PROTEKSI GEN ERA TOR
OPERA SION A L.
Pada subbab sebelum nya telah didiskusikan pro teksi cadangan untuk m engatasi kem ungkinan tidak terbebasnya atau penundaan gangguan m enggunakan rele 21, 46 dan 51V. Dalam subbab berikut ini akan dikem ukakan beberapa m asalah dan pro teksi untuk keadaan lain yang m un gkin terjadi. Secara um um , hal ini terjadi pada sistem atau unit Generato r yang terhubung ke sistem besar. Pem bahasan diawali dengan Generato r kecil.
7.9.1 Generato r- Generato r Industri
Generato r ukuran kecil, khususnya yang digunakan pada pem bangkit yang dipergunakan pada industri atau sum ber daya sendiri, m ungkin m en galam i beberapa m asalah berikut, karena unit selalu terhubung ke utilitas, tindakan pertam a pada m asalah sistem penghubung adalah m em isahkan dari penghubung dengan cepat. Dalam banyak kasus, hal ini dapat dilakukan den gan rele frekuensi kurang, kecuali bila penghubung m en gam bang ( yaitu, Generato r lo kal m ensuplai sem ua beban lo cal) . Hal ini m erupakan ko ndisi o perasi no rm al yan g jarang dilakukan .Tipekal seting rele UFR adalah antara 59 sam pai 59,5 Hz pada sistem 60 Hz dengan waktu tindak yang cukup untuk m enghilangkan setiap o perasi transien tetapi lebih kecil dari setiap waktu penutupan ulang yang dipergunakan o leh sist em . Rela pengindera arah daya pada bagian penghubung m ungkin atau m ungkin tidak berguna, tergantung pada sistem dan o perasinya.
7.9.2 Operasi Diluar Frekuensi
Pada Generato r utilitas, gangguan pada sistem seringkali dapat m enghasilkan pem isahan yang m engakibatkan ketidakseim bangan antara Generato r dan beban. Hal ini disebabkan o leh ketidakseim bangan antara Generato r dan beban. Hal ini disebabkan o leh kelebihan atau kekurangan daya untuk m en supplai beban. Pada kasus pertam a, rele frekuensi lebih dengan kem ungkinan m engakibatkan tegangan lebih sebagai akibat penurunan dem and baban. Operasi dalam m o de seperti ini tidak akan m enghasilkan pem anasan lebih kecuali rating daya dan tegangan m encapai 10 5 % lebih. Pengem dali Generato r harus dengan cepat m engatur penyesuaian unit terhadap beban.
Dengan pem bangkitan yang tidak m encuku pi beban terhubung, m engakibatkan penurunan frekuensi, pada waktu dem and beban berat. Penurunan tegangan m enyebabkan regulato r tegangan m enaikan penguatan. Hal ini cepat m enim bulkan
terjadinya pem anasan lebih pada ro to r m aupun stato r. Pada saat bersam aan lebih banyak dem and daya dibutuhkan, dengan Generato r yang tidak m am pu m em enuhi kebutuhan pada waktu frekuensi m enuurun. Sistem pelepasan beban harus m am pu m engatur pem bebanan sesuai kem am puan pem bangkitan sebelum ko ndisi kritis terjadi.
Pro teksi arus lebih akan m engam ankan ro to r, tetapi pro teksi bahan bahar dibutuhkan untuk m engam ankan stato r. Pengam an yang digunakan adalah rele arus lebih waktu terbalik ektrim ( 50 / 51) yang diatur untuk m em enuhi dan bero perasi sebelum batas term is waktu singkat arm atur Generato r dicapai. Hal ini dapat dikendalikan dengan suatu high dro p o ut unit arus lebih seketika yang diset sekitar 115 % dari rating arus Generato r untuk m encegah o perasi dibawah batasan arus tersebut.
Diskusi diatas berhubungan dengan m aslah elektik Generato r. Masalah lain yang ada, yaitu m asalah yang terjadi pada o perasi turbin uap pada saat frekuensi berbeda dari sikro no us. Sudu turbin didesain dan ditala guna m endapatkan o perasi yang efisien pada rating frekuensi ro tasi. Operasi dengan beban yang m em ilki frekuensi berbeda dapat m engakibatkan reso nansi pada sudu dan kerusakan kelelahan pada sudu- sudu panjang ( 18 sam pai 44 inc) dari unit turbin tekanan rendah. Tipikal batasan frekuensi untuk m esin unit tekanan rendah 60 Hz dengan penjang sudu antara 18 sam pai 25 inchi adalah sekitar 58,5 sam pai 61,5 Hz untuk o perasi ko ntinyu, tetapi dapat pula natara 56 dan 58,5 Hz, hanya untuk o perasi singkat yang tidak lebih dari 10 m enit dapat diperbo lehkan. Untuk turbin dengan sudu sepanjang 25 sam api 40 inchi, tipikal range frekuensi antara 59,5 dan 60 ,5 Hz untuk o perasi ko ntinyu, untuk o perasi sin gkat sepanjang um ur pakai turbin dalam waktu 60 m enit dengan frekuensi antara 58,5 dan 59,5, dan hanya 10 m enit bila frekuensi antara 56 dan 58,5 Hz. Untuk unit seperti ini, disarankan dipakai rele frekuensi kuran g. Satu aplikasi m enggu nakan unit tiga langkah, tingkat pertam a tanpa waktu tunda diatur pada frekuensi 56 Hz, tingkat kedua dengan waktu tunda 2 m enit di set pada frekuensi 58,4 Hz, dan tingkat ketiga dengan waktu tunda 6 m enit diset pada frekuensi 59,4 Hz.
7.9.3 Tegangan Lebih
Generato r sebagaim ana Transfo rm ato r harus dihndarkan terhadap tegangan lebih kecuali untuk sesaat atau peralihan. Dengan o peraasi no rm al dekat lutut kurva kejenuhan besi tegangan lebih kecil saja m enyebabkan arus eksitasi yang cu kup besar pada Transfo rm ato r, dan m eningkatkan kerapatan fluks dan m engakibatkan po la fluksi m enjadi tidak no rm al pada Generato r. Hal ini akan m enyebabkan kesulitan dan kerusakan yang berkem ban g. Arus eksitasi m edan pada rating keluaran akan lebih besar dari pada saat tanpa beban, jadi sangat penting untuk m enguran gi penguatan sesuai dengan pengu rangan beban. Biasanya, hal ini dikerjakan o leh sistem pengaturan, tetapi sinyal tegangan yang salah, kehilangan fuse VT, atau kegagalan lain pada sistem dapat terjadi pada tegangan lebih tinggi.
Prio da bahaya utam a adalah waktu Generato r dilepas dari sistem dan putaran berubah. Tegangan Generato r secara pro po sio nal berhubungan den gan frekuensi dan flu k m agnetic sehingga pro teksi tegangan lebih harus m em iliki suatu harga angka ko nstan sebagai fungsi dari ratio tegangan terhadap frekuensi, tipe v/ f, pro teksi tam bahan yang dapat ditam bahkan pada kendali Generato r disarankan m enggu nakan dua tingkatan u nt v/ f. satu tingkat diseting berkisar 110 % rating tegangan untuk m engaktifkan alarm dengan sub ururtan trip m endekati 1 m enit. Tingkat lainnya diset berkisar 120 % rating tegangan untuk trip pada o rde 6 m enit. Sebuah supplai VT lebih disukai.
7.9.4 Operasi Mo to ring
Apabila supplai penggerak m ula m engalam i kerusakan atau tidak tersedia sem entara Generato r terhubung pada sistem tenaga dan penguatan gen tersedia, sitem tenaga akan m engendalikan unit Generato r sebagai m o to r sinkro n . Hal ini sangat berbahaya terutam a bila pengerak m ula yang digunakan adalah turbin uap dan air. Untuk turbin uap hal ini akan m engakibatkan pem anasan lebih dan berpo tensi m erusak turbin dan sudu- sudu turbin. Rendahnya aliran air pada turbin air dapat m enyebabkan kavitasi pada sudu- sudu turbin. Hal ini dapat pula terjadi bila dilakukan penutupan aliran uap dan air secara tiba- tiba pada waktu pengurangan beban fasa atau o leh triping turbin yang tidak disertai pembukaan pem utus Generato r.
Sejum lah cara pem indahan disertai sebagai bagian Generato r dan pen gendalinya, tetapi direko m endasikan u ntuk m enam bahkan rele daya balik ( 32) seperti diperlihatkan pada Gam bar 7- 8, pengam an tersebut adalah rele pengindera arah daya dihubungkan agar dapat bero perasi apabila daya m engalir m enuju Generato r. Tipikal sensitivitas adalah ½ % dari ratig daya o perasi pada o rde 2 detik.
7.9.5 Generato r Keluar Dari Sinkro nisasi
Pada beberapa tahun terakhir beberapa kasus kerusakan Generato r yang diakibatkan kekurang hati.hatian dalam m enghubungkan Generato r ke sistem tenaga. Hal ini dapat terjadi o leh penutupan pem utus tenaga yang salah pada saat unit penyusunan gigi, atau o leh sinkro nisasi yang tidak sem estinya. Pro teksi biasanya m ungkin bero perasi pada kebanyakan kasus tetapi tidak perlu untuk segala kem ungkinan. Hal ini m eningkatkan bahaya- bahaya bila sebagian dari pro teksi tidak tersedia atau berguna pada frekuensi rendah dari star up atau shut do wn. Karena u nit atau pem utus Generato r m ungkin m erupakan m asalah, sangat penting bahwa pem utus terdekat dibuka secepatnya o leh kegagalan pem utus lo kal dan atau dengan triping jarak jauh. Tam bahan pro teksi untu k ini adalah dengan m en ggunakan 3 u nit rele arus lebih- waktu terbalik- pengindera arah ( 67) . Satu pada fasa dihubungkan untuk bero perasi pada daya balik ke Generato r. Dengan basis arus yang m engalir keluar dari Generato r ke sistem tenaga, karakteristik rele dan hubungannya harus m em berikan suatu zo na o perasi dari sekitra 30 º sam pai
60 º m elalui perputaran 180 º m enjadi 210 º sam pai 240 º m endahului. Tipikal angkat arus haruslah berkisar 0 ,5 pu dengan aru s 2,0 pu, waktu o perasi berkisar 0 ,25 detik. Aplikasi ini dapat m enggantikan pro teksi m o to ring ( 32) dan lebih sensitive terhadap ko ndisi yang diuraikan diatas.
7.9.6 Kutub Pem utus Falsho ver
Dim ana po tensi terjadi flasho ver pada kutub- kutub pem utus tenaga sebelum sinkro nisasi atau setelah pem isahan dari sistem tenaga, tam bahan pro teksi ketidakco co kan kutub direko m en dasikan. Ko n disi ini sepertinya untuk terjadi tanpa gangguan dan beban rendah, sehingga arus dem ikian rendah. Pada suatu kasus flasho ver kutub pem utus 50 0 kV suatu jaringan 150 m ile yang dibuka disuatu ujung m em berikan arus kecepatan ratingnya. Arus urutan negatif I2 berada 12 % diatas arus rating Generato r. Hal ini dapat dibebaskan hanya o leh pengurangan penguatan den gan cepat. Cadangan lo cal dan pem utusan jarak jauh pada sisi lain dari jaringan akan m em bebaskan sistem , tetapi tidak Generator pro teksi urutan negatif m ungkin m erespo n, tetapi dengan waktu respo n lam a, atau m ungkin tidak bereaksi.
Pro teksi kagagalan kutub pem utus ( GI) yang sensitive bila ada digunakan untuk m em bandingkan level m agnitud dari ketiga fasa rele akan bero perasi bila salah satu arus pada fasa berada dibawah harga seting, sedangkan arus paada fasa lain diatas harga seting tipikal sensitivitas m em berikaan reaksi bilam ana arus salah satu fasa lebih kecil 20 sam pai 60 m A, lainnya ditas 40 sam pai 20 0 m A. Besaran ini dilihat dari
sisi tegangan tin ggi tranfo rm ato r . Suatu rele dengan level perbedaan 3 : 1 dan dengan waktu o perasi berkisar ½ detik disarankan.
Bilam ana digunakan dua pem utus Generato r pada sistem tegangan tinggi, seperti pada rel ko nfigurasi Rin g atau rel den gan pem utus setangah. Maka akan dapat dipenuhi sirkulasi arus ketidakseim bangan pada bus untu k dapat m engo perasikan pro teksi yan g sensitive ini. Untuk aplikasi seperti ini o perasi tidak seim bang harus disupervisi o leh detecto r level tegangan urutan no l, atau dengan seting lebih tinggi.
7.9.7 Osilasi Subsinkro no us
Aplikasi ko m pensato r seri pada jaringan transm isi EHV m enghasilkan peningkatan transm isi daya dan stabilitas tetapi m ungkin m en gakibatkan o silasi subsinkro no us. Hal ini m ungkin terjadi pada Generato r yang dihubungkan pada jaringan transm isi HVDC. Frekuensi natural sistem fn dengan reaktansi kapasitif Xc dan reaktansi induktif Xl didapat hubungan : 1 c s n X X f f =
Dim ana fs adalah frekuensi sinkro n o us atau frekuensi no rm al sistem . Karena Xc lebih kecil dari Xl , m aka fn subsinkro no us. Hal ini m enim bulkan m asalah pada sistem , terutam a pada Generato r ro tasi ro to r pada frekuensi sinkro no us berputar lebih cepat dari m edan m agnetik yang dihasilkan o leh frekuensi subharm o nik. Hal ini m engakibatkan slip negatif dan m em perngaruhi resistenasi negatif, dengan Generato r cenderung bero perasi sebagai m o to r induksi. Bilam ana fn m endekati fs, slip m enjadi kecil dan reisitansi negatif besar. Bila resistansi ini lebih besar dari resistansi sistem , sirkit akan m engalam i eksitasi sendiri, dan arus subsinkro no us m em besar. Hal ini akan m engakibatkan pem anasan lebih pada sistem . Satu penyelesaian yaitu m enggunakan belitan penahan m uka tahanan rendah untuk m enguran gi resistansi ro to r. Pengaruh lain dari frekuensi ini adalah m enghasilkan to rka o silasi pada Generato r dengan to rka peralihan tam bahan akibat o perasi pensaklaran dan gangguan pada jaringan sistem . Hal ini berbahaya karena to rka ini m ungkin m engakibatkan kerusakan pada ro to r.
Beberapa pengukuran dapat diam bil untuk m en gurangi hal tersebut, dan rele pro teksi dapat dikem bangkan untuk m endeteksi reso nansi subsinkro no us. Salah satu pengukuran, yaitu m en gukur pergerakan to rsio n al, lainnya m em indai tingkat arus- arus subsinkro no u s pada jangkar. Hal ini m erupakan sebuah feno m ena ko m plek dan diuku r dari apa yang akan dibahas dalam buku ini, terlebih lagi hal ini terjadi hanya pada beberapa sistem dengan kapasitansi serie.
7.10 PROTEKSI GROUN D FIELD
Deteksi gangguan tanah pada eksiter dan m edan sangat penting dan um um nya m erupakan bagian dari yang diberikan o leh pabrik, bukan ditata o leh pengguna. N am un bila peralatan ini tidak diberikan, atau dibutuhkan tam bahan sistem pengam an, rele pro teksi sebagai pengam an dapat dipakai.
Untuk unit- unit dengan sikat, rele ( 64) dengan sikuit pem bagi tegangan dapat dihubungkan m elalui m edan dan eksiter dengan rele sensitive tipe DC terhubung antara jaringan jem batan dan tanah. Apabila terjadi gangguan tanah pada m edan dan eksiter, m aka pada rele akan m erasakan tegan gan yang dapat m enyebabkan o perasi rele tersebut. Untuk m enghindari tidak bero perasinya rele pada gangguan tanah dititik no l, salah satu cabang jaringan m engandung resisto r no n linear yang akan m erubah titik buta ini dengan variasi tegangan dari m edan.
Generato r dengan eksiter tanpa sikat dilengkapi dengan suatu peralatan pengganti sikat pada slip ring untuk m engukur tingkat iso lasi m edan secara perio dik. Iso lasi m edan eksiter diperiksa secara berkala/ ko ntinyu. Keadaan yang tidak no rm al akan m engaktifkan alarm sehingga o perato r bisa m elakukan tindakan, tetapi dapat pula digunakan untuk perintah tripping.