Relay Diferensial Sebuah relay diferensial adalah perangkat pelindung yang diberi makan oleh transformator arus yang terletak di dua titik seri yang berbeda dalam sistem listrik. Relay diferensial membandingkan arus dan mengambil ketika ada perbedaan dalam dua, yang menandakan kesalahan dalam zona perlindungan. Alat ini biasanya digunakan untuk melindungi gulungan di generator atau transformator. Relay arus lebih adalah relay yang bekerja terhadap arus lebih, ia akan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai settingnya (I set). Prinsip Kerja relai arus lebih Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting. Macam-macam karakteristik relay arus lebih : 1. Relay Waktu Seketika (Instantaneous relay) Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik (10 – (10 – 20 20 ms). Dapat kita lihat pada gambar dibawah ini. Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan relay arus lebih dengan karakteristik yang lain. 2. Relay arus lebih waktu tertentu (definite time relay) Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is), dan jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relay diperpanjang dengan waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay, lihat gambar dibawah ini. 3. Relay arus lebih waktu terbalik Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam-macam dan setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok : • Standar invers • Very inverse • Extreemely inverse
Pengaman Pada Relay Arus Lebih Pada relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara lain:
Pengamanan hubung singkat fasa. Relay mendeteksi arus fasa. Oleh karena itu, disebut pula “Relay fasa”. Karena pada relay tersebut dialiri oleh arus fasa, maka settingnya (Is) harus lebih besar dari arus beban maksimum. Ditetapkan Is = 1,2 x In (In = arus nominal peralatan terlemah). Pengamanan hubung tanah. Arus gangguan satu fasa tanah ada kemungkinan lebih kecil dari arus beban, ini disebabkan karena salah satu atau dari kedua hal berikut: Gangguan tanah ini melalui tahanan gangguan yang masih cukup tinggi. Pentanahan netral sistemnya melalui impedansi/tahanan yang tinggi, atau bahkan tidak ditanahkan Dalam hal demikian, relay pengaman hubung singkat (relay fasa) tidak dapat mendeteksi gangguan tanah tersebut. Supaya relay sensitive terhadap gangguan tersebut dan tidak salah kerja oleh arus beban, maka relay dipasang tidak pada kawat fasa melainkan kawat netral pada sekunder trafo arusnya. Dengan demikian relay ini dialiri oleh arus netralnya, berdasarkan komponen simetrisnya arus netral adalah jumlah dari arus ketiga fasanya. Arus urutan nol dirangkaian primernya baru dapat mengalir jika terdapat jalan kembali melalui tanah (melalui kawat netral)
Gambar
4.
Sambungan
Relay
GFR
dan
2
OCR.
Relai Arus Lebih A. Pengertian Relai Proteksi Relai adalah suatu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengatur /memasukan suatu rangk aian listrik (rangkaian trip atau alarm) akibat adanya perubahan lain. B. Perangkat Sistem Proteksi. Proteksi terdiri dari seperangkat peralatan yang merupakan sistem yang terdiri dari komponen-komponen berikut : 1) Relay, sebagai alat perasa untuk mendeteksi adanya gangguan yang selanjutnya memberi perintah trip kepada Pemutus Tenaga (PMT). 2) Trafo arus dan/atau trafo tegangan sebagai alat yang mentransfer besaran listrik primer dari sistem yang diamankan ke relai (besaran listrik sekunder). 3) Pemutus Tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu. 4) Batere beserta alat pengisi (batere charger) sebagai sumber tenaga untuk bekerjanya relai, peralatan bantu triping. 5) Pengawatan (wiring) yang terdiri dari sisrkit sekunder (arus dan/atau tegangan), sirkit triping dan sirkit peralatan bantu. Secara garis besar bagian dari relay proteksi terdiri dari tiga bagian utama, seperti pada blok diagram, dibawah ini : Masing-masing elemen/bagian mempunyai fungsi sebagai berikut : 1) Elemen pengindera. Elemen ini berfungsi untuk merasakan besaran-besaran listrik, seperti arus, tegan gan, frekuensi, dan sebagainya tergantung relay yang dipergunakan. Pada bagian ini besaran yang masuk akan dirasakan keadaannya, apakah keadaan yang diproteksi itu mendapatkan gangguan atau dalam keadaan normal, untuk selanjutnya besaran tersebut dikirimkan ke elemen pembanding. 2) Elemen pembanding. Elemen ini berfungsi menerima besaran setelah terlebih dahulu besaran itu diterima oleh elemen oleh elemen pengindera untuk membandingkan besaran listrik pada saat keadaan normal dengan besaran arus kerja relay. 3) Elemen pengukur/penentu. Elemen ini berfungsi untuk mengadakan perubahan secara cepet pada besaran ukurnya dan akan segera memberikan isyarat untuk membuka PMT atau memberikan sinyal. Transformator arus ( CT ) berfungsi sebagai alat pengindera yang merasakan apakah keadaan yang diproteksi dalam keadaan normal atau mendapat gangguan. Sebagai alat pembanding sekaligus alat pengukur adalah relay, yang bekerja setelah mendapatkan besaran dari alat pengindera dan membandingkan dengan besar arus penyetelan dari kerja relay. Apabila besaran tersebut tidak setimbang atau melebihi besar arus penyetelannya, maka kumparan relay akan bekerja menarik kontak dengan cepat atau dengan waktu tunda dan memberikan perintah pada kumparan penjatuh (trip-coil) untuk bekerja melepas PMT. Sebagai sumber energi penggerak adalah sumber arus searah atau batere. C. Fungsi dan Peranan Relai Proteksi
Maksud dan tujuan pemasangan relay 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, dengan cara : Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat membahayakan peralatan atau sistem. 1. Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu at au yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi. 2. Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya. 3. Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang terbaik kepada konsumen. 4. Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik. D. Syarat-syarat Relai Proteksi Dalam perencanaan sistem proteksi, maka untuk mend apatkan suatu sistem proteksi yang baik diperlukan persyaratan-persyaratan sebagai berikut : 1. Sensitif. Suatu relay proteksi bertugas mengamankan suatu alat atau suatu bagian tertentu dari suatu sisitem tenaga listrik, alat atau bagian sisitem yang termasuk dalam jangkauan pengamanannya. Relay proteksi mendeteksi adanya gangguan yang terjadi di daerah pengamanannya dan harus cukup sensitif untuk mendeteksi gangguan tersebut dengan rangsangan minimum dan bila perlu hanya mentripkan pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu, sedangkan bagian sistem yang sehat dalam hal ini tidak boleh terbuka. 2. Selektif. Selektivitas dari relay proteksi adalah suatu kualitas kecermatan pemilihan dalam mengadakan pengamanan. Bagian yang terbuka dari suatu sistem oleh karena terjadinya gangguan harus sekecil mungkin, sehingga daerah yang terputus menjadi lebih kecil. Relay proteksi hanya akan bekerja selama kondisi tidak normal atau gangguan yang terjadi didaerah pengamanannya dan tidak akan bekerja pada kondisi normal atau pada keadaan gangguan yang terjadi diluar daerah pengamanannya. 3. Cepat. Makin cepat relay proteksi bekerja, tidak hanya dapat memperkecil kemungkinan akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan meluasnya akibat yang ditimbulkan oleh gangguan. 4. Handal. Dalam keadaan normal atau sistem yang tidak pernah terganggu relay proteksi tidak bekerja selama berbulan-bulan mungkin bertahun-tahun, tetapi relay proteksi bila diperlukan harus dan pasti dapat bekerja, sebab apabila relay gagal bekerja dapat mengakibatkan kerusakan yang lebih parah pda peralatan yang diamankan atau mengakibatkan bekerjanya relay lain sehingga daerah itu mengalami pemadaman yang lebih luas. Untuk tetap menjaga
keandalannya, maka relay proteksi harus dilakukan pengujian secara periodik. 5. Ekonomis. Dengan biaya yang sekecilnya-kecilnya diharapkan relay proteksi mempunyai kemampuan pengamanan yang sebesar-besarnya. 6. Sederhana. Perangkat relay proteksi disyaratkan mempunyai bentuk yang sederhana dan fleksibel. E. Relai Arus lebih atau Over Current Rela y (OCR) Relai Arus Lebih merupakan salah satu relai proteksi yang digunakan untuk mengamankan trafo daya, Neutral Grounding Resistor (NGR), dan penyulang 20 kV. Relai ini bekerja dengan cara membandingkan arus yang yang terbaca dengan nilai setelannya, bila arus yang dibaca lebih besar dari pada nilai setelan maka relai akan menge-tripkan Pemutus Tenaga (PMT) atau circuit breaker (CB) setelah waktu tertentu. Besarnya waktu tunda ini tergantung nilai setelan relai. Pada jaringan 20 kV Relai ini berfungsi untuk memproteksi SUTM terhadap gangguan antar fasa atau tiga fasa, dan pada trafo tenaga relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat antar fasa didalam maupun diluar daerah pengaman transformator, F. Prinsip Kerja Relai Arus lebih atau Over Current Relay (OCR) Relai arus lebih bekerja dengan membaca input berupa besaran arus kemudian membandingankan dengan nilai setting, apabila nilai arus yang terbaca oleh relai melebihi nilai setting, maka relai akan mengirim perintah trip (lepas) kepada Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) setelah tunda waktu yang diterapkan pada setting. Relai arus lebih – OCR memproteksi instalasi listrik terhadap gangguan antar fasa. Sedan gkan untuk memproteki terhadap gangguan fasa tanah digunakan relai Relai Arus Gangguan tanah atau Ground Fault Relay (GFR). Prinsip kerja GFR sama dengan OCR, yang membedakan hanyalah pada fungsi dan elemen sensor arus. OCR biasanya memiliki 2 atau 3 sensor arus (untuk 2 atau 3 fasa) sedangkan GFR ahnya memiliki satu sensor arus (satu fasa). G. Karakteristik Waktu Kerja Relai Arus Lebih (OCR) a. Relai arus lebih seketika (instanstaneous over current relay) Relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja seketika ialah jika jangka waktu relai mulai saat relai arusnya pick up (kerja) sampai selesainya kerja relai sangat singkat (20-100 ms), yaitu tanpa penundaan waktu. Relai ini pada umumnya dikombinasikan dengan relai arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu (definite time) atau waktu terbalik (inverse time) dan hanya dalam beberapa hal berdiri sendiri secara khusus. b. Relai arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu (Definite time over current relay) Relai arus lebih dengan karakteristik waktu tertentu ialah jika jangka waktu mulai relai arus pick up sampai selesainya kerja relai diperpanjang dengan nilai tertentu dan tidak tergantung dari besarnya arus yang menggerakan. Relai ini bekerja berdasarkan waktu tunda yang telah ditentukan sebelumnya dan tidak tergantung pada perbedaan besarnya arus. c. Relai arus lebih dengan karakteristik waktu terbalik (Inverse time over current relay)
Relai dangan karakteristik waktu terbalik adalah jika jan gka waktu mulai relai arus pick up sampai selesainya kerja diperpanjang dengan besarnya nilai yang berbanding terbalik dengan arus yang menggerakkan. Relai ini bekerja dengan waktu operasi berbanding terbalik terhadap besarnya arus yang terukur oleh relai. Relai ini mempunyai karakteristik kerja yang dipengaruhi baik oleh waktu maupun arus. d. Inverse Definite Time Relay Relai ini mempunyai karakteristik kerja berdasarkan kombinasi antara relai invers dan relai definite. Relai ini akan bekerja secara definite bila arus gangguannya besar dan bekerja secara inverse jika arus gangguannya kecil. a. Instant b. Definite c. Inverse d. Combination
Proteksi Generator 22:44 HaGe 14Komentar PERAN GENERATOR DALAM SISTEM DAN SYARAT PROTEKSI GENERATOR
Sebagai sumber energi listrik dalam suatu sistem tenaga, generator memiliki peran yang penting, sehingga tripnya PMT/CB generator sangat tidak dikehendaki karena sangat mengganggu sistem, terutama generator yang berdaya besar. Dan juga karena letaknya di hulu, PMT/CB generator tidak boleh mudah trip tetapi juga harus aman bagi generator, walaupun didalam sistem banyak terjadi gangguan
Untuk menjaga keandalan dari kerja generator, maka dilengkapilah generator dengan peralatan-peralatan proteksi. Peralatan proteksi generator harus betul-betul mencegah kerusakan generator, karena kerusakan generator selain akan menelan biaya perbaikan yang mahal juga sangat mengganggu operasi sistem. Proteksi generator juga harus mempertimbangkan pula proteksi bagi mesin penggeraknya, karena generator digerakkan oleh mesin penggerak mula.
GANGGUAN GENERATOR Gangguan Generator relatif jarang terjadi karena: a. Instalasi Listrik tidak terbuka terhadap lingkungan, terlindung terhadap petir dan tanaman. b. Ada Transformator Blok dengan hubungan Wye-Delta, sehingga mencegah arus (gangguan) urutan nol dari Saluran Transmisi masuk ke Generator. c. Instalasi Listrik dari Generator ke Rel umumnya memakai Cable Duct yang kemungkinannya mengalami gangguan kecil. d. Tripnya PMT Generator sebagian besar (lebih dari 50%) disebabkan oleh gangguan mesin penggerak generator.
Namun ada juga gangguan-gangguan yang sering terjadi pada generator, meliputi gangguan pada : • Stator • Rotor (Sistem Penguat) • Mesin Penggerak
• Back up instalasi di luar Generator
Pengaman terhadap gangguan luar generator
Generator umumnya dihubungkan ke rel (busbar). Beban dipasok oleh saluran yang dihubungkan ke rel. Gangguan kebanyakan ada di saluran yang mengambil daya dari rel. Instalasi penghubung generator dengan rel umumnya jarang mengalami gangguan. Karena rel dan saluran yang keluar dari rel sudah mempunyai proteksi sendiri, maka proteksi generator terhadap gangguan luar cukup dengan relay arus lebih dengan time delay yang relatif lama dan dengan voltage restrain. Voltage Restrain • Arus Hubung Singkat Generator turun seba gai fungsi waktu. • Hal ini disebabkan oleh membesarnya arus stator yang melemahkan medan magnit kutub (rotor) sehingga ggl dan tegangan jepit Generator turun. • Untuk menjamin kerjanya Relay sehubungan dengan menurunnya arus hubung singkat Generator, diperlukan Voltage Restrain Coil. • Mengingat karakteristik hubung singkat Generator yang demikian, pada Generator besar dipakai juga Relay Impedansi.
PENGAMAN TERHADAP GANGGUAN DALAM GENERATOR a. Hubung singkat antar fasa b. Hubung singkat fasa ke tanah c. Suhu tinggi d. Penguatan hilang e. Arus urutan negatif f. Hubung singkat dalam sirkit rotor
g. Out of Step h. Over flux
Hubung singkat antar fasa • Untuk proteksi dipergunakan relay differensial. • Kalau relay ini bekerja maka selain mentripkan PMT generator, PMT medan penguat generator harus trip juga. • Selain itu melalui relay bantu, mesin penggerak harus dihentikan.
Hubung Singkat Fasa – Tanah a. Dipakai Relay Hubung Tanah terbatas. b. Relay ini memerintahkan - PMT Generator Trip - PMT Medan Penguat Mesin Penggerak berhenti (melalui Relay Bantu) c. Pada Generator yang memakai Trafo Blok YGenerator tidak masuk, bisa dipakai pula : - Relay Tegangan yang mengukur pergeseran tegangan titik Netral terhadap tanah. - Relay Arus yang mengukur arus titik Netral ke tanah lewat tahanan atau kumparan.
Penguatan Hilang • Penguatan hilang atau penguatan melemah (under exitation) bisa menimbulkan pemanasan yang berlebihan pada kepala kumparan stator • Penguatan hilang menyebabkan gaya mekanik pada kumparan arus searah rotor hilang, terjadi out of step, menjadi Generator Asinkron, timbul arus pusar berlebihan di rotor, selanjutnya rotor mengalami peman asan berlebihan. • Relay penguatan hilang akan mentripkan PMT Generator
Penggunaan Relay Mho • Dalam keadaan eksitasi rendah / hilang, Generator akan mengambil daya Reaktif dari sistem.
• Oleh karenanya dipakai Relay Mho yang bekerja pada kwadran 3 dan 4 dari Kurva Kemampuan Generator. • Perlu perhatian pada Beban Kapasitif, misalnya Saluran Kosong, Daya Reaktif akan masuk ke Generator dan menyebabkan Relay ini bekerja.
Hubung Singkat dalam Sirkit Rotor Hubung singkat dalam sirkit rotor bisa menyebabkan penguatan hilang. • Karena hubung singkat dalam sirkit rotor ini, bisa timbul distorsi medan magnet dan selanjutnya timbul getaran berlebihan. • Cara mendeteksi gangguan sirkit rotor : Potentio Meter, AC Injection, DC Injection.
Relay Negatif Sequence • Gangguan yang menimbulkan ketidak -simetrisan Tegangan maupun arus, menimbulkan Negatif Sequence Current, tetapi tidak dapat dideteksi oleh Relay-relay yang telah disebutkan sebelumnya, maka sebelum Negatif Sequence Current terjadi diharapkan dapat dideteksi oleh Relay ini. • Gangguan-gangguan tersebut di atas misalnya adalah : – Hubung Singkat antar lilitan satu fasa. – Hubung Tanah di dekat titik Netral. – Ada sambungan salah satu fasa yang kendor. • Negative Sequence Current bisa menimbulkan pemanasan berlebihan pada rotor.
Gangguan Internal Generator Yang Sulit Dideteksi 1. Hubung singkat antar lilitan satu fasa, tidak terdeteksi oleh relay diferensial. 2. Hubung tanah di dekat titik Netral, tidak terdeteksi oleh relay hubung tanah terbatas. 3. Lilitan putus atau sambungan kendor, tidak terlihat oleh relay diferensial. 4. Diharapkan relay suhu dan relay Negatif Sequence bisa ikut mendeteksi dua gangguan ini.
Untuk Exciter berupa generator arus bolak balik yang memakai diode berputar, deteksi gangguan rotor hanya bisa lewat : a. Arus medan Pilot Exciter yang melewati sikat, bisa ditap untuk diamati. Arus ini akan membesar kalau ada gangguan kumparan rotor. b. Gangguan Kumparan rotor menimbulkan vibrasi yang bisa dideteksi oleh detektor vibrasi.
Gangguan dalam mesin penggerak Gangguan-gangguan yang demikian adalah : • Tekanan minyak pelumas terlalu rendah • Suhu air pendingin atau suhu bantalan terlalu tinggi • Daya balik,
Adakalanya gangguan dalam mesin penggerak generator memerlukan tripnya PMT Generator.
Suhu Tinggi • Suhu tinggi bisa terjadi pada bantalan generator atau pada kumparan stator. • Hal ini masing-masing di deteksi oleh relay suhu yang mula-mula membunyikan alarm kemudian mentripkan PMT generator dan memberhentikan mesin penggerak apabila yang bekerja adalah relay suhu bantalan. Penyebab Suhu Tinggi A. Lilitan Stator, penyebabnya: 1. Beban Lebih 2. Beban tidak simetris, arus urutan negatif 3. Hubung singkat yang tidak terdeteksi 4. Penguatan Hilang / Lemah 5. Ventilasi kurang baik, hidrogin bocor 6. Kotoran / debu melekat pada lilitan
B. Kumparan Rotor, penyebabnya: 1. Beban stator tidak seimbang, arus urutan negatif 2. Hubung singkat yang tidak terdeteksi 3. Out of step 4. Ventilasi kurang baik, hidrogin bocor 5. Kotoran / debu melekat pada lilitan
C. Bantalan Generator, penyebabnya: 1. Pelumasan kurang lancar, tekanannya kurang tinggi 2. Kerusakan pada bagian yang bergeseran
Tekanan minyak terlalu rendah • Tekanan minyak pelumas yang terlalu rendah bisa merusak bantalan, oleh karenanya jika hal ini terjadi Mesin Penggerak perlu segera dihentikan melalui proses alarm terlebih dahulu apabila tekanan ini turun secara bertahap • Berhentinya Mesin Penggerak harus bersamaan dengan tripnya PMT Generator
Suhu Air Pendingin atau Suhu Bantalan terlalu tinggi • Sama seperti tekanan terlalu rendah
Daya Balik Daya balik dimana generator menjadi motor dapat menimbulkan kerusakan karena pemanasan berlebihan pada sudusudu tekanan rendah Turbin uap. Pada Turbin air dapat meningkatkan kavitasi. Oleh karenanya diperlukan relay daya balik pada generator yang digerakkan oleh turbin uap atau turbin air dengan melalui Alarm terlebih dahulu. Untuk Turbin Gas masalahnya sama dengan untuk Turbin Uap.
Putaran Lebih • Apabila PMT generator trip, maka akan terjadi putaran lebih yang membahayakan generator dan mesin penggeraknya. • Untuk ini diperlukan relay putaran lebih yang memberhentikan mesin penggerak.
Tegangan Lebih • Apabila PMT generator trip, maka bisa terjadi tegangan lebih. • Untuk ini diperlukan relay tegangan lebih.
Tekanan dan Kebocoran Hidrogen Untuk generator yang didinginkan dengan gas Hidrogen, harus ada relay yang mendeteksi tekanan rendah dan kebocoran Hidrogen untuk memberhentikan mesin penggerak generator dan memutus arus medan
Relay Over Fluks Relay ini mengukur besaran volt per Hertz. Tegangan imbas volt dalam suatu kumparan adalah sebanding dengan kerapatan fluks dan frekwensi. Over fluks bisa terjadi pada Tegangan normal tetapi frekwensi rendah. Hal semacam ini bisa terjadi pada saat menstart generator dimana frekwensi masih rendah, karena putaran Generator masih rendah, tetapi sudah ada arus penguat dari exciter. Kerapatan fluks yang tinggi ini akan menimbulkan arus pusar yang tinggi sehingga timbul pemanasan berlebihan dalam inti generator dan dalam inti trafo penaik tegangan. Begitu pula dengan rugi histerisis yang menjadi makin tinggi apabila kerapatan fluks magnetik tinggi, hal ini ikut menambah pemanasan inti stator.
SISTEM PROTEKSI GENERATOR DAN SISTEM PROTEKSI TRAFO PEMBANGKIT SISTEM PROTEKSI GENERATOR DAN SISTEM PROTEKSI TRAFO PEMBANGKIT
Zebulon Manalu ( 5103331040) Jurusan Pendidikan Teknik Elektro Universitas Negeri Medan
ABSTRAK
Sistem proteksi pembangkit ataupun transmisi harus bekerja sesuai syaratnya diantaranya cepat bereaksi jika terjadi gangguan, selektif, peka/sensitif terhadap gangguan, andal/reliability, stabilitas dan ekonomis. Jika syarat tersebut tidak terpenuhi, maka akan mempengaruhi kinerja pembangkit. Dengan menganalisa besar arus gangguan dan hasil pencarian data gangguan baik di sisi GIS 150 kV maupun sisi PLTU 2 banten labuan. Diharapkan diketahui penyebab gangguan di Transmisi 150 kV Saketi dan proteksi apa yang menyebabkan pembangkit trip. Kehandalan suatu pembangkit sangat penting karena jika terjadi gangguan akan menyebabkan pembangkit kehilangan kesempatan produksi dan untuk start kembali membutuhkan waktu dan biaya yang tidak sedikit.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Keandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung padasistem proteksi yang digunakan. Oleh sebab itu dalam perencangan suatu sistem tenaga listrik, perlu
dipertimbangkan
kondisi-kondisi
gangguan
yang
mungkin
terjadi
pada
sistem,
melalui
analisa
gangguan.
Pada dasarnya gangguan dapat terjadi karena kegagalan operasi peralatan dalam sistem, kesalahan manusia dan karena alam. Langkah yang dapat diambil untuk mencegah terjadinya gangguan antara lain dengan menggunakan isolasi yang baik,
membuat koordinasi
isolasi dan
menghindarkan kesalahan
operasi. Tetapi langkah – langkah
tersebut dibatasi oleh faktor ekonomis dan alam. Karenanya para engineer sepakat : gangguan boleh saja terjadi dan tidak dapat dihindari namun dampaknya harus diminimisasi.
PEMBAHASAN
B. SISTEM PROTEKSI GENERATOR
1. MACAM-MACAM GANGGUAN PADA GENERATOR DAN AKIBATNYA
Macam-macam gangguan pada generator dapat diklasifikasikan sebagai berikut : a. Gangguan listrik/electrical fault Jenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul dan terjadi pada bagian-bagian listrik dari generator. Gangguan-gangguan tersebut antara lain : 1. Hubung singkat 3 phasa
Terjadinya arus lebih pada stator yang dimaksud adalah arus lebih yang timbul akibat terjadinya hubungan singkat 3 phasa/ 3 phase fault. Gangguan ini akan menimbulkan loncatan bunga api dengan suhu yang tinggi yang akan melelehkan belitan dengan resiko terjadinya kebakaran, jika isolasi tidak terbuat dari bahan yang anti api /nonflammable.
2. Hubung singkat 2 phasa
Gangguan hubung singkat 2 phasa/unbalance fault lebih berbahaya dibanding gangguan hubung singkat 3 phasa/balance fault, karena disamping akan terjadi kerusakan pada belitan akan timbul pula vibrasi pada kumparan stator. Kerusakan lain yang timbul adalah pada poros/shaft dan kopling turbin akibat adanya momen puntir yang besar.
3. Stator hubung singkat 1 phasa ke tanah/stator ground fault
Kerusakan akibat gangguan 2 phasa atau antara konduktor kadang-kadang masih dapat diperbaiki dengan menyambung taping atau mengganti sebagian konduktor, tetapi kerusakan laminasi besi (iron lamination) akibat gangguan 1 phasa ke tanah yang menimbulkan bunga api dan merusak isolasi dan inti besi adalah kerusakan serius yang perbaikannya dilakukan secara total. Gangguan jenis ini meskipun kecil harus segera diproteksi.
4. Rotor hubung tanah/field ground
Pada rotor generator yang belitannya tidak dihubungkan oleh tanah (ungrounded system). Bila salah satu sisi terhubung ke tanah belum menjadikan masalah. Tetapi apabila sisi lainnya terhubung ke tanah, sementara sisi sebelumnya tidak terselesaikan maka akan terjadi kehilangan arus pada sebagian belitan yang terhubung singkat melalui tanah. Akibatnya terjadi ketidakseimbangan fluksi yang menimbulkan vibrasi yang berlebihan serta kerusakan fatal pada rotor.
5. Kehilangan medan penguat/Loss of excitation
Hilangnya medan penguat akan membuat putaran mesin naik, dan berfungsi sebagai generator induksi. Kondisi ini akan berakibat pada rotor dan pasak/slot wedges, akibat arus induksi yang bersirkulasi pada rotor. Kehilangan medan penguat dapat dimungkinkan oleh :
a)
7
Jatuhnya/trip saklar penguat (41AC) b) Hubung singkat pada belitan penguat c) Kerusakan kontak-kontak sikat arang pada sisi penguat d) Kerusakan pada sistem AVR
6. Tegangan lebih/Over voltage
Tegangan yang berlebihan melampaui batas maksimum yang diijinkan dapat berakibat tembusnya (breakdown) design insulasi yang akhirnya akan menimbulkan hubungan singkat antara belitan. Tegangan lebih dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih/overspeed atau kerusakan pada pengatur tegangan otomatis/AVR.
b. Gangguan mekanis/panas (mechanical/thermal fault) Jenis-jenis gangguan mekanik/panas antara lain : 1. Generator berfungsi sebagai motor (motoring)
Motoring adalah peristiwa berubah fungsi generator menjadi motor akibat daya balik (reverse power).
Daya balik terjadi disebabkan oleh turunnya daya masukkan dari penggerak utama (prime mover). Dampak kerusakan akibat peristiwa motoring adalah lebih kepada penggerak utama itu sendiri. Pada turbin uap, peristiwa motoring akan mengakibatkan pemanasan lebih pada sudu-sudunya, kavitasi pada sudu-sudu turbin air, dan ketidakstabilan pada sudu turbin gas.
2. Pemanasan lebih setempat
Pemanasan lebih setempat pada sebagian stator dapat dimungkinkan oleh :
Kerusakan laminasi
Kendornya bagian-bagian tertentu di dalam generator seperti : pasak-pasak stator (stator wedges).
3. Kesalahan paralel
Kesalahan dalam memparalel generator karena syarat-syarat sinkron tidak terpenuhi dapat mengakibatkan kerusakan pada bagian poros dan kopling generator, dan penggerak utamanya karena terjadinya momen puntir. Kemungkinan kerusakan lain yang timbul, kerusakan PMT dan kerusakan pada kumparan stator akibat adanya kenaikan tegangan sesaat.
4. Gangguan pendingin stator
Gangguan pada media sistem pendingin stator (pendingin dengan media udara, hidrogen, atau air) akan menyebabkan kenaikan suhu belitan stator. Apabila suhu belitan melampaui batas ratingnya akan berakibat kerusakan belitan.
c. Gangguan sistem (system fault) Generator dapat terganggu akibat adanya gangguan yang datang/terjadi pada sistem. Gangguan-gangguan sistem yang terjadi umumnya adalah :
8
1. Frekuensi operasi yang tidak normal (abnormal frequency operation)
Perubahan frekuensi keluar dari batas-batas normal di sistem dapat berakibat ketidakstabilan pada turbin generator. Perubahan frekuensi sistem dapat dimungkinkan oleh tripnya unit-unit pembangkit atau penghantar (transmisi).
2. Lepas sinkron (Loss of synhcron)
Adanya gangguan di sistem akibat perubahan beban mendadak, switching, hubung singkat dan peristiwa yang cukup besar akan menimbulkan ketidakstabilan sistem. Apabila peristiwa ini cukup lama dan melampaui batas-batas ketidakstabilan generator, generator akan kehilangan kondisi paralel. Keadaan ini akan menghasilkan arus puncak yang tinggi dan penyimpangan frekuensi operasi yang keluar dari seharusnya sehingga akan menyebabkan terjadinya stress pada belitan generator, gaya puntir yang berfluktuasi serta resonansi yang akan merusak turbin generator. Pada kondisi ini generator harus dilepas dari sistem.
3. Arus beban kumparan yang tidak seimbang (unbalance armature current)
Pembebanan yang tidak seimbang pada sistem/adanya gangguan 1 phasa dan 2 phasa pada sistem yang menyebabkan beban generator tidak seimbang yang akan menimbulkan arus urutan negatif. Arus urutan negatif yang melebihi batas, akan mengiduksikan arus medan yang berfrekuensi rangkap yang arahnya berlawanan dengan putaran rotor akan menyebabkan adanya pemanasan lebih dan kerusakan pada bagian-bagian konstruksi rotor.
2. MACAM-MACAM RELAI PROTEKSI GENERATOR DAN FUNGSINYA
No
1
Nama Relai
Fungsi Relai
Relai jarak (distance relay)
Untuk mendeteksi gangguan 2 phasa/ 3 phasa di muka generator sampai batas jangkauannya
2
3
Relai periksa sinkron (synchron
Pengaman bantu generator untuk mendeteksi persyaratan
check relay)
sinkronisasi atau paralel
Relai
tegangan
kurang
(undervoltage relay) 4
Relai
daya
balik
yang diijinkan (reverse
power relay) 5
Relai
Untuk mendeteksi turunnya tegangan sampai di bawah harga
Untuk mendeteksi daya balik sehingga mencegah generator bekerja sebagai motor
kehilangan
medan
Untuk mendeteksi kehilangan arus penguat pada rotor
penguat (loss of excita-tion relay) 6
Relai phasa urutan negatif
Untuk mendeteksi arus urutan negatif yang disebabkan oleh
(negative
beban tidak seimbang dari batas-batas yang diijinkan
phase
sequence
relay) 7
Relai
arus
lebih
seketika
(instantaneous over cur-rent
Untuk mendeteksi besaran arus yang melebihi batas yang ditentukan dalam waktu seketika
relay) 8
Relai arus lebih dengan waktu
Untuk mendeteksi besaran arus yang melebihi batas dalam waktu
tunda (time over current relay)
yang ditentukan
9
Relai
penguat
lebih
(over
Untuk mendeteksi penguat lebih pada generator
excitation relay) 10
Relai tegangan lebih (over
Bila terpasang di titik netral generator atau trafo tegangan yang
voltage relay)
dihubungkan segitiga, untuk mendeteksi gangguan stator hubung tanah Bila terpasang pada terminal generator : untuk mendeteksi tegangan lebih
11
Relai keseimbangan te-gangan
Untuk mendeteksi hilangnya tegangan dari trafo tegangan ke
(voltage balance relay)
pengatur tegangan otomatis (AVR) dan ke relay
12
Relai waktu
Untuk memperlambat/mempercepat waktu
13
Relai
stator
tanah(stator
gangguan
ground
Untuk mendeteksi gangguan hubung tanah pada stator
fault
relay) 14
15
Relai kehilangan sinkroni-sasi
Untuk mendeteksi kondisi asinkron pada generator yang sudah
(out of step relay)
paralel dengan sistem
Relai pengunci (lock out relay)
Untuk menerima signal trip dari relai-relai proteksi dan kemudian meneruskan signal trip ke PMT, alarm, dan peralatan lain serta penguncinya
16
17
Relai
frekuensi
(frequen-cy
Untuk mendeteksi besaran frekuensi rendah/lebih di luar harga
relay)
yang ditentukan
Relai differensial (diffe- rential
Untuk mendeteksi gangguan hubung singkat pada daerah yang
relay)
diamankan
Tabel 3.1 Macam- macam Relai Proteksi Generator dan Fungsinya
DIAGRAM PROTEKSI PERALATAN PEMBANGKIT
10
Gambar 3.1 One Line Diagram Relai Proteksi Generator
C. SISTEM PROTEKSI TRAFO PEMBANGKIT
1. MACAM-MACAM GANGGUAN PADA TRAFO PEMBANGKIT DAN AKIBATNYA
Yang dimaksud transformator pembangkit dalam pembahasan ini adalah : a.
Transformator Generator (Generator Transformer) / Transformator Utama (Main Transformer)
b. Transformator bantu utama (Main Auxiliary Transformer) / Transformator Pemakaian Sendiri c.
Transformator bantu cadangan (Reserve Auxiliary Transformer) / Transformer start (Starting Transformer)
d. Transformator lainnya yang digunakan untuk pemakaian motor-motor bertegangan rendah
Macam-macam gangguan transformator pembangkit dapat diklasifikasikan sebagai berikut : A. Gangguan luar / External fault
Gangguan luar dimaksud adalah gangguan yang diakibatkan oleh, atau terjadi di luar daerah pengamanan transformator yang dapat mengakibatkan kerusakan pada transformator. Contoh : a.
Beban lebih/over load. Pembebanan lebih yang melampaui kapasitasnya menyebabkan pemanasan yang berlebihan akibat kenaikan suhu. Suhu yang tinggi dapat mengakibatkan :
Memperpendek umur transformator/lifetime
Merusak isolasi dan material belitan
b. Hubung singkat di sisi luar/external short circuit Terjadinya hubung singkat phasa ke phasa atau phasa ke tanah di luar daerah pengaman transformator itu sendiri dapat merusak bagian-bagian transformer.
B. Gangguan dalam / internal fault
Gangguan dalam yang dimaksud adalah gangguan yang bersumber dari dalam trafo itu sendiri. Gangguan dalam transformator dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Gangguan listrik / electrical fault Gangguan ini tergolong gangguan berat yang dapat menyebabkan kerusakan pada bagian-bagian transformator. Gangguan ini biasanya dapat terdeteksi langsung oleh relai-relai arus dan tegangan. Gangguan tersebut antara lain :
Gangguan hubung singkat phasa ke phasa atau phasa ke tanah pada terminal belitan tinggi atau rendah Gangguan hubung singkat phasa ke phasa atau phasa ke tanah pada belitan tinggi atau rendah.
13
Hubung singkat diantara gulungan belitan tegangan tinggi atau rendah (interturn fault) yang disebabkan karena kerusakan laminasi di dalam gulungan
Hubung singkat pada belitan tertier
2. Gangguan awal Gangguan ini sering diistilahkan incipient fault yaitu gangguan yang tergolong ringan dan berawal dari gangguan kecil namun kemudian secara perlahan-lahan berkembang menjadi gangguan besar/berat dan mengakibatkan kerusakan, apabila tidak segera terdeteksi. Keadaan gangguan seperti ini tidak dapat terdeteksi oleh relai-relai arus dan tegangan. Gangguan tersebut antara lain :
Kendornya baut-baut / ring pada terminal konduktor
Gangguan pada inti besi akibat kerusakan laminasi isolasi yang menimbulkan percikan bunga api di bawah minyak
Gangguan di sistem pendingin, seperti kerusakan pada pompa sirkulasi minyak, kipas pendingin dan bagian-bagian dari sistem pendingin lainnya yang dapat menyebabkan kenaikan suhu operasi yang tinggi sementara transformator masih beroperasi di bawah beban penuh
Adanya kemungkinan pengentalan minyak atau kebuntuan pada bagian-bagian tertentu, sehingga sirkulasi minyak menjadi terganggu yang dapat mengakibatkan pemanasan setempat atau lokal hot spot pada sebagian belitan.
Gangguan atau tidak berfungsinya bagian-bagian mekanik dari tap perubahan pembebanan atau load tap changer akibat pemasangan yang kurang sempurna (loss contact, getaran, dsb)
Kebocoran minyak dari bagian las-lasan, perapat packing, dsb.
Gangguan pada terminal bushing akibat adanya kontaminasi, keretakan, penuaan, binatang, dsb.
. MACAM-MACAM RELAI PROTEKSI TRAFO PEMBANGKIT DAN FUNGSINYA
No
1
Nama Relai
Relai suhu
Fungsi Relai
Relai ini adalah relai mekanis yang berfungsi mendeteksi suhu minyak dan kumparan secara langsung yang akan membunyikan alarm serta mengeluarkan/mentripkan PMT. Relai suhu ini dipasang pada semua transformator
2
Relai beban lebih
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap suhu yang berlebihan akibat beban lebih
3
Relai Bucholz
Relai ini berfungsi untuk mendeteksi adanya gas yang ditimbulkan oleh loncatan bunga api dan pemanasan setempat dalam minyak transformator
14
4
Relai tekanan lebih (sudden
Bagi transformator tanpa konservator, dipasang relai tekanan
pressure relay)
mendadak yang dipasang pada tangki, dan bekerja dengan pertolongan membran. Relai ini dipasang pada semua transformator.
5
Relai arus lebih
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat antar phasa di dalam maupun di luar daerah pengamanan transformator. Relai ini juga diharapkan mempunyai sifat komplementer dengan relai beban lebih. Relai ini berfungsi juga sebagai pengaman cadangan bagi bagian instalasi lainnya
6
Relai gangguan tanah
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap hubung tanah, di dalam dan di luar daerah pengamanan.
7
Relai differensial
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat yang terjadi di dalam daerah pengamanan transformator
8
Relai gangguan tanah terbatas
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap
(Restricted earth fault relay)
gangguan tanah dalam daerah pengamanan transformator khususnya untuk gangguan di dekat titik netral yang tidak dapat dirasakan oleh relai differensial
9
Relai fluksi lebih
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator generator. Relai ini mendeteksi besaran fluksi /perbandingan tegangan dan frekuensi
Tabel 4.1 Macam- macam Relai Proteksi Trafo Pembangkit dan Fungsinya
