BAB I PENDAHULUAN - 156.67.221.169

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Penggunaan generator dan transformator tenaga pada sebuah pembangkit

listrik sangatlah penting yakni untuk menghasilkan listrik serta penyaluran listrik ke

sistem distribusi. Oleh karena itu generator dan transformator tenaga pada unit

pembangkit adalah alat yang sangat fital. Dalam proses penyaluran energi listrik,

sistem distribusi tenaga listrik ini dapat mengalami bermacam gangguan yang

dapat mengakibatkan berhentinya penyaluran energi listrik terhadap beban, selain

itu juga gangguan tersebut dapat mengakibatkan rusaknya peralatan-peralatan

listrik. Untuk menghindari gangguan tersebut diperlukan suatu pengaman dan

pelindung bagi generator dan transformator tenaga, salah satunya dengan

menghubungkan dengan sistem pentanahan. Mengingat pentingnya peranan

suatu sistem pentanahan, maka suatu sistem pentanahan yang sudah terpasang

harus dianalisa secara teratur, ini bertujuan untuk menjaga nilai tahanan

pentanahan tersebut. Perubahan iklim atau suhu dan gangguan alam lainnya

dapat memengaruhi tahanan suatu sistem pentanahan, sedangkan faktor yang

menjadi ukuran baik atau tidaknya suatu sistem pentanahan adalah dari tanah itu

sendiri. Dengan adanya analisa secara intensif, maka dapat diharapkan dapat

menjaga nilai tahanan yang memenuhi ketentuan yang ada di Negara kita.

Menurut SNI 225-87, nilai tanahan suatu sistem pentanahan harus kurang dari

atau maksimal 5 ohm.

2

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan pembuatan skripsi ini adalah sebagai berikut :

a. Mengetahui sistem proteksi pada transformator tenaga dan generator

GTG 1.3 Muara Karang

b. Untuk mengetahui nilai setting rele arus lebih netral dan rele

gangguan hubung tanah pada sistem GTG 1.3 Muara Karang.

1.3 Manfaat Penelitian

Manfaat dari tugas akhir ini adalah mempelajari penyetelan rele pada

masing-masing rele sehingga dapat diterapkan pada perusahaan terkait.

1.4 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam skripsi ini dirangkum dalam beberapa poin sebagai

berikut :

1. Apakah sistem proteksi pada rele arus lebih netral transformator

tenaga dan rele gangguan hubung tanah generator dapat

menghasilkan keandalan operasi yang baik ?

2. Analisis pemecahan masalah dengan setting rele ?

3. Bagaimana penyetelan dari kedua rele tersebut ?

1.5 Batasan Masalah

Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu

membatasi masalah yang akan di bahas.

Adapun batasan masalah dalam skripsi ini adalah:

3

1. Penyetelan rele arus lebih netral transformator tenaga dan rele

gangguan hubung tanah generator pada sistem GTG 1.3 Muara

Karang.

2. Penyetelan optimum dari rele arus lebih netral dan rele gangguan

hubung tanah GTG 1.3 Muara Karang.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dalam penyusunan skripsi ini, maka

penulisannya terbagi atas lima bab. Bab satu berisi pendahuluan, bab dua berisi

teori umum yang digunakan dalam pembahasan skripsi ini yaitu mengenai sistem

kelistrikan PLTGU Muara Karang Blok 1, bab tiga berisi teori khusus mengenai

Sistem Proteksi Pada Generator dan Transformator Tenaga GTG 1.3 Muara

Karang, bab empat merupakan perhitungan arus hubung singkat dan penyetelan

rele arus lebih netral transformator tenaga dan rele gangguan hubung tanah

generator GTG 1.3 Muara Karang, bab lima berisi kesimpulan.

4

BAB II

SISTEM KELISTRIKAN PADA PUSAT LISTRIK

2.1 Sistem Kelistrikan Pada Pusat Listrik

Sistem Kelistrikan pada Pusat Listrik terdiri dari beberapa peralatan listrik

yaitu generator, transformator tenaga, Switch Yard, Switch Gear, Sistem Proteksi,

Sistem Kontrol dan Instrumentasi, Sistem Pembumian, Sistem Fire Alarm, dan

Penangkal Petir.

2.1.1 Generator

Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik

menjadi energi listrik. Berdasarkan hukum faraday, jika sebuah medan magnet

diputar pada kecepatan konstan pada kumparan, maka akan terinduksi tegangan

sinusoidal pada kumparan tersebut.

Gambar 2.1 Generator

5

2.1.2 Transformator Tenaga

Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi

untuk mentransformasikan daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah

atau sebaliknya. Perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder

berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik

dengan perbandingan arusnya.

Gambar 2.2 Transformator Tenaga

Jenis - jenis transformator tenaga yang terdapat pada pembangkit listrik antara

lain :

a) Transformator Generator

Transformator generator digunakan untuk menaikkan tegangan keluaran dari

generator, kemudian dihubungkan ke switch yard untuk diinterkoneksikan ke

sistem. Di Indonesia, terdapat 2 jenis tegangan untuk sistem interkoneksi ini,

yaitu 150 kV dan 500 kV.

6

b) Excitation Transformator

Excitation transformator adalah transformator yang digunakan untuk

menyuplai daya penguatan yang di bantu oleh AVR untuk generator pada

pusat pembangkit listrik.

c) Unit Auxillary Transformator

Unit Auxillary transformator adalah transformator yang digunakan untuk

menyuplai daya pemakaian sendiri pada pusat pembangkit listrik yang berasal

langsung dari keluaran generator.

d) SST (Service Station Transformer)

Service Station Transformer (SST) adalah transformator yang digunakan

untuk menyuplai daya pemakaian sendiri pada pusat pembangkit listrik yang

berasal dari tegangan 150 kV atau 500 kV pada switch Yard.

2.1.3 Switch Yard (Gardu Induk Pembangkit)

Gambar 2.3 Gardu Induk Pembangkit

Switch Yard (Gardu Induk Pembangkit) merupakan bagian dari sistem

penyaluran tenaga listrik baik untuk keperluan transmisi maupun distribusi.

7

2.1.4 Switch Gear (Panel Tegangan Menengah)

Gambar 2.4 Panel Tegangan Menengah (Switch Gear)

Switch Gear adalah panel distribusi tegangan menengah yang

mendistribusikan beban ke panel-panel yang lebih kecil kapasitasnya. Panel

Tegangan Menengah (PTM) biasa juga disebut Medium Voltage Main Distribution

Board (MVMDB).

2.1.5 Sistem Proteksi

Sistem proteksi adalah peralatan yang direncanakan untuk mendeteksi

suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan listrik yang membahayakan atau

tidak diinginkan. Gangguan pada pembangkit listrik dapat terjadi kapan saja, untuk

itu diperlukan sistem proteksi yang berfungsi selain mengamankan peralatan pada

pembangkit juga untuk melokalisir dampak dari gangguan. Alat pendeteksi

gangguan adalah rele, yang selanjutnya secara otomatis memberikan sinyal atau

perintah kepada trip coil untuk membuka pemutus tenaga (PMT) agar bagian yang

terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal.

8

Tujuan daripada proteksi atau pengaman pada sistem tenaga listrik adalah

1. Menghindari atau mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat

terjadinya gangguan (kondisi yang tidak normal)

2. Untuk melokalisir atau memisahkan bagian sistem tenaga listrik yang

terganggu ke dalam wilayah yang sekecil mungkin.

3. Memberikan pelayanan tenaga listrik dengan keandalan yang tinggi dan

mutu listrik yang baik.

4. Mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.

Syarat terpenting dari sIstem proteksi adalah :

a. Sensitivity

b. Realibility

c. Selektif

d. Cepat

e. Ekonomis

Rele-rele proteksi untuk Generator antara lain :

Rele arus lebih

Rele deferensial

Rele gangguan hubung tanah

Rele rotor hubung tanah

Rele penguatan hilang (loss of exitation)

Rele tegangan lebih

Rele arus urutan negatif

Rele suhu

Rele flux berlebih

9

Rele proteksi mesin penggerak generator, antara lain :

Rele suhu bantalan terlalu tinggi

Rele suhu air pendingin terlalu tinggi

Rele tekanan minyak pelumas terlalu rendah

Rele-rele proteksi untuk Transformator, antara lain :

Rele arus lebih disisi primer dan sekunder

Rele deferensial

Rele gangguan hubung tanah

Rele hubung tanah terbatas

Rele bucholz

Rele tekanan mendadak


Rele suhu

Rele tangki tanah

Rele proteksi motor listrik, antara lain :

Rele arus lebih dan sekring lebur

Rele stall

Rele tegangan rendah/ hilang


10

Adapun single line diagram sistem proteksi muara karang :

Gambar 2.5 Single Line Proteksi GTG 1.3 Muara Karang

2.1.6 Sistem Kontrol Dan Instrumentasi

Sistem Kontrol dan Instrumentasi adalah suatu kegiatan yang dilakukan

untuk mengukur besarnya harga suatu besaran kemudian mengadakan kegiatan

untuk membatasi penyimpangan terhadap suatu harga yang diinginkan. Dalam

pengontrolan terdapat empat langkah yang terjadi, yaitu :

11

Pengukuran (measurement)

Perbandingan (comparation)

Menghitung (judgement)

Mengoreksi (correction)

2.1.7 Sistem Pembumian

Dalam suatu instalasi tenaga listrik, terdapat empat bagian yang harus

ditanahkan / dibumikan, yaitu :

Semua bagian instalasi terbuat dari logam yang mudah tersentuh manusia.

Bagian pembuangan muatan listrik misal lightning arrester.

Kawat petir dan penangkal petir.

Titik netral transformator dan generator.

Dalam standar PLN, tahanan pentanahan (grounding) tersebut tidak lebih

besar dari 4 Ohm. Terdapat 4 alat / sistem pentanahan :

Batang pentanahan tunggal.

Batang pentanahan ganda.

Anyaman pentanahan.

Pelat pentanahan.

2.1.8 Sistem Fire Alarm (Alarm Kebakaran)

Fire Alarm merupakan rangkaian yang sangat penting bagi pembangkitan

karena banyak sekali faktor yang dapat menimbulkan terjadinya kebakaran.

Contohnya listrik konslet, petir yang menghancurkan kabel listrik sehingga

menimbulkan api.

12

Gambar 2.6 Fire alarm

2.1.9 Penangkal Petir

Penangkal petir adalah rangkaian jalur yang difungsikan sebagai jalan bagi

petir menuju ke permukaan bumi, tanpa merusak benda-benda yang dilewatinya.

Penangkal petir adalah teknologi yang dapat melindungi pembangkit dari

sambaran petir.

Ada 3 bagian utama pada penangkal petir:

Batang penangkal petir

Kabel konduktor

Tempat pembumian

13

2.2 Sistem Kelistrikan di PLTGU Blok 1 Muara Karang

Gambar 2.7 Single line diagram PLTGU Muara Karang Blok 1

PLTGU Muara Karang Blok 1 terdiri dari 3 unit PLTG masing-masing berkapasitas

100 MW dan 1 unit PLTU berkapasitas 150 MW. Jadi total daya terpasang untuk

PLTGU Muara Karang Blok 1 adalah sebesar 450 MW. Single line diagram diatas

mencakup ketiga unit PLTG dan PLTU Blok 1 Muara Karang.

Duri Kosambi 2 Duri Kosambi 1

MCC

PCC

HRSG

LU1

GT1.1UAT1

MCC

PCC

HRSG

LU2

GT1.2UAT2

MCC

PCC

HRSG

LU3

GT1.3UAT3

B3

A3

AB3

B4

A4

AB4

B5

A5

AB5

B7

A7

AB7

B6

A6

AB6

B2

A2

SST

52CR1

spare

D/E I

52DG1

52DG2

Pump house

SAT1

LAT1

SAT2

LAT2

Spare

Water

wash

skid

Fire

pump

Out

Door

light

150kV

Sub

Station

board

52LU1

52LU2

52LU3

LF2 LFR LLT LCC

ST1.0

UAT4

4A 4B

HP

1A1

HP

2A1

HP

3A1

Hypo

A

CP

1A

CWP

1A

SpareHP

1A2

HP

2A2

HP

3A2

Hypo

B

CP

1B

CWP

1B

Spare

Spare

MCC

4A1

CCCW

1A

Work

Shop

ST

Dist

panel

MCC

4A2

CCCW

1B

Hypo

MCC

4B3

Circ

Water

MCC

4B1

SWSP

A

Desal

MCC

4B4

Desal

MCC

4B8Hypo

MCC

4B7

Water

Treat

4B2

SWSP

B

Spare

D/E II

ST Essential 4A3

To MKR Lama

SF1

52G

LES LF4

380V Essential Stn1

LF1

SFT

LBT PDC 4A1 PDC 4A2

PDC 4B1

PDC 4B2

MCC

4A4

ELECTRICAL

SINGLE LINE DIAGRAM

PLTGU

11,5 kV/150 kV 11,5 kV/150 kV 11,5 kV/150 kV

380 V/11,5 kV 380 V/11,5 kV 380 V/11,5 kV

150 kV/6,3 kV 14,5 kV/150 kV

14,5 kV/6,3 kV

6,3 kV/380 V6,3 kV/

380 V6,3 kV/

380 V6,3 kV/380 V 6,3 kV/380 V

6,3 kV/380 V

6,3 kV/380 V

380 V

380 V380 V

380 V

6,3 kV6,3 kV6,3 kV

11,5 kV 11,5 kV 11,5 kV

6,3 kV

380 V 380 V 380 V

Inst Air

Comp 1A

Inst Air

Comp 1B Inst Air

dryer 1A

Inst Air

dryer 1BBatt

Charger

4A

Batt

Charger

4B1

Batt

Charger

4B2

ST INV 4

ST GSUT 4

Spare

20 kV Bus 20 kV Bus

TR1 TR2

14,5 kV

150 kV20 kV14,5 kV11,5 kV6,3 kV380 V

LVS-MCC-1

ARCO (BP)Portable &

Service Poetc.

Spare

DS 89

52SST

M

52CR2

M

52CR3

M

6,3 kV/380 V

52DA

s

s synchronoscope

s

MKSATS

LU4

D / E EKS PLTU

800 A

Trafo-1

Trafo-2ATS - 2

ATS - 1

14

Sistem 150 kV merupakan sistem interkoneksi Duri Kosambi 1 dan Duri

Kosambi 2, dimana daya yang dihasilkan pembangkit akan masuk ke sistem ini.

Tidak dapat ditentukan beban atau konsumen mana yang akan merasakan suplai

dari PLTGU Muara Karang karena nantinya suplai ke beban akan diatur oleh

Pusat Pengatur Beban.

Sistem 11.5 kV adalah tegangan keluaran dari generator. Level tegangan

ini dinaikkan ke 150 kV sesuai dengan system 150 kV yang ada di region 1, dan

diturunkan ke 6.3 kV untuk pemakaian sendiri. Sistem 6.3 kV digunakan untuk

menyuplai daya ke Main Control Center (MCC) dan menyuplai daya ke auxillary

transformer. Sistem 380 V digunakan untuk menyuplai beban - beban esensial

lainnya seperti oil pump, fan, valve, fire alarm system ( heat detection, smoke

detection, gas detection), fire fighting system (sprinkler, hydrant), dan lampu

penerangan.

Transformator yang digunakan terdiri dari 4 jenis yaitu

Transformator utama yang berfungsi menaikkan tegangan dari 11.5 kV ke

150 kV.

Transformator pemakaian sendiri yang berfungsi menurunkan tegangan

dari 11.5 kV ke 6.3 kV.

Transformator eksitasi yang berfungsi menurunkan tegangan dari 11.5 kV

ke 380 V untuk memberi suplai kebutuhan - kebutuhan lain pada gedung

pembangkit.

Transformator SST yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 150

kV ke 6.3 kV untuk pemakaian sendiri

15

BAB III

SISTEM PROTEKSI PADA TRANSFORMATOR DAN GENERATOR

PLTGU BLOK 1 MUARA KARANG

3.1 Sistem Proteksi Pada Transformator Tenaga GTG 1.3 Muara Karang

Transformator tenaga digunakan untuk menaikkan tegangan keluaran dari

generator, kemudian dihubungkan ke switch yard untuk diinterkoneksikan ke

system. Seperti halnya peralatan listrik yang lain, pada transformator diperlukan

peralatan pengaman yang dapat membebaskan tegangan pada trafo dari

gangguan internal maupun ekstrenal.

Tujuan pengamanan trafo adalah :

1. Menghindari kerusakan pada trafo bila terjadi kegagalan alat pengamanan pada

saat terjadi gangguan hubung singkat.

2. Menghindari atau menekan sekecil mungkin kerusakan trafo akibat gangguan.

3. Menjaga stabilitas atau kontinuitas penyaluran tenaga listrik.

Pada transformator tenaga terdapat 2 jenis rele, yakni rele mekanik dan

juga rele elektris. Setiap rele tersebut memiliki fungsinya masing-masing.

3.1.1 Rele Mekanik

Pada rele mekanik terdapat beberapa jenis rele diantaranya :

3.1.1.1 Rele Bucholtz

Rele bucholtz merupakan sistem proteksi pada transformator, khususnya

untuk transformator minyak. Rele bucholtz adalah alat untuk mendeteksi dan

16

mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan

gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh :

• Hubung singkat antar lilitan pada/ dalam fasa

• Hubung singkat antar fasa

• Hubung singkat antar fasa ke tanah

• Busur api listrik antar laminasi

• Busur api listrik karena kontak yang kurang baik

Pada dasarnya rele bucholtz terdiri atas dua saklar yang berada dalam

suatu ruang yang dipasang antara bejana transformator dan bejana ekspansi.

Kedua saklar akan bekerja jika digerakkan dan berada dalam posisi datar.

Gambar 3.1 Prinsip Kerja Relai Bucholtz

Jika terjadi gangguan kecil di dalam transformator, maka akan

mengakibatkan terbentuknya sejumlah gas di dalam minyak. Pembentukan gas ini

terjadi secara perlahan–lahan dan gas tersebut akan keluar pada titik C memasuki

ruang bucholtz. Gas tersebut akan terperangkap dan terkumpul disebelah atas.

Jika gas yang terkumpul cukup banyak maka akan mengakibatkan bekerjanya

saklar E yang kemudian membunyikan alarm. Jika gangguan yang terjadi besar,

pembentukan gas akan terjadi sangat cepat, bahkan secara eksplosif. Oleh sebab

17

itu, gas-gas tersebut akan mengalir sangat cepat melalui ruang bucholtz yang

mengakibatkan bekerjanya saklar G dan kemudian memberi perintah trip ke PMT.

Gambar 3.2 Rele Bucholtz

3.1.1.2. Rele Tekanan Lebih (Sudden Pressure Relay)

Suatu flash over atau hubung singkat yang timbul pada suatu transformator

terendam minyak, umumnya akan berkaitan dengan suatu tekanan lebih didalam

tangki, karena gas yang dibentuk oleh penguapan minyak. Dengan melengkapi

sebuah pelepasan tekanan pada trafo maka tekanan lebih yang membahayakan

tangki trafo dapat dibatasi besarnya. Apabila tekanan lebih ini tidak dapat

dieliminasi dalam waktu beberapa milidetik, tangki trafo akan meledak dan terjadi

panas lebih pada cairan. Ketika terjadi kenaikan tekanan udara akibat terjadinya

gangguan di dalam trafo maka katup relai ini akan tertekan oleh pegas yang

terpasang didalamnya dan akan membuka serta membuang tekanan keluar

bersama-sama dengan sebagian minyak

Gambar 3.3 Sudden Pressure Relay

18

Keterangan :

1. Relay body

2. Equalizer

3. Metal bellows

4. Manual relief valve

5. Microswitch

6. Connection terminals

7. Terminal box

Alat pengaman tekanan lebih ini berupa membran yang terbuat dari kaca,

plastik, tembaga atau katup berpegas yang akan pecah pada tekanan tertentu dan

kekuatannya lebih rendah dari kekuatan tangki transformator. Membran ini hanya

sekali pakai sehingga bila pecah harus diganti. Pada katup relief disediakan saklar

alarm yang berfungsi sebagai signal untuk lokal atau indikasi jarak jauh apabila

katup tersebut bekerja.

Gambar 3.4 Bentuk fisik Rele Tekanan Lebih

3.1.1.3. Rele Temperatur

Rele temperatur adalah alat pengindikasi temperatur kumparan dan minyak

yang digunakan untuk mendeteksi dan mengindikasi temperatur maksimum

19

minyak dalam transformator. Selain mendeteksi dan mengindikasi, alat ini juga

melakukan operasi pengamanan seperti alarming dan shut-off seperti yang

dilakukan oleh kontrol otomatis pada pendingin transformator. Elemen pemanas

temperaturnya dipasang pada bagian utama transformator dan indikatornya

(termasuk kontak) dipasang di tempat yang mudah dilihat. Salah satu

keistimewaan yang dimiliki rele ini adalah bahwa rele ini dilengkapi dengan

mekanisme kontrol yang memungkinkan melakukan penyetelan temperatur untuk

alarm, shut-off, dan kontrol otomatis pada alat pendingin dengan mudah.

Gambar 3.5 Rele Temperatur

Besaran panas yang diterima sensor temperatur diubah menjadi gerakan mekanis

untuk menggerakkan suatu poros yang mempunyai jarum penunjuk suhu dan

beberapa anak kontak. Anak-anak kontak ini bekerja bertahap sesuai kenaikan

suhu. Tahap pertama akan menjalankan sistem pendingin, tahap kedua akan

memberikan alarm dan tahap terakhir memberikan perintah trip ke pemutus

tenaga (PMT).

3.1.2. Rele Elektris

Rele Elektris terdiri dari beberapa jenis rele, diantaranya :

3.1.2.1. Rele Diferensial

Rele ini berfungsi mengamankan transformator dari gangguan di dalam

20

transformator antara lain flash over antara kumparan dengan kumparan,

kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun

beda kumparan. Rele diferensial memiliki sifat antara lain :

• Sangat selektif dan cepat.

• Sebagai pengaman utama.

• Tidak dapat sebagai pengaman cadangan untuk daerah berikutnya.

• Daerah pengamanannya dibatasi oleh pasangan transformator arus dimana

rele diferensial dipasang.

Gambar 3.6 Rele Differensial

3.1.2.2. Rele Arus Lebih

Rele arus lebih berfungsi untuk mengamankan transformator jika arus yang

mengalir melebihi dari nilai yang diperkenankan lewat pada transformator tersebut

dan arus lebih ini dapat terjadi karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.

Arus lebih ini dideteksi oleh transformator arus atau current transformator (CT).

Gambar 3.7 Bentuk fisik rele Arus Lebih

21

3.1.2.3. Rele Arus Lebih Ke Tanah

Rele ini biasa disebut dengan rele hubung tanah berfungsi melindungi

transformator terhadap gangguan hubung tanah yang terjadi didalam maupun

diluar transformator. Gangguan hubung tanah adalah gangguan yang paling

banyak terjadi misalnya gangguan satu fasa ke tanah. Rele hubung tanah pada

prinsipnya adalah rele yang mendeteksi adanya arus urutan nol karena gangguan

hubung tanah menghasilkan arus urutan nol

Gambar 3.8 Rele Arus Lebih Ke Tanah

3.2. Sistem Proteksi Pada Generator GTG 1.3 Muara Karang

Untuk mengamankan generator dari berbagai gangguan yang ada, maka

digunakan rele-rele yang mendukung agar bisa mendeteksi dan mengamankan

gangguan tersebut. Adapun rele-rele yang digunakan yaitu sebagai berikut :

3.2.1. Rele Tegangan Kurang (Under voltage relay)

Rele tegangan kurang digunakan untuk mendeteksi adanya tegangan

kurang yang disebabkan oleh menurunnya putaran generator karena adanya

22

pengurangan tekanan gas pada turbin gas sehingga mengakibatkan terjadinya

penurunan tegangan. Untuk penyetelan rele ini bekerja apabila terjadi penurunan

tegangan maksimal sampai dibawah 80% tegangan input generator.

3.2.2. Rele Daya Balik (Reverse power relay)

Rele daya balik digunakan untuk melindungi kerja generator secara paralel

dengan generator lain yang bekerja sebagai motor. Secara spesifik tugas rele

daya balik adalah untuk mencegah bahaya dari kerusakan yang akan timbul dari

kegagalan kerja peralatan, sebagai contohnya mengamankan generator terhadap

daya balik akibat terputus atau rendahnya input daya oleh penggerak mula/turbin

sehingga fungsi generator bisa berubah menjadi motor.

3.2.3 Rele Kehilangan Medan Penguat (Loss of field relay)

Rele kehilangan medan penguat digunakan untuk mendeteksi adanya

gangguan eksitasi yang diakibatkan oleh gangguan pada AVR (Automatic Voltage

Regulator), generator penguat medan dan hubung singkat pada belitan medan.

Hilang penguatan pada generator akan mengakibatkan pemanasan yang

berlebihan pada kumparan stator serta menyebabkan generator keluar dari

sinkronisasi sistem. Pengaman kehilangan medan penguatan (loss of field relay)

bekerja memutuskan pemutus tenaga (PMT) generator dengan terlebih dahulu

membuka alarm agar operator dapat melakukan langkah-langkah pengamanan.

23

3.2.4 Rele Beban Tak Seimbang (Load unbalance relay)

Ketidakseimbangan beban generator biasanya disebabkan adanya

kebocoran atau hubung singkat penghantar ke tanah atau antar penghantar. Juga

bisa disebabkan oleh adanya beban yang tidak seimbang pada ketiga fasa

generator. Gangguan ini menyebabkan adanya arus urutan negatif yang mengalir

pada penghantar bernilai nol. Rele ini bekerja untuk mendeteksi adanya arus

urutan negatif yang mengalir di dalam rotor.

3.2.5 Rele Arus Lebih (Over current relay)

Rele arus lebih bekerja apabila ada kenaikan arus yang melewatinya

sehingga peralatan yang diamankan tidak rusak bila dilewati arus yang melebihi

kemampuannya. Rele ini juga berfungsi untuk mendeteksi stress thermal

generator akibat mengalirnya arus lebih atau gangguan hubung singkat pada

stator yang menggunakan sistem pentanahan langsung, pentahanan dengan

reaktansi dan pentanahan dengan tahanan. Rele arus lebih ini akan mendeteksi

besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Ada dua

parameter yang penting dalam melakukan penyetelan rele ini yaitu penyetelan

arus dan penyetelan waktu. Penyetelan arus hendaknya lebih besar dari nilai arus

nominal generator sehingga memungkinkan generator mampu menahan beban

lebih untuk beberapa detik. Hal yang penting pada pengaman generator terhadap

arus lebih adalah adanya koordinasi rele, baik koordinasi besaran arus maupun

waktu tundanya / time delay.

24

Rele arus lebih seketika / instantaneous over current relay.

Untuk mendeteksi besaran arus yang melebihi batas yang

ditentukan dalam waktu seketika.

Rele arus lebih dengan waktu tunda / time over current relay.

Untuk mendeteksi besaran arus yang melebihi batas dalam waktu

yang ditentukan.

3.2.6 Rele Stator Gangguan Tanah (Stator ground fault relay)

Rele dengan kode peralatan 59GN juga biasa disebut rele gangguan

hubung tanah. Rele ini dipasang pada sirkuit stator yang biasa terkena gangguan

hubung tanah. Prinsip kerja dari rele ini yaitu mendeteksi adanya kebocoran

tahanan isolasi antar belitan stator dengan frame generator dan juga mendeteksi

gangguan hubung tanah yang terjadi pada sirkuit yang terhubung dengan sirkuit

stator dari generator sehingga menghasilkan arus urutan nol, karena setiap

gangguan hubung tanah menghasilkan arus urutan nol. Setelah itu rele hubung

tanah pada sirkuit 3 fasa ini dengan menjumlahkan melalui transformator arus ke

3 fasa yang ada. Apabila tidak terjadi gangguan hubung tanah maka jumlahnya

sama dengan nol, akan tetapi bila terjadi gangguan hubung tanah maka

jumlahnya tidak sama dengan nol sehingga rele akan bekerja. Adanya gangguan

hubung tanah pada stator harus segera diatasi, sebab gangguan ini dapat

menimbulkan panas yang berlebihan, kerusakan laminasi alur generator bahkan

kebakaran sehingga diperlukan rele pengaman yang baik. Untuk penyetelan rele

ini yaitu dengan menghitung terlebih dahulu gangguan hubung singkat 1 fasa ke

25

tanah. Dan pada umumnya pengaman ini hanya bisa mengamankan hingga 95%

dari winding stator sehingga hanya 5% saja yang tidak bisa diproteksi.

Gambar 3.9 Rele Stator Gangguan Tanah

3.2.7 Rele Tegangan Lebih (Over voltage relay)

Didalam generator biasanya sudah dilengkapi dengan pengatur tegangan

otomatis atau Automatic Voltage Regulator (AVR), yang akan mengatur kestabilan

tegangan keluarannya. Namun demikian untuk mengantisipasi jika pengatur

tegangan otomatis gagal bekerja, maka rele tegangan lebih dengan kode

peralatan 59 digunakan sebagai pengaman. Tegangan lebih yang melewati

peralatan bisa merusak isolasi generator termasuk kabel-kabel penghubungnya.

Rele tegangan lebih ini mendeteksi tegangan antar fasa melalui transformator

tegangan. Apabila tegangan melewati batas tertentu, maka rele ini akan bekerja

dan segera memberikan sinyal untuk men-trip circuit breaker (CB) generator.

3.2.8 Rele Rotor Hubung Tanah (Generator field ground relay)

Rele ini mendeteksi adanya gangguan yang disebabkan putusnya

rangkaian magnet dan terhubungnya fasa dengan tanah. Gangguan yang terjadi

dalam hubung tanah dalam sirkuit rotor yaitu hubung singkat antara konduktor

rotor dengan badan rotor dimana dapat menimbulkan distorsi medan magnet yang

26

dihasilkan rotor dan selanjutnya dapat menimbulkan getaran (vibrasi) berlebihan

dalam generator. Oleh karena itu harus dihentikan dengan rele rotor hubung

tanah.

3.2.9 Rele Diferensial

Rele diferensial dengan kode peralatan 87G ini digunakan untuk

mengamankan generator dari kerusakan akibat adanya gangguan internal pada

kumparan stator. Rele ini bekerja berdasarkan perbedaan arus yang mengalir

pada suatu sistem di generator. Prinsip kerja rele ini yaitu membandingkan

besarnya arus sekunder kedua trafo arus (CT) yang digunakan. Pada saat tidak

terjadi gangguan / keadaan normal atau gangguan di luar daerah pengaman maka

kedua arus sekunder tersebut besarnya sama, sehingga tidak ada arus yang

mengalir pada rele dan rele tidak bekerja. Saat terjadi gangguan di salah satu

daerah pengaman, maka kedua arus sekunder tersebut tidak sama, sehingga rele

akan bekerja apabila terdapat arus yang mengalir pada rele.

3.2.10 Rele suhu

Rele suhu digunakan untuk mendeteksi adanya panas yang berlebihan

pada kumparan stator generator. Panas yang timbul pada kumparan stator dapat

terjadi karena adanya gangguan hubung singkat pada kumparan, baik antar fasa

maupun pada kumparan fasa sendiri. Disamping itu sistem pendingin yang kurang

memadai tidak bisa menurunkan suhu kumparan stator pada saat generator

tersebut aktif. Rele suhu menggunakan elemen pemanas yang dialiri arus listrik

dari transformator arus (CT) dari kumparan generator. Rele ini terdiri dari kepingan

27

logam yang dipanaskan oleh arus listrik yang mengalir pada elemen pemanas.

Pada kondisi arus lebih, kepingan logam akan memuai dan menutup kontak triping

akibat panas yang berlebihan yang dipancarkan oleh elemen pemanas.

3.2.11 Rele Frekuensi (Frequency Relay)

Rele frekuensi digunakan untuk mendeteksi adanya penurunan atau

kenaikan frekuensi yang ada dalam sistem. Tidak semua generator dipasang rele

ini karena pada penurunan atau kenaikan frekuensi ini bersifat sesaat dan hal itu

bisa ditoleransi.

3.2.12 Rele Jarak (distance relay)

Rele jarak ini berfungsi untuk mendeteksi gangguan 2 phasa / 3 phasa di

muka generator sampai batas jangkauannya.

3.2.13 Rele Fasa Urutan Negatif (negative phase sequence relay)

Rele ini berfungsi untuk mendeteksi arus urutan negatif yang disebabkan

oleh beban tidak seimbang dari batas-batas yang diizinkan.

3.2.14 Rele Penguat Lebih (over excitation relay)

Rele penguat lebih berfungsi untuk mendeteksi penguat lebih pada

generator.

28

3.2.15 Rele kehilangan sinkronisasi (out of step relay)

Rele kehilangan sinkronisasi berfungsi untuk mendeteksi kondisi asinkron

pada generator yang sudah paralel dengan sistem.

3.2.16 Rele Waktu

Rele ini berfungsi untuk memperlambat atau mempercepat waktu.

3.3 Cara Penyetelan Rele Arus Lebih Netral Transformator dan Gangguan

Hubung Tanah Generator

3.3.1 Menghitung Arus Gangguan Hubung Singkat

A) Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa

Pada gangguan ini terjadi pada ketiga fasa (R,S,T) yang mengalami

gangguan. Gangguan ini dapat digambarkan seperti gambar berikut ini :

Gambar 3.10 Gangguan hubung singkat 3 fasa

Cara menghitung arus hubung singkat tiga fasa dengan menggunakan

rumus :

If3 = .......................................................................... (3.1)

R

S

T

N

29

dimana : E adalah tegangan gangguan (volt)

Z1 adalah impedansi total urutan positif ( Ohm)

B) Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa (Fasa Ke Fasa)

Pada gangguan ini di asumsikan terjadi pada dua fasa (R dan S) yang

mengalami gangguan. Gangguan ini dapat digambarkan seperti gambar

berikut ini :

Gambar 3.11 Gangguan hubung singkat 2 fasa

Cara menghitung arus hubung singkat dua fasa (fasa ke fasa) dengan

menggunakan rumus:

If2 = ± ................................................................... (3.2)



Z2 adalah impedansi total urutan negatif ( Ohm)

C) Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah

R

S

T

N

30

Gangguan ini hanya terjadi pada satu fasa (T) yang mengalami

gangguan dengan berhubungan langsung dengan tanah. Gangguan ini

dapat digambarkan seperti gambar berikut ini :

Gambar 3.12 Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah

Cara menghitung arus hubung singkat satu fasa ke tanah dengan

menggunakan rumus :

If-T = ........................................................ (3.3)



Z2 adalah impedansi total urutan negatif ( Ohm)

Zn adalah impedansi pentanahan (Ohm)

Z0 adalah impedansi total urutan nol (Ohm)

3.3.2. Cara Penyetelan Rele Arus Lebih Netral / GFR (51N)

Karakteristik yang umumnya digunakan untuk penyetelan rele adalah

karakteristik jenis invers time (waktu terbalik). Dimana pada karakteristik ini

semakin besar arus gangguan yang terjadi maka semakin cepat relai bekerja.

R

S

T

N

31

Langkah-langkah melakukan penyetelan rele arus lebih netral pada

transformator :

1. Menghitung arus hubung singkat satu fasa di gunakan dalam

perhitungan penyetelan rele arus lebih netral.

2. Mencari nilai arus pick up rele dengan rumus :

…………………….......................... (3.4)

Namun sebelumnya menentukan nilai arus nominal dengan cara :

………………………………………. (3.5)

Kemudian menentukan arus yang mengalir pada rele arus lebih

sebesar :

………………………………. (3.6)

Dengan arus setting :

……………………........................ (3.7)

3. Untuk penyetelan waktu sesuai dengan karakteristik rele arus lebih

normally inverse yaitu terlihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 3.1 standarisasi PLN 2005

No Deskripsi k c α

1 Definite Time - 0-100 -

2 Standart Inverse 0,14 0 0,02

3 Very Inverse 13,5 0 1

4 Extremely Inverse 80 0 2

32

5 Long Time Inverse 120 0 1

Untuk rele arus lebih gangguan fasa – tanah, nilai penyetelan yang

digunakan sebesar 10-25% dari nilai tap arus rele rele sehingga :

Iset = nilai tap arus rele * nilai setting

Untuk mendapatkan selektifitas antara rele yang satu dengan rele lainnya

maka harus ditambahkan waktu tunda sebesar

Sebagai contoh misalkan arus gangguan yang terjadi sebesar 1000 A dan

rasio CT 200/5 disetel sebesar 100% maka :

IF Rele = = 25 A

Iset = 5 . 100% = 5 . 1 = 5A

Sehingga didapat :

MPU = = 5

Dengan menggunakan kurva standard invers dimana nilai k = 0.14

dan α = 0.02 dari nilai tT (waktu kerja / waktu pemutusan ) rele paling

hilir ditetapkan 0,3 s, maka TMS rele dapat dihitung sesuai dengan

rumus :

TMS = = = 0,07

33

3.3.3. Cara Penyetelan Rele Gangguan Hubung Tanah Generator

Pada dasarnya arus gangguan satu fasa ke tanah akan mencapai nilai

maksimum apabila gangguan terjadi pada terminal generator. Untuk sistem

generator transformator yang dibumikan dengan tahanan tinggi, besarnya arus

gangguan satu fasa ke tanah dapat dihitung dengan :

If = ………………………………………….. (3.8)

Dimana :

If = Arus Gangguan satu fasa ke tanah

Eph = Tegangan fasa ke netral generator

RN = Impedansi tahanan sistem pembumian netral generator

XC0 = Reaktansi kapasitif dari sistem generator-trafo

C0 = Kapasitansi ke tanah per fasa dari sistem generator-trafo

Untuk menghitung besarnya tegangan Eph tahanan RN dapat dihitung

dengan cara :

Menghitung nilai tegangan fasa ke netral adalah dengan cara :

Eph = Vf = = 6639,5281 Volt

34

Dari persamaan reaktansi kapasitif XC = - , dengan mensubstitusikan

total kapasitansi ke tanah per fasa (C) dan menggunakan operator j serta

frekuensi kerja 50 Hz, maka persamaan diatas :

XC = - j ……………….....……………….. (3.9)

Arus kapasitansi per fasa :

Icf = …………………………........................ (3.10)

Kemudian menentukan arus kapasitansi total ke tanah :

Ict = 3 x Icf ………………………………………. (3.11)

Untuk mencari nilai daya total kapasitansi (daya transformator), yaitu :

Ict x Vf ……………………………………….......................(3.12)

Besarnya impedansi tahanan pembumian yang dipakai pada GTG 1.3 Muara

Karang adalah 1,45 Ω dengan konstanta belitan transformator pembumiannya

adalah 11500/240 volt, maka besarnya impedansi tahanan pembumian ekivalen

(RN) antara titik netral generator dengan tanah adalah sebesar :

RN = R …………………........................(3.13)

Maka besarnya arus gangguan satu fasa ke tanah maksimum sebesar :

If =

35

Untuk menentukan arus belitan pada saat terjadi gangguan satu fasa ke

tanah pada generator, maka diperlukan besarnya tahanan pembumian R = 1,45 Ω

dari data pembumian transformator dan Iset dari rele sebesar 0,2A – 2A yang

terpasang pada transformator pembumian. Untuk mengetahui besarnya setelan

arus kerja minimum dan maksimum primer (I0p) pada (0,2A - 2A), maka :

Untuk Iset min = 0,2 A, maka pada setelan kerja arus minimum adalah :

Iop min = x Iset min……………………..(3.14)

Untuk Iset maks = 2 A, maka pada setelan kerja arus maksimum adalah :

Iop maks = x Iset maks……………………..(3.15)

36

BAB IV

PERHITUNGAN ARUS HUBUNG SINGKAT DAN PENYETELAN RELE ARUS

LEBIH NETRAL TRANSFORMATOR TENAGA DAN RELE GANGGUAN

HUBUNG TANAH GENERATOR GTG 1.3 MUARA KARANG

4.1 Umum

Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Blok 1 Muara Karang berlokasi

di jalan Pluit Karang Ayu No.1, Pluit, (Jakarta Utara), Jakarta, Indonesia. Total

kapasitas daya terpasang pada PLTGU Muara Karang Blok 1 adalah sebesar 450

MW yang terdiri dari 3 buah PLTG dan STG, yaitu :

Tabel 4.1 Kapasitas Daya terpasang PLTGU Blok 1 Muara Karang

No. Unit Daya Terpasang

1. PLTG GTG 1.1 100 MW



4. Steam Turbine Generator (STG) BLOK 1 150 MW

Tiap – tiap unit Generator disalurkan ke Transformator Tenaga dengan kapasitas :

Generator 142 MVA dengan rasio tegangan 11,5 kV

Transformator 140 MVA dengan rasio tegangan : 11,5 kV / 150 kV

37

4.2 Single Line Diagram PLTGU Blok 1 dan GTG 1.3 Muara Karang

Gambar 4.1 Single line diagram PLTGU Blok 1 Muara Karang

Duri Kosambi 2 Duri Kosambi 1

MCC

PCC

HRSG

LU1

GT1.1UAT1

MCC

PCC

HRSG

LU2

GT1.2UAT2

MCC

PCC

HRSG

LU3

GT1.3UAT3

B3

A3

AB3

B4

A4

AB4

B5

A5

AB5

B7

A7

AB7

B6

A6

AB6

B2

A2

SST

52CR1

spare

D/E I

52DG1

52DG2

Pump house

SAT1

LAT1

SAT2

LAT2

Spare

Water

wash

skid

Fire

pump

Out

Door

light

150kV

Sub

Station

board

52LU1

52LU2

52LU3

LF2 LFR LLT LCC

ST1.0

UAT4

4A 4B

HP

1A1

HP

2A1

HP

3A1

Hypo

A

CP

1A

CWP

1A

SpareHP

1A2

HP

2A2

HP

3A2

Hypo

B

CP

1B

CWP

1B

Spare

Spare

MCC

4A1

CCCW

1A

Work

Shop

ST

Dist

panel

MCC

4A2

CCCW

1B

Hypo

MCC

4B3

Circ

Water

MCC

4B1

SWSP

A

Desal

MCC

4B4

Desal

MCC

4B8Hypo

MCC

4B7

Water

Treat

4B2

SWSP

B

Spare

D/E II

ST Essential 4A3

To MKR Lama

SF1

52G

LES LF4

380V Essential Stn1

LF1

SFT

LBT PDC 4A1 PDC 4A2

PDC 4B1

PDC 4B2

MCC

4A4

ELECTRICAL

SINGLE LINE DIAGRAM

PLTGU

11,5 kV/150 kV 11,5 kV/150 kV 11,5 kV/150 kV

380 V/11,5 kV 380 V/11,5 kV 380 V/11,5 kV

150 kV/6,3 kV 14,5 kV/150 kV

14,5 kV/6,3 kV

6,3 kV/380 V6,3 kV/

380 V6,3 kV/

380 V6,3 kV/380 V 6,3 kV/380 V

6,3 kV/380 V

6,3 kV/380 V

380 V

380 V380 V

380 V

6,3 kV6,3 kV6,3 kV

11,5 kV 11,5 kV 11,5 kV

6,3 kV

380 V 380 V 380 V

Inst Air

Comp 1A

Inst Air

Comp 1B Inst Air

dryer 1A

Inst Air

dryer 1BBatt

Charger

4A

Batt

Charger

4B1

Batt

Charger

4B2

ST INV 4

ST GSUT 4

Spare

20 kV Bus 20 kV Bus

TR1 TR2

14,5 kV

150 kV20 kV14,5 kV11,5 kV6,3 kV380 V

LVS-MCC-1

ARCO (BP)Portable &

Service Poetc.

Spare

DS 89

52SST

M

52CR2

M

52CR3

M

6,3 kV/380 V

52DA

s

s synchronoscope

s

MKSATS

LU4

D / E EKS PLTU

800 A

Trafo-1

Trafo-2ATS - 2

ATS - 1

38

Gambar 4.2. Single line diagram GTG 1.3 Muara Karang

39

4.3 Data Spesifikasi Generator dan Transformator Tenaga GTG 1.3 dan Data

Impedansi Generator dan Transformator Tenaga PLTGU Blok 1 Muara

Karang

Berikut adalah data spesifikasi dari generator dan Transformator pada GTG

1.3 Muara Karang :

1. Data Generator

Tegangan Nominal = 11500 Volt

Kapasitas Terpasang = 100 MW

KvA nominal = 142 MVA

Kecepatan Putaran = 3000 rpm

Jumlah Fasa = 3 fasa

Kapasitansi ke tanah per fasa = 0,7547 µF

Reaktansi

Sinkron (Xd) = j2,023

2. Data Transformator Tenaga

Daya = 140 MVA

Konstanta Belitan Trafo = 11,5 kV / 150 kV

Impedansi = 12 %

Tes tegangan impuls sisi HV = 157 kV

Tes tegangan impuls sisi LV = 11,5 kV

40

3. Data Impedansi Generator dan Transformator Tenaga PLTGU

Blok 1 Muara Karang

GTG 1.1 Muara karang

Generator 142 MVA, 11,5 kV

Xd : j2,023

Transformator 140 MVA, 11,5/150 kV

Xt : j0,085



Xd : j2,023


Xt : j0,085



Xd : j2,023


Xt : j0,085

STG 1.4 Muara karang


Xd : j2,312


Xt : j0,1

41

4.4 Menghitung nilai impedansi

Menghitung nilai impedansi urutan positif dan negatif pada GTG 1.3

Muara Karang

JXG2 JXG3JXG1

JXT3JXT2JXT1JXT4

JXG4

Gambar 4.3 Impedansi PLTGU Blok 1 Muara Karang

MVA base : 100 MVA

KVA base : 11,5 kV

I base : =

Pada jXG4 diserikan dengan jXT4, jXG1 diserikan dengan jXT1, jXG2

diserikan dengan jXT2, dan jXG3 diserikan dengan jXT3 :

42

Setelah masing-masing generator dan transformator diserikan dan di

dapatkan nilai impedansi seri Zs1, Zs2, Zs3, dan Zs4 nilai impedansinya

diparalelkan maka :

ZS1 ZS2 ZS3ZS4

Gambar 4.4 Impedansi seri Generator Transformator

ZP3

Gambar 4.5 impedansi total generator transformator

Maka di dapat nilai impedansi paralel total atau Zp3 sebesar j0,544

43

Menghitung nilai impedansi urutan nol pada GTG 1.3 Muara Karang

JXT4JXT1 JXT2 JXT3

JXG3JXG2JXG1JXG4

Gambar 4.6 Impedansi Urutan Nol Generator Transformator

Karena arus gangguan berada disisi sekunder transformator maka arus gangguan

ditanahkan seluruhnya, sehingga nilainya tidak terhingga atau sama dengan nol.

Maka, nilai impedansi urutan nol sebesar Z0 = 0

4.5. Penyetelan Rele Arus Lebih Netral (51N) Transformator Tenaga

Gambar 4.7 Gangguan pada Transformator Tenaga

44

Mencari Gangguan Hubung Singkat satu fasa ke tanah

Ifasa tanah =

=

= 2,7574 pu

Ibase =

=

= 5,02044 kA = 5020,44 A

Ifasa tanah = 2,7574 pu x 5020,44 A

= 13843,36 A

Setelan arus ditetapkan sebesar 10%

Iset primer = 10% x In trafo

= 0,1 x

= 0,1 x 538,86 A

= 53,886 A

Nilai arus tersebut merupakan nilai setelan pada sisi primer CT, sedangkan nilai

yang akan disetkan pada rele adalah nilai sekunder dari CT. Maka dapat dihitung

berdasarkan ratio CT yang terpasang sebesar , maka

45

Iset sekunder = Iset primer x

= 53,886 A x

= 53,886 A x

= 0,449 A

Setelan TMS ( Time Multiplier Setting)

Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah disisi 150 kV adalah

13843,36 A. Ditetapkan t sebesar 0,3 detik.

TMS =

= = 0,2515

Gambar 4.8 Kurva karakteristik invers TMS

46

4.6. Penyetelan Rele Hubung Tanah / Stator Ground Fault Relay (59GN) pada

Generator

Besarnya arus gangguan satu fasa ke tanah maksimum yang diizinkan

pada sistem generator yang dibumikan dengan tahanan tinggi adalah sebesar 10

Ampere. Selama batas maksimum tersebut tidak dilewati, kerusakan yang terjadi

pada titik gangguan masih dapat diatasi.

Berikut ini akan dihitung besarnya arus gangguan satu fasa ke tanah stator

yang mungkin dapat terjadi pada sistem generator GTG 1.3 Muara Karang.

Gambar 4.9 Gangguan pada Generator

4.6.1. Kapasitansi Total ke bumi per Fasa (C)

Besarnya kapasitansi ke bumi per fasa dari sitem Generator dan

Transformator GTG 1.3 Muara Karang adalah sebagai berikut :

47

Belitan Generator = 0, 6090 µF

Transformator Tenaga = 0,0074 µF

Transformator Eksitasi (EX.T) = 0,0333 µF

Kondenser dan Arester = 0,1000 µF

Penghantar antara Generator dan Trafo Utama = 0,0025 µF

Penghantar cabang ke Trafo Pemakaian Sendiri= 0,0005 µF

Penghantar cabang ke Trafo Eksitasi = 0,0005 µF +

Kapasitansi Total ke bumi = 0,7532 µF

4.6.2. Arus Gangguan Satu Fasa ke Tanah

Arus gangguan satu fasa ke tanah akan mencapai maksimum, apabila

gangguan terjadi pada terminal generator. Untuk sistem generator-trafo yang

dibumikan dengan tahanan tinggi, besarnya arus gangguan satu fasa ke tanah

dapat dihitung dengan :

If =

Dimana :

If = Arus Gangguan satu fasa ke tanah

Eph = Tegangan fasa ke netral generator

RN = Impedansi tahanan sistem pembumian netral generator

XC0 = Reaktansi kapasitif dari sistem generator-trafo

C0 = Kapasitansi ke tanah per fasa dari sistem generator-trafo

48

Dari data-data yang ada, besarnya tegangan Eph tahanan RN dapat dihitung

sebagai berikut :

Besarnya tegangan fasa ke fasa generator adalah sebesar 11,5 kV, maka

tegangan fasa ke netral adalah :

Eph = = 6639,5281 Volt

Dari persamaan reaktansi kapasitif XC = - , dengan mensubstitusikan

total kapasitansi ke tanah per fasa (C) dan menggunakan operator j dengan

frekuensi kerja 50 Hz, maka persamaan diatas dapat dinyatakan :

XC = - j

Xc = - j

= 4226,1 Ω/fasa

Arus kapasitansi per fasa :

Icf = = = 1,571 A

Arus kapasitansi total ke tanah :

Ict = 3 x Icf = 3 x 1,571 A = 4,713 A

49

Daya total kapasitansi (daya transformator)

Ict x Vf = 4,713 A x

= 31292,1 VA

= 31,292 KVA

Besarnya impedansi tahanan pembumian yang dipakai pada GTG 1.3 Muara

Karang adalah 1,45 Ω dengan konstanta belitan transformator pembumiannya

adalah 11500/240 Volt, maka besarnya impedansi tahanan pembumian ekivalen

(RN) antara titik netral generator dengan tanah adalah sebesar :

RN = R

RN = 1,45 Ω

= 1109,7 Ω

Maka besarnya arus gangguan satu fasa ke tanah maksimum adalah sebesar :

If =

If =

50

If = 7,61 A

Arus gangguan satu fasa ketanah sebesar 7,61 A dapat merusak

generator, apabila terjadi dalam waktu yang lama. Oleh karena itu apabila terjadi

gangguan satu fasa ke tanah seperti ini harus dihentikan pengoperasian

generatornya agar tidak terjadi kerusakan yang fatal pada sistem.

4.6.3. Penentuan Arus Belitan Yang Tidak Terlindungi dan Dilindungi

Terhadap Gangguan Satu Fasa ke Tanah Pada Stator Generator

Untuk menentukan arus belitan pada saat terjadi gangguan satu fasa ke

tanah pada generator, maka diperlukan besarnya tahanan pembumian R = 1,45 Ω

dari data pembumian transformator dan Iset dari rele sebesar 0,2A – 2A yang

terpasang pada transformator pembumian dengan rasio 11500 / 240 volt.

Untuk mengetahui besarnya setelan arus kerja minimum dan maksimum primer

(I0p) pada (0,2A - 2A), maka :

Untuk Iset min = 0,2 A, maka pada setelan kerja arus minimum adalah :

Iop min = x Iset min

= X 0,2

= 5,533 A

Untuk Iset maks = 2 A, maka pada setelan kerja arus maksimum adalah :

Iop maks = x Iset maks

51

= X 2

= 55,33 A

Dari hasil perhitungan diatas, dapat dihitung bagian belitan yang tidak terlindungi

dan dilindungi terhadap gangguan satu fasa ke tanah pada stator generator.

Jadi, untuk setelan arus kerja minimum Iop min = 5,533 A maka bagian belitan yang

tidak terlindungi dan belitan yang dilindungi adalah :

% dari belitan yang tidak terlindungi = x 100 %

= 0,12 %

Jadi,

% dari belitan yang terlindungi = (100 % - 0,125 %)

= 99,88 %

Untuk setelan arus kerja maksimum Iop maks = 55,33 A maka bagian belitan yang

tidak terlindungi dan belitan yang dilindungi adalah :

% dari belitan yang tidak terlindungi = x 100 %

= 1,21 %

Jadi,

% dari belitan yang terlindungi = (100 % - 1,21 %)

= 98,79 %

52

4.6.4. Standar Tahanan Pembumian Menurut IEEE

Berdasarkan standar IEEE std. 142 – 1972, besarnya tahanan pembumian

yang digunakan tidak boleh lebih besar dari satu per tiga kali dari reaktansi

kapasitif ke tanah per fasanya ( RN ).

Dari standar tersebut, maka akan ditinjau apakah rele pembumian dengan

menggunakan tahanan tinggi yang digunakan pada sistem GTG 1.3 PLTGU

Blok 1 Muara Karang, memenuhi standar IEEE tersebut atau tidak.

Berdasarkan hasil perhitungan sebelumnya, diketahui bahwa besarnya

tahanan impedansi (RN) yang digunakan harus lebih besar dari 1109,7 Ω

kemudian pada perhitungan reaktansi kapasitif ke tanah per fasa ( Xc0 ) didapat

hasil sebesar 4226,1 , sehingga :

Maka :

Ini berarti sistem proteksi pembumian dengan tahanan tinggi yang

diterapkan pada sistem GTG 1.3 PLTGU Blok 1 Muara Karang telah memenuhi

standar IEEE std. 142 – 1972.

53

BAB V

SIMPULAN

Dari penjelasan dan perhitungan yang telah dilakukan pada bab-bab

sebelumnya, maka dapat diambil simpulan sebagai berikut :

1. Penyetelan Rele Arus Lebih Netral mempunyai nilai TMS (Time Multiplier

Setting) sebesar 0,2515.

2. Perhitungan gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah pada rele arus

lebih netral (51N) adalah sebesar 13843,36 A. Sedangkan gangguan

hubung singkat satu fasa ke tanah pada rele gangguan hubung tanah

stator (59GN) adalah sebesar 7,61 A.

3. Besarnya setelan rele gangguan hubung tanah stator (59GN) dengan

arus kerja minimum (0,2 A) adalah sebesar 5,533 A, maka didapat %

belitan yang tidak terlindungi sebesar 0,12 % dan belitan dilindungi

sebesar 99,88 %. Sedangkan dengan arus kerja maksimum (2 A) adalah

sebesar 55,33 A, maka didapat % belitan yang tidak terlindungi sebesar

1,21 % dan belitan dilindungi sebesar 98,79 %

4. Berdasarkan standar IEEE, bahwa proteksi generator dengan

pembumian tahanan tinggi yang telah diterapkan pada sistem GTG 1.3

Muara Karang telah memenuhi standar IEEE dengan nilai yaitu

sebesar 1109,7 Ω 1408,7 Ω.

54

DAFTAR PUSTAKA

Marsudi, Djiteng, Ir. 2006. "Operasi Sistem Tenaga Listrik". Yogyakarta: Graha

Ilmu

Hasan Basri, Ir. 2003. Proteksi Sistem Tenaga Listrik. Jakarta : ISTN.

Anderson, P.M. 1999. Power System Protection. New York : IEEE Press.

Hewitson, Les Brown, Mark Ben. 2004. "Practical Power System Protection ". IDC

Technologies, Perth, Australia.

Reimert, Donald. 2006. Protective relaying for power generation systems. New

York: Taylor & Francis Group.

BAB I PENDAHULUAN - 156.67.221.169

Documents

Transcript of BAB I PENDAHULUAN - 156.67.221.169