koordinasi relay pengaman dan load flow...

1

Makalah Seminar Kerja Praktek

KOORDINASI RELAY PENGAMAN DAN LOAD FLOW ANALYSIS

MENGGUNAKAN SIMULASI ETAP 7.0

PT. KRAKATAU STEEL (PERSERO) TBK

Oktarico Susilatama PP 1, Ir. Agung Warsito, DHET 2 1 Mahasiswa dan 2 Dosen Pembimbing Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro,

Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia

Abstrak - PT. Krakatau Steel merupakan Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang berlokasi di kawasan industri

Krakatau, tepatnya di jalan Industri No. 5 PO BOX 14, Cilegon 42435, Indonesia. Perusahaan ini bergerak di bidang

industri baja yang terintegrasi yang terbesar di Indonesia. PT. Krakatau Steel memiliki pabrik utama penghasil baja slab

yaitu Slab Steel Plant 1 (SSP 1) dan Slab Steel Pant 2 (SSP 2)..

Proses produksi baja slab pada PT. Krakatau Steel membutuhkan daya listrik dalam jumlah yang besar. Untuk

memenuhi keandalan ketersediaan dan penyaluran energi listrik untuk proses produksi baja, kebutuhan sistem proteksi yang

memadai mutlak diperlukan. Fungsi peralatan sistem proteksi adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan

bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih dalam keadaan normal serta sekaligus mengamankan bagian

ini dari kerusakan yang dapat menyebabkan kerugian yang lebih besar.

Seperti pabrik-pabrik pada umumnya, pabrik PT. Krakatau Steel memerlukan keandalan sistem kelistrikan serta

kontinuitas suplai daya listrik untuk mendukung proses produksinya. Salah satu faktor yang mempengaruhi hal tersebut

adalah performa sistem proteksi dengan koordinasi rele-rele pengamannya. Untuk meningkatkan perfoma sistem proteksi

perlu dilakukan analisis terhadap setelan dan koordinasi rele yang ada terutama pada koordinasi rele pengaman arus lebih.

Analisis ini dapat dilakukan dengan menjabarkan system koordinasi rele pengaman dan aliran daya. Dengan menganalisis

hal ini, akan didapatkan setelan dan koordinasi yang baik bagi system kelistrikan tersebut. Setelan dan koordinasi rele yang

baik akan dapat mencegah atau membatasi kerusakan jaringan beserta peralatannya ketika terjadi gangguan dan juga

mencegah putusnya suplai daya listrik pada daerah yang tidak ada gangguan

Kata kunci : Koordinasi rele, rele pengaman, gangguan 3 fasa seimbang,analisis aliran daya, definite time over current relay

I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan baja

yang terintegrasi dalam menghasilkan produknya,

dimana memiliki pabrik utama penghasil baja slab

yaitu Slab Steel Plant 1 (SSP 1) dan Slab Steel Pant

2 (SSP 2). SSP 1 menghasilkan produksi baja kasur

(slab) sebesar 1.000.000 ton/tahun dan SSP 2

menghasilkan 800.000 ton/tahun. Dan dalam hal ini

optimalisasi sumber daya yang ada sangat

diperlukan.

Untuk meningkatkan perfoma sistem proteksi

perlu dilakukan analisis terhadap setelan dan

koordinasi rele yang ada terutama pada koordinasi

rele pengaman arus lebih. Setelan dan koordinasi

rele yang baik akan dapat mencegah atau

membatasi kerusakan jaringan beserta peralatannya

ketika terjadi gangguan dan juga mencegah

putusnya suplai daya listrik pada daerah yang tidak

ada gangguan. Oleh karena itu, diperlukan sistem

simulasi koordinasi relay pengaman dan load flow

analysis menggunakan ETAP 7.0

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas dapat

dirumuskan permasalahan bagaimana menentukan

setelan koordinasi rele arus lebih dan menganalisis

aliran daya pada Slab Steel Plant 1 PT. Krakatau

Steel, sehingga dapat meningkatkan performa

sistem proteksi

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam Kerja Praktek ini, penulis membatasi

masalah hanya pada sistem koordinasi relay

pengaman arus lebih gangguan tiga fasa seimbang

dan aliran daya menggunakan Etap 7.0 pada Slab

Steel Plant 1 PT. Krakatau Steel

2

1.4 Tujuan

Tujuan Kerja Praktek ini adalah :

1. Mahasiswa melalui kerja praktek dapat

menerapkan teori yang didapat di bangku

kuliah.

2. Mahasiswa dapat mengetahui sistem

koordinasi relay pengaman arus lebih dan load

flow analysis menggunakan Etap 7.0 Slab

Steel Plant (SSP) 1 PT. Krakatau Steel.

3. Memodelkan, mensimulasikan, dan

menganalisis aliran daya sistem kelistrikan

menggunakan Etap 7.0 Slab Steel Plant (SSP)

1 PT. Krakatau Steel.

4. Mengetahui koordinasi rele pengaman yang

terpasang pada sistem kelistrikan

menggunakan Etap 7.0 Slab Steel Plant (SSP)

1 PT. Krakatau Steel saat ini.

II. DASAR TEORI SISTEM PROTEKSI PADA

SUBSTATION

2.1 Pendahuluan

Gambar 2.1 Sistem Proteksi

Fungsi peralatan proteksi adalah untuk

mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian

jaringan yang terganggu dari bagian lain yang

masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian

yang masih sehat dari kerusakan atau kerugian yang

lebih besar. Sistem Proteksi harus memenuhi syarat

sebagai berikut :

Sensitif

Selektif

Cepat

Andal

Ekonomis

2.2 Perangkat Sistem Proteksi

1. Rele

2. Trafo arus dan/atau trafo tegangan

3. Pemutus Tenaga (PMT)

4. Batere

III. Rele Arus Lebih (OCR)

Rele Arus Lebih merupakan rele pengaman

yang bekerja karena adanya besaran arus dan

terpasang pada jaringan tegangan tinggi, tegangan

menengah juga pada pengaman Transformator

tenaga. Rele ini berfungsi untuk mengamankan

peralatan listrik akibat adanya gangguan phasa-

phasa.

3.1 Prinsip Kerja Rele Arus lebih (OCR)

Rele Arus Lebih merupakan rele yang bekerja

terhadap arus lebih, rele ini akan bekerja bila arus

yang mengalir melebihi nilai setting arusnya (I

sett). Rele ini bekerja dengan membaca input

berupa besaran arus kemudian membandingkan

dengan nilai setting, apabila nilai arus yang terbaca

oleh rele melebihi nilai setting, maka rele akan

mengirim perintah trip (lepas) kepada Pemutus

Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) setelah

tunda waktu yang diterapkan pada setting.

3.2 Fungsi dan Penggunaan

Rele ini berfungsi sebagai pengaman terhadap

gangguan arus hubung singkat fasa-fasa dan dapat

digunakan sebagai :

Pengaman Utama Penyulang (jaringan

tegangan menengah)

Pengaman Cadangan pada Trafo, Generator

dan Transmisi

Pengaman Utama untuk Sistem Tenaga Listrik

yang kecil dan radial

3.3 Karakteristik Rele

1. Rele Arus Lebih Kerja Seketika

(Instantaneous OCR)

Rele Arus ini digunakan untuk pengaman arus

hubung singkat yang besar (high set) sehingga

tripping time pada arus gangguan yang besar rele

akan bekerja seketika.

Gambar 3.1 Kurva perbandingan waktu dan arus

OCR karakteristik Instantaneous

3

Karakteristik waktu kerja OCR karakteristik

Instantaneous:

Bekerja tanpa waktu tunda

Setelan arus sangat besar

Terdapat disisi primer atau sekunder

Transformator

2. Rele Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite

time OCR)

Gambar 3.2 Kurva perbandingan waktu dan arus

OCR karakteristik definite

Karakteristik waktu kerja OCR karakteristik

Definite:

Bekerja dengan waktu tunda

Waktu kerja rele tidak dipengaruhi besar arus

gangguan

Terdapat disisi primer atau sekunder trafo

3. Rele Arus Lebih Inverse

Beberapa jenis karakteristik rele ini adalah :

Long Time Inverse

Standard Inverse

Very Inverse

Extremely Inverse

Hubungan antara Arus terhadap waktu untuk

beberapa karakteristik di atas ditunjukan oleh

persamaan berikut :

Dimana

t : waktu dalam detik

I : Arus gangguan

Is : Arus setting

TMS : time multiplier setting

K dan untuk setiap karakteristik besarnya seperti

pada tabel di bawah ini :

Tabel 3.1 Karakteristik K dan

Gambar 3.3 Perbandingan beberapa karakteristik

rele inverse

Pada kurva kerja diatas terdapat perbandingan

antara kurva Standart Inverse (SI), Very Inverse

(VI), Extremely Invers (EI), dan Long Time Inverse

(LTI). Sesuai pada grafik diatas, tipe rele inverse

menyatakan semakin besar arus gangguan maka

semakin cepat kerja rele tersebut.

IV. KOORDINASI RELAY PENGAMAN DAN

LOAD FLOW ANALYSIS

4.1 Setting Relay Arus dan Relay Tegangan

Tabel 4. 1 Setting Relay

4

Gambar 4.1 single line diagram sistem proteksi

Relay dari mainstation 1 sampai dengan dapur

listrik

1. Setting Relay pada branch

Gambar 4.2 Sistem kelistrikan pada branch

Branch atau cabang merupakan bagian yang

terletak paling dekat dengan dapur listrik (Electric

Arc Furnace).

Tabel 4.2 Kabel yang digunakan pada feeder AN-

Trafo Furnace

4.2 Load Flow Analysis

Gambar 4.3 Kondisi MTS 1 KDL-main bus AH

ketika tie CB closed

Pada gambar diatas dapat kita amati bahwa

aliran daya dari MTS 1 KDL menuju main bus AH

sebesar 236,8+ j21,1 terbagi menjadi tiga feeder

masing masing sebesar 78,9 + j7 dengan rugi-rugi

daya kabel yang telah diperhitungkan.

Gambar 4.4 Kondisi main bus AH-feeder AH

ketika tie CB closed

Pada gambar diatas terlihat aliran daya dari

main bus AH menuju main bus AN dengan tie CB

di close, sehingga ada aliran daya dari sisi feeder

sebelah kanan menuju sisi feeder sebelah kiri.

Gambar 4.5 Kondisi feeder AN-furnace ketika tie

CB closed

Pada gambar diatas terlihat bahwa aliran daya

pada sisi kiri dan kanan feeder mensuplai furnace

sesuai daya yang dibutuhkan dengan rugi-rugi daya

kabel yang telah diperhitungkan

5


ketika tie CB opened




yaitu feeder AH 12 sebesar 118,5 + j 10,5, AH 14

sebesar 59,2 + j5,3 dan AH 16 sebesar 59,2 + j5,3.

.


CB opened

Pada gambar diatas terlihat bahwa aliran daya

pada masing-masing sisi kiri dan kanan feeder

mensuplai furnace sesuai daya yang dibutuhkan

dengan rugi-rugi daya kabel yang telah

diperhitungkan. Tidak terdapat aliran daya dari sisi

kanan feeder menuju sisi kiri feeder karena tie CB

berkondisi opened


CB opened

Pada gambar diatas terlihat bahwa tidak ada

aliran daya pada sisi kiri dan kanan feeder akan

tetapi suplai daya pada furnace sesuai yang

dibutuhkan dengan rugi-rugi daya kabel yang telah

diperhitungkan. Tampak pada saat tie CB closed

maupun opened suplai daya pada masing-masing

furnace sesuai dengan kebutuhan dayanya.


ketika tie CB closed feeder AN 4 opened




masing-masing sebesar 63,2 + j5,6.


CB closed CB AN 4 opened

Terdapat aliran daya dari sisi kanan feeder AN

menuju sisi kiri feeder AN. Sesuai perhitungan

ketika CB AN 4 opened, maka ada aliran tambahan

sebesar 8+j0,6 dari sisi feeder kanan menuju feeder

sisi kiri dengan melewati tie CB. Ada tambahan

pada sisi kiri feeder untuk membantu memenuhi

kebutuhan daya LF 1.

Gambar 4.11 Beban feeder AN-furnace ketika tie

CB closed CB AN 4 opened

6

Pada gambar diatas terlihat bahwa terjadi

keseimbangan daya pembangkitan dengan daya

yang digunakan beban walaupun CB AN 4 opened,

suplai daya tambahan dapat disalurkan melalui tie

CB .


ketika tie CB opened feeder AN 4 opened




yaitu feeder AH 12 sebesar 71,1 +j6,2, feeder AH

14 sebesar 59,2+j5,3 dan feeder AH 16 sebesar

59,2+j5,3

Terdapat perbedaan distribusi daya pada tiap

feeder AH, hal ini dikarenakan tidak terpasangnya

tie CB pada kondisi closed sehingga terbentuk

distribusi tidak merata tiap feeder AH. Untuk

mengatasi hal tersebut, daya pembangkitan MTS 1

KDL membagi dayanya sesuai kebutuhan beban

tiap feeder yang terbebani walaupun tidak

terdapatnya tie CB dalam kondisi closed


CB opened CB AN 4 opened

. Tidak terdapat aliran daya dari sisi kanan

feeder AN menuju sisi kiri feeder AN. Sesuai

perhitungan ketika CB AN 4 opened, maka ada

pembangkitan daya yang lebih pada sisi feeder kiri

agar dapat mensuplai bebannya walaupun tie CB

dalam kondisi opened.


CB opened CB AN 4 opened

Pada gambar diatas terlihat bahwa terjadi

keseimbangan daya pembangkitan dengan daya

yang digunakan beban walaupun CB AN 4 opened

dan tie CB opened

Tabel 4.3 Aliran daya pembangkitan dan beban

Tabel 4.4 Aliran daya tiap bus EAF 5 saat tie CB

opened

Tabel 4.5 Rugi-rugi aliran daya pada feeder EAF 5

saat tie CB opened

7

Tabel 4.6 Aliran daya tiap bus EAF 5 saat tie CB

closed

Tabel 4.7 Rugi-rugi aliran daya pada feeder EAF 5

saat tie CB closed

4.3 Besar Arus Hubung Singkat 3 Fasa

Seimbang pada feeder EAF 5

Tabel 4.8 Arus hubung singkat 3 fasa seimbang

maksimum pada feeder EAF 5 saat tie CB opened


minimum pada feeder EAF 5 saat tie CB opened


maksimum pada feeder EAF 5 saat tie CB closed


maksimum pada feeder EAF 5 saat tie CB closed

4.4 Simulasi kinerja rele saat terjadi gangguan

di tiap bus pada feeder EAF 5

Saat tie CB closed

Terjadi gangguan di bus EAF 5

Gambar 4.12 Waktu trip rele ketika terjadi

gangguan pada bus EAF 5

Terjadi gangguan di bus 5


gangguan pada bus 5



gangguan pada bus 77

8



gangguan pada bus 2



gangguan pada bus 3

Tie Bus Opened

Gangguan di bus EAF 5


gangguan pada bus EAF 5

Gangguan dibus 5


gangguan pada bus 5

Gangguan dibus 77


gangguan pada bus 77

Gangguan dibus 2


gangguan pada bus 2

Gangguan dibus 3


gangguan pada bus 3

9

V. PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan materi pada makalah ini, maka dapat

disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:

1. Pada Electric Arc Furnace (EAF) memiliki

tingkat tegangan yang rendah untuk mencapai

daya tertentu akan memerlukan arus yang

tinggi sehingga akan menghasilkan arus short

circuit yang tinggi ketika terjadi gangguan

2. Jika circuit breaker yang terletak paling dekat

dengan gangguan tidak bisa trip maka circuit

breaker setelahnya seharusnya trip. Hal ini

umumnya terjadi karena system koordinasi rele

pengaman tidak bekerja dengan baik dan

setting rele yang salah

3. Simulasi koordinasi rele dan analisis aliran

daya bermanfaat untuk penentuan setting rele

terhadap gangguan yang terjadi pada feeder

jaringan distribusi listrik.

4. Dengan terpasangnya tie CB pada kondisi

closed sehingga terbentuk distribusi merata tiap

feeder AH. Ketika tidak terpasangnya tie CB

pada kondisi closed sehingga terbentuk

distribusi tidak merata tiap feeder AH. Untuk

mengatasi hal tersebut, daya pembangkitan

MTS 1 KDL membagi dayanya sesuai

kebutuhan beban tiap feeder yang terbebani

walaupun tidak terdapatnya tie CB dalam

kondisi closed

5.2 SARAN

1. Agar tercapainya keandalan system tenaga

listrik yang dapat digunakan untuk periode

yang lama,disarankan untuk mengatur setelan

koordinasi beberapa rele tersebut pada kurun

waktu tertentu, maka direkomendasikan untuk

melakukan penggantian setelan sesuai dengan

setelan yang diperlukan.

2. Untuk mahasiswa disarankan untuk

melakukan simulasi dengan metode setting

selain definite time over current relay

sehingga dapat diketahui koordinasi rele

pengaman yang tepat pada sistem kelistrikan

PT. Krakatau Steel.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anderson, P.M. 1998. “Power System

Protection”, John Wiley & Sons, Inc., Canada,

Ch. 3

[2] Power System Analysis. 2008. “Studi Load

Flow”, PT. Krakatau Steel.

[3] Power System Analysis. 2008 “Setting

Proteksi”, PT. Krakatau Steel.

[4] Rao.S.Sunil. 1996. “Switchgear and

Protection”, Khana Publisher,New Delhi

[5] SIPROTEC Multi-Functional Protective Relay

with Local Control7SJ62/63/6. 2003.

[6] Stevenson,William D, Idris Kamal. Ir. 1996.

“Analisis Sistem Tenaga”,Erlangga, Jakarta

[7] Theraja. BL. 1994. “Electrical Technology

Volume IF”, S.Chard & Company LTD, Ram

Nagar, New Delhi

[8] Zuhal. 2000. “Dasar Teknik Tenaga Listrik

dan Elektronika Daya”, PT. Gramedia Pustaka

Utama, Jakarta

BIOGRAFI

Oktarico Susilatama PP, NIM

21060110141053, lahir di

kendal, 22 Oktober 1992,

menempuh pendidikan di

SMPN 1 Semarang, SMAN 3

Semarang. Dan sekarang

sedang menempuh S1 di

Teknik Elektro Universitas

Diponegoro.

Semarang, Oktober 2013

Mengesahkan,

Mahasiswa Dosen Pembimbing

Oktraico Susilatama PP Ir.Agung Warsito, DHET

NIM. 21060110141053 NIP.195806171987031002

koordinasi relay pengaman dan load flow...

Documents