ANALISIS SISTEM DISTRIBUSI DAN KOORDINASI PROTEKSI SISTEM 33KV AKIBAT TERJADINYA SHORT CIRCUIT PADA TRANSFORMATOR TH-TR-01 DI ISLAND TANJING HARAPAN PT PUPUK KALTIM MENGGUNAKAN METODE REVIEW BY EVIDENT - ITS Repository

  Tugas Akhir – TE141599

ANALISIS SISTEM DISTRIBUSI DAN KOORDINASI

PROTEKSI SISTEM 33KV AKIBAT TERJADINYA SHORT

CIRCUIT PADA TRANSFORMATOR TH-TR-01 DI

  

ISLAND TANJING HARAPAN PT PUPUK KALTIM

MENGGUNAKAN METODE REVIEW BY EVIDENT

  Dwi Iqbal Aripa NRP 2212100138 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Margo Pujiantara, M.T.

  Ir. Arif Musthofa, M.T.

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

  Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

  FINAL PROJECT – TE141599

DISTRIBUTION SYSTEM ANALYSIS AND PROTECTION

COORDINATION 33KV SYSTEM CAUSED BY SHORT

CIRCUIT ON TRANSFORMATOR TH-TR-01 AT

TANJUNG HARAPAN ISLAND PT PUPUK KALTIM

USING REVIEW BY EVIDENT METHOD

  Dwi Iqbal Aripa NRP 2212100138

  Advisors Dr. Ir. Margo Pujiantara, M.T.

  Ir. Arif Musthofa, M.T.

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

  Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2016

  

ANALISIS SISTEM DISTRIBUSI DAN KOORDINASI

PROTEKSI SISTEM 33KV AKIBAT TERJADINYA SHORT

CIRCUIT PADA TRANSFORMATOR TH-TR-01 DI ISLAND

TANJUNG HARAPAN PT PUPUK KALTIM MENGGUNAKAN

METODE REVIEW BY EVIDENT

  Nama Mahasiswa : Dwi Iqbal Aripa NRP : 2212 100 138 Pembimbing : 1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, M.T.

  : 2. Ir. Arif Musthofa, M.T.

  Abstrak

  Dalam meningkatkan hasil produksi, dibutuhkan pengembangan dan pembaruan peralatan penunjang produksi, seperti generator, motor, transformator, dan peralatan lainnya. Saat ini PT Pupuk Kaltim telah melakukan pembaruan transformator yaitu TH-TR- 01 sebesar 15 MVA pada bus 33 KV di Island Tanjung Harapan. Pembaruan transformator ini diiringi dengan penambahan beban baru namun, beban tersebut belum selesai dibangun, sehingga transformator yang sudah dihubungkan dengan box jointing terminal mengalami hubung singkat akibat proses kondensasi pada terminasi kontak kabel ke

  

bushing transformator. Hubung singkat tersebut mengakibatkan island

lain juga merasakan gangguan karna sistem yang saling terhubung.

  Sehubungan dengan hal tersebut perlu dilakukan analisis terhadap sistem distribusi dan koordinasi proteksi eksisting PT Pupuk Kaltim sehingga didapatkan koordinasi proteksi yang tepat dalam mendeteksi dan mengisolir gangguan. Pada tugas akhir ini dilakukan analisis sistem dan studi koordinasi dari sistem distribusi PT Pupuk Kaltim untuk mengetahui sistem distribusi serta setting rele yang tepat ketika terjadi

  

short circuit pada transformator TH-TR-01 di Island Tanjung Harapan.

  Kata kunci : Analisis sistem distribusi, Koordinasi proteksi, Resetting rele.

  

DISTRIBUTION SYSTEM ANALYSIS AND PROTECTION

COORDINATION 33KV SYSTEM CAUSED BY SHORT

CIRCUIT ON TRANSFORMATOR TH-TR-01 AT TANJUNG

HARAPAN ISLAND PT PUPUK KALTIM USING REVIEW BY

EVIDENT METHOD

  Name of Student : Dwi Iqbal Aripa NRP : 2212 100 138 Advisor : 1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, M.T.

  : 2. Ir. Arif Musthofa, M.T.

  Abstrack In improving the production, development and updates are

required to support production equipment, such as generators, motors,

transformers, and other equipment. Today, PT Pupuk Kaltim has done

an update 15 MVA transformer namely TH-TR-01 at 33 KV bus in

Island Tanjung Harapan. That updates is accompanied with the addition

of new load, but has not yet been completed, so the transformer which is

connected to the terminal box jointing became short due to condensation

on contact termination cable bushing into the transformer. The short

circuit resulted another island also felt short circuit because island is

an interconnected system . Because of it analysis of the distribution

system and protection of the existing coordination PT Pupuk Kaltim are

needed to obtain appropriate protection in the coordination of detecting

and isolating fault. In this final project, distribution system analysis and

proteciton coordination studies of the distribution system PT Pupuk

Kaltim is done to find the right distribution system and setting relay

when a short circuit in the transformer TH-TR-01 in Island Tanjung

Harapan happened.

  

Keywords : Distribution system analysis, Protection Coordination,

Resetting Relay .

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL LEMBAR PERNYATAAN LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK ................................................................................................i ABSTRACT........................................................................................... iii KATA PENGANTAR .............................................................................v DAFTAR ISI......................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ..............................................................................xi DAFTAR TABEL................................................................................ xiii

  BAB 1 PENDAHULUAN

  1.1 Pendahuluan.....................................................................................1

  1.2 Perumusan Masalah .........................................................................2

  1.3 Tujuan ..............................................................................................2

  1.4 Metodologi.......................................................................................2

  1.5 Sistematika Penulisan ......................................................................3

  1.6 Manfaat ............................................................................................5

  BAB 2 KOORDINASI PROTEKSI SISTEM KELISTRIKAN

  2.1 Gangguan Beban Lebih....................................................................7

  2.2 Gangguan Hubung Singkat ..............................................................7

  2.3 Perhitungan Arus Hubung Singkat...................................................7

  2.3.1 Hubung Singkat Tiga Fasa ....................................................7

  2.3.2 Hubung Singkat Antar Fasa ..................................................9

  2.3.3 Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah.....................................9

  2.4 Trafo Arus ........................................................................................9

  2.5 Trafo Isolasi ...................................................................................10

  2.6 Rele Proteksi ..................................................................................10

  2.7 Rele Arus Lebih .............................................................................11

  2.7.1 Rele Arus Lebih Waktu Invers............................................11

  2.7.2 Rele Arus Lebih Waktu Tertentu ........................................11

  2.7.3 Rele Arus Lebih Waktu Instan ............................................12

  2.8 Penyetelan Rele Arus Lebih...........................................................12

  2.8.1 Penyetelan Rele Arus Lebih Waktu Invers .........................13

  2.8.2 Penyetelan Rele Arus Lebih Waktu Instan ......................... 15

  2.9 Koordinasi Berdasarkan Arus dan Waktu...................................... 15

  2.10 Rele Gangguan Ke Tanah .............................................................. 16

  

BAB 3 SISTEM KELISTRIKAN ISLAND TANJUNG HARAPAN

PT PUPUK KALTIM

  3.1 Sistem Kelistrikan Island Tanjung Harapan .................................. 17

  3.2 Kapasitas Pembangkitan ................................................................ 18

  3.3 Sistem Distribusi Island Tanjung Harapan .................................... 18

  3.4 Data Beban Island Tanjung Harapan ............................................. 19

  3.5 Sistem Proteksi Island Tanjung Harapan ....................................... 20

  BAB 4 SIMULASI DAN ANALISIS SISTEM SERTA KOORDINASI PROTEKSI PADA ISLAND TANJUNG HARAPAN PT PUPUK KALTIM

  4.1 Pemodelan Sistem Kelistrikan Island Tanjung Harapan................ 23

  4.2 Simulasi dan Analisis Eksisting Sistem Distribusi Island Tanjung Harapan.......................................................................................... 24

  4.3 Simulasi dan Analisis Sistem Distribusi Island Tanjung Harapan dengan Transformator Isolasi ........................................................ 31

  4.4 Pemodelan Tipikal Koordinasi Island Tanjung Harapan dengan Trafo Isolasi ................................................................................... 33

  4.5 Analisis Arus Hubung Singkat....................................................... 34

  4.5.1 Analisis Hubung Singkat Minimum ................................... 35

  4.5.2 Analisis Hubung Singkat Maksimum ................................. 35

  4.6 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa Tipikal .................... 35

  4.6.1 Koordnasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa Tipikal Utama 1 ..................................................................................................... 36

  4.6.2 Koordnasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa Tipikal Utama 2 ..................................................................................................... 49

  4.6.3 Koordnasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa Tipikal Lain .. 64

  4.7 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Ke Tanah Tipikal ............ 73

  4.7.1 Koordnasi Rele Arus Lebih Gangguan Tanah Tipikal 1..... 74

  4.7.2 Koordnasi Rele Arus Lebih Gangguan Tanah Tipikal 2..... 79

  4.7.3 Koordnasi Rele Arus Lebih Gangguan Tanah Tipiakl 3..... 84

  BAB 5 PENUTUP

  5.1 Kesimpulan ....................................................................................87

  5.2 Saran ..............................................................................................87 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................89 BIOGRAFI PENULIS ...........................................................................91

  

DAFTAR GAMBAR

  HALAMAN

Gambar 1.1 Diagram metodologi pengerjaan tugas akhir .....................4Gambar 2.1 Model diagram listrik trafo arus.........................................9Gambar 2.2 Diagram blok urutan kerja rele proteksi...........................10Gambar 2.3 Karakteristik rele arus lebih waktu invers........................12Gambar 2.4 Karakteristik rele arus lebih waktu instan........................13Gambar 2.5 Kombinasi rele arus lebih waktu instan dan invers..........14Gambar 3.1 Single line diagram eksisting Island Tanjung Harapan ...17Gambar 3.2 Single line diagram PT KDM Utility Center ...................18Gambar 4.1 Pemodelan sistem kelistrikan Island Tanjung Harapan ...23Gambar 4.2 Pemodelan daerah transformator TH-TR-01....................24Gambar 4.3 Simulasi short circuit pada transformator TH-TR-01 ......25Gambar 4.4 Hasil simulasi sequence of operation...............................25Gambar 4.5 Plot kurva TCC eksisting rele ..........................................26Gambar 4.6 Posisi rele OCR_OUT81 dan OCR_INC81 .....................27Gambar 4.7 Posisi rele OCR_SP31 .....................................................27Gambar 4.8 Posisi rele Relay21 dan Relay30......................................28Gambar 4.9 Island rele Relay21 dan Relay30 .....................................29Gambar 4.10 Posisi rele F1-2, F2-3, dan INC-TIE-P-1501-2................29Gambar 4.11 Island rele F1-2, F2-3, dan INC-TIE-P-1501-2 ...............30Gambar 4.12 Island rele K3-BKR-11 dan rele Outgoing kaltim 2 ........30Gambar 4.13 Pemodelan arah aliran arus kontribusi .............................31Gambar 4.14 Pemodelan single line diagram baru dengan trafo isolasi 32Gambar 4.15 Hasil simulasi dengan trafo isolasi...................................32Gambar 4.16 Pemodelan letak rele yang bekerja...................................33Gambar 4.17 Tipikal-tipikal Island Tanjung Harapan ...........................34Gambar 4.18 Tipikal utama 1 Island Tanjung Harapan.........................37Gambar 4.19 Time-current curve existing tipikal utama 1a...................38Gambar 4.20 Time-current curve resetting tipikal utama 1a .................42Gambar 4.21 Time-current curve existing tipikal utama 1b ..................43Gambar 4.22 Time-current curve resetting tipikal utama 1b .................49Gambar 4.23 Tipikal utama 2 Island Tanjung Harapan.........................50Gambar 4.24 Time-current curve existing tipikal utama 2a...................51Gambar 4.25 Time-current curve resetting tipikal utama 2a ................ 55Gambar 4.26 Time-current curve existing tipikal utama 2b.................. 56Gambar 4.27 Time-current curve resetting tipikal utama 2b ................ 63Gambar 4.28 Tipikal lain Island Tanjung Harapan............................... 64Gambar 4.29 Time-current curve resetting tipikal lain 1 ...................... 68Gambar 4.30 Time-current curve resetting tipikal lain 2 ...................... 71Gambar 4.31 Time-current curve resetting tipikal lain 3 ...................... 73Gambar 4.32 Single line diagram tipikal 1 ........................................... 74Gambar 4.33 Time-current curve tipikal 1dari rele OCR_OUT2TH .... 77Gambar 4.34 Time-current curve tipikal 1dari rele OCR_OUT1TH .... 78Gambar 4.35 Single line diagram tipikal 2 ........................................... 79Gambar 4.36 Time-current curve tipikal 2 dari rele OCR_OUT81 ...... 82Gambar 4.37 Time-current curve tipikal 2 dari rele OCR_OUT82 ...... 83Gambar 4.38 Single line diagram tipikal 2 ........................................... 84Gambar 4.39 Time-current curve tipikal 2............................................ 86

  DAFTAR TABEL

  HALAMAN

Tabel 2.1 Tabel gangguan hubung singkat ............................................8Tabel 2.2 Tabel koefisien invers Merlin Gerin ....................................14Tabel 2.3 Tabel koefisien invers ABB.................................................15Tabel 3.1 Data kapasitas pembangkit di Island Tanjung Harapan.......18Tabel 3.2 Data level tegangan bus di Island Tanjung Harapan ...........19Tabel 3.3 Data trafo sistem distribusi Island Tanjung Harapan...........19Tabel 3.4 Data beban sistem distribusi di Island Tanjung Harapan.....21Tabel 4.1 Data arus hubung singkat minimum ....................................35Tabel 4.2 Data arus hubung singkat maksimum ..................................36

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Kontinuitas pasokan daya pada suatu industri sangat diperlukan untuk memastikan proses produksi tetap terlaksana maka diperlukan koordinasi proteksi yang baik. Diharapkan ketika terjadi gangguan maka pemutus atau circuit breaker (CB) yang terletak paling dekat dengan titik gangguan dapat bekerja terlebih dahulu. Ketika CB yang paling dekat dengan titik gangguan mengalami kegagalan maka CB backup akan segera bekerja sesuai dengan waktu yang telah ditentukan.

  PT Pupuk Kaltim merupakan perusahaan pupuk dan juga anak perusahaan PT Pupuk Indonesia Holding Company yang terletak di Bontang, Kalimantan Timur. Dalam proses produksi, selain menggunakan generator milik sendiri, PT Pupuk Kaltim juga disuplai oleh sebuah perusahaan utility center yaitu PT Kaltim Daya Mandiri. Untuk meningkatkan hasil produksi maka PT Pupuk Kaltim melakukan pembaruan pada Transformator yaitu TH-TR-01 sebesar 15 MVA dan penambahan beban baru pada bus 33 KV di Island Tanjung Harapan, namun beban baru tersebut mengalami keterlambatan pemabngunan, sehingga transformator TH-TR-01 yang sudah terhubung dengan sistem mengalami short circuit pada box jointing terminal. Short circuit ini terjadi akibat proses kondensasi pada terminasi kontak kabel ke bushing transformator. Proses kondensasi ini terjadi karena adanya humidity yang terjebak di dalam box dan transformator tidak berbeban. Terjadinya

  

short circuit tersebut mengakibatkan island lain pada sistem PT KDM

  juga merasakan gangguan karena sistem island saling terhubung sehingga arus dari seluruh island mengalir pada titik gangguan. Oleh karena itu diperlukan review dan studi koordinasi proteksi ulang untuk memperoleh sistem koordinasi yang baik sehingga ketika terjadi gangguan, sistem lain tidak merasakan pengaruh.

  Tugas akhir ini membahas review sistem distribusi dan koordinasi proteksi pada PT Pupuk Kaltim akibat terjadinya short circuit pada transformator TH-TR-01 berdasarkan data dari Review by Evident, sehingga didapatkan sistem distribusi yang tepat dan koordinasi proteksi baru yang lebih baik. Koordinasi proteksi yang lebih baik diharapkan dapat bekerja maksimal dalam mendeteksi dan mengisolir gangguan, serta tidak mengganggu sistem yang beroperasi dan mencegah kerusakan pada peralatan listrik di industri.

  1.2 Permasalahan

  Permasalahan utama yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah bagaimana sistem distribusi dan koordinasi proteksi untuk HVCB (High

  

Voltage CB ) yang tepat pada Island Tanjung Harapan PT Pupuk Kaltim

ketika terjadi short circuit pada transformator TH-TR-01.

  1.3 Tujuan

  Tujuan dari tugas akhir ini diharapkan sebagai berikut:

  1. Memodelkan, mensimulasikan serta menganalisis sistem kelistrikan pada Island Tanjung Harapan PT Pupuk Kaltim.

  2. Mendapatkan sistem distribusi yang tepat pada Island Tanjung Harapan PT Pupuk Kaltim.

  3. Mendapatkan setting dari koordinasi rele arus lebih dan rele gangguan ke tanah tegangan menengah yang tepat pada Island Tanjung Harapan PT Pupuk Kaltim.

  4. Dapat digunakan sebagai masukan bagi PT Pupuk Kaltim dalam melakukan koordinasi proteksi yang tepat.

  5. Dapat menjadi referensi mengenai studi koordinasi rele arus lebih dan rele gangguan ke tanah bagi mahasiswa yang akan mengerjakan tugas akhir dengan permasalahan yang serupa.

  1.4 Metodologi

  Metodologi yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah:

  1. Studi Literatur Mengumpulkan dan mempelajari buku serta referensi yang berhubungan dengan koordinasi proteksi. Hal ini dilakukan untuk menambah pemahaman mengenai permasalahan yang dihadapi dan mengetahui langkah-langkah dalam menyelesaikan permasalahan tersebut.

  2. Pengumpulan Data Mengumpulkan data-data mengenai sistem kelistrikan di Island Tanjung Harapan PT Pupuk Kaltim meliputi single line dan data-data peralatan lainnya.

  diagram

  3. Pemodelan Sistem Memodelkan sistem kelistrikan Island Tanjung Harapan PT Pupuk Kaltim pada aplikasi ETAP. Pemodelan sistem dilakukan agar dapat melakukan simulasi untuk mengetahui aliran daya dan besarnya arus gangguan hubung singkat.

  4. Simulasi dan Review Simulasi dilakukan untuk mengetahui aliran daya, tegangan setiap bus dan gangguan hubung singkat. Nilai arus hubung singkat yang dibutuhkan adalah arus gangguan hubung singkat minimum dan maksimum pada setiap bus. Nilai arus gangguan hubung singkat maksimum adalah gangguan hubung singkat 3 fasa sedangkan nilai arus hubung singkat minimum adalah gangguan hubung singkat antar fasa. Nilai arus tersebut nantinya akan digunakan untuk menentukan setting rele proteksi. Lalu juga melakukan review terhadap sistem distribusi eksisting.

  5. Analisis Simulasi Dari simulasin yang dilakukan akan didapatkan hasil yang akan digunakan sebagai komponen untuk melakukan perhitungan

  setting proteksi yang tepat. Lalu hasil dari review akan digunakan untuk memperbarui sistem distribusi island.

  6. Pembuatan Laporan Tugas Akhir Laporan tugas akhir berisi hasil analisis koordinasi proteksi.

  Dengan nilai yang telah didapatkan diharapkan sistem proteksi dapat bekerja dengan cepat dan tepat.. Diagram metodologi pengerjaan dapat dilihat pada gambar 1.1.

1.5 Sistematika Penulisan

  Pada tugas akhir ini akan terbagi atas 5 bab dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

  Bab 1 : PENDAHULUAN Bab ini meliputi latar belakang permasalahan, tujuan, serta manfaat dari tugas akhir ini, penjabaran mengenai metodologi pengerjaan dan sistematika penulisan.

  Bab 2 : KOORDINASI PROTEKSI SISTEM KELISTRIKAN Bab ini menjabarkan mengenai teori-teori dan kajian pustaka yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini. Bab 3 : SISTEM KELISTRIKAN ISLAND TANJUNG HARAPAN PT PUPUK KALTIM Bab ini menjelaskan mengenai sistem kelistrikan eksisting pada Island Tanjung Harapan PT Pupuk Kaltim.

Gambar 1.1 Diagram metodologi pengerjaan tugas akhir Bab 4 : SIMULASI DAN ANALISIS SISTEM SERTA KOORDINASI PROTEKSI PADA ISLAND TANJUNG HARAPAN PT PUPUK KALTIM Perhitungan dan hasil simulasi yang telah dilakukan dibahas pada

  bab ini dengan rekomendasi setting rele untuk koordinasi proteksi dan hasil pengembangan sistem distribusi Island Tanjung Harapan . Bab 5 : PENUTUP Bab ini berisi saran dan kesimpulan dari hasil analisis yang telah dilakukan.

1.6 Manfaat

  Dengan tugas akhir ini diharapkan dapat memberikan manfaat yaitu sebagai rekomendasi bagi PT Pupuk Kaltim untuk pengemnbangan

  

Island Tanjung Harapan dan juga menjadi referensi bagi penelitian

selanjutnya mengenai koordinasi proteksi.

  ~Halaman ini sengaja dikosongkan~

BAB 2 KOORDINASI PROTEKSI SISTEM KELISTRIKAN Koordinasi proteksi dalam sistem tenaga listrik berperan penting

  untuk mengamankan peralatan dari kerusakan akibat terjadinya gangguan. Ketika terjadi gangguan dalam sistem tenaga listrik, sistem proteksi harus mampu mengisolir arus gangguan agar tidak terjadi kerusakan pada peralatan dan kontinuitas pelayanan tetap terjaga [1].

  2.1 Gangguan Beban Lebih

  Gangguan beban lebih adalah gangguan yang terjadi ketika arus yang mengalir dalam sistem melebihi arus nominal yang diizinkan (I>In) dan terjadi secara kontinu yang melebihi kapasitas dari peralatan listrik dan kapasitas proteksi sehingga mengakibatkan rusaknya peralatan listrik.

  2.2 Gangguan Hubung Singkat

  Gangguan lain pada sistem kelistrikan adalah gangguan hubung singkat. Gangguan ini digolongkan dalam dua kelompok yang pertama adalah gangguan hubung singkat tidak simetri atau asimetri. Gangguan ini adalah yang sering terjadi pada sistem kelistrikan dan contoh gangguan ini adalah gangguan hubung singkat antar fasa, satu fasa ke tanah, dan dua fasa ke tanah. Kelompok kedua adalah gangguan simetri dan contoh gangguan ini adalah gangguan hubung singkat tiga fasa. Tabel gangguan hubung singkat dapat dilihat pada tabel 2.1.

  2.3 Perhitungan Arus Hubung Singkat

  Dalam menghitung nilai arus hubung singkat dalam sistem kelistrikan secara umum dapat dilakukan dengan rumus berikut[2]:

2.3.1 Hubung Singkat Tiga Fasa (Asimetri)

  Hubung singkat tiga fasa terjadi ketika ketiga fasa terlibat. Besar arus gangguan tiga fasa ini ( ) dapat dihitung dengan persamaan berikut:

  (2.1) = Dimana adalah nilai tegangan line to netral dan adalah reaktansi urutan positif.

Tabel 2.1 Tabel gangguan hubung singkat Gangguan

  V

  I

  sc

  

  3V  

  X1 f

  X0 X2

  1 fasa ke tanah

  I

  2 _ ^{ } sc

  X1 f

  Hubung Singkat

RangkaianHubung

Singkat

  2 fasa ke tanah

  I

  2 _ ^{ } sc

  X2 X1 Vf 3 j

  Antar fasa

  Isc

  X1 f V 3 

  3 fasa ke tanah (simetri)

  Persamaan

X0) (X2

  2.3.2 Hubung Singkat Antar Fasa

  Hubung singkat ini terjadi ketika terlibatnya dua fasa tanpa terhubung ke tanah. Besar arus gangguan antar fasa ini ( ) dapat dihitung dengan persamaan berikut:

  √ √

  (2.2) = = = ≈ 0.866

  Dimana adalah nilai tegangan line to line dan adalah reaktansi urutan negatif.

  2.3.3 Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah

  Hubung singkat ini terjadi ketika terlibatnya impedansi urutan nol. Besar arus gangguan satu fasa ke tanah dapat dihitung dengan persamaan berikut:

  (2.3) =

  Jika sistem menggunakan pentanahan solid makan = 0

2.4 Trafo Arus (Current Transformer)

  Current Transformer atau yang biasa dikenal sebagai CT adalah

  peralatan yang berfungsi mentransformasikan besaran arus listrik yang memiliki skala besar agar dapat diaplikasikan untuk pengukuran ataupun proteksi. Prinsip kerja dari CT adalah arus yang mengalir pada sistem akan ditahan oleh kumparan primer sehingga menghasilkan fluks pada inti. Fluks mengalir menuju kumparan sekunder sehingga menghasilkan tegangan yang terinduksi pada kumparan sekunder. Model diagram listrik trafo arus dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Model diagram listrik trafo arus Jika terminal sisi sekunder tertutup dan CT merupakan transformator ideal maka berlaku persamaan berikut: (2.4)

  = Dimana dan adalah arus kumparan primer dan sekunder sedangkan dan adalah jumlah belitan primer dan sekunder.

  2.5 Trafo Isolasi

  Trafo jenis ini umumnya dirancang dengan memisahkan antara gulungan primer dengan gulungan sekunder dengan begitu terjadinya hubungan singkat antara primer dan sekunder akan dapat dihindari. Kelebihan trafo ini dapat membatasi arus lebih karena sisi sekunder dan primer tidak terhubung secara langsung. Pada sistem distribusi, arus hubung singkat dapat diperkecil oleh trafo isolasi dengan memamfaatkan impedansi yang terdapat di dalam trafo untuk menahan arus gangguan. Pada prinsipnya, cara penahanan arus gangguan sangat mirip dengan cara kerja reactor dalam menahan arus gangguan, tetapi kelebihan trafo isolasi adalah tidak adanya drop voltage sehingga sangat bagus digunakan pada sistem distribusi. Dalam skala kecil transformator jenis ini digunakan untuk merancang peralatan listrik yang lebih aman sehingga tidak menyebatkan sengatan listrik.

  2.6 Rele Proteksi

  Rele proteksi adalah sebuah peralatan listrik yang dirancang untuk memenuhi pemisahan bagian sistem tenaga listrik untuk mengoperasikan sinyal alarm bila terjadi gangguan atau kondisi sistem tenaga listrik tidak normal. Diagram blok urutan kerja rele proteksi dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Diagram blok urutan kerja rele proteksi Secara umum fungsi rele proteksi adalah sebagai berikut:

  a. Membunyikan alarm, menutup rangkaian trip dari pemutus rangkaian untuk membebaskan peralatan dari gangguan b. Membebaskan bagian yang bekerja tidak normal

  c. Membebaskan dengan segera bagian yang terganggu

  d. Melokalisir akibat gangguan

  e. Memberikan petunjuk atas lokasi serta jenis gangguan

2.7 Rele Arus Lebih

  Merupakan salah satu jenis rele pengaman yang sering digunakan dalam proteksi sistem kelistrikan. Rele ini beroperasi ketika arus yang mengalir melebihi nilai yang ditentukan dengan memberikan sinyal kepada pemutus untuk bekerja[3].

  Berdasarkan standar IEEE 242 mengenai koordinasi proteksi waktu kerja rele berkisar antara 0.3 – 0.4 detik untuk rele analog dan 0.2

• – 0.4 detik untuk rele digital. Hal ini bertujuan untuk memastikan zona

  

backup dapat bekerja ketika zona primer gagal dan menghindari

terjadinya trip secara bersamaan.

  Rele ini melindungi hampi semua bagian dalam sistem kelistrikan seperti jaringan distribusi dan peralatan listrik seperti transformator, generator, dan motor.

  2.7.1 Rele Arus Lebih Waktu Invers

  Rele ini memiliki waktu operasi yang berbanding terbalik dengan besarnya arus gangguan[4]. Jadi semakin besar arus gangguan yang terjadi maka rele akan beroperasi semakin cepat dan begitupula sebaliknya. Prinsip kerja ini juga dijelaskan dalam kurva TCC (Time-

  Current Curve ) yang mana berskala time dial.

  Standar IEC 60255-3 dan IEEE std 242-2001 menjelaskan bahwa jenis perlindungan waktu invers yang dibedakan oleh gradient kurvanya adalah standard inverse, very invers, ultra inverse, dan extremely

  

inverse . Ketika arus semakin besar akan menyebabkan waktu operasi

  berjalan lambat seakan mendekati waktu minimumnya. Karakteristik kurva rele arus lebih waktu invers dapat dilihat pada gambar 2.3.

  2.7.2 Rele Arus Lebih Waktu Tertentu

  Rele jenis diatur berdasarkan level arus yang mengalir. Dengan rele ini gangguan terdekat akan langsung diputus sesuai dengan time

  

delay setting yang ditentukan. Ketika arus yang melebihi pickup set

point akan diputus dalam waktu yang bersamaan.

Gambar 2.3 Karakteristik rele arus lebih waktu invers

2.7.3 Rele Arus Lebih Waktu Instan Untuk rele jenis ini bekerja tanpa adanya penundaan waktu.

  Waktu tercepat bekerjanya rele ini adalah 0.1 detik atau pada umumnya kurang dari 0.08 detik. Ketika arus gangguan hubung singkat yang ditentukan terjadi, rele akan bekerja berdasarkan arus tersebut dan membuka pemutus dalam waktu yang cepat yaitu 0.08 detik. Karakteristik rele arus lebih waktu instan dapat dilihat pada gambar 2.4.

  Saat ini penggunaan rele memiliki kurva invers dan instan, sehingga kurva karakteristiknya merupakan gabungan dari kurva instan dan invers. Kombinasi rele arus waktu instan dan invers dapat dilihar pada gambar 2.5.

2.8 Penyetelan Rele Arus Lebih

  Dalam penyetelan rele arus lebih ini dibutuhkan studi aliran daya terlebih dahulu dimana studi ini dasar pilar dalam melakukan perencanaan, pengoperasian, penjadwalan yang ekonomis, dan perpindahan daya antara peralatan dalam sistem kelistrikan[5]. Setelah melakukan studi aliran daya, langkah berikutnya adalah melakukan studi hubung singkat pada suatu titik sehingga didapatkan nilai arus yang nantinya akan mengisi salah satu nilai dari parameter rele.

Gambar 2.4 Karakteristik rele arus lebih waktu instan

2.8.1 Penyetelan Rele Arus Lebih Waktu Invers

  Untuk penyetelan waktu invers ini membutuhkan nilai parameter

overcurrent dan time dial setting dalam menentukan waktu operasi rele.

Sesuai standar British BS-142 batas nilai yang ditentukan adalah 1.05-

  1.3 FLA peralatan sesuai dengan persamaan berikut: (2.5)

  1,05 < < 1,3 Dimana FLA adalah arus beban penuh pada peralatan. Untuk time dial

  

setting dari masing-masing kurva invers rele didapatkan dari persamaan

  berikut:

  (2.6)

  

∝

  ( ) =

Gambar 2.5 Kombinasi rele arus lebih waktu instan dan invers

  Diaman td adalah waktu operasi, k adalah koefisien invers 1, T adalah

  

time dial , adalah koefisien invers 3, I adalah nilai arus, Iset adalah

  arus pickup, dan adalah koefisien invers 2. Seluruh nilai koefisien untuk Rele Merlin Gerin Sepam 1000 dan ABB SPAJ140C dapat dilihat dalam tabel 2.2 dan tabel 2.3.

Tabel 2.2 Tabel koefisien invers Merlin Gerin

  Nilai Koefisien Tipe Kurva

   k β

  Standard Inverse

  0.14

  0.02

  2.97 Very Inverse

  13.5

  1

  1.5 Extremely Inverse

  80 2 0.808 Ultra Inverse 315.2

  2.5

  1

Tabel 2.3 Tabel koefisien invers ABB

  Nilai Koefisien Tipe Kurva

   k β Normal Inverse

  0.14

  0.02

  1 Very Inverse

  13.5

  1

  1 Extremely Inverse

  80

  2

  1 Long Time Inverse 120

  1

  1

2.8.2 Penyetelan Rele Arus Lebih Waktu Instan

  Untuk penyetelan waktu instan membutuhkan nilai pamareter dari studi hubung singkat untuk menentukan arus dan tegangan maksimum serta minimum pada titik tertentu dari sistem kelistrikan untuk mengatasi gangguan yang terjadi[6]. Nilai dari studi hubung singkat tersebut akan digunakan untuk mengisi nilai pickup point. Studi hubung singkat ini menggunakan nilai Isc min dimana nilai Isc min adalah nilai hubung singkat 3 fasa pada 30 cycle. Sehingga nilai pickup

  point didapat dari persamaan berikut:

  (2.7) 1,6 ≤ ≤ 0.8

  Nilai 0.8 adalah factor keamanan dari sistem proteksi untuk estimasi apabila terjadi gangguan yang lebih kecil dari arus hubung singkat minimum.

2.9 Koordinasi Berdasarkan Arus dan Waktu

  Suatu koordinasi sistem kelistrikan yang baik adalah bekerja secara berurutan sehingga tidak terjadi tumpeng tindih antar rele. Untuk itu dibutuhkan adanya time delay antara rele primer dengan rele backup.

  

Time delay ini sering dikenal dengan grading time. Berdasarkan standar

  IEEE 242 dapat dilihat nilai time delay sebagai berikut: Waktu buka pemuturs : 0.06-0.1 detik (3-5 cycle)

  Overtravel rele : 0.1 detik

  Faktor keamanan :0.12-0.22 detik Untuk rele digital berbasis microprosessor, maka overtravel diabaikan- [7].

2.10 Rele Gangguan Ke Tanah

  Rele gangguan ke tanah merupakan rele arus lebih yang dilengkapi dengan zero sequence current filter. Rele ini bekerja untuk mengamankan gangguan satu fasa dan dua fasa ke tanah. Rele ini digunakan pada sistem yang membatasi arus gangguan ke tanah seperti pentanahan netral dengan pentanahan resistansi dimana impedansi yang rendah mampu mengurangi arus gangguan ke tanah. Untuk penyetelan rele ini adalah sebagai berikut:

  (2.8) 5 − 10% ≤ ≤ 50% Dimana Isc LG adalah arus hubung singkat satu fasa ke tanah.

BAB 3 SISTEM KELISTRIKAN ISLAND TANJUNG HARAPAN PT PUPUK KALTIM

3.1 Sistem Kelistrikan Island Tanjung Harapan

  Dalam memenuhi kebutuhkan suplai daya ke beban-bebannya,

  

Island Tanjung Harapan PT Pupuk Kaltim menggunakan dua generator

dengan kapasitas masing-masing sebesar 1x30 MW dan 1x34 MW.

  Sistem distribusi yang digunakan adalah sistem distribusi radial dengan tegangan distribusi 33KV, 11KV, dan 6.9KV untuk tegangan menengah, dan 0.5KV untuk tegangan rendah seperti gambar single line diagram pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Single line diagram eksisting Island Tanjung Harapan

  

Island Tanjung Harapan adalah salah satu island dari beberapa island

  yang terdapat dalam PT KDM Utility Center. Semua island terhubung dengan menggunakan sistem ring. Single line diagram utility center PT KDM dan posisi Island Tanjung Harapan dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Single line diagram PT KDM Utility Center

  3.2 Kapasitas Pembangkitan Island Tanjung Harapan memiliki 2 generator yang memberikan

  suplai energi ke beban-bebannya. Generator PKT-STG-2 sebesar 30MW merupakan generator milik PT Pupuk Kaltim dan GTG-KDM sebesar

  34MW merupakan milik PT Kaltim Daya Mandiri yang sudah terintegrasi dengan synchronous bus sistem distribusi Island Tanjung Harapan PT Pupuk Kaltim sehingga energi dapat disuplai dengan maksimal. Kapasitas daya generator tersebut dapat dilihat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Data kapasitas pembangkit di Island Tanjung Harapan

  No

  ID Tegangan (KV) Kapasitas (MW)

  1 PKT-STG-2

  11

  30

  2 GTG-KDM

  11

  34

  3.3 Sistem Distribusi Island Tanjung Harapan Island Tanjung Harapan menggunakan sistem distribusi radial dengan synchronous bus untuk menghubungkan jaringan kelistrikannya.

  Terdapat 4 level tegangan pada sistem distribusi Island Tanjung Harapan dengan tegangan distribusi 33KV, 11KV, dan 6.9KV untuk tegangan menengah, dan 0.5KV untuk tegangan rendah seperti dapat dilihat pada tabel 3.2.

Tabel 3.2 Data level tegangan bus di Island Tanjung Harapan

  ID Kapasitas

  Beban yang terdapat pada Island Tanjung Harapan terdiri dari motor, lump, dan static laod. Tiga beban lump dan satu beban motor dari keseluruhan beban memiliki kapasitas besar, sedangkan sisanya

  5 Delta-Wye

  4 T190 0.5 11/0.525

  13.75 Delta-Wye

  3 T191 37.7 33/11

  10 Delta-Wye

  2 TRAFO COAL BOILER PLANT 16 33/6.9

  10 Delta-Wye

  01 15 33/11

  1 TH-TR-

  (KV) %Z Hubungan

  (MVA) Tegangan

  No

  No

Tabel 3.3 Data tran sistem distribusi di Island Tanjung Harapan

  8 Bus465 0.525 Sistem distribusi ini ditunjang oleh 4 transformator untuk menurunkan dan menaikkan tegangan sebelum dilalirkan ke beban. Data transformator yang ada di Island Tanjung Harapan dapat dilihat pada tabel 3.3.

  7 Bus466 0.525

  11

  6 Bus464

  33

  33 4 03-SG-101 11 5 00-SG-03

  3 TH-SG-01

  6.9

  2 SG-CBP

  11

  1 TH-SG-11

  ID Tegangan (KV)

3.4 Data Beban Island Tanjung Harapan

  memiliki kapasitas kecil pada level tegangan rendah atau 0.525 KV. Data dari beban-beban tersebut dapat dilihat pada tabel 3.4.

3.5 Sistem Proteksi Island Tanjung Harapan

  Dalam jaringan kelistrikan selalu dibuthkan sistem proteksi yang andal, sehingga ketika terjadi gangguan, sistem proteksi langsung bekerja untuk mengamankan daerah gangguan. Sistem proteksi di Island Tanjung Harapan saat ini terkoordinasi menenggunakan rele 50 untuk mengamankan gangguan akibat arus urutan nol, rele 51 untuk mengamankan gangguan akibat arus lebih.

Tabel 3.4 Data beban sistem distribusi di Island Tanjung Harapan

  17 6.9 1422 -

  14 Load108 0.002 0.002 0.525 2.32 -

  13 Load109 0.012 0.013 0.525 13.89 -

  12 Load110 0.012 0.013 0.525 13.89 -

  11 Load111 0.005 0.006 0.525 6.47 -

  10 Mtr592 0.055 0.077 0.525 85.21 1500

  9 Mtr591 0.055 0.077 0.525 85.21 1500

  8 Load103 0.035 0.048 0.525 52.73 -

  7 Load104 0.1 0.118 0.525 129.4 -

  6 Load105 0.012 0.013 0.525 13.89 -

  5 Load106 0.002 0.002 0.525 2.32 -

  4 Mtr590 2.798 3.425 11 179.8 1500

  14.45

  No

  3 COAL BOILER PLANT PKT

  3.5 11 185.3 -

  3

  2 KMI

  6 11 314.9 -

  5.1

  1 UBS6- PKT

  (KV) FLA RPM

  (MVA) Tegangan

  (MW) Kapasitas

  ID Kapasitas

  15 Load107 0.087 0.087 0.525 96.23 -

  ~Halaman ini sengaja dikosongkan~

BAB 4 SIMULASI DAN ANALISIS SISTEM SERTA KOORDINASI PROTEKSI PADA ISLAND TANJUNG HARAPAN PT PUPUK KALTIM

4.1 Pemodelan Sistem Kelistrikan Island Tanjung Harapan

  Dalam memodelkan sistem kelistrikan Island Tanjung Harapan dilakukan dengan menggambarkan single line diagram menggunakan

  

software ETAP. Data-data yang digunakan untuk membuat single line

diagram adalah data-data yang terdapat pada bab sebelumnya seperti

  pada gambar 4.1.

  Langkah berikutnya adalah melakukan analisis sistem distribusi sehingga dapat dilakukan evaluasi. Setelah didapatkan sistem distribusi yang baru akan dilakukan studi hubung singkat untuk mengetahui nilai arus sehingga dapat dilakukan koordinasi proteksi.

Gambar 4.1 Pemodelan sistem kelistrikan Island Tanjung Harapan

  

4.2 Simulasi dan Analisis Eksisting Sistem Distribusi Island

Tanjung Harapan

  Dalam menganalisis sistem distribusi Island Tanjung Harapan menggunakan metode Review by Evident atau berdasarkan kejadian sebenarnya yaitu ketika terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa pada transformator TH-TR-01 seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.2.

Gambar 4.2 Pemodelan daerah transformator TH-TR-01

  Menggunakan software ETAP, dilakukanlah simulasi short

circuit 3 fasa pada transformator TH-TR-01 seperti pada gambar 4.3.

Ketika simulasi dilakukan didapatkan hasil bahwa rele-rele yang terdapat pada island lain juga mendeteksi gangguan lalu memberi perintah pada circuit breaker untuk bekerja pada waktu yang sangat cepat seolah-olah gangguan terjadi tepat disekitar rele-rele tersebut sehingga terjadi pemutusan pada daerah tersebut seperti gambar 4.4. Selain itu rele-rele yang berada dekat daerah gangguan tidak bekerja dengan waktu yang seharusnya sehingga terjadi tumpang tindih pada sistem proteksinya seperti yang terlihat pada gambar 4.5.

Gambar 4.3 Simulasi short circuit pada transformator TH-TR-01Gambar 4.4 Hasil simulasi sequence of operationGambar 4.5 Plot kurva TCC eksisting rele

  Berdasarkan gambar 4.4 dapat dilihat bahwa ada 5 rele yang bekerja pada waktu 0,1 detik dan 5 rele yang bekerja pada waktu 0,3 detik. Berdasarkan single line diagram pada KDM Utility Center didapatkan bahwa posisi dari rele-rele tersebut dapat dilihat pada gambar-gambar berikut.

Gambar 4.6 Posisi rele OCR_OUT81 dan OCR_INC81

  Untuk rele OCR_OUT81 bekerja pada waktu yang tepat yaitu 0,1 detik sedengkan untuk rele OCR_INC81 yang menjadi backup seharusnya bekerja pada saat 0,3 detik atau dengan grading time 0,2 detik sesuai dengan standar IEEE 242 sehingga harus dilakukan resetting.

Gambar 4.7 Posisi rele OCR_SP31 Rele OCR_SP31 juga tidak bekerja pada waktu yang tepat. Rele OCR_SP31 seharusnya bekerja 0,5 detik karena merupakan backup dari rele OCR_INC81 dengan grading time 0,2 detik.

Gambar 4.8 Posisi rele Relay21 dan Relay30

  Rele Relay21 dan Relay30 bekerja pada waktu 0,1 detik. Seharusnya rele-rele tersebut tidak bekerja pada waktu 0,1 detik karena terletak pada

  

island yang berbeda dan titik gangguan sangat jauh sesuai pada gambar

  4.9. Rele F1-2, F2-3, dan INC-TIE-P-1501-2 bekerja pada waktu 0,3 detik pada saat terjadi gangguan di transformator TH-TR-01. Rele-rele tersebut juga seharusnya tidak bekerja karena titik gangguan tidak terletak pada island rele yang dapat dilihat pada gambar 4.10 dan gambar 4.11.