggi dari 1 cycle hingga 3 cycle. Mempunyai sensifitas tinggi dapat bekerja pada gangguan arus phasa
atau arus gangguan ke tanah dengan besaran yang kecil (low value) . Membedakan antara gangguan eksternal dan internal.
Rele diferensial teganggan (Impedansi tinggi)
Pertama, tidak bekerja / trip untuk setiap gangguan yang berada di luar zona pengaman.
Kedua, harus dapat bekerja untuk semua gangguan yang berada di dalam zona pengaman.
Dengan mempertimbangkan persyaratan pertama, lihat Gambar 2. Asumsikan bus tiga buah pemutus dengan gangguan pada lokasi yang ditunjukkan pada F3. Untuk gangguan F3, arus gangguan I3 mengalir melalui circuit
breaker 3 kemudian mengalir melalui circuit breaker 3 dan circuit breaker 2. Dengan nilai setiap arus yang mengalir pada circuit breaker 1 dan circuit breaker 2 lebih kecil dengan jumlah yang sama dengan I3. Assumsikan bahwa CTs memiliki sifat ideal. Maka arus CT sekunder yang dihasilkan dari circuit breaker 1 sama dengan jumlah arus yang dihasilkan dari circuit breaker 1 dan circuir breaker 2. Arus ini mengalir pada sirkuit sekunder dan menghasilkan tegangan pada titik A dan titik B.
Gambar 2 Rele Diferensial Tegangan.
Prinsip kerja Rele diferensial tegangan (Impedansi tinggi)
• Skema diferensial impedansi tinggi, impedansi pada diferensial memiliki resistansi tinggi yaitu 1000 ohm sampai dengan 2000 ohm. Titik persimpangan (junction point) setiap rangkaian CTs terhubung ke elemen impedansi tinggi.
• Untuk gangguan internal dan eksternal, semua CTs harus mampu mengalirkan arus yang melalui impedansi tinggi dan dimana terdapat stabilizing resistor yang menimbulkan tegangan untuk dibaca oleh rele overvoltage (59).
• Skema diatas menggunakan varistor logam-oksida (MOV) secara paralel dengan stabilizing resistensi. Sebuah MOV dipilih untuk untuk menahan tegangan pada level safety maksimum. Peralatan 50 digunakan untuk memberi sinyal yang dibutuhkan selama arus diferensial mengalir misalnya untuk inisialisasi kegagalan pemutus (breaker
failure initiate). Peralatan 86 digunakan untuk memberikan sinyal trip pada breaker
Gambar 3 Skema Impedansi Tinggi
Skema impedansi tinggi
ANALISA
Pemilihan Transformator Arus Berdasarkan Kurva Saturasinya.
Skema Diferensial Impedansi Tinggi Pada Bus 31.
Setting Diferensial Impedansi Tinggi.
Gambar 4 Single Line Diagram Bus 31 dan Bus 1APD-MCC-1
Ruang Lingkup Pengaman Diferensial
Ada beberapa transformator arus yang digunakan pada pengaman busbar yaitu CT 38, CT 39, CT 40, CT 41 dan CT 42. CT disini memiliki fungsi yang sangat penting dimana akurasinya dibutuhkan agar tidak salah dalam membaca arus gangguan. CT akan mengirim besaran ke rele sehingga rele dapat membaca dan mengolah data untuk memberikan perintah ke pemutus sirkuit (circuit breaker). Akurasi CT berhubungan dengan karakteristik saturasinya. Untuk itu diperlukan perhitungan untuk dibandingkan dengan nilai knee
point yang ada pada Gambar 5 agar akurasi CT terjaga.
Pemilhan transformator arus
Gambar 5 Kurva Eksitasi untuk Transformator Arus Multi-Ratio Kelas C [3]
Tabel 1 Data Current Transformer
Agar current transformer bisa mendeteksi adanya gangguan dengan baik dibutuhkan CT dengan nilai knee point minimal dua kali .[1]
Keterangan :
= Setting tegangan minimum = Arus Gangguan maksimum lewat primary ampere = Ratio lilitan CT = Resistansi dari sekunder CT = Total Resistansi dari kawat timah antara CT dan Rele
Gangguan di bus 31
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ict38 Ict39 Ict40 Ict41 Ict42
Tegan
gan
(V
)
Gangguan di Bus 31
Tegangan Terbangkit Setting Knee Point knee point IEEE
Arus gangguan minimum 3 phasa = 9100 A Arus gangguan minimum single line to ground = 200 A
Kondisi Gangguan Eksternal (Gangguan Pada Bus 14, Bus 17, Bus 20, Bus 22)
Komponen
Arus Kontribusi Gangguan
Arus Kontribusi Gangguan
Maksimum 3 Phasa (A)
Maksimum Single
Line to Ground (A) ICT38 352 3 ICT39 12589 181 ICT40 515 5 ICT41 515 5 ICT42 13971 194
Tabel 10 Arus Kontribusi Gangguan Maksimum Pada Bus 14
Arus gangguan maksimum 3 phasa : ICT38 + ICT39 + ICT40 + ICT41 352 A + 12589 A + 515 A + 515A = 13971A Arus gangguan maksimum single line to ground ICT38 + ICT39 + ICT40 + ICT41 3 A + 181 A + 5A + 5A = 194 A
Komponen
Arus Kontribusi Gangguan
Arus Kontribusi Gangguan
Maksimum 3 Phasa (A)
Maksimum Single
Line to Ground (A) ICT38 352 3 ICT39 12589 181 ICT40 13971 5 ICT41 515 194 ICT42 515 5
Tabel 11 Arus Kontribusi Gangguan Maksimum Pada Bus 17
Arus gangguan maksimum 3 phasa : ICT38 + ICT39 + ICT40 + ICT42 352 A + 12589 A + 515 A + 515A = 13971A Arus gangguan maksimum single line to ground ICT38 + ICT39 + ICT40 + ICT42 1 A + 181 A + 5A + 5A = 194 A
Komponen
Arus Kontribusi Gangguan
Arus Kontribusi Gangguan
Maksimum 3 Phasa (A)
Maksimum Single
Line to Ground (A) ICT38 352 3 ICT39 12589 181 ICT40 13971 194 ICT41 515 5 ICT42 515 5
Tabel 12 Arus Kontribusi Gangguan Maksimum Pada Bus 20
Arus gangguan maksimum 3 phasa : ICT38 + ICT39 + ICT41 + ICT42 352 A + 12589 A + 515 A + 515A = 13971A Arus gangguan maksimum single line to ground ICT38 + ICT39 + ICT41 + ICT42 3 A + 181 A + 5A + 5A = 194 A
Komponen
Arus Kontribusi Gangguan
Arus Kontribusi Gangguan
Maksimum 3 Phasa (A)
Maksimum Single
Line to Ground (A) ICT38 14125 196 ICT39 12580 181
ICT40 515 5
ICT41 515 5
ICT42 515 5
Tabel 13 Arus Kontribusi Gangguan Maksimum Pada Bus 22
Arus gangguan maksimum 3 phasa : ICT39 + ICT40 + ICT41 + ICT42 12580 A + 515 A + 515 A + 515A = 14125A Arus gangguan maksimum single line to ground ICT39 + ICT40 + ICT41 + ICT42 181 A + 5 A + 5A + 5A = 196 A
2. Stabilitas Pada Gangguan Eksternal
(security check)
Gangguan VR_3PH VR_SLG
Bus 14 41.27 0.25
Bus 17 41.27 0.25
Bus 20 41.27 0.25
Bus 22 41.71 0.26
Tabel 14 Tegangan terbangkit di rele diferensial
Dimana k adalah 1 untuk gangguan tiga phasa , dan k adalah 2 untuk gangguan single line to ground
Dengan CTs yang dibebani gangguan eksternal yang berbeda - beda pada beberapa elemen jaringan, maka perlu dipertimbangkan tegangan rele tertinggi. Dalam hal ini, tegangan tertinggi pada gangguan eksternal adalah 41.71 V.
Dengan asumsi margin perlindungan pengaman (protection security margin) 1,6 ketika melakukan setting pickup dari actuator tegangan (59) dengan perhitungan di bawah ini.
VPKP = 1.6⋅41.71V = 66.73V Aktuator arus (50) yang digunakan dalam skema, setting pickup yang
diperlukan berada di bawah arus gangguan minimum. Dengan asumsi margin keandalan 0.5 maka :
IPKP =
3. Verifikasi dari Rating Tegangan CT
(check keandalan)
Dengan rekomendasi di bawah 0.67 sampai 0.5 dari akurasi tegangan kelas untuk mempertahankan respon dengan kecepatan tinggi untuk gangguan internal maka :
66.73V < 67 V = (0.67 ⋅ 100V)
Sensivitas Pada Gangguan Internal. Untuk memenuhi sensivitas pada gangguan internal maka
diperlukan nilai operasi minimum dalam primary ampere untuk sistem proteksi bus ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut:
Eksitasi arus pada setting tegangan dibaca dari kurva-eksitasi CT dengan asumsi 0,08 A pada 66.73 V. Karena ada lima CTs, IEX adalah 5 ⋅ 0,08 A = 0,4
Arus MOV pada pengaturan tegangan diperoleh dari karakteristik MOV. Karakteristik MOV diberikan dalam volt peak dan amp peak sehingga perlu dikonversi ke nilai RMS. 66.73V⋅ 2 = 133.46 V.
Dengan tegangan 133.46 V arus MOV memiliki nilai yang sangat kecil sehingga dapat diabaikan karena tidak signifikan dalam perhitungan.
Impedansi beban arus pada pengaturan tegangan adalah 66.73 V/2000 Ω = 0,0334 A. Iop = (0.4+ 0.0 + 0.0334) ⋅ 80 = 34.67 APRIMARY
Setting Waktu Untuk setting waktu berdasarkan rekomendasi dari IEEE [4], rele
diferensial beroperasi dari 1 cycle hingga 3 cycle. Dengan frekuensi 50 Hz maka akan diperoleh setting waktu sebagai berikut.
Perhitungan untuk 1 cycle
Perhitungan untuk 3 cycle
Dari perhitungan diatas maka setting waktu yang di rekomendasikan
yaitu 20 ms sampai 60 ms. Pada skema diferensial impedansi tinggi ini dibutuhkan respon waktu
yang cepat agar peralatan dapat terlindungi sehingga dipilih setting waktu rele sebesar 20 ms
.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan untuk setting pengaman rele differensial pada bus 31 yang terhubung dengan 4 kompresor baru, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Dengan penambahan bus 31 yang rentan terhadap gangguan maka perlu dipertimbangkan penggunaan proteksi diferensial.
2. Zona proteksi diferensial berada di daerah bus 31. Sehingga bus 31 berada pada zona internal proteksi diferensial dan bus yang lain yaitu bus 14, bus 17, bus 20 dan bus 22 berada di zona eksternal proteksi diferensial.
3. Pada gangguan di zona internal proteksi differensial bus impedansi tinggi yaitu gangguan pada bus 31 menunjukkan bahwa beban paling besar ditanggung oleh CT 39.
4. Untuk gangguan di zona eksternal proteksi differensial bus impedansi tinggi yaitu gangguan pada bus 14, bus 17, bus 20 dan bus 22. Beban paling besar yang ditanggung oleh CT dimana gangguan itu terjadi
KESIMPULAN (2) 5. Setting knee point CT diperoleh dengan mempertimbangkan beban maksimum
yang ditanggung oleh masing – masing CT ketika mengalami gangguan baik di zona internal maupun zona Eksternal proteksi diferensial bus impedansi tinggi.
6. Dengan membandingkan Setting knee point dengan kurva eksitasi untuk transformator arus kelas C pada IEEE Guide for the Application of Current
Transformer Used for Protective Relaying Purposes, IEEE Standard C37. 110-1996, maka pemilihan rasio CT 400:5 sesuai dengan kebutuhan.
7. Untuk memenuhi kriteria keandalan dengan mempertimbangkan sensitivitas pada gangguan internal maka nilai arus operasi minimum berada dibawah nilai arus hubung singkat minimum.
8. Dengan mempertimbangkan rekomendasi dari IEEE maka dipilih setting waktu sebesar 20 ms.
Sekian
&
Terima kasih
Daftar pustaka
[1]R.M. Rifaat, “ Considerations in Applying Power Bus
Protection Scheme to Industrial and IPP Systems,” IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 40, no.6, Nov/Dec. 2004.
[2]IEEE Guide for Protective Relay Application to Power System
Buses, IEEE Standard C37.234-2009. [3]IEEE Guide for the Application of Current Transformer Used
for Protective Relaying Purposes, IEEE Standard C37. 110-1996.
[4]IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination
of Industrial and Commercial Power Systems, IEEE Standard 242-2001.