MAKALAH PROTEKSI SISTEM TENAGA

RELE FREKUENSI RENDAH ( Under Frequency Relay )

DISUSUN OLEH : Muhammad Danang Putro P

NIM : 125874205

Ardhin Najadiya Setya

NIM : 125874208

Bradja Muhammad Helmy

NIM : 125874230

I Made Barata D

NIM : 125874248

Sri Adiyansa

NIM : 125874231

Dita Kevinamarta

NIM : 125874235

Ilda Nurida

NIM : 125874255

Syahmi Nanzain

NIM : 125874247

Dosen :Yuliah Fransisca, S.Pd., M.Pd.

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK ELEKTRO

BIDANG KEAHLIHAN TEKNIK SISTEM TENAGA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA 2014BAB I

PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang

Minimnya pengetahuan mengenai mata kuliah proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah. Penulis melakukan penghimpunan data mengenai rele frekuensi rendah, selanjutnya penulis membuat sebuah makalah yang maksud utamanya yaitu agar penulis dan mahasiswa teknik elektro lainnya juga para khalayak umum memahami tentang proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah. Dan demi menuntaskan tugas membuat makalah mata kuliah proteksi sistem tenaga yang dibimbing oleh Ibu Yulia Fransisca , S.Pd., M.Pd., yang diberi judul Proteksi Sistem Tenaga : Rele Frekuensi Rendah (Under Frequency Relay) .

Dalam makalah tersebut penulis menjelaskan dan memaparkan mengenai ilmu dasar maupun macam macam rele frekuensi rendah, yang bermaksud agar pembaca lebih paham dan mengetahui tentang rele frekuensi rendah.

Dengan adanya makalah yang telah dibuat oleh penulis, diharapkan makalah ini bermanfaat untuk Mahasiswa Teknik Elektro dan kepada khalayak umum agar mengetahui dan memahami tentang proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah. Dan juga semoga bermanfaat untuk kelanjutan pembelajaran mengenai mata kuliah proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah. Hal itulah semua yang menjadi latar belakang pembuatan makalah ini dan motivasi penulis dalam menyelesaikan makalah tersebut.1.2 Rumusan Rumusan dari makalah proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah, antara lain :A. Apa pengertian dari rele frekuensi rendah ?B. Apa fungsi dari rele frekuensi rendah ?

C. Bagaimana cara mengatur frekuensi jika terjadi gangguan di sistem ?

D. Bagaimana pemanfaatan dari rele frekuensi rendah ?1.3 Tujuan

Tujuan dari makalah proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah, antara lain :A. Mengetahui tentang rele frekuensi rendah.B. Mengetahui fungsi rele frekuensi rendah.C. Mengetahui cara pengaturan frekuensi jika terjadi gangguan sistem.

D. Mengetahui manfaat rele frekuensi rendah.

1.4 Manfaat

Manfaat dari makalah proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah, antara lain :A. Dapat memahami dasar-dasar rele frekuensi rendah.

B. Dapat menerapkan tentang rele frekuensi rendah dalam kehidupan sehari-hari.

C. Dapat memahami cara pengaturan frekuensi jika terjadi gangguan di sistem.

D. Dapat mempermudah pekerjaan yang memanfaatkan rele frekuensi rendah.BAB II PEMBAHASAN 2.1 Rele Frekuensi Rendah Under Frequency Relay (UFR) atau Rele Frekuensi Rendah adalah relay yang bekerja ketika terjadi penurunan frekuensi / telah mencapai nilai frekuensi yang disetting. UFR digunakan pada pengaturan sistem tenaga listrik untuk menjaga kestabilan frekuensi dengan caradigunakan sebagai pelepas beban secara otomatis jika terjadi penurunan frekuensi. Relay UFR juga sering disebut dengan 81.

Rele ini berfungsi untuk mendeteksi adanya perubahan frekuensi dalam nilai yang besar secara tiba tiba. Kisaran frekuensi yang diijinkan adalah 3% sampai 7% dari nilai frekuensi nominal. Penurunan frekuensi disebabkan oleh adanya kelebihan permintaan daya aktif di jaringan atau kerusakan regulator frekuensi. Frekuensi yang turun menyebabkan naiknya arus magnetisasi pada generator yang akan menaikkan temperatur. Pada turbin uap, hal tersebut akan mereduksi umur blade pada rotor. Kenaikan frekuensi disebabkan oleh adanya penurunan permintaan daya aktif pada jaringan atau kerusakan regulator frekuensi. Frekuensi yang naik akan menyebabkan turunnya nilai arus magnetisasi pada generator yang akan menyebabkan generator kekurangan medan penguat. Sensor rele frekuensi dipasang pada tiap fasa yang keluar dari generator. Under Frequency Relay: untuk menditeksi turunnya frekuensi akibat penurunan putaran generator yang disebabkan oleh beban lebih.

Relay frekuensi merupakan relay yg berfungsi untuk memonitoring besarnya frekuensi pada sistem biasanya dipasang pada pembangkit berupa UFR (under frekuensi relai) kalau ada pembebanan lebih biasanya bekerja sama dengan under voltage relay, dan juga ada OFR (ofer frequensi relay) u/ mendeteksi overspeed dari turbin. Dan juga biasa dipasang di feeder sebagai load seeding (UFR). Seperti relay proteksi pada umumnya terdiri dari sensor berupa PT (potensial transformer) informasi frekuensi sistem diambil dari PT kemudian relai membandingkan antara frekuensi setting dengan frekuensi aktual dari PT, jika freuensi aktual lebih kecil atau sama dengan frekuensi setting dalam batas waktu yg ditentukan maka akan memerintahkan Cirkuit breaker untuk pengurangan beban.

2.2 Pengaturan Frekuensi pada Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan frekuensi yang praktis konstan. Penyimpangan frekuensi dari nilai nominal harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekuensi dalam sistem, sedangkan beban sistem yang berupa daya aktif maupun daya reaktif selalu berubah sepanjang waktu. Sehubungan dengan hal ini harus ada penyesuaian antara daya aktif yang dihasilkan dalam sistem pembangkitan harus disesuaikan dengan beban daya aktif. Penyesuaian daya aktif ini dilakukan dengan mengatur besarnya kopel penggerak generator.Menurut hukum Newton ada hubungan antara kopel mekanis penggerak generator dengan perputaran generator .TG TB = H (1)

Dimana :

TG = Kopel penggerak generator

TB = Kopel beban yang membebani generator

H = Momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknya

= kecepatan sudut perputaran generator ,

dimana,

f = (2)secara mekanis dengan melihat persaman (1) dan (2) maka :

TG TB= T < 0 , maka < 0 frekuensi turun

TG TB= T > 0 , maka > 0frekuensi naik

dari persamaan di atas terlihat bahwa besarnya frekuensi tergantung dari besarnya selisih antara kopel generator dengan kopel yg membebani generator, sehingga untuk mengatur frekuensi dalam sistem tenaga listrik dapat diatur dari dua sisi yaitu sisi generator maupun sisi beban.Ada 2 cara pengaturan frekuensi, yaitu :

1. Pengaturan daya aktif ( sisi generator )

Frekuensi pada sistem tenaga listrik dapat diatur dengan melakukan pengaturan daya aktif yang dihasilkan generator. Pengaturan daya aktif ini erat kaitannya dengan kenaikan jumlah bahan bakar yang digunakan untuk menaikkan daya aktif. Pada PLTU adalah berapa laju batu bara yang ditambah untuk dibakar sedangkan pada PLTA adalah berapa besar debit air yang dinaikkan untuk menggerakkan turbin sehingga menghasilkan kenaikan daya aktif. Pengaturan bahan bakar ini dilakukan dengan menggunakan governor. Sehingga pada pengaturan daya aktif ini erat kaitannya dengan kerja governor pada sistem pembangkit thermal maupun air.

2. Load shedding (sisi beban)

Jika terdapat gangguan dalam sistem yang menyebabkan daya tersedia tidak dapat melayani beban, misalnya karena ada unit pembangkit yang besar jatuh (trip), maka untuk menghindarkan sistem menjadi collapsed perlu dilakukan pelepasan beban. Keadaan yang kritis dalam sistem karena jatuhnya unit pembangkit dapat dideteksi melalui frekuensi sistem yang menurun dengan cepat.Pada sistem tenaga listrik yang mengalami gangguan karena lepasnya (trip) unit generator yang besar dapat mengurangi aliran daya aktif yang mengalir ke beban, sehingga menyebabkan generator-generator yang lain dipaksa bekerja. Jika hal ini berlangsung terus menerus dapat menyebabkan kerusakan mekanis pada batang kopel generator karena dipaksa bekerja. Untuk itu diperlukan relay under frequency yang berfungsi untuk mendeteksi penurunan frekuensi sistem secara tiba-tiba akibat adanya unit pembangkit besar yang lepas dari sistem. Salah satu cara untuk menaikkan frekuensi tersebut adalah dengan melepas beban.

grafikperubahan frekuensi sebagai fungsi waktu dengan adanya pelepasan bebanTurunnya frekuensi dapat menurut garis 1 , garis 2, atau garis 3. Makin besar unit pembangkit yang jatuh (makin besar daya tersedia yang hilang) makin cepat frekuensi menurun. Kecepatan menurunnya frekuensi juga bergantung pada besar kecilnya inersia sistem. Semakin besar inersia sistem, makin kokoh sistemnya, makin lambat turunnya frekuensi.

Dalam grafik 1 di misalkan bahwa frekuensi menurun menurut garis 2. Setelah mencapai titik B dilakukan pelepasan beban tingkat pertama oleh under frequency control relay (UFR) yang bekerja setelah mendeteksi frekuensi sebesar Fbdengan adanya pelepasan beban tingkat pertama maka penurunan frekuensi berkurang kecepatannya. Sampai di titik C UFR mendeteksi frekuensi sebesar Fc dan akan melakukan pelepasan beban tingkat kedua dst sampai frekuensi sistem kembali normal ke frekuensi Fo.

Gambar 2Grafik naiknya frekuensi setelah adanya pelepasan beban2.3 Penurunan Frekuensi Gangguan Unit Pembangkit

Penambahan frekuensi sebagai fungsi waktu akan berlangsung apabila ada penambahan beban secara mendadak (step function). Ditinjau dari respon governor. Penambahan beban secara mendadak mempunyai dampak terhadap penurunan frekuensi sistem, begitu pula apabil ada unit pembangkit yang terganggu dan trip (jauh) akan bedampak terhadap penurunan frekuensi. Perhitungan penurunan frekuensi sebagai akibat tripnya salah satu unit pembangkit dimaksudkan untuk merencanakan pelepasan beban dengan menggunakan Under Frekuensi Relay (UFR) untuk menghindarkan gangguan (semi) total dalam sistem yang disebabkan terlalu banyak unit pembangkit yang ikut trip karena menjadi beban berlebih.

Gambar 4Grafik turunnya frekuensi sebagai akibat gangguan unit pembangkit

Sebelum ada unit pembangkit yang trip, keadaan adalah seimbang artinya daya yang dibangkitkan dalam sistem PG = PB jika unit pembangkit yang trip sebelum di trip membangkitkan daya sebesar Ps ke dalam sistem, maka pada saat unit ini trip dalam sistem terjadi kekurangan daya yang dibangkitkan daya sebesar Ps. Kekurangan daya inilah yang menyebabkan frekuensi turun.

Secara fisik, kekurangan daya ini menyebabkan kopel yang dihasilkan generator generator dalam sistem TG menjadi lebih kecil daripada kopel beban TG menjadi lebih kecil daripada kopel beban TG dan T = TG TB adalah 0. Nilai T < 0 ini menyebabkan terjadinya percapatan negatif atas kecepatan sudut rotor generator, karena T = I adalah nilai momen inersia bagian-bagian yang berputar dalam sistem, dinyatakan dengan persamaan didapat :

T =1.2 (1)

PGo = besarnya daya yang dibangkitkan dalam sistem sebelum ada gangguan unit pembangkit. To = saat terjadinya gangguan unit pembangkit, PBo = beban sistem sebelum gangguan. PSo = besarnya selisih daya antara yang dibangkitkan dengan beban setelah ada gangguan, dalam hal ini sebesar daya yang dibangkitkan oleh unit yang terganggu, maka :TG . o = Po

(2)

T o = (Po - Pso ) - PBo = -PSo(3)

Po = PB Karena sebelum gangguan daya dibangkitkan adalah sama dengan beban tanda negatif menunjukkan adanya kekurangan daya dibangkitkan.

Karena o = 2I 2fo selanjutnya didapat :

-PSo = 2I. 2fo = 42 fo I (4)

Karena merupakan energi kinetis per daya terpasang, jadi dalam per unit, maka PSo yang dinyatakan dalam per unit adalah :

Dimana : P GOT = daya terpasang dalam MW dari unit-unit pembangkit yang beroperasi sebelum ada gangguan. P SOT = daya terpasang dalam MW dari unit yang mengalami gangguan. Dengan mengggunakan besaran-besaran per unit seperti yang dipakai untuk H maka persamaan menjadi :

Pada hubungan To = -PSo atau T 2fo = -PSo diketahui bahwa :

1. Frekuensi turun sejak terjadinya gangguan yaitu sejak to , berarti pada saat-saat setelah terjadi gangguan nilai frekuensi sudah lebih kecil daripada fo .

2. Dengan turunnya frekuensi maka governor akan bereaksi dan akan melakukan pengaturan primer untuk memperkecil nilai DT .

3. Dengan turunnya nilai frekuensi, besarnya beban juga turun,

Sebagai akibat dari terganggunya unit pembangkit dalam sistem maka terjadi penurunan frekuensi, pengaruh dari governor belum diperhitungkan. Turunnya frekuensi yang disebabkan adanya gangguan unit pembangkit apabila lajunya besar dapat membahayakan sistem, sehingga untuk menghindarkan gangguan yang lebih besar perlu dilakukan pelepasan beban. Pelepasan beban artinya adalah sama dengan memperkecil pengaruh PSo . Dalam perhitungan pelepasan beban pengaruh governor diabaikan sehingga didapat hasil perhitungan yang lebih aman. Pelepasan beban dilakukan dengan UFR yang bekerja seketika, tanpa time delay.2.4 Penjelasan dari PLN - Kelompok (81, 24 atau 59/81)

Rele Frekuensi Rendah (Under Frequence Relay atau 81)

1) Umum

Setting relai frekuensi kurang (81G) yang ada di pembangkit perlu dikoordinasikan agar diperoleh kepastian bahwa kerja relai tersebut dapat mendukung strategi operasi pelepasan beban dan pola operasi pulau yang telah diprogramkan oleh operasi sistem, disamping tugas utamanya untuk melindungi peralatan pada kondisi frekuensi kurang.

2) Filosofi Setting

1. Setting harus didasarkan atas kemapuan peralatan pembangkit.

2. Setting harus menjamin suksesnya pola operasi pelepasan beban dan operasi pulau.

3) Setting

1. Untuk batas operasi normal (sesuai grid code) 49.5 Hz < f < 50.5 Hz relai 81 tidak

boleh pick-up.

2. Pada 47.5 Hz < f < 49.5 Hz relai 81G harus dipastikan tidak bekerja seketik

(instantenous). Pada range frekuensi tersebut relai boleh trip dengan waktu tunda. Lamanya waktu tunda sangat tergantung dari kemampuan (capability) peralatan pembangkit (seperti turbin), namun agar koordinasi dapat berhasil sukses maka diharapkan setting waktu tunda harus dapat mendukung keberhasilan pola operasi yang disebut dalam butir 4.2.a).2.

3. Pada frekuensi < 47.5 Hz relai 81G boleh trip seketika ataupun dengan waktu tunda tergantung jenis dan kapasitas pembangkitnya.

Gambar 3 Skema nilai frekuensi dengan perhitungan pelepasan beban ketika terjadi frekuensi abnormal Range frekuensi berdasarkan Standar IEC 34.3. Waktu yang diijinkan (saat under operasi) pada frekuensi abnormal :

2.4 Pemasangan UFR ( Under Frekuensi Relay) pada Micom P922

MiCom P922 merupakan salah satu contoh alat rele frekuensi rendah, dibawah ini merupakan gambar diagram koneksi MiCom P922.

pada keterangan gambar diatas dapat dilihat bahwa : Terminal no 33 dan 34 untuk suplai 110 VDC, Terminal no 41 dan 42 untuk tegangan fasa R dari Potential Transformator (PT), Terminal no 43 dan 44 untuk tegangan fasa S dari Potential Transformator (PT), Terminal no 45 dan 46 untuk tegangan fasa T dari Potential Transformator (PT), Terminal no 16 dan 14 (RL 3) merupakan Kontak Normally Open (NO), Terminal no 20 dan 18 (RL 4) merupakan Kontak Normally Open (NO), Terminal no 3 dan 1 (RL 5) merupakan Kontak Normally Open (NO), Terminal no 7 dan 5 (RL 6) merupakan Kontak Normally Open (NO), Terminal no 9 dan 11 (RL 7) merupakan Kontak Normally Open (NO), Terminal no 13 dan 15 (RL 8) merupakan Kontak Normally Open (NO).Untuk penampakan secara visual terminal-terminal tersebut dapat dilihat pada bagian belakang:

Seumpama kita memakai PT dengan rasio 150.000/3:100/3, jadi untuk fasa-fasanya mempunyai nilai 100V dan untuk fase netralnya 57,8V.Perlu diingat tegangan potential transformator (PT) adalah tegangan AC.Selanjutnya buka buku wiring panel yang akan kita pasang UFR dan kita hubungkan terminal PT pada panel ke UFR. Hubungkan juga Suplai 110VDC dari panel ke UFR. Hubungkan juga positip dan negatip control tripping circuit breaker (CB) penyulang/feeder ke kontak NO pada UFR; RL 3 untuk tap 1, RL 4 untuk tap 2, RL 5 untuk tap 3, ...dst. Perlu diingat kita harus benar-benar pastikan untuk positip dan negatip trip CB harus dari CB itu sendiri karena kadang ada tiap control tripping CB mempunyai catu daya DC yang berbeda-beda. Sebagi contoh: kita mempunyai dua suplai catu daya DC, unit 1 dan unit 2. dan kita mempunyai 2 cubickle CB 20kv, untuk cubiclenya kita berinama bajingan A danbajingan B. Suplai catu daya bajingan A diperoleh dari unit 1 dan catu daya bajingan B dari unit 2. Jika negatip control tripping CB bajingan A kita hubungkan dengan positip unit 2 maka tripping coil CB bajingan A tidak akan bekerja, begitu juga sebaliknya. Biasanya pada penyulang 20kV untuk pengambilan suplai catu daya sama. jadi bisa langsung dirangkai seperti gambar dibawah ini:

Untuk kasus berbeda sumber catu daya DC kita memerlukan kontaktor bantu. dan bisa dirangkai seperti contoh dibawah ini:

BAB III

KESIMPULAN3.1Kesimpulan

Dari penjelasan makalah proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah dapat disimpulkan, yaitu :

1. Rele frekuensi rendah itu merupakan relay yang bekerja ketika terjadi penurunan frekuensi atau telah mencapai nilai frekuensi yang disetting.

2. Rele frekuensi rendah berfungsi untuk menjaga kestabilan frekuensi dengan caradigunakan sebagai pelepas beban secara otomatis yang disebabkan terjadinya beban lebih.

3. Untuk mengatur frekuensi dalam sistem tenaga listrik dapat diatur dari 2 sisi yaitu sisi generator ( Pengaturan daya aktif ) dan sisi beban ( Pelepasan Beban / Load Shedding )

3.2Saran

Saran dari makalah proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah, antara lain :1. Diharapkan adanya penyempurnaan lebih mengenai makalah proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah.

2. Diharapkan adanya pengembangan lebih lanjut mengenai proteksi sistem tenaga : rele frekuensi rendah.

DAFTAR PUSTAKASources :

http://dunialistrik.fr.yuku.com/topic/782/RelaiFrekuensi#.VCo_0_mSwZE, ( diakses pada tanggal 30 September 2014 ) http://sakarepenyong.blogspot.com/2012/02/pemasangan-ufr-underfrekuensi relay.html, ( diakses pada tanggal 30 September 2014 ) http://scadaitb.wordpress.com/2009/11/19/pengaturan-frekuensi-pd-sistem- tenaga-listrik/, ( diakses pada tanggal 30 September 2014 ) file PDF KOORDINASI PROTEKSI PEMBANGKIT DENGAN GRID PT.PLN, UDIKLAT SEMARANG