Makalah Seminar Kerja Praktek
Sistem Proteksi Generator Turbin Gas Berbasis REG 216 Pada PLTGU Muara Tawar Bekasi Tri Hutomo
1
, Yuningtyastuti 1
1
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Kode Pos 50275 Telp. (024) 7460053, 7460055 Fax. (024) 746055 E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]
A b s t r a k
Kebutuhan listrik dari tahun ke tahun pun semakin meningkat seiring dengan laju pertumbuhan
penduduk. Maka dibangunlah pembangkit-pembangkit energi listrik sehingga terpenuhi kebutuhan listrik dalam negeri. Keandalan dan keberlangsungan suatu pembangkit energi listrik dalam melayani
konsumen sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Adanya gangguan pada suatu
pembangkit dapat mengganggu operasi dari pembangkit tersebut yang juga dapat membahayakan bagian-bagian penting didalamnya karena dapat mengakibatkan kerusakan dan meluasnya daerah kerusakan ke bagian-bagian lain. Karena itu diperlukan suatu sistem proteksi yang dapat melindungi setiap bagian dari pembangkit energi listrik. PLTGU Muara Tawar menggunakan sistem proteksi berbasis REG 216. Sistem ini memiliki berbagai fungsi proteksi yang salah satunya untuk proteksi generator. Terdiri dari bagian-bagian analog input unit, binary input and tripping unit, binary output unit, CPU, dll. REG 216 terintegrasi dengan semua perangkat proteksi dan memilki interface berupa nyala lampu LED dan alarm untuk indikator gangguan. REG 216 juga memilki lock-out relay sebagai interlock untuk pengaman-pengaman atau breaker pada PLTGU Muara Tawar. Kata kunci : Sistem Proteksi Generator, REG 216 I.
Pendahuluan 1.1 Latar Belakang
Listrik sangat berguna baik dalam pemenuhan kebutuhan rumah tangga ataupun kebutuhan dunia industri. Kebutuhan listrik dari tahun ke tahun semakin meningkat seiring dengan laju pertumbuhan penduduk. Maka dibangunlah pembangkit-pembangkit energi listrik sehingga terpenuhi kebutuhan listrik dalam negeri. Tentu saja pembangkit listrik mempunyai peran yang sangat besar pada semua sektor kehidupan masyarakat sehingga keberadaannya menjadi sangat penting. Keandalan dan keberlangsungan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Adanya gangguan pada suatu sistem pembangkit dapat mengganggu operasi dari sistem pembangkit tersebut yang dapat membahayakan bagian-bagian penting didalamnya karena dapat mengakibatkan kerusakan dan penurunan umur pembangkit. Karena itu diperlukan suatu sistem proteksi yang dapat melindungi setiap bagian dari sistem pembangkit listrik
, salah satunya adalah menggunakan REG 216. 1.2
Maksud dan Tujuan Kerja Praktek Tujuan Kerja Praktek ini adalah : 1.
Mahasiswa melalui kerja praktek ini dapat menerapkan teori yang didapat di bangku kuliah. 2.
Mahasiswa dapat mengetahui secara langsung alat-alat sistem proteksi yang terdapat di pembangkit PLTGU Muara Tawar Bekasi.
1.3
Batasan Masalah
Dalam Laporan Kerja Praktek ini, penulis menekankan pada cara kerja dari sistem
proteksi generator turbin gas REG 216 pada PLTGU Muara Tawar. II. Dasar Teori
Yang dimaksud dengan sistem proteksi tenaga listrik adalah sistem pengaman pada peralatan-peralatan yang terpasang pada sistem tenaga listrik, seperti generator, bus bar, transformator, saluran udara tegangan tinggi, saluran kabel bawah tanah, dan lain sebagainya terhadap kondisi abnormal operasi sistem tenaga listrik tersebut (J. Soekarto, 1985).
2.1 Fungsi dan Persyaratan Kualitas Proteksi
Fungsi proteksi adalah : 1. Untuk menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat. 2. Untuk cepat melokalisir luas daerah terganggu menjadi sekecil mungkin. 3. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik. 4. Untuk mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik
.
Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem proteksi yang efektif yaitu : a). Selektivitas dan Diskriminasi Efektivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kesanggupan sistem dalam mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja. b). Stabilitas Sifat yang tetap inoperatif apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang melindungi (gangguan luar). c). Kecepatan Operasi Sifat ini lebih jelas, semakin lama arus gangguan terus mengalir, semakin besar kerusakan peralatan. Hal yang paling penting adalah perlunya membuka bagian-bagian yang terganggu sebelum generator-generator yang dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi dengan sistem selebihnya. Waktu
pembebasan gangguan yang tipikal dalam sistem-sistem tegangan tinggi adalah 140 ms. Dimana mendatang waktu ini hendak dipersingkat menjadi 80 ms sehingga memerlukan relay dengan kecepatan yang sangat tinggi (very high speed relaying) d). Sensitivitas (kepekaan) Yaitu besarnya arus gangguan agar alat bekerja. Harga ini dapat dinyatakan dengan besarnya arus dalam jaringan aktual (arus primer) atau sebagai presentase dari arus sekunder (trafo arus). e). Reliabilitas (keandalan)
Sifat ini jelas, penyebab utama dari “outage”
rangkaian adalah tidak bekerjanya proteksi sebagaimana mestinya ( mal operation
).
2.2 Perangkat Sistem Proteksi
Yang dimaksud dengan perangkat sistem proteksi, seperti terlihat pada gambar 2.1 adalah : Gambar 2.1
Hubungan antar perangkat proteksi 1.
Relai. Sebagai elemen perasa /pengukur untuk mendeteksi gangguan. 2.
PMT/PMB (Pemutus Tenaga/ Pemutus Beban) Sebagai pemutus arus dalam sirkuit tenaga untuk melepas bagian sistem yang terganggu. 3. Trafo tegangan dan atau trafo arus. Mengubah besarnya arus dan atau tegangan dari sirkuit primer ke sirkuit sekunder (Relai) 4.
Battery
5.
Pengawatan. Untuk mengubungkan komponen-komponen proteksi sehingga menjadi satu sistem. 2.3 Gangguan Pada Generator
Macam-macam gangguan pada generator dapat diklasifikasikan sebagai berikut : A. Gangguan listrik ( electrical fault
) B. Gangguan mekanis/panas ( mechanical or thermal fault ) C. Gangguan sistem ( system fault )
A. Gangguan Listrik ( e l e c t r i c a l f a u l t ) .
Jenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul dan terjadi pada bagian-bagian listrik dari generator. Gangguan-gangguan tersebut antara lain : 1. Hubung singkat 3 (tiga) fasa. Terjadinya arus lebih pada stator yang dimaksud adalah arus lebih yang timbul akibat terjadinya hubungan singkat tiga fasa (
three phase fault
). Gangguan ini akan menimbulkan loncatan bunga api dengan suhu tinggi yang akan melelehkan belitan dengan resiko terjadinya kebakaran jika isolasi tidak terbuat dari bahan yang anti api (
non flammable ) . 2.
Hubung singkat 2 (dua) fasa. Gangguan hubung singkat 2 fasa ( unbalance fault
) lebih berbahaya dibanding gangguan hubung singkat tiga fasa ( balance fault
) karena disamping akan terjadi kerusakan pada belitan, akan timbul pula vibrasi pada kumparan stator. Kerusakan lain yang timbul adalah pada poros (
shaft
) dan kopling turbin akibat adanya momen puntir yang besar. 3. Stator hubung singkat satu fasa ketanah ( stator ground fault
) Kerusakan akibat gangguan 2 fasa atau antara konduktor kadang-kadang masih dapat diperbaiki dengan menyambung ( taping
iron lamination
) akibat gangguan 1 fasa ketanah yang menimbulkan bunga api dan merusak isolasi dan inti besi adalah kerusakan serius yang perbaikannya dilakukan secara total. Gangguan jenis ini meskipun kecil harus segera diproteksi. 4. Rotor hubung tanah ( field ground
). Pada rotor generator yang belitannya tidak dihubungkan ketanah ( ungrounded system
), bila salah satu sisi terhubung ketanah belum menjadikan masalah. Tetapi apabila sisi lainnya kemudian terhubung ketanah, sementara sisi sebelumnya tidak terselesaikan maka akan terjadi kehilangan arus pada sebagian belitan yang terhubung singkat melalui tanah. Akibatnya terjadi ketidakseimbangan fluksi yang menimbulkan vibrasi yang berlebihan dan kerusakan fatal pada rotor.
Gambar 2.2
Rotor hubung tanah 5. Kehilangan medan penguat ( loss of excitation
). Hilangnya medan penguat akan membuat putaran mesin naik dan berfungsi sebagai generator induksi. Kondisi ini akan berakibat pemanasan Iebih pada rotor dan pasak (
slot wedges
), akibat arus induksi yang bersirkulasi pada rotor. Kehilangan medan penguat dapat dimungkinkan oleh : a. Jatuhnya ( trip
) saklar penguat . b. Hubung Singkat pada belitan penguat. c. Kerusakan kontak-kontak sikat arang pada sisi penguat. d. Kerusakan pada sistem AVR. 6. Tegangan lebih (
over voltage
). Tegangan yang berlebihan melampaui batas maksimum yang diijinkan dapat berakibat tembusnya ( breakdown
) desain isolasi yang akhirnya akan menimbulkan hubungan singkat antara belitan. Tegangan lebih dapat dimung-kinkan oleh mesin putaran lebih (
overspeed
B Gangguan Mekanis/Panas (
m e c h a n i c a l o r t h e r m a l f a u l t )
Jenis-jenis gangguan mekanik atau panas antara lain: 1. Generator berfungsi sebagai motor ( motoring
). Motoring adalah peristiwa berubah fungsinya generator menjadi motor akibat daya balik ( reverse power
). Daya balik terjadi disebabkan oleh turunnya daya masukan dari penggerak utama ( prime mover
) . Dampak kerusakan akibat peristiwa motoring adalah lebih kepada penggerak utama itu sendiri . Pada turbin uap peristiwa motoring
akan mengakibatkan pemanasan lebih pada sudu-sudunya, kavitasi pada sudu-sudu turbin air, dan ketidakstabilan pada turbin gas. 2. Pemanasan lebih setempat. Pemanasan lebih setempat pada sebagian stator dapat dimungkinkan oleh : a. kerusakan laminasi b. kendornya bagian-bagian tertentu didalam generator seperti: pasak-pasak stator (
stator wedges
(pendingin dengan media udara, hidrogen atau air) akan menyebabkan kenaikan suhu belitan stator. Apabila suhu belitan melampaui batas ratingnya akan berakibat kerusakan belitan.
C. Gangguan sistem ( system fault ) .
Generator dapat terganggu akibat adanya gangguan yang datang atau terjadi pada sistem. Gangguan-gangguan sistem yang umumnya terjadi antara lain: 1.
Frekuensi operasi yang tidak normal ( abnormal frequency operation
) Perubahan frekuensi keluar dari batas-batas normal di sistem dapat berakibat ketidakstabilan pada turbin
generator. Perubahan frekuensi sistem dapat dimungkinkan oleh tripnya unit-unit pembangkit atau penghantar (transmisi). 2. Lepas sinkron (
loss of synchron
). Adanya gangguan di sistem akibat perubahan beban mendadak, switching, hubung singkat dan peristiwa yang cukup besar akan menimbulkan ketidak- stabilan sistem. Apabila peristiwa ini cukup lama dan melampaui batas-batas ketidakstabilan generator, generator akan kehilangan kondisi paralel. Keadaan ini akan menghasilkan arus puncak yang tinggi dan penyimpangan frekuensi operasi keluar dan yang seharusnya sehingga akan menyebabkan terjadinya stress pada belitan generator, gaya puntir yang berfluktuasi dan resonansi yang akan merusak turbin generator. Pada kondisi ini generator harus dilepas dari sistem. 3.
Pengaman cadangan ( back up protection
) Kegagalan fungsi proteksi didepan generator pada saat terjadi gangguan di sistem akan menyebabkan gangguan masuk dan dirasakan oleh generator. Untuk ini perlu pemasangan pengaman cadangan. 4.
Arus beban kumparan yang tidak seimbang ( unbalance armature current
). Pembebanan yang tidak seimbang pada sistem atau adanya gangguan satu fasa dan dua fasa pada sistem yang
menyebabkan beban generator tidak seimbang dan menimbulkan arus urutan negatif. Arus urutan negatif yang melebihi akan menginduksikan arus medan yang berfrekuensi rangkap dengan arah berlawanan dengan putaran rotor dan akan menginduksikan arus pada rotor yang akan menyebabkan adanya pemanasan lebih dan kerusakan pada
bagian- bagian konstruksi rotor.
BAB III. Sistem Proteksi Generator Turbin Gas Berbasis REG 216
