BAB III SISTEM KELISTRIKAN DAN PROTEKSI

BAB III
SISTEM KELISTRIKAN DAN PROTEKSI
3.1
Generator dan Transformator Unit
Generator Suatu alat listrik yang merubah energi gerak berupa putaran dari
turbin yang dipasang seporos dengan generator, kemudian dirubah menjadi energi
listrik. Pada PLTU Suralaya Tegangan output yang dikeluarkan sebesar 23KV.
Transformator atau juga dikenal dengan trafo, merupakan suatu alat listrik
yang berfungsi untuk mentransformasikan tegangan listrik pada suatu besaran ke
besaran yang lain, baik untuk menaikkan tegangan (trafo step-up) maupun
menurunkan tegangan (trafo step-down). Pada PLTU Suralaya terdapat beberapa
jenis trafo yang digunakan dengan kapasitas yang bervariasi yang memiliki fungsi
dan kegunaannya masing-masing.
Gambar 3.1 Sistem kelistrikan trafo PLTU Suralaya
21
22
3.1.1
Generator
Spesifikasi Generator di PLTU Suralaya sebagai berikut :
Tabel 3.1 Spesifikasi Generator 1-4
Jenis data
Besaran
Pabrik pembuat
MITSUBISHI ELECTRIC CORP
Kapasitas
471 KVA
Daya Output
400.000KW
Tegangan
23 KV
Arus
11.823 A
Fasa
3
Frekuensi
50 Hz
Faktor Daya
0,85
Media Pendingin
Hidrogen
Impedansi
12%
Tabel 3.2 Spesifikasi Generator 5-7
Jenis data
Besaran
Pabrik pembuat
MITSUBISHI ELECTRIC CORP
Kapasitas
767 KVA
Daya Output
600.000KW
Tegangan
23 KV
Arus
19.253 A
Fasa
3
23
Frekuensi
50 Hz
Faktor Daya
0,85
Media Pendingin
Hidrogen
Impedansi
12%
3.1.2 Main Transformer
Merupakan Trafo yang mentransformasikan tegangan listrik dari
generator sebesar 23 KV di step-up menjadi 500KV untuk disuplai ke
jaringan. Pada masing-masing unit terdiri dari satu buah.
Tabel 3.3 Spesifikasi Main Transformator 1-4
Jenis data
Besaran
Pabrik pembuat
MITSUBISHI ELECTRIC CORP
Tipe
Oil Immersed Two Winding Outdoor
Tegangan Primer
23 KV
Tegangan Sekunder
500 KV
Fasa
3
Frekuensi
50 Hz
Kapasitas
470.000 KVA
Impedansi
12,5%
Tabel 3.4 Spesifikasi Main Transformator 5-8
Jenis data
Besaran
Pabrik pembuat
MITSUBISHI ELECTRIC CORP
Tipe
Oil Immersed Two Winding Outdoor
24
Tegangan Primer
23 KV
Arus Primer
17195 A
Tegangan Sekunder
500 KV
Arus Sekunder
791 A
Fasa
3
Frekuensi
50 Hz
Kapasitas
685.000 KVA
Impedansi
11,9%
3.1.3
Unit Service Transformer (UST)
Trafo ini merupakan kelengkapan dari unit pembangkit, yang
berfungsi
untuk
mensuplai
tegangan
ke
peralatan-peralatan
unit
pembangkit yang bersangkutan atau disebut dengan Pemakaian Sendiri.
Trafo ini mendapatkan sumber daya listrik dari generator 23KV kemudian
di step-down menjadi 10,5KV dan masuk ke bus 10,5KV sisi A dan B
Peralatan-Peralatan unit. Karena suplai berasal dari generator, maka UST
hanya dapat dioperasikan pada saat unit beroperasi, dan masing-masing
unit memiliki 2 buah UST.
Tabel 3.5 Spesifikasi Unit Service Transformer 1-4
Jenis data
Besaran
Pabrik pembuat
MITSUBISHI ELECTRIC CORP
Tipe
Oil Immersed Two Winding Outdoor
Tegangan Primer
23 KV
25
Tegangan Sekunder
6 KV
Fasa
3
Frekuensi
50 Hz
Kapasitas
46.000 KVA
Tabel 3.6 Spesifikasi Unit Service Transformer 5-8
Jenis data
Besaran
Pabrik pembuat
MITSUBISHI ELECTRIC CORP
Tipe
Oil Immersed Two Winding Outdoor
Tegangan Primer
23 KV
Tegangan Sekunder
10,5 KV
Fasa
3
Frekuensi
50 Hz
Kapasitas
56.000 KVA
3.1.4
Station Service Transformer (SST)
Trafo ini merupakan trafo yang memiliki sumber daya listrik dari
jaringan 150 KV kemudian di step-down menjadi 10,5KV, dimana trafo ini
berfungsi mensuplai ke bus 10,5 KV sisi A dan B Peralatan unit pada saat
unit stop atau firing. Dan untuk mensuplai peralatan-peralatan bantu yang
eksensial, artinya peralatan penting yang tidak boleh stop operasi. Masingmasing unit terdiri dari 2 buah.
26
Tabel 3.7 Spesifikasi Station Service Transformer 1-4
Jenis data
Besaran
Pabrik pembuat
MITSUBISHI ELECTRIC CORP
Tipe
Oil Immersed Two Winding Outdoor
Tegangan Primer
150 KV
Tegangan Sekunder
6 KV
Fasa
3
Frekuensi
50 Hz
Kapasitas
46.000 KVA
Tabel 3.8 Spesifikasi Station Service Transformer 5-8
3.2
Jenis data
Besaran
Pabrik pembuat
MITSUBISHI ELECTRIC CORP
Tipe
Oil Immersed Two Winding Outdoor
Tegangan Primer
150 KV
Tegangan Sekunder
10,5 KV
Fasa
3
Frekuensi
50 Hz
Kapasitas
67.000 KVA
Pemakaian Sendiri Unit
Besarnya PS dipengaruhi oleh konsumsi daya peralatan-peralatan yang ada
di unit tersebut.Besarnya PS menurut kondisi aktual adalah:
-
Unit 1-4, Pemakaian sendiri 8%
27
-
Unit 5-7, Pemakaian Sendiri 3,5%
-
Unit 8, Pemakaian Sendiri 4%
Besarnya daya yang disuplai dari suatu pembangkit ke jaringan adalah daya yang
dihasilkan dikurangi dengan PS, disebut dengan Daya Netto.
Pnett : P – PS
(3.1)
Keterangan :
Pnett
: Daya Netto (Watt)
P
: Daya yang dihasilkan /Bruto (Watt)
PS
: Pemakaian Sendiri (Watt)
3.3
Pemasangan dan Konfigurasi OGS
Pada dasarnya OGS memiliki prinsip kerja seperti OCR (Over Current
Relay) tipe Relai arus lebih waktu tertentu ( definite time ), dimana OGS membaca
besaran arus yang mengalir disuatu penghantar. Jika terjadi aliran arus yang
melebihi arus setting relai tersebut, maka relai akan bekerja sesuai delai yang telah
disetting dengan mengirimkan sinyal ke pemutus tenaga untuk melakukan
proteksi. OGS menerima sensing arus melalui CT dengan kemampuan 2000:1
Gambar 3.2 Wiring Diagram Aux. Relay OGS
28
3.3.1
Pemasangan OGS
Pada sistem proteksi ini menggunakan OGS tipe MICOM seri
P122. OGS yang dipasang pada masing-masing tempat berjumlah 2 buah
dengan sistem paralel, ini berfungsi jika salah satu OGS gagal bekerja
pada saat mensensor arus lebih, maka OGS satunya menjadi backup,
sehingga keandalan proteksi tetap terjaga.
Gambar 3.3 Bentuk fisik OGS Balaraja
OGS terpasang pada 2 tempat, yang pertama di sistem 500KV Suralayabalaraja terpasang di GI Suralaya, dan OGS untuk sistem 500KV
Suralaya-Cilegon terpasang di GI Cawang, karena tempatnya yang jauh
dari pusat pembangkit yang akan di proteksi, maka sistem pengiriman
sinyalnya menggunakan tele proteksi.
Pada panel OGS terdapat selector switch yang berfungsi memilih
unit mana yang akan bekerja ketika OGS merespon adanya gangguan,
sehingga unit tersebut akan di trip kan untuk mengurangi arus yang
mengalir pada penghantar ke Bus Suralaya.
29
Gambar 3.4 Selector switch OGS
Pada OGS terdapat beberapa kontak auxiliary, fungsi nya untuk
memberikan sinyal lewat kontak-kontak yang bekerja jika OGS merespon
adanya arus lebih pada suatu penghantar. Auxilary kontak tersebut
terhubung pada kontak sebagai berikut :
- kontak PMT, sehingga menginstruksikan PMT untuk open.
- Sistem DC control unit, sehingga sistem kontrol unit akan mentripkan
unit.
- Indikasi, sebagai informasi adanya gangguan yang telah direspon oleh
OGS.
3.3.2
Konfigurasi OGS
Pada sistem control DC unit terbagi menjadi dua pengelompokan
yaitu pada unit 1-4 dan unit 5-7, hal ini dikarenakan adanya perbedaan
tahapan trip unit yang dibagi menjadi dua settingan, yaitu :
a. Pemasangan Lockout OGS Pada Proteksi Pembangkit (Unit 1-4)

Kabel dari GITET ke Relay Room menggunakan kabel spare
30

Penambahan wiring di tiap unit sehingga signal OGS akan menginitiate Lock Out Relay 86 Vi (Turbine Trip, Initiate Xfer USTSST, 41E Trip, 52G Trip)
Gambar 3.5 Wiring Lockout OGS unit 1-4
b. Pemasangan Lockout OGS Pada Proteksi Pembangkit (Unit 5-7)
Pada gambar 3.6 tampak bahwa Penarikan Signal Trip OGS pada
Proteksi Pembangkit Unit 5-7 diambil dari panel GITET, panel PMT,
panel Run Back dan Proteksi unit 5-7.
P N L G IT E T
# 5
P N L G IT E T
# 6
D o m a in C o n tro lle r
D o m a in C o n tro lle r
P N L G IT E T
# 7
P N L G IT E T
# 57
D o m a in C o n tro lle r
D o m a in C o n tro lle r
3 X 6 P A IR
1 X 1 2 P A IR
PNL PMT
# 5
PNL PMT
# 7
1 X 6 P A IR
D o m a in C o n tro lle r
1 X 6 P A IR
D o m a in C o n tro lle r
PNL RUN
BACK # 5
S e rv e r
PNL PMT
# 6
PNL RUN
BACK # 6
D o m a in C o n tro lle r
PNL PROT
# 5
PNL RUN
BACK # 7
S e rv e r
S e rv e r
1 X 6 P A IR
D o m a in C o n tro lle r
1 X 6 P A IR
D o m a in C o n tro lle r
PNL PROT
# 6
1 X 6 P A IR
D o m a in C o n tro lle r
PNL PROT
# 7
Gambar 3.6 Penarikan Signal Trip OGS pada Unit 5-7
31
Pada gambar dibawah tampak bahwa terdapat beberapa
auxiliary kontak OGS pada posisi NO (Normaly Open) terhubung
dengan Panel Proteksi unit 5,6 atau 7. kemudian terhubung dengan
sistem control DC unit untuk memberikan sinyal trip ke boiler, Turbin
dan generator ke breaker lock out 86B1
Gambar 3.7 Wiring Lockout OGS unit 5-7
3.4
Komponen Pendukung Proteksi
Selain Komponen proteksi berupa relai OGS, perlu juga diperhitungkan
komponan pendukung proteksi yang terdapat pada transmisi yaitu seperti Kabel
transmisi dan Current Transformer, karena komponen tersebut sangat
berpengaruh kepada kemampuan daya hantar arus dan sensing arus pada jaringan.
3.4.1 Kabel Transmisi
Kabel yang digunakan pada Jaringan transmisi 500KV SuralayaBalaraja dan Suralaya-Cilegon menggunakan jenis penghantar
4X327.9mm (Inominal
DOVE
2292A / 75 derajat, suhu ambient 35 derajat)
32
dengan bahan almunium. Data kabel ini digunakan untuk analisa
perhitungan dan software ETAP 6.0
Tabel 3.9 Data Kabel Jaringan Transmisi 500KV Balaraja dan Cilegon
Nama
BALARAJA
CILEGON
Jaringan
500KV
500KV
Tipe Konduktor
ACSR-DOVE
ACSR-DOVE
4x327,9mm
4x327,9mm
Panjang Jaringan
75 km
25 km
Irated (KA)
2292
2292
R’ (Ω/km)
0,0293
0,0293
X’ (Ω/km)
0,2815
0,2815
L’ (Ω/km)
0.8960
0.8960
R0’ (Ω/km)
0,1793
0,1793
X0’ (Ω/km)
0,8445
0,8445
L0’ (Ω/km)
2,6897
2,6897
3.4.2 Current Transformer
Pada jaringan transmisi tersebut menggunakan CT (Current
Transformer) dengan nilai 2000:1. Dengan spesifikasi tersebut maka arus
yang boleh melewati CT adalah sebesar 120% terhadap Inominal CT, yaitu
sebesar 2400 A. Jika pada penghantar mengalir melebihi 120% Inominal,
maka sistem proteksi akan bekerja.
33
3.5
Perhitungan Arus Hubung Singkat
Dalam suatu sistem tenaga listrik dikenal bermacam-macam besaran atau
satuan, misalnya VA untuk menyatakan daya, V untuk menyatakan tegangan, A
untuk menyatakan arus, dan ohm untuk menyatakan suatu harga tahanan atau
resistansi.
Pada kenyataannya didalam suatu sistem tenaga listrik didapatkan harga
besaran-besaran di atas dalam kondisi-kondisi yang berlainan, ada yang dalam
besaran Kilo Volt tetapi juga ada yang dalam besaran Volt untuk satuan tegangan,
juga ditemui besaran kilo Ampere untuk satuan arus ataupun harga-harga
impedansi dalam besaran persen.
Pada kondisi seperti diatas, ditemui kesulitan dalam mengadakan
perhitungan baik untuk perhitungan kondisi normal maupun kondisi gangguan,
sebagai contoh untuk perhitungan arus short ataupun untuk perhitunganperhitungan yang lain. Untuk mengatasinya, diciptakan suatu sistem yang yang
dinamakan Sistem Per Unit, dimana dalam sistem ini semua kuantitas harga
besaran didasarkan pada suatu besaran yang telah dipilih, sehingga harga yang
didapatkan bernilai sama untuk setiap komponen dari suatu sistem tenaga listrik.
Dibawah ini adalah simbol untuk menyatakan kuantitas per unit dari suatu
besaran pada peralatan / komponen tenaga listrik, yaitu :
Harga Per Unit (pu) =
Harga Persen
=
(
)
(
)
(3.2)
x 100%
(3.3)
Dalam sistem tenaga listrik dikenal dengan adanya daya, tegangan, arus
dan impedansi dasar. Harga dasar (base) yang dipilih / ditentukan tidak perlu
34
secara keseluruhan untuk daya, tegangan, arus atau impedansi, tetapi cukup
ditentukan untuk base daya (MVA)3Φ dan tegangan (KV)L-L.
Sedangkan untuk basenya yang lain dapat dicari dari kedua base tersebut,
yaitu :
Base Arus (KA) =
√ .
Base Impedansi (Ohm) =
(
√ .
)
(
)
(
(
)
(3.4)
)
(3.5)
Sedangkan harga per unit dari masing-msing besaran dapat dicari dengan
cara sebagai berikut :
Per Unit Tegangan
=
(3.6)
Per Unit Arus
=
(3.7)
Per Unit Impedansi
=
(3.8)
Tetapi jika base daya dan base tegangan yang ditentukan bukan daya dan
komponen itu sendiri, maka harga per unit impedansinya akan berubah.
Persamaan untuk harga impedansi per unit yang baru, adalah :
Impedansi Baru(pu) = Impedansi Lama (pu) x
x
(3.9)
Hal – hal penting yang perlu diperhatikan dalam perhitungan per unit
adalah :
a. Base tegangan dan Base daya dipilih pada suatu bagian sistem (hanya
satu). Nilai-nilai dasar (base) untuk suatu sistem tiga fasa diartikan sebagai
KVL-L dan MVA3fasa.
35
b. Base tegangan untuk bagian-bagian lain dari sistem ditentukan oleh angka
perbandingan pada transformator, sedangkan base daya adalah tetap untuk
semua bagian sistem.
c. Untuk tiga buah transfomator fasa tunggal yang dihubungkan sebagai
transformator 3 fasa, maka rating 3 fasanya ditentukan dari rating fasa
tunggal masing-masing transformator. Impedansi dalam persen untuk
satuan tiga fasa adalah sama dengan impedansi dalam persen untuk
masing-masing transformator.
3.6
Arus Hubung Singkat 3 Fasa
Ia = Ib = Ic
Va = Vb = Vc
Gambar 3.8 Arus Hubung Singkat 3 fasa
I 3Φ =
(3.10)
36
Keterangan :
I 3Φ
= Besar arus yang mengalir pada setiap fasa sewaktu terjadinya
gangguan hubung singkat di dalam sistem (Ampere)
E fasa = Besar tegangan tiap fasa terhadap netral (Volt)
Z1
= Impedansi ekivalen urutan positif. Dikatakan ekivalen karena
mewakili seluruh impedansi di dalam system yang terhubung
seri atau parallel dari sejak sumber sampai dengan titik
gangguan.
3.7
Electrical Transient Analyzer Program 6.0
ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) merupakan suatu
program yang menampilkan secara GUI (Graphical User Interface) tentang
analisis
sistem tenaga. Program ETAP dibuat oleh perusahaan Operation
Technology, Inc (OTI) dari tahun 1995. ETAP versi 6.0 merupakan salah satu
produk OTI. Tujuan program ETAP 6.0 dibuat adalah untuk memperoleh
perhitungan dan analisis sistem tenaga pada sistem yang besar menggunakan
komputer.
Program ETAP 6.0 dapat digunakan untuk studi aliran daya pada sistem
yang besar dengan jumlah bus yang unlimited. Pada Sistem Transmisi 500KV
Suralaya-Balaraja dan Suralaya-Cilegon merupakan sistem yang cukup besar
dan memiliki beberapa bus, oleh karena itu program ETAP 6.0 dapat digunakan
untuk analisis aliran pada Transmisi tersebut.
37
Gambar 3.9 Flowchart metode aliran daya dengan ETAP 6.0
Hal yang perlu dipersiapkan selanjutnya adalah data-data peralatan seperti
Generator, Trafo, Bus dan lain – lain. Semakin tepat data sesuai speksifikasi
peralatan dan kondisi actualnya, maka hasil simulasi juga akan mendekati falid.
Berikut data – data yang terdapat pada sistem transmisi 500KV Suralaya-Balaraja
dan Suralaya-Cilegon
38
3.7.1 Data Generator
Data generator yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya adalah:
 ID Generator
 Generator type (turbo, hydro w/o damping)
 Operating mode (Swing, Voltage Control, dan Mvar Control)
 Rated KV
 %V dan Angle untuk swing mode of operation
 %V, MW loading, dan Mvar limits (Qmax dan Qmin) untuk
Voltage Control mode of operation
 MW dan Mvar loading untuk Mvar control mode of operation.
Gambar 3.10 Tampilan Rating Generator Pada Program ETAP 6.0
39
3.7.2
Data Transformer
Data transformator yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya
dengan program ETAP 6.0 adalah:
 ID transformator
 Rated KV di sisi primer dan sekunder
 Rated MW
 Impedansi (%Z dan X/R)
 Fixed tap (% tap)
Gambar 3.11 Tampilan Data Transformator Pada ETAP 6.0
3.7.3
Data Saluran Transmisi
Data saluran transmisi berisikan data impedasi penghantar, baik
impedansi urutan positif, negatif maupun nol. Selain itu juga memasukkan
data panjang saluran transmisi.
40
Gambar 3.12 Tampilan Data Saluran Transmisi Pada ETAP 6.0
3.7.4
Data Bus
Data
bus
yang
dibutuhkan
untuk
analisis
aliran
daya
menggunakan program ETAP 6.0 adalah:
 ID bus
 Nominal KV
 %V dan Angle (bila initial condition digunakan untuk bus
voltages)
 Load Diversity Factor (bila loading option menggunakan diversity
factor)
41
Gambar 3.13 Tampilan Data Bus Pada ETAP 6.0