Studi Rele Pengaman Standby Genset Di PT. Coca - Cola Bottling Indonesia Belawan - Medan
KARYA AKHIR
STUDI RELE PENGAMAN STANDBY GENSET
DI PT. COCA - COLA BOTTLING INDONESIA
BELAWAN - MEDAN
Oleh :
MUHAMMAD IKHWAN 055203010
PROGRAM DIPLOMA IV TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
(2)
ABSTRAK
PT. Coca-Cola Bottling Indonesia merupakan salah satu produsen dan distributor minuman ringan terkemuka di Indonesia. Memproduksi dan mendistribusikan produk-produk berlisensi dari The Coca-Cola Company.
Perusahaan ini memproduksi dan mendistribusikan ke lebih dari 400.000 outlet melalui lebih dari 120 pusat penjualan, maka dari itu pihak pabrik tidak mau mengalami penghambatan produksi, dikarenakan gangguan dari pihak PLN, sehingga dibutuhkan generator untuk mengatasinya.
Generator tersebut dipasang sebagai sumber daya standby, untuk menjaga kelangsungan produksi terutama oleh karena gangguan dari pihak PLN. Mengacu pada hal tersebut, maka diperlukan suatu setting dari peralatan pengaman yang akan dipasang pada generator tersebut, sehingga sistem dan generator dapat terlindungi dari gangguan yang mungkin terjadi.
(3)
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT dan tidak lupa shalawat beriring salam penulis ucapkan kepada junjungan Nabi besar Muhammad SAW karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Karya Akhir ini dengan judul :
STUDI RELE PENGAMAN STANDBY GENSET DI PT. COCA - COLA BOTTLING INDONESIA BELAWAN – MEDAN
Selama berlangsungnya penulisan Karya Akhir ini hingga menyelesaikannya, penulis banyak mendapat bantuan, dukungan, serta masukan dari banyak pihak. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya serta ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ayahanda H. DTM Husin Ibunda tercinta Hj. Basrah Aini, serta Kakanda Muhammad Irfan ST, Kakanda Milda Sahfitri, dan Kakanda Ahmad Dayan ST, yang telah memberikan dukungan moril, materi dan doa terhadap penulis.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. selaku Ketua Jurusan Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Rahmat Fauzi ST, MT. selaku Sekretaris Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
(4)
5. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Koordinator Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan selaku Dosen Wali.
6. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman S. Ba’afai selaku Dosen pembimbing penulis yang telah banyak memberikan masukan dan arahan dalam penulisan Karya Akhir ini.
7. Bapak A. Nasoha selaku PR Manager PT. COCA – COLA BOTTLING INDONESIA (CCBI).
8. Segenap keryawan PT. COCA – COLA BOTTLING INDONESIA (CCBI). 9. Seluruh Staf Pengajar serta Pegawai Administrasi.
10.Rekan-rekan Mahasiswa jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu, khususnya angkatan 2005 Faisal, Agung, Roni, Febri, Meutia, dan lain-lain yang telah banyak membantu penulis.
Penulis menyadari bahwa Karya Akhir ini masih belum sempurna dan masih banyak kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan dikarenakan keterbatasan pengetahuan penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran serta kritikan yang konstruktif dan edukatif guna penyempurnaan Karya Akhir ini. Semoga Karya Akhir ini bermanfaat bagi penulis khususnya dan para pembaca pada umumnya.
Medan, Mei 2011
Penulis
(5)
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan
Abstrak ... i
Kata Pengantar ... ii
Daftar Isi ... iv
Daftar Gambar ... vi
Daftar Tabel ... viii
Daftar Lampiran ... ix
BAB I Pendahuluan 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan dan manfaat Penulisan ... 2
1.3. Rumusan Masalah ... 2
1.4. Batasan Pembahasan ... 2
1.5. Metode Penulisan ... 3
(6)
BAB II Landasan Teori
2.1. Teorema Thevenin ... 5
2.2. Pengenalan ... 8
2.2.1. Konstruksi Generator ... 9
2.2.2. Prinsip Kerja ... 10
2.2.3. Prosedur Pelaksanaan Kerja Paralel ... 12
2.3. Rele Pengaman ... 13
2.3.1. Fungsi ... 15
2.3.2. Syarat – syarat rele pengaman ... 16
2.4. Rele Pengaman Generator ... 19
2.4.1. Arus Lebih (Overcurrent) ... 19
2.4.2. Reverse power Relay ... 22
BAB III Sistem Kelistrikan dan Pengaman Standby Generator 3.1. Sistem Kelistrikan di Pabrik Coca-Cola di Medan ... 24
3.2. Sistem Proteksi ... 30
(7)
BAB IV Simulasi dan Analisa Srtting Rele
4.1. Setting pengaman Reverse Power Relay... 32
4.2. Arus gangguan hubung singkat ... 34
BAB V Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan ... 52
5.2. Saran ... 53
Daftar Pustaka ... 54 Lampiran
(8)
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Ekivalen rangkaian ... 5
Gambar 2.2. Ekivalen rangkaian saat rangkaian linier A mat i ... 6
Gambar 2.3. Ekivalen rangkaian saat rangkaian linier A aktif ... 6
Gambar 2.4. Terminal a-b open circuit ... 7
Gambar 2.5. Konstruksi Generator Arus Bolak-balik ... 10
Gambar 2.6. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik ... 11
Gambar 2.7. Hubungan paralel antar alternator ... 12
Gambar 2.8. Sinkonoskop (synchronoscope) ... 13
Gambar 2.9. Karakteristik rele waktu seketika ... 20
Gambar 2.10. Karakteristik rele waktu defenite ... 20
Gambar 2.11. Karakteristik rele waktu Inverse ... 21
Gambar 3.1. Diagram satu garis dari PLN ... 24
Gambar 3.2. Diagram satu garis Genset dari Caterpillar dan Genset MGO ... 28
Gambar 3.3. Diagram satu garis sistem kelistrikan ... 29
Gambar 4.1 Ekivalen diagram satu garis di pabrik ... 34
(9)
Gambar 4.3 Arus gangguan pada Rel utama 1 pada titik FN ... 37
Gambar 4.4 Arus gangguan dititik FN Rel utama 1 ... 37
Gambar 4.5 Arus gangguan pada Rel utama 2 pada titik FN ... 38
Gambar 4.6 Arus gangguan dititik FN Rel utama 2 ... 38
Gambar 4.7 Arus gangguan pada Rel utama 3 pada titik FN ... 39
Gambar 4.8 Arus gangguan dititik FN Rel utama 3 ... 40
Gambar 4.9 Arus gangguan pada Genset 1 pada titik FN ... 40
Gambar 4.10 Arus gangguan dititik FN Genset 1 ... 41
Gambar 4.11 Arus gangguan pada Genset 2 pada titik FN ... 42
Gambar 4.12 Arus gangguan dititik FN Genset 2 ... 42
(10)
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Batas daya motoring yang harus diamankan berdasarkan
jenis penggerak mula ... 23
Tabel 3.1. Peralatan pada pabrik ... 25
Tabel 3.2. Impedansi setiap unit dan impedansi base ... 30
Tabel 3.3. Data rele dan lokasi ... 31
Tabel 4.1. Setting Rele reverse power ... 33
Table 4.2 Impedansi setiap unit dan Impedansi base ... 34
Tabel 4.3. Arus gangguan hubung singkat ... 43
(11)
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram satu garis dari PLN
Lampiran 2 Diagram satu garis Genset dari Caterpillar dan Genset MGO Lampiran 3 Diagram satu garis sistem kelistrikan
(12)
ABSTRAK
PT. Coca-Cola Bottling Indonesia merupakan salah satu produsen dan distributor minuman ringan terkemuka di Indonesia. Memproduksi dan mendistribusikan produk-produk berlisensi dari The Coca-Cola Company.
Perusahaan ini memproduksi dan mendistribusikan ke lebih dari 400.000 outlet melalui lebih dari 120 pusat penjualan, maka dari itu pihak pabrik tidak mau mengalami penghambatan produksi, dikarenakan gangguan dari pihak PLN, sehingga dibutuhkan generator untuk mengatasinya.
Generator tersebut dipasang sebagai sumber daya standby, untuk menjaga kelangsungan produksi terutama oleh karena gangguan dari pihak PLN. Mengacu pada hal tersebut, maka diperlukan suatu setting dari peralatan pengaman yang akan dipasang pada generator tersebut, sehingga sistem dan generator dapat terlindungi dari gangguan yang mungkin terjadi.
(13)
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
PT. Coca-Cola Bottling Indonesia merupakan salah satu produsen dan distributor minuman ringan terkemuka di Indonesia. Memproduksi dan mendistribusikan produk-produk berlisensi dari The Coca-Cola Company. Perusahaan ini memproduksi dan mendistribusikan ke lebih dari 400.000 outlet melalui lebih dari 120 pusat penjualan, maka dari itu pihak pabrik tidak mau mengalami penghambatan produksi, dikarenakan gangguan dari pihak PLN, sehingga dibutuhkan generator untuk mengatasinya.
Generator sebagai pemasok listrik cadangan untuk produksi di pabrik jika PLN mengalami gangguan, sehingga rentan sekali terhadap segala macam gangguan terhadap generator, maka pengaruhnya terhadap sistem dapat beranekaragam, sehingga akan berpengaruh pada kelangsungan proses produksi. Oleh karena itu pengaman sistem tenaga listrik menitik beratkan pada keandalan sistem, khususnya pada aspek pencegahan dan penanganan segala macam gangguan. Dalam pengoperasiannya, sebuah pembangkit membutuhkan generator dengan sistem pengaman yang baik guna menanggulangi gangguan-gangguan yang ada.
Mengacu pada hal tersebut, maka sangat diperlukan koordinasi rele pengaman standby generator yang handal dan akurat, dengan menentukan jenis dan setting dari rele pengaman genset tersebut.
(14)
1.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan
Tujuan penyusunan tugas Akhir ini adalah untuk menganalisa masalah koordinasi rele arus lebih (overcurrent relay) dan reverse power relay sebagai pengaman standby genset, dengan menentukan jenis dan setting dari rele pengaman genset tersebut, sehingga keamanan genset beserta keandalan sistem tenaga listrik dapat lebih terjamin.
1.3. Rumusan Masalah
Untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini, diperlukan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Mengumpulkan buku dan referensi mengenai permasalahan mengenai arus hubung singkat, setting rele pengaman, dan koordinasi pengaman. 2. Pengumpulan data-data yang terkait dengan masalah tersebut
3. Analisa dan Pembahasan terhadap hasil data lapangan sebagai validasi.
1.4. Batasan Masalah
Pada tugas akhir ini batasan permasalahan adalah sebagai berikut:
1. Rele pengaman yang disetting dan dikoordinasi adalah rele pengaman standby genset PT. Coca-Cola Bottling Indonesia Medan-Belawan.
2. Koordinasi arus lebih pada standby generator dengan overcurrent rele pada sisi outgoing.
(15)
1.5. Metode Penulisan
Penulisan Karya Akhir ini dilakukan dengan cara :
1. Studi literatur : mengambil bahan – bahan dari buku – buku referensi, jurnal, artikel dan sebagainya.
2. Studi lapangan : mengambil data dan informasi dari PT. Coca-Cola Bottling Indonesia Martubung – MedanBelawan.
1.6. Sistematika Penulisan BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metoda penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II : LANDASAN TEORI
Gangguan dan Sistem Pengaman Pada Sistem Listrik
Membahas masalah sebab – sebab timbulnya gangguan pada sistem tenaga listrik, masalah rele pengaman, klasifikasi rele, penyetelan rele pengaman terutama rele arus lebih.
BAB III : SISTEM KELISTRIKAN DAN PENGAMAN STANDBY GENSET
(16)
Menjelaskan mengenai PT. Coca-Cola Bottling Indonesia Martubung – Medan Belawan meliputi sistem pembangkitan dan sistem distribusi tenaga listrik serta sistem pengaman.
BAB IV : ANALISA SETTING RELE
Analisa Hubung Singkat dan Koordinasi Rele pengaman standby genset
Membahas mengenai perhitungan arus hubung singkat, penyetelan rele pengaman generator, dan koordinasinya.
BAB V : KESIMPULAN
Merupakan kesimpulan dari keseluruhan pembahasan yang telah dilakukan dari Tugas Akhir ini.
(17)
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Teorema Thevenin (1) Pada teorema ini berlaku bahwa :
Suatu rangkaian listrik dapat disederhanakan dengan hanya terdiri dari satu buah sumber tegangan yang dihubungserikan dengan sebuah tahanan ekivelennya pada dua terminal yang diamati.
Tujuan sebenarnya dari teorema ini adalah untuk menyederhanakan analisis rangkaian, yaitu membuat rangkaian pengganti yang berupa sumber tegangan yang dihubungkan seri dengan suatu resistansi ekivalennya.
Gambar 2.1 Ekivalen rangkaian
Pada gambar diatas (Gambar 2.1), dengan terorema substitusi kita dapat melihat rangkaian sirkit B dapat diganti dengan sumber tegangan yang bernilai
(18)
sama saat arus melewati sirkit B pada dua terminal yang kita amati yaitu terminal a-b.
Setelah kita dapatkan rangkaian substitusinya, maka dengan menggunakan teorema superposisi didapatkan bahwa :
1. Ketika sumber tegangan V aktif/bekerja maka rangkaian pada sirkit linier A tidak aktif (semua sumber bebasnya mati diganti tahanan dalamnya), sehingga didapatkan nilai resistansi ekivelnnya.
Gambar 2.2 Ekivalen rangkaian saat rangkaian linier A mati 2. Ketika sirkit linier A aktif/bekerja maka pada sumber tegangan bebas diganti
dengan tahanan dalamnya yaitu nol atau rangkaian short circuit.
(19)
Dengan menggabungkan kedua keadaan tadi (teorema superposisi) maka didapatkan :
Pada saat terminal a-b di open circuit (OC), maka i yang mengalir samadengan nol (i = 0), sehingga :
Gambar 2.4 Terminal a-b open circuit
(20)
Cara memperoleh resistansi penggantinya (Rth) adalah dengan mematikan atau menon aktifkan semua sumber bebas pada rangkaian linier A (untuk sumber tegangan tahanan dalamnya = 0 atau rangkaian short circuit dan untuk sumber arus tahanan dalamnya = ∞ atau rangkaian open circuit).
Jika pada rangkaian tersebut terdapat sumber dependent atau sumber tak bebasnya, maka untuk memperoleh resistansi penggantinya, terlebih dahulu kita mencari arus hubung singkat (isc), sehingga nilai resistansi penggantinya (Rth) didapatkan dari nilai tegangan pada kedua terminal tersebut yang di-open circuit dibagi dengan arus pada kedua terminal tersebut yang di- short circuit .
Langkah-langkah penyelesaian dengan teorema Thevenin :
1. Cari dan tentukan titik terminal a-b dimana parameter yang ditanyakan.
2. Lepaskan komponen pada titik a-b tersebut, open circuit kan pada terminal a-b
kemudian hitung nilai tegangan dititik a-b tersebut (Vab = Vth).
3. Jika semua sumbernya adalah sumber bebas, maka tentukan nilai tahanan diukur pada titik a-b tersebut saat semua sumber di non aktifkan dengan cara diganti dengan tahanan dalamnya (untuk sumber tegangan bebas diganti rangkaian short circuit dan untuk sumber arus bebas diganti dengan rangkaian
(21)
4. Jika terdapat sumber tak bebas, maka untuk mencari nilai tahanan pengganti
Theveninnya didapatkan dengan cara
5. Untuk mencari Isc pada terminal titik a-b tersebut dihubungsingkatkan dan dicari arus yang mengalir pada titik tersebut (Iab = Isc).
6. Gambarkan kembali rangkaian pengganti Theveninnya, kemudian pasangkan kembali komponen yang tadi dilepas dan hitung parameter yang ditanyakan.
2.2. Pengenalan Generator (2)
Generator AC yang akan dibahas adalah generator yang termasuk jenis mesin serempak (mesin sinkron) dimana frekuensi listrik yang dihasilkannya sebanding dengan jumlah kutub dan putaran yang dimilikinya. Listrik yang dihasilkan adalah listrik arus bolak-balik (listrik AC). Mesin penggerak (prime mover)nya dapat berasal dari tenaga air, tenaga uap, mesin diesel, dan sebagainya.
Generator AC banyak kita jumpai pada pusat-pusat listrik (kapasitas yang relatif besar). Misalnya, pada PLTA, PLTU, PLTD, PLTN, PLTG dan lain-lain. Di sini umumnya generator AC disebut dengan ALTERNATOR atau generator saja.
Dibandingkan dengan generator DC, generator AC lebih cocok untuk pembangkit tenaga listrik berkapasitas besar. Hal ini didasarkan atas pertimbanga-pertimbangan, antara lain :
(22)
1. Timbulnya masalah komutasi pada generator DC.
2. Tibulnya peersoalan dalam hal menaikkan/menurunkan tegangan pada DC. Hal ini menimbulkan persoalan untuk hantaran dalam pengiriman tenaga listrik (transmisi/distribusi), masalah penampang kawat, tiang transmisi rugi-rugi, dan sebagainya.
3. Listrik AC relatif lebih mudah untuk diubah menjadi listrik DC 4. Masalah efesiensi mesin dan lain-lain pertimbangan
2.2.1. Konstruksi Generator
Konstruksi generator arus bolak-balik lebih sederhana dibandingkan generator DC.
Bagian-bagian terpenting dari generator AC, konstruksi dari generator sinkron ini dapat dilihat pada Gambar 2.5:
1. RANGKA STATOR, merupakan rumah dari bagian-bagian generator yang lain.
2. STATOR, mempunyai alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat terjadinya GGL induksi.
3. ROTOR, merupakan bagian yang berputar. Pada rotor terdapat kutub-kutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat.
4. SLIP RING atau CINCIN GESET, ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor, berguna untuk mengalirkan arus penguat magnet kelilitan magnet pada rotor.
(23)
5. GENERATOR PENGUAT adalah suatu generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus. Biasanya yang dipakai adalah dinamo shunt.
Gambar 2.5 Konstruksi Generator Arus Bolak-balik
2.2.2. Prinsip Kerja (3)
Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday. Hal ini dapat dinyatakan dengan percobaan Faraday seperti berikut:
1. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan
magnetik (flux) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi.
2. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar,
akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut.
Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian,
(24)
aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 2.6. akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.
(25)
2.2.3. Prosedur Pelaksanaan Kerja Paralel (4) (5)
Gambar 2.7 Hubungan paralel antar alternator
Dengan menganggap alternator B akan dihubungkan secara paralel dengan alternator A yang telah dahulu beroperasi atau kesuatu jaringan listrik (Gambar 2.7), maka untuk menghubungkannya perlu dilakukan suatu prosedur yang tepat, agar proses memparalelkan alternator dapat berhasil dengan baik. Adapun langkah-langkahnya adalah sebagai beriku :
Dengan menggunakan voltmeter, atur arus medan alternator hingga tegangan terminalnya sama dengan tegangan jaringan listrik yang ada.
Pastikan urutan fasa alternator yang akan dihubungkan sama dengan urutan fasa jaringan listrik.
Frukuensi alternator yang akan dihubungkan ke jaringan dibuat sedikit lebih rendah daripada frekuensi jaringan.
Ketika frekuensi keduanya hampir sama dan sudut fasa-nya sama, saklar yang menghubungkan kedua sistem tersebut bisa langsung dihubungkan
A B
(26)
Langkah–langkah diatas dapat dipermudah jika dalam melakukan prosedur tersebut dengan menggunakan sebuah sinkronoskop (synchronoscope).
Gambar 2.8 sinkronoskop (synchronoscope)
Sinkronoskop adalah instrumen pengukur beda sudut fasa antara fasa-fasa dari kedua sistem yang akan diparalelkan Sinkronoskop memiliki jarum petunjuk yang dapat menempati posisi yang berbeda sesuai dengan perbedaan sudut fasa (Gambar 2.8). Tombol dari Sinkronoskop ditandai dengan dua panah menunjukkan arah rotasi pointer. Panah ini menunjukkan searah jarum jam dan arah berlawanan jarum jam. Tanda panah menunjukkan arah jarum jam ditandai "Terlalu Cepat" sedangkan panah yang menunjukkan anti-arah jarum jam ditandai "Terlalu Lambat". Tanda panah ini menunjukkan kecepatan sumber yang masuk dibandingkan dengan bus bar. Jika frekuensi generator yang masuk adalah lebih daripada bus bar, penunjuk berputar ke arah "Terlalu cepat" searah jarum jam. Mesin kemudian harus melambat. Jika frekuensi dari mesin masuk kurang dari bus bar, rotasi penunjuk berada dalam arah yang berlawanan "Terlalu Lambat".
(27)
2.3. Rele pengaman (6) (7) (8)
Rele pengaman adalah susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidak normalan pada peralatan listrik yang bisa mambahayakan atau tidak diinginkan. Jika bahaya ilu muncul maka rele pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal. Rele pengaman dapat mengetahui adanya gangguan pada peralatan yang perlu diamankan dengan mengukur atau membandingkan besaran-besaran yang diterimanya, misalnya arus, tegangan, daya, sudut fasa, frekuensi, impedansi, dan sebagainya sesuai dengan besaran yang tclah ditentukan. Alat tersebut kemudian akan mengambil keputusan seketika dengan perlambatan waktu membuka pemutus tenaga atau hanya memberikan tanda tanpa membuka pemutus tenaga. Pemutus tenaga dalam hal ini harus mempunyai kemampuan untuk memutus arus hubung singkat maksimum yang melewatinya dan harus mampu menutup rangkaian dalam keadaan hubung singkat yang kemudian membuka kembali. Di samping itu rele juga berfungsi untuk menunjukkan lokasi dan macam gangguannya. Berdasarkan data dari relai maka akan memudahkan kita dalam menganalisis gangguannya.
Hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat, pada tahap selanjutnya dipergunakan untuk menentukan nilai setelan rele arus lebih, nilai-nilai arus gangguan hubung singkat pada setiap lokasi gangguan yang diasumsikan , dipakai untuk memerikasi kerja rele arus lebih, apakah masih dapat dinilai selektip atau nilai setelan harus diubah kenilai lain yang memberikan kerja rele yang lebih
(28)
selektip, atau didapatkan kerja selektipitas yang optimum (rele bekerja tidak terlalu lama tetapi menghasilkan selektipitas yang baik).
Sedangkan untuk setelan arus dari rele arus lebih dihitung berdasarkan arus beban yang mengalir di penyulang atau incoming trafo, artinya :
1. Untuk rele arus lebih yang terpasang di penyulang dihitung berdasarkan arus beban maksimum yang mengalir di penyulang.
2. Untuk rele arus lebih yang terpasang di incoming trafo dihitung berdasarkan arus nominal trafo tersebut.
Rele inverse biasa diset sebesar 1,05 – 1,1 x I bebab , sedangkan rele definite
diset sebesar 1,2 – 1,3 x I bebab .
Persyaratan lain yang harus dipenuhi adalah waktu minimum dari rele arus lebih (terutama di penyulangan) tidak lebih kecil dari 0,3 detik. Pertimbangan ini diambil agar rele tidak sampai trip lagi akibat arus inrush dari trafo-trafo distribusi yang memang sudah tersambung di jaringan distribusi, sewaktu PMT penyulang tersebut di masukkan.
2.3.1. Fungsi
Pada prinsipnya rele pengaman yang dipasang pada sistem tenaga listrik mempunyai 3 macam fungsi, yaitu :
1. Merasakan, mengukur, dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta memisahkan secepatnya
(29)
3. Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem yang lain yang tidak terganggu di dalam sistem tersebut serta dapat beroperasi normal, juga untuk mencegah meluasnya gangguan.
2.3.2. Syarat-syarat rele pengaman
Pada sistem tenaga listrik, rele memegang peran yang sangat vital. Pengaman berkualitas yang baik memerlukan relai pengaman yang baik juga. Untuk itu ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhi oleh rele pengaman, seperti tersebut berikut ini.
2.3.2.1. Kecepatan Bereaksi
Rele pengaman harus dapat bekerja dengan cepat. jika ada gangguan, misalnya isolasi bocor akibat adanya gangguan tegangan lebih terlalu lama sehingga peralatan listrik yang diamankan dapat mengalami kerusakan. Namun demikian, rele tidak boleh bekerja terlalu cepat. Di samping itu, waktu kerja rele tidak boleh melampaui waktu penyelesaian kritis (critical clearing time). Pada sistem yang besar atau luas, kecepatan kerja relai pengaman mutlak diperlukan karena untuk menjaga kestabilan sistem agar tidak terganggu. Hal ini untuk mencegah relai salah kerja.
Waktu bereaksi ini memang diusahakan secepat mungkin sehingga kerusakan-kerusakan pada alat yang ditimbulkan gangguan tersebut dapat dicegah serta membatasi meluasnya pengaruh akibat adanya gangguan tersebut. Adapun
(30)
waktu total yang diperlukan untuk memutuskan hubungan adalah jumlah waktu bereaksi dari rele dengan waktu yang diperlukan untuk pelepasan Circuit Breaker, atau secara matematis dapat ditulis :
Top = Tp + Tob ... (2.1)
Dimana :
Top = Waktu total yang digunakan untuk memutuskan hubungan
Tp = Waktu bereaksi dari rele unit
Tob = Waktu yang digunakan untuk pelepasan CB
Sehubungan dengan batas-batas stabilitas dari sistem tenaga, maka suatu saat waktu bereaksi rele juga perlu dilambatkan (time delay) terutama untuk mengatur gangguan-gangguan sesaat, atau secara matematis dapat ditulis :
Top = Tp + Tob + T ... (2.2)
Dimana :
Tp = Waktu bereaksi dari rele unit
Tob = Waktu yang digunakan untuk pelepasan CB
(31)
2.3.2.2. Selektivitas
Selektivitas berarti rele harus mempunyai daya beda (discrimmirzation) terhadap bagian yang terganggu, sehingga mampu dengan tepat memilih bagian dari sistem tenaga listrik yang terkena gangguan. Kemudian rele bertugas mengamankan peralatan atau bagian sistem dalam jangkauan pengamanannya. Tugas rele untuk mendeteksi adanya gangguan yang terjadi pada daerah pengamanannya dan memberikan perintah untuk rnembuka pemutus tenaga dan memisahkan bagian sistem yang terganggu. Letak pemutus tenaga sedemikian rupa sehingga setiap bagian dari sistem dapat dipisahkan. Dengan demikian bagian sistem lainnya yang tidak terganggu jangan sampai dilepas dan masih beroperasi secara normal, sehingga tidak terjadi pemutusan pelayanan. jika terjadi pemutusan atau pemadaman hanya terbatas pada daerah yang terganggu.
2.3.2.3. Kepekaan (sensitivitas)
Rele harus mempunyai kepekaan yang tinggi terhadap besaran minimal (kritis) sebagaimana direncanakan. Rele harus dapat bekerja pada awal terjadinya gangguan. Oleh karena itu, gangguan lebih mudah diatasi pada awal kejadian. Hal ini memberi keuntungan dimana kerusakan peralatan yang harus diamankan menjadi kecil.
Namun demikian, rele juga harus stabil, artinya
a. Rele harus dapat membedakan antara arus gangguan atau arus beban maksimum
(32)
b. Pada saat pemasukan trafo daya, rele tidak boleh bekerja karena adanya arus inrush, yang besarnya seperti arus gangguan, yaitu 3-5 kali arus beban maksimumnya
c. Rele harus dapat membedakan adanya gangguan atau ayunan beban.
2.3.2.4. Keandalan
Pada kondisi normal atau tidak ada gangguan, mungkin selama berbulan-bulan atau lebih rele tidak bekerja. Seandainya suatu saat terjadi gangguan maka rele tidak boleh gagal bekerja dalam mengatasi gangguan tersebut. Kegagalan kerja rele dapat mengakibatkan alat yang diamankan rusak berat atau gangguannya meluas sehingga daerah yang mengalami pemadaman semakin luas.
Rele tidak boleh salah kerja, artinya rele yang seharusnya tidak bekerja, tetapi bekerja. Hal ini menimbulkan pemadaman yang tidak seharusnya dan menyulitkan analisa gangguan yang tarjadi. Keandalan rele pengaman ditentukan dari rancangan, pengerjaan, beban yang digunakan, dan perawatannya.
2.3.2.5. Ekonomis
Satu hal penting yang harus diperhatikan sebagai persyaratan rele pengaman adalah masalah harga atau biaya. Rele tidak akan diaplikasikan dalam sistem tenaga listrik, jika harganya sangat mahal. Persyaratan reliabilitas,
(33)
sensitivitas, selektivitas, dan kecepatan kerja rele hendaknya tidak menyebabkan harga rele tersebut menjadi mahal.
2.4. Rele Pengaman Generator (9) (10) 2.4.1. Arus Lebih (Overcurrent)
Rele arus lebih adalah rele yang bekerja terhadap arus lebih, rele akan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya ( I set ). Prinsip kerjanya adalah pada dasarnya rele arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting.
Macam-macam karakteristik relay arus lebih :
a. Rele waktu seketika (Instantaneous relay)
Rele yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir melebihi nilai settingnya, rele akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik. Dapat kita lihat pada Gambar 2.9 dibawah ini.
(34)
Gambar 2.9 Karakteristik rele waktu seketika
b. Rele arus lebih waktu tertentu (Definite time relay)
Rele ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is), dan jangka waktu kerja rele mulai pick up sampai kerja rele diperpanjang dengan waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan rele, lihat Gambar 2.10. dibawah ini.
(35)
c. Rele arus lebih waktu terbalik (Inverse time relay)
Rele ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Dapat kita lihat pada Gambar 2.11 dibawah ini. Karakteristik ini bermacam-macam. Setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok : Normally inverse, Very inverse, Extremely inverse.
Gambar 2.11 Karakteristik rele waktu Inverse
Normally inverse :t = 0,140,02
1 x k
( /I I ) −
>
... (2.3) Very inverse :t = 13,5
1 x k
( /I I )−
>
... (2.4) Extremely inverse :t = 80
2 1
x k ( /I I ) − >
... (2.5) Dimana :
t : Waktu kerja dalam det ik
(36)
I : Nilai arus gangguan
I> : Nilai penyetelan arus
2.4.2. Reverse power Relay
Reverse power biasanya digunakan untuk menjelaskan mengenai fenomena perubahan bentuk kerja dari generator menjadi motor, jadi dalam kejadian ini, sebuah generator yang tadinya menghasilkan daya listrik, berubah menjadi menggunakan daya listrik, dengan kata lain generator menjadi motor listrik. Hal ini bisa terjadi karena pada dasarnya antara generator dan motor memiliki konstruksi yang sama dan jika:
1. Generator dihubungkan paralel atau bergabung dalam suatu jaringan dengan generator lain.
2. Torsi yang dihasilkan oleh penggerak mula (prime mover, dalam hal ini misalkan turbin uap, turbin air, atau mesin diesel) lebih kecil dari torsi yang dibutuhkan untuk menjaga agar kecepatan rotornya berada pada kecepatan proporsionalnya (dengan referensi frekuensi sistem).
3. Terjadi kehilangan torsi dari penggerak mulanya (dengan kata lain penggerak mulanya seperti turbin atau mesin diesel "TRIP" atau mengalami kegagalan operasi) dan generator masih terhubung dengan jaringan. Karena masih ada kecepatan sisa pada rotornya, sedangkan disisi statornya ada tegangan dari jaringan, sehingga tegangan di stator menginduksi ke lilitan rotor yang berputar.
(37)
Dampak reverse power adalah sebagai berikut:
1. Untuk diesel generator dapat terjadi ledakan pada ruang bakarnya karena adanya akumulasi bahan bakar yang tak terbakar sedangkan rotor terus berputar
2. Pada gas turbin juga akan merusak gearboxnya. 3. Pada hydro plant (turbin air) akan terjadi kavitasi.
Inti dari semuanya, jika terjadi reverse power pada suatu unit pembangkit listrik adalah terjadi kerusakan pada peralatan penggerak mulanya (prime mover) atau turbinnya. oleh karena itu pada generator dipasang relay reverse power sebagai pengamannya, dan biasanya interlock dengan generator CB nya, segera diamankan berdasarkan IEEE Std C37.102-1995 tergantung dari prime mover.
Tabel 2.1 Batas daya Motoring yang harus diamankan berdasarkan jenis penggerak mula (prime mover)
Jenis Penggerak Daya Aktif yang diserap Diesel
Turbin Uap
Turbin Gas
25 % Name plate rating
3 % Name plate rating
(38)
BAB III
SISTEM KELISTRIKAN DAN PENGAMAN STANDBY
GENERATOR
3.1. Sistem Kelistrikan di Pabrik Coca – Cola di Medan
Tenaga listrik di Pabrik Coca-Cola Bottling Indonesia Martubung – Medan Belawan dipasok oleh PLN yang terbagi atas tiga buah trafo yang besar masing-masing trafo sebesar 360 KVA yang terdiri atas 28 beban (LD) dengan total lebih kurang sebesar 1870.5 KW, sesuai dengan proses produksi Pabrik Coca-Cola Bottling Indonesia Martubung – Medan Belawan tersebut, dapat dilihat pada gambar di bawah ini (Gambar 3.1) :
(39)
Coca-Cola Bottling Indonesia Martubung – Medan Belawan memiliki tiga buah bus main yang besar, dan jumlah dari tiap-tiap pembebanan dalam keadaan normal dapat dilihat pada Tabel 3.1 :
Tabel 3.1 Peralatan pada Pabrik Coca-Cola Bottling Indonesia 1. Rel Utama 1
Dengan jumlah total adalah 620 KW
Dari Daya (KW) Tegangan (Volt)
Arus (Ampere)
Power Factor Blower MGO 11 KW 400 V 19,84 0,8 Comperssor 60 KW 400 V 108,3 0,8
Boiler 2 55 KW 400 V 99,23 0,8
Power Telkomsel 1 KW 400 V 1,804 0,8
Dari Ke Daya
(KW) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Power Factor Power Line-1 Rel Sub Line 1 80 KW 400 V 144,3 0,8 Glycold Pump Rel Sub Line 1 30 KW 400 V 54,12 0,8
Dari Ke Daya
(KW) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Power Factor Power WWTP Line 1 Rel Sub Pemurnian air-1 90 KW 400 V 163,1 0,8 Power WTP line 1 Rel Sub Pemurnian air-1 35 KW 400 V 63,15 0,8 Power Hydrant Rel Sub Pemurnian air-1 48 KW 400 V 86,6 0,8 Power Got Pump Rel Sub Pemurnian air-1 15 KW 400 V 27.06 0,8
(40)
Dari Ke Daya (KW) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Power Factor Power Workshop Rel Sub Bengkel 35 KW 400 V 63,08 0,8 Power Uniplas Rel Sub Bengkel 160 KW 400 V 288,7 0,8
2. Rel Utama 2
Dengan jumlah total adalah 624.5 KW
Dari Daya (KW) Tegangan (Volt)
Arus (Ampere)
Power Factor Emergency Lightning 2,5 KW 400 V 4,511 0,8 Cooling Tower 45 KW 400 V 81,18 0,8
Dari Ke Daya
(KW) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Power Factor Power Line-2 Rel Sub Line 2 85 KW 400 V 153 0,8 Power Extract Line-2 Rel Sub Line 2 50 KW 400 V 90,21 0,8 Pwr Mycom PET Rel Sub Line 2 150 KW 400 V 270,6 0,8
Dari Ke Daya
(KW) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Power Factor Power WTP Rel Sub Pemurnian air-2 175 KW 400 V 316,1 0,8 Power WWTP-2 Rel Sub Pemurnian air-2 117 KW 400 V 210,7 0,8
(41)
3. Rel Utama 3
Dengan jumlah total adalah 626 KW
Dari Daya (KW) Tegangan (Volt)
Arus (Ampere)
Power Factor
Pwr Eroom 10 KW 400 V 18,04 0,8
Boiler 15 KW 400 V 27,06 0,8
Compressor Sulair+Atlas 80 KW 400 V 144,3 0,8
Dari Ke Daya
(KW) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Power Factor Power Line-3 Rel Sub Line 3 211 KW 400 V 381,1 0,8 Power Mycom line3 Rel Sub Line 3 150 KW 400 V 270,6 0,8 Power Liang Chi Rel Sub Line 3 30 KW 400 V 54,13 0,8
Dari Ke Daya
(KW) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Power Factor Pwr Main Officer Rel Sub Kantor 30 KW 400 V 54,13 0,8 Lightning villa,wsg,store Rel Sub Kantor 55 KW 400 V 99,23 0,8 Power Marketing Office. Rel Sub Kantor 45 KW 400 V 81,19 0,8
Pabrik Coca-Cola Bottling Indonesia Martubung – Medan Belawan memiliki dua buah generator sebagai cadangan listrik pada saat terjadi pemadaman oleh PLN, yaitu (Gambar 3.2):
(42)
1. Genset Caterpillar sebesar Reting genset Caterpillar:
Daya :1500 KVA/1200 KW Tegangan : 400 Volt
Arus : 2165 Amper
Power faktor : 0,8 1500 rpm
2. Genset MGO sebesar
Daya : 625 KVA/500 KW Tegangan : 400 Volt
Arus : 902,1 Amper
Power faktor : 0,8 1500 rpm
(43)
PT. PLN (Persero) wilayah Sumatra Utara dengan generator tidak mengalami interconection dan bekerja secara manual dan sendiri-sendiri, maka generator terlebih dahulu telah dihidupkan dengan seling waktu lebih kurang 1 jam sebelum pemadaman akan tetapi belum dihubungkan dengan jaringan beban.
Generaor akan memasok listrik kesebagian beban, sebagian lagi mengalami pemadaman, beban yang mengalami pemadaman adalah sebagai berikut dan memiliki data impedasi setiap unit dan impedansi base (Tabel 3.2) :
1. Power WWTP Line 1 90 KW (Rel Utama 1) 2. Power WTP line 1 35 KW (Rel Utama 1) 3. Power Uniplas 160 KW (Rel Utama 1)
Dengan mengkelompokkan jaringan PLN dan generator dengan beban, maka dapat di gambarkan keseluruhannya, seperti gambar di bawah (Gambar 3.3):
(44)
Table 3.2 Impedansi setiap unit dan impedansi base Mesin Impedansi
(per unit)
Impedansi (1,5 MVA Base) Caterpillar
MGO
Kabel 1,2 dan 3 Power Line-1 Glycold Pump Power Hydrant Power Got Pump Power Workshop BLOWER MGO COMPRESSOR Boiler2
Power Line2
Power Extract Line-2
0,12 0,12 0,2 0,2783 0,2 0,2783 0,2 0,2783 0,2 0,2 0,2 0,2 0,12 0,288 0,048 3,75 11,282 5 21,971 9,677 29,817 4 4,347 4,054 6,818
3.2. Sistem Proteksi
Peralatan proteksi yang ada pada sistem kelistrikan berfungsi untuk melindungi peralatan, operator, dan benda-benda yang ada disekitarnya terhadap gangguan atau keadaan tidak normal sistem tenaga listrik dengan membebaskan bagian yang tidak bekerja dengan normal secara cepat dan tepat. Selain itu jika terjadi gangguan pada sistem tersebut, maka peralatan proteksi dapat membatasi daerah yang terkena gangguan sehingga mutu dan keandalan sistem tenaga dapat terjamin.
(45)
Segala gangguan yang timbul pada sistem tenaga listrik dapat terdeteksi dan kemungkinan akan terjadinya kerusakan pada peralatan akan lebih kecil. Peralatan proteksi memiliki beberapa persyaratan harus dipenuhi. Peralatan proteksi yang digunakan harus selektif, sensitif, dan cepat bereaksi terhadap gangguan.
Berikut ini adalah tabel-tabel yang berisi data rele yang ada saat ini di PT Coca-Cola Bottling Indonesia Martubung – Medan Belawan (Tabel 3.3) :
Tabel 3.3 Data rele dan lokasi
Lokasi Jenis Rele
Genset Caterpillar XP2 – R SEG (Reverse Power Relay)
SPAJ 131 C (Overcurrent Relay)
Genset MGO XP2 – R SEG (Reverse Power Relay)
SPAJ 131 C (Overcurrent Relay)
1. Rel Utama SPAJ 131 C (Overcurrent Relay)
2. Rel Utama SPAJ 131 C (Overcurrent Relay)
(46)
3.3. Rele pengaman pada generator
Over Current Relay, rele ini digunakan untuk mengamankan generator dari arus
lebih yang dapat menimbulkan panas pada belitan stator.
Reverse Power Relay, rele ini digunakan untuk melindungi generator apabila
generator berfungsi sebagai motor akibat output dari penggerak menurun sehingga akan terjadi pengaliran daya dari sistem ke generator.
(47)
BAB IV
ANALISA SETTING RELE
4.1. Setting pengaman Reverse Power Relay
Generator beralih fungsi sebagai motor terjadi pada saat suplai energi ke prime mover di hentikan sementara generator masih dalam kondisi on line. Peristiwa motoring, peristiwa dimana terjadinya pernarikan daya aktif ini dapat mengakibatkan beban yang terlalu besar pada jaringan.
Berdasarkan standar IEEE Std C37.102-1995, yang ada pada bab 2, standar waktu tunda (delay) yang diaplikasikan untuk daya balik adalah 30 detik. Delay tersebut dapat digunakan untuk mencegah operasi selama power swing yang disebabkan gangguan pada sistem atau pada saat terjadi sinkronisasi pada mesin generator ke sistem. Dengan menggunakan penggerak mula (prime mover) diesel, daya aktif maksimal yang diijinkan adalah 25% dari name plate rating, maka dapat diperoleh nilai setting pada rele tersebut dibawah ini :
Perhitungan
S Genset Caterpillar = 1500 KVA
Ratio Phase PT = 400/120 = 3,33
Ratio CT = 2500/5 = 500
(48)
PR = N N I U nPT nCT S × × × × × 3 cosφ
x PRG
=
6
1,5 10 0,80
25% 3 500 3, 33 120 5
× × ×
× × × ×
= 17 %
S Genset MGO = 625 KVA
Ratio Phase PT = 400/120 = 3,33
Ratio CT = 1000/5 = 200
Daya balik (reverse power) yang diijinkan :
PR =
N N I U nPT nCT S × × × × × 3 cosφ
x PRG
=
6
0,625 10 0,80
25% 3 200 3, 33 120 5
× × ×
× × × ×
= 18 %
Jadi jika dikehendaki trip pada 25% dari reverse power Genset Caterpillar harus disetting 17 % dan Genset MGO harus disetting 18 %
(49)
Tabel 4.1 Setting Rele reverse power
Dari data yang diperoleh pada tabel diatas, maka dapat diketahui bahwa pada saat setelah 20 detik generator berubah fungsi menjadi motor dengan daya 204 KW (genset Caterpillar) dan 90 KW (genset MGO), maka CB genset tersebut akan trip untuk geneset MGO.
4.2. Arus gangguan hubung singkat
Untuk menghitung arus gangguan hubung singkat menggunakan teorema thevenin, pada Gambar 4.1 yaitu gambar sederhana dari gambar satu garis dari pabrik dan Tabel 4.2 adalah tabel impedansi yang terdapat pada pabrik.
Rel utama 1 Rel utama 2 Rel utama 3 Impedansi Kabel 1 Impedansi Kabel 2 Impedansi Kabel 3
Genset 2
Genset 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Gambar 4.1 Ekivalen diagram satu garis di pabrik
Setting Parameter Nilai
Reverse Trip Pickup Genset Caterpillar
Reverse Trip Pickup Genset MGO
Reverse Trip Delay
17 % rated KW
18 % rated KW
20 detik
204 KW
(50)
Table 4.2 Impedansi setiap unit dan Impedansi base
Pengenal Mesin Impedansi
(per unit)
Impedansi (1,5 MVA Base)
Genset 1 Caterpillar 0,12 0,12
Genset 2 MGO 0,12 0,288
Kabel 1,2 dan 3 0,048
1 Power Line-1 0,2 3,75
2 Glycold Pump 0,2783 11,282
3 Power Hydrant 0,2 5
4 Power Got Pump 0,2783 21,971
5 Power Workshop 0,2 9,677
6 BLOWER MGO 0,2783 29,817
7 COMPRESSOR 0,2 4
8 Boiler2 0,2 4,347
9 Power Line2 0,2 4,054
10 Power Extract Line-2 0,2 6,818
11 Pwr Mycom PET 0,2 1,604
12 Power WTP 0,2 1,960
13 Power WWTP-2 0,2 2,564
14 Cooling Tower 0,2 5,357
15 Power Line-3 0,2 1,621
16 Power Mycom line3 0,2 1,604
17 Power Liang Chi 0,2783 10,985
18 Pwr Main Officer 0,2 15,789
(51)
20 Boiler 0,2783 21,971 21 Compressor Sulair+Atlas 0,2 3
Pada Rel Utama 1, pengenal (1 - 8)
1 1 1
0, 355303433 1 3, 75 11, 282
1 2,814495742
Rp
Rp pu
= + =
=
1 1 1 1
0, 245514541 2 5 21, 971 9, 677
2 4, 073078492
Rp
Rp pu
=
+ + =
=
1 1 1 1 1
Re 1 2,814495742 4, 073078492 9, 677 29,817
1 1
1, 21773741 4 4, 347
Re 1 0,821195105
RpTotal l
pu
RpTotal l pu
= + + +
+ + = =
Pada Rel Utama 2, pengenal (9 - 13)
1 1 1 1
1, 01678193 1 4, 054 6,818 1, 604
1 0, 983495054
Rp
Rp pu
= + + =
=
1 1 1
0, 900219682 2 1, 960 2, 564
2 1,110839965
Rp
Rp pu
= + =
=
1 1 1 1
2,103673259 Re 2 0, 983495054 1,110839965 5, 357
Re 2 0, 475358992
pu
RpTotal l
RpTotal l pu
= + + =
(52)
Pada Rel Utama 3, pengenal (15 - 21)
1 1 1 1
1, 33137777 1 1, 621 1, 604 10, 985
1 0, 75110162
Rp
Rp pu
= + + =
=
1 1 1
0,156671055 2 15, 789 10, 714
1 6, 382799909
Rp
Rp pu
= + =
=
1 1 1 1 1
1,866896701 Re 3 0, 75110162 6, 382799909 21, 971 3
Re 3 0, 535648276
pu
RpTotal l
RpTotal l pu
= + + + =
=
Dari Gambar 4.1 dan dari hasil data didapat, maka dapat disederhanakan yaitu pada Gambar 4.2. Dimana :
Impedansi Total Rel Utama 1 : 0,821195105pu
Impedansi Total Rel Utama 2 : 0,475358992pu
Impedansi Total Rel Utama 3 : 0,535648276pu
Rel utama 1 Rel utama 2 Rel utama 3 Impedansi Kabel 1 Impedansi Kabel 2 Impedansi Kabel 3
Genset 2
Genset 1
Impedansi Total Rel utama 1
Impedansi Total Rel utama 2
Impedansi Total Rel utama 3
(53)
Arus gangguan pada setiap titik gangguan yang sengaja dibuat, yaitu sebagai berikut :
• Arus gangguan pada Rel utama 1
Rel utama 2 Rel utama 3 Rel utama 1
Impedansi Kabel 2 Impedansi Kabel 3 Impedansi Kabel 1
Genset 2
Genset 1
Impedansi Total Rel utama 2
Impedansi Total Rel utama 3
Impedansi Total Rel utama 1
F
N
Gambar 4.3 Arus gangguan pada Rel utama 1 pada titik FN
Jika terjadi arus gangguan yang disengaja pada rel utama 1 tepatnya pada titik FN sseperti Gambar 4.3, maka dapat dihitung sebagai berikut:
1 1 1 1 1
0,12 0, 288 (0, 475358992 0, 048) (0, 535648276 0, 048) 1 15, 42965057 0, 064810281 Rp pu Rp Rp pu = + + + + + = =
Z1 = 0,064810281 + 0,048 = 0,112810281pu
Z2 = 0,821195105pu
0,112810281 X 0,821195105
Zth = 0,10536541
(54)
Z Th
V Th I Sc
Gambar 4.4 Arus gangguan dititik FN Rel utama 1 tegangan rel gangguan
V Th =
Base Tegangan
0, 4 1 0, 4 pu
= =
V Th I Sc =
Z Th =
1 9, 490780703 0,10536541 pu pu pu =
9,490780703 x 2,165 KA (Base Arus 1,5 MVA) = 20,54754022 KA
Maka arus hubung singkat (Gambar 4.4) yang terjadi pada rel utama 1 adalah sebesar 20,54754022 KA
• Arus gangguan pada Rel utama 2
Rel utama 1 Rel utama 3 Rel utama 2 Impedansi Kabel 1 Impedansi Kabel 3 Impedansi Kabel 2
Genset 2
Genset 1
Impedansi Total Rel utama 1
Impedansi Total Rel utama 3
Impedansi Total Rel utama 2
F
N
Gambar 4.5 Arus gangguan pada Rel utama 2 pada titik FN
Jika terjadi arus gangguan yang disengaja pada rel utama 2 tepatnya pada titik FN sseperti Gambar 4.5, maka dapat dihitung sebagai berikut:
(55)
1 1 1 1 1
0,12 0, 288 (0,821195105 0, 048) (0, 535648276 0, 048) 1 14, 70537286 0, 068002356 Rp pu Rp Rp pu = + + + + + = =
Z1 = 0,0680023 + 0,048 = 0,116002356pu
Z2 = 0,475358992pu
0,116002356 X 0,475358992
Zth = 0, 093237344
0,116002356 + 0,475358992 = pu
Z Th
V Th I Sc
Gambar 4.6 Arus gangguan dititik FN Rel utama 2 tegangan rel gangguan
V Th =
Base Tegangan
0, 4 1 0, 4 pu
= =
V Th I Sc =
Z Th =
1 10, 72531624 0, 093237344 pu pu pu =
10,72531624 x 2,165 KA (Base Arus 1,5 MVA) = 23,22030966 KA
Maka arus hubung singkat (Gambar 4.6) yang terjadi pada rel utama 2 adalah sebesar 23,22030966 KA
(56)
• Arus gangguan pada Rel utama 3
Rel utama 1 Rel utama 2 Rel utama 3 Impedansi Kabel 1 Impedansi Kabel 2 Impedansi Kabel 3
Genset 2
Genset 1
Impedansi Total Rel utama 1
Impedansi Total Rel utama 2
Impedansi Total Rel utama 3
F
N
Gambar 4.7 Arus gangguan pada Rel utama 3 pada titik FN
Jika terjadi arus gangguan yang disengaja pada rel utama 3 tepatnya pada titik FN sseperti Gambar 4.7, maka dapat dihitung sebagai berikut:
1 1 1 1 1
0,12 0, 288 (0,821195105 0, 048) (0, 475358992 0, 048) 1 14,86677961 0, 067264063 Rp Rp Rp pu = + + + + + = =
Z1 = 0,067264063 + 0,048 = 0,115264063pu
Z2 = 0,535648276pu
0,115264063 X 0,535648276
Zth = 0, 094853013
0,115264063 + 0,535648276 = pu Z Th
V Th I Sc
(57)
tegangan rel gangguan V Th =
Base Tegangan
0, 4 1 0, 4 pu
= =
V Th I Sc =
Z Th =
1 10, 54262768 0, 094853013 pu pu pu =
10,54262768 x 2,165 KA (Base Arus 1,5 MVA) = 22,82478892 KA
Maka arus hubung singkat (Gambar 4.8) yang terjadi pada rel utama 3 adalah sebesar 22,82478892 KA
• Arus gangguan pada Genset 1
Rel utama 1 Rel utama 2 Rel utama 3 Impedansi Kabel 1 Impedansi Kabel 2 Impedansi Kabel 3
Genset 2
Genset 1
Impedansi Total Rel utama 1
Impedansi Total Rel utama 2
Impedansi Total Rel utama 3
F
N
Gambar 4.9 Arus gangguan pada Genset 1 pada titik FN
Jika terjadi arus gangguan yang disengaja pada Genset 1 tepatnya pada titik FN sseperti Gambar 4.9, maka dapat dihitung sebagai berikut:
1 1 1
0, 288 (0, 475358992 0, 048)
1 1
(0, 535648276 0, 048) (0,821195105 0, 048) 1 8, 246806916 0,121259053 Rp pu Rp Rp pu = + + + + + + = =
(58)
Z1 = 0,121259053 + 0,048 = 0,169259053pu
Z2 = 0,12pu
0,169259053 X 0,12
Zth = 0, 070217634
0,169259053 + 0,12 = pu
Z Th
V Th I Sc
Gambar 4.10 Arus gangguan dititik FN Genset 1 tegangan rel gangguan
V Th =
Base Tegangan
0, 4 1 0, 4 pu
= =
V Th I Sc =
Z Th =
1 14, 24143681 0, 070217634 pu pu pu =
14,24143681 x 2,165 KA (Base Arus 1,5 MVA) = 30,8327107 KA
Maka arus hubung singkat (Gambar 4.10) yang terjadi pada Genset 1 adalah sebesar 30,8327107 KA
• Arus gangguan pada Genset 2
Rel utama 1 Rel utama 2 Rel utama 3 Impedansi Kabel 1 Impedansi Kabel 2 Impedansi Kabel 3
Genset 1
Genset 2
Impedansi Total Rel utama 1
Impedansi Total Rel utama 2
Impedansi Total Rel utama 3
F
N
(59)
Jika terjadi arus gangguan yang disengaja pada Genset 2 tepatnya pada titik FN sseperti Gambar 4.11, maka dapat dihitung sebagai berikut:
1 1 1
0,12 (0, 475358992 0, 048)
1 1
(0, 535648276 0, 048) (0,821195105 0, 048) 1 13,10791803 0, 076289766 Rp pu Rp Rp pu = + + + + + + = =
Z1 = 0,076289766 + 0,048 = 0,124289766pu
Z2 = 0,288pu
0,124289766 X 0,288
Zth = 0, 086821103
0,124289766 + 0,288 = pu Z Th
V Th I Sc
Gambar 4.12 Arus gangguan dititik FN Genset 2 tegangan rel gangguan
V Th =
Base Tegangan
0, 4 1 0, 4 pu
= =
V Th I Sc =
Z Th =
1 11, 51793694 0, 086821103 pu pu pu =
(60)
Maka arus hubung singkat (Gambar 4.12) yang terjadi pada Genset 2 adalah sebesar 24,93633348 KA
Tabel 4.3 Arus gangguan hubung singkat
Rel Tegangan
Bus (kV)
Isc (kA)
Genset Caterpillar (Genset 1) 0,4 30,8327107
Genset MGO (Genset 2) 0,4 24,93633348
Rel Utama 1 0,4 20,54754022
Rel Utama 2 0,4 23,22030966
Rel Utama 3 0,4 22,82478892
4.2.1. Analisis setting rele
Setelah mengetahui besar arus nominal dan arus gangguan hubung singkat (Tabel 4.3) yang mungkin terjadi pada peralatan – peralatan yang perlu diamankan, maka dapat dihitung arus – arus yang perlu diamankan agar tidak merusak peralatan dan menggangu kestabilan sistem.
Data – data peralatan yang diperlukan dalam menentukan setting rele pengaman adalah rating trafo arus, karakteristik rele yang digunakan, data kemampuan dari alat yang diamankan, serta rating tegangan kerja. Maka
(61)
perhitungan settting dan hasil dari perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.4 adalah sebagai berikut:
Setting Rele Untuk Rel Utama 1
Rele Rel Utama 1
Jenis Rele : SPAJ 131 C
Isc Rel Utama 1 : 20,54754022 KA
CT : 800/5 A
FLA : 604,3 A
Setting arus
I > primer = 1,05 x FLA
= 1,05 x 604,3
= 634,515 A
Nilai setelan tersebut adalah nilai primer. Untuk mendapatkan nilai setelan sekunder yang dapat desetkan pada rele arus lebih, maka harus dihitung dengan menggunakan data ratio trafo arus yang terpasang dipenyulang tersebut, yaitu sebagai berikut :
I > = I> primer x
1
CT
= 634,515 x 5
(62)
Setting Waktu ( Time Dial Setting) Dimana :
20547,54022
5181, 290332 3, 96571875
I ==
t = 0,020,14
1 x k
I −
t= 0,14 0,02
1 x k
5181, 290332 −
t = 0,750439204 x k
k = 0,1
t = 0,750439204 x 0,1= 0,07504392
Setting Rele Untuk Rel Utama 2
Rele Rel Utama 2
Jenis Rele : SPAJ 131 C
Isc Rel Utama 2 : 23,22030966 KA
CT : 1200/5 A
(63)
Setting arus
I > primer = 1,05 x FLA
= 1,05 x 1126,3
= 1182,615 A
Nilai setelan tersebut adalah nilai primer. Untuk mendapatkan nilai setelan sekunder yang dapat desetkan pada rele arus lebih, maka harus dihitung dengan menggunakan data ratio trafo arus yang terpasang dipenyulang tersebut, yaitu sebagai berikut :
I > = I> primer x
1
CT
= 1182,615 x 5
1200 = 4, 9275625 A
Setting Waktu ( Time Dial Setting) Dimana :
23220,30966
4712, 33184 4, 9275625
I ==
t = 0,020,14
1 x k
I −
t= 0,14 0,02
1 x k
4712, 33184 −
t = 0,759597453 x k
(64)
t = 0,759597453 x 0,1 = 0,075959745
Setting Rele Untuk Rel Utama 3
Rele Rel Utama 3
Jenis Rele : SPAJ 131 C
Isc Rel Utama 3 : 22,82478892 KA
CT : 1200/5 A
FLA : 1129,8 A
Setting arus
I > primer = 1,05 x FLA
= 1,05 x 1129,8
= 1186,29 A
Nilai setelan tersebut adalah nilai primer. Untuk mendapatkan nilai setelan sekunder yang dapat desetkan pada rele arus lebih, maka harus dihitung dengan menggunakan data ratio trafo arus yang terpasang dipenyulang tersebut, yaitu sebagai berikut :
I > = I> primer x
1
(65)
= 1186,29 x 5
1200 = 4, 9423 A
Setting Waktu ( Time Dial Setting) Dimana :
22824,78892
4618, 252417 4, 9423
I ==
t = 0,020,14
1 x k
I −
t= 0,14 0,02
1 x k
4618, 252417 −
t = 0,761570799 x k
k = 0,1
t = 0,761570799x 0,1 = 0,076157079
Rele Rel_Gen (Genset Caterpillar) Jenis Rele : SPAJ 131 C
Isc Rel Genset 1 : 30,8327107 KA
CT : 2500/5 A
(66)
Setting arus
I > primer = 1,05 x FLA
= 1,05 x 2165
= 2273,25 A
Nilai setelan tersebut adalah nilai primer. Untuk mendapatkan nilai setelan sekunder yang dapat desetkan pada rele arus lebih, maka harus dihitung dengan menggunakan data ratio trafo arus yang terpasang dipenyulang tersebut, yaitu sebagai berikut :
I > = I> primer x
1
CT
= 2273,25 x 5
2500 = 4, 5465 A
Setting Waktu ( Time Dial Setting) Dimana :
30832,7107
6781, 636578 4, 5465
I ==
t = 0,020,14
1 x k
I −
(67)
t= 0,14 0,02
1 x k
6781, 636578 −
t = 0,725530624 x k
k = 0,1
t = 0,725530624 x 0,1= 0,145106124
Rele Rel_Gen (Genset MGO) Jenis Rele : SPAJ 131 C
Isc Rel Genset 2 : 24,93633348 KA
CT : 1000/5 A
FLA : 902,1 A
Setting arus
I > primer = 1,05 x FLA
= 1,05 x 902,1
= 947,205 A
Nilai setelan tersebut adalah nilai primer. Untuk mendapatkan nilai setelan sekunder yang dapat desetkan pada rele arus lebih, maka harus dihitung dengan menggunakan data ratio trafo arus yang terpasang dipenyulang tersebut, yaitu sebagai berikut :
(68)
I > = I> primer x
1
CT
= 947,205x 5
1000 = 4, 736025 A
Setting Waktu ( Time Dial Setting) Dimana :
24936,33348
5265, 245323 4, 736025
I ==
t = 0,020,14
1 x k
I −
t= 0,14 0,02
1 x k
5265, 245323 −
t = 0,748907701 x k
k = 0,1
(69)
Tabel 4.4 Setting Rele arus lebih
No Nama rele CT I> td FLA k
1 Rele Rel Utama 1 800/5 3, 96571875 0,07504392 604,1 0,1 2 Rele Rel Utama 2 1200/5 4, 9275625 0,075959745 1126,3 0,1 3 Rele Rel Utama 3 1200/5 4, 9423 0,076157079 1129,8 0,1 4. Genset Caterpillar 2500/5 4, 5465 0,145106124 2165 0,2
5. Genset MGO 1000/5 4, 736025 0,14978154 902.1 0,2
Hasil Plot kurva arus terhadap waktu dari koordinasi rele untuk line proteksi dari Rele Rel Utama 1 , Rele Rel Utama 2 , Rele Rel Utama 3 dan Rele Rel_Gen, dengan menggunakan software power plot terlihat seperti Gambar 4.13.
(70)
Gambar 4.13. Kurva koordinasi line proteksi dari Rele 1. Rel Utama , Rele 2. Rel Utama , Rele 3. Rel Utama dan Rele Rel_Gen
(71)
BAB V
PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi dan analisis pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Terjadinya penurunan putaran pada penggerak mula akan terjadi penurunan tegangan yang dihasilkan oleh generator, sehingga generator berubah dari penghasil listrik sekarang menjadi mengambil listrik.
Standar yang diijinkan untuk reverse power, untuk penggerak diesel adalah 25% dari nominal, setting rele reverse power rele lebih cepat untuk mendeteksi daya aktif yang diserap dan sesegera mungkin memerintahkan CB untuk trip.
2. Dampak koordinasi pengaman (setting waktu) terhadap Generator::
• Bahwa semakin cepat reaksi CB terhadap hubung singkat, maka gangguan juga akan berkurang, sehingga generator dapat terlindungi dari gangguan
• Namun bila waktu pemutusan CB melebihi dari waktu terjadinya hubung singkat, maka durasi gangguanu juga akan berlangsung lebih lama sehingga generator menjadi tidak stabil.
(72)
5.2 SARAN
Saran yang dapat diberikan untuk perbaikan dan pengembangan simulasi ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui data sebenarnya mengenai setting beberapa rele pengaman untuk analisis lebih lanjut.
2. Setting rele yang akan terpasang disetting sesuai dengan perhitungan dan analisa setting rele yang dihasilkan dari perhitungan agar sistem bekerja secara optimal.
(73)
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ramdhani, Mohammad, 2008, “Rangkaian Listrik”, Erlangga.
[2] Sumanto, MA, Drs., 1996, “Mesin Sinkron”, ANDI, Yogyakarta.
[3] Hukum Faraday, http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/hukum-hukum-dasar-listrik.html
[4] Wijaya, Mochtar, 2001, “Dasar – Dasar Mesin Listrik”, Djambatan, Jakarta
[5] Sinkronis dari elektronic a magazine,
[6] Supriyadi, Edy,Drs., 1999, “Sistem Pengaman Tenaga Listrik”, Adicita Karya Nusa, Yogyakarta.
[7] User’s Guide Relays, 1986 “Time-lag overcurrent and ground foult relay”
[8] Dinas Proteksi, DIVLUR/DITUSAHA, “Koordinasi Relay Arus Lebih dan Gangguan Tanah”, PT. PLN (Persero) Kantor Pusat.
[9] Laboratorium Simulasi Sistem Tenaga Listrik,
[10] Power System Relaying Committee, December 1995., “IEEE Guide for AC Generator Protection”, USA
(74)
LAMPIRAN
(75)
(76)
(1)
BAB V
PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi dan analisis pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Terjadinya penurunan putaran pada penggerak mula akan terjadi penurunan tegangan yang dihasilkan oleh generator, sehingga generator berubah dari penghasil listrik sekarang menjadi mengambil listrik.
Standar yang diijinkan untuk reverse power, untuk penggerak diesel adalah 25% dari nominal, setting rele reverse power rele lebih cepat untuk mendeteksi daya aktif yang diserap dan sesegera mungkin memerintahkan CB untuk trip.
2. Dampak koordinasi pengaman (setting waktu) terhadap Generator::
• Bahwa semakin cepat reaksi CB terhadap hubung singkat, maka gangguan juga akan berkurang, sehingga generator dapat terlindungi dari gangguan
• Namun bila waktu pemutusan CB melebihi dari waktu terjadinya hubung singkat, maka durasi gangguanu juga akan berlangsung lebih lama sehingga generator menjadi tidak stabil.
(2)
5.2 SARAN
Saran yang dapat diberikan untuk perbaikan dan pengembangan simulasi ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui data sebenarnya mengenai setting beberapa rele pengaman untuk analisis lebih lanjut.
2. Setting rele yang akan terpasang disetting sesuai dengan perhitungan dan analisa setting rele yang dihasilkan dari perhitungan agar sistem bekerja secara optimal.
(3)
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ramdhani, Mohammad, 2008, “Rangkaian Listrik”, Erlangga.
[2] Sumanto, MA, Drs., 1996, “Mesin Sinkron”, ANDI, Yogyakarta.
[3] Hukum Faraday, http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/hukum-hukum-dasar-listrik.html
[4] Wijaya, Mochtar, 2001, “Dasar – Dasar Mesin Listrik”, Djambatan, Jakarta
[5] Sinkronis dari elektronic a magazine,
[6] Supriyadi, Edy,Drs., 1999, “Sistem Pengaman Tenaga Listrik”, Adicita Karya Nusa, Yogyakarta.
[7] User’s Guide Relays, 1986 “Time-lag overcurrent and ground foult relay”
[8] Dinas Proteksi, DIVLUR/DITUSAHA, “Koordinasi Relay Arus Lebih dan
Gangguan Tanah”, PT. PLN (Persero) Kantor Pusat.
[9] Laboratorium Simulasi Sistem Tenaga Listrik,
[10] Power System Relaying Committee, December 1995., “IEEE Guide for
(4)
LAMPIRAN
(5)
(6)