Studi Rele Pengaman (Over Current Relay Dan Ground Fault ... · Setting Rele Pengaman. Ada dua hal...

Jurusan Teknik Elektro-ITS

Nama : Yoyok TriyonoNRP : 2209 106 067

Studi Rele Pengaman (Over Current Relay Dan Ground Fault Relay) pada pemakaian distribusi daya sendiri dari PLTU

Rembang

Pembimbing :1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, PhD2. Ir. Sjamsjul Anam, MT

Presentasi Sidang Tugas Akhir Semester Genap 2012/2013Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS


DAFTAR ISI

PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG SISTEM KELISTRIKAN PERHITUNGAN DAN ANALISA KESIMPULAN


Pendahuluan(1)

LATAR BELAKANG1. PLTU Rembang merupakan salah satu Pembangunan Proyek

Percepatan Pembangkit Tenaga Listrik berbahan bakar batubara 10000MW dengan kapasitas 2 x 300 MW

2. Sistem kelistrikan yang handal menjadi hal yang sangat penting.Sehingga proses produksi listrik dapat beroperasi secara maksimaltanpa terjadi gangguan pada kelistrikannya, terutama short circuit

3. Relay arus lebih merupakan solusi dari gangguan short circuit. dimanarelay akan mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan denganbantuan trafo arus.

4. Untuk memperoleh keandalan sistem kelistrikan PLTU Rembangdengan perubahan dari sisi pembangkitan serta sisi beban makadiperlukan sistem pengaman yang lebih sensitif dengan me-reviewkembali sistem pengamannya


SINGLE LINE DIAGRAMAUX POWER DISTRIBUTION


Pendahuluan (2)

TUJUAN1. Mensimulasikan dan mengevaluasi unjuk kerja sistem

berdasarkan permasalahan yang dihadapi (analisahubung singkat dan koordinasi rele pengaman).

2. Mendapatkan setelan dan koordinasi pengaman aruslebih yang tepat pada sistem kelistrikan PLTU Rembang.


Pendahuluan (3)

Permasalahan yang dibahas dalam Tugas Akhir ini• Bagaimana sistem kelistrikan PLTU Rembang dan berapa besar arus

gangguan yang dapat terjadi pada sistem kelistrikan tersebut.• Studi koordinasi rele pengaman pada sistem proteksi beban auxiliary di PLTU

Rembang setelah penggabungan bus 6.3 kV antara bus unit station unit 1dengan bus unit station unit 2

BATASAN MASALAH• Analisa sistem tenaga yang dilakukan meliputi :

Analisa hubung singkat• Koordinasi rele pengaman Jenis rele pengaman yang digunakan adalah over

current relay dan ground fault relay.• Simulasi menggunakan software ETAP 7.0.0• Studi kasus dilaksanakan di PLTU Rembang.


DAFTAR ISI



Teori Penunjang

Rele Arus Lebih (Over Current Relay)Syarat Rele PengamanSetting Rele PengamanRele Gangguan ke Tanah (Ground Fault Relay)


Rele Arus LebihMerupakan jenis rele yang bekerjaberdasarkan besar arus masukan, danapabila besarnya arus masukanmelebihi dari setting (Ip) maka relearus lebih bekerja. Berdasarkankarakteristik waktuya rele arus lebihdibedakan atas 3 jenis yaitu:

Instantaneous ReleDefinite ReleInverse Rele Gambar Karakterisrik arus lebih

Teori Penunjang (1)


Setting Rele PengamanAda dua hal utama yang perlu diperhatikan pada pengaturan rele yaitu: 1. Setting Arus

Pada dasarnya batas penyetelan rele arus lebih adalah rele tidak boleh bekerja pada saat beban maksimum. Arus settingnya harus lebih besar dari arus beban maksimumnya. Aruspenyetelan pun harus memperhatikan kesalahan pick up sesuai dengan British Standard Pick Up = 1.05 s/d 1.3 InominalDalam setting juga harus memperhatikan batasan maksimum, untuk alasan keamanandan back Up hingga sisi downstream ditetapkan :

Ipp ≤ 0.8 Isc minimumDengan pedoman diatas seting arus yang digunakan pada study adalah:

1,05 IFLA ≤ Iset ≤ 0,8 Isc minimum

Teori Penunjang (2)


Setting Rele Pengaman

2. Setting WaktuPenyetelan waktu kerja rele terutama dipertimbangkan terhadap kecepatan dan selektivitas kerja dari rele, sehingga rele tidak salah operasi, yang dapat menyebabkan tujuan pengaman tidak berarti. Untuk setting waktu sesuai standard IEEE 242 yaitu:

Waktu terbuka Circuit beaker : 0,04 – 0,1 s (2-5 Cycle)Overtravel dari rele : 0,1 sFaktor Keamanan : 0,12 – 0,22 s Untuk rele static dan rele digital berbasis microprocessors overtraveltime dari rele dapat diabaikan. Sehingga total waktu = 0,2 -0,4 s

3. Persamaan Time Dial untuk Normal Invers :

Teori Penunjang (2)

1

0,02D x 0,14

−

=

IsetfaultI

t


Rele Gangguan Tanah (Ground Fault Relay)Cara kerja residual CT yaitu memanfaatkan sistematika kerja arus tidakseimbang.Iresidu = Ia+Ib+IcIr merupakan arus residu hasil penjumlahan vektor dari masing-masing arus fasayaitu dari IA, IB, dan IC. Kemudian arus residu ini diset dalam nilai tertentu,sehingga jika dalam kondisi tertentu yaitu ada gangguan dan melebihi nilai setdari arus residu maka rele ini akan bekerja

Residual CT

Teori Penunjang (3)

Zero CT


Syarat-syarat Rele PengamanUntuk menjamin keandalan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan yaitu:- Kecepatan Bereaksi

Kecepatan bereaksi rele adalah saat rele mulai merasakan adanya gangguan sampai dengan pelaksanaan pembukaan pemutus tenaga (circuit breaker).

- Kepekaan Operasi ( sensitivity )Pada prinsipnya rele harus cukup peka sehingga dapat mendeteksi gangguan di kawasan pengamanannya meskipun dalam kondisi yang memberikan rangsangan yang minimum

- Selektif ( selectivity )Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin yaitu hanya seksi yang terganggu saja yang menjadi kawasan pengamanan utamanya

- Keandalan ( reliability Pengaman harus handal terhadap adanya gangguan, sehingga dapat melindungi peralatan.

- EkonomisPenggunaan rele selain memenuhi syarat diatas, juga harus disesuaikan dengan harga peralatan yang diamankan.

Teori Penunjang (4)


DAFTAR ISI



SISTEM KELISTRIKAN PLTU Rembang, jawa tengah


Rencana Penggabungan bus 6,3 kV


Analisa Aliran Daya

• Besar arus yang mengalir yang diperoleh dari simulasi aliran daya digunakan untuk menentukan setting relay arus lebih yang digunakan sebagai pengaman di busbar atau switchgear.

• Sedangkan untuk generator, trafo dan motor dapat diketahui dengan melihat nilai Full Load Ampere (FLA) yang berada pada rating-nya.

Page 19


Analisa Hubung Singkat

• Pada kondisi normal, 2 konfigurasi yang mewakili hubung singkat minimum dan maksimum, yaitu: Hubung singkat minimum : Salah satu generator dalam keadaan tidak

beroperasi (off) dan yang satu posisi beroperasi(on) Hubung singkat maksimum : pada saat semua generator 1 dan 2

beroperasi (on) .

Page 20


Pemilihan Setting koordinasi yang digunakan padaPT. ANTAM

Page 21

Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 22

Tabel Arus Hubung SingkatARUS HUBUNG SINGKAT

Bus Isc max 4 Cycle Isc min 30 cycle

ID kV kA kA

bus 232 20 60.094 52.28

10bba10 6.3 57.095 36.2

00BCC10 6.3 28.626 22.246

00BHC10 0.38 22.909 21.131

SWBD 6.3 57.095 36.2

Bus MTR idf 6.3 32.812 14.579

Bus 234 6.3 27.433 21.478

bus 236 20 60.094 52.28

00BCA10 6.3 57.095 36.2


Tabel Setting rele Tipikal 1A

Page 23

Rele Type CT ratioExisting

Curve Tap (I>) Time dial (t>) Inst (I>>) Delay(t>>)

Rele MTR IDF ABB REM 543 300/1Definite

time5 0.05 Not used Not used

Rele MB RB1 ABB REX 521 800/5 NI 2 0.24 Not used Not used

RelayB_RB1 ABB REX 521 4000/1 NI 0.9 0.26 Not used Not used


Setting rele dari bus Motor ID fan hingga Trafo UAT 1(Typical 1a)

Page 24

0.05 s

0.584 s

0.855 s

setelan pickup overload relemtr idf 6.3kv tidak digunakan. Hal tersebut sangatberisiko dikarenakan tidakada pengaman overload padamotor tersebut sehingga akanmempengaruhi life time darimotor

= Rele utama trip

= Back-Up Rele utama

grading time yang terlalulama antara rele MTR IDF dengan rele MB_RB1 yaituselama 0,584 detik karenafungsi instans pada rele tidakdigunakan karenaBerdasarkan standar IEEE Std 242-1986 (batas waktukerja antara dua buah rele : 0,2 s – 0,4 s).


Tabel Resetting rele Tipikal 1A

Page 25

Rele Type CT ratioreseting


Rele MTR IDF ABB REM 543 300/1 NI 1.1 0.94 6 0.1

Rele MB RB1 ABB REX 521 800/5 NI 1.1 0.68 2.6 0.4

RelayB_RB1 ABB REX 521 4000/1 NI 0.65 0.54 2.2 1


Setting rele dari bus Motor ID fan hingga Trafo UAT 1(Typical 1a)

Page 26

0.1 s

0.4 s

1 s

Pengaturan time overcurrentpick up pada rele motor ID fan di set sesuai dengan full load ampere motor tersebut sehinggadapat melindungi motor daribahaya overload. Hasil penyesuaian arus beban penuh ini telah sesuai Standard BS 142-1983 batas penyetelan antara 1,05 – 1,3 Inominal.

= Rele utama trip


Pengaturan time delay untuk rele instans (50) pada rele MTR IDF,rele MB RB1 dan Rele B RB1 yaitu sebesar 0.3s. Hal ini sudah memenuhi standard IEEE 242 yaitu antara 0.2-04 s


Tabel Setting rele Tipikal 1B

Page 27




Relay TR RB1Areva Micom

P1222500/1 IEC-SI 0.69 0.5 1.05 0.3

Relay 10STG1Areva Micom

P12215000/5 IEC-SI 0.83 1.5 3.09 0.1


Setting rele dari bus 10BBA10 hingga generator (Typical 1b)

Page 28

0.3 s

rele TR_RB1 akan tripterlebih dahulu ketika terjadigangguan hubung singkatminimum di Bus 10BBA10perlu diperbaiki .karenaKurva Rele B_RB1 overlapdengan kurva Rele TR_RB1

= Rele utama trip


0.82 s

Kurva koordinasi settingeksisting rele 10STG1 disettingdiatas damage curve GeneratorSTG1 sehingga bila terjadihubung singkat di bus 232maka rele tidak mampumengamankan Generatorsehingga dapat menyebabkangenerator rusak.

koordinasi waktu antara releutama TR RB1dan rele back up10STG10 perlu diperbaiki. Jikaterjadi gangguan maka akantrip bersamaan.


Tabel Resetting rele Tipikal 1

Page 29




Relay TR RB1Areva Micom

P1222500/1 IEC-SI 0.62 0.45 11 0.1

Relay 10STG1Areva Micom

P12215000/5 IEC-SI 0.72 0,4 2.1 0.4



Page 30

1.24 s

mengaktifkan setelan kurvainstantenous (50) pada rele B_RB1ini dapat mengamankantransformator TR UAT1 darigangguan hubung singkat minimumpada bus 10BBA10 di daerahoutgoing transformator TR UAT1.

= Rele utama trip


1 s

rele 10STG1 disetting diatas FLA danberada dibawah damage curvegenerator sehingga mampumengamankan generator STG1 bilaterjadi gangguan hubung singkatmaksimum di bus 232. Sehinggagenerator STG1 dapat beroperasi fullload dengan aman

Pengaturan time delay untuk rele instantaneous (50) pada rele 10STG1 dan TR RB1 yaitu sebesar 0.3s. Hal ini sudah memenuhi standard IEEE 242 yaitu antara 0.2-04s


Setting rele dari bus 237 hingga bus 00BCC10(Typical 2a)

Page 31

0.03 s

0.35 s

dapat dilihat bahwa penggunaanrele CHL TR 1A digunakansebagai rele back-up mempunyaitime difference sebesar 0,773sdengan ACB chl10. standard IEEEStd 242-1986 (batas waktu kerjaantara rele utama dan rele back-up: 0,2 s – 0,4 s),

1.1 s

0.35s

1.1 s

= Rele utama trip


setelan pickup rele ACB chl10berada disebelah kiri FLA trafoCHLORINE 1A. Artinya setelanpickup rele ACB chl10 ini dibawah arus full load trafoCHLORINE 1A, sehingga akantrip ketika arus yang mengalirbesarnya mendekati arus bebanpenuh trafo tersebut.


Resetting rele dari bus 237 hingga bus 00BCC10(Typical 2a)

Page 32

0.07 s

0.35 s

Pengaturan lowset rele CHL TR 1adiatur berdasarkan arus bebanpenuh pada incoming transformatorCHLORINE1A. Kurva Pengaturankurva definite (rele 50) pada releCHL TR 1a ini harus dapatmengamankan transformatorCHLORINE1A dari gangguanhubung singkat seketika, dandaerah inverse (rele 51) digunakansebagi back up dari rele ACBCHL10, sehingga transformatorCHLORINE1A dalam kondisiaman. karena rele CHL TR 1a yangdigunakan sebagai rele back-upmempunyai time difference dengandefinite rele ACB CHL10sebesar0,217 s

0.56 s

0.35s

0.56 s

= Rele utama trip


Pengaturan arus beban penuhrele ACB chl10 disesuaikandengan arus beban penuh padasisi outgoing tranformatorCHLORINE1A. sehingga reletidak akan trip saat dibebanifull load karena hal tersebutbukan merupakan gangguan.Hasil penyesuaian arus bebanpenuh ini telah sesuai StandardBS 142-1983 batas penyetelanantara 1,05 – 1,3 Inominal.


Tabel Setting rele Tipikal 2b

Page 33




Rele CHL TR 1a ABB REX 521 600/5 NI 0.3 0.4 3 0.1

Rele CHL Tie I/C ABB REX 521 1250/5 NI 1.3 0.15 Not used Not used

Rele SSB Tie I/C ABB REX 521 2500/5 NI 0.9 0.22 Not used Not used


Setting rele dari bus 234 hingga Trafo UAT1(Typical 2b)

Page 34

0.67s

0.398 s

koordinasi yang kurang tepatantara rele CHL TR 1Adengan rele CHL TIE I/C,Berdasarkan analisa kurvakoordinasi di atas, pada saatterjadi gangguan short circuitminimum bus 234 rele yangbekerja terlebih dahuluseharusnya yang paling dekatpada gangguan yaitu releCHL TR 1A namun padakurva disamping dapatdilihat bahwa koordinasi relekurang tepat karena releyang bekeja saat gangguanpada bus 234 adalah releCHL TIE I/C

= Rele utama trip


0.9 s


Tabel ReSetting rele Tipikal 2B

Page 35

Rele Type CT ratioRESETING



Rele CHL TR 1a ABB REX 521 600/5 NI 0.35 0.14 3 0.1

Rele CHL Tie I/C ABB REX 521 1250/5 NI 1.2 0.22 5.2 0.4

Rele SSB Tie I/C ABB REX 521 2500/5 NI 0.95 0.23 2.86 0.7


Resetting rele dari bus 234 hingga Trafo UAT1(Typical 2b)

Page 36

0.7s

0.4 s

setelan instantaneousdigunakan agar bila terjadigangguan segera dapatdibatasi dan dilokalisir.Selain itu koordinasipengaman backup juga sudahtidak lagi overlap, Gradingtime juga diberikan sebesar0,3 detik sehingga adanyamiss-coordination ketikaterjadi gangguan hubungsingkat dapat dihindari

= Rele utama trip


0.1 s

1 s


Setting rele dari penggabungan bus 6,3 kV

Page 37

0.7 s 1 s

Pengaturan arus beban penuh rele FTR RB1disesuaikan dengan arus beban penuh yangmelewati rele tersebut(outgoing Trafo UAT). Hasilpenyesuaian arus beban penuh ini telah sesuaiStandard BS 142-1983 batas penyetelan antara 1,05– 1,3 Inominal. Pengaturan time delay untuk reledifinite (50) pada rele B RB1 dan B RB2 denganFTR RB1 yaitu sebesar 0.3s. pengaturan time delaytersebut agar tidak terjadi trip secara bersamaansehingga suplai daya tetap terjaga


setting rele GFR dari bus 234 hingga Trafo UAT1 eksis

Page 38


1 s

setting rele GFR dari bus 234 hingga Trafo UAT1

Page 39

0.7s

0.4 s

Dengan dipasangnya NGR tersebut apabila terjadi gangguanhubung singkat phasa ke tanahpada sistem 6,3 kV, arus akandibatasi oleh NGR sebesar 300 A.Apabila terjadi hubung singkat dibus 234 sebesar 300 A maka ReleCHL TR 1a merupakan pengamanutama nya, sedangkan jika gagalmaka pengaman cadangannyaialah Rele CHL Tie I/C akan trip setelah 0,4 s. kemudian secaraberurutan bila terjadi kegagalandalam melokalisir gangguanmaka rele SSB Tie I/C akan trip setelah 0,7 s di ikuti dengan releB RB1 akan trip setelah 1 s.

= Rele utama trip

= Back-Up Rele utama0.1 s



Page 40



Page 41

0.4 s

= Rele utama trip


0.1 s

Dengan dipasangnya NGR apabilaterjadi gangguan hubung singkatphasa ke tanah pada sistem 20 kV, arus akan dibatasi oleh NGR sebesar400 A.Apabila terjadi hubung singkatsebesar 400 A pada hubung singkatantara Generator STG1 hinggaprimary Trafo TR UAT1 , makarele 10STG1 akan trip setelah 0.4 s, karena rele tersebut merupakan back up dari CB yang berada padaterminal primary Trafo TR UAT1 yang akan trip 0.1 s, , mulai daripick-up sampai kotak CB terbuka. Berdasarkan IEEE 242 yaitu 0,2-0,4 .

Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 42

DAFTAR ISI



Kesimpulan(1)Berdasarkan hasil studi dan analisis koordinasi rele pengaman pada PLTU

Rembang yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagaiberikut:

1. Terdapat beberapa setelan rele yang belum tepat dan koordinasi yang kurang baik,terutama pada setelan pickup dan grading time antar rele pengaman. Pada beberaparele, setelan pickup kurva inversnya masih menyentuh arus full load beban. Hal inidapat menyebabkan rele tersebut trip meski tidak terjadi gangguan.

2. Terdapat setelan instan pada beberapa rele yang belum maksimal, karena belummencakup seluruh level arus hubung singkat. Hal ini mengakibatkan rele tidakdapat bekerja secepat mungkin untuk mengamankan peralatan ketika terjadigangguan hubung singkat minimum.

3. Terdapat setelan overload pada beberapa rele motor yang belum di fungsikan,. Halini mengakibatkan rele tidak dapat mendeteksi adaya kelebihan beban pada motorsehingga akan mengurangi lifetime dari peralatan tersebut karena dibebani penuhsecara terus menerus

4. Grading time yang diberikan terlalu lama, yakni 0,584 detik. Hal ini dapatmembahayakan bus yang mengalami gangguan dan membahayakan bus yang lainkarena terlalu lama mengisolasi system yang mengalami gangguan

Page 43


5. Karena koordinasi rele-rele eksisting yang ada kurang sempurna dan tidak terkoordinasidengan baik. Maka perlu dilakukan pengaturan rele (resetting) sesuai dengan perhitungandan dikoordinasikan agar sistem bekerja secara optimal tidak mengganggu kestabilan sistem.

6. Pada koordinasi ground fault relay, Untuk meningkatkan sensitivitas dan selektivitas dalammengenali gangguan maka untuk memperbaiki sensitivitas direkomendasikan untuk CT Ground untuk diganti dengan yang lebih kecil yaitu sebesar 300/5. Selain itu penggantiannilai CT ground yang sama dalam satu feeder dapat mempermudah dalam koordinasi rele.

Page 44


TERIMA KASIH

Page 45


Koreksi untuk rele tipikal 1B rele 10stg1

Page 47


Cara mensetting rele biru(B RB1) dan relehijau (TR RB1)

• RelayB_RB1• Jenis Rele = ABB Rex 521• Kurva = Standard Inverse • Isc max 4 cycle Bus 10BBA10, 6.6 kV = 56072A• Isc min 30 cycle Bus 10BBA10, 6.6 kV = 36394A• CT = 4000/1• FLA (sisi sekunder TR-UAT) = 2291 A

Page 48


• Relay TR RB1• Jenis Rele = Areva Micom P122• Kurva = Standard Inverse • Isc max 4 cycle Bus 10BBA10, 6.3 kV = 56072 A

• di konversi ke 20 kV = 56072

• =17662,68 A• Isc min 30 cycle Bus 236, 20 kV = 52297A• CT = 2500/1• FLA (sisi primer TR-UAT1) = 1443 A

Page 49


• Penyetelan Rele Arus Lebih Instan• Pertimbangan dalam penentuan nilai pickup instan dapat didasarkan pada

karakteristik peralatan yang dilindungi seperti yang dijelaskan sebagaiberikut :Untuk pengaman feeder yang dipisahkan oleh trafo, koordinasi pengamandibedakan menjadi dua daerah, yakni daerah low voltage (LV), dandaerah high voltage (HV) [12]. Dua daerah yang dipisahkan trafo tersebutdapat dilihat pada Gambar

• Adapun setelan pickup instan pada tipe koordinasi di atas dapat harusmemenuhi syarat berikut [12]:

Isc max bus B ≤ Iset 0.8 Isc min, A …………………….….…….(7)

Page 50

Isc A

Isc B

A

B

CT

CT


• Kenapa NGR-nya di ganti 300?• Yang saya ganti bukan NGR nya tetapi nilai CT ground yaitu

300/5 tujuannya untuk memperbaiki sensitivitas danselektivitas dalam mengenali gangguan dan untukmempermudah dalam koordinasi rele GFR

Page 51


• 30 Ampere itu apakah tidak terlalu kecil?linecharging kamu hitung tidak?siapkan untukbesok pertimbanganmu apa?

• Menurut saya nilai tersebut tidaklah terlalu kecil karenamenurut slide dari Bp Wahyudi sudah ditetapkan 5-10% danuntuk pertimbangan dari line charging perlu diperhatikannamun pada kasus tugas akhir ini nilai line chargingnya kecilkarena jarak nya pendek hanya dalam lingkup pemakaian dayasendiri beda halnya dengan sistem transmisi yang jaraknyasangat jauh sehingga line charging perlu diperhatikan

Page 52


Setting rele arus lebih

• Gangguan beban lebihIpp = (110 -120)% In

• Gangguan hubung singkat ketanah(5-10)%In < Ipp < 50%In


Perhitungan line charging

Page 54

Ԑ=8.85.10-12 F/meterK=kontanta XLPE(2,3-6)r(jari-jari) =9,7=10mm(dibulatkan)R(jari-jari terluar)=12mm

Ich=2π x 50 x 1,83.10-9

= 1,83.10-9

=2,09.10-3A/meter

Studi Rele Pengaman (Over Current Relay Dan Ground Fault ... · Setting Rele Pengaman. Ada dua hal...

Documents

Transcript of Studi Rele Pengaman (Over Current Relay Dan Ground Fault ... · Setting Rele Pengaman. Ada dua hal...