Evaluasi Setting Rele Overall Differential Evaluasi Setting Rele Overall Differential GT 1.1 PLTGU Grati dan Rele Jarak

GITET Grati pada Bus 500 kVGITET Grati pada Bus 500 kV

Hari Wisatawan

22091060572209106057

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

Fakultas Teknologi IndustriFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

20122012

AbstrakAbstrak

Adanya gelombang transien akibat dari manuver bus di sisi GITET Grati seringkali mengakibatkanAdanya gelombang transien akibat dari manuver bus di sisi GITET Grati seringkali mengakibatkan

bekerjanya Rele Diferensial Overall GT 1.1 (F01) yang mengamankan seluruh peralatan mulai dari titik

bintang generator sampai dengan sisi tegangan tinggi ransformator utama. Gelombang transien ini

identik dengan harmonisa ke-2 yang di deteksi oleh rele. Seharusnya harmonisa ke-2 yang di deteksi

adalah harmonisa ke-2 yang timbul karena adanya energize transformator utama. Selain gelombangadalah harmonisa ke-2 yang timbul karena adanya energize transformator utama. Selain gelombang

transien karena manuver bus, gelombang transien tersebut juga diakibatkan karena adanya gangguan

asimetris di sisi 150 kV. Dalam hal ini, yang seharusnya bekerja adalah Rele Diferensial IBT 500

kV/150 Kv. Bekerjanya Rele Diferensial karena gelombang transien ini jelas akan merugikan, baik di

sisi transmisi maupun di sisi pembangkitan. Selain itu salah satu fungsi selektifitas dari rele pengamansisi transmisi maupun di sisi pembangkitan. Selain itu salah satu fungsi selektifitas dari rele pengaman

tidak terpenuhi. Sedangkan untuk Rele Jarak di sisi transmisi 500 kV resetting juga diperlukan agar

rele tersebut lebih selektif dan apabila terjadi gangguan tidak menyebabkan bekerjanya Rele

Diferensial Overall (F01) GT 1.1.

Kata kunci: Rele Diferensial, Rele Jarak, Harmonisa ke-2

Latar Belakang dan TujuanLatar Belakang dan Tujuan

LATAR BELAKANG• Sering lepasnya GT 1.1 PLTGU Grati akibat gangguan dari luar• Sering lepasnya GT 1.1 PLTGU Grati akibat gangguan dari luar

– Sistem transmisi akan mengalami kekurangan pasokan daya

– Sisi pembangkit akan menimbulkan biaya tambahan pada proses startingnya.

– Keandalan dari pembangkit akan menurun.

• Lepasnya pembangkit karena bekerjanya rele yang tidak sesuai dengan jenis gangguan yang• Lepasnya pembangkit karena bekerjanya rele yang tidak sesuai dengan jenis gangguan yang

terjadi di sisi transmisi.

– Sebagai contoh adalah ketika terjadi manuver bus di GITET Grati, maka Rele Diferensial sisi pembangkit

akan bekerja karena adanya gelombang transien yang menyerupai gelombang harmonisa ke-2 yang

besarnya melebihi nilai seting. Padahal gelombang tersebut adalah gelombang transien dan bukanbesarnya melebihi nilai seting. Padahal gelombang tersebut adalah gelombang transien dan bukan

merupakan gangguan.

– Ketika terjadi gangguan asimetris di sisi 150 kV di GI Bangil, Rele Diferensial GT 1.1 juga bekerja akibat

gelombang transien dari gangguan tersebut. (Seharusnya yang bekerja adalah Rele Diferensial IBT)

• Koordinasi antar Rele Diferensial antara sisi pembangkit dengan IBT harus sesuai baik dari seting• Koordinasi antar Rele Diferensial antara sisi pembangkit dengan IBT harus sesuai baik dari seting

arus diferensialnya maupun seting harmonisanya.

TUJUANTUJUAN• Dapat memberikan solusi agar kinerja pengaman lebih dapat diandalkan secara sensitifitas dan

selektifitasnya. Selain itu, kerugian yang timbul baik di sisi transmisi maupun di sisi pembangkit dapat

diminimalisasi

Dasar Teori

Rele Diferensial (Differential Relay)• Prinsip kerja rele ini berdasarkan hukum kirchhoff

yaitu membandingkan jumlah arus masuk ke primeryaitu membandingkan jumlah arus masuk ke primer

(Ip) sama dengan jumlah arus yang keluar dari

sekunder (Is).

Dimana:

• Id = Arus Diferensial (A)

• Ip/I1 = Arus Sisi Masuk / Primer (A)

• Is/I2 = Arus Sisi Keluar /Sekunder (A)

Id = I1 + I2> 0 Ampere

Idif = I1 + I2> 0 Ampere.Idif = I1 + I2> 0 Ampere.

Dasar Teori

Koneksi Rele Diferensial dan CT• Agar tidak terjadi pergeseran phasa• Agar tidak terjadi pergeseran phasa

Dasar Teori

Karakteristik Rele Diferensial

Slope 1

akan menentukan arus diferensial

dan arus penahan pada saat kondisidan arus penahan pada saat kondisi

normal dan memastikan sensitifitas

rele pada saat gangguan internal

dengan arus gangguan yang kecil.

Slope 2

berguna supaya rele tidak kerja oleh

gangguan eksternal yang berarus

sangat besar sehingga salah satusangat besar sehingga salah satu

CT mengalami saturasi (diset

dengan slope lebih dari 50%).

Dasar Teori

Rele Jarak (Distance Relay)• Rele Jarak merupakan proteksi yang paling utama• Rele Jarak merupakan proteksi yang paling utama

pada saluran transmisi.

• Rele Jarak menggunakan pengukuran tegangan dan

arus untuk mendapatkan impedansi saluran yang

harus diamankan.harus diamankan.

• Rele Jarak tidak tergantung oleh besarnya arus

gangguan yang terjadi, tetapi tergantung pada jarak

gangguan yang terjadi terhadap rele proteksi.

• Impedansi yang diukur dapat berupa Z, R saja

ataupun X saja, tergantung jenis rele yang dipakai.

Dasar Teori

Setting Rele Jarak (Distance Relay)Setting Rele Jarak (Distance Relay)• Zone I

– mengamankan saluran yang diproteksi (protected line) Settingnya adalah 80 persen impedansi

saluran yang diproteksi.saluran yang diproteksi.

• Zone II

– mengamankan saluran yang diproteksi (protected line) dan saluran sebelahnya (adjacent line)

Settingnya adalah 120 persen impedansi saluran yang diproteksi.

• Zone III • Zone III

– mengamankan saluran sebelahnya (adjacent line) Settingnya adalah saluran yang diproteksi

ditambah 120 persen saluran sebelahnya (adjacent line)

Dasar Teori

Arus Infeed• Infeed adalah pengaruh penambahan atau pengurangan arus yang melalui titik terminal terhadap

arus yang melalui rele yang ditinjau.arus yang melalui rele yang ditinjau.

• Adanya pengaruh infeed ini akan membuat impedansi yang dilihat rele menjadi lebih besar

(overreaching) atau menjadi lebih kecil (underreaching)

Adanya pembangkit pada rel ujung saluran yang diamankanAdanya pembangkit pada rel ujung saluran yang diamankan

Dan impedansi yang terukur oleh rele adalah:

Dasar Teori

Konfigurasi saluran transmisi ganda ke tunggal

Jadi faktor infeed

Dasar Teori

Konfigurasi saluran transmisi ganda ke ganda

Jadi faktor infeedJadi faktor infeed

• Untuk gangguan f dekat rel B (x ≈ 0), faktor infeed k = 2

• Untuk gangguan f dekat rel C (x ≈ 0), faktor infeed k =1

• Untuk gangguan diantara rel B dan C nilai infeed bervariasi antara 1 - 2• Untuk gangguan diantara rel B dan C nilai infeed bervariasi antara 1 - 2

Dasar Teori

Konfigurasi saluran transmisi tunggal ke ganda

Jadi faktor infeedJadi faktor infeed

• Untuk gangguan f dekat rel B (x ≈ 0), faktor infeed k = 1

• Untuk gangguan f dekat rel C (x ≈ 0), faktor infeed k = 0.5

• Untuk gangguan diantara rel B dan C nilai infeed bervariasi antara 0.5 - 1

Dasar Teori

Arus Inrush (Inrush Current)• Terjadi karena arus lebih yang terjadi selama proses energize trafo• Terjadi karena arus lebih yang terjadi selama proses energize trafo

• Arus transien yang besar yang disebabkan oleh kejenuhan magnetik inti trafo.

• Untuk trafo daya, besarnya arus inrush biasanya 2 sampai 5 kali arus beban

• Akibatnya, arus inrush terbaca sebagai arus gangguan oleh rele proteksi.• Akibatnya, arus inrush terbaca sebagai arus gangguan oleh rele proteksi.

• Perhitungan yang tepat untuk % minimum harmonisa ke-2 adalah sangat penting sebagai parameter

untuk diferensiasi

Penyebab Inrush CurrentSetiap peningkatan tegangan yang mendadak pada trafo daya akan menghasilkan arus transien yang

lebih besar daripada arus normalnya. Lonjakan tegangan tersebut, biasanya disebabkan oleh hal-hal

sebagai berikut:

• Energize-nya trafo daya• Energize-nya trafo daya

• Tegangan pemulihan setelah terjadi gangguan short circuit yang besar pada sistem interkoneksi

(recovery inrush)

• Energize-nya trafo daya lain yang terparalel dengan interkoneksi (sumpathetic inrush)

• Out-of-phase generator

Sistem Kelistrikan

Sistem Kelistrikan

SaluranType

Konduktor

Panjang

(Km)

Resistansi

(Ohm/km)

Reaktansi

(Ohm/km)Konduktor (Km) (Ohm/km) (Ohm/km)

1-2

ACSR

Gannet 4 x

392 mm2

79,410 0,0251 0,2808

392 mm2

2-3ACSR Dove

4 x 327 mm2 23 0,0293 0,2815

Sistem Kelistrikan

Sistem Kelistrikan

RELAY

DIFERENSIALCT dan ACT

Analisa dan Pembahasan

• Perhitungan Setting Rele Jarak (Distance Relay)

SaluranType

Konduktor

Panjang

(Km)

Resistansi

(Ohm/km)

Reaktansi

(Ohm/km)CT PT

1-2

ACSR

Gannet 4 x 79,410 0,0251 0,2808 2000/1 A 500 / 0.1kV1-2 Gannet 4 x

392 mm2

79,410 0,0251 0,2808 2000/1 A 500 / 0.1kV

2.3ACSR Dove

4 x 327 mm2 23 0,0293 0,2815 2000/1 A 500 / 0.1kV2.34 x 327 mm2 23 0,0293 0,2815 2000/1 A 500 / 0.1kV

Analisa dan Pembahasan

• Perhitungan Setting Rele Jarak (Distance Relay)

• Impedansi Primer saluran GITET Grati – GITET Krian• Impedansi Primer saluran GITET Grati – GITET Krian

• Impedansi Primer saluran GITET Krian – GITET Gresik

• Untuk mendapatkan Impedansi Sekunder• Untuk mendapatkan Impedansi Sekunder(besaran yang dirasakan oleh Rele Jarak), maka:

Analisa dan Pembahasan• Perhitungan Setting Rele Jarak (Distance Relay)• Perhitungan Setting Rele Jarak (Distance Relay)

Setting untuk Zona 1

Setting di rele:

Setting untuk Zona 2

Setting untuk Zona 3

Setting di rele:

Setting di rele:Setting di rele:

Analisa dan Pembahasan• Perhitungan Setting Rele Jarak (Distance Relay)• Perhitungan Setting Rele Jarak (Distance Relay)

Matrikulasi Setting Rele Jarak

Z Ө Z Ө Z Ө Z Ө Z Ө Z Ө

Zone 1 Zone 2 Zone 3

SETTING

NoGI /

GITET

SUTT /

SUTET Eksisting Resetting Eksisting Resetting Eksisting Resetting

Z Ө Z Ө Z Ө Z Ө Z Ө Z Ө

1 Grati Krian 1 8 85 7,61 85 16.393 85 11,737 85 21.739 85 12,92 85

8 85 7,61 85 16.393 85 11,737 85 21.739 85 12,92 858 85 7,61 85 16.393 85 11,737 85 21.739 85 12,92 85

Krian 2 8 85 7,61 85 16.393 85 11,737 85 21.739 85 12,92 85

8 85 7,61 85 16.393 85 11,737 85 21.739 85 12,92 858 85 7,61 85 16.393 85 11,737 85 21.739 85 12,92 85

Analisa dan Pembahasan• Perhitungan Setting Rele Diferensial• Perhitungan Setting Rele Diferensial

To 500 kV

SwitchGear

Sisi Low Voltage

200 /

1 A

30 VA 5P20

Y

11BAT01

153,75 MVA

512,5 ± 2 x 2,5% / 10,5 kV

Ynd1

Uk = 12%

Y

∆Sisi High Voltage

G

Uk 12%

11MKA01

150 MVA

87

Y

Sisi High Voltage

G150 MVA

10,5 kV ± 5%

50 Hz

10000 /

25 A Y25 A

25 / 1 A

30 VA 5P20Y

Analisa dan Pembahasan

• Perhitungan Setting Rele Diferensial• Perhitungan Setting Rele Diferensial

Arus di Rele Diferensial pada saat beban penuh

Pada kondisi normal full load arus di rele adalah

Seting Rele Diferensial

Setting rele = 25% atau 0,25 I/InTrSetting rele = 25% atau 0,25 I/InTr

Analisa dan Pembahasan

• Perhitungan Setting Rele Diferensial• Perhitungan Setting Rele Diferensial

Arus Deferensial pda sisi High Voltage (512,5 kV)

Seting Slope

Analisa dan Pembahasan

• Perhitungan Setting Rele Diferensial• Perhitungan Setting Rele Diferensial

1600 TRANSFORMER DIFFERENTIAL

PROTECTION DATA

AE06 87BRA

IBTLama Baru

State of differential protection on on onState of differential protection on on on

Pick-up value of differential current 0.15 I/InTr 0.25 I/InTr 0.25 I/InTr

Pick-up value of high set trip 0.8 I/InTr 10.0 I/InTr 10.0 I/InTr

Slope 1 of tripping characteristic 0.25 0.30

Base point 2 for slope 2 of tripping charact. 2.5 I/InTr 2.5 I/InTr

Slope 2 of tripping characteristic 0.5 0.6

State of 2nd harmonic restraint on on on

2nd harmonic contend in the different. current 45% 15% 48%

Time for cross-blocking with 2nd harmonic 0 *1P 1 *1P

Choice a further (n-th) harmonic restraint 5th harmonic 5th harmonic 5th harmonic

n-th harmonic contend in the differen. current 48% 48% 50%n-th harmonic contend in the differen. current 48% 48% 50%

Active time for cross-blocking with n-th harm. 0 *1P 1 *1P

Limit IDIFFmax of n-th harmonic restraint 1.5 I/InTr 1.5 I/InTr

Max. blocking time at CT saturation +* *1P +* *1PMax. blocking time at CT saturation +* *1P +* *1P

Min. restr. current for blocking at CT satur. 15.00 I/InTr 15.00 I/InTr

Trip time delay of diff. current stage IDIFF> 0.00 s 0.00 s 0.00 s

Trip time delay of diff. current stage IDIFF>> 0.00 s 0.00 s 0.00 sTrip time delay of diff. current stage IDIFF>> 0.00 s 0.00 s 0.00 s

Reset delay after trip has been initiated 0.10 s 0.10 s 0.00 s

Analisa dan Pembahasan

• Analisa Gangguan Exteral• Analisa Gangguan Exteral

Gangguan 17 Maret 2010 (Manuver di GITET GRATI)

Analisa dan Pembahasan

• Analisa Gangguan Exteral• Analisa Gangguan Exteral

Gangguan 17 Maret 2010 (Manuver di GITET GRATI)

Sisi Low VoltagePada kondisi sebelum gangguan arus di rele adalah

Sisi High VoltageSisi High Voltage

Arus di Rele Diferensial pada kondisi sebelum gangguan

Analisa dan Pembahasan

• Analisa Gangguan External • Analisa Gangguan External

Gangguan 17 Maret 2010 (Manuver di GITET GRATI)

Analisa dan Pembahasan

• Analisa Gangguan Exteral• Analisa Gangguan Exteral

Gangguan 17 Maret 2010 (Manuver di GITET GRATI)

Sisi Low Voltage

Sisi High VoltageSisi High Voltage

Arus di Rele Diferensial pada kondisi gangguan

Analisa dan Pembahasan

• Analisa Gangguan Exteral• Analisa Gangguan Exteral

Gangguan 17 Maret 2010 (Manuver di GITET GRATI)

Pada kondisi gangguan arus di rele adalah

Pada saat gangguan terjadi, Pada saat gangguan terjadi,

• Harmonisa ke-2 > Seting

• 38,7% > 15%

• Pembacaan 0*1P atau 0*20ms

• Rele Diferensial bekerja• Rele Diferensial bekerja

• GCB GT 1.1 trip.

Apabila nilai seting untuk harmonisa ke-2 diubah

• 15% ke 48% • 15% ke 48%

• Pembacaan 0*1P atau 0*20ms ke 1*1P atau 1*20ms

• Rele Diferensial tidak akan bekerja

• GCB GT 1.1 tidak trip

Penutup

Kesimpulan• Perubahan seting “2nd harmonic contend in the different. current” dari 15% menjadi 48%.

Perubahan ini memperbaiki koordinasi dengan Rele Diferensial IBT dimana seting harmonisaPerubahan ini memperbaiki koordinasi dengan Rele Diferensial IBT dimana seting harmonisa

ke-2 sebesar 45%.

• Perubahan seting “Time for cross-blocking with 2nd harmonic” dari “0 *1P” menjadi “1 *1P”.

Perubahan ini berpengaruh pada pembacaan harmonisa ke-2. Pada “0 *1P”, rele membaca

harmonisa ke-2 tanpa menghabiskan satu periode gelombang dan langsung memerintahkanharmonisa ke-2 tanpa menghabiskan satu periode gelombang dan langsung memerintahkan

rele untuk bekerja. Harmonisa ke-2 yang terbaca dianggap sebagai harmonisa ke-2 yang

permanen.

Sedangan pada “1 *1P”, rele membaca harmonisa ke-2 selama satu periode gelombang dan

baru memerintahkan rele untuk bekerja. Sehingga apabila ada gelombang harmonisa ke-2baru memerintahkan rele untuk bekerja. Sehingga apabila ada gelombang harmonisa ke-2

sebagai akibat dari manuver di GITET Grati (gelombang transien) tidak dianggap sebagai

gangguan.

• Perubahan “5nd harmonic contend in the different. current” dari 48% menjadi 50%. Perubahan• Perubahan “5nd harmonic contend in the different. current” dari 48% menjadi 50%. Perubahan

ini akan berpengaruh pada besarnya nilai harmonisa ke-5.

• Perubahan “Time for cross-blocking with 5th harmonic” dari “0 *1P” menjadi “1 *1P”.

Penutup

Saran• Sebelum seting-seting rele tersebut diaplikasikan, dapat dilakukan perhitungan kembali dengan

melibatkan semua bagian yang ada, baik dari P3B sebagai penanggung jawab GITET dan PT.melibatkan semua bagian yang ada, baik dari P3B sebagai penanggung jawab GITET dan PT.

Indonesia Power sebagai penanggung jawab pembangkit.

• Seting-seting rele tersebut harus selalu di audit seiring dengan bertambahnya beban dan

pembangkit, karena nilai-nilai parameternya akan mengalami perubahan.

MEMAYU HAYUNING BAWONOMEMAYU HAYUNING BAWONO

TERIMA KASIH