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.