koordinasi proteksi rele arus lebih dengan metode fuzzy...

KOORDINASI PROTEKSI RELE ARUS LEBIH DENGAN METODE FUZZY LOGIC MENGGUNAKAN

PLANT PT.KPI (KALTIM PARNA INDUSTRI)

Dani Brami Purwosetyo

2209106055

Dosen Pembimbing :

Dr.Ir. Margo Pujiantara, MT.

Heri Suryoatmojo, ST., MT., PhD.

Latar Belakang

PT. KPI adalah perusahaan industri petrokimia Dalam kelistrikan industri dibutuhkan sistem

pengaman untuk mengamankan sistem dari gangguan

Koordinasi sistem pengaman diperlukan untuk membatasi daerah pemadaman ketika terjadi gangguan

Koordinasi sistem pengaman yang baik dapat meningkatkan keandalan sistem

Koordinasi Proteksi Rele Arus Lebih Dengan Metode Fuzzy Logic Menggunakan Plant PT. KPI (Kaltim Parna Industri) 2

Permasalahan

Bagaimana penghitungan secara konvensional hubung singkat di PT. KPI

Bagaimana penggunaan metode Fuzzy logic pada perhitungan hubung singkat pada PT. KPI


Tujuan

Melaksanakan studi mengenai hubung singkat dan koordinasi proteksi sistem kelistrikan PT. Kaltim Parna Industri (KPI) untuk mempermudah pengguna awam untuk mensetting kurva invers rele dari suatu sistem proteksi khususnya plant PT. KPI


Perencanaan Sistem START

Pengumpulan Data dan Literatur

Pemodelan Single Line Diagram Sistem dan Penentuan Typical pada software ETAP

Analisis Load Flow

Simulasi dan Analisis Hubung Singkat

Simulasi Setting Koordinasi Sistem Proteksi

Setting Koordinasi Aman?

Didapatkan Nilai Ip dan TMS

Variabel Input (Ip dan TMS)

FUZZY LOGIC

Variabel Output (t)

Analisis (t) konvensional dengan (t) Fuzzy Logic

Pembuatan laporan

STOP

Ya

Tidak


Rele Arus Lebih

Rele arus lebih merupakan suatu jenis rele yang bekerja berdasarkan besarnya arus masukan, dan apabila besarnya arus masukan melebihi suatu harga tertentu yang dapat diatur (Ip) maka rele arus lebih bekerja, sedangkan (If) adalah arus gangguan

If > Ip rele bekerja ( trip ) If < Ip tidak bekerja ( block )

Teori Penunjang


Rele arus lebih ini dapat berupa rele arus lebih waktu invers (inverse time overcurrent relay), rele arus lebih waktu tertentu (definite overcurrent relay), dan rele arus lebih waktu instan (instantaneous overcurrent relay)

Waktu (detik)

Arus (Ampere)If besar

t = 80 milidetik

Karakteristik Arus Lebih Seketika

Karakteristik Arus Lebih Waktu tertentu

Karakteristik Arus Lebih Waktu terbalik

Teori Penunjang


Gambar . Instantaneous

overcurrent relay

Gambar . Invers

overcurrent relay Gambar . Definite

overcurrent relay

Teori Penunjang


Setting Rele Pengaman Ada dua hal utama yang perlu diperhatikan pada pengaturan rele yaitu: Setting Arus Setting Waktu

Setting Arus

Pada dasarnya batas penyetelan rele arus lebih adalah rele tidak boleh bekerja pada saat beban maksimum. Arus settingnya harus lebih besar dari arus beban maksimumnya. Arus penyetelan pun harus memperhatikan kesalahan pick up sesuai dengan British Standard Pick Up = 1.05 s/d 1.3 Iset

Dalam setting juga harus memperhatikan batasan maksimum, untuk alasan keamanan dan back Up hingga sisi downstream ditetapkan :

Ipp ≤ 0.8 Isc minimum Dengan pedoman diatas seting arus yang digunakan pada study adalah: 1,05 I FLA ≤ Iset ≤ 0,8 Isc minimum

Teori Penunjang


Setting Rele Pengaman

Setting Waktu

Penyetelan waktu kerja rele terutama dipertimbangkan terhadap kecepatan dan selektivitas kerja dari rele, sehingga rele tidak salah operasi, yang dapat menyebabkan tujuan pengaman tidak berarti. Untuk setting waktu sesuai standard IEEE 242 yaitu : Waktu terbuka Circuit beaker : 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 berbasis microprocessors overtravel

time dari rele dapat diabaikan. Sehingga total waktu = 0,2 -0,4 s

Teori Penunjang


Syarat-syarat Rele Pengaman

Untuk menjamin keandalan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan yaitu : - Kecepatan Bereaksi

Kecepatan bereaksi rele adalah saat rele mulai merasakan adanya gangguan sampai dengan pelaksanaan pembukaan pemutus tenaga (circuit breaker).

- Kepekaan Operasi ( sensitivity )

Pada prinsipnya rele harus cukup peka sehingga dapat mendeteksi gangguan di kawasan pengamanannya meskipun dalam kondisi yang memberikan rangsangan yang minimum

- Selektif ( selectivity )

Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin yaitu hanya seksi yang terganggu saja yang menjadi kawasan pengamanan utamanya

- Keandalan ( reliability )

Pengaman harus handal terhadap adanya gangguan, sehingga dapat melindungi peralatan. - Ekonomis

Penggunaan rele selain memenuhi syarat diatas, juga harus disesuaikan dengan harga peralatan yang diamankan.

Teori Penunjang


Fuzzy Logic FIS Tipe Fuzzy Logic = FIS (Fuzzy Inference System) Biasanya seorang operator/pakar memiliki pengetahuan

tentang cara kerja dari sistem yang bisa dinyatakan dalam sekumpulan IF-THEN rule. Dengan melakukan fuzzy inference, pengetahuan tersebut bisa ditransfer kedalam perangkat lunak yang selanjutnya memetakan suatu input menjadi output berdasarkan IF-THEN rule yang diberikan. Sistem fuzzy yang dihasilkan disebut Fuzzy Inference System

(FIS)

Teori Penunjang


Struktur FIS

pelayanan

makanan

Rule #1IF pelayanan is mengecewakan OR

makanan is hambar THEN bonus is sedikit

Rule #2IF pelayanan is bagus THEN bonus is

sedang

Rule #3IF pelayanan is memuaskan OR makanan is

enak THEN bonus is banyak

Σ bonus

INPUT

OUTPUT

RULE

Input berupa bilangan skor 0-10

Semua rule dievaluasi secara paralel

defuzzifikasi Output berupa bilangan

Teori Penunjang


Sistem Kelistrikan PT. KPI (Kaltim Parna Industri)

Single Line Diagram


Pemilihan Setting koordinasi yang digunakan pada PT. KPI (Kaltim Parna Industri)

Tipikal 1


BUS Isc max 4 cylce Isc min 30 cycle

ID KV KA KA

Bus 9 6.9 11.847 7.007

MSG 1 6.9 13.304 7.544

Bus 4 11 22.096 14.334

HSG1-KPI 11 23.261 14.984

Tabel Arus Hubung Sngkat


Koordinasi Proteksi Rele Arus Lebih Dengan Metode Fuzzy Logic Menggunakan Plant PT. KPI (Kaltim Parna Industri)

Contoh Perhitungan Konvensional


Relay ID

&

Model

CT Ratio Setting

Relay 15

Model :

Siemens

7SJ64

75/5

Curve Type VIT Pickup 3.71 Time Dial 3.2

Definite Pickup 30 Delay 0.1

Relay 14

Model :

Siemens

7SJ64

1000/5

Curve Type VIT Pickup 7.81 Time Dial 3.2 Definite Pickup 15 Delay 0.3

Relay 29

Model :

Siemens

7SJ64

500/5


Relay 30

Model :

Siemens

7SJ64

600/5



Plot Konvensional


Setting Rele dari Bus 9 ke bus HSG1-KPI (Typical 1)

Keterangan: Rele Utama Trip

Backup Rele Utama

Contoh Simulasi




Backup Rele Utama



Setting Rele dari Bus 9 ke bus HSG1-KPI (Typical 1)


Backup Rele Utama

Contoh Simulasi




Backup Rele Utama


Fuzzy Logic FIS

Metode yang digunakan : FIS Mamdani

Metode Defuzzifikasi : Centroid

Tujuan FIS

Untuk

mempermudah

pengguna awam

untuk menyetting

kurva invers

START

Perhitungan

Konvensional

Didapatkan Ip

dan TMS

Fuzzyfikasi

Rule Base

Defuzzyfikasi

Waktu operasi

(t)

Flowchart FIS Koordinasi Proteksi Rele Arus Lebih Dengan Metode Fuzzy Logic Menggunakan Plant PT. KPI (Kaltim Parna Industri) 26

Fuzzy Inference System Ip membership function

TMS membership function


t(sekon) membership function

Fuzzy Inference System


If (Ip is Ip1) and (TMS is TMS1) then (t(sekon) is sangat_cepat) If (Ip is Ip1) and (TMS is TMS2) then (t(sekon) is cepat) If (Ip is Ip1) and (TMS is TMS3) then (t(sekon) is sedang) If (Ip is Ip1) and (TMS is TMS4) then (t(sekon) is lambat) If (Ip is Ip1) and (TMS is TMS5) then (t(sekon) is lambat) If (Ip is Ip1) and (TMS is TMS6) then (t(sekon) is sangat_lambat) If (Ip is Ip2) and (TMS is TMS1) then (t(sekon) is sangat_cepat) If (Ip is Ip2) and (TMS is TMS2) then (t(sekon) is cepat) If (Ip is Ip2) and (TMS is TMS3) then (t(sekon) is sedang) If (Ip is Ip2) and (TMS is TMS4) then (t(sekon) is sedang) If (Ip is Ip2) and (TMS is TMS5) then (t(sekon) is lambat)


Rule Base

If (Ip is Ip2) and (TMS is TMS6) then (t(sekon) is sangat_lambat) If (Ip is Ip3) and (TMS is TMS1) then (t(sekon) is sangat_cepat) If (Ip is Ip3) and (TMS is TMS2) then (t(sekon) is sangat_cepat) If (Ip is Ip3) and (TMS is TMS3) then (t(sekon) is sangat_cepat) If (Ip is Ip3) and (TMS is TMS4) then (t(sekon) is cepat) If (Ip is Ip3) and (TMS is TMS5) then (t(sekon) is sedang) If (Ip is Ip3) and (TMS is TMS6) then (t(sekon) is lambat) If (Ip is Ip4) and (TMS is TMS1) then (t(sekon) is cepat) If (Ip is Ip4) and (TMS is TMS2) then (t(sekon) is cepat) If (Ip is Ip4) and (TMS is TMS3) then (t(sekon) is sedang) If (Ip is Ip4) and (TMS is TMS4) then (t(sekon) is lambat) If (Ip is Ip4) and (TMS is TMS5) then (t(sekon) is sangat_lambat) If (Ip is Ip4) and (TMS is TMS6) then (t(sekon) is sangat_lambat)


Rule Base (lanjutan)


Rule Editor


Rule Viewer

Koordinasi Proteksi Rele Arus Lebih Dengan Metode Fuzzy Logic Menggunakan Plant PT. KPI (Kaltim Parna Industri) Koordinasi Proteksi Rele Arus Lebih Dengan Metode Fuzzy Logic Menggunakan Plant PT. KPI (Kaltim Parna Industri)

Proses Mendapatkan Nilai t(sekon dengan MATLAB

Nilai t(sekon)

Nilai Ip yang tertampil

Nilai TMS yang tertampil

Pengisian nilai Ip dan TMS


Contoh Ip=80 dan TMS=1.57


Proses Mendapatkan Nilai t(sekon dengan MATLAB

Didapatkan t(sekon)=5.41

Fuzzy Inference System Hasil t(sekon) dengan fuzzy logic

Nilai TMS menggunakan t(sekon) fuzzy logic


CB TMS Ipp (A) t(sekon)

MSG 1A 3.2 55.65 10.3

MSG-1 3.2 1562.19 10.3

52F1 3.06 661.29 7.89

GEN KPI 2.21 413.28 9.07

CB t fuzzy(s) I (A) Ipp (A) Tp atau

TMS

MSG 1A 10.3 413.4 55.65 3.2

MSG-1 10.3 7544 1562.19 2.92 52F1 7.89 14334 661.29 3.2 GEN

KPI 9.07 3500 413.28 3.2

Plot Fuzzy Logic


Koordinasi rele saat hubung singkat minimum Bus 9

Koordinasi rele saat hubung singkat minimum Bus MSG1

Sequence Viewer


Koordinasi rele saat hubung singkat minimum Bus 4

Koordinasi rele saat hubung singkat minimum HSG1-KPI

Sequence Viewer


Seting menggunakan Fuzzy Logic FIS dapat mewakili perhitungan konvensional yang dibuktikan dengan pengujian setting fuuzy pada plant PT. KPI menggunakan tool STAR Protection pada ETAP untuk koordinasi proteksinya.

Dapat mempermudah dan membantu pengguna awam untuk menyetting TDS (Time Dial Setting) dalam plant PT. KPI

Kesimpulan


Terima Kasih

Atas Perhatiannya

PERTANYAAN SEMINAR 1. Perbandingan koordinasi proteksi rele arus lebih

tanpa fuzzy dan menggunakan fuzzy bagaimana? 2. Apa keuntungan pakai fuzzy? Mengapa

menggunakan fuzzy? 3. Mengapa tidak menggunakan arus hubung

singkat setting lowset pada rele OCR? 4. Data rele lapangan untuk nCT –nya? 5. Prinsip CT (Current Transformer)?


JAWABAN PERTANYAAN SEMINAR 1. Perbandingannya pada time dialnya, dengan fuzzy logic

dialnya lebih tinggi sedikit daripada konvensional. Untuk setting lowset dan highset nya sama, sesuai tabel dan gambar dibawah ini


Tabel Perbandingan Konvensional dengan Fuzzy Logic

CB Ipp TMS

konvesional

t(s)

konvensional

TMS

Fuzzy t(s) Fuzzy

MSG1A 55.65 3.2 20 3.2 10.3

MSG-1 1562.19 3.2 20 2.92 10.3

52F1 661.29 3.06 2 3.2 7.89

GEN KPI 413.28 2.21 4 3.2 9.07

2. Keuntungan menggunakan fuzzy logic adalah untuk menentukan time dialnya tanpa bantuan visual kurvanya, karena umumnya untuk penentuan time dial sulit, bila secara visual menggunakan software seperti power plot bisa dilihat hasil kurvanya sehingga bisa diatur letak kurvanya untuk koordinasi. Alasan menggunakan fuzzy logic karena fuzzy logic merupakan logika yang paling dasar dibandingkan metode yang lain seperti GA yang memerlukan learning, sedangkan fuzzy logic kumpulan logika IF then dari sistem.

3. Tidak menggunakan arus hubung singkat untuk setting rele bagian lowset, karena faktor pengali dari setting tersebut bisa melebihkan setting dari nilai arus hubung singkat (standart 1.05-1.3), jadi bila ada arus hubung singkat maka rele tidak akan mensensing, sedangkan arus hubung singkat untuk setting highset nya.


4. Data nCT PT. Kaltim Parna Industri (KPI) untuk Tipikal 1

Relay ID & Model CT Ratio

Relay 15

Model : Siemens 7SJ64 75/5

Relay 14


Relay 29


Relay 30



5. Prinsip CT (Current Transformer) Current Transformer atau CT adalah salah satu type trafo instrumentasi yang menghasilkan arus di sekunder dimana besarnya sesuai dengan ratio dari arus primernya. CT umumnya terdiri dari sebuah inti besi yang dililiti oleh konduktor beberapa ratus kali. Output dari sekunder biasanya adalah 1 atau 5 ampere, ini ditunjukan dengan ratio yang dimiliki oleh CT tersebut. Misal 100:1, berarti sekunder CT akan mengeluarkan output 1 ampere jika sisi primer dilalui arus 100 Ampere. Jika 400:5, berarti sekunder CT akan mengeluarkan output 5 ampere jika sisi primer dilalui arus 400 Ampere.



Terima Kasih

Atas Perhatiannya

koordinasi proteksi rele arus lebih dengan metode fuzzy...

Documents