Makalah Seminar Kerja Praktek
SISTEM PROTEKSI GENERATOR PADA PLTG
WESTINGHOUSE W-251
Fitria Prasetiawati1, Ir. Te jo Su kmadi, M.T.2
Jurusan Teknik Ele ktro, Faku ltas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Pro f. Sudharto, tembalang, Se marang, Indonesia
Ema il : fit riaprasetiawat i@g ma il.co m
Abstrak
Tenaga listrik merupak an salah satu fak tor dalam pembangunan suatu Negara. Hal ini terlihat bahwa k emajuan suatu Negara dapat diuk ur dari k onsumsi tenaga listrik per kapita Negara tersebut. Kebutuhan tenaga listrik dari tahun k e tahun terus mengalami penin gk atan. Sejalan dengan peningk atan k ebutuhan tenaga listrik tersebut, produk si tenaga listrik juga terus meningk at.
Untuk memenuhi k ebutuhan tenaga listrik , PT. Indonesia Power sebagai salah satu anak perusahaan milik PT. PLN (persero) merupakan perusahaan yang bergerak di bidang k etenagalistrik an memiliki delapan Unit Bisnis Pembangkit dan satu Unit Bisnis Jasa Pemeliharaan dengan kapasitas pembangk itan terbesar di Indonesia. Kapasitas yang besar tersebut disuplai dari berbagai jenis pembangk it listrik salah satunya adalah PLTG.
Di PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas), k eandalan dan k emampuan suatu sistem tenaga listrik untuk k ebutuhan k onsumen sangat tergantung pada sistem protek si yang digunakan di PLTG. Dalam perencangan suatu sistem tenaga listrik , perlu dipertimbangkan k ondisi-k ondisi gangguan yang mungk in terjadi pada sistem melalui analisa gangguan. Maka di PLTG dilak uk an penerapan sistem protek si generator untuk menghindari adanya gangguan yang terjadi pada generator dan cepat melok alisir luas daerah yang mengalami gangguan menjadi sek ecil mungk in.
Kata kunci : PLTG, generator, analisa gangguan generator, sistem protek si generator
BAB I : PENDAHUL UAN
1.1 Latar Belakang
Di Indonesia kebutuhan tenaga listrik dari tahun ke tahun terus mengalami peningkatan. Untuk me menuhi kebutuhan tenaga listrik, PT. Indonesia Power sebagai salah satu anak perusahaan milik PT. PLN (persero) merupakan perusahaan yang bergerak di bidang ketenagalistrikan me miliki pembangkit-pe mbangkit yang memiliki rancangan mesin yang umu mnya jarang sekali mengala mi gangguan, hal ini disebabkan karena adanya penggunaan bahan-bahan
bermutu tinggi, teknis pengerjaan dan pengendalian mutu yang lebih baik.
Walaupun demikian ke mungkinan terjadinya gangguan tidak dapat dihindarkan. Gangguan dapat menyebabkan kerusakan pada mesin yang sedang dioperasikan dan biasanya akan diikuti dengan pemutusan suplai.
mungkin. Antara lain dengan menditeksi keadaan gangguan secara tepat dan mengisolasikan mesin terhadap sistem yang sehat secara cepat. Maka dila kukan penerapan sistem proteksi generator untuk menghindari adanya gangguan yang terjadi pada generator dan cepat meloka lisir luas daerah yang mengala mi gangguan menjad i sekecil mungkin.
1.2 Tujuan
Tujuan dala m kerja prakte k in i adalah untuk me mperkena lkan me mbahas sistem pengoperasian PLTG Cilacap dan tentang karakter serta gangguan-gangguan dan sistem proteksi yang digunakan pada sistem tenaga listrik yang meliputi: generator.
1.3 Pembatasan Masal ah
Dala m pe mbuatan laporan ini penulis me mbatasi masalah tentang sistem proteksi generator pada PLTG Westinghouse W -251 Cilacap.
BAB II : DASAR TEORI
2.1 Sistem Pengoper asian PLTG Westinghouse W-251 Cilac ap
Gambar 2.1 Prinsip Ke rja PLTG Mula-mula udara dari atmosfir ditekan didala m ko mpresor hingga temperature dan tekanannya naik dan proses ini biasa disebut dengan proses kompresi dimana sebagian udara yang dihasilkan in i digunakan sebagai udara pembakaran dan sebagiannya digunakan untuk mendinginkan bagian-bagian turbin gas. Dida la m ruang bakar sebagian udara pembaka ran tersebut akan bercampur dengan bahan bakar yang diinje ksikan kedala mnya akan menghasilkan proses pembakaran hingga menghasilkan gas panas (energi panas) dengan
temperature dan tekanan yang tinggi, dari energi panas yang dihasilkan inilah ke mudian akan dimanfaatkan untuk me mutar turbin dimana didala m sudu gerak dan sudu-sudu diam turbin, gas panas tersebut temperature dan tekanan mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan proses ekspansi. Selan jutnya energi mekan is yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk me mutar generator hingga menghasilkan energi listrik.
2.2 Komponen Utama PLTG Westinghouse W-251 Cilacap
1. Accessory Gear
Accessory Gear adalah suatau lemari roda gigi yang mendapat sumber gera k dari turbin dan mentransmisikan putaran turbin pada alat-alat.
2. Ko mpresor (Compressor )
Ko mpresor yang diguankan pada PLTG Westinghouse W-251 CILA CAP adalah kompresor jenis aksial dengan sudu-dudu sebanyak 17 t ingkat.
3. Ruang Ba kar ( Co mbustion Chamber ) Ruang bakar adalah salah satu ko mponen utama dala m pe mbagkit listrik tenaga gas yang berfunsi untuk me la kasanakan dan sebagai tempat pembaka ran bahan bakar dari turbin. 4. Tu rbin Gas
Turbin gas adalah suatu pesawat kalori yang tergolong dala m Internal
Combustion Engine (IEC) atau disering
disebut dengan mesin pe mbaka r dida la m. 5. Load Gear
Load gear berfungsi untuk
me mindahkan daya yang dihasilkan turbin ke generator.
6. Generator
Generator berfungsi untuk me mbangkitkan tenaga listrik.
1. Starting Device (Diesel)
Fungsi diesel adalah sebagai peralatan penggerak mula (prime mover) untuk me mbantu start turbin gas pada saat awal start.
2. Lube Oil System
Merupakan system alat bantu yang berfungsi sebagai media pendingin diantara dua bagian peralatan mesin yang saling bergesekan atau bersentuhan sehingga men imbulkan panas.
3. Lube Oil Cooler System
Lube Oil Cooler System merupakan alat bantu yang berfungsi untuk mendingin kan minyak pelu mas yang bertemperatur tinggi, sebagai akibat dari fungsi minyak pelu mas tersebut sebagai pendingin dari bagian-bagian mesin.
4. Fuel Oil System
Merupakan bagian system alat-a lat bantu yang berfungsi untuk menyuplai bahan bakar minyak dari tanki timbun ke dala m ruang bakar.
5. Air-Air Cooler System
Merupakan bagian dari system alat-alat bantu yang berfungsi untuk mendingin kan rotor turbin dan sudu-sudu gerak turbin me la lui media pendingin udara.
6. Automizing Air System
Adalah alat bantu yang berfungsi untuk mengkabutkan bahan bakar agar mudah terbakar sebelum ko mpresor utama belum ma mpu menyediakan tekanan dan flow yang cukup.
7. Sistem Supla i Udara untuk Sistem Udara Instrumen
Suplai udara untuk pengabut dan instrument disediakan oleh tangkki udara, pada waktu start, sebelum tekanan compressor utama belu m mencukupi.
8. Over Speed Trip System
Adalah sistem yang akan me mbe rhentikan unit apabila terjadi kondisi putaran lebih yang akan me mbahayakan pera latan mesin.
BAB III : TEORI GEN ERATOR
3.1 Prinsip Ker ja Gener ator
Generator adalah suatu penghasil tenaga listrik dengan landasan hokum Faraday. Jika pada sekeliling penghantar terjadi perubahan medan magnet, maka pada penghantar tersebut akan dibangkitkan suatu Gaya Ge rak Listrik (GGL) yang sifatnya menentang perubahan medan tersebut. Untuk dapat terjadinya Gaya Gera k Listrik diperlukan dua kategori masukan,yaitu: 1. Masukan tenaga mekan is yang akan dihasilkan o leh penggerak mula (prime mover).
2. Arus masukan yang berupa arus searah yang akan menghasilkan medan magnet yang dapat diatur dengan mudah.
3.2 Konstruksi Ge nerator
Gambar 3.1 Konstruksi Generator Generator terdiri dari dua bagian yang paling utama, ya itu:
1. Bagian yang dia m (Stator)
Bagian yang dia m (stator) terdiri dari beberapa bagian, yaitu:
a. Inti stator
Bentuk dari inti stator ini berupa cincin la minasi-la minasi yang diikat serapat mungkin untuk menghindari rugi-rugi arus eddy (eddy current losses). Pada inti ini terdapat slot-slot untuk mene mpatkan konduktor dan untuk mengatur arah medan magnetnya. b. Be litan stator
ku mparan. Masing-masing slot dihubungkan untuk mendapatkan tegangan induksi.
c. Alur stator
Merupakan bagian stator yang berperan sebagai tempat belitan stator ditempatkan.
2. Bagian yang bergerak (Rotor)
Rotor adalah bagian generator yang bergerak atau berputar. Antara rotor dan
4.1 Sistem Pr oteksi Tenaga Listrik
Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik suatu sistem tenaga listrik, misalnya generator, transformator, jaringan dan lain-lain terhadap kondisi abnorma l operasi sistem itu sendiri. Kondisi abnorma l itu dapat berupa antara lain: hubung singkat, tegangan lebih, beban lebih, frekuensi sistem rendah, asinkron.
Dengan kata la in sistem proteksi itu bermanfaat untuk:
1. Menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Se ma kin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikit pengaruh gangguan kepada ke mungkinan kerusakan alat.
2. Cepat me loka lisir luas daerah yang mengala mi gangguan, menjadi sekecil mungkin.
3. Dapat me mberikan pe layanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik. 4. Mengamankan manusia terhadap bahaya
yang ditimbulkan oleh listrik.
Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dala m suatu perencanaan sistem proteksi yang efektif, ya itu :
a. Sele ktivitas dan diskriminasi
Efekt ivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kesanggupan sistem da la m mengisolir bagian yang mengala mi gangguan saja.
b. Stabilitas
Sifat yang tetap inoperatif apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang melindungi (gangguan luar).
c. Kecepatan Operasi
Se makin la ma arus gangguan terus mengalir, se makin besar ke mungkinan kerusakan pada peralatan. Hal yang paling penting adalah perlunya membuka bagian-bagian yang terganggu sebelum generator-generator yang dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi dengan sistem. d. Sensitivitas (kepekaan).
Yaitu besarnya arus gangguan agar alat bekerja . Harga ini dapat dinyatakan dengan besarnya arus dalam jaringan aktual (arus prime r) atau sebagai presentase dari arus sekunder (trafo arus).
e. Pertimbangan ekonomis
Proteksi re lative mahal, na mun demikian pula sistem atau peralatan yang dilindungi dan jaminan terhadap kelangsungan peralatan sistem adalah vital. Biasanya digunakan dua sistem proteksi yang terpisah yaitu proteksi prime r atau proteksi utama dan proteksi pendukung (back up). f. Realiabilitas (kendalan)
Sifat in i jelas, penyebab utama dari
bekerjanya proteksi sebagaimana mestinya (mal operation).
g. Proteksi pendukung
Proteksi pendukung (back up) merupakan susunan yang spenuhnya terpisah dan bekerja untuk mengeluarkan bagian yang terganggu apabila proteksi utama tidak bekerja . Sistem pendukung ini sedapat mungkin independen seperti halnya proteksi utama, me miliki trafo-t rafo dan rele-re le tersendiri.
Secara u mu m, ko mponen-ko mponen sistem proteksi terdiri dari:
1. Trafo instrumen (instrument transformer) Berupa trafo arus (current transformer/ CT) dan trafo tegangan (potential transformer/PT). Trafo arus berfungsi untuk mendeteksi arus yang mengalir pada sistem tenaga kemudian mentransfer ke a rus yang cukup kecil sehingga bisa dipakai sebagai masukan Re lai atau alat uku r. Dengan adanya trafo arus ma ka gangguan arus lebih dapat dideteksi.
2. Re lai (Relay)
Merupakan peralatan pengambil keputusan dalam sistem proteksi. Dengan me lihat masukan dari tra fo instrumen dan me mpe rtimbangkan setting yang diterapkan pada relai tersebut, maka rela i dapat mengambil keputusan untuk me mbe ri order t rip atau tida k kepada peralatan pemutus (PMT).
3. Pe mutus Tenaga (Circuit breaker)
Adalah peralatan untuk me mutuskan rangkaian sistem tenaga dalam keadaan berbeban maupun mengala mi gangguan. 4. Supla i arus searah (DC supply)
Berupa baterai yang berfungsi untuk me mbe ri suplai kepada rela i dan rangkaian kontrol / proteksi.
5. Pengawatan (Wiring)
Keseluruhan peralatan proteksi tersebut diatas harus dirangkai sehingga me rupakan suatu sistem yang disebut Fault Clearing System (FCS).
4.2 Sistem Pr oteksi Gener ator pada PLTG
Westinghouse W-251 Cilac ap
Gangguan yang terjadi pada generator disebabkan antara lain:
1. Hubung singkat (short-circuit) pada lilitan stator
Gangguan pada lilitan stator dapat diklasifikasikan sebagai gangguan hubung singkat fasa ke fasa, hubung singkat fasa dengan tanah, hubung singkat antara lilitan dengan lilitan pada fasa yang sama dan rangkaian terbuka. Kegagalan isolasi lilitan dapat disebabkan oleh tegangan lebih, menurunnya ketahanan dielektrik, atau ko mbinasi keduanya. Tegangan lebih dapat disebabkan oleh switching transient, petir, atau gabungan kecepatan lebih dengan beban hilang yang mendadak.
Hubung singkat fasa ke fasa
Untuk mengamankan masing-masing lilitan fasa generator dapat menggunakan rele a rus lebih yang dihubung diferensial. Hubung Singkat Fasa dengan Tanah
Generator-generator tegangan tinggi biasanya dihubung bintang dengan titik netralnya dapat ditanahkan secara langsung atau mela lui impedansi atau sama sekali tidak ditanahkan. Penggunaan impedansi pada suatu sistem pentanahan dima ksudkan untuk me mbatasi arus hubung singkat ketanah.
Hubung Singkat Antar Lilitan Pada Fasa Yang Sa ma
2. Gangguan di l uar Gener ator
Adanya hubung pendek, mechanica l stress pada gulungan stator. Jika mechanica l stress sudah terdapat pada gulungan stator maka operasi selanjutnya akan me mperparah kondisi gulungan, kenaikan temperature walaupun perlahan- lahan akan menaikkan te mperature ke kondisi yang me mbahayakan. Gangguan ini dapat menimbulkan asimetri, v ibrasi besar dan rotor menjadi overheating. Untuk proteksi generator akibat gangguan ini di gunakan Overcurrent dan Earth
Fault Protection sebagai back up
protection. Relay differensial digunakan untuk mendeteksi perbedaan arus pada gulungan generator atau trafo.
3. Thermal Loading
Pe mbebanan yang berlebih pada generator akan mengakibatkan kena ikan temperatur gulungan stator (overheating) sampai isolasi menjad i rusak, sehingga usia pema kaiannya menjadi leb ih pendek.
4. Beban Tak Seimbang (Unbalanced Loading) = Negative Phase Seque nce
Jika generator me mikul beban tak seimbang terus menerus, atau arus yang di terimanya me lebihi 10% dari rat ing arus, ini dapat menimbulkan bahaya pada rotor silinder dari generator.
5. Kehilangan Eksitasi (Loss of Field) Ini berakibat hilangnya sinkronisasi dan kecepatan naik sedikit. Penyebabnya karena terbukanya sakelar medan (field cirkuit break er). Akibatnya tergantung hubungannya terhadap beban. Kehilangan eksitasi dapat terjadi karena adanya hubung singkat ganguan dalam A VR (Automatic Voltage Regulator).
Sistem p roteksi generator harus me miliki dua kriteria, yaitu mesti cukup sensitive untuk mendeteksi semua jenis gangguan pada generator, sedangkan di sisi
lain t idak mengganggu jalannya sistem saat terjadi gangguan yang tidak parah. Oleh karena itu perlu d ipasang pengaman untuk mencegah gangguan pada generator diantaranya :
1. Pengamanan Pe manasan Le bih Stator Bentuk rela i pengaman suhu lebih dengan tahanan detector suhu yang dipasang sesuai dengan jembatan wheatstone, dan dipasang relai a rah dimana arus yang mengalir pada rangkaian galvanometer merupakan ku mparan kerja rela i.
2. Pengaman Teg angan Le bih
Tegangan lebih pada generator dapat terjadi karena terjadinya putaran lebih atau terganggunya pengatur tegangan otomatis (automatis voltage regulator, AVR). Pengaman tegangan lebih disarankan untuk digunakan untuk generator turbin air atau turbin gas untuk mendeteksi adanya tegangan lebih yang terjadi karena terjadinya putaran lebih akibat hilangnya beban seketika, ka rena air atau bahan bakar gas tidak dapat dihentikan dengan tiba – tiba. Rela i ini u mu mnya tidak d igunakan pada generator turbin uap, karena uap yang masuk dapat ditutup dengan cepat sebelum terjadi a kselerasi yang berlebihan sehingga putaran lebih tidak terla lu besar.
3. Pengaman g angguan r otor tegangan. Bila terjad i suatu gangguan pada rotor maka volt meter akan menyimpang ataupun relai ini akan bekerja .
4. Pengaman Arus Ur utan Neg atif
Jenis relai d ire ko mendasikan ialah rela i arus lebih lebih termis atau relai arus lebih wa ktu sangat terbaik dengan kara kteristik pemanasan sesuia rotor yang dia mankan. Rela i in i me mpunyaipenyetel waktu seketika yang digunakan untuk tanda dan penyetel dengan perlambatan waktu yang digunakan untuk trip.
5. Pengaman Penguatan Hilang
Suatu sistem tenaga listrik yang dipasok oleh beberapa pusat pembangkit. Dala m keadaan norma l, generator penguat me mbe ri penguatan pada generator sehingga timbul fluksi magnet yang menginduksi tegangan pada stator.
BAB V : PENUTUP
5.1 Kesimpul an
1. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG) me mpunyai beberapa peralatan utama seperti : turbin gas (Gas Turbine), ko mpresor (Compressor), ruang bakar (Co mbustor).
2. Gangguan pada generator disebabkan oleh hubung singkat pada lilitan stator, gangguan diluar generator, thermal loading, dan kehilangan eksitasi.
3. Penerapan sistem proteksi sangat penting untuk menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). 4. Pe milihan peralatan proteksi harus
sesuai dengan kapasitas arus hubung singkat breaking capacity atau repturing capacity.
5.2 Saran
1. Peralatan proteksi generator harus betul-betul mencegah kerusakan generator,
karena ke rusakan generator selain akan mene lan biaya perbaikan yang mahal juga sangat mengganggu operasi sistem. 2. Diusahakan pengaruh gangguan dibatasi
sampai sekecil mungkin, antara lain dengan menditeksi keadaan gangguan secara tepat dan mengisolasikan mesin terhadap sistem yang sehat secara cepat. 3. Dapat me mberikan pe layanan listrik
dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik dan mengaman kan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan o leh listrik.
DAFTAR PUS TAKA
[1] Westinghouse Electric corporation U.S.A
“ Instructions ( Instalation, Operation
dan Maintenance.
[2] Service Bulletin Gas Turbin Westinghouse Electrical Corporation PT.
PLN PJB 1 Unit Pembangkitan
Semarang Unit PLTG Cilacap.
[3] Operation dan Maintenance Gas Turbin Electrical equipment Volume II – Book 2. [4] Van Ha rten.JP, “INSTALASI LISTRIK
ARUS K UAT 3“, PT Binacipta,
Bandung,1992, ha l 248.
BIODA TA PENULIS
Penulis bernama Fitria Prasetiawati (L2F009046) lahir di Se marang, 17 April 1991. Penulis telah mene mpuh pendidikan di TK Pertiwi 1 Purwo kerto, SD N Du kuhwaluh 02 Purwoke rto, SMP Muhammad iyah 01 Purwo kerto, SMA N 05 Purwokerto, dan saat ini sedang menempuh pendidikan S1 di Teknik Ele ktro Un iversitas Diponegoro.
Mengetahui, Dosen Pemb imbing
