UAS RELE.docx

32
PROTEKSI RELAY Ujian Akhir Semester MAKALAH Disusun Oleh : AHMAD FADHIL HIDAYATULLAH 03121404046 TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA

Transcript of UAS RELE.docx

PROTEKSI RELAYUjian Akhir Semester

MAKALAH

Disusun Oleh :

AHMAD FADHIL HIDAYATULLAH03121404046TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SRIWIJAYA

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha penyayang, saya panjatkan puji syukur atas kehadirat-Nya, yg telah melimpahkan rahmat, sehingga saya dapat menyelesaikan makalah mengenai Proteksi di pembangkit atau Gardu induk serta sistem proteks rele tersebut.Makalah ini dibuat untuk memenuhi syarat Ujian Akhir Semsester mata kuliah Transmisi Arus Searah. Dalam makalah ini membahas mengenai proteksi di Gardu induk serta sistem proteks relenya. Makalah ini dususun berdasarkan berbagai sumber informasi dan referensi. Akhirnya, saya mengharapkan semoga makalah ini dapat memberikan sumbangsih positif bagi kita semua serta wawasan yang lebih luas. Terima kasih.

Palembang, 12 Mei 2015

Ahmad Fadhil H

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangProteksi suatu sistem di Gardu Induk sangat penting. Karena prinsip dalam transmisi tenaga listrik yang baik salah satunya adalah aman selain andal dan ekonomis. Gardu induk merupakan suatu sistem Instalasi listrik yang terdiri dari beberapa perlengkapan peralatan listrik dan menjadi penghubung listrik dari jaringan transmisi ke jaringan distribusi perimer.Pada gardu ini harus memiliki sistem proteksi yang memenuhi standard aman bagi manusia. Sistem proeksi yang digunakan harus benar- benar dapat mencegah bahaya ketika pada saat gangguan terjadi. Bukan hanya itu, dalam bidang ekonomis peralatan peralatan tersebut sangatlah mahal sehingga kita dapat meminimalisir bahaya bila terjadinya gangguan. Peralatan-peralatan tersebut diantaranya antara lain seperti transformator, penggubah fasa, arrester dll. Peralatan peralatan tersebut akan diamankan berupa pemutus tenaga, relay proteksi, arrester ,dll yang akan dipaparkan pada makalah ini.

1.2. Rumusan masalah

1. Syarat-syarat sistem proteksi pada gardu induk?2. Apa saja peralatan dan perlengkapan gardu induk serta proteksinya?3. Bagaimana sistem proteksi pada gardu induk tersebut?4. Bagaimana sistem kerja relay proteksi pada generator?

1.3. Tujuan dan Manfaat

1. Mengetahui peralatan-peralatan serta alat proteksi pada gardu induk2. Mengetahui syarat-syarat dan peran alat proteksi tersebut3. Mengetahui bagaimana gangguan-gangguan pada generator

BAB IILandasan teori2.1. Syarat dan Peran pada Sistem Proteksi di Gardu IndukMaksud dan tujuan pemasangan relay proteksi adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian yang masih sehat dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar, dengan cara :

1. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat membahayakan peralatan atau sistem.2. Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi.3. Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya.4. Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang tbaik kepada konsumen.5. Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.

Dalam perencanaan sistem proteksi, maka untuk mendapatkan suatu sistem proteksi yang baik diperlukan persyaratan-persyaratan sebagai berikut :

1. SensitifSuatu relay proteksi bertugas mengamankan suatu alat atau suatu bagian tertentu dari suatu sisitem tenaga listrik, alat atau bagian sisitem yang termasuk dalam jangkauan pengamanannya. Relay proteksi mendeteksi adanya gangguan yang terjadi di daerah pengamanannya dan harus cukup sensitif untuk mendeteksi gangguan tersebut dengan rangsangan minimum dan bila perlu hanya mentripkan pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu, sedangkan bagian sistem yang sehat dalam hal ini tidak boleh terbuka.Relay dikatakan sensitif apabila dapat bekerja dengan masukan dari besaran yang dideteksi kecil. Jadi relay dapat bekerja pada awal kejadian. Hal ini memberikan keuntungan dimana kerusakan peralatan yang diamankan akibat gangguan menjadi kecil.Namun demikian relai harus stabil artinya, relai harus dapat memberikan antara arus gangguan atau arus beban maksimum.

2. SelektifSelektivitas dari relay proteksi adalah suatu kualitas kecermatan pemilihan dalam mengadakan pengamanan. Bagian yang terbuka dari suatu sistem oleh karena terjadinya gangguan harus sekecil mungkin, sehingga daerah yang terputus menjadi lebih kecil. Relay proteksi hanya akan bekerja selama kondisi tidak normal atau gangguan yang terjadi didaerah pengamanannya dan tidak akan bekerja pada kondisi normal atau pada keadaan gangguan yang terjadi diluar daerah pengamanannya.

3. Cepat.Makin cepat relay proteksi bekerja, tidak hanya dapat memperkecil kemungkinan akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan meluasnya akibat yang ditimbulkan oleh gangguan.

4. Handal.Dalam keadaan normal atau sistem yang tidak pernah terganggu relay proteksi tidak bekerja selama berbulan-bulan mungkin bertahun-tahun, tetapi relay proteksi bila diperlukan harus dan pasti dapat bekerja, sebab apabila relay gagal bekerja dapat mengakibatkan kerusakan yang lebih parah pada peralatan yang diamankan atau mengakibatkan bekerjanya relay lain sehingga daerah itu mengalami pemadaman yang lebih luas. Untuk tetap menjaga keandalannya, maka relay proteksi harus dilakukan pengujian secara periodik.

5. Ekonomis.Dalam menentukan relai pengaman yang akan digunakan harus ditinjau tehno ekonomisnya. Misalkan untuk sistem distribusi tegangan menengah yang radial tidak diperlukan relai rumit dan sangat cepat bekerjanya, atau misalnya trafo distribusi yang hanya 1000 kVA menggunakan relai diferensial. Dengan biaya yang sekecilnya-kecilnya diharapkan relay proteksi mempunyai kemampuan pengamanan yang sebesar-besarnya.

6. Sederhana.Perangkat relay proteksi diisyaratkan mempunyai bentuk yang sederhana dan fleksibel. Misalkan pengaman untuk sistem tegangan ekstra tinggi tidak boleh hanya dengan pengaman yang sederhana, misalnya hanya dengan relai arus lebih saja, tetapi harus menggunakan relai jarak dengan intertriping dan ganda.

2.2. Peralatan dan Perlengkapan Gardu IndukGardu induk merupakan suatu sistem Instalasi listrik yang terdiri dari beberapa perlengkapan peralatan listrik dan menjadi penghubung listrik dari jaringan transmisi ke jaringan distribusi primer.Gardu induk dilengkapi komponen utama sebagai fasilitas yang diperlukan sesuai dengan tujuannya serta mempunyai fasilitas untuk operasi dan pemeliharaan.,Secara umum perlatan dan perlengkapan pokok yang ada di Gardu Induk terdiri dari :

2.2.1.Transformator DayaTransformator daya atau tenaga merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik dari tegangan tinggi (500 KV) ke tegangan menengah (200 KV) atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan).2.2.2.Transformator TeganganTrafo tegangan disebut juga potensial transformator adalah trafo yang berfungsi menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan menengah dan tegangan rendah, untuk sumber tegangan alat-alat ukur dan alat-alat proteksi. Fungsi trafo tegangan (potensial transformer) :1. Memperkecil besaran tegangan pada system tenaga listrik menjadi besaran tegangan untuk system pengukuran atau proteksi.2. Mengisolasi rangkaian sekunder tehadap rangkaian primer.3. Memungkinkan standarisasi rating tegangan untuk peralatan sisi sekunder

2.2.3.Transformator ArusTrafo arusdisebut juga current transformer (CT) berfungsi untuk menurunkan arus besar pada tegangan tinggi menjadi arus kecil pada tegangan rendah untuk keperluan pengukuran dan pengaman. Menurut tipe kontruksinya :a. Tipe Cincin (ring/window tipe)b. Tipe Tangki Minyakc. Tipe cor-coran Cast Resin (mounded cast resin tipe)

2.2.4.Transformator BantuTransformator bantu adalahtrafo yang digunakan untukmembantu beroperasinya secarakeseluruhan gardu induk tersebut.Jadi merupakan pasokan utamauntuk alat-alat bantu seperti motormotor3 fasa yang digunakansebagai motor pompa sirkulasiminyak trafo beserta motor-motorkipas pendingin. Yang palingpenting adalah sebagai pasokan sumber tenaga cadangan sepertisumber DC yang merupakansumber utama jika terjadi gangguandan sebagai pasokan tenaga untukproteksi sehingga proteksi tetapbekerja walaupun tidak adapasokan arus AC.

2.2.5.Busbar/ relMerupakan titik pertemuan/hubungan antara trafo-trafo tenaga, Saluran Udara TT, Saluran Kabel TT dan peralatan listrik lainnya untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik/daya listrik.Bahan dari rel terbuat dari bahan tembaga (bar copper atau hollow conductor).Ada beberapa jenis konfigurasi busbar yang digunakanhinggasaat ini.

2.2.6.AressterBerfungsi sebagai alat untuk melindungi isolasi atau mengamankan instalasi (peralatan listrik pada instalasi) dari gangguan tegangan lebih yang diakibatkan oleh sambaran petir atau tegangan transient yang tinggi dari suatu penyambungan atau pemutusan rangkaian, alat ini bersifat sebagai by-pass disekitar isolasi yang membentuk jalan yang mudah dilalui oleh arus kilat sistem pentanahan sehingga akan menimbulkan tegangan lebih yang tinggi dan tidakmerusak isolasi peralatan listrik.

2.2.7.Saklaar Pemisah (PMS)Berfungsi untuk mengisolasikan peralatan listrik dari peralatan lain atau instalasi lain yang bertegangan. PMS ini boleh dibuka atau ditutup hanya pada rangkaian yang tidak berbeban.Oleh karena itu pemisah tidak boleh dihubungkan atau dikeluarkan dari rangkaian listrik dalam keadaan berbeban.Cara pemasangan PMS dibedakan ataspasangan dalam dan pasangan luar. Tenaga penggerak dari PMS adalah secara manual, motor, pneumatic atau angin dan hidrolis.

2.2.8.Pemutus TenagaPemutus tenaga (PMT) adalah peralatan atau saklar untuk menghubungkan atau memutuskan suatu rangkaian/jaringan listrik sesuai dengan ratingnya. PMT memutuskan hubungan daya listrik bila terjadi gangguaan, baik dalam keadaan berbeban maupun tidak berbeban dan proses ini di lakukan dengan cepat.Pada waktu menghubungkan atau memutus beban, akan terjadi tegangan recovery yaitu suatu fenomena tegangan lebih dan busur api, oleh karena itu sakelar pemutus dilengkapi dengan media peredam busur api tersebut, seperti media udara dan gas SF6.

2.2.9.Sakelar PentanahanSakelar ini untuk menghubungkan kawat konduktor dengan tanah / bumi yang berfungsi untuk menghilangkan/mentanahkan tegangan induksi pada konduktor pada saat akan dilakukan perawatan atau pengisolasian suatu sistem. Sakelar Pentanahan ini dibuka dan ditutup hanya apabila sistem dalam keadaan tidak bertegangan (PMS dan PMT sudah membuka).

2.2.10.KompensatorKompensator didalam sistem Penyaluran tenaga Listrik disebut pula alat pengubah fasa yang dipakai untuk mengatur jatuh tegangan pada saluran transmisi atau transformator, dengan mengatur daya reaktif atau dapat pula dipakai untuk menurunkan rugi daya dengan memperbaiki faktor daya. Alat tersebut ada yang berputar dan ada yang stationer, yang berputar adalah kondensator sinkron dan kondensator asinkron, sedangkan yang stationer adalah kondensator statis atau kapasitor shunt dan reaktor shunt.

2.2.11.Rele Proteksi dan Papan AlarmRele proteksi yaitu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu peralatan listrik saat terjadi gangguan, menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat gangguan dan membatasi daerah yang terganggu sekecil mungkin. Kesemua manfaat tersebut akan memberikan pelayanan penyaluran tenaga listrik dengan mutu dan keandalan yang tinggi. Sedangkan papan alarm atau announciator adalah sederetan nama-nama jenis gangguan yang dilengkapi dengan lampu dan suara sirine pada saat terjadi gangguan, sehingga memudahkan petugas untuk mengetahui rele proteksi yang bekerja dan jenis gangguan yang terjadi.

2.2.12.BateraiSumber tenaga untuk sistem kontrol dan proteksi selalu mempunyai keandalan dan stabilitas yang tinggi, maka batere dipakai sebagai sumber tenaga kontrol dan proteksi pada gardu induk. Peranan dari batery sangat penting karena pada saat gangguan terjadi, batery sebagai sumber tenaga untuk menggerakkan alat-alat kontrol dan proteksi.

Sistem proteksi adalah suatu sistem pengaman pada peralatan listrik yang terdapat pad gardu induk yang diakibatkan oleh gangguan alam, gangguan teknis, kesalahan operasi, dan penyebab lainya sedangkan peralatan khusus untuk memproteksi dari gardu induk akan dipaparkan sebagai berikut:

2.3.1.Pemutus Tenaga (PMT)

Pemutus tenaga (PMT) adalah suatu alat otomatis yang mampumemutus/menutup rangkaian pada semua kondisi yaitu kondisi gangguan maupun kondisi normal, atau dapat juga sebagai alat yang dibutuhkan untuk mengontrol jaringan tenaga listrik dengan membuka circuit dengan menutup circuit (sebagai sakelar) dengan membawa beban secara pengawasan manual atau otomatis, sedangkan jika dalam keadaan gangguan atau keadaan tidak normal PMT dapat membuka dengan bantuan rele yang mendeteksi, sehingga gangguan dapat dipisahkan.Selama beroperasi pada keadaan normal PMT dapat dibuka dan ditutup tanpa menimbulkan akibat yang merugikan. Dalam keadaan gangguan atau keadaan yang tidak normal relay akan mendeteksi dan menutup rangkaiantripping dari PMT maka akan menggerakkan mekanisme penggerak untuk membuka kontak-kontak PMT.

Berikut ini adalah syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu peralatan untuk menjadi pemutus daya : Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara kontinu. Mampu memutuskan atau menutup jaringan dalam keadaan berbeban ataupun dalam. Keadaan hubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus daya itu sendiri. Mampu memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi.

2.3.2.Relay ProteksiRelay adalah suatu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengatur / memasukan suatu rangkaian listrik (rangkaian trip atau alarm) akibat adanya perubahan lain. Secara garis besar bagian dari relay proteksi terdiri dari tiga bagian utama. Masing-masing elemen/bagian mempunyai fungsi sebagai berikut : Elemen pengindera.Elemen ini berfungsi untuk merasakan besaran-besaran listrik, seperti arus, tegangan, frekuensi, dan sebagainya tergantung relay yang dipergunakan.Pada bagian ini besaran yang masuk akan dirasakan keadaannya, apakah keadaan yang diproteksi itu mendapatkan gangguan atau dalam keadaan normal, untuk selanjutnya besaran tersebut dikirimkan ke elemen pembanding. Elemen pembanding.Elemen ini berfungsi menerima besaran setelah terlebih dahulu besaran itu diterima oleh elemen oleh elemen pengindera untuk membandingkan besaran listrik pada saat keadaan normal dengan besaran arus kerja relay. Elemen pengukur/penentu.Elemen ini berfungsi untuk mengadakan perubahan secara cepet pada besaran ukurnya dan akan segera memberikan isyarat untuk membuka PMT atau memberikan sinyal.Maksud dan tujuan pemasangan relay proteksi adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian yang masih sehat dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar, dengan cara :Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat membahayakan peralatan atau sistem dan juga manusia.Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi.

2.3.3.Relay Proteksi BusbarSebagai proteksi utama Busbar adalah RELE Differensial, yang berfungsi mengamankan pada busbar tersebut terhadap gangguan yang terjadi di busbar itu sendiri.Konfigurasi Busbar ada 3 macam :1. Busbar tunggal ( Single Busbar ).2. Busbar ganda ( Double Busbar ).3. Busbar 1,5 PMT.Gangguan pada busbar relatif jarang (kurang lebih 7 %) dibandingkan dengan gangguan pada penghantar (kurang lebih 60 %) dari keseluruhan gangguan tetapi dampaknya akan jauh lebih besar dibandingkan pada gangguan penghantar, terutama jika pasokan yang terhubung ke pembangkit tersebut cukup besar.Dampak yang dapat ditimbulkan oleh gangguan di bus jika gangguan tidak segera diputuskan antara lain adalah kerusakan instalasi, timbulnya masalah stabilitas transient, dimungkinkan OCR dan GFR di sistem bekerja sehingga pemutusan menyebar.

2.3.4.Proteksi Transfornator Daya

Proteksi transrmator daya terutama bertugas untuk mencegah kerusakan transformator sebagai akibat adanya gangguan yang terjadi dalam petak/ bay transformator, disamping itu diharapkan juga agar pengaman transformator dapat berpartisipasi dalam penyelenggaraan selektifitas sistem, sehingga pengamanan transformator hanya melokalisasi gangguan yang terjadi di dalam petak/bay transformator saja.Maksud dan tujuan pemasangan relay proteksi pada transformator daya adalah untuk mengamankan peralatan /sistem sehingga kerugian akibat gangguan dapat dihindari atau dikurangi menjadi sekecil mungkin dengan cara :1.Mencegah kerusakan transformator akibat adanya gangguan/ketidak normalan yang terjadi pada transformator atau gangguan pada bay transformator.2.Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat membahayakan peralatan atau sistem.3.Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi.4.Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya.5.Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang tbaik kepada konsumen. Serta mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrikJenis Proteksi Trafo tenagaTrafo tenaga diamankan dari berbagai macam gangguan, diantaranya dengan peralatan proteksi (sesuai SPLN 52-1:1983 Bagian Satu, C) :

Relay arus lebihRelay arus hubung tanahRelay beban lebihRelay tangki tanahRelay ganggauan tanahRelay suhuRelay BucholzRelay JansenRelay tekanan lebihRelay suhuLightning arresterRellay differensial

2.3.5.Sistem Pentanahan Titik Netral Trafo TenagaAdapun tujuan pentanahan titik netral transformator daya adalah sebagai berikut:

1.Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem.2.Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada fasa yang sehat).3.Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran tenaga listrik.4.Mengurangi/membatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh penyalaan bunga api yang berulang-ulang (restrike ground fault).5.Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan dalam menentukan lokasi gangguan.Metoda-metoda pentanahan titik netral transformator daya adalah sebagai berikut :1.Pentanahan mengambang (floating grounding)2.Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding)3.Pentanahan melalui reaktor (reactor grounding)4.Pentanahan langsung (effective grounding)5.Pentanahan melalui reaktor yang impedansinya dapat berubah-ubahresonant grounding) atau pentanahan dengan kumparan Petersen (Petersen Coil).

2.3.6.Arrester

Surge Arrester merupakan peralatan yang didesain untuk melindungi peralatan lain dari tegangan surja (baik surja hubung maupun surja petir) dan pengaruh follow current. Sebuah arrester harus mampu bertindak sebagai insulator, mengalirkan beberapa miliampere arus bocor ke tanah pada tegangan sistem dan berubah menjadi konduktor yang sangat baik, mengalirkan ribuan ampere arus surja ke tanah, memiliki tegangan yang lebih rendah daripada tegangan withstand dari peralatan ketika terjadi tegangan lebih, dan menghilangan arus susulan mengalir dari sistem melalui arrester (power follow current) setelah surja petir atau surja hubung berhasil didisipasikan.Lightning Arrester/ Arrester/ Surge Arrester memiliki peran penting di dalam koordinasi isolasi peralatan di gardu induk. Fungsi utama dari Lightning Arrester adalah melakukan pembatasan nilai tegangan pada peralatan gardu induk yang dilindunginya. Panjang lead yang menghubungkan arrester pun perlu diperhitungkan, karena inductive voltage pada lead ini ketika terjadi surge akan mempengaruhi nilai tegangan total paralel terhadap peralatan yang dilindungi.

2.3.7.Proteksi PetirTujuan dari proteksi petir pada serandang adalah untuk mengamankan peralatan dan instalasi dari sambaran langsung surja petir. Ada beberapa model pengaman petir antara lain Kawat pentanahan/ Earth Wire/ GSW (Galvanized Steel Wire) yang direntangkan pada serandang, pemasangan Franklin Rod atau Early Streamer pada bagian atas serandang.Kawat Pentanahan atau Earth Wire/ GSW adalah peralatan untuk melindungi peralatan utama dari sambaran surja petir. Kawat tanah terbuat dari baja yang sudah digalvanis, maupun sudah dilapisi dengan aluminium. Jumlah Kawat Pentanahan/ EW/ GSW pada serandang diletakkan pada posisi tertinggi pada serandang tersebut sehinggga mempunyai sudut perlindungan yang aman (minimum 30 drajat) terhadap peralatan di bawahnya. Pemasangannya dengan cara menggunakan klem penegang yang dipress atau klem penegang dengan mur baut.

2.4. Sistem Proteksi khusunya pada generator

Mengingat generator merupakan peralatan yang penting dan nilainya juga cukup mahal, maka diusahakan pengaruh gangguan dibatasi sampai sekecil mungkin. Antara lain dengan menditeksi keadaan gangguan secara tepat dan mengisolasikan mesin terhadap sistem yang sehat secara cepat. Gangguan pada generator antara lain dapat disebabkan oleh:a)Beban lebih (overload).b)Panas lebih (overheating) pada lilitan dan bearing.c)Tegangan lebih (overvoltage) dan kecepatan lebih.d)Kehilangan medan penguat (loss of field).e)Daya balik (motoring).f)Arus tidak seimbang (unbalance current) pada stator.g)Out of step.

Sebagian besar gangguan di atas perlu dihilangkan dengan cara melepaskan generator terhadap sistem melalui pemutus tenaga utama (main circuit breaker) dan bila memungkinkan melepas pemutus tenaga medan penguat.

Gambar bagan Generator dengan Mesin Penggerak dan Medan Penguat

Untuk jenis gangguan tertentu selain cara di atas, mesin penggerak dihentikan beroperasi. Bila terjadi gangguan yang masih pada batas yang diizinkan biasanya sistem hanya memberikan peringatan saja. Menentukan tindakan seperti yang disebutkan di atas harus dilakukan secara cermat dan hati-hati, karena kesalahan dalam menentukan dapat mempengaruhi tingkat pelayanan yang baik.

Klasifikasi Gangguan Pada Generator:Secara teknis, terdapat beberapa macam gangguan yang mungkin terjadi pada generator pembangkit tenaga listrik. Gangguan pada generator pembangkit tenaga listrik tersebut dapat diklasifikasikan seperti berikut ini :

2.4.1.Gangguan Listrik/Electrical Fault

Jenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul dan terjadi pada bagian-bagian listrik dari generator. Gangguan-gangguan tersebut antara lain :

1.Hubung singkat 3 phasaTerjadinya arus lebih pada stator yang dimaksud adalah arus lebih yang timbul akibat terjadinya hubungan singkat 3 phasa/3 phase fault. Gangguan ini akan menimbulkan loncatan bunga api dengan suhu yang tinggi yang akan melelehkan belitan dengan resiko terjadinya kebakaran, jika isolasi tidak terbuat dari bahan yang anti api atau nonflammable.

2.Hubung singkat 2 phasaGangguan hubung singkat 2 phasa/unbalance fault lebih berbahaya dibanding gangguan hubung singkat 3 phasa/balance fault, karena disamping akan terjadi kerusakan pada belitan akan timbul pula vibrasi pada kumparan stator. Kerusakan lain yang timbul adalah pada poros/shaft dan kopling turbin akibat adanya momen puntir yang besar.

3.Stator hubung singkat 1 phasa ke tanah / stator ground faultKerusakan akibat gangguan 2 phasa atau antara konduktor kadang-kadang masih dapat diperbaiki dengan menyambung taping atau mengganti sebagian konduktor, tetapi kerusakan laminasi besi (iron lamination) akibat gangguan 1 phasa ke tanah yang menimbulkan bunga api dan merusak isolasi dan inti besi adalah kerusakan serius yang perbaikannya dilakukan secara total. Gangguan jenis ini meskipun kecil harus segera diproteksi.

4.Rotor hubung tanah / field groundPadarotor generator yang belitannya tidak dihubungkan oleh tanah (ungrounded system). Bila salah satu sisi terhubung ke tanah belum menjadikan masalah. Tetapi apabila sisi lainnya terhubung ke tanah, sementara sisi sebelumnya tidak terselesaikan maka akan terjadi kehilangan arus pada sebagian belitan yang terhubung singkat melalui tanah. Akibatnya terjadi ketidakseimbangan fluksi yang menimbulkan vibrasi yang berlebihan serta kerusakan fatal pada rotor.

5.Kehilangan medan penguat / Loss of excitationHilangnya medan penguat akan membuat putaran mesin naik, dan berfungsi sebagai generator induksi. Kondisi ini akan berakibat pada rotor dan pasak/slot wedges, akibat arus induksi yang bersirkulasi pada rotor. Kehilangan medan penguat dapat dimungkinkan oleh :a) Jatuhnya / trip saklar penguat (41AC)b) Hubung singkat pada belitan penguatc) Kerusakan kontak-kontak sikat arang pada sisi penguatd) Kerusakan pada sistem AVR

6.Tegangan lebih / Over voltageTegangan yang berlebihan melampaui batas maksimum yang diijinkan dapat berakibat tembusnya (breakdown) design insulasi yang akhirnya akan menimbulkan hubungan singkat antara belitan. Tegangan lebih dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih/overspeed atau kerusakan pada pengatur tegangan otomatis/AVR.

2.4.2. Gangguan Mekanis/Panas (Thermal Fault)Jenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul atau terjadi akibat adanya gangguan mekanik dan panas pada Generator, antara lain :

1.Generator berfungsi sebagai motor (motoring)Motoring adalah peristiwa berubah fungsi generator menjadi motor akibat daya balik (reverse power). Daya balik terjadi disebabkan oleh turunnya daya masukkan dari penggerak utama (prime mover). Dampak kerusakan akibat peristiwa motoring adalah lebih kepada penggerak utama itu sendiri. Pada turbin uap, peristiwa motoring akan mengakibatkan pemanasan lebih pada sudut-sudutnya, kavitasi pada sudut-sudut turbin air, dan ketidak stabilan pada sudut turbin gas.2.Pemanasan lebih setempatPemanasan lebih setempat pada sebagian stator dapat dimungkinkan oleh :a) Kerusakan laminasib) Kendornya bagian-bagian tertentu di dalam generator seperti : pasak-pasak stator (stator wedges).3.Kesalahan paralelKesalahan dalam memparalel generator karena syarat-syarat sinkron tidak terpenuhi dapat mengakibatkan kerusakan pada bagian poros dan kopling generator, dan penggerak utamanya karena terjadinya momen puntir. Kemungkinan kerusakan lain yang timbul, kerusakan PMT dan kerusakan pada kumparan stator akibat adanya kenaikan tegangan sesaat.

4.Gangguan pendingin statorGangguan pada media sistem pendingin stator (pendingin dengan media udara, hidrogen, atau air) akan menyebabkan kenaikan suhu belitan stator. Apabila suhu belitan melampaui batas ratingnya akan berakibat kerusakan belitan.

2.4.3.Gangguan Sistem (System Fault)Generator dapat terganggu akibat adanya gangguan yang dating/terjadi pada sistem. Gangguan-gangguan sistem yang terjadi umumnya adalah :1.Frekuensi operasi yang tidak normal (abnormal frequency operation)Perubahan frekuensi keluar dari batas-batas normal di sistem dapat berakibat ketidakstabilan pada turbin generator. Perubahan frekuensi sistem dapat dimungkinkan oleh tripnya unit-unit pembangkit atau penghantar (transmisi).

2.Lepas sinkron (Loss of synhcron)Adanya gangguan di sistem akibat perubahan beban mendadak, switching, hubung singkat dan peristiwa yang cukup besar akan menimbulkan ketidakstabilan sistem. Apabila peristiwa ini cukup lama dan melampaui batas-batas ketidakstabilan generator, generator akan kehilangan kondisi paralel. Keadaan ini akan menghasilkan arus puncak yang tinggi dan penyimpangan frekuensi operasi yang keluar dari seharusnya sehingga akan menyebabkan terjadinya stress pada belitan generator, gaya puntir yang berfluktuasi serta resonansi yang akan merusak turbin generator. Pada kondisi ini generator harus dilepas dari sistem.

3.Arus beban kumparan yang tidak seimbang (unbalance armature current)Pembebanan yang tidak seimbang pada sistem/adanya gangguan 1 phasa dan 2 phasa pada sistem yang menyebabkan beban generator tidak seimbang yang akan menimbulkan arus urutan negatif. Arus urutan negatif yang melebihi batas, akan mengiduksikan arus medan yang berfrekuensi rangkap yang arahnya berlawanan dengan putaran rotor akan menyebabkan adanya pemanasan lebih dan kerusakan pada bagian-bagian konstruksi rotor.2.4.4.Sistem Relay Proteksi GeneratorRelay proteksi utama yang digunakan pada generator yang ada di pembangkit, antara lain adalah :

Penempatan Peralatan Pengaman Elektris pada Generator

Differential Relay:Differential Relay untuk melindungi generator dari gangguan akibat hubung singkat (short circuit) antar fasa-fase atau fase ke tanah. Cara kerja relay differensial adalah dengan cara membandingkan arus pada sisi primer dan sisi sekunder, Dalam kondisi normal jumlah arus yang mengalir melalui peralatan listrik yang diproteksi bersirkulasi melalui loop pada kedua sisi di daerah kerja. Jika terjadi gangguan didalam daerah kerja relay differensial, maka arus dari kedua sisi akan saling menjumlah dan relay akan memberi perintah kepada PMT/CB untuk memutuskan arus.

StatorEarthFault Relay:Stator Earth Fault Relay untuk mendeteksi gangguan pentanahan atau grounding pada generator.Ground fault dideteksi dengan mem-biased rangkaian medan dengan tegangan DC, yang menyebabkan akan ada arus mengalir melalui relay jika terjadi gangguan tanah.

Rele Tegangan Lebih (Over voltage Relay)Pada generator yang besar umumnya menggunakan sistem pentanahan netral melalui transformator dengan tahanan di sisi sekunder. Sistem pentanahan ini dimaksudkan untuk mendapatkan nilai impedansi yang tinggi sehingga dapat membatasi arus hubung singkat agar tidak menimbulkan bahaya kerusakan pada belitan dan saat terjadi gangguan hubung singkat stator ke tanah.Arus hubung singkat yang terjadi di sekitar titik netral relatif kecil sehinga sulit untuk dideteksi oleh rele differensial. Dengan dipasang transformator tegangan, arus yang kecil tersebut akan mengalir dan menginduksikan tegangan pada sisi sekunder transformator. Untuk mengatasi hal tersebut digunakan rele pendeteksi tegangan lebih yang dipasang pada sisi sekunder transformator tegangan. egangan yang muncul pada sisi sekunder transformator tegangan akan membuat rele tegangan berada pada kondisi mendeteksi apabila perubahan tegangan melebihi nilai settingnya dan generator akan trip.Rangkaian ini sangat baik karena dapat membatasi aliran arus nol yang mengalir ke dalam generator ketika terjadi hubung singkat fasa ke tanah di sisi tegangan tinggi transformator tegangan. Akan tetapi karena efek kapasitansi pada kedua belitan transformator dapat menyebabkan adanya arus bocor urutan nol yang dapat mengaktifkan rele tegangan lebih di sisi netral generator. Dengan demikian rele tegangan lebih yang dipasang harus mempunyai waktu tunda yang dapat dikoordinasikan dengan rele di luar generator. Adapun penyebab overvoltage adalah sebagai berikut: Kegagalan AVR. Kesalahan operasi sistem eksitasi. Pelepasan beban saaat eksitasi dikontrol secara manual. Pemisahan generator dari sistem saat islanding. Rele Gangguan Rotor Hubung Tanah (Rotor Earth Fault Relay) Hubung tanah dalam sirkuit rotor, yaitu hubung singkat antara konduktor rotor dengan badan rotor dimana dapat menimbulkan distorsi medan magnet yang dihasilkan rotor dan selanjutnya dapat menimbulakn getaran (vibrasi) berlebihan dalam generator. Oleh karena itu, hal ini harus dihentikan oleh rele rotor hubung tanah. Karena sirkuit rotor adalah sirkuit arus searah, maka rele rotor hubung tanah pada prinsipnya merupakan rele arus lebih untuk arus searah. Adapunsingle line diagramrele gangguan rotor hubung tanah adalah sebagai berikut:

Single Line DiagramRele Gangguan Rotor Hubung Tanah

Pada gambar di atas, ketika tidak ada gangguan maka arus simetri, {Ir = Ia+Ib+Ic =0}, namun ketika terjadi gangguan hubung singkat ke tanah, maka arus menjadi tak simetri {Ir = Ia+Ib+Ic = 3Iao}, sehingga terdapat arus yang mengalir pada rele dan membuat rele mendeteksi gangguan.

Rele Kehilangan Medan Penguat Rotor (Lost of Rotor Excitation Relay)Hilangnya medan penguat pada rotor akan mengakibatkan generator kehilangan sinkronisasi dan berputar di luar kecepatan sinkronnya sehingga generator beroperasi sebagai generator asinkron. Daya reaktif yang diambil dari sistem ini akan dapat melebihi rating generator sehingga menimbulkan overload pada belitan stator dan menimbulkan overheat yang menimbulkan penurunan tegangan generator.Hilangnya medan penguat rotor dapat dideteksi dengan kumparan yang dipasang paralel dengan main exciter dan kumparan rotor generator. Pada kumparan ini akan mengalir arus yang apabila nilainya kurang dari arus setting yang diinginkan, maka akan membuat rele mengeluarkan sinyal alarm atau trip. Rele Arus Lebih (Over current Relay)Rele ini berfungsi mendeteksi arus lebih yang mengalir dalam kumparan stator generator. Arus yang berlebihan dapat terjadi pada kumparan stator generator atau di dalam kumparan rotor. Arus yang berlebihan pada kumparan stator dapat terjadi karena pembebanan berlebihan terhadap generator. Adapunsingle line diagramrele arus lebih adalah sebagai berikut :

Single Line DiagramRele Arus Lebih

Keterangan, CB = Circuit BreakerTC = Trip Coil CBI = Arus yang mengalir pada saluran yang diamankanCT = Transformator ArusIr = Arus yang mengalir pada releC = Rele arus lebihIp = Arus pick-up dari rele

Rele Kehilangan Sinkronisasi (Out of Synchronism Relay)Peristiwa lepasnya sinkronisasi pada generator yang sedang beroperasi disebabkan oleh generator yang beroperasi melampaui batas stabilnya. Yang dimaksud dengan stabilitas adalah kemampuan sistem untuk kembali bekerja normal setelah mengalami sesuatu seperti perubahan beban,switching, dan gangguan lain. Gangguan tersebut akan berdampak pada tidak sinkron-nya tegangan generator dan sistem. Untuk mengamankan generator yang berkapasitas beban besar terhadap peristiwa ayunan beban dari kondisi tak sinkron digunakan rele lepas sinkron. Rele ini mendeteksi besar impedansi (arus dan tegangan sistem). Apabila kondisi sistem akan memasuki impedansi generator maka rele tersebut akan mengaktifkan rele untuk trip PMT generator. Rele impedansi merupakanbackupbagi rele ini.

Rele Daya Balik (Reverse Power Relay)Rele daya balik berfungsi untuk mendeteksi aliran daya balik aktif yang masuk pada generator. Berubahnya aliran daya aktif pada arah generator akan membuat generator menjadi motor, dikenal sebagai peristiwa motoring. Pengaruh ini disebabkan oleh pengaruh rendahnya input daya dariprime mover. Bila daya input ini tidak dapat mengatasi rugi-rugi daya yang ada maka kekurangan daya dapat diperoleh dengan menyerap daya aktif dari jaringan. Selama penguatan masih ada maka aliran daya aktif generator sama halnya dengan saat generator bekerja sebagai motor, sehingga daya aktif masuk ke generator dan daya reaktif dapat masuk atau keluar dari generator.Peristiwamotoringini dapat juga menimbulkan kerusakan lebih parah pada turbin ketika aliran uap berhenti. Temperatur sudu-sudu akan naik akibat rugi gesekan turbin dengan udara. Untuk itu di dalam turbin gas dan uap dilengkapi sensor aliran dan temperatur yang dapat memberikan pesan pada rele untuk trip. Akan tetapi pada generator juga dipasng rele daya balik yang berfungsi sebagai cadangan bila pengaman di turbin gagal bekerja. Adapunsingle line diagramrele daya balik adalah sebagai berikut :

Single Line DiagramRele Daya Balik

Pada gambar tersebut, apabila terjadi gangguan pada F1, maka rele akan men-trip CB2, apabila gangguan terjadi pada F2, maka rele tidak akan men-trip CB2 karena arah aliran arus yng terbalik dari kanan ke kiri.

Negative Phase Sequence Relay:Negative Phase Sequence Relay untuk melindungi generator dari arus lebih urutan fasa negative yang disebabkan oleh beban yang tidak seimbang.

Out of Step Relay:Out of Step Relay untuk melindungi generator dari Power Swing akibat perubahan beban dari sistem transmisi yang dapat menyebabkan operasi generator tidak sinkron.

Over excitationV/H z Relay:Over excitationV/H z Relay untuk melindungi generator dari kejenuhan inti yang dapat menyebabkan kenaikan tegangan.

Rele Gangguan Frekuensi (Frequency Fault Relay)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.

Reverse Power Relay:Reverse Power Relay untuk menditeksi adanya daya balik/aliran arus dari sistem jaringan yang akan menyebabkan generator bekerja sebagai motor.

PENUTUP

KESIMPULAN

Fungsi peralatan proteksi adalah untuk mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari bagian lain yang masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian dari kerusakan atau kerugian. Sistem Proteksi harus memenuhi syarat sebagai berikut sensitif (mampu merasakan gangguan sekecil apapun), andal akan bekerja bila diperlukan dan tidak akan bekerja bila tidak diperlukan, selektif (mampu memisahkan jaringan yang terganggu saja), dan Cepet (mampu bekerja secepat-cepatnya).Peralatan dari sistem proteksi terdiri dari peralatan pemuts tenaga PMT, proteksi busbar, proteksi trafo daya, dan arrester.Jika proteksi bekerja sebagaimana mestinya, maka kerusakan yang parah akibat gangguan mestinya dapat dihindari/dicegah, atau kalau gangguan itu disebabkan karena sudah adanya kerusakan (insulation break down di dalam peralatan), maka kerusakan itu dapat dibatasi sekecilnya.

DAFTAR PUSTAKA

Unnamed. 2013. http://anak-elektro-ustj.blogspot.com/2013/04/relay-proteksi-generator.html. Diakses pada tanggal 10 Mei 2015 di Palembang.Unnamed 2012. http://unimed-proteksisistemtenagalistrik.blogspot.com/. Diakses pada tanggal 12 Mei 2015 di PalembangUnnamed. 2012. http://antara191.blogspot.com/2012_10_01_archive.html. Diakses pada tanggal 10 Mei 2015 di Palembang.Unnamed. 2009. http://seidamout.blogspot.com/2009/08/peranan-dan-syarat-proteksi-sistem.html. Diakses pada tanggal 10 Mei 2015 di Palembang