Session 10 Protection and Control System

Session 10

SISTEM PROTEKSI

1. Pendahuluan

2. Komponen Proteksi Pusat Listrik

3. Komponen Pusat Listrik yang

Memerlukan Proteksi

1. PENDAHULUAN

Pusat Listrik merupakan komponen vital dalam kehidupan yang modern ini, dimana energi listrik menyuplai berbagai kebutuhan yang diperlukan manusia.

Diperlukan kehandalan dari sebuah pusat listrik agar berbagai macam kegiatan dapat

terlaksana.

Gangguan yang dapat mengganggu pusat listrik antara lain : petir, short circuit, arus berlebih,

perilaku manusia, perilaku hewan, arus urutan negatif, arus urutan positif, dsb.

1. PENDAHULUAN

Tujuan : melepaskan atau memisahkan peralatan yang terganggu dari sistem keseluruhannya guna

memperkecil kerusakan yaang dapat terjadi dan sebanyak mungkin mempertahankan kontinuitas penyediaan tenaga listrik.

2. KOMPONEN PROTEKSI PUSAT LISTRIK

Komponen Utama : • Relai

• Pengaman lebur (Fuse) • Circuit breaker

• Pembumian (Grounding) • Pelindung komponen

• Penangkal petir (Lightning Arrester) Komponen Pendukung :

• Pendinginan • Baterai aki

Relai

• Relai adalah saklar otomatis yang dikontrol oleh sinyal listrik untuk menggerakkan posisi on atau off.

• Relai terdiri 2 macam berdasarkan input listrik, yaitu relai a.c. dan d.c.

• Relai dibedakan menjadi 7 macam berdasarkan konstruksi, yaitu : relai tenaga udara, relai tenaga

minyak banyak, relai tenaga minyak sedikit, telai tenaga gas SF₆, relai tenaga vakum, relai tenaga

Circuit Breaker

• Pada saat saklar tegangan (tinggi) membuka biasanya akan terjadi busur listrik

• Busur listrik menyebabkan saklar teroksidasi sehingga kinerjanya dapat menurun

• Dalam rangkaian dengan

tegangan di atas 1.5 kV Saklar dibedakan menjadi

– PMT (pemutus tenaga)/CB (circuit breaker)

– PMB (pemutus beban)/LBS (load break switch)

– PMS (pemisah)/DS (disconnecting switch)

Circuit Breaker

– CB udara

– CB minyak banyak (bulk oil CB)

– CB minyak sedikit (low oil content CB) – CB gas SF₆

– CB vakum

– CB medan magnet (magnetic CB) – CB udara tekan (air blast CB)

Air blast

Vacum

Pengaman Lebur

• Komponen ini memanfaatkan

kawat

yang memiliki kemampuan untuk

menghantarkan arus sesuai

kapasitasnya.

• Jika arus yang dihantarkan

melebihi

kemampuannya

, maka

kawat

tersebut

akan

putus.

• Komponen yang mempengaruhi hal

tersebut adalah :

material bahan dan

tebal tipisnya kawat.

Pengaman Lebur

1,7 1090 Tembaga 2,8 665 Alumunium 6,0 419 Seng 11,2 240 Timah 1,6 980 Perak Resistansi Spesifik (mikroOhm/cm) Titik Lebur (0_C) logam

Penangkal Petir

• Hal ini sangat penting bagi sistem

pembangkit, baik pada pusat pembangkit, transmisi, dan distribusi listrik untuk masalah petir.

• Petir merupakan kilatan listrik yang high voltage, jika tidak dicegah dapat merusak komponen listrik.

Penangkal Petir

• Penangkal Petir (lighting arrester)

– Komponen-komponen pembangkit listrik yang terletak di luar, rentan akan sambaran petir

– Penangkal petir harus diletak sedekat mungkin dengan unit yang akan dilindungi

– Penangkal petir akan bekerja pada tegangan tertentu di atas tegangan operasi unit yang dilindungi

– Tingkat isolasi penangkal petir harus berada dibawah tingkat isolasi unit yang dilindungi

Pembumian

• Pembumian menggunakan media tanah, sehingga disebut juga pentanahan.

• Tanah yang digunakan proses pembumian

memiliki karakteristik nilai hambatan yang rendah

sehingga sinyal listrik akan memilih hambatan yang rendah.

• Pembumian dilakukan agar arus bocor pada

kerangka komponen pusat listrik menjadi minimal. • Pembumian dilakukan untuk meminimalisasi efek

Pembumian

Pembumian harus dihubungkan pada komponen pembangkitan listrik berikut :

• Komponen yang mempunyai dasar logam. • Bagian pembuangan muatan listrik dari

penangkal petir.

• Kawat petir yang ada pada bagian saluran transmisi dan tiang transmisi.

Pembumian

• Titik pembumian dapat dibedakan menjadi 3 jenis

 Batang besi (single and double rod)

 Pelat tembaga

 Anyaman tembaga

Pembumian

• Pentanahan

• Pembumian (earthing) = pentanahan (grounding), pembumian menekankan perlunya bagian instalasi tersebut memiliki potensial yang sama dengan bumi • Bagian yang umum ditanahkan

– Logam-logam yang menjadi rangka saluran listrik (berisolasi) • Badan generator, transformator, rangka kabel, dan rel

– Pembuangan muatan listrik

• Penangkal petir (lighting arrester)

– Titik-titik netral pada unit pembangkitan • Titik netral generator dan transformator

Pelindung Komponen

• Pelindung komponen diperlukan untuk menghindari terjadinya kerusakan akibat faktor eksternal, yaitu :

Mahluk hidup (tikus, kucing, dll)

Lingkungan (hujan, kelembaban, dll) • Komponen yang memerlukan pelindung :

Kabel

Transformator dll

Pendinginan

• Tujuan proses pendinginan agar tidak terjadi

over-heating pada stator kumparan atau bantalan generator, yang dapat menyebabkan

terkelupasnya pelindung antar lilitan sehingga dapat terjadi short circuit.

• Proses pendinginan diperlukan untuk menaikkan nilai efisiensi dari komponen listrik, yaitu

generator dan transformator.

• Proses pendinginan dapat berupa sirkulasi fluida. • Proses pendinginan juga diperlukan di dalam

ruangan kontrol. Hal ini bertujuan menjaga suhu udara agar sistem kontrol dapat bekerja dengan baik.

Baterai Aki

• Baterai aki diperlukan sebagai

sumber

listrik untuk berbagai komponen seperti

relai, motor circuit breaker, pompa cooling

oil emergency, penerangan emergency,

peralatan komunikasi dan peralatan

instumentasi.

• Diperlukan

perawatan

dan

pengecekan

kondisi baterai ini untuk mengetahui

besarnya tegangan pada aki

agar sesuai

dengan spesifikasi yang dibutuhkan.

Contoh kegagalan sistem

proteksi

• Contoh kegagalan sistem proteksi

– relai rusak

– Transformator arus sudah jenuh

– Gangguan pada pengawatan sekunder – Baterai lemah/rusak

3. KOMPONEN PUSAT LISTRIK YANG

MEMERLUKAN SISTEM PROTEKSI

• Generator

• Mesin Penggerak Generator • Transformator

• Motor

Generator

• Generator yang umum digunakan adalah generator sinkron 3 fasa • Tegangan generator maksimum saat ini adalah 23 kV

• Pasokan listrik dari generator sampai rel harus rapi dan bersih agar tidak menimbulkan gangguan

Generator

• Relai arus lebih • Relai diferensial

• Relai gangguan hubung tanah

• Relai rotor hubung tanah • Relai penguatan hilang • Relai tegangan lebih

• Relai arus urutan negatif • Relai suhu

• Relai flux berlebih



 UntukUntuk generator, generator, umumnyaumumnya

trip

trip akanakan terjaditerjadi jikajika relairelai menerima

menerima inputinput--input input berikutberikut



 SuhuSuhu yang yang tinggitinggi; bearing, air ; bearing, air

pendingin

pendingin, , minyakminyak pelumaspelumas, , generator

generator



 Tegangan_Tegangan; over voltage/ _{; over voltage/}

under voltage

under voltage



Mesin Penggerak Generator

• Relai suhu bantalan

• Relai suhu air pendingin

Transformator

• Trafo penaik tegangan generator

– Dalam hal proteksi, umumnya dianggap satu kesatuan dengan generator

• Trafo unit pembangkit

– Pembangkit (daya>10 MW) umumnya memasok untuk

pemakaian unit pembangkit itu sendiri; motor pendingin, pelumas dan lainnya

• Trafo pemakaian sendiri

– Memasok instalasi penerangan, baterai, mesin-mesin bengkel dan lainnya

• Relai arus lebih di sisi primer dan sekunder • Relai hubung tanah

• Relai diferensial

• Relai hubung tanah terbatas • Relai bucholz

• Relai suhu

• Relai tekanan mendadak • Relai tangki tanah

• Relai arus urutan negatif

Transformator

• Transformator

– Trafo dengan tegangan >60kV, titik netralnya ditanahkan secara langsung (menghemat biaya isolasi)

– Trafo dengan tegangan <60kV, titik netralnya ditanahkan melalui impedansi (menghasilkan arus gangguan hubungan tanah yang mampu menggerakan relai hubungan tanah)

– Trafo untuk daya 70kW-1MW, perlu diamati kualitas minyak dan isolasi bushing

– Minyak; sebagai pendingin dan isolasi, jika buruk trafo cepat panas, berkarat (timbul kandungan air), dan isolasi berkurang – Bushing; jika bushing nilai isolasinya berkurang hubungan

singkat antara fasa ke tangki yang dapat meyebabkan trafo meledak

Motor

• Motor listrik umumnya diproteksi terhadap pembebanan lebih, hubungan singkat dan tegangan rendah

– Relai arus lebih dan sekering lebur – Relai stall

– Relai tegangan rendah/hilang – Relai arus urutan negatif

Rel

• Busbar merupakan komponen penting dalam unit distribusi

• Susunan rel

– Rel Tunggal

– Rel ganda dengan 1 CB – Rel ganda dengan 2 CB – Rel dengan 1 1_/

2 CB

• Perlindungan pada rel

– Pemasangan penangkal petir – Pentanahan

– Pemagaran di sekitar rel – Relai proteksi busbar (relai

4. KARAKTERISTIK SISTEM PROTEKSI

Karakteristik sistem proteksi meliputi :

1. Selektivitas

2. Sensitivitas

3. Reliabilitas

4. Daya tanggap

5. Kompatibilitas

SISTEM KONTROL

1.

1.

Pendahuluan

Pendahuluan

2.

2.

Klasifikasi

Klasifikasi

Sistem

Sistem

Kontrol

Kontrol

3. Parameter

3. Parameter

Kontrol

Kontrol

4.

1. PENDAHULUAN

• Sistem kontrol adalah sistem yang mencakup penyajian data dan informasi yang terdapat dalam pusat listrik, sehingga dari data

tersebut dapat diproses dan dilakukan pengontrolan untuk mendapatkan dan menyediakan energi listrik.

• Suatu sistem kontrol harus mampu

menjalankan suatu urutan (sequencing) kerja dengan baik dan benar, tujuannya adalah

untuk menghindarkan manusia dan alat dari operasi yang berbahaya dan merugikan (i.e. start/stop).

Istilah Dalam Sistem Kontrol

– Data acquisition

• Pengumpulan dan penyajian data

– Threshold values

• Pemberian peringatan atas batas maksimum suatu besaran

– Fault recording

• Merekam kejadian abnormal dan memberikan analisanya

– Predictive maintenance

• Mencatat besaran yang berkaitan dengan pemeliharaan (getaran, suhu bantalan) dan memberikan langkah

pemeliharaan

– Program interupsi

• Selektif memilih data yang urgent untuk ditampilkan

– Program automatic control

• Mengatur otomatisasi besaran, tekanan udara misalnya

1. PENDAHULUAN

Prinsip Sistem Kontrol

Umpanbalik

Kontrol +/-SP PV MV error MV = Measure Variable SP = Set Point PV = Process Variable Error = SP-PV

2. KLASIFIKASI SISTEM KONTROL

Berdasarkan otomatisasi :

• Sistem Kontrol Otomatis

• Sistem Kontrol Manual

Berdasarkan area yang

dikontrol :

• Sistem Kontrol Lokal

2. KLASIFIKASI SISTEM KONTROL

 Berdasarkan proses kontrol :

• Proporsional

• Proporsional Integrator (PI) • Proporsional Diferensial (PD)

• Proporsional Integrator Diferensial (PID)

 Berdasarkan teknologi

• PLC • DCS

PLC

• PLC = Programmable Logic Controller

• Berbasis kontrol sinyal digital dengan logika 1 dan 0 • Belum tersedia aplikasi alarm dan signal conditioning • Kurang fleksibel.

DCS & SCADA

• DCS = Distributed Control System

• SCADA = Supervisory Control and Data Acquisition

• Menggunakan proses PID

• Aplikasi : alarm, diagnostics, fail safe

• Lebih fleksibel penggunaanya, dan friendly. • Mempunyai database

3. PARAMETER KONTROL

• Generator

Tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif,

frekuensi, faktor daya, suhu kumparan stator, dan suhu bantalan.

• Transformator

Tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif, suhu minyak, dan kadar air dalam minyak.

• Mesin Penggerak Generator

3. PARAMETER KONTROL

• Sistem Air

ph, konduktifitas, sulfur, silica, TDS.

• Boiler

Tekanan, temperatur, flow.

• Turbin

Kontrol Frekuensi

• Pengaturan kopel mekanis dilakukan dengan cara

– Mengatur pemberian uap penggerak turbin (PLTU) – Mengatur pemberian air penggerak turbin (PLTA)

– Mengatur pemberian bahan bakar dalam ruang bakar turbin (PLTG)

– Mengatur pemberian bahan bakar oleh pompa injeksi bahan bakar ke silinder mesin diesel (PLTD)

4. KOMPONEN SISTEM KONTROL

• Aktuator • Interface • Transducer • Mikrokontroler • Komputer

Aktuator

Aktuator merupakan komponen penggerak dari sistem kontrol, antara lain :

• Sistem Hidrolik = Medium cairan

• Sistem Pneumatik = Medium udara bertekanan • Sistem Motor = Listrik

Interface

Interfacing merupakan sistem komunikasi

yang menghubungkan 2 hardware.

Jenis interfacing antara lain :

• Wiring : PPi 8255, RS 232, RS 485,

TCP/IP

• Wireless : Bluetooth, WiFi, ZigBee, sinyal

satelit, GPRS, GSM

Transducer

• Transducer merupakan sensor yang

mengubah suatu besaran fisik yang ingin

diukur menjadi besaran listrik.

• Didalam sebuah transducer terdapat

sensor konvensional dan sebuah

Mikrokontroler

• Mikrokontroler merupakan perangkat yang digunakan untuk mensampling data analog menjadi data digital kemudian diolah dan

dikirim melalui interface menuju komputer pada pusat kendali.

• Bagian mikroprosesor/mikrokontroler

ADC, DAC, SRAM, memory flash, I/O, CPU, EEPROM

Komputer

• Data Logger

• Printer

• Plotter

• Layar

• Keyboard

Bagan Sederhana Sistem Kontrol

A/D A/D A/D

T T T ID A?D A/D T T PC Keyboard

Besaran Fisik dari Instalasi Energi

AKTUATOR Plotter Printer Data Logger Layar Interfacing