Protection Relay Coordination Studies (Over Current Relays and Ground Fault Relays) On The Power Plant Electrical System, PT. Rekind Daya Mamuju By Using The ETAP 12.6 Program

Studi Koordinasi Rele Pengaman (Over Current Relay dan Ground Fault Relay) Pada Sistem Kelistrikan PLTU, PT. Rekind Daya Mamuju Dengan Menggunakan Program ETAP 12.6

Firdaus¹, Fatma S.², Syarifuddin Kasim³, Andi Imran⁴

^{1 , 2 , 3 , 4)} Department of Electrical Engineering Education, State University of Makassar, Indonesia

¹⁾dauselektro@unm.ac.id

²⁾fatmaelektro@gmail.com

³⁾syarifk@gmail.com

⁴⁾ andi_imran@unm.ac.id

Abstract— This research is an ex-post facto descriptive study, which aims to determine: a) the results of the safety relay coordination settings (OCR and GFR) and b) the working sequence and operating time of the safety relay when a disturbance occurs in the electrical system of PT. Rekind Daya Mamuju . Electrical system data obtained in the form of Single Line Diagram of PLTU Mamuju 2x25 MW, protection equipment data, and safety relay coordination data which are then processed and analyzed using the ETAP 12.6 program. The results showed that on the OCR inverse time curve the secondary side of the 0.4 kV transformer is set with a pickup current of 0.45 s, the primary side relay of the transformer is 6.3 kV 0.25 s and the relay is connected between unit I and unit II. 0.84 s. The GFR setting value for the definite time curve for the secondary side of the pickup current is 0.4 s, and the relay on the primary side is 0.2 s. The working time interval of the relay to break the disturbance is 0.3 s. Coordination of safety relays for PLTU Mamuju unit I and Unit II has worked well, with no overlapping or miss-coordination curve plot values. The sequence of work and the time of operation of the relay when a disturbance occurs is in the order of the simulation results with the coordinated setting values.

Keywords: Coordination; OCR; GFR; ETAP Program 12.6.

Abstrak— Penelitian ini merupakan penelitian deskriptif yang bersifat ex-post facto, yang bertujuan untuk mengetahui: a) hasil setting koordinasi rele pengaman (OCR dan GFR) dan b) urutan kerja dan waktu operasi rele pengaman saat terjadi gangguan pada sistem kelistrikan PT. Rekind Daya Mamuju. Data sistem kelistrikan yang diperoleh berupa Single Line Diagram PLTU Mamuju 2x25 MW, data peralatan proteksi, dan data koordinasi rele pengaman yang kemudian diolah dan dianalisis menggunakan program ETAP 12.6. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada kurva invers time OCR sisi sekunder transformator0,4 kV di-setting dengan arus pickup sebesar 0,45 s, relay sisi primer transformator6,3 kV 0,25 s dan relay yang terhubung antara unit I dan unit II 0,84 s. Nilai seting GFR untuk kurva definite time sisi sekunder arus pickup 0,4 s, dan relay sisi primer 0,2 s. Interval waktu kerja rele untuk memutus gangguan sebesar 0,3 s. Koordinasi rele pengaman PLTU Mamuju unit I dan Unit II sudah bekerja dengan baik dengan nilai hasil plot kurva tidak ada yang overlapping ataupun miss-coordination satu sama lain. Urutan kerja dan waktu operasi relay saat terjadi gangguan sudah sesuai urutan dari hasil simuasi dengan nilai setting yang telah dikoordinasikan.

Kata Kunci : Koordinasi; OCR; GFR; Program ETAP 12.6.

Sistem proteksi merupakan salah satu bagian paling penting sebagai pengaman dalam sistem tenaga listrik. Oleh sebab itu diperlukan koordinasi sistem proteksi yang baik dan tepat agar sistem kelistrikan di PLTU, PT. RDM terkondisi dengan aman dan proses produksi tidak terganggu. Tanpa adanya rele pengaman sistem tenaga listrik tidak akan dapat mendistribusikan kepada beban-beban dengan tingkat kualitas yang tinggi. Ketika terjadi gangguan maka rele pengaman harus mengisolir arus gangguan agar tidak terjadi kerusakan pada peralatan, serta dapat menjaga kontinuitas pelayanan listrik, diperlukan relay yang terkoordinasi secara keseluruhan mulai dari generator sampai trasformator distribusi (Noor, 2017).

Keandalan suatu sistem kelistrikan merupakan sesuatu hal yang menjadi prioritas utama. Untuk itu meningkatkan performa sistem proteksi perlu dilakukan analisis tehadap setting dan koordinasi rele pengaman arus lebih. Analisis ini dapat dilakukan dengan melakukan perhitungan dan simulasi, dari hasil simulasi menghasilkan kurva karakteristik koordinasi rele pengaman. Setting 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 mengalami gangguan. Diharapkan ketika terjadi arus hubung singkat maka PMT yang terletak paling dekat dengan titik gangguan dapat bekerja pertama kali (Nursalim, 2019).

Perhitungan setting koordinasi relepengaman merupakan perhitungan yang kompleks dengan mempertimbankan nilai arus ganguan dan waktu operasi relay. Sangat mungkin untuk dilakukan perhitungan di suatu titik dimana terdapat rele pengaman OCRdan GFR. Akan tetapi jika jaringan listrik yang besar dan kompleks, untuk mengkoordinasi semua relay akan sangat sulit dilakukan dengan perhitungan manual. Untuk itu, software pendukung seperti Electric TransientAndAnalysis Program (ETAP) 12.6 akan sangat membantu untuk menghitung nilai-nilai yang diinginkan. Berbagai fitur dalam software ETAP dapat digunakan sehingga secara lebih efisien mengurangi adanya kesalahan dan dapat lebih mudah dalam menyelesaikan masalah koordinasi rele pengaman pada sistem kelistrikan (Bariq, 2016). Struktur jurnal terdari dari pendahuluan, OCR dan GFR, metode analisi, hasil dan pembahasan, serta kesimpulan

Relay arus lebih atau Over Current Relay (OCR) adalah rele pengaman yang berkerja terhadap adanya gangguan hubung singkat 3 fasa. Sedangkan rele pengaman untuk gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah digunakan relay arus gangguan tanah atau Ground Fault Relay (GFR). Prinsip kerja GFR sama dengan OCR yaitu sama-sama mendeteksi adanya arus lebih ketika terjadi gangguan hubung singkat.

OCR dan GFR dipasang sebagai alat proteksi yang diletakkan pada sisi primer dan sisi sekunder transformartor daya. Gangguan akan di deteksi oleh Current Transfarmer(CT), yang kemudian akan di-compare dan di-calculate oleh rele. Ketika arus yang mengalir melebihi nilai arus setting rele, maka rele akan mengirim sinyal ke Circuit Breaker (CB) sebagai PMT untuk bekerja (Rosyadi, 2017).

Relay harus mampu melakukan tripping secara tepat sesuai daerah gangguan agar dapat meminilalisir kerusakan peralatan kelistrikan. Koordinasi rele dimulai dari rele pada beban paling akhir atau bawah, dan menuju ke atas atau sumber tenaga listrik (generator dan utility). Untuk rele pengaman utama dengan rele pengaman cadangan (backup) tidak boleh beroperasi secara bersamaan. Ketika relay utama gagal trip maka relay cadangan yang akan bekerja Semakin jauh letakrele arus lebih dari pembangkit, setting waktu dan arus harus lebih kecil dan lebih cepat dari pada setting rele di belakangnya agar terkoordinasi dengan baik dan saat terjadi gangguan rele terjauh dengan arus hubung singkat terbesar yang akan bekerja terlebih dahulu.

Setting OCR pada sisi primer dan sisi sekunder transformer menggunakan nilai setting arus. Setting pickup ini membatasi nilai arus beban maksimum. Dimana batas setting yaitu: (Pinastika, 2017)

(1)

Menentukan nilai setting arus dengan menggunakan TAP digunakan persamaan berikut:

(2)

Keterangan :

Iset: Arus setting pickup (A)

FLA: Full Load Ampere (A)

CT Primary : Arus primer CT (A)

Sedangkan setting time dial untuk menentukan waktu operasi OCR dari karakteristik kurva standar invers digunakan persamaan:

(3)

Keterangan :

td= waktu operasi (second)

T= time dial

I= nilai arus (Ampere)

Iset= arus pick up (Ampere)

k= 0,14 (koefisien invers 1)

α= 0,02 (koefisien invers 2)

β= 2,970 (koefisien invers 3)

Batas setting rele arus lebih kondisi instantaneous pickup digunakan arus hubung singkat minimum 3 fasa, yaitu :

(4)

Untuk menentukan nilai TAP, time dial, instantaneous time, dan time delay yang akan di setting pada OCR sisi primer 6,3 kV dan sisi sekunder 400 V transformator daya diambil nilai arus hubung singkat 3 fasa.

GFR mendeteksi adanya gangguan arus lebih yang mengalir ke tanah. Setting koordinasi GFR pada sisi primer dan sisi sekunder transformer daya hanya dilakukan perhitungan time over current pickup dan waktu operasi (time delay) pada persamaan dibawah ini:

(5)

Keterangan :

= Arus hubung singkat 1 fasa ke tanah

Menentukan nilai TAP dan time delay yang akan di setting pada GFR sisi primer 6,3 kV dan sisi sekunder 400 V transformer diambil arus hubung singkat 1 fasa ke tanah.

III. METODE PENELITIAN

Penelitian ini dilaksanakan di PLTU, PT. Rekind Daya Mamuju, letaknya di Kecamatan Kalukku, Kabupaten Mamuju, dengan waktu penelitian mulai bulan Maret sampai Juni 2021.

Adapun alur analisis pada penelitian ini adalah :

Koordinasi rele pengaman dapat dilihat dari Time Current Curva (TCC). Kurva tiap-tiap rele tidak boleh saling bersinggungan atau memotong. Interval waktu antara rele utama dengan rele back up tidak boleh terlalu lama

Berdasarkan standar IEEE 242, yaitu :

Waktu buka CB: 0,06 – 0,1 detik

Relay overtravel: 0,1 detik

Toleransi relay: 0,12 – 0,22 detik

Untuk relay digital berbasis microprosesor overtraveldari rele dapat diabaikan. Sehingga total time delay yang di butukan adalah 0,2 – 0,4 detik (Pinastika, 2017)

Ada beberapa tahap yang perlu dilakukan dalam menggunakan ETAP 12.6 untuk simulasi Star Protective Relay Coordinationyaitu : (Mauliditha, 2016)

Adapun dalam pelaksanaan penelitian ini mengacu pada flowchart yang ditujukan pada Gambar 1.

[figure 1 about here.]

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Besaran arus hubung singkat yang diperoleh dari simulasi digunakan untuk menentukan nilai setting koordinasi OCR. Pada perhitungan ini arus hubung singkat maksimum adalah hubung singkat 3 fasa dan arus hubung singkat minimum adalah hubung singkat 2 fasa.

[Tabel 1 about here.]

Sedangkan besaran arus hubung singkat 1 fasa ke tanah yang diperoleh dari simulasi digunakan untuk menentukan nilai setting koordinasi GFR.

[Tabel 2 about here.]

Setelah data arus hubung singkat diperoleh, hasil perhitungan setting arus dan setting waktu koordinasi OCR dan GFR dapat dilihat pada tabel 4 dan 5.

[Tabel 3 about here.]

Berdasarkan hasil perhitungan ETAP 12.6, koordinasi rele pengaman OCR dengan rele model Alstom tipe Micom P123 kurva IEC-Standard Inverse pada unit I bus 5 relay 7 rasio CT 2.500/5 dengan nilai Tap 0,45 s time dial 0,3 s dan instantaneous 0,6 s. Relay 5 rasio CT 600/5 dengan nilai Tap 0,25 s time dial 0,6 s dan instantaneous 0,55 s. Relay 18 rasio CT 1.250/5 dengan nilai Tap 0,84 s time dial 0,9 s dan instantaneous 0,85 s. Pada unit II nilai setting koordinasinya sama dengan unit I.

[Tabel 4 about here.]

Berdasarkan hasil perhitungan ETAP 12.6, koordinasi rele pengaman GFR dengan kurva IEC-Definite Time pada unit I bus 5 relay 7 dengan nilai Tap 0,4 s instant 0,4 s dan time delay 0,1 s. Relay 5 nilai Tap 0,2 s instant 0,2 s dan td 0,4 s. Unit II bus 8 relay 12 dengan nilai Tap 0,4 s instant 0,4 s dan td 0,1 s. Relay 10 nilai Tap 0,2 s instant 0,2 s dan time delay 0,4 s.

Hasil dari simulasi koordinasi rele proteksi diperoleh urutan kerja dan waktu operasi sebagai berikut:

[Tabel 5 about here.]

Urutan kerja dan waktu operasi OCR saat terjadi gangguan unit I Bus 5 pertama CB 13 trip time 0,06 s dengan arus gangguan 34,269 kA condition phase, kedua relay 7 trip time 0,2 s If 34,024 kA condition phase-OC, CB 11 trip time 0,3 s, relay 5 trip time 0,5 s If 2,214 kA condition phase-OC, CB 9 0,6 s, dan terakhir relay 18 trip time 0,8 s If 1,082 kA condition phase-OC, CB 8 time 0,9 s. Pada unit II urutan kerja dan waktu operasinya sama dengan unit I.

[Tabel 6 about here.]

Urutan kerja dan waktu operasi GFR saat terjadi gangguan unit I Bus 5 CB 13 pertama mendeteksi gangguan trip pada 0,06 s dengan If 35,603 kA condition phase, kemudian relay 7 trip time 0,1 s If 35,448 kA condition ground-OC, CB 11 time 0,2 s tripped by relay 7 ground-OC. Pada unit II urutan kerja dan waktu operasinya sama dengan unit I.

[figure 2 about here.]

[figure 3 about here.]

Dari gambar 2 dan 3 menunjukkan hasil simulasi koordinasi OCR saat gangguan diberikan pada Bus 5 dan Bus 8 sudah sesuai dengan nilai setting dengan urutan kerja relay. Mulai dari relay paling dekat gangguan dengan nilai arus hubung singkat paling tinggi sampai relay paling jauh dengan arus hubung singkat sangat kecil.

[figure 4 about here.]

Dari gambar 4 menunjukkan hasil simulasi koordinasi GFR saat gangguan diberikan pada Bus 5 dan Bus 8 sudah sesuai dengan nilai setting dengan urutan kerja relay. GFR mendeteksi hubung singkat 1 fasa ke tanah maka hanya relay sisi sekunder trasformator yang bekerja.

[figure 5 about here.]

[figure 6 about here.]

Dari gambar 5 dan 6 menunjukkan kurva Standard Inverse koordinasi OCR saat gangguan diberikan pada Bus 5 dan Bus 8 tidak ada rele yang saling mendahului atau tumpang tindih dengan grading time 0,3 detik. Waktu operasi relay sekunder 0,2 detik relay primer 0,5 detik dan relay antara unit I dan Unit II 0,8 detik.

[figure 7 about here.]

[figure 8 about here.]

Gambar 7 dan 8 menunjukkan kurva Definite Time koordinasi GFR saat gangguan diberikan pada Bus 5 dan Bus 8 hanya LVCB yang mendeteksi adanya gangguan 1 fasa ke tanah kemudian mengirim sinyal ke GFR untuk trip pada 0,1 detik.

Relay 7

Type: MICOM P123

Bentuk Kurva: IEC - Standard Inverse

Rasio CT: 2500/5

Isc Min Bus 5: 29.695 A

Isc Max Bus 5: 34.269 A

Time Overcurrent Pickup

Dipilih Iset = 1.125 A

Time Dial

Dipilih waktu operasi, td = 0,2 s

, (Range T = 0,025 – 1,5 dengan step 0,025)

Instantanoes Pickup

Dipilih Iset = 1.500 A

(Range : 0,5 – 40 x CT sec, step 0,01)

Time Delay

Dipilih time delay = 0,2 s

Relay 5

Type: MICOM P123

Bentuk Kurva: IEC - Standard Inverse

Rasio CT: 600/5

FLA Primer: 146,6 A

Isc Min Bus 3: 18.241 A

Isc Max Bus 5: 34.269 A

Isc Max Bus 5

Konversi 6,3 kV : 2.214 A

Time Overcurrent Pickup

Dipilih Iset = 150 A

(Range : 0,1 – 25 x CT sec, step 0,01)

Time Dial

Dipilih waktu operasi, td = 0,5 s

, (Range T = 0,025 – 1,5 dengan step 0,025)

Instantanoes Pickup

Dipilih Iset = 330 A

Time Delay

Dipilih time delay = 0,5 s

Relay 18

Type: MICOM P123

Bentuk Kurva: IEC - Standard Inverse

Rasio CT: 1.250/5

FLA UAT: 916,4 A

Isc Max Bus 3: 20.939 A

Isc Min Bus 3: 18.241 A

Isc Min Bus 3

Konversi 6,3 kV : 1.082 A

Time Overcurrent Pickup

Dipilih Iset = 1.050 A

(Range : 0,1 – 25 x CT sec, step 0,01)

Time Dial

Dipilih waktu operasi, td = 0,8 s

, (Range T = 0,025 – 1,5 dengan step 0,025)

Instantanoes Pickup

Dipilih Iset = 1.063 A

(Range : 0,5 – 40 x CT sec, step 0,01)

Time Delay

Dipilih time delay = 0,8 s

Relay 7

Type: MICOM P123

Bentuk Kurva: IEC – Definite Time

Rasio CT: 2500/5

Isc L-G: 35.603 A

Time Overcurrent Pickup

Dipilih Iset = 1.000 A

(Range : 0,002 – 1 x CT sec, step 0,001)

Time Delay

Dipilih time delay = 0,1 s

Relay 5

Type: MICOM P123

Bentuk Kurva: IEC – Definite Time

Rasio CT: 600/5

Isc L-G: 1.328 A

Time Overcurrent Pickup

Dipilih Iset = 120 A

Time Delay

Dipilih time delay = 0,4 s

Untuk relay yang ada pada Bus 8 menggunakan perhitungan setting koordinasi yang sama dengan relay pada Bus 5 tergantung letak relay masing-masing.

V. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil simulasi program ETAP 12.6 dapat diambil kesimpulan bahwa :

REFERENSI

Institut Teknologi Nasional Malang. From https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004.

php/jme/article/view/1884/1465.

Sepuluh Nopember. https://repository.its.ac.id/41360.

*Corespondent e-mail address fatmaelektro@gmail.com

Peer reviewed under reponsibility of University of Makassar, Indonesia

© 2023 Universitas Muhammadiyah Sidoarjo, All right reserved, This is an open access article under the CC BY license(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Received: 2022-07-17

Accepted: 2022-07-18

Published: 2023-04-22

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Data Arus Hubung Singkat Maksimum dan Minimum………101

Tabel 2. Data Arus Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah.…………101

Tabel 3. Data Setting Rele Arus Lebih.…………101

Tabel 4. Data Arus Hubung Singkat Maksimum dan Minimum.…………101

Tabel 5. Data Arus Hubung Singkat Maksimum dan Minimum.…………102

Tabel 6. Data Arus Hubung Singkat Maksimum dan Minimum.…………102

Tabel 1. Data Arus Hubung Singkat Maksimum dan Minimum

Tabel 2. Data Arus Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah

Tabel 3. Data Setting Rele Arus Lebih

Tabel 4. Data Setting Rele Gangguan Tanah

Tabel 5. Data Urutan Kerja dan Waktu Operasi OCR

Tabel 6. Data Urutan Kerja dan Waktu Operasi GFR

DAFTAR GAMBAR

Figure 1 FlowchartPenelitian104

Figure 2 Koordinasi OCR pada Bus 5.104

Figure 3 Koordinasi OCR pada Bus 8105

Figure 4 (a) Koordinasi GFR Bus 5 (b) Koordinasi GFR Bus 8.105

Figure 5 Kurva OCR Gangguan Bus 5.105

Figure 6 Kurva OCR Gangguan Bus 8106

Figure 7 Kurva GFR Gangguan Bus 5.106

Figure 8 Kurva GFR Gangguan Bus 8...106

Figure 1. FlowchartPenelitian

Figure 2. Koordinasi OCR pada Bus 5

Figure 3. Koordinasi OCR pada Bus 8

(a) (b)

Figure 4. (a) Koordinasi GFR Bus 5 (b) Koordinasi GFR Bus 8

Figure 5. Kurva OCR Gangguan Bus 5

Figure 6. Kurva OCR Gangguan Bus 8

Figure 7. Kurva GFR Gangguan Bus 5

Figure 8. Kurva GFR Gangguan Bus 8