jurusan teknik elektro fakultas teknologi industri ... · trafodaya. differential relay as ....

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

1

Tujuan

Melakukan analisis terhadap sistem pengaman tenaga

listrik di PT.PLN (PERSERO)

Melakukan evaluasi rele pengaman dan mendapatkan

koordinasi rele pengaman yang terbaik pada sistem

kelistrikan di plan tersebut

Menambah wawasan dan pengetahuan tentang

transmisi dan distribusi tenaga listrik serta proteksi

pada sistem kelistrikan di PT.PLN (Persero)

Rele pengaman yang disetting dan dikoordinasikan adalah

rele arus lebih (overcurrent relay) dan rele differential

sebagai pengaman utama pada transformator daya

Tempat pengambilan data di Gardu Induk Tegangan

Ekstra Tinggi (GITET) PT.PLN (PERSERO) yang berlokasi di

Kediri. Software yang digunakan untuk simulasi adalah

menggunakan ETAP 7.0.0 dan untuk menggambarkan

kurva karakteristik rele pengaman arus lebih

menggunakan Star-Protective Device Coordination

Batasan Masalah

2

3

Sistem Kelistrikan

Sistem Transmisi :Sistem transmisi yang digunakan radial, dengan tegangantinggi 500kV dan 150kV.

Sistem Distribusi :Sistem distribusi yang digunakan berada pada teganganrendah 20kV, yang selanjutnya disalurkan pada trafodistribusi didaerah perumahan dan industri.

Sistem Pembangkitan :Daya listrik disuplai oleh pembangkit Pedan dan Paiton yangmana suplai daya tersebut ditransmisikan melalui kabelSUTET menuju trafo daya 500 MVA di GITET Kediri.

Beban :Total beban terpasang berupa beban statis maupun bebandinamik yang terintegrasi dengan GITET dan GI lain didaerahkediri dan sekitarnya lebih dari 100 MVA

5

Single Line Diagram

4

BUS-1

LINE-2

TRAFO 1 500/150 kV

TRAFO 2500/150 kV

TRAFO 3 150/20 kV

TRAFO150/20 kV

TRAFO150/70 kV

UTILITY

BUS-3 BUS-4

BUS-6

BUS-7

BUS-5BU

S-8

BUS-

9

BUS-10

TRAFO70/20 kV

FUTURE FEEDER

BUS-10

BUS-12

BUS-13

Bus-14BUS-15

Power Grid from Paiton & BanaranTransmited by Extra High Voltage Transmission Line 500 kV, Condition 4 PowerGrid: Always On

Main Power Transformator in GITET Kediri

c

Substation which Integrated with GITET, GI Banaran , GI Tulungagung, GI Pare.

5

Pemilihan Tipikal Koordinasi

6

Simulasi Arus Hubung

Singkat 30 Cycle

Bus TeganganArus Hubung Singkat

Maksimum

Arus Hubung Singkat

Minimum

Bus-1 500 kV 9.076 kA 10.607 kALine-2 150 kV 13.948 kA 16.543 kABus-3 150 kV 13.294 kA 15.789 kABus-4 150 kV 13.294 kA 15.748 kABus-5 70 kV 8.387 kA 10.692 kABus-6 20 kV 17.008 kA 19.724 kABus-7 20 kV 10.773 kA 12.473 kABus-8 70 kV 2.735 kA 3.247 kABus-9 20 kV 5.273 kA 6.191 kABus-10 70 kV 1.966 kA 2.317 kABus-11 20 kV 5.073 kA 5.952 kABus12 20 kV 1.478 kA 1.707 kABus-13 20 kV 6.401 kA 7.401 kABus-14 20 kV 1.619 kA 1.876 kABus-15 70 kV 5.469 kA 7.375 kA

8

Tabulasi Eksisting

Tipikal Koordinasi 1

ID Relay

Protective Device

CT

Setting

Mfgr. TypeANSI Code Curve x In Iset (A)

Time Dial

Time Delay

Rele50Areva Micom

P122

51 SI 300 / 5 0.5 150 0.15 --

50 DT 300 / 1 10.25 3075 -- 0.1

OCR SekunderTrafo3

ArevaMicomP122

51 SI 2000 / 5 1.04 2080 0.2 --

50 DT 2000 / 5 4.2 8400 -- 0.5

OCR PrimerTrafio3

ArevaMicomP122

51 SI 300 / 5 0.92 276 0.15 --

50 DT 300 / 5 9 2700 -- 0.01

OCR S T1Areva

MicomP121

51 SI 2500 / 1 0.83 2075 0.3

50 DT 2500 / 1 13.2 33000 -- 0.15

OCR P T1Areva

MicomP121

51 SI 1000 / 1 0.7 700 0.45 --

50 DT 1000 / 1 5.53 5530 -- 0.15

9


Kurva OCR Primer Trafo1 menabrak karakteristik trafo

MissmatchdanOverlapping

12

Rele50 (CT Ratio : 300 / 5) Curve Type : Standard Inverse Time

Rekomendasi Resetting

13

Rele OCR Sekunder Trafo3 (CT Ratio : 2000 / 5) Curve Type: Standard Inverse Time


14

Rele OCR Primer Trafo3 (CT Ratio : 300 / 5) Curve Type: Standard Inverse Time


15

Rele OCR Sekunder T1 (CT Ratio : 2500 / 1) Curve Type: Standard Inverse Time


18

Rele OCR Primer T1 (CT Ratio : 1000 / 1) Curve Type: Standard Inverse Time


19

Tabulasi Resetting


ID Relay

Protective Device

CT

Setting

Mfgr. TypeANSI Code Curve x In Iset (A)

Time Dial

Time Delay

Rele50Areva Micom

P122

51 SI 300 / 5 0.58 174 0.15 --

50 DT 300 / 1 10 3000 -- 0.1s

OCR SekunderTrafo3

ArevaMicomP122

51 SI 2000 / 5 1.4 2800 0.125 --

50 DT 2000 / 5 4 8000 -- 0.3s

OCR PrimerTrafio3

ArevaMicomP122

51 SI 300 / 5 1.25 375 0.175 --

50 DT 300 / 5 15 4500 -- 0.15s

OCR S T1Areva

MicomP121

51 SI 2500 / 1 1 2500 0.1

50 DT 2500 / 1 3 7500 -- 0.3s

OCR P T1Areva

MicomP121

51 SI 1000 / 1 0.7 700 0.15 --

50 DT 1000 / 1 5 5000 -- 0.15s

20


Grading time Kurva OCR Rele50 dan OCR SekunderTrafo3 sudah tepat beradapada 0.2 s

Grading time dari kedua KurvaOCR pengaman trafo ini sudahtepat berada pada 0.2 s – 0.4 s (std. IEE 242)

0.3s

0.1s

22

Tabulasi Eksisting


Circuit

Protective Device

CT

Setting

Mfgr. TypeANSI Code

Curve x In Iset (A) Time DialTime Delay

Rele55Areva Micom

P122

51 SI 200 / 5 0.5 100 0.25 --

50 DT 200 / 5 4.38 876 -- 0.1

OCR S T2PAreva

MicomP122

51 SI 600 / 5 1.17 702 0.2 --

50 DT 600 / 5 4.67 2802 -- 0.5

OCR P T2PAreva

MicomP122

51 SI 200 / 5 1 200 0.175 --

50 DT 200 / 5 9 1800 -- 0.01

OCR ArahPare

ABB SPAJ 140C 51 NI 400 / 5 0.95 380 0.2

50 DT 400 / 5 6.3 2520 -- 0.3

OCR S TPABB SPAJ 140C

51 NI 600 / 5 1.7 1020 0.23 --

50 DT 600 / 5 6.8 4080 -- 0.15

OCR P TPABB SPAJ 140C 51 NI 400 / 5 0.7 280 0.28 --

50 DT 400 / 5 5.6 2240 -- 0.04

23


MissmatchdanOverlapping

26

Tabulasi Resetting


Circuit

Protective Device

CT

Setting

Mfgr. TypeANSI Code

Curve x In Iset (A) Time DialTime Delay

Rele55Areva Micom

P122

51 SI 200 / 5 0.5 100 0.125 --

50 DT 200 / 5 7 1400 -- 0.1

OCR S T2PAreva

MicomP122

51 SI 600 / 5 1.2 720 0.175 --

50 DT 600 / 5 4 2400 -- 0.3

OCR P T2PAreva

MicomP122

51 SI 200 / 5 1.05 210 0.225 --

50 DT 200 / 5 9 1800 -- 0.15

OCR ArahPare

ABB SPAJ 140C 51 NI 400 / 5 1.1 440 0.2

50 DT 400 / 5 5.3 2120 -- 0.3

OCR S TPABB SPAJ 140C

51 NI 600 / 5 1.05 630 0.22 --

50 DT 600 / 5 5.5 3300 -- 0.5

OCR P TPABB SPAJ 140C 51 NI 400 / 5 0.72 288 0.3 --

50 DT 400 / 5 10 4000 -- 0.15

27


0.3s

0.1s

Gra

ding

tim

e da

rike

dua

Kur

vaO

CR

pen

gam

antra

foin

isud

ahte

patb

erad

apa

da0.

2 s

–0.

4 s

(std

. IE

E 24

2)

Differential Relay as Bus Protection

Rele Differensial jenis High impedance menggunakan stabilising resistor yang dipasang seri dengan rele differensial arusnya. Rele disetting dengan memperhitungkan sensitivitas untuk gangguan internal dan stabilitas untuk gangguan eksternal.Sensitivitas terhadap gangguan internal ditentukan oleh besarnya setting arus rele. Setelan arus ditentukan (20% – 30%) In CT.

Rele Diferensial sebagai Pengaman Bus Rele Diferensial tipe High Impedance

Data Rele Diferensial yang Terpasang pada Bus 150 kV

Data CT

Areva Micom P123 Ratio CT = 2500/1 A

Arus Nominal (In) = 1 A Tahanan CT = 15 Ω

Burden Relay = 6VA (standby) + 0.4VA (when energized)

Tahanan Kabel = 1 Ω

Tahanan rele = 0.025 Ω

Arus Gangguan (If) = 40000 A

Data Rele Diferensial yang Terpasang pada Bus 500 kV

Data CT

Areva Micom P123 Ratio CT = 2500/1 A

Arus Nominal (In) = 1 A Tahanan CT = 15 Ω

Burden Relay = 6VA (standby) + 0.4VA (when energized)

Tahanan Kabel = 1 Ω

Tahanan rele = 0.025 Ω

Arus Gangguan (If) = 40000 A

Eksisting Data Rele dan CT

Perhitungan Stabilitas Resistor

Bus 150 kV Bus 500 kV

Jenis Proteksi Diferensial Setting Eksisting Hasil

Perhitungan

Resetting

Proteksi Bus

Bus 500 kV Rs = 1150 Ω Rs = 2394 Ω Rs = 2000 Ω

Bus 150 kV Rs = 1600 Ω Rs = 1883 Ω Rs = 1800 Ω

Tabel Proteksi Bus

Rele Differensial jenis High impedance menggunakan ReleMicom P632 untuk proteksi bus 500 kV dan Micom P123 untuk proteksi bus 150 kV.

Batas impedansi pada high impedance differential relay berada pada kisaran (1600 Ω - 2600 Ω) std IEEE 242-2001.

Differential Relay as

Transformer Protection

Spesifikasi Trafo Daya

Trafo 1 (500kV) Trafo2 (500kV) Trafo 3 (150kV)

Type: Elin Type: Mitsubishi Type: Unindo

Daya: 500 MVA Daya: 500 MVA Daya: 60 MVA

Tegangan: 500kV/150kV



Vektor: Ynyn0 Vektor: Ynyn0 Vektor:Ynyn0Impedansi: 13.1% Impedansi: 13.1% Impedansi: 10%

CT primer: 1000/1 CT primer: 1000/1 CT primer: 300/5

CT sekunder: 2500/1

CT sekunder: 2500/1

CT sekunder: 2000/5

Rele diferensial merupakan suatu releyang bekerja berdasarkankeseimbangan (balance), yang membandingkan arus-arus (CT) yang terpasang pada terminal-terminal peralatan atau instalasi listrik yang diamankan, yang dalam kasus ini adalahtrafo daya.



Perhitungan Rele Diferensial Sebagai Pengaman Trafo 500 kV



Perhitungan Rele Diferensial Sebagai Pengaman Trafo 150 kV

Tabel Setting Rele

Proteksi Trafo

Jenis Proteksi Diferensial Setting Eksisting Hasil Perhitungan Resetting

ProteksiTrafo

Trafo1 500 kV Slope 1= 30 % Slope1= 28.2% Slope1= 30%



Rele Differensial pengaman trafo menggunakan Rele MicomP632 untuk proteksi Trafo Elin dan Mitsubishi 500/150 kV danTrafo Unindo 150/20 kV.Pemilihan Slope Minimum adalah 10% dengan step pertambahan sebesar 1% (Areva – MiCOM P632)

34

Kesimpulan

Grading time yang digunakan pada perhitungan manual resetting rele pengamanadalah sebesar 0.2 - 0.4 detik. Pada typical 1, selisih waktu antara rele50 sebagaipengaman beban dengan rele OCR sekunder trafo 150kV tepat 0.2 s, sedangkanuntuk selisih OCR sekunder dan primernya sebesar 0.39 s hasil ini dinilai sesuaidengan standard grading time sebesar 0.2-0.4 detik (standar IEEE 242)

Kerja rele diferensial tidak terkordinasi dengan pengaman lain hal ini karenaprinsip kerja rele adalah seketika (instant), dimana dilakukan perbandingan arusyang masuk dan keluar rele.

Untuk rele diferensial pengaman trafo dilakukan perhitungan slope yang mengacupada standard , yang mana slope I berada pada kisaran 30 – 50% (referensi slope untuk rele diferensial ABB dan Micom).

Pada setting eksisting trafo 500 kV slope 1 diset pada 30%, sedangkan padaperhitungan didapat nilai 28,1% yang mana dipilih 30% menyesuaikan denganrange/step nilai pada rele datasheet.

Setting yang dilakukan pada rele diferensial pengaman trafo 500kV sudah sesuaijika ditinjau dari hasil perhitungan maupun standard yang ada

35

Saran

Penulis menyarankan pertimbangan ulang setting yang ada dengan mengacu pada hasil dari perhitungan dankoordinasi rele pengaman arus lebih dari laporan tugasakhir ini, karena sudah dirasa relatif benar dan amanuntuk diaplikasikan dan digunakan sebagai bahanpertimbangan untuk pengaturan rele pada sistemkelistrikan industri yang terkait. Dimana koordinasiantara rele utama dan backup sudah sesuai denganinterval waktu 0.2 – 0.4 (IEE 242-2001)

Rele diferensial, pada data eksisting setelan slope sudahbenar dengan memilih slope 1 30%. Untuk setting proteksi busbar penulis menyarankan pemilihanproteksi pada busbar 150kV menggunakan resistansistabilitas maksimal sebesar 1800 Ω.

Jelaskan mengenai CB gagal trip

Kurva rusaknya trafo (damage curve)

Kenapa waktu kerja rele minimum 0.2 , darimana angka 0.2?

Relay yang dipakai type apa?

Relay pengaman pada transmisi itu apa saja

Pertanyaan Seminar

Penyebab CB gagal trip adalah ketidak mampuanrele untuk merasakan adanya gangguan danmemberikan perintah CB untuk trip, bisa jugakarena kesalahan koordinasi waktu kerja rele.

Pada gambar diatas jika rele gagal untuk memberiperintah trip CB1 maka koordinasi yang benaradalah CB2 sebagai backup proteksi harus mampumutus gangguan.

Jawaban

CB 1CB 2

Kurva Damage Curve Trafo

Dari Kurva tsb dapat dilihat

Bahwa waktu minimum dari

Damage curve trafo adalah

2 sekon.

Jawaban

Angka grading time 0.2 - 0.4 s

standar IEEE 242 yang dijabarkan sebagaiberikut:

Waktu terbuka CB : 0.04 – 0.1 s (2-5 Cycle)

Overtravel dari rele : 0.1 s

Faktor Keamanan : 0.12 – 0.22 s

Untuk rele static dan rele digital berbasismicroprosesor overtravel time dari rele dapatdiabaikan. Sehingga total waktu =0.2 -0.4 s

Jawaban

Tipe Relay yang dipakai di GITET adalah type rele digital

Pengaman yang ada pada transmisi adalahrele arus lebih, rele jarak, rele groudfault, releundervoltage.

Jawaban

jurusan teknik elektro fakultas teknologi industri ... · trafodaya. differential relay as ....

Documents