Proteksi Tegangan Lebih

Tegangan Lebih Transien

Proteksi Tegangan Lebih

Tegangan Lebih Transien

Yaitu tegangan lebih yang terjadi dalam waktuyang singkat dan bersifat sementara pada sistemtenaga listriktenaga listrik

Proteksi Tegangan Lebih

Sumber Tegangan Lebih Transien

- pensaklaran kapasitor

- penggandaan tegangan transien pensaklaran - penggandaan tegangan transien pensaklaran

kapasitor

- sambaran petir

- ferroresonance

Dapat juga disebabkan oleh peralatan elektronika daya

Sumber tegangan lebih transien

1. Pensaklaran kapasitor

TRAFOIMPEDANSI SALURAN

KAPASITORTITIK PENGAMATAN

Sumber tegangan lebih transien

1. Pensaklaran kapasitor

TEGANGAN

WAKTU

Sumber tegangan lebih transien

2. Penggandaan transien pensaklaran kapasitor

G ITRAFO

DISTRIBUSI

BEBAN

C1

C2

Sumber tegangan lebih transien

2. Penggandaan transien pensaklaran kapasitor

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Sumber tegangan lebih transien

3. Petir

TRAFO

Sumber tegangan lebih transien

3. Petir

A. Primer

B. Pentanahan primer

A

C

E

DB. Pentanahan primer

C. Sekunder

D. Pentanahan sekunder

E. Pentanahan bangunan

BD

Sumber tegangan lebih transien

4. Ferroresonance

Yaitu resonansi yang terjadi akibat kapasitansi dan induktansi inti besi.

Gangguan yang umum terjadi pada saatimpedansi magnetisasi trafo dalam hubungan seridengan kapasitor

Sumber tegangan lebih transien

4. Ferroresonance

Kasus-kasus pemicu ferroresonance yang paling sering terjadi :

a. Pensaklaran trafo tiga fasa tanpa beban, tetapihanya satu fasa yang terhubung (dua fasa lainhanya satu fasa yang terhubung (dua fasa lainterbuka) sebelum semua fasa terhubung

b. Pensaklaran trafo tiga fasa tanpa bebandengan dua fasa yang terhubung sebelumsemua fasa terhubung

c. Terrbukanya pengaman trafo (sekring) atauoperasi recloser yang menyebabkan terjadinyakondisi a atau b pada trafo

Prinsip-prinsip perlindungan

tegangan lebih1. Membatasi tegangan yang melalui isolasi yang

sensitif

2. Mengalihkan arus surja menjauhi beban

3. Menahan arus surja agar tidak menuju kebebanbeban

4. Menyatukan pentanahan sistem dan peralatan

5. Mengurangi atau mencegah aliran arus surjamelalui pentanahan

6. Membentuk filter lolos bawah (low pass filter)yang bersifat membatasi atau menahangangguan

Peralatan perlindungan

tegangan lebih1. Surge arresters dan transient voltage surge

suppressors (TVSS)

2. Isolation transformers

3. Low pass filter

4. Low impedance power conditioners

5. Utility surge arresters

Peralatan perlindungan

tegangan lebih1. Surge arresters dan transient voltage surge

suppressors (TVSS)

→ Melindungi teg. lebih transien denganmembatasi tegangan maksimummembatasi tegangan maksimum

→ Dua model: crowbar dan clamping

Peralatan perlindungan

tegangan lebih1. Surge arresters dan transient voltage surge

suppressors (TVSS)

Model crowbar

→ “Normally open”

→ Peralatan dibuat dari celah yang berisi udaraatau gas tertentu

→ Ketika gangguan, menjadi rangkaian hubungsingkat sehingga tegangan saluran menjadinol sampai gangguan hilang (kira-kira satusetengah gelombang)

Peralatan perlindungan

tegangan lebih1. Surge arresters dan transient voltage surge

suppressors (TVSS)

Model clamping

→ “Normally” ada arus bocor yang sangat kecil

→ Peralatan dibuat dari resistor nonlinier ataudioda zener

→ Ketika gangguan, impedansinya menurundengan cepat namun tidak sampai terhubungsingkat

Peralatan perlindungan

tegangan lebih2. Isolation transformers

→ Melemahkan noise frekuensi tinggi dantransien

→ Dapat membatasi gangguan tegangan akibatpensaklaran elektronika daya

→ Dapat mengurangi transien pensaklarankapasitor atau sambaran petir

Peralatan perlindungan

tegangan lebih2. Isolation transformers

PRIMER SEKUNDER

C

Rangkaian isolation transformers

PRIMER SEKUNDER

LINE BEBAN

C

Peralatan perlindungan

tegangan lebih2. Isolation transformers

PRIMER SEKUNDER

C

Rangkaian isolation transformers denganperisai elektrostatis

PRIMER SEKUNDER

LINE BEBAN

Peralatan perlindungan

tegangan lebih3. Low pass filter

→ Melewatkan tegangan frekuensi rendah danmenahan atau meniadakan tegangan denganfrekuensi tinggifrekuensi tinggi

→ Melindungi teg. lebih transien khususnyatransien frekuensi tinggi

→ Terdiri dari kombinasi induktor yang dipasangseri dan kapasitor yang dipasang paralel

→ Dapat dikombinasikan dengan arester yangdipasang seri dengan kapasitor

Peralatan perlindungan

tegangan lebih4. Low impedance power conditioners

→ Dirancang untuk interaksi dengan switch-modepower supplies (SMPS) pada peralatanelektronikelektronik

→ Impedansi jauh lebih rendah daripada isolationtransformers

→ Telah dilengkapi dengan filter (memiliki filterinternal)

Peralatan perlindungan

tegangan lebih4. Low impedance power conditioners

→ Dapat mengatasi gangguan frekuensi tinggi(noise dan impulse)

→ Masalah : dapat menguatkan tegangantransien frekuensi rendah dan menengah

Peralatan perlindungan

tegangan lebih4. Low impedance power conditioners

LOW-IMPEDANCE

TRANSFORMER

LINE LINE

Rangkaian low-impedande power conditioner

NEUTRAL

GROUND

NEUTRAL

GROUND

Peralatan perlindungan

tegangan lebih5. Utility surge arresters

→ Membatasi tegangan lebih dengan membatasitegangan maksimum

→ Tiga jenis : Gapped silicon carbide, gaplessMOV, Gapped MOV

Peralatan perlindungan

tegangan lebih5. Utility surge arresters

Resistance-graded

Gap structure

(a) Gapped Silicon Carbide

SiC

Peralatan perlindungan

tegangan lebih5. Utility surge arresters

ZnO

(b) Gapless MOV

Peralatan perlindungan

tegangan lebih5. Utility surge arresters

ZnO

(c) Gapped MOV

Bahan kuliah dapat diunduh di :

sutanfirdaus.staff.unri.ac.id

Proteksi Tegangan Lebih

Proteksi Tegangan Lebih Transien

Prinsip-prinsip perlindungan

tegangan lebih1. Membatasi tegangan yang melalui isolasi

yang sensitif

2. Mengalihkan arus surja menjauhi beban

3. Menahan arus surja agar tidak menuju ke3. Menahan arus surja agar tidak menuju kebeban

4. Menyatukan pentanahan sistem danperalatan

5. Mengurangi atau mencegah aliran arussurja melalui pentanahan

6. Membentuk low pass filter yang bersifatmembatasi atau menahan gangguan

Peralatan perlindungan

tegangan lebih1. Transient voltage surge suppressors

(TVSS)

2. Isolation transformers

3. Low pass filter3. Low pass filter

4. Low impedance power conditioners

5. Surge arresters

Peralatan perlindungan

tegangan lebihBentuklah 5 kelompok dari 5 topik peralatanperlindungan tegangan lebih transien,kemudian buatlah makalah tentang satuproduk peralatan yang sesuai dengan topikproduk peralatan yang sesuai dengan topikyang dimaksud dengan mendeskripsikan :

1. Material / komponen penyusun peralatan

2. Prinsip kerja peralatan

3. Karakteristik kerja proteksi peralatan

Peralatan perlindungan

tegangan lebih1. Material / komponen penyusun peralatan

Peralatan perlindungan

tegangan lebih2. Prinsip kerja peralatan

1. Karakteristik kerja proteksi peralatan

Peralatan perlindungan

tegangan lebih3. Karakteristik kerja proteksi peralatan

Bahan kuliah dapat diunduh di :

sutanfirdaus.staff.unri.ac.id

Peralatan perlindungan

tegangan lebih1. Transient voltage surge suppressors (TVSS)

ardiansyah. Akto, hendri

2. Isolation transformers

khairus shalih, farisi, m bobby, silvia

3. Low pass filter3. Low pass filter

sihar, tumpak, ferry m

4. Low impedance power conditioners

athur, donald, ferry b

5. Surge arresters

yakub j, nico l, noza. edo

SISTEM PENGAMAN

TENAGA LISTRIK TENAGA LISTRIK

WAHYUDI

Teknik Elektro ITS

GANGGUAN 2 PADA GANGGUAN 2 PADA

SISTEM TENAGA LISTRIK

WAHYUDI

Teknik Elektro ITS

Gangguan2 pada sistem tenaga

listrik

Sifat gangguan :

- sementara/temporer

- permanen- permanen

Asal gangguan :

- dari dalam

- dari luar sistem

Gangguan jatuh tegangan

• Selisih tegangan pengiriman dengan tegangan penerimaan

Tergantung parameter saluran :

R , L , C dan G serta pada beban dan power faktor

Gangguan petir

• Bunga api listrik(electrical discharge) diudara, antara awan dengan awan atau awan dengan bumi / tanah

- Merupakan gelombang berjalan

- Tegangan lebih ( over voltage )

• Gelombang sambaran petir

- Sambaran langsung mengenai ril dan atau peralatan GI, tidak mungkin ditahan oleh isolasi yang ada GI, tidak mungkin ditahan oleh isolasi yang ada

- Sambaran induksi, awan menginduksikan muatan listrik yang polaritasnya berlawanan dan menimbulkan muatan terikat pada peralatan serta terjadi pelepasan muatan dari awan, merupakan gelombang berjalan yang besarnya tergantung keadaan pelepasan antara 100 s/d 200 KV

- Sambaran dekat, gelombang berjalan yang datang ke peralatan GI dari sambaran petir pada saluran transmissi

Gangguan Surja Hubung

• Penutupan saluran tak serempak pada pemutus tiga phasa( 2,76 pu )

• Penutupan kembali saluran dengan cepat( 2,5 sampai 4,25 pu)

• Pelepasan beban akibat gangguan (1,1 sampai 1,2 pu)

• Penutupan saluran yang semula tidak masuk sistem jadi masuksistem (1,5 pu)

• Switching transformator yaitu terpotongnya arus pembangkitan• Switching transformator yaitu terpotongnya arus pembangkitanpada transformator ( 2,75 pu )

• Switching reaktor & kapasitor untuk pengaturan tegangansistem ( 2,5 pu )

Jadi tegangan lebih akibat proses switching berkisar antara 1,1 pu sampai 4,25 pu

Pengertian dan Fungsi Rele

PengamanPengaman

WAHYUDI

Teknik Elektro ITS

Rele Pengaman

GANGGUAN RELE PEMUTUS

�Peralatan listrik yang dirancang untuk mulai pemisahan bagiansistem tenaga listrik atau untuk mengoperasikan signal bila terjadigangguan

BLOK DIAGRAM

SENSING

ELEMENT

COMPARISON

ELEMENT

CONTROL

ELEMENT

A

B

I

TRIP/SIGNAL SET

RELE

GANGGUAN RELE PEMUTUS

Untuk menjamin keandalan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan sbb :

-Kecepatan BereaksiSaat mulai ada gangguan sampai pelepasan pemutus

(CB), dimana kadang-kadang diperlukan kelambatan waktu :

Syarat-syarat rele pengaman

Untuk menjamin keandalan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan sbb :

-Kecepatan BereaksiSaat mulai ada gangguan sampai pelepasan pemutus

(CB), dimana kadang-kadang diperlukan kelambatan waktu :

waktu :top = tp + tcb

top = waktu totaltp = waktu bereaksi dari unit reletcb = waktu pelepasan CB

Kecepatan pemutus arus gangguan dapat mengurangi kerusakan serta menjaga stabilitas operasi mesin-mesin

waktu :top = tp + tcb

top = waktu totaltp = waktu bereaksi dari unit reletcb = waktu pelepasan CB

Kecepatan pemutus arus gangguan dapat mengurangi kerusakan serta menjaga stabilitas operasi mesin-mesin

-Kepekaan Operasi ( sensitivity )Kemampuan rele pengaman untuk memberikan respon bila merasakan gangguan.

-Selektif ( selectivity )Kemampuan rele pengaman untuk menentukan titik dimana gangguan muncul dan memutuskan rangkaian

Ks = Ihsmin/Ipp

Ihs min = arus hubung singkat minimum

Ipp = arus pick-up pada sisi primer trafo arus

dimana gangguan muncul dan memutuskan rangkaian dengan membuka CB terdekat.

-Keandalan ( reliability )Jumlah rele yang bekerja atau mengamankan terhadap jumlah gangguan yang terjadi. Keandalan rele yang baik adalah 90-99 %

-EkonomisPenggunaan rele selain memenuhi syarat diatas, juga harus disesuaikan dengan harga peralatan yang diamankan.

Didalam penerapan rele perlu diperhatikan beberapa kondisi sistem tenaga listrik

• Daya terbalik : arus dan tegangan gangguan berubah dengan berubahnya arah daya.

• Sistem pentanahan netral : arus dan tegangan berubah dengan berubahnya sistem pentanahan.

• Rangkaian ganda ( double circuit ) dan bercabang ditengah : pada saluran multi circuit sejajar perlu diperhatikan impedansi urutan nolnya karena pengaruh pentanahan rangkaian lain yang mempengaruhi perubahan arus urutan nol sehingga mempengaruhi kemampuan rele jarak disamping arus gangguan mengalir kedaerah luar perlindungan dan berpengaruh pada rele arah.

Pemilihan macam rele pengaman yang

dipergunakan

• Tipe dan rating peralatan

• Tingkat kepentingan peralatan

• Lokasi atau letak peralatan dalam sistem tenaga• Lokasi atau letak peralatan dalam sistem tenaga

• Kemungkinan terjadinya gangguan

• Harga peralatan

Fungsi Rele Pengaman

• Membunyikan alarm, menutup rangkaian trip dari pemutus rangkaian untuk membebaskan peralatan dari gangguan yang terjadi.

• Membebaskan bagian yang bekerja tidak normal

• Membebaskan dengan segera bagian yang terganggu

• Melokalisir akibat dari gangguan

• Memberikan petunjuk atas lokasi serta macam dari gangguan

• Penghematan ± 0,5 – 2 %

FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PERENCANAAN DAN KONSTRUKSI RELE

-Karakteristik rele bekerja atas dasar tanggapan thdp jenis gangguanthdp jenis gangguan-Daerah Penyetelan variabel setting rele-Spesifikasi rele sesuai dengan negara pemakai -Ketahanan terhadap effek transient-Konstruksi rele harus kompak, sederhana dan mempermudah pemeliharaan -Pengawatan dan pengaturan terminal sehingga mudah testing dan pencarian gangguan -Modifikasi disesuaikan dengan kondisi

Klasifikasi Rele Pengaman

WAHYUDI

Teknik Elektro ITS

Klasifikasi rele pengaman

• Berdasarkan prinsip kerja–rele elekromagnetik –rele induksi –rele moving coil -rele elektronik –rele elektrodinamik –rele polarisasi –rele thermis –rele thermis –rele digital dll

• Berdasarkan besaran yang diukurarus, tegangan, daya, impedansi, reaktansi, frekwensi, dsb dibedakan atas rele2 yang bekerja bila -diatas besaran yang ditentukan( over ) -dibawah besaran yang ditentukan ( under ) -arah aliran daya ( directional )

• Berdasarkan cara penyambungannya

-rele seri-rele shunt

-rele seri dan shunt

• Berdasarkan cara kerja element kontrol

–direct acting (langsung) –indirect acting (tidak langsung )

• Berdasarkan cara menghubungkan sensing element-rele primer -rele primer

–rele secondair, diperlukan CT dan atau PT

• Berdasarkan tugasnya

-rele utama, elemen utama dalam sistempengamanan, berhubungan langsung dengan besaran yangdiamankan –rele bantu,elemenpembantu yang bertugas memperbanyak kontak, menjalankansignal dan lainnya

• Berdasarkan waktu bekerjanya rele

–tanpa kelambatan waktu

–dengan kelambatan waktu

Pengaman Pada SistemTenaga

ListrikListrik

WAHYUDI

Teknik Elektro ITS

Daerah Pengaman pada

Sistem Tenaga Listrik

Penempatan peralatan pengaman pada Stator, Rotor

dan Prime Mover

A b n o r m a l C o n d it io n P ro t e c t io n R e m a r k s

In c ip ie n t fa u lts b e lo w o il le v e l

re s u lt in g in d e c o m p o s it io n o f o il,

fa u lts b e tw e e n p h a s e s a n d b e tw e e n

p h a s e a n d g ro u n d

B u c h h o lz re la y s o u n d s

a la r m (G a s a c tu a te d re la y )

B u c h h o lz re la y u s e d fo r

t ra n s fo rm e r o f r a t in g 5 0 0 K V A

a n d a b o v e

1 . B u c h h o lz re la y t r ip s th e

c ir c u it b r e a k e r

B u c h h o lz re la y to o s lo w a n d le s s

s e n s it iv e

L a rg e in te rn a l fa u lts p h a s e to p h a s e ,

p h a s e to g r o u n d , b e lo w o il le v e l

2 . M e r z P r ic e p e r c e n ta g e

d if fe r e n t ia l p ro te c t io n

3 . H ig h s p e e d h ig h s e t

o v e rc u r re n t re la y

M e r z P r ic e p e r c e n ta g e

d if fe r e n t ia l p ro te c t io n u s e d fo r

t ra n s fo rm e rs o f a n d a b o v e 5

M V A

1 . M e r z P r ic e p e r c e n ta g e F o r t ra n s fo rm e r o f a n d a b o v e 5

Table Power Transformer Protection

1 . M e r z P r ic e p e r c e n ta g e

d if fe r e n t ia l p ro te c t io n

F o r t ra n s fo rm e r o f a n d a b o v e 5

M V A

E a r th fa u lts 2 . E a r th fa u l t r e la y a . In s ta n ta n e o u s R e s tr ic te d

E .F . R e la y

b . T im e la g E .F R e la y

1 . G ra d e d t im e la g o v e r

c u r re n t r e la y

P ro te c t io n o f d is t r ib u t io n

t ra n s fo rm e r T h ro u g h fa u lts

2 . H .V F u s e s S m a ll d is t r ib u t io n t ra n s fo rm e r u p

to 5 0 0 K V A

O v e r lo a d s

1 . T h e rm a l o v e r lo a d re la y

2 . T e m p e r a tu r e re la y s

s o u n d a la rm

G e n e r a l ly te m p e ra tu re in d ic a to rs

a re p ro v id e d o n th e t r a n s fo rm e r s .

T e m p . in c re a s e is in d ic a te d o n

c o n tro l b o a rd a ls o . F a n s s ta r te d

a t c e r ta in te m p .

A b n o rm a l C o n d it io n P ro te c tio n R e m a rk s

1 . H o rn g a p s N o t fa v o u re d fo r im p o rta n t

tra n s fo rm e r

H ig h V o lta g e S u rg e s d u e lig h tn in g ,

s w itc h in g

2 . L ig h tn in g a rre s te rs In a d d it io n to L .A .s fo r in c o m in g

lin e s

O n ly fu s e s fo r e a rth fa u lt p ro te c tio n s a n d p h a s e fa u lt

p ro te c tio n . O v e r lo a d p ro te c tio n g e n e ra lly n o t

p ro v id e d S m a ll d is tr ib u t io n tra n s fo rm e r

F o r m o re im p o rta n t tra n s fo rm e rs o f a b o u t 5 0 0 K V A

Lanjutan tabel power transformer protection

F o r m o re im p o rta n t tra n s fo rm e rs o f a b o u t 5 0 0 K V A

O v e r c u r re n t re la ys

In s ta n ta n e o u s e a rth fa u lt re la ys

T ra n s fo rm e rs in im p o rta n t lo c a tio n s ra tin g s 5 0 0

K V A a n d a b o ve

R e s tr ic te d e a rth fa u lt p ro te c tio n

O v e r u r re n t p ro te c tio n

B u c h h o lz re la y

Protection of Generator

Transformer together

Generator-transformer overall differential protection*

Generator protection Generator differential protection*

Stator earth fault protection*

Negative phase sequence protection against-

unbalanced loading***

Inter-turn fault protection

Reverse power protection

Field failure protection**

Rotor earth fault protection

Temperature sensors in slots***

Overcurrent relays in stator and rolar circuits

Lightning arrester for generator overvolatage protection

Table Protection of Large Generator Transformer Unit

Lightning arrester for generator overvolatage protection

Protection of unit

auxiliary transformer

Differential protection*

Restricted earth fault protection*

Buchholz relay

Overcurrent protection

Winding and oil temperature sensors

Protection of main

transformer

HV overcurrent protection*

HV Restricted earth fault protection*

Buchholz relay

Winding and oil temperature sensors

Lightning arresters on HV side