BAB IV
SISTEM PROTEKSI GENERATOR DENGAN RELAY ARUS
LEBIH (OCR)
4.1 Umum
Sistem proteksi merupakan salah satu komponen penting dalam system tenaga listrik secara keseluruhan yang tujuannya untuk menjaga kontinuitas dan kualitas supply produksi daya listrik serta supply daya listrik agar sampai kepusat beban tanpa terputus.
Konsep system produksi itu sendiri adalah mendeteksi perubahan parameter system, mengevaluasi besar parameter perubahan tersebut dan membandingkan dengan besaran dasar yang telah dsetting sebelumnya untuk kemudian member perintah kepada peralatan proteks untuk melakukan proses switching yang akan menghubungkan atau memisahkan bagian tertentu dari system. Dan daerah proteksi pada sebuah system tenaga listrik dibuat saling terkoordinasi tujuannya untuk menghindari kemungkinan adanya daerah yang tidak terproteksi.
PLTU Muara Karang sebagai pembangkit dengan kapasitas pembangkitan terbesar di Indonesia dilengkapi dengan relay-relay proteksi yang selalu dijaga untuk bekerja dengan kehandalan tinggi.
System proteksi pada unit pembangkit PLTU Muara Karang terutama pada Generator.
4.2 Sistem Proteksi Unit Pembangkit
4.2.1 Pengertian Sistem Proteksi
System unit pembangkit dilengkapi dengan relay proteksi yang merupakan komponen pendeteksi kondisi abnormal pada unit pembangkit yang kemudian melindunginya dari kondisi abnormal tersebut dengan mengisolasi gangguan dari system yang masih sehat.
4.2.2 Peranan Sistem Proteksi Unit pembangkit
Secara garis besar peranan system proteksi adalah :
1. Melindungi komponen yang diproteksi dari setiap gangguan yang mungkin terjadi agar tidak terjadi kerusakan pada peralatan.
2. Melokalisir ganguan dengan cepat agar tidak meluas didalam system, sehingga bagian yang tidak terkene gangguan tetap mendapat supply daya listrik.
Sedangkan peranan relay proteksi unit pembangkit itu sendiri antara lain: 1. Mendeteksi adanya kondisi gangguan.
2. Memisahkan bagian yang terganggu dari system yang normal dengan mentrip PMT dan memberitahu adanya gangguan kepada operator dengan isyarat lampu dan alarm.
3. Memberitahu lokasi gangguan. 4.2.3 Kinerja Sistem Proteksi
Kinerja yang diharapkan dari sebuah relay proteksi pada sebuah unit: a. Sensitif
Relay harus peka sehingga dapat merasakan dan bereaksi untuk gangguan sekecil apapun pada daerah daerah proteksinya.
b. Selektif
Reley harus cukup selektif sehingga mampu membedakan kondisi dimana relay tersebut harus segera bekerja, memperlambat kerja atau tidak bekerja sama sekali. Yang berhubungan dengan kontinuitas pelayanan maksimum dengan pemutusan minimum.
c. Kecepatan
Relay harus mampu bereaksi secepat mungkin pada saat mendeteksi adanya gangguan pada daerah proteksinya.
d. Kehandalan
Relay diharapkan bekerja dengan sensitive, selektif, dan bereaksi secepat mungkin.
Kehandalan memiliki dua syarat antara lain: Keterjaminan
Kepastian relay agar tidak gagal bekerja jika terjadi gangguan pada daerah proteksinya.
Keamanan
Kepastian relay untuk bekerja secara tepat ( tidak salah kerja )
e. Ekonomis
Sifat ini berkaitan dengan desain atau pabrikasi relay dengan menggunakan peralatan minimum ( sederhana ) tapi dengan kehandalan tinggi, sehingga lebih murah.
4.3 Proteksi Primer dan Proteksi cadangan
Proteksi primer atau utama adalah peralatan proteksi pertama yang bekerja untuk mengisolasi gangguan dari system yang sehat. Proteksi cadangan ( back-up ) adalah peralatan proteksi yang bekerja bila peralatan proteksi pertama gagal bekerja, sehingga gangguan tidak meluas dan bertahan lama dalam system. Proteksi utama gagal bekerja karena adanya kegagalan kerja dari pada komponen system proteksi.
Proteksi cadangan terbagi atas dua, antara lain : a. Local Back-up
Proteksi utama dan cadangan menggunakan trip coil yang berbeda tapi trip coil berada pada stasiun yang sama.
Proteksi utama dan cadangan diletakkan pada stasiun yang berbeda dan berdiri sendiri.
Proteksi cadangan harus memberikan cukup waktu kepada proteksi utama bekerja dengan baik sehingga tidak terjadi pemutusan yang tidak perlu pada komponen system. Karenanya proteksi cadangan dibuat lebih lambat dengan memberikan waktu tunda terpanjang yang diperlukan system untuk menghilangkan gangguan dan respon tercepat yang mungkin diberikan oleh proteksi cadangan. Untuk menjaga agar dua atau lebih rele proteksi dapat bekerja berdasarkan urutan kerja yang telah ditentukan maka diperlukan koordinasi proteksi yang handal antar rele proteksi. Koordinasi proteksi ini diatur dengan patokan lokasi gangguan.
4.3.1 Komponen system proteksi
Sebagian penting dari system proteksi, antara lain: a. Circuit breaker
Merupakan pemutus daya yang membuka dan menutup rangkaian secara otomatis pada kondisi normal dan kondisi abnormal. PMT mempunyai rating sesuai dengan setting arus dan tegangan nominal kondisi berbeban dan kondisi gangguan selain itu PMT juga harus mampu memikul arus hubung singkat maksimum sesaat yang dapat mengalir dan kemudian memutuskannya.
b. Trafo Arus (CT)
Digunakan untuk pengukuran (mentransformasikan arus besar ke arus kecil) dan pada rele proteksi rating arus sekunder biasanya 1A dan 5A sedangkan rating arus primernya adalah 10A untuk motor-motor berdaya kecil sampai 15000A untuk PLTU 400MW dan 25000A untuk PLTU 600MW. Akurasi CT pada rele proteksi tegangan merupakan aspek pentingdalam system proteksi.
Gambar 4.2 Current Transformator
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam CT adalah :
Salah satu sisi sekunder harus ditanahkan tujuannya untuk menjaga agar tegangan peralatan tidak naik saat terjadinya tembus antara tegangan tinggi dan sisi sekunder. Rangkaian sekunder tidak boleh diopen agar tidak terjadi saturasi/kejenuhan pada sisi trafo
c. Trafo tegangan (PT)
Untuk mentransformasikan tegangan primer ke tegangan sekunder yang lebih rendah. Rating tegangan sekunder yang dipakai adalah 100V dan 110V. Seperti CT, sisi sekunder PT juga harus ditanahkan.
Gambar 4.3 Potensial Transformer
d. Peralatan Supply
Untuk mensuplai peralatan proteksi saat terjadi gangguan. Terdiri atas sumber DC dan sumber AC. Sumber DC mempunyai kehandalan lebih tinggi karena tidak bergantung pada supply AC saat terjadi gangguan.
E Kabel
Rangkaian penghantar supply daya dari catu daya ke peralatan proteksi.
4.4 Relay arus lebih (over current relay)
Relay ini berfungsi mendeteksi arus lebih yang mengalir dalam kumparan stator generator. Arus yang berlebihan dapt terjadi pada kumparan stator generator atau di dalam kumparan rotor. Arus yang berlebihan pada kumparan stator dapat terjadi karena pembebanan berlebihan terhadap generator.
Gambar 4.4 relay arus lebih 4.5 Prinsip kerja
Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting (I set).
Macam-macam karakteristik relay arus lebih : a. Relay waktu seketika (Instantaneous relay)
b. Relay arus lebih waktu tertentu (Definite time relay) c. Relay arus lebih waktu terbalik (Inverse Relay)
4.5.1 Relay Waktu Seketika (Instantaneous relay)
Relay yang bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang
mengalir melebihi nilai settingnya, relay akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik (10 – 20 ms). Dapat kita lihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 4.5. Karakteristik Relay Waktu Seketika (Instantaneous Relay).
Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan relay arus lebih dengan karakteristik yang lain.
4.5.2 Relay arus lebih waktu tertentu (definite time relay)
Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui settingnya (Is), dan jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relay diperpanjang dengan waktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay, lihat gambar dibawah ini.
Gambar 4.6. Karakteristik Relay Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time Relay).
4.5.3 Relay arus lebih waktu terbalik
Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Karakteristik ini bermacam-macam dan setiap pabrik dapat membuat karakteristik yang berbeda-beda, karakteristik waktunya dibedakan dalam tiga kelompok : • Standar invers
• Very inverse • Extreemely inverse
Gambar 4.7. Karakteistik Relay Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Relay).
4.5.4 Pengaman Pada Relay Arus Lebih
Pada relay arus lebih memiliki 2 jenis pengamanan yang berbeda antara lain:
•Pengamanan hubung singkat fasa. Relay mendeteksi arus fasa. Oleh karena itu, disebut pula “Relay fasa”. Karena pada relay tersebut dialiri oleh arus fasa, maka settingnya (Is) harus lebih besar dari arus beban maksimum.
Ditetapkan Is = 1,2 x In (In = arus nominal peralatan terlemah).
•Pengamanan hubung tanah. Arus gangguan satu fasa tanah ada
kemungkinan lebih kecil dari arus beban, ini disebabkan karena salah satu atau dari kedua hal berikut:
Pentanahan netral sistemnya melalui impedansi/tahanan yang tinggi, atau bahkan tidak ditanahkan Dalam hal demikian, relay pengaman hubung singkat (relay fasa) tidak dapat mendeteksi gangguan tanah tersebut. Supaya relay sensitive terhadap gangguan tersebut dan tidak salah kerja oleh arus beban, maka relay dipasang tidak pada kawat fasa melainkan kawat netral pada sekunder trafo arusnya. Dengan demikian relay ini dialiri oleh arus netralnya, berdasarkan komponen simetrisnya arus netral adalah jumlah dari arus ketiga fasanya. Arus urutan nol dirangkaian primernya baru dapat mengalir jika terdapat jalan kembali melalui tanah (melalui kawat netral).
Gambar 4.8. Blok diagram dari sistem proteksi dengan OCR
4.6 Pemeliharaan Relay
Pemeliharaan relai adalah pemeliharaan peralatan/komponen dari perangkat proteksi, agar perangkat relai proteksi tetap terjaga dalam kondisi baik sehingga dapat bekerja dengan semestinya tatkala terjadi gangguan pada sistem pembangkit. Pemeliharaan relai dapat diklasifikasikan menjadi :
A. Pemeliharaan Rutin
Pemeliharaan peralatan relai proteksi pembangkit pada dasarnya dilakukan dalam kurun waktu dua tahun dengan kondisi pembangkit tidak beroperasi, kecuali untuk relai statik diperlukan pemeriksaan rutin setiap tahun dalam keadaan pembangkit beroperasi.
a. Pemeliharaan Tahunan
Aspek yang diperhatikan adalah : Kebersihan tutup panel relai
Kebersihan komponen-komponen relai dari debu/kotoran b. Pemeliharaan Dua Tahunan
Aspek yang perlu diperhatikan untuk relai : Kebersihan tutup panel relay
Kebersihan komponen-komponen relai dari debu/kotoran Pelumasan pegas dan rotor
Kebersihan kontak-kontak relai dengan kontak cleane Tahanan isolasi dari relai
Aspek yang perlu diperhatikan untuk instalasi proteksi : Tahanan isolasi pengawatan AC/DC Terminal sambungan kabel
Tahanan DC dari relai ke trafo arus
Uji rangkaian trafo arus dan trafo tegangan B. Pemeliharaan Korektif
Pemeliharaan ini dilakukan bila terjadi penyimpangan karakteristik relai proteksi sehingga diperlukan untuk mengadakan koreksi penyetelan. Selain itu, pengujian kembali dilakukan untuk memastikan perlu tidaknya penggantian komponen relai atau relai itu sendiri. Pelaksanaan pengujian individual relai seperti pada pemeliharaan rutin.
C. Pemeliharaan Darurat
Pemeliharaan ini dilakukan jika terjadi suatu gangguan pada unit pembangkit dimana salah satu perangkat relai proteksi gagal untuk menyatukan PMT. Jika sumber kegagalan dalam perangkat relai proteksi telah ditemukan, maka perbaikan dan penggantian komponen yang rusak dapat dilaksanakan. Selanjutnya, perlu dilakukan pengujian kembali.
