ECA 631 - SISTEM PROTEKSI Minggu ke - 6

Review contoh-contoh soal

Menghitung Arus

Hubung Singkat

Contoh Perhitungan Arus Gangguan Suatu sistem industri sederhana, mendapat sumber pada tegangan 230 kV, yang mempunyai rating arus sebesar 28 kA. Step down transformer T1 dengan rating 100 MVA , 230/24 kV, 0.10 p.u reactance, dibumikan delta/wye dengan X/R ratio 20. Ada standby generator 500 MVA tersambung ke bus 24 kV, dengan reactance 0.25 p.u dan X/R ratio 20. Trafo step down berikutnya T2 dengan rating 75 MVA, 24/4.16 kV, delta/wye, 0.11 p.u reactance dengan X/R ratio 30. Ada 2 motor 2000 hp, pf = 0.9, Xd = 0.2 p.u, Xd=0.26 p.u dan X/R ratio 20. Sistem TR menggunakan trafo T3 0.75 MVA, 4.16 kV/600 V, 0.08 p.u reactance dan X/R ratio 30. Ada motor pada TR dengan rating 400 hp, Xd=0.3 dan X/R=30. Hitung secara step by step arus pada F1 dan F2 Single line diagram.

Contoh Perhitungan Arus Gangguan Solusi Menghitung arus moment Gunakan base daya sebesar 100 MVA untuk menghitung besaran p.u. Trafo XT1= (0.10)(100/100) = 0.10 p.u XT2 = (0.11)(100/75) = 0.15 p.u XT3 = (0.08)(100/0.75) = 10.67 p.u Source/generator 230 kV source = 3.230.28 = 11154 MVA 230 kV source imp, X230 = 1.0(100/11154) = 0.00896 p.u Generator, XG1 = 0.25(100/500) = 0.05 p.u Motor XM1 = 0.20(100/2) = 10 p.u XM2 = 0.20(100/2) = 10 p.u XM3 = 0.30(100/0.4) = 75 p.u

Contoh Perhitungan Arus Gangguan Solusi Perhitungan arus moment Diagram untuk menghitung impedansi untuk arus moment.

Motor yang < 50 hp diabaikan. Motor 400 hp. X400 hp = 1.2 Xd =1.2(75)= 90 p.u Reactance source, generator, motor terlihat pada diagram, untuk menghitung arus moment. Arus moment pada F1 Ibase pada bus 4.16 kV = 100 MVA/(3x4.16 kV) = 13.89 kA I sym = (1/0.1772)(13.89) = 78.3 kA Nilai peak = 1.6 (78.3) = 125.3 kA 1.6 = multiplier factor sesuai ANSI C37.5-1979, yang digunakan untuk menghitung nilai peak.

Contoh Perhitungan Arus Gangguan Solusi Menghitung arus hubung singkat interrupting Trafo T1: X/R=30, R= (0.10)(30) = 0.003 p.u T2: X/R=30, R= (0.15)(30) = 0.005 p.u T3: X/R=30, R= (10.67)(30) = 3.560 p.u Source/generator 230 kV source, X/R=20, R= 0.00896/20 = 0.00045 p.u Generator G1, X/R=20, R=(0.005/20) = 0.0025 p.u Motor M1, X=(1.5 Xd) = 1.5 x 10 = 15 p.u M1, X/R=20, R = 15/20 = 0.75 p.u M2, X/R=20, R=15/20 = 0.75 p.u M3, X=(3 Xd)=3x75 =225 p.u M3, X/R=30, R=225/30 =7.5 p.u E/X = (1/0.1795)(13.879 kA) = 77.32

Contoh Perhitungan Arus Gangguan Solusi Untuk sisi tegangan rendah 600 V Diagram tahanan-nya Pada titik gangguan F1, X/R=0.1795/0.0054 = 33.24 Impedansi pada F2 adalah j9.4817 p.u Ibase pada 600 V adalah = 100 MVA/(3x0.600 kV) = 96.2278 kA Arus HS di F2 = (1/J9.4817)(96.2278)=10.148 kA

Komponen Simetri

Perhitungan Arus Hubung Singkat Dengan Komponen Simetri

Perhitungan Arus Hubung Singkat Dengan Komponen Simetri

Perhitungan Arus Hubung Singkat Dengan Komponen Simetri

Gangguan 3 Fasa Urutan positif/negatif Base MVA = 100 Gangguan di bus G, paralel imp edansi sisi kanan --- (j0.18417+j0.03667+j.003) = j0.2481 Impedansi sisi kiri ------ (j0.20+j0.1375)=j0.3375 X1=X2 = (0.3375*0.2481)/0.5856 = j0.1430

Pemisahan Impedansi 3 Winding Trafo Urutan positif/negatif Base MVA = 100

Perhitungan Arus Hubung Singkat Dengan Komponen Simetri

Arus Gangguan Tanah Urutan Nol ZNH = ZNM = 0 (solid) Gangguan di bus G, Sisi kanan H, ZOS + ZH paralel dengan ZL (0.1950*0.0850)/0.280 = j0.0592

Tambahkan Zm dan ZOGH (0.0592 - 0.0083 + 0.620) = j0.6709 Kemudian paralel dengan j0.1375, maka Perbandingan arus sisi kanan ----------- 0.1375/0.8084=0.1701 (di 115 kV) di 230 kV =0.6964*0.1701=0.1184 Sisi kiri ----------------------- 0.6709/0.8084=0.8299 di trafo H, netral winding 0.3036*0.1701=0.0517

Arus Gangguan Tanah Gangguan 1 fasa ke tanah. 3I0 yang merupakan arus gangguan tanah yang dirasakan di titik netral, yang akan dirasakan oleh relay.

Contoh Grounding

Contoh Sistem Pentanahan Tahanan Tinggi Pentanahan netral generator 160 MVA 18 kV. Daerah sekitarnya tersambung dengan trafo auxiliarry dan trafo utama. Nilai dari kapasitansi di sekitarnya adalah (dalam mikrofarad, per pfasa ke netral.

Contoh Sistem Pentanahan Tahanan Tinggi

Contoh Sistem Pentanahan Tahanan Tinggi

Contoh Sistem Pentanahan Tahanan Tinggi

Contoh Sistem Pentanahan Tahanan Tinggi Arus pada pentanahan atau pada kapasitansi. I0R = = 2.06 Sehingga arus di pentanahan sisi 18 kV = 3 I0R = 6.19 A Di sekunder pentanahan arus = 18 k/240 x 6.19 = 464.4 A

92.222

1

Contoh Sistem Pentanahan Tahanan Tinggi Berapa nilai R Asumsi tahanan match dengan kapasitansi 3R = Xc R = Xc / 3 = 5019.08 / 3 = 1673.03 ohm (pada 18 kV) Pada 240 V R = 1673.03 x (240/18k)^2 = 0.2974 ohm Tegangan yang timbul V0 = 464.4 x 0.2974 = 138.12 V Pada kondisi normal, charging current (karena kapasitansi) Ic = 18000/(3x5019.08) = 2.06 A

Contoh Sistem Pentanahan Rendah

Membatasi arus gangguan tanah pada 400 A. Gunakan base 20 MVA. Hitung R (menggunakan resistor) X sistem X1 = X2 = j 0.0583 pu Impedansi neutral Z0 = 3R + j0.052 Sudah kita hitung Arus gangguan nol 400 A, adalah I1=I2=I0 = 0.159 ..... pu Total Z rangkaian X1 + X2 + Z0 = j0.0583 + j0.0583 + 3R + j0.052 = 3R + j0.1685 Jadi 0.159 ..... = j1/(3R + j0.1685) 3R + j0.1685 = j1/ 0.159 ..... Gunakan pythagoras (3R)2 + (0.1685)2 = (6.29)2 R = 2.09 pu R = (13.82 x 2.09)/20 = 19.91 ohm pada 13.8 kV

Untuk pendekatan praktis, menghitung berapa R, dengan mengabaikan sudut fasa, gunakan aljabar saja. Untuk pembatasan arus 400 A

Contoh Sistem Pentanahan Solid

X sistem X1 = X2 = j 0.0583 pu Ditanahkan solid, X, atau R = 0 Impedansi neutral X0 = j0.052 Total Z rangkaian X1 + X2 + X0 = j0.0583 + j0.0583 + j0.052 = j0.1685 Gangguan tanah Arus tanah I1 = I2 = I0 = j1.0/j0.1685 = 5.935 pu Atau = 5.935x836.74 = 4965.8 A pada 13.8 kV Arus fasa Ia = 3x4965.8 = 14.897.8 A pada 13.8 kV Gangguan 3 fasa I1 = j1/j0.0583 = 17.17 pu = 14364.6 A pada 13.8 kV 0.159 ..... = j1/(3R + j0.1685) 3R + j0.1685 = j1/ 0.159 .....

Pemilihan CT /

Efek Kejenuhan CT

Pemilihan Trafo Arus Arus Beban maksimum, Arus gangguan 3 fasa maksimum dan minimum Arus sekunder CT adalah 5 A 1. Pemilihan rasio CT yang tersambung ke fasa

Pilih rasio CT yang lebih besar dan paling dekat dengan arus beban maksimum Misalnya tap yang tersedia 50 A, 100 A, 200 A, 400 A dan 600 A. Pilihlah tap 100 A, atau dengan rasio 20. Pada beban maksimum Is = 4.5 A

2. Pemilihan tap relay Tap relay menunjukkan pada arus berapa relay mulai pick-up, artinya mulai siap bekerja. Bila dipilih tap 5, maka rasio diatas beban adalah 5/4.5 = 1.1, ini memberikan margin yang cukup bagi relay, bahwa relay tidak akan pick-up pada beban maksimum. Gangguan minimum memberikan arus sekunder sebesar 350/20 = 17.5 A, atau 17.5/5 = 3.5 x minimum pick, ini sudah cukup memastikan bahwa relay bekerja pada gangguan minimum. Atau bisa saja dipilih tap 6, yang memberikan rasio pick up lebih besar yaitu 1.33, namun memberikan margin yang lebih kecil pada gangguan minimum, yaitu 2.9

Pemilihan Trafo Arus 3. Beban CT

Misalnya CT mempunyai karakteristik seperti pada slide sebelumnya. Data relay: pada arus 5A beban 2.64 VA, pada arus 100 A (20x) beban adalah 580 VA. Asumsi, tahanan kawat penghubung (dari CT ke relay) adalah 0.40 ohm. Pada arus 5A, tahanan relay adalah 2.64/52 = 0.106 ohm, sehingga beban CT pada arus 5 A adalah: 0.4 + 0.106 = 0.506 ohm Pada arus 100 A, tahanan relay adalah 580/1002 = 0.058, sehingga beban CT pada arus 100 A adalah: 0.458 ohm. Ini adalah contoh relay electromekanik, yang cenderun jenuh pada arus tinggi, sehingga tahanan mengecil, ini menguntungkan CT karena burden-nya berkurang pada arus tinggi.

4. Performance CT sesuai standard ANSI/IEEE CT 600/5 (dengan multi tap), rating C100. Tegangan pada terminal CT pada gangguan maksimum Karena digunakan tap 100/5 tegangan maksimum CT adalah. Pada kondisi ini dapat dipastikan bahwa CT akan jenuh.

Pemilihan Trafo Arus 3. Performance CT sesuai standard ANSI/IEEE

Tetap digunakan CT 600/5 (dengan multi tap), rating C100 Tetapi gunakan tap CT sebesar 400/5 (rasio 80). Arus beban maksimum pada sisi sekunder adalah CT adalah 90/80 = 1.125 A. pilihlah tap relay sebesar 1.5 A, memberikan margin 1.5/1.125 = 1.33 yang cukup. Margin pada gangguan minimum adalah: (350/80)/1.5 = 2.9. Namun pada tap 1.5, beban relay adalah 1.56 ohm pada 100 A, sehingga beban total adalah: 1.56 + 0.4 = 1.96 ohm. Maka, tegangan yang timbul karena gangguan adalah: Sementara kemampuan CT pada tap 400/5 adalah: Sehingga CT belum mengalami kejenuhan.

Pemilihan Trafo Arus 3. Performance CT sesuai kurva eksitasi dari CT

Tetap digunakan CT 600/5 (dengan multi tap), rating C100 Tetapi gunakan tap CT sebesar 400/5 (rasio 80). Beban relay = 1.56 ohm Beban kawat = 0.4 ohm CT sekunder = 0.211 ohm Total beban CT = 2.171 ohm Arus gangguan maksimum Isec = 2500/80 = 31.25 A Vef = 2.171 x 31.25 = 67.84 volt Dari kurva, arus eksitasi Ie = 0.16 A Ini masih di sekitar knee point dari kurva eksitasi, jadi tidak akan terlalu berpengaruh pada performance relay.

Trafo Arus (CT, Current Transformer) Rangkaian Ekivalen CT

Trafo Arus (CT, Current Transformer) Kurva Eksitasi kemampuan tegangan sekunder dari CT

Trafo Arus (CT, Current Transformer) Kurva Eksitasi kemampuan tegangan sekunder dari CT

CONTOH RELAI JARAK

Contoh Gangguan Transmisi pada sistem 13.8 kV.

Contoh Sepotong Transmisi pada sistem 13.8 kV.

Hitung Zfault pada gangguan 3 fasa, fasa-fasa dan gangguan 1 fasa ke

tanah.

VF-N = 13800/3 = 7967.4 volt

Gangguan 3 Fasa

Zfault pada Relai A

Gangguan 2 fasa: fasa b fasa c

Zfault =

Gangguan 1 fasa a - tanah

Asumsi tidak ada arc resistance

Sehingga Va = 0

Tegangan dan arus fasa a pada relai A

Faktor kompensasi arus urutan nol

Arus fasa a yang sudah dikompensasi.

Impedansi gangguan dilihat oleh Relai A Zf =

Pengaruh tahanan gangguan / arc resistance

Pengaruh Infeed

Asumsi arus perbandingan besarnya arus I1, I2 dan I3 tidak berubah untuk gangguan di lokasi manapun antara bus A sampai bus G. Asumsi I2/I1 = 0.5

Setting Zone 1, Zone 2 dan Zone 3 pada Relai di bus B

Zone 1 85% dari transmisi yang diproteksi, pilih mana yang paling rendah diantara B-D atau B-G. Belum perlu dihitung pengaruh infeed. Zone 1 = 0.85 x (4 + j40 +1 + j10) = 4.25 + j42.5 Zone 2 diset 120% dari transmisi yang diproteksi, pilih mana yang lebih panjang dari B-D atau B-G. Perhitungkan pengaruh infeed, pada segmen C-D. Zone 2 = 1.2 x( [4 + j40] + 1.5 x [2 + j20]) = 8.4 + j84 Zone 3 untuk mem-back up transmisi D-E Z transmisi B-D dan D-E memperhitungkan faktor infeed: ZB-D = [4 + j40] + 1.5 x [2 + j20] = 7 + j70 ZD-E = 1.5 x [4 + j40] = 6 + j60 Zone 3 = ZB-D + 150% ZD-E = [7 + j70] + 150% [6 + j60) = 16 + j160