sistem proteksi motor berbasis motor management relay wdz

Makalah Seminar Kerja Praktek
SISTEM PROTEKSI MOTOR BERBASIS
MOTOR MANAGEMENT RELAY WDZ-430EX
DI PLTU PACITAN
Anggun Purnomo 1), Susatyo Handoko 2)
Mahasiswa dan Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro,
Jalan Prof. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang
E-mail: [email protected]
1)
2)
Abstrak
Listrik adalah energi sekunder yang paling praktis penggunaannya oleh manusia dan paling banyak
dibutuhkan oleh manusia. Kebutuhan listrik dari tahuh ke tahun terus mengalami peningkatan. Hal ini menuntut
suatu perusahaan penghasil listrik untuk dapat memenuhi kebutuhan akan listrik dan menjaga kontinuitas
pelayanan serta meningkatkan keandalan sistem tenaga listriknya. Sebagai salah satu pembangkit tenaga listrik,
PLTU Pacitan harus selalu beroperasi dan dapat menyuplai energi listrik yang diminta oleh PLN untuk memenuhi
kebutuhan konsumen.
Dalam pengoperasian pembangkit tentunya kondisi abnormal / gangguan pada sistem pembangkit menjadi
resiko tersendiri. Sehingga perlu adanya proteksi pada peralatan untuk melindungi peralatan dari gangguan yang
timbul. Salah satu peralatan yang harus dilindungi adalah motor. Di PLTU pacitan, untuk proteksi motor
digunakan motor manegement relay tipe WDZ-430EX yang merupakan suatu relay proteksi motor berbasis
mikroprosesor yang dapat menjalankan sistem proteksi sesuai algoritma yang ditanam di dalamnya.
Kata kunci : proteksi gangguan, motor manegement relay tipe WDZ-430EX.
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Listrik merupakan bentuk energi sekunder
yang paling praktis penggunaannya oleh
manusia, dimana listrik dihasilkan dari proses
konversi energy sumber energi primer seperti,
potensial air,energi angin, minyak bumi,
batubara.
Keandalan dan keberlangsungan suatu
sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen
sangat tergantung pada sistem proteksi yang
digunakan. Oleh sebab itu dalam perencangan
suatu sistem tenaga, perlu dipertimbangkan
kondisi-kondisi gangguan yang mungkin terjadi
pada sistem, melalui analisa gangguan. Dari
hasil analisa gangguan dapat ditentukan sistem
proteksi yang akan digunakan, spesifikasi
switchgear, rating circuit breaker (CB) serta
penetapan besaran-besaran yang menentukan
bekerjanya suatu relay (setting relay) untuk
keperluan proteksi.
Adanya gangguan pada suatu sistem
pembangkit dapat mengganggu operasi dari
sistem pembangkit tersebut yang dapat
membahayakan
bagian-bagian
penting
didalamnya karena dapat mengakibatkan
kerusakan dan penurunan umur pembangkit.
Karena itu diperlukan suatu sistem proteksi yang
dapat melindungi setiap bagian dari sistem
pembangkit listrik.
1.2 Maksud dan Tujuan Kerja Praktek
Tujuan dari Kerja Praktek dan Laporan ini
adalah untuk mempelajari pembangkitan listrik
pada pembangkit listrik tenaga uap dan
mengetahui sistem proteksi motor yang terdapat
pada pembangkit tenaga listrik, khususnya di
PLTU Pacitan.
1.3 Batasan Masalah
Dalam laporan Kerja Praktek ini penulis
membatasi pembahasan pada proteksi motor
dengan menggunakan motor management relay
tipe WDZ-430EX di PLTU Pacitan, PT. PJB
UBJOM PACITAN.
II. DASAR TEORI
2.1 Sistem Proteksi Tenaga Listrik
Yang dimaksud dengan sistem proteksi
tenaga listrik adalah sistem proteksi yang
dilakukan kepada peralatan-peralatan listrik
yang terpasang pada suatu sistem tenaga
misalnya generator, transformator jaringan, dan
lain-lain, terhadap kondisi abnormal operasi
sistem itu sendiri. Kondisi abnormal itu dapat
berupa antara lain : hubung singkat, tegangan
lebih, beban lebih, frekuensi sistem rendah,
asinkron dan lain-lain.
2.2 Fungsi dan Persyaratan Kualitas Proteksi
Pada sistem tenaga listrik, proteksi itu
diperlukan :
1. Untuk
menghindari
ataupun
untuk
mengurangi kerusakan peralatan-peralatan
akibat gangguan (kondisi abnormal operasi
sistem). Semakin cepat reaksi perangkat
proteksi yang digunakan maka akan semakin
sedikitlah pengaruh gangguan kepada
kemungkinan kerusakan alat
2. Untuk cepat melokalisir luas daerah
terganggu menjadi sekecil mungkin
3. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik
dengan keandalan yang tinggi kepada
konsumen dan juga mutu listrik yang baik.
4. Untuk mengamankan manusia terhadap
bahaya yang ditimbulkan oleh listrik
Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu
diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem
proteksi yang efektif yaitu :
1. Selektivitas dan Diskrimanasi
Efektivitas suatu sistem proteksi dapat
dilihat dari kesanggupan sistem dalam
mengisolir
bagian
yang
mengalami
gangguan saja.
2. Kecepatan Operasi
Beroperasi
secepat
mungkin
untuk
mengurangi dampak gangguan, waktu
gangguan dan memastikan keamanan
pekerja.
3. Sensitivitas (kepekaan)
Mendeteksi gangguan sekecil apapun, baik
arus atau ketidaknomalan sistem dan
beroperasi sesuai setelannya.n
4. Reliabilitas (keandalan)
Sistem proteksi yang handal didasarkan
pada 2 hal :
a. Dependability, tidak boleh gagal bekerja
saat dibutuhkan
b. Security, tidak boleh salah kerja.
2.3 Perangkat Sistem Proteksi
Yang dimaksud dengan perangkat sistem
proteksi sepeti yang terlihat pada gambar berikut :
Gambar 2.1 Hubungan antar perangkat proteksi
1. Relai.
Sebagai elemen perasa /pengukur untuk
mendeteksi gangguan.
2. PMT (Pemutus Tenaga)
Sebagai pemutus arus dalam sirkuit tenaga
untuk melepas bagian sistem yang terganggu.
3. PT dan atau CT
Mengubah besarnya arus dan atau tegangan
dari sirkuit primer ke sirkuit sekunder (Relai)
4. Battery.
Sebagai sumber tenaga untuk mentripkan PMT
dan catu daya untuk relai statik dan relai bantu.
5. Pengawatan.
Untuk mengubungkan komponen-komponen
proteksi sehingga menjadi satu sistem.
2.4 Relay Proteksi Pada Motor
Mayoritas beban pemakaian sendiri pada
pembangkit listrik (terutama PLTU) adalah
motor listrik. Motor listrik digunakan sebagai
penggerak pompa, fan, valve dan lain
sebagainya. Oleh karena itu motor listrik harus
dilindungi dari ancaman gangguan yang
mungkin terjadi pada motor tersebut.
1. Relay arus lebih
Relay arus lebih merupakan relay proteksi
pada motor yang berfungsi untuk melindungi
dari gangguan hubung singkat antar fasa.
Gangguan hubung singkat dapat meyebabkan
kerusakan pada belitan motor. Relay arus lebih
bersifat instant, jadi jika ada gangguan harus
segera mengisolasi motor yang dilindungi
tersebut.
2. Relay overload
Overload pada motor listrik disebabkan oleh
pembebanan berlebih pada motor sehingga
putaran motor semakin berat. Semakin berat
beban motor maka konsumsi arus listrik motor
semakin besar, sehingga jika dibiarkan dalam
waktu yang lama maka arus overload
menyebabkan pemanasan pada belitan yang
dapat merusak belitan tersebut.
3. Relay unbalance
Unbalance pada motor terjadi apabila ada
ketidakseimbangan arus pada fasa sumber.
Fenomena ini akan menyebabkan timbulnya arus
urutan negative (negative sequence) yang dapat
menyebabkan pemanasan pada motor.
4. Relay hubung singkat ke tanah
Relay hubung singkat ke tanah berfungsi
untuk mengamankan motor dari gangguan arus
hubung singkat antara fasa dengan tanah.
5. Relay longstart
Relay long start current adalah relay proteksi
pada
motor
yang
digunakan
untuk
mengamankan motor dari gangguan arus start
yang lama. Seperti kita ketahui ketika motor
listrik pertama kali dhidupkan maka akan
mengkonsumsi arus yang lebih besar dari arus
nominal. Arus start tersebut bias mencapai 6 kali
dari arus nominalnya. Pada kondisi normal, arus
start tersebut hanya berlangsung sesaat saja dan
arus kembali ke arus nominal setelah motor
berputar pada putaran nominal. Relay long start
berfungsi mengamankan motor ketika arus start
tersebut berlangsung lebih lama dari kondisi
normal agar tidak terjadi pemanasan pada
belitan motor. Relay longstart bersifat definite
time (karakteristik tunda waktu)
6. Relay temperature
Relay temperature merupakan relay proteksi
pada
motor
yang
digunakan
untuk
mengamankan motor listrik dari gangguan
temperature yang berlebih. Temperature berlebih
bias disebabkan oleh gangguan mekanik maupun
gangguan
elektrik.
Gangguan
mekanik
contohnya adalah kegagalan sstem pendingin
dan lain sebagainya. gangguan elektrik
contohnya adalah overload, longstart dan lain
sebagainya.
III. Sistem Proteksi Motor Berbasis Motor
Management Relay WDZ-430EX di PLTU
Pacitan
Sistem proteksi di PLTU Pacitan
mempunyai sud-sub siste proteksi yaitu sistem
poteksi motor dan sistem proteksi listrik
(generator dan trafo). Sistem proteksi motor
pada PLTU Pacitan menggunakan sistem digital
dengan Motor Management Relay tipe WDZ430EX
3.1 Deskripsi Motor Management Relay Tipe
WDZ-430EX
Motor management relay tipe WDZ-430EX
yang memiliki fungsi proteksi, pengukuran dan
kontrol, utamanya diaplikasikan motor asinkron
tiga fasa berkapasitas kecil atau menengah.
Untuk motor berkapasitas besar ( 2000 kW atau
lebih ), biasanya sesuai kebutuhan perlu
ditambahkan motor differential relay tipe WDZ431EX.
Gambar 3.1 Device motor management relay
WDZ-430EX
Proteksi ini dapat menghindari puncak arus
transien selama motor startup. Karena arus yang
tinggi saat start dapat menyebabkan suhu motor
menjadi naik, akibatnya isolasi dapat rusak dan
dapat menimbulkan short baik antar kumparan
maupun antara kumparan – ground.
Kriteria aksi :
Gambar 3.2 Back boardmotor management relay
WDZ-430EX
3.2 Fungsi Proteksi Motor dengan Motor
Management Relay Tipe WDZ-430EX
Fungsi – fungsi proteksi motor dengan
motor management relay tipe WDZ-430EX
memiliki algoritma kerja masing – masing.
Berikut dipaparkan macam-macam fungsi
proteksi yang ada motor management relay tipe
WDZ-430EX :
a. Instantaneous Over Current Relay
Gambar 3.3 Algoritma Instantaneous Over Current
Relay Selama Motor Startup
Gambar 3.4 Algoritma Instantaneous Over Current
Relay Setelah Motor Startup
Keterangan :
Imax : nilai arus maksimum dari fase A,B,C
(Ia, Ib, Ic)(A)
Isdg
: nilai seting instantaneous over current
relay selama motor startup (high level)
(A)
Isdd
: nilai seting instantaneous over current
relaysetelah motor startup) (low level)
(A)
tsd
:waktu delay instantaneous over current
relay (s)
b. Negative Sequence Current Relay 1 (46)
Arus urutan negatif dapat timbul karena
tegangan sumber yang tak seimbang atau adanya
gangguan antar fasa, sehingga muncul tidak
seimbangnya
arus
pada
ketiga
fasa
motor.Misalnya karena pasokan daya dari salah
satu fasa hilang atau sekering leburnya putus,
maka keadaan pasokan daya menjadi tak
seimbang dan timbul arus urutan negatis. Arus
urutan negatif ini dapat menimbulkan medan
magnet putar yang berlawanan dengan putaran
rotor motor, hal ini dapat menimbulkan
pemanasan yang berlebih dalam stator dan rotor
motor.
Gambar 3.5 Algoritma Negative Sequence Current
Relay 1
Kriteria aksi
Keterangan
I2
: arus negative sequence (A)
I21dz
: nilai setting negative sequence current
relay1 (A)
t21dz
: waktu delay negative sequence current
relay1 (s)
c. Negative Sequence Current Relay 2 (46)
operasi yang disebabkan oleh arus yang tak
seimbang dengan arus startup motor yang lebih
besar, proteksi ini mengambil arus maksimum
fasa Imax sebagai nilai pengendali.
Karakteristik aksi :
Keterangan
Io :arus zero sequence motor yang telah
dikonversi oleh CT (A)
Iodz :nilai setting instantaneous zero sequence
relay (A)
Ie :rating arus motor (A)
todz :waktu delay instantaneous zero sequence
relay (s)
e. Mechanical Jam Relay
Gambar 3.6 Algoritma Negative Sequence Current
Relay 2
Kriteria aksi
Gambar 3.8 Algoritma Mechanical Jam Relay
Keterangan
I22dz
: level negative sequence current relay 2
(A)
t22dz
: waktu delay negative sequence current
relay 2 (s)
d. Instantaneous Zero Sequence Relay(50N)
Arus urutan nol muncul dapat muncul saat
adanya gangguan fasa ke tanah.Sehingga terjadi
konsidi tidak seimbangnya aliran arus pada
masing-masing fasa dalam sistem tiga fasa
sehingga ada aliran arus pada kawat netralnya.
Mechanical jam relay membutuhkan motor
speed switch dan arus fasa. Speed switchsendiri
digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan
kecepatan motor saat bekerja.
Kriteria aksi
Keterangan
Iddz
:nilai seting arus mechanical jam
relay(A)
tddz
:waktu delay mechanical jam relay
f.
Long-Time Startup Relay
Gambar 3.7 Algoritma Instantaneous Zero Sequence
Relay
Nilai arus zero squence motor, diperoleh
dari CT zero squence agar dapat mendeteksi arus
yang sangat kecil. Untuk mencegah kegagalan
Gambar 3.9 Algoritma Long-Time Startup Relay
Pertama, hitung waktu start selama
motor melakukan startup
Keterangan
tqdj
：perhitungan waktu srart (s)
Iqde
：rating arus startup motor (A)
Iqdm
tyd
：arus startup motor maksimal (A)
：waktu mechanical jam motor yang
diperbolehkan (s)
Jika selama tqdj (waktu start yang telah
dihitung) Imax< 1,125 Ie, maka motor berhasil
melakukan start dan algoritma long-time startup
relay telah berakhir. Jika setelah tqdj nilai
Imax> 1,125 Ie, maka motor akan gagal start,
long-time startup relay bekerja. Waktu terlama
dari long-time startup relay adalah 10s.
g. Positive Sequence Current Relay
Arus urutan positif muncul pada keadaan
tegangan sumber seimbang. Gangguan ini
sebenarnya seperti gangguan arus lebih dimana
arus maupun tegangan yang ditimbulkan masih
mempunyai urutan fasa yang sama dengan
urutan fasa sumber.
Keterangan
I1
: motor raring current (A)
I1gl
: nilai setting positive sequence current
relay(A)
t1gl
: waktu delay positive sequence current
relay (s)
h. Over Load Relay
Gambar 3.11 Algoritma Over Load Relay
Kriteria aksi
Keterangan
Igfh
: nilai seting overloadrelay(A)
tgfh
: waktu delay overload relay(s)
i.
VT Circuit Off
Gambar 3.10 Algoritma Positive Sequence Current
Relay
Positive sequence current relayakan aktif
apabila kondisi dibawah ini telah terpenuhi.
1. Algoritma long-time startup relay telah
berakhir ( Ia/Ib/Ic < 1,125 Ie )
2. Waktu start melebihi waktu mechanical jam
motor yang diperbolehkan, t > tyd
Kriteria aksi
Gambar 3.12 Algoritma VT Circuit Off
Peralatan ini memilik fungsi untuk
mendeteksi VT circuit bila off. Ketika VT
circuit menjadi off, under voltage relay akan
mengunci secara instan (akibatnya under voltage
relay tak dapat bekerja), dan dalam 15 s akan
mengirimkan sinyal alarm.
Ketika VT circuit ketiga fasa off secara
serampak, waktu ini hanya ada arus tapi tak ada
tegangan.
Kriteria dari VT circuit mati
Ketika satu atau dua VT circuit mati, waktu
ini akan timbul unbalanced voltage yang besar,
Untuk memastikan agar relay dapat
beroperasi dengan handal, saat bus tanpa
tegangan, motor tanpa arus, switch dalam
keadaan on, dan kriteria aksi diatas tidak dapat
startup dibawah tegangan relay, maka digunakan
alur kriteria tambahan agar relay dapat bekerja
dibawah tegangan trip relay.
maka dari itu dibuat kriteria lain sebagai berikut :
j.
Under Voltage Relay(27)
Gambar 3.13 Algoritma Under Voltage Relay (27)
Ketika tegangan bus motor berada dibawah
setting tegangan under voltage relay Uqy dan
waktunya lebih lama dari waktu delay under
voltage relay tqy, relay akan trip untuk
melindungi motor.
Untuk mencegah VT circuit mati, under
voltage relay diseting untuk mengunci ketika
VT circuit mati, sehingga relay belum dapat
start.
Kriteria aksi
Keterangan
Uqy
: nilai seting tegangan under voltage
relay (V)
Tqy
: waktu delayunder voltage relay (s)
IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Dari pembahasan yang disampaikan panda
laporan ini dapat diambil kesimpilan sebagai
berikut :
1. Suatu sistem tenaga listrik memerlukan
adanya sistem proteksi untuk dapat
mendeteksi adanya gangguan pada sistem
sehingga dapat mencegah atau membatasi
kerusakan pada peralatan tenaga listrik
selain itu juga untuk menjaga kontinuitas
dan keandalan pasokan daya listrik.
2. Sistem proteksi motor di PLTU Pacitan
sudah menggunakan suatu manajemen rele,
dimana dalam satu device sudah terdapat
berbagai fungsi proteksi di dalamnya
3. Di PLTU Pacitan, untuk motor berkapasitas
<200KW dan motor yang berkapasitas
antara 200-2000KW digunakan suatu motor
management relay tipe WDZ-430EX
4. Di PLTU Pacitan, untuk motor berkapasitas
>2000KW biasanya ditambahkan motor
differential relay tipe WDZ-431EX
5. Motor management relay tipe WDZ-430EX
yang memiliki fungsi proteksi, pengukuran
dan kontrol, utamanya diaplikasikan motor
sinkron tiga fasa berkapasitas kecil atau
menengah
6. Motor management relay tipe WDZ-430EX
adalah relay proteksi motor berbasis
mikroprosesor yang dapat menjalankan
sistem proteksi sesuai algoritma yang
ditanam di dalamnya.
7. Fungsi proteksi motor management relay
tipe WDZ-430EX memiliki algoritma kerja
masing - masing.
4.2 Saran
Setelah melakukan kerja praktek di PLTU
Pacitan, penulis memberi saran yamg mungkin
dapat bermanfaat bagi pembaca laporan kerja
praktek ini.
1. Pengambilan data diperlukan agar dapat
lebih memahami kerja dari proteksi motor
dengan motor manegement relay WDZ430EX.
2. Peralatan proteksi sebaiknya dilakukan
pemeliharaan secara berkala agar kinerja
proteksi selalu dalam keadaan normal dan
tak ada kesalahan kerja proteksi.
3. Bagi mahasiswa yang akan melakukan kerja
praktek lebih baik sudah memiliki target
bahasan yang ingin dibahas di tempat kerja
praktek, sehingga pada saat pengambilan
data dapat fokus pada target yang ditentukan
sebelumnya.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Christian Mamesah, Proteksi Sistem Tenaga
Listrik 1, Electrical Department TEDC
Bandung, 1998.
[2] Materi Pelatihan Pemeliharaan Proteksi
Pembangkit PT PLN (PERSERO)
UDIKLAT, Semarang
[3] Modul Pembelajaran Proteksi Sistem Tenaga
Listrik Depdiknas 2003
[4] Transparansi Diklat Relai. PT. PLN
(Persero) UDIKLAT, Semarang.
[5] Materi Pelatihan O&M Relai Proteksi
JaringanPT PLN Persero P3B
[6] Manual book
WDZ-430EX
Motor
Management Relay
BIODATA
Anggun Purnomo lahir
di Klaten 21 Mei 1992.
Telah menempuh studi
mulai dari TK Pertiwi
Ceper, SD N 1 Ceper,
SMP N 1 Delanggu, SMA
N 1 Klaten dan sekarang
sedang melanjutkan studi
S-1 di Jurusan Teknik
Elektro Universitas Diponegoro, Semarang.
Semarang,
Januari 2014
Mengetahui dan menyetujui
Dosen Pembimbing
Susatyo Handoko, ST, MT
NIP.197305262000121001