Relay DiferensialSebuah 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 lebihPada 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 – 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 terbalikRelay 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 LebihPada 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 rangkaian 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, tegangan, 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 atau 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 mendapatkan 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 Relay (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-trip-

kan 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. Sedangkan 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 jangka 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 sebagai 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 Y- , sehingga arus urutan nol dari gangguan hubung tanah di luar

Generator 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 pemanasan 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 sudu-

sudu 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 Nama Relai Fungsi Relai

1 Relai jarak (distance relay) Untuk mendeteksi gangguan 2 phasa/ 3 phasa di muka generator sampai batas jangkauannya

2 Relai periksa sinkron (synchron check relay)

Pengaman   bantu   generator   untuk   mendeteksi   persyaratan sinkronisasi atau paralel

3 Relai   tegangan   kurang (undervoltage relay)

Untuk  mendeteksi   turunnya   tegangan   sampai   di   bawah  harga yang diijinkan

4 Relai   daya   balik   (reverse power relay)

Untuk   mendeteksi   daya   balik   sehingga   mencegah   generator bekerja sebagai motor

5 Relai   kehilangan   medan penguat   (loss   of   excita-tion relay)

Untuk mendeteksi kehilangan arus penguat pada rotor

6 Relai   phasa   urutan   negatif (negative   phase   sequence relay)

Untuk  mendeteksi   arus   urutan   negatif   yang   disebabkan   oleh beban tidak seimbang dari batas-batas yang diijinkan

7 Relai   arus   lebih   seketika (instantaneous   over   cur-rent relay)

Untuk   mendeteksi   besaran   arus   yang   melebihi   batas   yang ditentukan dalam waktu seketika

8 Relai arus lebih dengan waktu tunda (time over current relay)

Untuk mendeteksi besaran arus yang melebihi batas dalam waktu yang ditentukan

9 Relai   penguat   lebih   (over  Untuk mendeteksi penguat lebih pada generator

excitation relay)

10 Relai   tegangan   lebih   (over voltage relay)

1.   Bila terpasang di titik netral generator atau trafo tegangan yang dihubungkan segitiga, untuk mendeteksi gangguan stator hubung tanah

2.   Bila   terpasang   pada   terminal   generator   :   untuk   mendeteksi tegangan lebih

11 Relai keseimbangan te-gangan (voltage balance relay)

Untuk  mendeteksi   hilangnya   tegangan   dari   trafo   tegangan   ke pengatur tegangan otomatis (AVR) dan ke relay

12 Relai waktu Untuk memperlambat/mempercepat waktu

13 Relai   stator   gangguan tanah(stator   ground   fault relay)

Untuk mendeteksi gangguan hubung tanah pada stator

14 Relai   kehilangan   sinkroni-sasi (out of step relay)

Untuk mendeteksi  kondisi  asinkron pada generator yang sudah paralel dengan sistem

15 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 Relai   frekuensi   (frequen-cy relay)

Untuk mendeteksi besaran frekuensi rendah/lebih di luar harga yang ditentukan

17 Relai differensial (diffe- rential relay)

Untuk mendeteksi  gangguan hubung singkat pada daerah yang 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.

2.  MACAM-MACAM RELAI PROTEKSI TRAFO PEMBANGKIT DAN FUNGSINYA

No Nama Relai Fungsi Relai

1 Relai suhu 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 pressure relay)

Bagi   transformator   tanpa   konservator,   dipasang   relai   tekanan 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 (Restricted earth fault relay)

Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap 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