its-undergraduate-7771-2205100081-analisis setting rele pengaman motor berdasarkan metode starting...

TUGAS AKHIR - RE 1599

ANALISIS SETTING RELE PENGAMAN MOTOR BERDASARKAN METODE STARTING MOTOR. STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN PABRIK SEMEN TONASA IV.

Nalendra Permana 2205 100 081 Dosen Pembimbing Prof. Ir. Ontoseno Penangsang M.Sc. Ph.D. Dimas Anton Asfani, ST, MT.

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009

FINAL PROJECT – RE 1599

Analysis of Motor’s Protective Relays Setting Based on Its Starting Method. Case: Electric Power Distribution System Pabrik Semen Tonasa IV

Nalendra Permana 2205 100 081 counsellor lecturer Prof. Ir. Ontoseno Penangsang M.Sc. Ph.D. Dimas Anton Asfani, ST, MT.

ELECTRICAL ENGINEERING Faculty of Technology Industry 10 November Technology of Institute

Surabaya 2009

v

ABSTRAK Proses motor starting akan menyerap arus lebih hingga 600-

800% arus beban penuh. Kondisi ini dapat mengakibatkan terjadinya

gangguan power quality. Beberapa metode starting motor digunakan

untuk menurunkan arus starting. Salah satu jenis metode starting yang

umum digunakan adalah metode tahanan rotor.

Metode starting dengan tahanan rotor dapat menurunkan arus

starting hingga 250% I beban penuh. Metode ini juga memperbaiki

karakteristik torka starting motor karena penambahan tahanan rotor

mengubah titik slip torka maksimum. Tahanan rotor yang digunakan

dapat berupa tahanan metal dan liquid.

Pada penelitian ini, dibahas tentang karakteristik starting

tahanan rotor dengan tahanan liquid saat starting kemudian dianalisa dan

diteliti sebagai pertimbangan menentukan setting rele pengaman motor.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa penggunaan tahanan rotor

berpengaruh pada setting arus dan waktu pengaman motor.

Kata Kunci : Metode Starting Motor Tahanan motor, Rele

Pengaman Motor.

vi

-Halaman ini sengaja dikosongkan-

vii

ABSTRACT During motor startup, motor will draw 600-800% full load current.

This condition will cause power quality disturbance. There are several motor

starting methods which use to reduce motor starting current. Rotor resistance

method is one of starting method which common use to startup the slip-ring

induction.

Rotor resistance starting method reduces motor starting current to

250% FLA. This method also increase motor locked-rotor torque because rotor

resistance addition will change the slip of maximum-torque. There are two kind

of resistance, metal resistance and liquid resistance.

In this research, rotor resistance characteristic will be discussed then

will be analyzed and examined as considerations to determine the motor

protective relay’s setting . Results of this research indicate that the use of rotor

resistance affect the relay’s setting.

Keyword—Rotor Resistance Starting Method, Motor Protective

Relay.

viii


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya

yang begitu besar, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir

yang berjudul :

ANALISIS SETTING RELE PENGAMAN MOTOR

BERDASARKAN METODE STARTING MOTOR STUDI KASUS

SISTEM KELISTRIKAN PABRIK SEMEN TONASA IV

Diharapkan laporan tugas akhir ini dapat digunakan sebagai referensi

berkaitan dengan proses produksi pada industri besar dan sistem

pengaman pada industri.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, Msc, Ph.D sebagai dosen

pembimbing saya yang telah memberikan arahan dan perhatiannya

dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Dimas Anton Asfani, ST, MT sebagai dosen pembimbing saya

yang telah memberikan kesempatan, arahan dan perhatiannya

dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Sebagai penutup, penulis berharap agar laporan tugas akhir ini dapat

memberikan manfaat dan memperluas wacana dunia ketenagalistrikan.

Surabaya, Juli 2009

Penulis

x


iii

ANALISIS SETTING RELE PENGAMAN MOTOR

BERDASARKAN METODE STARTING MOTOR.

STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN

PABRIK SEMEN TONASA IV

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan

Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Pada

Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga

Jurusan Teknik Elektro

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Menyetujui :

Dosen Pembimbing I

Prof.Ir.Ontoseno Penangsang, M.Sc,Ph.D.

NIP. 130 520 748

Dosen Pembimbing II

Dimas Anton Asfani, ST, MT.

NIP. 132 311 412

SURABAYA

JULI, 2009

iv


xi

LIST OF CONTENTS

TITLE i

LEGALIZATION PAGE iii

ABSTRACT (INDONESIA) v

ABSTRACT (ENGLISH) vii

FOREWORD ix

LIST OF CONTENTS xi

LIST OF FIGURES xv

LIST OF TABLES xix

CHAPTER I INTRODUCTION

1.1 Background 1

1.2 Problems and problem limitations 1

1.3 Objection 2

1.4 Methodology 2

1.5 Material Systematic 3

1.6 Relevance 4

CHAPTER II BASIC THEORIES

2.1 Induction Motor 5

2.1.1 Induction Motor Construction 5

2.1.2 Principle Work Of Induction Motor 6

2.1.3 Induction Motor Equivalence Circuit 6

2.1.4 Deciding Circuit Parameter 10

2.2 Induction Motor Starting Method 13

2.2.1 Motor Starting Characteristic 14

2.2.2 Direct On-line Starting 16

2.2.3 Autotransformer 18

2.2.4 Soft Starter 20

2.2.5 Wye-Delta Starting 22

2.2.6 Primary Resistor Winding 24

2.2.7 Secondary Resistor Starter 27

2.2.7.1 Metal Type 29

2.2.7.2 Liquid Type 29

xii

2.2.8 Adjustable Frequency Drives 29

2.3 Short Circuit Fault 29

2.3.1 Symetrical Fault 30

2.3.2 Type of Short Circuit Fault 30

2.3.3 Short Circuit Analysis 31

2.3.3.1 Per-unit Method for Short Circuit Analysis 32

2.3.3.2 Short Circuit Current Analysis 32

2.4 Protective Relay 35

2.4.1 Protective Relay Characteristic 35

2.4.2 Overcurrent Relay 36

CHAPTER III

ELECTRICAL SYSTEM AND SIMULATION OF PT

TONASA IV SOUTH SULAWESI

3.1 Electrical System Distribution of Tonasa IV Cement

Industry 41

3.2 Electrical Power Generation of Tonasa IV Cement

Industry 41

3.3 Substation SS-1 (Raw Mill + Crusher) 41

3.4 Substation SS-2 (Kiln + Coal Mill) 44

3.5 Substation SS-3 (Finish Mill) 47

3.6 Load Profile of Tonasa IV Cement Industry 50

3.7 Motor Starter in Tonasa IV Cement Industry 52

3.8 Existing Setting of Overcurrent Relay in Tonasa IV

Cement Industry 53

3.9 Analysis Steps and Final Project`s Simulation 56

3.9.1 Secondary Resistance Liquid Starter Modelling

and Motor Starting Simulation Using ETAP 4.0 57

3.9.1.1 Info Page 60

3.9.1.2 Model Page 61

3.9.1.3 Time Page 62

3.10 Protection Setting Using PowerPlot 2.5 63

3.10.1 Protective Relay Calculation 65

CHAPTER IV SIMULATION RESULT AND ANALYSIS

4.1 Motor Starting Modelling 67

4.2 Electrical System Analysis 81

xiii

4.3 Short Circuit Current Analysis 81

4.4 Existing Relay Setting Analysis 87

4.4.1 Resetting Protective Relay Motor 402CR01M1 93

4.4.2 Setting of Protective Relay Motor 411FA06M1

Until Main Bus 70 kV

94

4.5 Resetting Overcurrent Relay Curves 102

CHAPTER V CONCLUSION

5.1 Conclusion 107

BIBLIOGRAPHY 109

APPENDIX A Mathlab Program for Modelling Motor Starting 111

APPENDIX B Cement Production of Tonasa IV 113

xiv


xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1a. Rotor sangkar bajing 5

Gambar 2.1b. Rotor belit 5

Gambar 2.2. Rangkaian ekivalen motor 7

Gambar 2.3. Rangkaian ekivalen rotor 7

Gambar 2.4. Rangkaian ekivalen motor dengan normalisasi rotor 8

Gambar 2.5. Rangkaian ekivalen motor dengan penyederhanaan

rangkaian magnetisasi

9

Gambar 2.6. Rangkaian ekivalen motor dengan xφ diparalel 9

Gambar 2.7a. Tes tahanan stator 10

Gambar 2.7b. Rangkaian pengganti tes tahanan stator 11

Gambar 2.8a. Tes beban nol 11

Gambar 2.8b. Rangkaian pengganti tes beban nol 11

Gambar 2.9a. Tes locked rotor 12

Gambar 2.9b. Rangkaian pengganti tes locked rotor 12

Gambar 2.10. Kurva torka-kecepatan dan kurva arus-kecepatan 14

Gambar 2.11a. Respon motor f = 0.7 15

Gambar 2.11b. Respon motor f = 1 15

Gambar 2.11c. Respon motor f = 1.4 15

Gambar 2.11d. Respon motor f = 2 15

Gambar 2.12a. Starting direct on-line 17

Gambar 2.12b. Respon arus starting direct on-line 18

Gambar 2.13a. Starting autotransformer 19

Gambar 2.13b. Respon arus starting autotransformer 19

Gambar 2.13c. Respon torka starting autotransformer 20

Gambar 2.14a. Starting soft starter 20

Gambar 2.14b. Respon arus starting soft starter 21

Gambar 2.14c. Respon torka starting soft starter 21

Gambar 2.15a. Starting wye delta 22

Gambar 2.15b. Respon arus starting wye delta 23

Gambar 2.15c. Respon torka starting wye delta 24

Gambar 2.16a. Starting tahanan stator 25

Gambar 2.16b. Respon arus starting tahanan stator 26

Gambar 2.16c. Respon torka starting tahanan stator 26

Gambar 2.17a. Starting tahanan rotor 27

Gambar 2.17b. Respon arus starting tahanan rotor 28

Gambar 2.17c. Respon torka starting tahanan rotor 28

xvi

Gambar 2.18. Fasor tiga komponen urutan fasa 30

Gambar 2.19. Macam-macam hubungan singkat 31

Gambar 2.20. Single line diagram sebelum diubah menjadi diagram

reaktansi

33

Gambar 2.21. Diagram reaktansi dari single line diagram Gambar

2.20

34

Gambar 2.22. Karakteristik arus lebih instaneous 37

Gambar 2.23. Karakteristik arus lebih definite 37

Gambar 2.24. Karakteristik arus lebih inverse 38

Gambar 2.25. Skema rele arus lebih 38

Gambar 2.26. Karakteristik operasi rele arus lebih inverse 40

Gambar 3.1. Single line diagram bus SS-1(SG2) 42



Gambar 3.4. Single line diagram bus SS-2(ESG1) 47



Gambar 3.7. Diagram alir tugas akhir 57

Gambar 3.8. Tampilan library 58

Gambar 3.9. Tampilan motor characteristic model 59

Gambar 3.10. Tampilan motor characteristic model library editor. 59

Gambar 3.11. Tampilan induction motor editor 60

Gambar 3.12. Info page 61

Gambar 3.13. Model page 61

Gambar 3.14. Time page 62

Gambar 3.15. Tampilan user curve 64

Gambar 4.1. Diagram alir perhitungan respon motor dengan liquid

starter

68

Gambar 4.2. Respon torka starting motor dengan liquid starter 72

Gambar 4.3. Respon arus starting motor dengan liquid starter 72

Gambar 4.4. Respon Pf starting motor dengan liquid starter 73

Gambar 4.5. Respon Pf starting motor dengan liquid starter 73

Gambar 4.6. Arus starting 402CR01M1 74

Gambar 4.7. Ilustrasi durasi waktu terhadap arus 77

Gambar 4.8. Arus starting 411FA06M1 80

Gambar 4.9 Diagram reaktansi hubung singkat 30 cycle bus SG2 83

Gambar 4.10

Diagram reaktansi normalisasi hubung singkat 30

cycle bus SG2

85

xvii

Gambar 4.11 Penyederhanaan rangkaian untuk penentuan reaktansi

pengganti hubung singkat 30 cycle pada bus SG2 85

Gambar 4.12 Arus starting direct on-line dan setting rele eksisting

motor 402CR01M1 89

Gambar 4.13 Arus starting liquid starter dan setting rele eksisting

motor 402CR01M1 90

Gambar 4.14 Arus starting direct on-line dan setting rele eksisting

motor 411FA06M1 91

Gambar 4.15 Arus starting liquid starter dan setting rele eksisting

motor 411FA06M1 92

Gambar 4.16 Single line diagram rele SG2F2 93

Gambar 4.17 Single line diagram rele SG2F7 hingga rele HV SG3 95

Gambar 4.18 Kurva koordinasi proteksi resetting dari rele motor

402CR01M1 103

Gambar 4.19 Kurva koordinasi proteksi resetting dari rele motor

411FA06M1 104

Gambar 4.20 Kurva koordinasi line proteksi resetting dari bus SG-

2 hingga main bus HV 105

Gambar B.1 Proses produksi semen 113

xviii


xi

DAFTAR ISI

Judul i

Lembar Pengesahan iii

Abstrak v

Abstract vii

Kata Pengantar ix

Daftar Isi xi

Daftar Gambar xv

Daftar Tabel xix

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Permasalahan dan Batasan Masalah 1

1.3 Tujuan 2

1.4 Metode Penelitian 2

1.5 Sistematika Pembahasan 3

1.6 Relevansi 4

BAB II DASAR TEORI

2.1 Motor Induksi 5

2.1.1 Konstruksi Motor Induksi 5

2.1.2 Prinsip Kerja Motor Induksi 6

2.1.3 Rangkaian Ekivalen Motor 6

2.1.4 Penentuan Parameter Rangkaian 10

2.2 Metoda Starting Motor Induksi 13

2.2.1 Karakteristik Starting Motor 14

2.2.2 Direct On-line Starting 16

2.2.3 Autotransformer 18

2.2.4 Soft Starter 20

2.2.5 Wye-Delta Starting 22

2.2.6 Primary Resistor Winding 24

2.2.7 Secondary Resistor Starter 27

2.2.7.1 Tipe Metal 29

2.2.7.2 Tipe Liquid 29

xii

2.2.8 Adjustable Frequency Drives 29

2.3 Gangguan Hubung Singkat 29

2.3.1 Komponen Simetri 30

2.3.2 Jenis Gangguan Hubung Singkat 30

2.3.3 Analisa Hubung Singkat 31

2.3.3.1 Metode Per-unit untuk Analisa Hubung

Singkat 32

2.3.3.2 Perhitungan Arus Hubung Singkat 32

2.4 Rele Pengaman 35

2.4.1 Karakteristik Rele Pengaman 35

2.4.2 Rele Pengaman Arus Lebih 36

BAB III SISTEM KELISTRIKAN DAN SIMULASI PT

TONASA IV SULAWESI SELATAN

3.1 Sistem Jaringan Tenaga Listrik di Pabrik Semen

Tonasa IV 41

3.2 Sistem Pembangkit Tenaga Listrik di Pabrik Semen

Tonasa IV 41

3.3 Substation SS-1 (Raw Mill + Crusher) 41

3.4 Substation SS-2 (Kiln + Coal Mill) 44

3.5 Substation SS-3 (Finish Mill) 47

3.6 Pola Pembebanan pada Sistem Kelistrikan Pabrik

Semen Tonasa IV 50

3.7 Penggunaan Motor Starter di Pabrik Semen Tonasa IV 52

3.8 Peralatan Pengaman Arus Lebih 53

3.9 Langkah Analisis dan Simulasi Tugas Akhir 56

3.9.1 Pemodelan Resistor Sekunder Liquid dan Simulasi

Motor Starting pada Perangkat Lunak ETAP 4.0 57

3.9.1.1 Info Page 60

3.9.1.2 Model Page 61

3.9.1.3 Time Page 62

3.10 Setting Pengaman pada Perangkat Lunak PowerPlot 2.5 63

3.10.1 Perhitungan Setting Pengaman 65

BAB IV HASIL SIMULASI DAN ANALISIS

4.1 Pemodelan Motor Starting 67

4.2 Analisa Sistem Kelistrikan 81

4.3 Perhitungan Arus Hubung Singkat 81

xiii

4.4 Analisis Setting Rele Existing 87

4.4.1 Resetting Rele Motor 402CR01M1 93

4.4.2 Setting Rele Motor 411FA06M1 hingga Main Bus

70 kV

94

4.5 Kurva Pengaman Arus Lebih Hasil Resetting 102

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan 107

DAFTAR PUSTAKA 109

LAMPIRAN A Program Matlab Pemodelan Motor Starting 111

LAMPIRAN B Proses Produksi Pabrik Semen Tonasa IV 113

xiv


xix

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Tabel nilai X1 dan X2 terhadap jenis motor induksi 12

Tabel 2.2. Faktor pengali asymmetrical short-circuit current 34

Tabel 2.3. Konstansta kurva IEEE 39

Tabel 3.1. Data motor induksi SS-1(SG2) 42

Tabel 3.2. Data beban lump SS-1(SG2) 42



Tabel 3.5. Data motor di substation SS-2(SG4) 45


Tabel 3.7. Data beban lump EMDB-1 46

Tabel 3.8. Data beban lump EMDB-12 46





Tabel 3.13. Persen loading pada setiap beban 51

Tabel 3.14 Data tipe motor starter 53

Tabel 3.15. Tabulasi setting eksisting rele pada bus high voltage

70 kv 53

Tabel 3.16. Tabulasi setting eksisting rele pada bus 6,3 kV 54

Tabel 4.1. Data motor 402CR01M1 67

Tabel 4.2. Plot respon motor 402CR01M1 dengan liquid starter 71

Tabel 4.3. Hasil simulasi motor starting analysis motor

402CR01M1 75

Tabel 4.4. Durasi waktu terhadap tingkat arus motor

402CR01M1 78

Tabel 4.5. Data motor 411FA06M1 79

Tabel 4.6. Plot respon motor 411FA06M1 dengan liquid starter 79

Tabel 4.7. Kondisi pembangkitan 81

Tabel 4.8.

Tabel reaktansi generator dan trafo tegangan

menengah untuk analisis hubung singkat 30 cycle

SG2 Tonasa IV

82

Tabel 4.9. Impedansi hubung singkat sistem kelistrikan (Ω) 87

Tabel 4.10. Arus hubung singkat pada bus motor medium voltage 87

xx

- Halaman ini sengaja dikosongkan-

its-undergraduate-7771-2205100081-analisis setting rele pengaman motor berdasarkan metode starting...

Documents