TUGAS SISTEM DISTRIBUSI

SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK TENTANG GANGGUAN

PADA GENERATOR

Disusun oleh :

Nama : Aditya Rizky Pratama

NIM : 141041051

Jurusan : Teknik Elektro

INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

2016

PENDAHULUAN

Pengertian proteksi transmisi tenaga listrik adalah adalah proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik pada suatu transmisi tenaga listrik sehingga proses penyaluaran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga listrik(Power Plant) hingga Saluran distribusi listrik (substation distribution) dapat disalurkan sampai pada konsumer pengguna listrik dengan aman.

Proteksi transmisi tenaga listrik diterapkan pada transmisi tenaga listrik agar jika terjadi gangguan peralatan yang berhubungan dengan transmisi tenaga listrik tidak mengalami kerusakan. Ini juga termasuk saat terjadi perawatan dalam kondisi menyala. Jika proteksi bekerja dengan baik, maka pekerja dapat melakukan pemeliharaan transmisi tenaga listrik dalam kondisi bertegangan. Jika saat melakukan pemeliharaan tersebut terjadi gangguan, maka pengaman-pengaman yang terpasang haurus bekerja demi mengamankan sistem dan manusia yang sedang melaukukan perawatan.

Transmisi tenaga listrik terbagi dalam beberapa kategori. Kategori yang pertama adalah transmisi dengan tegangan sebesar 500Kv. Ini merupakan transmisi yang sangat tinggi. Karena di Indonesia masih menggunakan sistem 500 kv. Kategori yang kedua adalah transmisi dengan tegangan sebesar 150 kv. Dan yang ketiga adalah transmisi 75 kv. Untuk dibawah 75 kv selanjutnya dinamakan dengan distribusi tenaga listrik.

Proteksi ini berbeda dengan pengaman. Jika pengaman suatu sistem berarti system tersebut tidak merasakan gangguan sekalipun. Sedangkan proteksi atau pengaman sistem, sistem merasakan gangguan tersebut namun dalam waktu yang sangant singkat dapat diamankan. Sehingga sistem tidak mengalami kerusakan akibat gangguan yang terlalu lama.

Dasar-Dasar Sistem Proteksi

Keandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Oleh sebab itu dalam perencangan suatusistem tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisi-kondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem, melalui analisa gangguan.

Dari hasil analisa gangguan, dapat ditentukan sistem proteksi yang akan digunakan, seperti: spesifikasi switchgear, rating circuit breaker (CB) serta penetapan besaran-besaran yang menentukan bekerjanya suatu relay (setting relay) untuk keperluan proteksi. 

Artikel ini akan membahas tentang karakter serta gangguan-gangguan dan sistem proteksi yang digunakan pada sistem tenaga listrik yang meliputi: generator, transformer, jaringan dan busbar.

Definisi Sistem Proteksi

Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik suatu sistem tenaga listrik, misalnya generator, transformator, jaringan dan lain-lain, terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri.

Gambar 1. Gambar jaringan sistem tenaga listrik

Kondisi abnormal itu dapat berupa antara lain: hubung singkat, tegangan lebih,beban lebih, frekuensi sistem rendah, asinkron dan lain-lain.

Dengan kata lain sistem proteksi itu bermanfaat untuk:1. menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikit pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat.2. cepat melokalisir luas daerah yang mengalami gangguan, menjadi sekecil mungkin.3. dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik.4. mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.

Pengetahuan mengenai arus-arus yang timbul dari berbagai tipe gangguan pada suatu lokasi merupakan hal yang sangat esensial bagi pengoperasian sistem proteksi secara efektif. Jika terjadi gangguan pada sistem, para operator yang merasakan adanya gangguan tersebut diharapkan segera dapat mengoperasikan circuit-circuit Breaker yang tepat untuk mengeluarkan sistem yang terganggu atau memisahkan pembangkit dari jaringan yang terganggu. Sangat sulit bagi seorang operator untuk mengawasi gangguan-gangguan yang mungkin terjadi dan menentukan CB mana yang dioperasikan untuk mengisolir gangguan tersebut secara manual.

Mengingat arus gangguan yang cukup besar, maka perlu secepat mungkin dilakukan proteksi. Hal ini perlu suatu peralatan yang digunakan untuk mendeteksi keadaan-keadaan yang tidak normal tersebut dan selanjutnya menginstruksikan circuit breaker yang tepat untuk bekerja memutuskan rangkaian atau sistem yang terganggu. Dan peralatan tersebut kita kenal dengan relay.

Ringkasnya proteksi dan tripping otomatik circuit-circuit yang berhubungan, mempunyai dua fungsi pokok:1. Mengisolir peralatan yang terganggu, agar bagian-bagian yang lainnya tetap beroperasi seperti biasa.2. Membatasi kerusakan peralatan akibat panas lebih (over heating), pengaruh gaya-gaya mekanik dst.

"Koordinasi antara relay dan circuit breaker(CB) dalam mengamati dan memutuskan gangguan disebut sebagai sistem proteksi".

Banyak hal yang harus dipertimbangkan dalam mempertahankan arus kerja maksimum yang aman. Jika arus kerja bertambah melampaui batas aman yang ditentukan dan tidak ada proteksi atau jika proteksi tidak memadai atau tidak efektif, maka keadaan tidak normal dan akan mengakibatkan kerusakan isolasi. Pertambahan arus yang berkelebihan menyebabkan rugi-rugi daya pada konduktor akan berkelebihan pula, sedangkan pengaruh pemanasan adalah sebanding dengan kwadrat dari arus:

H = 1 kwadrat x R x t = Joules

Dimana;H = panas yang dihasilkan (Joule)I = arus listrik (ampere)R = tahanan konduktor (ohm)t = waktu atau lamanya arus yang mengalir (detik)

Proteksi harus sanggup menghentikan arus gangguan sebelum arus tersebut naik mencapai harga yang berbahaya. Proteksi dapat dilakukan dengan Sekering atau Circuit Breaker.

Proteksi juga harus sanggup menghilangkan gangguan tanpa merusak peralatan proteksi itu sendiri. Untuk ini pemilihan peralatan proteksi harus sesuai dengan kapasitas arus hubung singkat “breaking capacity” atau Repturing Capacity.

Disamping itu, sistem proteksi yang diperlukan harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:1. Sekering atau circuit breaker harus sanggup dilalui arus nominal secara terus menerus tanpa pemanasan yang berlebihan (overheating).2. Overload yang kecil pada selang waktu yang pendek seharusnya tidak menyebabkan peralatan bekerja.3. Sistem Proteksi harus bekerja walaupun pada overload yang kecil tetapi cukup lama,

sehingga dapat menyebabkan overheating pada rangkaian penghantar.4. Sistem Proteksi harus membuka rangkaian sebelum kerusakan yang disebabkan oleh arus gangguan yang dapat terjadi.5. Proteksi harus dapat melakukan “pemisahan” (discriminative) hanya pada rangkaian yang terganggu yang dipisahkan dari rangkaian yang lain yang tetap beroperasi.

Proteksi overload dikembangkan jika dalam semua hal rangkaian listrik diputuskan sebelum terjadi overheating. Jadi disini overload action relatif lebih lama dan mempunyai fungsi inverse terhadap kwadrat dari arus. 

Proteksi gangguan hubung singkat dikembangkan jika action dari sekering atau circuit breaker cukup cepat untuk membuka rangkaian sebelum arus dapat mencapai harga yang dapat merusak akibat overheating, arcing atau ketegangan mekanik.

Persyaratan Kualitas Sistem Proteksi

Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem proteksi yang efektif, yaitu:

a). Selektivitas dan DiskriminasiEfektivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kesanggupan sistem dalam mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja.

b). StabilitasSifat yang tetap inoperatif apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang melindungi (gangguan luar).

c). Kecepatan OperasiSifat ini lebih jelas, semakin lama arus gangguan terus mengalir, semakin besar kemungkinan kerusakan pada peralatan. Hal yang paling penting adalah perlunya membuka bagian-bagian yang terganggu sebelum generator-generator yang dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi dengan sistem. Waktu pembebasan gangguan yang tipikal dalam sistem-sistem tegangan tinggi adalah 140 ms. Dimana dimasa mendatang waktu ini hendak dipersingkat menjadi 80 ms sehingga memerlukan relay dengan kecepatan yang sangat tinggi (very high speed relaying).

d). Sensitivitas (kepekaan)Yaitu besarnya arus gangguan agar alat bekerja. Harga ini dapat dinyatakan dengan besarnya arus dalam jaringan aktual (arus primer) atau sebagai prosentase dari arus sekunder (trafo arus).

e). Pertimbangan ekonomisDalam sistem distribusi aspek ekonomis hampir mengatasi aspek teknis, oleh karena jumlah

feeder, trafo dan sebagainya yang begitu banyak, asal saja persyaratan keamanan yang pokok dipenuhi. Dalam suatu sistem transmisi justru aspek teknis yang penting. Proteksi relatif mahal, namun demikian pula sistem atau peralatan yang dilindungi dan jaminan terhadap kelangsungan peralatan sistem adalah vital.Biasanya digunakan dua sistem proteksi yang terpisah, yaitu proteksi primer atau proteksi utama dan proteksi pendukung (back up).

f). Realiabilitas (keandalan)Sifat ini jelas, penyebab utama dari “outage” rangkaian adalah tidak bekerjanya proteksi sebagaimana mestinya (mal operation).

g) Proteksi PendukungProteksi pendukung (back up) merupakan susunan yang sepenuhnya terpisah dan yang bekerja untuk mengeluarkan bagian yang terganggu apabila proteksi utama tidak bekerja (fail). Sistem pendukung ini sedapat mungkin indenpenden seperti halnya proteksi utama, memiliki trafo-trafo dan rele-rele tersendiri. Seringkali hanya triping CB dan trafo -trafo tegangan yang dimiliki bersama oleh keduanya. Tiap-tiap sistem proteksi utama melindungi suatu area atau zona sistem daya tertentu. Ada kemungkinan suatu daerah kecil diantara zo na -zona yang berdekatan misalnya antara trafo-trafo arus dan circuit breaker-circuit breaker tidak dilindungi. Dalam keadaan seperti ini sistem back up (yang dinamakan, remote back up) akan memberikan perlindungan karena berlapis dengan zona-zona utama.

Pada sistem distribusi aplikasi back up digunakan tidak seluas dalam sistem tansmisi,cukup jika hanya mencakup titik-titik strategis saja. Remote back up akan bereaksi lambat dan biasanya memutus lebih banyak dari yang diperlukan untuk mengeluarkan bagian yang terganggu.

Komponen-Komponen Sistem Proteksi

Secara umum, komponen-komponen sistem proteksi terdiri dari:1. Circuit Breaker, CB (Sakelar Pemutus, PMT)2. Relay3. Trafo arus (Current Transformer, CT)4. Trafo tegangan (Potential Transformer, PT)5. Kabel kontrol6. Catu daya, Supplay (batere)

Gangguan – Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik Gangguan dalam sistem tenaga listrik adalah keadaan tidak normal dimana keadaan ini dapat mengakibatkan terganggunya kontinuitas pelayanan tenaga listrik. Secara umum klasifikasi gangguan pada system tenaga listrik disebabkan oleh 2 faktor, yaitu:

1. Gangguan yang berasal dari system2. Gangguan yang berasal dari luar system

Penyebab gangguan yang berasal dari dalam sistem antara lain :1. Tegangan dan arus abnormal.2. Pemasangan yang kurang baik.3. Kesalahan mekanis karena proses penuaan4. Beban lebih.5. Kerusakan material seperti isolator pecah, kawat putus, atau kabel cacat isolasinya.

Sedangkan untuk gangguan yang berasal dari luar sistem antara lain:1. Gangguan-gangguan mekanis karena pekerjaan galian saluran lain. Gangguan ini terjadi untuk sistem kelistrikan bawah tanah.2. Pengaruh cuaca seperti hujan, angin, serta surja petir. Pada gangguan surja petir dapat mengakibatkan gangguan tegangan lebih dan dapat menyebabkan gangguan hubung singkat karena tembus isolasi peralatan ( breakdown ).3. Pengaruh lingkungan seperti pohon, binatang dan benda-benda asing serta akibat kecerobohan manusia.

Bila ditinaju dari segi lamanya waktu gangguan, maka dapat dikelompokkan menjadi :- Gangguan yang bersifat temporer, yang dapat hilang dengan sendirinya atau dengan

memutuskan sesaat bagian yang  terganggu dari sumber tegangannya. Gangguan sementara jika tidak dapat hilang dengan segera, baik hilang dengan  sendirinya maupun karena bekerjanya alat pengaman dapat berubah menjadi gangguan permanen.

- Gangguan yang bersifat permanen, dimana untuk membebaskannya diperlukan tindakan perbaikan dan/atau  menyingkirkan penyebab gangguan tersebut.

Untuk gangguan yang bersifat sementara setelah arus gangguannya terputus misalnya karena terbukanya circuit breaker oleh rele pengamannya, peralatan atau saluran yang terganggu tersebut siap dioperasikan kembali. Sedangkan pada gangguan permanen terjadi kerusakan yang bersifat permanen sehingga baru bisa dioperasikan kembali setelah bagian yang rusak diperbaiki atau diganti.

Pada saat terjadi gangguan akan mengalir arus yang sangat besar pada fasa yang terganggu menuju titik gangguan, dimana arus gangguan tersebut mempunyai harga yang jauh lebih besar dari rating arus maksimum yang diijinkan, sehingga terjadi kenaikan temperatur yang dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan listrik yang digunakan.

Sebab – Sebab Timbulnya Gangguan pada Sistem Tenaga ListrikDalam sistem tenaga listrik tiga fasa, gangguan–gangguan arus lebih yang mungkin terjadi adalah sebagai berikut yaitu :

a.  Gangguan beban lebih (overload) Gangguan ini sebenarnya bukan gangguan murni, tetapi bila dibiarkan terus menerus berlangsung dapat merusak peralatan listrik yang dialiri arus tersebut. Pada saat gangguan ini

terjadi arus yang mengalir melebihi dari kapasitas peralatan listrik dan pengaman yang terpasang.

b. Gangguan hubung singkatGangguan hubung singkat dapat terjadi dua fasa, tiga fasa, satu fasa ke tanah, dua fasa

ke tanah, atau 3 fasa ke tanah. Gangguan hubung singkat ini sendiri dapat digolongkan menjadi dua kelompok yaitu gangguan hubung singkat simetri dan gangguan hubung singkat tak simetri (asimetri). Gangguan yang termasuk dalam hubung singkat simetri yaitu gangguan hubung singkat tiga fasa, sedangkan gangguan yang lainnya merupakan gangguan hubung singkat tak simetri (asimetri). Gangguan ini akan mengakibatkan arus lebih pada fasa yang terganggu dan juga akan dapat mengakibatkan kenaikan tegangan pada fasa yang tidak terganggu.

Hampir semua gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik adalah gangguan tidak simetri. Gangguan tidak simetri ini terjadi sebagai akibat gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, gangguan hubung singkat dua fasa, atau gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah.

Gangguan-gangguan tidak simetri akan menyebabkan mengalirnya arus tak seimbang dalam sistem sehingga untuk analisa gangguan digunakan metode komponen simetri untuk menentukan arus maupun tegangan di semua bagian sistem setelah terjadi gangguan. Gangguan ini akan mengakibatkan arus lebh pada fasa yang terganggu dan juga akan dapat mengakibatkan kenaikan tegangan pada fasa yang tidak terganggu. Gangguan dapat diperkecil dengan cara pemeliharaannya.

Adapun akibat-akibat yang ditimbulkan dengan adanya gangguan hubung singkat tersebut antara lain:- Rusaknya peralatan listrik yang berada dekat dengan gangguan yang disebabkan arus-

arus yang besar, arus tak seimbang maupun tegangan-tegangan rendah.- Berkurangnya stabilitas daya system tersebut.- Terhentinya kontinuitas pelayanan listrik kepada konsumen apabila gangguan hubung

singkat tersebut sampai mengakibatkan bekerjanya CB yang biasa disebut dengan pemadaman litrik.

c. Gangguan tegangan lebihGangguan tegangan lebih diakibatkan karena adanya kelainan pada sistem. Gangguan

tegangan lebih dapat terjadi antara lain karena :- Gangguan petir- Gangguan surja hubung, di antaranya adalah penutupan saluran tak serempak pada pemutus tiga fasa, penutupan kembali saluran dengan cepat, pelepasan beban akibat gangguan, penutupan saluran yang semula tidak masuk sistem menjadi masuk sistem, dan sebagainya.

Macam-macam Gangguan

a. Gangguan Beban LebihBeban lebih mungkin tidak tepat disebut sebagai gangguan. Namun karena beban

lebih adalah suatu keadaan abnormal yang apabila dibiarkan terus berlangsung dapat membahayakan peralatan, jadi harus diamankan, maka beban lebih harus ikut ditinjau.Beban lebih dapat terjadi pada trafo atau pada saluran karena beban yang dipasoknya terus meningkat, atau karena adanya maneuver atau perubahan aliran beban di jaringan setelah adanya gangguan. Beban lebih dapat mengakibatkan pemanasan yang berlebihan yang selanjutnya panas yang berlebihan itu dapat mempercepat proses penuaan atau memperpendek umur peralatan listrik.

b. Gangguan Hubung Singkat (Short Circuit) Gangguan hubung singkat dapat terjadi antara fasa (3 fasa atau 2 fasa) atau antara 1 fasa ke tanah, dan dapat bersifat temporair (non persistant) atau permanent (persistant). Gangguan yang permanent misalnya hubung singkat yang terjadi pada kabel, belitan trafo atau belitan generator karena tembusnya (break downnya) isolasi padat. Gangguan temporair misalnya akibat flashover karena sambaran petir, pohon, atau tertiup angin.Gangguan hubung singkat dapat merusak peralatan secara termis dan mekanis. Kerusakan termis tergantung besar dan lama arus gangguan, sedangkan kerusakan mekanis terjadi akibat gaya tarik-menarik atau tolak-menolak.

c. Gangguan Tegangan Lebih

Tegangan lebih dapat dibedakan sebagai berikut :- Tegangan lebih dengan power frequency- Tegangan lebih transient

Tegangan lebih transient dapat dibedakan :- Surja Petir (Lightning surge)- Surja Hubung (Switching surge)

Timbulnya tegangan lebih dengan power frequency, dapat terjadi karena :- Kehilangan beban atau penurunan beban di jaringan akibat switching,  karena

gangguan atau karena maneuver.- Gangguan pada AVR (Automatic Voltage Regulator) pada generator atau pada on

load tap changer dari trafo.- Over speed pada generator karena kehilangan beban.

d. Gangguan Kurangnya Daya

Kekurangan daya dapat terjadi karena tripnya unit pembangkit (akibat gangguan di prime movernya atau di generator) atau gangguan hubung singkat di jaringan yang menyebabkan kerjanya relay dan circuit breakernya yang berakibat terlepasnya suatu pusat pembangkit dari sistem. Jika kemampuan atau tingkat pembebanan pusat atau unit pembangkit yang hilang atau terlepas tersebut melampaui spinning reverse system, maka

pusat-pusat pembangkit yang masih ada akan mengalami pembebanan yang berkelebihan sehingga frequency akan merosot terus, yang bila tidak diamankan akan mengakibatkan tripnya unit pembangkit lain (cascading) yang selanjutnya dapat berakibat runtuhnya (collapse) sistem (pemadaman total).

e. Gangguan Ketidakstabilan (Instability)

Gangguan hubung singkat atau kehilangan pembangkit dapat menimbulkan ayunan daya (power swing) atau yang lebih hebat dapat menyebabkan unit-unit pembangkit lepas sinkron (out of synchronism). Power swing dapat menyebabkan relay pengaman salah kerja yang selanjutnya menyebabkan gangguan yang lebih luas. Lepas sinkron dapat mengakibatkan berkurangnya pembangkit karena tripnya unit pembangkit tersebut atau terpisahnya sistem, yang selanjutnya dapat menyebabkan gangguan yang lebih luas bahkan runtuh (collapse).

Upaya Mengatasi Gangguan

Dalam sistem tenaga listrik, upaya untuk mengatasi gangguan dapat dilakukan dengan cara :

I. Mengurangi Terjadinya Gangguan

Gangguan tidak dapat dicegah sama sekali, tapi dapat dikurangi kemungkinan terjadinya sebagai berikut :- Peralatan yang dapat diandalkan adalah peralatan yang minimum memenuhi

persyaratan standart yang dibuktikan dengan type test, dan yang telah terbukti keandalannya dari pengalaman. Penggunaan peralatan di bawah mutu standart akan merupakan sumber gangguan.

- Penentuan spesifikasi yang tepat dan design yang baik sehingga semua peralatan tahan terhadap kondisi kerja normal maupun dalam keadaan gangguan, baik secara elektris, thermis maupun mekanis.

- Pemasangan yang benar sesuai dengan design, spesifikasi dan petunjuk dari pabrik.- Penggunaan kawat tanah pada SUTT/SUTET dengan tahanan pentanahan kaki tiang

yang rendah. Untuk pemeriksaan dan pemeliharaan, maka konduktor pentanahannya harus dapat dilepas dari kaki tiangnya.

- Penebangan atau pemangkasan pohon-pohon yang berdekatan dengan kawat fasa SUTM dan SUTT harus dilakukan secara periodik. Dalam hal ini yang perlu diperhatikan tidak hanya jaraknya dalam keadaan tidak ada angin, melainkan juga dalam keadaan pohon-pohon tersebut ketika ditiup angin.

- Penggunaan kawat atau kabel udara berisolasi untuk SUTM harus dipilih dan digunakan secara selektif.

- Operasi dan pemeliharaan yang baik.- Menghilangkan atau mengurangi penyebab gangguan atau kerusakan melalui

penyelidikan.

II. Mengurangi Akibat Gangguan

Menghilangkan gangguan sama sekali dalam suatu sistem tenaga listrik merupakan usaha yang tidak mungkin dapat dilakukan. Oleh karena itu maka usaha yang dapat dilakukan adalah mengurangi akibat kerusakan yang ditimbulkannya. Usaha-usaha yang dapat dilakukan adalah :- Mengurangi besarnya arus gangguan. Untuk mengurangi arus gangguan dapat

dilakukan dengan cara : menghindari konsentrasi pembangkitan (mengurangi short circuit level) menggunakan reaktor dan menggunakan tahanan untuk pentanahan netralnya.

- Penggunaan lighting arrester dan penentuan tingkat dasar isolasi (BIL) dengan koordinasi isolasi yang tepat.

- Melepaskan bagian sistem yang terganggu dengan menggunakan circuit breaker dan relay pengaman.

- Penggunaan pola load shedding dan sistem splitting untuk mengurangi akibat kehilangan pembangkit.

Proteksi Generator dan Jenis-jenis Pengamannya Mesin-mesin dengan rancangan terbaru pada umumnya jarang sekali mengalami gangguan, hal ini disebabkan karena adanya penggunaan bahan-bahan bermutu tinggi, teknis pengerjaan dan pengendalian mutu yang lebih baik, jika dibanding dengan mesin-mesin buatan terdahulu. Walaupun demikian kemungkinan terjadinya gangguan tidak dapat dihindarkan. Gangguan dapat menyebabkan kerusakan pada mesin yang sedang dioperasikan dan biasanya akan diikuti dengan …

Sistem Proteksi GeneratorProteksi untuk gangguan dari dalam generator:

- Differential Relay: untuk melindungi generator dari gangguan akibat hubung singkat(short circuit) antar fasa.

- Stator Ground Fault Relay:untuk mendeteksi gangguan pentanahan/grounding pada generator.

- Loss of Field Relay: untuk mendeteksi kehilangan medan penguatan yang menyebabkan over heating pada kumparan stator dan arus Eddy( Eddy Current) pada kumparan rotor.

Peran Generator Dalam  Sistem  dan  Syarat  Proteksi Generator

Sebagai sumber energi listrik dalam suatu sistem tenaga, generator memiliki peran yang penting, sehingga tripnya PMT/CB generator sangat tidak dikehendaki karena sangat mengganggu sistem, terutama generator yang berdaya besar. Dan juga karena letaknya di hulu,PMT/CB generator tidak boleh mudah trip tetapi juga harus aman bagi generator, walaupun didalam sistem banyak terjadi gangguan

Untuk menjaga keandalan dari kerja generator, maka dilengkapilah generator dengan peralatan-peralatan proteksi. Peralatan proteksi generator harus betul-betul mencegah kerusakan generator, karena kerusakan generator selain akan menelan biaya perbaikan mempertimbangkan pula proteksi bagi mesin penggeraknya, karena generator digerakkan oleh mesin penggerak mula.

Gangguan Generator

Gangguan Generator relatif jarang terjadi karena:

a. Instalasi Listrik tidak terbuka terhadap lingkungan, terlindung terhadap petir dan tanaman.

b. Ada Transformator Blok dengan hubungan Wye-Delta, sehingga mencegah arus

(gangguan) urutan nol dari Saluran Transmisi masuk ke Generator.

c. Instalasi Listrik dari Generator ke Rel umumnya memakai Cable Duct yang kemungkinannya mengalami gangguan kecil.

d. Tripnya PMT Generator sebagian besar (lebih dari 50%) disebabkan oleh gangguan mesin penggerak generator.

Namun ada juga gangguan-gangguan yang sering terjadi pada generator, meliputi gangguan pada :• Stator• Rotor (Sistem Penguat)• Mesin Penggerak• Back up instalasi di luar Generator

Pengaman terhadap gangguan luar generator

Generator umumnya dihubungkan ke rel (busbar). Beban dipasok oleh saluran yang dihubungkan ke rel. Gangguan kebanyakan ada di saluran yang mengambil daya dari rel. Instalasi penghubung generator dengan rel umumnya jarang mengalami gangguan. Karena rel dan saluran yang keluar dari rel sudah mempunyai proteksi sendiri,maka proteksi generator terhadap gangguan luar cukup dengan relay arus lebih dengan time delay yang relatif lama dan dengan voltage restrain.

Voltage Restrain• Arus Hubung Singkat Generator turun sebagai fungsi waktu.• Hal ini disebabkan oleh membesarnya arus stator yang melemahkan medan magnit kutub (rotor) sehingga ggl dan tegangan jepit Generator turun.

• Untuk menjamin kerjanya Relay sehubungan dengan menurunnya arus hubung singkat Generator, diperlukan Voltage Restrain Coil.• Mengingat karakteristik hubung singkat Generator yang demikian, pada Generator besar dipakai juga Relay Impedansi.

Pengaman Terhadap Gangguan Dalam Generator

a. Hubung singkat antar fasab. Hubung singkat fasa ke tanahc. Suhu tinggid. Penguatan hilange. Arus urutan negatiff. Hubung singkat dalam sirkit rotorg. Out of Steph. Over flux

Hubung singkat antar fasa

- Untuk proteksi dipergunakan relay differensial.- Kalau relay ini bekerja maka selain mentripkan PMT generator, PMT medan penguat generator harus trip juga.- Selain itu melalui relay bantu, mesin penggerak harus dihentikan.

Hubung Singkat Fasa ke Tanah- Dipakai Relay Hubung Tanah terbatas.- Relay ini memerintahkan- PMT Generator Trip- PMT Medan Penguat Mesin Penggerak berhenti (melalui Relay Bantu)Pada Generator yang memakai Trafo Blok Y-  sehingga arus urutan nol dari gangguan hubung tanah di luar Generator tidak masuk, bisa dipakai pula :- Relay Tegangan yang mengukur pergeseran tegangan titik Netral terhadap tanah.- Relay Arus yang mengukur arus titik Netral ke tanah lewat tahanan atau kumparan.

Penguatan Hilang- Penguatan hilang atau penguatan melemah (under exitation) bisa menimbulkan pemanasan yang berlebihan pada kepala kumparan stator- Penguatan hilang menyebabkan gaya mekanik pada kumparan arus searah rotor hilang, terjadi out of step, menjadi Generator Asinkron, timbul arus pusar berlebihan di rotor, selanjutnya rotor mengalami pemanasan berlebihan.- Relay penguatan hilang akan mentripkan PMT Generator

Penggunaan Relay Mho- Dalam keadaan eksitasi rendah / hilang, Generator akan mengambil daya Reaktif dari sistem.- Oleh karenanya dipakai Relay Mho yang bekerja pada kwadran 3 dan 4 dari Kurva Kemampuan Generator.- Perlu perhatian pada Beban Kapasitif, misalnya Saluran Kosong, Daya Reaktif akan masuk ke Generator dan menyebabkan Relay ini bekerja.

Hubung Singkat dalam Sirkit Rotor Hubung singkat dalam sirkit rotor bisa menyebabkan penguatan hilang.• Karena hubung singkat dalam sirkit rotor ini, bisa timbul distorsi medan magnet dan selanjutnya timbul getaran berlebihan.• Cara mendeteksi gangguan sirkit rotor : Potentio Meter, AC Injection, DC Injection.

Relay Negatif Sequence• Gangguan yang menimbulkan ketidak-simetrisan Tegangan maupun arus, menimbulkan Negatif Sequence Current, tetapi tidak dapat dideteksi oleh Relay-relay yang telah disebutkan sebelumnya, maka sebelum Negatif Sequence Current terjadi diharapkan dapat dideteksi oleh Relay ini.

• Gangguan-gangguan tersebut di atas misalnya adalah :– Hubung Singkat antar lilitan satu fasa.– Hubung Tanah di dekat titik Netral.– Ada sambungan salah satu fasa yang kendor.• Negative Sequence Current bisa menimbulkan pemanasan berlebihan pada rotor.

Gangguan Internal Generator Yang Sulit Dideteksi1. Hubung singkat antar lilitan satu fasa, tidak terdeteksi oleh relay diferensial.2. Hubung tanah di dekat titik Netral, tidak terdeteksi oleh relay hubung tanah terbatas.3. Lilitan putus atau sambungan kendor, tidak terlihat oleh relay diferensial.4. Diharapkan relay suhu dan relay Negatif Sequence bisa ikut mendeteksi dua gangguan ini.

Untuk Exciter berupa generator arus bolak balik yang memakai diode berputar, deteksi gangguan rotor hanya bisa lewat :a. Arus medan Pilot Exciter yang melewati sikat, bisa ditap untuk diamati. Arus ini akan membesar kalau ada gangguan kumparan rotor.b. Gangguan Kumparan rotor menimbulkan vibrasi yang bisa dideteksi oleh detektor vibrasi.

Gangguan dalam mesin penggerakGangguan-gangguan yang demikian adalah :• Tekanan minyak pelumas terlalu rendah• Suhu air pendingin atau suhu bantalan terlalu tinggi• Daya balik, adakalanya gangguan dalam mesin penggerak generator memerlukan tripnya PMT Generator.

Suhu Tinggi• Suhu tinggi bisa terjadi pada bantalan generator atau pada kumparan stator.• Hal ini masing-masing di deteksi oleh relay suhu yang mula-mula membunyikan alarm kemudian mentripkan PMT generator dan memberhentikan mesin penggerak apabila yang bekerja adalah relay suhu bantalan.Penyebab Suhu Tinggi:A. Lilitan Stator, penyebabnya:1. Beban Lebih2. Beban tidak simetris, arus urutan negatif3. Hubung singkat yang tidak terdeteksi4. Penguatan Hilang / Lemah5. Ventilasi kurang baik, hidrogin bocor6. Kotoran / debu melekat pada lilitan

B. Kumparan Rotor, penyebabnya:1. Beban stator tidak seimbang, arus urutan negatif2. Hubung singkat yang tidak terdeteksi3. Out of step4. Ventilasi kurang baik, hidrogin bocor5. Kotoran / debu melekat pada lilitan

C. Bantalan Generator, penyebabnya:1. Pelumasan kurang lancar, tekanannya kurang tinggi2. Kerusakan pada bagian yang bergeseran

Tekanan minyak terlalu rendah• Tekanan minyak pelumas yang terlalu rendah bisa merusak bantalan, oleh karenanya jika hal ini terjadi Mesin Penggerak perlu segera dihentikan melalui proses alarm terlebih dahulu apabila tekanan ini turun secara bertahap• Berhentinya Mesin Penggerak harus bersamaan dengan tripnya PMT Generator

Suhu Air Pendingin atau Suhu Bantalan terlalu tinggi• Sama seperti tekanan terlalu rendah

Daya Balik Daya balik dimana generator menjadi motor dapat menimbulkan kerusakan karena pemanasan berlebihan pada sudu-sudu tekanan rendah Turbin uap. Pada Turbin air dapat meningkatkan kavitasi. Oleh karenanya diperlukan relay daya balik pada generator yang digerakkan oleh turbin uap atau turbin air dengan melalui Alarm terlebih dahulu. Untuk Turbin Gas masalahnya sama dengan untuk Turbin Uap.

Putaran Lebih• Apabila PMT generator trip, maka akan terjadi putaran lebih yang membahayakan generator dan mesin penggeraknya.• Untuk ini diperlukan relay putaran lebih yang memberhentikan mesin penggerak.

Tegangan Lebih• Apabila PMT generator trip, maka bisa terjadi tegangan lebih.• Untuk ini diperlukan relay tegangan lebih.

Tekanan dan Kebocoran Hidrogen Untuk generator yang didinginkan dengan gas Hidrogen, harus ada relay yang mendeteksi tekanan rendah dan kebocoran Hidrogen untuk memberhentikan mesin penggerak generator dan memutus arus medan

Relay Over Fluks Relay ini mengukur besaran volt per Hertz. Tegangan imbas volt dalam suatu kumparan adalah sebanding dengan kerapatan fluks dan frekwensi. Over fluks bisa terjadi pada Tegangan normal tetapi frekwensi rendah. Hal semacam inibisa terjadi pada saat menstart generator dimana frekwensi masih rendah, karena putaran Generator masih rendah, tetapi sudah ada arus penguat dari exciter. Kerapatan fluks yang tinggi ini akan menimbulkan arus pusar yang tinggi sehingga timbul pemanasan berlebihan dalam inti generator dan dalam inti trafo penaik tegangan. Begitu pula dengan rugi histerisis yang menjadi makin tinggi apabila kerapatan fluks magnetik tinggi, hal ini ikut menambah pemanasan inti stator.

Contoh soal dan jawaban tentang proteksi transmisi tenaga listrik:

1. Menentukan TMS, I Setting dan Koordinasi Relai Arus Lebih untuk Memproteksi Sistem Distribusi Radial

Gambar 1. Diagram satu garis jaringan distribusi radial.

Tabel 1. Data Arus Beban, Arus Gangguan Maksimun dan Arus gangguan Minimun.

    AB BC CD

I_load 142 242 142

IF_max (A) 2500 2200 1750

IF min (A) 750 550 500

 

Mengilustrasikan perhitungan TMS, Setting arus I  Setting dan koordinasi relai arus lebih standard inverse R1, R2 dan R3 untuk memproteksi jaringan distribusi radial seperti gambar 1 di atas. Arus beban tiap tiap bus dan arus gangguan maksimum dan minimum diberikan pada tabel 1. Setelah TMS dan I setting masing masing relai R1, R2 dan R3 didapatkan, kemudian hitunglah waktu operasi relai untuk gangguan 500 Ampere. Langkah 1Hitung besarnya rentang Nilai yang diperbolehkan untuk masing masing relai R1, R2 dan R3 menggunakan ketentuan di bawah ini.

1.25 I_beban<I Setting < (2/3) I Gangguan MaxHasilnya ditabelkan pada tabel 2. di bawah ini. Kolom paling kanan pada tabel 2 merupakan nilai I  Setting yang diambil untuk masing masing relai R1, R2 dan R3. 

Tabel 2. Range Nilai Untuk masing-masing relai R1, R2 dan R3

  

    Relai

Range Nilai ISetting

ISetting

(A)1.25 I_Load

(A) s.d.(2/3)IF min

(A)

R1 178 s.d. 333 180

R2 303 s.d. 367 310

R3 178 s.d. 500 180

Langkah 2

Misalkan waktu operasi relai R1 adalah 0.1 detik dengan menggunakan persamaan:

Didapatkam TMS relai R1 sebesar = 0.033 

Untuk gangguan yang terjadi di seksi CD relai R2 harus beroperasi dengan tundaan sebesar 0.3 detik setelah relai R1, sehingga waktu operasi relai R2 = T Relai R1 + 0.3 detik = 0.4 detik.

Hitung nilai TMS relai R2 untuk gangguan yang terjadi pada seksi CD menggunakan persamaan

 

Langkah 3Hitung waktu operasi relai R2 untuk gangguan di seksi BC menggunakan persamaan

Untuk gangguan yang terjadi di seksi BC relai R3 harus beroperasi dengan tundaan sebesar 0.3 detik setelah relai R2, sehingga waktu operasi relai R3 = t Relai R2 + 0.3 detik = 0.652 detik.

Hitung nilai TMS relai R3 untuk gangguan yang terjadi pada seksi BC menggunakan persamaan

 

Dengan menggunakan TMS dan I  Setting masing masing relai maka didapatkan waktu operasi masing masing relai R1, R2 dan R3 untuk arus gangguan sebesar 500 A seperti pada tabel 2 (kolom 4) di bawah ini.

Tabel 3. Waktu operasi tiap tiap relai untuk arus gangguan sebesar 500 A

Relai TMS (A)t

(detik)R1 0.033 180 0.225R2 0.101 310 1.467R3 0.239 180 1.623

KESIMPULAN

Proteksi transmisi tenaga listrik adalah adalah proteksi yang dipasang pada peralatan-

peralatan listrik pada suatu transmisi tenaga listrik sehingga proses penyaluran tenaga listrik

dari tempat pembangkit tenaga listrik(Power Plant) hingga Saluran distribusi listrik

(substation distribution) dapat disalurkan sampai pada konsumer pengguna listrik dengan

aman.

Pada dasarnya semua konstruksi jaringan distribusi tidak ada yang benar-benar aman dari gangguan yang datangnya dari dalam sistem itu sendiri maupun dari dari luar sistem. Gangguan tersebut merupakan potensi yang merugikan ditinjau dari beberapa hal, maka perlunya dipasang sistem proteksi yang berfungsi sebagai berikut: Mencegah atau membatasi kerusakan pada jaringan beserta peralatannya Menjaga keselamatan umum Meningkatkan kontinuitas pelayanan

DAFTAR PUSTAKA

http://dunia-listrik.blogspot.co.id/2008/11/dasar-dasar-sistem-proteksi.html

http://anak-elektro-ustj.blogspot.co.id/2 013/03/sistem-proteksi-tenaga-listrik.html

http://ardinositinjak.blogspot.co.id/

http://kuliahelektro.blogspot.co.id/2011/03/proteksi-sistem-tenaga-listrik-dan.html

http://unimed-proteksisistemtenagalistrik.blogspot.co.id/