DISTRIBUTED GENERATION (DG) PROTECTION OVERVIEW REVISIRevisi Tugas Ini Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Mata KuliahDistribusi Tegangan Menengah Semester VI

Disusun Oleh :Adhar Dzikrillah(131369001)Febby Candra Alim(131369003)Iqbal Maulana(131369005)Muhammad Misbahul R.(131369007)Shalikhul Hadi Lubis(131369009)

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK OTOMASI INDUSTRIJURUSAN ELEKTROPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2015DISTRIBUTED GENERATION (DG) PROTECTION OVERVIEWPengertianDistributed Generation (DG) didefinisikan dari kumpulan dari pembangkit listrik skala kecil yang berhubungan langsung dengan saluran distribusi atau langsung ke pengguna (beban). Tetapi, kebanyakan pengguna menggunakan daya langsung dari DG. Apabila terjadi kelebihan daya, maka daya akan dikirim ke saluran distribusi dan apabila pelanggan membutuhkan lebih banyak daya maka akan di suplai dari saluran distribusi. DG menjadi pilihan karena biaya yang di perlukan kecil dan inovasi teknologi yang bagus serta ramah lingkungan.Perkembangan sistem energi terbarukan membawa DG kedalam peralatan sistem hybrid yang di dibangun sebagai microgrid seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Sistem hybrid merupakan sistem pembangkit yang terdiri dari 2 atau lebih sistem pembangkit listrik dengan sumber yang berbeda.

Gambar 1.Konsep microgrid adalah menyatukan beban dan sumber pembangkit mikro yang beroperasi sebagai sistem tunggal. Sebagian besar sumber pembangkit mikro menggunakan inverter untuk memberikan fleksibilitas yang dibutuhkan dan juga memastikan sistem tunggal berjalan lancar. Microgrid cocok untuk mengintegrasikan sumber terbarukan atau pembangkit skala kecil dengan jaringan listrik (saluran distribusi).DG yang besar memiliki kapasitas besar dan yang terhubung ke saluran transmisi harus membutuhkan kajian yang detail tentang proteksi dan lain sebagainya. Untuk sistem yang memiliki kapasitas kecil (5MW atau lebih kecil) biasanya terhubung ke sistem transmisi dan distribusi dan juga harus diintegrasikan ke dalam sistem proteksi juga. Tipe ProteksiStandar IEEE 1547 hanya menekankan standar proteksi yang penting saja. Dan saat ini akan dikembangkan standar baru yang mengarah ke persyaratan yang lebih rinci untuk pengintegrasian DG dengan sistem distribusi. Standar yang dibutuhkan saat ini adalah sebagai berikut: Tidak menyebabkan tegangan lebih atau hilangnya koordinasi antar peralatan relay. Peralatan harus benar-benar terputus ketika tidak lagi beroperasi secara paralel. Tidak energize ke peralatan ketika peralatan dalam keadaan de-energize. Menggunakan relay peralatan kualitas 1. Tidak menyebabkan harmonisa. Tidak menyebabkan hilangya sinkronisasi.InterkoneksiProteksi DG dibentuk dari Point of Common Coupling (PCC) dan interkoneksi transformator. Tujuan dari perlindungan interkoneksi adalah untuk melindungi jaringan listrik/saluran transmisi/distibusi dari unit DG pada grid-side saat paralel operasi DG dan jaringan listrik. Proteksi dapat dipasang pada sisi primer dari interkoneksi transformator Gambar 2 atau pada di sisi sekunder seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 2.Gambar 3.Persyaratan proteksi interkoneksi meliputi:1. Generator atau unit DG harus cepat terputus ketika mendeteksi kondisi islanding (tidak lagi beroperasi secara paralel dengan peralatan).2. Dapat melindungi peraalatan DG dari kerusakan yang disebabkan oleh (kegagalan arus, stransient tegangan lebih, dll) dan juga dari peralatan (reclosing otomatis, dll).GeneratorProteksi generator dipasang di sisi dari PCC (Point of Common Coupling) generator dan Proteksi DG. Hal ini dimaksdukan untuk mencegah dari gangguan internal dan kondisi operasi yang tidak normal. Setiap generator memiliki perlindungan sendiri untuk melindungi peralatan dan biasanya diposisikan di terminal generator yang ditunjukkan pada Gambar 4. Proteksi ini difokuskan untuk mendeteksi generator ketika terjadi short circuit dan kondisi operasi tidak normal (rugi medan, membalikkan daya, beban lebih dan arus tidak seimbang).

Gambar 4.Utility Required ProtectionBanyaknya utilitas akan mempengaruhi penginstalan DG agar sesuai dengan kondisi di daerah tertentu. Persyaratan utilitas dalam bidang berikut : Konfigurasi lilitan transformator interkoneksi Persyaratan untuk relay interkoneksi utilitas-grade Persyaratan CT dan VT Persyaratan perlindungan fungsional Pengaturan dari beberapa fungsi interkoneksi Kecepatan saat beroperasiFactors Influencing DG ProtectionSumber energi yang berbeda dapat digunakan, tetapi skema interfacing yang digunakan oleh DG memiliki dampak yang besar pada perlindungan di sistem distribusi. Sebuah skema berdasarkan motor dengan kopling langsung seperti generator sinkron atau induksi, berbeda dengan sistem DG yang terhubung menggunakan konverter elektronik. Jenis transformator interkoneksi pun juga akan memiliki pengaruh besar pada skema perlindungan.Tipe dari DGPembangkit dibagi menjadi pembangkit tradisional (lama) dan modern (baru). Pembangkit lama seperti pada mesin pembakaran dan selanjutnya dibagi menjadi: Turbin Kecepatan Rendah Kecepatan, Mesin Diesel (Genset) dan Mikro Turbin (MT). Pembangkit modern dibagi menjadi: Peralatan Elektrokimia (seperti fuel cell), Perangkat penyimpan (baterai, roda gaya, dll), dan Perangkat Terbarukan (Photovoltaic, angin, air kecil). Pengaruh dari Power ElectronicsInverter mampu mengkonversi energi dari berbagai sumber frekuensi seperti frekuensi variable (Angin), frekuensi tinggi (turbin), dan energi langsung (PV & bahan bakar sel). Inverter diklasifikasikan menjadi dua jenis: line-commutated (thyristor based) dan inverter self-commutated (berbasis IGBT atau MOSFET). Mayoritas inverter menggunakan tipe self-commutated dan diklasifikasikan sebagai Inverter Tegangan dan Inverter Arus. Kemampuan kontrol power electronic memungkinkan inverter yang akan digunakan untuk memasok daya reaktif serta mengkontrol dan mengurangi masalah kualitas daya seperti deviasi tegangan, total distorsi harmonik (THD) dan flickering.Tranformator InterkoneksiAda 5 koneksi transformator yang banyak digunakan untuk menghubungkan sebuah DG ke sistem utilitas. Pilihan koneksi akan mempengaruhi besarnya tegangan lebih. Berikut kesalahan fasa tunggal dan juga besarnya kesalahan saat disuplai dari gardu.

Gambar 5.

Gambar 6.Protection Issues with DGKebanyakan sistem utilitas menggunakan sistem feeder radial tradisional untuk pengiriman daya ke beban pelanggan dan pada skema perlindungan hanya mempertimbangkan aliran listrik satu arah. Penambahan DG perubahan aliran energi yang sekarang dapat mengalir di kedua arah melalui perangkat sistem perlindungan. Isu-isu perlindungan berikut harusdipertimbangkan ketika DG terhubung dengan utilitas : Short Circuit Daya, Islanding, Relay Impedance, Membalikkan Daya Arus, Auto Recloser, Ferro-resonansi, Grounding dan Keselamatan.Short Circuit CurrentKoordinasi relay yang baik, re-closer, sekering dan perangkat arus lebih lainnya harus didasarkan pada saat terjadi kegagalan. Saat terjadi kegagalan tergantung pada koneksi transformator dari DR. DG di-feed yang terhubung melalui power electronic tidak menghasilkan kontribusi luar biasa saat terjadi arus pendek di jaringan dan dapat diabaikan dalam aspek perlindungan. Strategi perlindungan harus dapat membedakan antara kesalahan yang terjadi di dekat PCC. Setiap kesalahan pada sisi utilitas dan dalam sistem DG serta proteksi perlu diidentifikasi dengan dengan benar. Jika sumber DR (atau gabungan sumber DR) yang kuat dibandingkan dengan utilitas sumber gardu, mungkin memiliki dampak yang signifikan terhadap arus gangguan yang datang dari gardu utilitas. Hal ini dapat menyebabkan kegagalan saat pengiriman atau masalah koordinasi. Perlindungan tidak akan berfungsi untuk mendeteksi kesalahan saat ini jika: Kesalahan fasa-ground dan interkoneksi DG tidak terhubung dengan sumber arus ground DG adalah fase tunggal, terhubung ke fasa yang salah Pemadaman sumber utilitas tinggi dan saat sumber DG jatuh ke nilai rendahIslandingIslanding adalah kondisi ketika DG tidak lagi beroperasi secara paralel dengan sistem utilitas dan dapat terjadi ketika pada kondisi berikut: Kesalahan yang terdeteksi oleh utilitas, dan recloser membuka tapi tidak terdeteksi oleh perangkat perlindungan DG Pembukaan pasokan utilitas yang normal terkadang menjadi kegagalan peralatan Switching utility dari sistem distribusi dan beban Human errorIslanding Detecting TechniquesBanyak penelitian dan studi pada daerah deteksi islanding. Bagian berikut membahas beberapa teknik saat digunakan untuk islanding deteksi. Communication Based Schemes Passive Detection (memantau parameter tegangan dan frekuensi) Active Detection (memantau respon setelah terjadi hubung singkat) Non-Detection ZonesReduced Reach of Impedance Relays Reverse Power Flow (memanfaatkan peralatan relay arus lebih) Voltage Profile (mengubah beban pada trafo yang tidak memungkinkan tegangan dibalikan) Auto Re-closer Ferro-resonance Grounding (menghubungkan melalui transformator delta-wye grounding) SafetyKesalahan Penambahan DG Sebuah pendekatan sistem yang luas untuk perlindungan diperlukan, ketika mengevaluasi dampak / masalah yang berkaitan dengan koneksi DG. Untuk kesalahan pada respon grid yang diinginkan mirip dengan sistem UPS. Penambahan DG memiliki dampak pada sistem proteksi. Berikut adalah kesalahan penambahan DG : Sistem utilitas dirancang untuk radial - satu arah aliran arus dan kesalahan pendeteksian Kehilangan referensi tanah pada sistem distribusi normal ground wye Relay yang dipasang pada sistem radial mungkin kurang pendeteksian yang cepat, sehingaa kesalahan koordinasi terbalik dan sensitivitas memadai untuk mendeteksi beberapa kesalahan terbalik Keselamatan yang dapat dikompromikan Skema Auto-reclosing harus atur ulang Pengaruh kegagalan breaker Masalah Ferro-resonansi Peneltian dan studi tentang perancangan DG Impact Studies Loss of Coordination Study Sensitivity Study Nuisance Fuse Blowing Study Bi-directionality Study Over-Voltages Study Islanding Mode StudyProtection ObjectiveStrategi perlindungan integrasi DG adalah untuk mencapai biaya serendah mungkin dengan dampak minimal yang terjadi pada sistem . Salah satu alat untuk dipertimbangkan adalah penggunaan relay digital multifungsi yang menggabungkan banyak relay fungsi dalam satu paket estafet tunggal. Tabel berikut menguraikan tujuan spesifik interkoneksi sistem perlindungan dan kebutuhan fungsional relay untuk mencapai masing-masing tujuan. (* = Rate of Change)

Unintentional Islanding DetectionUnintentional Islanding pada DG dapat menyebabkan bahaya bagi pekerja dan peralatan. Ketika operasi terputus, DG harus dipisahkan dari sistem peralatan dengan cepat supaya gardu dapat reclose. Ketika operasi paralel putus, sebagian besar keadaan tegangan dan frekuensi akan cepat bergerak di luar operasi normal ketika operasi paralel hilang.Fault Back-Feed DetectionGenerator sinkron memiliki ketahanan arus yang sangat kecil karena biasanya overload setelah peralatan bagian pemutus trips. Demikian pula dengan generator induksi hanya mampu menahan arus gangguan untuk waktu singkat. Jika DG memiliki kapasitas yang lebih besar, relay proteksi digunakan untuk menyediakan fault back-feed. Voltage Trafo yang men supply relay ini memiliki belitan primer yang terhubung ke ground.Damaging Condition DetectionKondisi arus tidak seimbang yang disebabkan oleh konduktor terbuka atau pembalikan fasa di saluaran supply utilitas dapat berpengaruh pada generator DG. Untuk mencegah kemungkinan kerusakan pembangkit dari urutan arus negatif, maka dipasang negative sequence over-current relay. Untuk memberikan perlindungan dari pembalikan fasa digunakan potentially caused during restoration. Untuk generator sinkron disarankan untuk memasukan rugi sinkronisasi untuk melindungi rusaknya poros.RestorationSetelah koneksi DG ke grid terputus, sambungan dapat dikembalikan ke operasi paralel. Banyak peralatan menggunakan aplikasi reclose, di mana breakers dan reclosers reenergize saluran proteksi tanpa ada penundaan yang disengaja. Waktu operasi mekanik biasanya mengakibatkan penundaan yang efektif dari sekitar 150 sampai 200 ms dari pembukaan ke reclosing. Banyak sumber daya DG menggunakan inverter elektronik yang memiliki fungsi yang cepat pembatas arus untuk proteksi dari out-of-fase reclosingMulti-Function Digital RelayMemiliki banyak fungsi dan fitur yang sangat cocok digunakan untuk proteksi interkoneksi. Salah satu manfaatnya meliputi: diagnostik, komunikasi, dan pemantauan bentuk gelombang (oscillographic).Simple Protection Scheme

Perangkat proteksi tersebut berfungsi mendeteksi gangguan yang akan memisahkan DG dari peralatan. Sistem itu harus kembali ke keadaan stabil nya (normal) sebelum kembali ke sistem operasi paralel.Advanced Protection Scheme

Fungsi proteksi tambahan digunakan untuk meningkatkan tingkat elemen proteksi sehingga meningkatkan deteksi arus berbahaya ketika beroperasi secara paralel .Ringkasan Generasi baru ini ditambahkan ke sistem sebagai sumber dengan skala kecil yang terletak di lokasi pelanggan, kemudian berikutnya terhubung ke beban pusat. Secara khusus sumber energi terbarukan generator dibangun dari sebuah microgrid. Ketika terhubung ke jaringan utilitas, DG perlu diproteksi tidak hanya dari short circuit tetapi dari gangguan lainnya. Disisi lain, utilitas umumnya berkaitan dengan instalasi pembangkit listrik. Proteksi DG berpengaruh pada jenis generator (sinkron, induksi atau elektronika daya dasar), ukuran dan lokasi, interkoneksi trafo. Beberapa aspek yang menjadi dipertimbangkan meliputi: hilangnya koordinasi antar proteksi, desensitisasi, gangguan pada fuse, relay dua arah dan over-voltage. Microgrid berbasis DG dengan interface elektronika daya memiliki kemampuan islanding. Teknologi Anti-Islanding untuk inverter berbasis DG dikembangkan dengan baik dan akan memberikan proteksi yang memadai. Hambatan dari integrasi DG dengan skema anti-islanding adalah pada penerimaan DG ke jaringan utilitas. Skema proteksi dapat sederhana atau kompleks tergantung dari sistem. Relay digital multi fungsi adalah solusi pilihan yang baik untuk terintegrasi proteksi.