Upload
phunghanh
View
226
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 1
INSTALASI PENTANAHAN DAN PROTEKSI GANGGUAN KE TANAH PADA PEMBANGKITAN MULTI GENERATOR DI SISTEM KELISTRIKAN PT.WILMAR NABATI GRESIK
ü Nama : Johariü NRP : 2210 105 035
Pembimbing :1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D2. Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT
Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2012)Teknik Sistem Tenaga(Jurusan Teknik Elektro ITS)
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 2
DAFTAR ISI
qPENDAHULUANqTEORI PENUNJANGqSTUDI KASUS PADA SISTEM
KELISTRIKAN PT. WILMARqSIMULASI DAN ANALISA DATAqKESIMPULAN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
ü PT. Wilmar Nabati Indonesia (PT. Wilmar) memiliki fasilitasindustri di daerah Gresik, Jawa Timur.
ü Dengan adanya penambahan pembangkit, maka perludilakukan analisis ulang sistem pengaman ground fault.
ü PT. Wilmar memiliki sistem tegangan menengah,sehinggadiperlukan pemilihan metode pentanahan sistem yang tepatuntuk mengatasi gangguan satu fasa ketanah.
ü Untuk sistem kelistrikan yang memiliki generator yangberoperasi paralel diperlukan suatu metode dalam memilihsistem pentanahan .
Page 3
Latar Belakang
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Batasan Masalah
Batasan masalah ditugas akhir ini meliputi :ü Pada simulasi hubung singkat, generator diparalel dengan
generator yang lain yang berada dalam 1 busü Distribution Generator (DG) tidak dimasukkan dalam
simulasiüü SimulasiSimulasi hubunghubung singkatsingkat menggunakanmenggunakan hubunghubung singkatsingkat 1 1 fasafasa
keke tanahtanah 30 30 cyclecycle
Page 4
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dari tugas akhir ini antara lain :ü Memberi referensi kelebihan dan kekurangan dalam
pemilihan metode pentanahan pada multi generator terutama diPT.wilmar Nabati Gresik.
ü Memahami penyetelan rele pengaman ground fault padapentanahan sistem generator.
ü Menyetel ulang koordinasi gound fault relay yang masihbelum tepat setelannya.
Page 5
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Metodologi
Page 6
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 7
DAFTAR ISI
qPENDAHULUANqTEORI PENUNJANGqSTUDI KASUS PADA SISTEM
KELISTRIKAN PT. WILMARqSIMULASI DAN ANALISA DATAqKESIMPULAN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Pentanahan Sistem
ü Ada beberapa jenis pentanahan sistem antara lain:1. Pentanahan Low Resistance
2. Pentanahan High Resistance
Page 8
Jurusan Teknik Elektro-ITS
3. Tanpa pentanahan(Open)
4. Pentanahan Solid
Page 9
Pentanahan Sistem
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 10
Pentanahan SistemSalah satu jenis NGR yang digunakan di industri untuk generator tegangan menengah
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 11
DAFTAR ISI
qPENDAHULUANqTEORI PENUNJANGqSTUDI KASUS PADA SISTEM
KELISTRIKAN PT. WILMARqSIMULASI DAN ANALISA DATAqKESIMPULAN
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 12
ü Sistem Pembangkitan :- Steam Turbine Generator (STG) 2 x 15 MW- Gas Turbine Generator (GTG) 1 x 6.4 MW- Gas Turbine Generator (GTG) 1 x 10 MW- Sumber dari PLN (GI Segara Madu) 5.5 MW
ü Sistem Distribusi :- Sistem distribusi dioperasikan secara radial dari sumber ke titik
beban.- Tegangan menengah yang digunakan adalah 10,5 kV dan 3,3 kV.Untuk Tegangan rendah 0,4 kV
ü Beban :Total konsumsi beban kondisi peak load sekitar 40.8 MW.
Sistem Kelistrikan PT. Wilmar
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 13
DAFTAR ISI
qPENDAHULUANqTEORI PENUNJANGqSTUDI KASUS PADA SISTEM
KELISTRIKAN PT. WILMARqSIMULASI DAN ANALISA DATAqKESIMPULAN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Studi Kasus
ü Permasalahan yang akan dianalisa yaitu :1. Pemilihan pentanahan paralel generator 2. Analisa pengaman ground fault relay3. Pemasangan differential relay 87GN
ü Pada sistem kelistrikan di PT.Wilmar terdapat 4generator yang beroperasi paralel ,yaitu:
1. PWS STG 01 dan PWS STG 02(Tipikal 1)2. PWS GTG dan Future Generator(Tipikal 2)
Page 14
Jurusan Teknik Elektro-ITS
ü Diagram satu garis untuk generator PWS STG 01 dan PWS STG 02 serta pemilihan tipikal koordinasi dapat digambarkan sebagai berikut ini:
Page 15
Single Line Diagram Tipikal 1
Tipikal 1
PWS STG 01
PWS STG 02
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 16
Sambungan Tipikal 1
Single Line Diagram Tipikal 1
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Jenis Pentanahan Yang Digunakan
ü Pada simulasi tugas akhir ini menggunakan4 macam pentanahan yaitu:
1. Pentanahan langsung (Solid)2. Pentanahan tahanan tinggi (HRG)3. Pentanahan tahanan rendah (LRG)4. Tanpa pentanahan (Open)
Page 17
Jurusan Teknik Elektro-ITS
ü Ada 16 kombinasi pentanahan yang akandisimulasikan dari 2 generator yang beroperasi paralel
Page 18
Jenis Pentanahan Yang Digunakan
Solid - Solid
HRG - HRG
LRG - LRG
Open - Open Solid - HRG
HRG - Solid
LRG - HRG
HRG - LRG
Open - Solid
Solid - Open
Solid - LRG
LRG - Solid
Open - LRG
LRG - Open
Open - HRG
HRG- Open
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Hasil Simulasi Hubung Singkat 1 fasa ke tanah
Page 19
Line To Ground Fault
Type of Grounding Fault in Bus-% Voltage at From Bus kA
V a V b V c I a 3I0
Solid-Solid SP-BUS-13000 0.00 81.54 83.15 11.339 11.339
HRG-HRG SP-BUS-13000 0.00 173.10 173.29 0.02 0.02
LRG-LRG SP-BUS-13000 0.00 168.42 176.21 0.79 0.79
OPEN-OPEN SP-BUS-13000 0.00 173.21 173.21 0.00 0.00
HRG-LRG SP-BUS-13000 0.00 170.89 174.92 0.41 0.41
LRG-HRG SP-BUS-13000 0.00 170.74 174.73 0.41 0.41
HRG-Solid SP-BUS-13000 0.00 82.15 84.39 11.11 11.11
Solid-HRG SP-BUS-13000 0.00 126.96 124.65 5.00 5.00
LRG-Solid SP-BUS-13000 0.00 82.02 84.50 11.12 11.12
Solid-LRG SP-BUS-13000 0.00 125.84 125.63 5.01 5.01
Solid-OPEN SP-BUS-13000 0.00 126.98 124.62 5.00 5.00
OPEN-Solid SP-BUS-13000 0.00 82.16 84.38 11.11 11.11
HRG-OPEN SP-BUS-13000 0.00 173.15 173.25 0.01 0.01
OPEN-HRG SP-BUS-13000 0.00 173.15 173.25 0.01 0.01
LRG-OPEN SP-BUS-13000 0.00 170.80 174.69 0.39 0.39
OPEN-LRG SP-BUS-13000 0.00 170.95 174.88 0.39 0.39
Jurusan Teknik Elektro-ITS
ü Dari hasil simulasi maka kombinasi yang dipilih adalah low resistance-Open
ü Kelebihan dari pentanahan LRG-Open dan Open-LRG yaitu :1. Arus gangguan satu fasa tergolong kecil karena dibatasi dengan NGR 400 A2. Aliran arus harmonisa ke-3 antar generator dapat dicegah3. Metode ini sangat cocok untuk pentanahan sistem tegangan menengah karena
mudah untuk menentukan lokasi gangguan
ü Kekurangan dari pentanahan LRG-Open dan Open-LRG adalah samayaitu:
1. Pada saat terjadi gangguan,terjadinya tegangan naik sesaat pada fasa-fasa yangtidak terganggu
Page 20
Pemilihan Metode Pentanahan
Jurusan Teknik Elektro-ITS
ü Analisis Setelan Existing Rele Ground Fault Tipikal 1
Page 21
Setelan Rele Gangguan Ke Tanah
Relay ID dan Model CT Ratio Setting Rele Ground Fault
R.AP3.01.-1 Merlin Gerin Sepam 1000
1500/5
Curve Type DT
Pickup Range x CT Sec.
0.05-2
Pickup 0.05
Time Dial 0.1
Relay29- Merlin GerinSepam 40 600/5
Curve Type DT
Pickup Range x CT Sec.
0.1-15
Pickup 0.1
Time Dial 0.1
Relay32-Merlin Gerin Sepam 40 600/5
Curve Type DT
Pickup Range x CT Sec.
0.1-15
Pickup 0.1
Time Dial 0.1
Relay35-Merlin Gerin Sepam 20 600/5
Curve Type DT
Pickup Range x CT Sec.
0.1-15
Pickup 0.1
Time Dial 0.1
Gambar . SLD Existing-Tipikal 1Tabel . Data setelan rele existing pada Tipikal Koordinasi 1
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 22
Dari data rele existing, jika masing –masing rele diplot menggunakanEtap Star akan terlihat koordinasinya seperti berikut:
Setelan Rele Gangguan Ke Tanah
ü Dari kurva terlihat koordinasiwaktu antara rele35,rele 32 sertarele R.AP3.01-1 masih berimpit
üMasih perlu penambahan relepengaman dan CT pada Trafo52011 dan bus 52001
Gambar. Koordinasi Rele Ground Fault Existing- Tipikal 1
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikal 1)
Page 23Gambar . SLD yang diperbaiki-Tipikal 1
ü R37(Tambahan):Manufacturer = Merlin GerinModel = Sepam 1000Curve Type = Definite Time Isc 1φ = 400 A
Sehingga dapat ditentukan CT yang akandigunakan adalah 150/5
Instantaneous Pickup 10% Isc 1φ ≤ Ipp ≤ 50% Isc 1φ0.1 x 400 ≤ Ipp ≤ 0.5 x 40040 A ≤ Ipp ≤ 200 ATap = = = 0,27
Time Delay = 0,1 secinCTIpp
15040
Jurusan Teknik Elektro-ITS
ü R36(Tambahan):Dengan cara yang sama seperti sebelumnya maka didapatkan hasil:Tap = 0,16 CT=250/5Time Delay = 0,3 sec
ü R35:Tap = 0,07≈ 0.1Time Delay = 0,5 sec
ü R29 dan R32:Dengan mempertimbangkan adanyadouble feeder, maka digunakan relearah 67NManufacturer = Merlin GerinModel = Sepam 2000Curve Type = Definite Time Isc 1φ = 400 AC T Ratio = 600/5 A
Page 24
Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikal 1)
Instantaneous Pickup10% Isc 1φ ≤ Ipp ≤ 50% Isc 1φ0.1 x 400 ≤ Ipp ≤ 0.5 x 40040 A ≤ Ipp ≤ 200 ATap = = = 0,07
Dipilih delay = 0,05 sDirection : ReversePolarization : VoltageMaximum Torque Angle (MTA)R = 0,128X = 0,12β = tan-1 X/R = 43.2°Dipilih MTA = 43°
ü R28 dan R31(Tambahan):C T Ratio = 600/5 ATap = 0,07Time Delay = 0.7 sec
inCTIpp
60040
Jurusan Teknik Elektro-ITS
þ R.AP3.01.-1:Tap = 0,03Karena tap setting yang paling kecil 0.05 maka dipilih tap setting nya 0.05Time Delay = 0.9 sec
Page 25
Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikal 1)
Gambar . Hasil Plot Setelan Rele Ground Fault tipikal-1 yang telah diperbaiki
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Setelan Rele Differensial 87GN Pengaman Generator PWS STG 01
ü Fungsinya untuk menjaga keamanan generator dari resikoterbakarnya belitan stator generator karena gangguan.
ü Rele ini akan melindungi generator dari 2 macam gangguan yaitugangguan satu fasa ke tanah dan gangguan gangguan 3 fasa.
ü Rele ini akan bekerja ketika gangguan terjadi di bagian internalgenerator
Page 26
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Generator PWS STG 01 memilikiKapasitas :Daya generator = 18.75 MVAV = 10500 Volt
Waktu kerja rele = 0.05 detikSehingga persentase perlindungan statorgenerator adalah :
Page 27
Setelan Rele Differensial 87GN Pengaman Generator PWS STG 01
1200/5
1200/5
Gambar . SLD Pengaman Ground Fault Generator Differential Relay 87GN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
ü Diagram satu garis dari generator PWS GTG dan Future Generator (Tipikal 2)
Page 28
Tipikal 2
PWS GTG
Future Generator
Single Line Diagram Tipikal 2
Jurusan Teknik Elektro-ITS
ü Dengan Metode kombinasi pentanahan yang sama seperti halnya tipikal 1,maka didapat hasil simulasi hubung singkat 1 fasa ke tanah sebagai berikut :
Page 29
Simulasi Hubung Singkat 1 fasa ke Tanah
Line To Ground Fault
Type of Grounding Fault in Bus-
% Voltage at From Bus kA
V a V b V c I a 3I0
Solid-Solid SP-BUS-14000 0.00 73.91 75.40 10.940 10.940
HRG-HRG SP-BUS-14000 0.00 173.11 173.27 0.020 0.020
LRG-LRG SP-BUS-14000 0.00 168.97 175.57 0.793 0.793
OPEN-OPEN SP-BUS-14000 0.00 173.21 173.21 0.000 0.000
HRG-LRG SP-BUS-14000 0.00 171.10 174.50 0.408 0.408
LRG-HRG SP-BUS-14000 0.00 171.09 174.49 0.408 0.408
HRG-Solid SP-BUS-14000 0.00 83.29 85.12 9.472 9.472
Solid-HRG SP-BUS-14000 0.00 87.23 89.11 8.941 8.941
LRG-Solid SP-BUS-14000 0.00 82.96 85.37 9.480 9.480
Solid-LRG SP-BUS-14000 0.00 86.83 89.42 8.995 8.950
Solid-OPEN SP-BUS-14000 0.00 87.24 88.10 8.941 8.941
OPEN-Solid SP-BUS-14000 0.00 83.30 85.11 9.472 9.472
HRG-OPEN SP-BUS-14000 0.00 173.16 173.24 0.010 0.010
OPEN-HRG SP-BUS-14000 0.00 173.16 173.24 0.010 0.010
LRG-OPEN SP-BUS-14000 0.00 171.14 174.46 0.398 0.398
OPEN-LRG SP-BUS-14000 0.00 171.15 174.47 0.398 0.398
Jurusan Teknik Elektro-ITS
ü Analisis Setelan Existing Rele Ground Fault Tipikal 2
Page 30
Setelan Rele Gangguan Ke Tanah
Relay ID dan Model CT Ratio Setting Rele Ground Fault
Relay20-Merlin GerinSepam 1000 600/5
Curve Type DT
Pickup Range x CT primer 0.05-2Pickup 0.05Time Dial 0.5
Relay21- Merlin GerinSepam 1000 600/5
Curve Type DT
Pickup Range x CT Sec. 0.05-2Pickup 0.05Time Dial 0.5
Relay22-Merlin Gerin Sepam 1000 600/5
Curve Type DTPickup Range x CT Sec. 0.05-2Pickup 0.05Time Dial 0.5
Relay23-Merlin Gerin Sepam 1000 600/5
Curve Type DTPickup Range x CT Sec. 0.05-2
Pickup 0.15Time Dial 0.5
Relay27-Merlin Gerin Sepam 20 600/5
Curve Type DTPickup Range x CT Sec. 0.05-2
Pickup 0.1Time Dial 0.3
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 31
Setelan Rele Gangguan Ke Tanah
ü Dari data rele existing, jikamasing - masing rele diplotmenggunakan Etap Star akan terlihatkoordinasi pada kurva berikut :
Gambar . Koordinasi Rele Ground Fault Existing-Tipikal 2
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Relay ID dan ModelCT
RatioSetting Rele Ground Fault
Rele-TRF-58011-Merlin Gerin Sepam 1000
200/5
Curve Type DTPickup Range x CT primer 0.05-2Pickup 0.2Time Dial 0.1
R27- Merlin Gerin Sepam 20
600/5
Curve Type DTPickup Range x CT Sec. 0.05-2Pickup 0.1Time Dial 0.3
R22dan R23-Merlin GerinSepam 2000 (67N)
MTA=43 0 1500/5
Curve Type DTPickup Range x CT Sec. 0.05-2Pickup 0.05Time Dial 0.05
R20 dan R21-Merlin GerinSepam 1000
1500/5
Curve Type DTPickup Range x CT Sec. 0.05-2Pickup 0.05Time Dial 0.5
R-F-GEN-10MW-Merlin Gerin Sepam 1000
800/5
Curve Type DTPickup Range x CT Sec. 0.05-2Pickup 0.05Time Dial 0.7
Page 32
Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikial 2)
Gambar . SLD yang diperbaiki-Tipikal 2
ü Berikut adalah setelan rele ground fault yang sudah diperbaikidengan cara yang sama seperti sebelumnya:
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 33
Rekomendasi Penyetelan Ulang Rele Ground Fault dan Penambahan Rele Ground Fault (Tipikial 2)
Gambar . Hasil Plot Setelan Rele OCR-50GN dan Directional 67N
Jurusan Teknik Elektro-ITS
Setelan Rele Differensial 87GN Pengaman Future Generator
Page 34
Dengan cara yang sama seperti sebelumnyamaka didapat nilai :
800/5
800/5
Gambar . Hasil Plot setelan Rele 87GN
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 35
DAFTAR ISI
qPENDAHULUANqTEORI PENUNJANGqSTUDI KASUS PADA SISTEM
KELISTRIKAN PT. WILMARqSIMULASI DAN ANALISA DATAqKESIMPULAN
Jurusan Teknik Elektro-ITS
KESIMPULANü Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi dan analisa
pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulansebagai berikut :
1. Untuk Generator yang beroperasi paralel dalam satu bus disarankansalah satu saja yang diketanahkan dan yang lain tidak diketanahkan(Single Point Grounding)
2. Pada umumnya industri tegangan menengah banyak yangmenggunakan Low Resistance
3. Besar arus hubung singkat dengan NGR cenderung tetap padaperiode 0,5 – 30 cycle
4. Rele pengaman Differential 87GN berfungsi untuk mengamankangangguan yang terjadi di internal generator
Page 36
Jurusan Teknik Elektro-ITS Page 37
SEKIANTERIMA KASIH