Session 10Protection and Control System

SISTEM PROTEKSI

1. Pendahuluan2. Komponen Proteksi Pusat Listrik3. Komponen Pusat Listrik yang

Memerlukan Proteksi4. Karakteristik Sistem Proteksi

1. PENDAHULUANPusat Listrik merupakan komponen vital dalamkehidupan yang modern ini, dimana energi listrikmenyuplai berbagai kebutuhan yang diperlukanmanusia.

Diperlukan kehandalan dari sebuah pusat listrikagar berbagai macam kegiatan dapatterlaksana.

Gangguan yang dapat mengganggu pusat listrikantara lain : petir, short circuit, arus berlebih, perilaku manusia, perilaku hewan, arus urutannegatif, arus urutan positif, dsb.

1. PENDAHULUAN

Tujuan : melepaskan atau memisahkan peralatanyang terganggu dari sistem keseluruhannya gunamemperkecil kerusakan yaang dapat terjadi dansebanyak mungkin mempertahankan kontinuitaspenyediaan tenaga listrik.

2. KOMPONEN PROTEKSI PUSAT LISTRIK

Komponen Utama :• Relai• Pengaman lebur (Fuse)• Circuit breaker• Pembumian (Grounding)• Pelindung komponen• Penangkal petir (Lightning Arrester)

Komponen Pendukung :• Pendinginan• Baterai aki

Relai

• Relai adalah saklar otomatis yang dikontrol olehsinyal listrik untuk menggerakkan posisi on atauoff.

• Relai terdiri 2 macam berdasarkan input listrik, yaitu relai a.c. dan d.c.

• Relai dibedakan menjadi 7 macam berdasarkankonstruksi, yaitu : relai tenaga udara, relai tenagaminyak banyak, relai tenaga minyak sedikit, telaitenaga gas SF6, relai tenaga vakum, relai tenagamedan magnet, dan relai tenaga udara tekan.

Relai

Circuit Breaker• Pada saat saklar tegangan (tinggi)

membuka biasanya akan terjadibusur listrik

• Busur listrik menyebabkan saklarteroksidasi sehingga kinerjanyadapat menurun

• Dalam rangkaian dengantegangan di atas 1.5 kV Saklardibedakan menjadi– PMT (pemutus tenaga)/CB (circuit

breaker)– PMB (pemutus beban)/LBS (load

break switch)– PMS (pemisah)/DS (disconnecting

switch)

Circuit Breaker

Circuit Breaker– CB udara– CB minyak banyak (bulk oil CB)– CB minyak sedikit (low oil content CB)– CB gas SF6

– CB vakum– CB medan magnet (magnetic CB)– CB udara tekan (air blast CB)

Air blast

VacumSF6

Circuit Breaker

Pengaman Lebur

• Komponen ini memanfaatkan kawatyang memiliki kemampuan untukmenghantarkan arus sesuaikapasitasnya.

• Jika arus yang dihantarkan melebihikemampuannya, maka kawat tersebutakan putus.

• Komponen yang mempengaruhi haltersebut adalah : material bahan dantebal tipisnya kawat.

Pengaman Lebur

1,71090Tembaga

2,8665Alumunium

6,0419Seng

11,2240Timah

1,6980Perak

Resistansi Spesifik(mikroOhm/cm)

Titik Lebur (0C)logam

Sifat beberapa logam untuk pengaman lebur

Penangkal Petir

• Hal ini sangat penting bagi sistempembangkit, baik pada pusat pembangkit, transmisi, dan distribusi listrik untuk masalahpetir.

• Petir merupakan kilatan listrik yang high voltage, jika tidak dicegah dapat merusakkomponen listrik.

Penangkal Petir• Penangkal Petir (lighting arrester)

– Komponen-komponen pembangkit listrik yang terletak di luar, rentan akan sambaran petir

– Penangkal petir harus diletak sedekat mungkin dengan unit yang akan dilindungi

– Penangkal petir akan bekerja pada tegangan tertentu di atastegangan operasi unit yang dilindungi

– Tingkat isolasi penangkal petir harus berada dibawah tingkatisolasi unit yang dilindungi

Pembumian• Pembumian menggunakan media tanah,

sehingga disebut juga pentanahan.

• Tanah yang digunakan proses pembumianmemiliki karakteristik nilai hambatan yang rendahsehingga sinyal listrik akan memilih hambatanyang rendah.

• Pembumian dilakukan agar arus bocor padakerangka komponen pusat listrik menjadi minimal.

• Pembumian dilakukan untuk meminimalisasi efeksambaran petir.

Pembumian

Pembumian harus dihubungkan pada komponenpembangkitan listrik berikut :

• Komponen yang mempunyai dasar logam.• Bagian pembuangan muatan listrik dari

penangkal petir.• Kawat petir yang ada pada bagian saluran

transmisi dan tiang transmisi.• Titik netral dari generator atau transformator.

Pembumian

• Titik pembumian dapat dibedakan menjadi 3 jenisBatang besi (single and double rod)Pelat tembagaAnyaman tembagaKetiga hal tersebut ditanam di dalam tanah.

Pembumian

• Pentanahan• Pembumian (earthing) = pentanahan (grounding),

pembumian menekankan perlunya bagian instalasitersebut memiliki potensial yang sama dengan bumi

• Bagian yang umum ditanahkan– Logam-logam yang menjadi rangka saluran listrik (berisolasi)

• Badan generator, transformator, rangka kabel, dan rel– Pembuangan muatan listrik

• Penangkal petir (lighting arrester)– Titik-titik netral pada unit pembangkitan

• Titik netral generator dan transformator

Pelindung Komponen

• Pelindung komponen diperlukan untukmenghindari terjadinya kerusakan akibatfaktor eksternal, yaitu :Mahluk hidup (tikus, kucing, dll)Lingkungan (hujan, kelembaban, dll)

• Komponen yang memerlukan pelindung :KabelTransformatordll

Pendinginan

• Tujuan proses pendinginan agar tidak terjadiover-heating pada stator kumparan atau bantalangenerator, yang dapat menyebabkanterkelupasnya pelindung antar lilitan sehinggadapat terjadi short circuit.

• Proses pendinginan diperlukan untuk menaikkannilai efisiensi dari komponen listrik, yaitugenerator dan transformator.

• Proses pendinginan dapat berupa sirkulasi fluida.• Proses pendinginan juga diperlukan di dalam

ruangan kontrol. Hal ini bertujuan menjaga suhuudara agar sistem kontrol dapat bekerja denganbaik.

Baterai Aki• Baterai aki diperlukan sebagai sumber

listrik untuk berbagai komponen sepertirelai, motor circuit breaker, pompa cooling oil emergency, penerangan emergency, peralatan komunikasi dan peralataninstumentasi.

• Diperlukan perawatan dan pengecekankondisi baterai ini untuk mengetahuibesarnya tegangan pada aki agar sesuaidengan spesifikasi yang dibutuhkan.

Contoh kegagalan sistemproteksi

• Contoh kegagalan sistem proteksi– relai rusak– Transformator arus sudah jenuh– Gangguan pada pengawatan sekunder– Baterai lemah/rusak– Mekanisme CB macet/ rusak

3. KOMPONEN PUSAT LISTRIK YANG MEMERLUKAN SISTEM PROTEKSI

• Generator• Mesin Penggerak Generator• Transformator• Motor• Rel/Busbar

Generator• Generator yang umum digunakan adalah generator sinkron 3 fasa• Tegangan generator maksimum saat ini adalah 23 kV• Pasokan listrik dari generator sampai rel harus rapi dan bersih agar

tidak menimbulkan gangguan

Generator

• Relai arus lebih• Relai diferensial• Relai gangguan hubung

tanah• Relai rotor hubung tanah• Relai penguatan hilang• Relai tegangan lebih• Relai arus urutan negatif• Relai suhu• Relai flux berlebih

UntukUntuk generator, generator, umumnyaumumnyatrip trip akanakan terjaditerjadi jikajika relairelaimenerimamenerima inputinput--input input berikutberikut

SuhuSuhu yang yang tinggitinggi; bearing, air ; bearing, air pendinginpendingin, , minyakminyak pelumaspelumas, , generatorgenerator

TeganganTegangan; over voltage/ ; over voltage/ under voltageunder voltage

ArusArus; over current; over current

Mesin Penggerak Generator

• Relai suhu bantalan• Relai suhu air pendingin• Relai tekanan minyak pelumas

Transformator• Trafo penaik tegangan

generator– Dalam hal proteksi, umumnya

dianggap satu kesatuan dengangenerator

• Trafo unit pembangkit– Pembangkit (daya>10 MW)

umumnya memasok untukpemakaian unit pembangkit itusendiri; motor pendingin, pelumasdan lainnya

• Trafo pemakaian sendiri– Memasok instalasi penerangan,

baterai, mesin-mesin bengkel danlainnya

• Relai arus lebih di sisi primer dan sekunder• Relai hubung tanah• Relai diferensial• Relai hubung tanah terbatas• Relai bucholz• Relai suhu• Relai tekanan mendadak• Relai tangki tanah• Relai arus urutan negatif

Transformator

Transformator• Transformator

– Trafo dengan tegangan >60kV, titik netralnya ditanahkan secaralangsung (menghemat biaya isolasi)

– Trafo dengan tegangan <60kV, titik netralnya ditanahkanmelalui impedansi (menghasilkan arus gangguan hubungantanah yang mampu menggerakan relai hubungan tanah)

– Trafo untuk daya 70kW-1MW, perlu diamati kualitas minyak danisolasi bushing

– Minyak; sebagai pendingin dan isolasi, jika buruk trafo cepatpanas, berkarat (timbul kandungan air), dan isolasi berkurang

– Bushing; jika bushing nilai isolasinya berkurang hubungansingkat antara fasa ke tangki yang dapat meyebabkan trafomeledak

Motor

• Motor listrik umumnya diproteksi terhadappembebanan lebih, hubungan singkat dantegangan rendah– Relai arus lebih dan sekering lebur– Relai stall– Relai tegangan rendah/hilang– Relai arus urutan negatif

Rel• Busbar merupakan komponen penting dalam unit

distribusi• Susunan rel

– Rel Tunggal– Rel ganda dengan 1 CB– Rel ganda dengan 2 CB– Rel dengan 1 1/2 CB

• Perlindungan pada rel– Pemasangan penangkal petir– Pentanahan– Pemagaran di sekitar rel– Relai proteksi busbar (relai

diferensial)

Rel

4. KARAKTERISTIK SISTEM PROTEKSI

Karakteristik sistem proteksi meliputi :1. Selektivitas2. Sensitivitas3. Reliabilitas4. Daya tanggap5. Kompatibilitas

SISTEM KONTROL

1. 1. PendahuluanPendahuluan2. 2. KlasifikasiKlasifikasi SistemSistem KontrolKontrol3. Parameter 3. Parameter KontrolKontrol4. 4. KomponenKomponen SistemSistem KontrolKontrol

1. PENDAHULUAN• Sistem kontrol adalah sistem yang mencakup

penyajian data dan informasi yang terdapatdalam pusat listrik, sehingga dari data tersebut dapat diproses dan dilakukanpengontrolan untuk mendapatkan danmenyediakan energi listrik.

• Suatu sistem kontrol harus mampumenjalankan suatu urutan (sequencing) kerjadengan baik dan benar, tujuannya adalahuntuk menghindarkan manusia dan alat darioperasi yang berbahaya dan merugikan (i.e. start/stop).

Istilah Dalam Sistem Kontrol– Data acquisition

• Pengumpulan dan penyajian data– Threshold values

• Pemberian peringatan atas batas maksimum suatu besaran– Fault recording

• Merekam kejadian abnormal dan memberikan analisanya– Predictive maintenance

• Mencatat besaran yang berkaitan dengan pemeliharaan(getaran, suhu bantalan) dan memberikan langkahpemeliharaan

– Program interupsi• Selektif memilih data yang urgent untuk ditampilkan

– Program automatic control• Mengatur otomatisasi besaran, tekanan udara misalnya

1. PENDAHULUAN1. PENDAHULUAN

Prinsip Sistem KontrolUmpanbalik

Kontrol

+/-SPPV MV

error

MV = Measure Variable

SP = Set Point

PV = Process Variable

Error = SP-PV

2. KLASIFIKASI SISTEM KONTROL

Berdasarkan otomatisasi :• Sistem Kontrol Otomatis• Sistem Kontrol Manual

Berdasarkan area yang dikontrol :

• Sistem Kontrol Lokal• Sistem Kontrol Jarak Jauh

2. KLASIFIKASI SISTEM KONTROL

Berdasarkan proses kontrol :• Proporsional• Proporsional Integrator (PI)• Proporsional Diferensial (PD)• Proporsional Integrator Diferensial (PID)

Berdasarkan teknologi• PLC• DCS• SCADA

PLC

• PLC = Programmable Logic Controller• Berbasis kontrol sinyal digital dengan logika 1 dan 0• Belum tersedia aplikasi alarm dan signal conditioning• Kurang fleksibel.• Tidak mempunyai database

DCS & SCADA• DCS = Distributed Control System• SCADA = Supervisory Control and Data

Acquisition• Menggunakan proses PID• Aplikasi : alarm, diagnostics, fail safe• Lebih fleksibel penggunaanya, dan friendly.• Mempunyai database

3. PARAMETER KONTROL

• GeneratorTegangan, arus, daya aktif, daya reaktif, frekuensi, faktor daya, suhu kumparan stator, dan suhu bantalan.

• TransformatorTegangan, arus, daya aktif, daya reaktif, suhuminyak, dan kadar air dalam minyak.

• Mesin Penggerak GeneratorTekanan, suhu, vibrasi, dll

3. PARAMETER KONTROL

• Sistem Airph, konduktifitas, sulfur, silica, TDS.

• BoilerTekanan, temperatur, flow.

• TurbinRPM, flow, tekanan.

Kontrol Tegangan

Kontrol Tegangan

Kontrol Frekuensi• Pengaturan kopel mekanis dilakukan dengan cara

– Mengatur pemberian uap penggerak turbin (PLTU)– Mengatur pemberian air penggerak turbin (PLTA)– Mengatur pemberian bahan bakar dalam ruang bakar turbin

(PLTG)– Mengatur pemberian bahan bakar oleh pompa injeksi bahan

bakar ke silinder mesin diesel (PLTD)

4. KOMPONEN SISTEM KONTROL

• Aktuator• Interface• Transducer• Mikrokontroler• Komputer

Aktuator

Aktuator merupakan komponen penggerak darisistem kontrol, antara lain :

• Sistem Hidrolik = Medium cairan• Sistem Pneumatik = Medium udara bertekanan• Sistem Motor = Listrik

Interface

Interfacing merupakan sistem komunikasiyang menghubungkan 2 hardware.

Jenis interfacing antara lain :• Wiring : PPi 8255, RS 232, RS 485,

TCP/IP• Wireless : Bluetooth, WiFi, ZigBee, sinyal

satelit, GPRS, GSM

Transducer

• Transducer merupakan sensor yang mengubah suatu besaran fisik yang ingindiukur menjadi besaran listrik.

• Didalam sebuah transducer terdapatsensor konvensional dan sebuahpengkondisi sinyal.

Mikrokontroler

• Mikrokontroler merupakan perangkat yang digunakan untuk mensampling data analog menjadi data digital kemudian diolah dandikirim melalui interface menuju komputerpada pusat kendali.

• Bagian mikroprosesor/mikrokontrolerADC, DAC, SRAM, memory flash, I/O, CPU, EEPROM

Komputer

• Data Logger• Printer• Plotter• Layar• Keyboard

Bagan Sederhana Sistem Kontrol

A/D A/D A/D

T T T

ID

A?D A/D

T T

PC

Keyboard

Besaran Fisik dari Instalasi Energi

AKTUATOR

Plotter

Printer

Data Logger

Layar

Interfacing