SISTEM PROTEKSI PADA GENERATOR - sisfo.itp.ac.id · PDF filemerubah generator menjadi motor, ... Proteksi generator terhadap gangguan mesin penggerak Bila tekanan minyak pada mesin

SISTEM PROTEKSIPADA GENERATOR

GANGGUAN PADA GENERATORGANGGUAN PADA GENERATOR

EA

Pada Sirkit Listrik Generator yang menyebabkan tripnya PMT, pada umumnya disebabkan oleh :

1. Gangguan diluar seksi generator tetapi PMT generator ikut trip sebagai akibat kurang selektifnya relai generator

2. Ada gangguan dalam seksi generator yang disebabkan karena a) kerusakan generator atau alat bantu generator, b) binatang yang menimbulkan arus hubung singkat dan c) kontak-kontak listrik yang belum sempurna

3. Ada gangguan dalam sistem eksitasi generator, biasanya menyangkut pengatur tegangan otomatis.

4. Ada gangguan pada sistem arus searah khususnya yang diperlukan untuk mentripkan PMT. Gangguan pada sirkit listrik tersebut di atas berlaku untuk semua macam Pusat Listrik.

GANGGUAN PADA GENERATORGANGGUAN PADA GENERATOR

EA

Hal-hal yang menyebabkan gangguan mesin penggerak generator (prime mover) secara singkat adalah :

1. Kerusakan pada bagian-bagian yang berputar atau bergeser, seperti bantalan, batang penggerak, katup-katup khususnya yang jarang bergerak pada waktu diperlukan malah macet.

2. Kerusakan pada bagian-bagian dimana terdapat pertemuan antara zat-zat yang berbeda suhunya seperti kondensor PLTU, pemanas udara PLTU. Hal serupa bisa pula terjadi pada alat-alat pendingin di PLTA atau PLTD.

3. Kerusakan pada pengabut yang bertugas mengubah bahan bakar minyak menjadi kabut gas. Pengabut semacam ini terdapat pada PLTU, PLTG dan PLTD dan seringkali merupakan sumber gangguan karena tersumbat.

4. Kebocoran pada perapat dari bagian yang mengandung zat cair atau gas yang bertekanan tinggi. Kebocoran semacam ini dapat menyebabkan gangguan operasi dari Pusat Listrik yang bersangkutan. Gangguan Pada Instalasi Yang Berhubungan Dengan Lingkungan. Pada PLTU gangguan ini misalnya karena air laut yang berfungsi sebagai pendingin mengandung binatang laut dan kotoran yang menyumbat instalasi air pendingin atau menyumbat kondensor.

Pengaman pada Generator

Generator merupakan sumber energi listrik didalamsistem tenaga listrik, maka perlu diproteksi dari semuagangguan jangan sampai mengalami kerusakan karenakerusakan generator akan sangat mengganggupenyediaan tenaga listrik. Tetapi dilain pihak dari segi selektifitas pengamanansistem diharapkan agar PMT generator tidak mudah trip terhadap gangguan dalam sistem, karena lepasnyagenerator dari sistem akan mempersulit jalannya oprasisistem tenaga listrik.

Gambar bagan Generator dengan Mesinpenggerak dan Medan Penguat :

PMT generator hanya boleh bekerja apabila ada gangguanyang tepat ada didepan generator, didalam generator ataupada nesin penggerak generator.

SistemPenguat

PMT MedanPenguat

Generator 3 fase

MesinPenggerak

PMTGenerator

Kesistem

EA

Pengamanan generator secara garis besar terdiri dari:1. Pengamanan terhadap gangguan diluar generator, Gangguan diluar generator

yang belum diamankan adalah gangguan di rel, pengamanan yang dibutuhkan bersifat back-up. Oleh karena itu untuk gangguan di rel yang langsung berhubungan dengan generator pengamanan yang terpenting adalah relai arus lebih. Untuk generator yang besar perlu ditambah relai arus urutan negative

2. Pengamanan terhadap gangguan yang terjadi didalam generator. Gangguandalam generator secara garis besar ada 5 macam, yaitu : 1) hubung singkatantara fasa, 2) hubung singkat fasa ke tanah, 3) suhu tinggi , 4) penguatanhilang , dan 5) hubung singkat dalam sirkit rotor

3. Pengamanan terhadap gangguan dalam mesin penggerak yang memerlukanpelepasan PMT generator. Gangguan dalam mesin penggerak ada kalanyamemerlukan trip dari PMT generator, misalnya apabila tekanan minyak terlalurendah maka mesin penggerak perlu segera dihentikan karena tekananminyak terlalu rendah dapat menimbulkan kerusakan bantalan. Untukmenghindarkan tetap berputarnya generator sebagai akibat daya balik yang merubah generator menjadi motor, maka PMT generator perlu ditripkan. Begitupula apabila suhu air pendingin pada mesin PLTD atau PLTU menjadi terlalutinggi maka mesin PLTD atau PLTU tersebut perlu segera dihentikan dan PMT generator harus juga di trip-kan. Trip dari PMT generator karena tekananminyak pelumas terlalu rendah, atau karena suhu air pendingin terlalu tinggidilakukan oleh relai mekanik.

1. Gangguan-gangguan dari luar generator

Penyebab gangguan utama dari luar yang melewati sistemadalah petir, yang sering disambar petir adalah saluranudara transmisi dan saluran distribusi.Untuk menghadapi ganggaun diluar pusat listrik, maka PMT yang dipasang dari saluran dilengkapi dengan relay-relay.Untuk gangguan di rel yang langsung berhubungan dengangenerator, maka relay arus lebih merupakan pengamanutama. Tetapi bila ada pengaman rel difrensial, maka relay arus lebih merupakan pengaman back-up.Gangguan diluar generator dapat menimbulkan arus urutannegatif, yang selanjutnya arus ini dapat menimbulkanpemanasan yang berlebihan pada generator. Oleh karena itupada generator dengan daya besar dipakai relay urutannegatif.

2. Gangguan dari dalam generator

Ganguan dalam generator secara garis besarnya ada 5 macam yaitu :

A. Hubung singkat antara fasaGangguan ini terjadi bila isolasi antar fasa rusak bisaterjadi dalam stator generator maupun diluar stator generator.Untuk melindungi generator dari gangguan ini dipakairelay difrensial yang segera men-trip PMT generator, PMT arus medan penguat dan memberhentikan mesinpenggerak generator. Hal ini diperlukan untukmenghentikan sama sekali GGL yang dibangkitkandalam stator generator, sehingga hubung singkat antarfasa dapat segera berhenti.

Gambar prinsip relay difrensial :

Relay difrensial tidak dapat menghindarkan terjadinyagannguan hubung singkat antar fasa, tetapi hanya dapatmendeteksi dan kemudian memberhentikan hubung singkatantar fasa yang terjadi, untuk menghindarkan kerusakangenerator yang lebih besar.

Generator

I2

I1-I2

I1

Relay

CTCT

Ketitik netralke rel

B. Hubung singkat fasa ke tanah

Gangguan ini tidak dapat dideteksi oleh relay difrensialbila titik netral generator tidak ditanahkan. Olehkarenanya ada relay hubung tanah untuk melindungigenerator terhadap gangguan hubung tanah.Pada gambar berikutnya diperlihatkan pengamangenerator terhadap gangguan hubung tanah yang titiknetralnya tidak ditanahkan sehingga perlu dipasangtransformator tegangan dan yang titik netralnyaditanahkan dengan melewati tahanan.

Keterangan :(a) Gambar relay hubung tanah (GF) yang titik netral dari

generator tidak ditanahkan dengan pemasangantransformator tegangan

(b) Gambar relay hubung tanah (GF) yang titik netral darigenerator ditanahkan melalui tahanan (R).

GFGF

R

(a) (b)

Untuk pengaman generator yang ttitk netralnyatidak ditanahkan perlu dipasang transformatortegangan yang berfungsi mendeteksi kenaikantegangan titik netral terhadap tanah danselanjutnya akan menyebabkan relay hubungtanah (GF) bekerja. Tegangan titik netral terhadaptanah akan naik bila ada gangguan hubung tanahdan selanjutnya akan menyebabkan relay (GF) bekerja.

Pengetanahan Titik Netral Generator

Yang banyak digunakan adalah sistem pengetanahandengan tahanan, dengan memakai tahanan yang membatasi arus pengetanahan sampai 100 Amper.Cara lain adalah dengan pengetanahan melaluitransformator tiang, sistem ini tepat bagi mesinberkapasitas besar. Pengetanahan dilakukan melaluigulungan tegangan tinggi pada transformator tiangdengan menyisipkan tahanan pada sisi tegangan rendahuntuk membatasi arus pengetanahan sampai 5 – 15 Amper.

Nilai tahanan R didapat dari persamaan berikut :

(ohm)

di mana :C = kapasitansi tiap fasa dari rangkaian urutan noldari generator (generator zerosequencecircuit) (dalam µF)f = frekuensi (Hz)N = perbandingan lilitan (turn ratio) dari transformator

2

6

610fCN

Rπ

=

C. Suhu tinggi

Hal ini bisa terjadi pada stator atau pada bantalangenerator, yang menyebabkan kenaikan suhu tersebutkarena pembebanan lebih pada generator yang terlalulama, ventilasi yang kurang sempurna atau karenabanyak kotoran yang menempel pada isolasi lilitanstator sehingga menghambat pelepasan panas lilitanstator. Aliran minyak pelumas yang kurang baik juga bisamenyebabkan suhu yang tinggi. Untuk mengamankan generator terhadap masalahsuhu yang tinggi, dipakai relay suhu yang pada tahappertama membunyikan alarm dan pada tahapberikutnya men-trip PMT generator.

D. Penguatan hilang

Bila terjadi gangguan pada rangkaian arus penguat, sehingga medan penguat generator menjadi lemah atauhilang, maka generator mengalami kondisi “out of step”atau lepas dari sinkronisasinya dengan sistem dan dapatmenimbulkan gangguan dalam sistem khususnya.Oleh karenanya pada generator yang mempunyai dayarelatif besar disediakan Loss of Field relay untukmencegah terjadinya situasi out of step tersebut diatasdengan jalan men-trip PMT generator bila arus penguathilang atau menjadi terlalu lemah oleh karena adagangguan pada sirkit arus penguat.

E. Hubung singkat dalam sirkit rotor

Pada gangguan ini generator akan mengalami Loss of Field relay dan juga sirkit rotor dan rotor generator dapatmengalami kerusakan.Unutk mencegah kerusakan ini dipakai relay arus lebihatau sekering lebur dalam sirkit rotor.Jika salah satu kutub (+ atau -) mengalami hubungtanah, maka hal ini dapat menimbulkan distorsi dalammedan magnit penguat sehingga timbul getaran yang berlebihan.Untuk melindungi gangguan ini, maka generator yang besar dipasang relay pengaman terhadap rotor hubungsingkat.

Perlindungan generator terhadap petir

Distribusi tegangan yang disebabkan oleh surja tegangan antaralapisan dalam lilitan generator, menunjukkan nilai yang tertinggidekat ujung keluar atau ujung titik netral lilitan. Untuk meratakanmuka gelombang tegangan dan menyeragamkan distribusitegangan pada gulungan generator, maka dipasang sebuahkapasitor pelindung sebesar 0,1- 0,5 µF antara setiap terminal dantanah.Untuk generator yang dihubungkan dengan saluran transmisimelalui transformator surja tegangan yang dialihkan dari sistemtegangan tinggi ke sisi tegangan rendah dari transformatormengandung komponen alih elektro-magnetik dan komponen alihelektrostatis.

Gambar bagan hubungan kapasitor pelindung generator

Bila rangkaian tegangan rendah dihubungkan dengan rel fasayang terisolasikan atau dengan kabel, maka pemasangankapasitor pelindung tidak diperlukan karena teganganelektrostatis cukup kecil.

Kapasitor Pelindaung (C) Generator (R)

Saluran Transmisi (Z)

3. Proteksi generator terhadap gangguan mesin penggerak

Bila tekanan minyak pada mesin penggerak terlalu rendah, maka mesin penggerak tersebut perlu dihentikan karenadapat minimbulkan kerusakan bantalan.Untuk menghindarkan tetap berputarnya generator sebagaiakibat daya balik yang merubah generator menjadi motor, maka PMT generator perlu di trip. Trip dari PMT generator karena tekanan minyak pelumasyang terlalu rendah atau karena suhu air pendingin yang terlalu tinggi maka dipakai oleh relay mekanik.Sehingga pada generator dengan daya terpasang diatasnilai tertentu yang digerakkan turbin uap, turbin gas atauturbin air, maka dipakai relay daya balik. Daya balik terjadi karena ada gangguan mesin penggerakatau ada ayunan daya dalam sistem.

Rangkuman1. Generator merupakan sumber utama pengadaan energi

listrik didalam sistem tenaga listrik, sehingga perludilindungi / diproteksi dari semua gangguan, baikgangguan yang berasal dari luar maupun dari dalamsistem. Bila terjadi kerusakan generator akan sangatmengganggu penyediaan tenaga listrik.

2. Pengamanan generator dari Gangguan luar yang disebabkan oleh petir, dipakai relay arus lebih. Gangguan diluar generator tersebut dapat menimbulkanarus urutan negatif, yang selanjutnya arus ini dapatmenimbulkan pemanasan yang berlebihan padagenerator. Maka pada generator dengan daya besardipakai relay urutan negatif.

3. Ganguan dalam generator secara garis besarnya ada 5 macam yaitu :a. Hubung singkat antara fasa

Untuk melindungi generator dari gangguan ini dipakairelay difrensial yang segera men-trip PMT generator. Hal ini diperlukan untuk menghentikan sama sekaliGGL yang dibangkitkan dalam stator generator, sehingga hubung singkat antar fasa dapat segeraberhenti.

b. Hubung singkat fasa ke tanahGangguan ini tidak dapat dideteksi oleh relay difrensialbila titik netral generator tidak ditanahkan. Maka dipakairelay hubung tanah untuk melindungi generator terhadap gangguan hubung tanah.

c. Suhu tinggiKenaikan suhu pada generator disebabkan karenapembebanan lebih yang terlalu lama, ventilasi yang kurang sempurna atau karena banyak kotoran yang menempel pada isolasi lilitan stator sehinggamenghambat pelepasan panas lilitan stator. Aliranminyak pelumas yang kurang baik juga bisamenyebabkan suhu yang tinggi. Untuk melindungigenerator terhadap masalah suhu yang tinggi, dipakai relay suhu yang pada tahap pertamamembunyikan alarm dan pada tahap berikutnyamen-trip PMT generator.

d. Penguatan hilangPada gangguan ini generator mengalami kondisi “out of step” atau lepas dari sinkronisasinya dengan sistemdan dapat menimbulkan gangguan dalam sistemkhususnya. untuk mencegah terjadinya situasi out of step tersebut dengan jalan men-trip PMT generator.

e. Hubung singkat dalam sirkit rotor Gangguan ini generator akan mengalami Loss of Field relay dan juga sirkit rotor dan rotor generator terjadikerusakan. Untuk mencegah kerusakan ini dipakaielay arus lebih atau sekering lebur dalam sirkit rotor. Jika salah satu kutub (+ atau -) mengalami hubungtanah, maka hal ini dapat menimbulkan distorsi dalammedan magnit penguat sehingga timbul getaran yang berlebihan. Untuk melindungi gangguan ini, makagenerator yang besar dipasang relay pengamanterhadap rotor hubung singkat.