Proteksi Tegangan Lebih. Tegangan Lebih Transien

(1)

Proteksi Tegangan Lebih

Tegangan Lebih Transien

(2)

Proteksi Tegangan Lebih

Tegangan Lebih Transien

Yaitu tegangan lebih yang terjadi dalam waktu yang singkat dan bersifat sementara pada sistem tenaga listrik

tenaga listrik

(3)

Proteksi Tegangan Lebih

Sumber Tegangan Lebih Transien - pensaklaran kapasitor

- penggandaan tegangan transien pensaklaran - penggandaan tegangan transien pensaklaran

kapasitor

- sambaran petir - ferroresonance

Dapat juga disebabkan oleh peralatan elektronika daya

(4)

Sumber tegangan lebih transien

1. Pensaklaran kapasitor

TRAFO

IMPEDANSI SALURAN

KAPASITOR TITIK PENGAMATAN

(5)

Sumber tegangan lebih transien

1. Pensaklaran kapasitor

TEGANGAN

WAKTU

(6)

Sumber tegangan lebih transien

2. Penggandaan transien pensaklaran kapasitor

(7)

Sumber tegangan lebih transien

2. Penggandaan transien pensaklaran kapasitor

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2

(8)

Sumber tegangan lebih transien

3. Petir

TRAFO

(9)

Sumber tegangan lebih transien

3. Petir

A. Primer

B. Pentanahan primer

A

C

E

B. Pentanahan primer D

C. Sekunder

D. Pentanahan sekunder E. Pentanahan bangunan

B

D

(10)

Sumber tegangan lebih transien

4. Ferroresonance

Yaitu resonansi yang terjadi akibat kapasitansi dan induktansi inti besi.

Gangguan yang umum terjadi pada saat impedansi magnetisasi trafo dalam hubungan seri dengan kapasitor

(11)

Sumber tegangan lebih transien

4. Ferroresonance

Kasus-kasus pemicu ferroresonance yang paling sering terjadi :

a. Pensaklaran trafo tiga fasa tanpa beban, tetapi hanya satu fasa yang terhubung (dua fasa lain hanya satu fasa yang terhubung (dua fasa lain terbuka) sebelum semua fasa terhubung

b. Pensaklaran trafo tiga fasa tanpa beban dengan dua fasa yang terhubung sebelum semua fasa terhubung

c. Terrbukanya pengaman trafo (sekring) atau operasi recloser yang menyebabkan terjadinya kondisi a atau b pada trafo

(12)

Prinsip-prinsip perlindungan tegangan lebih

1. Membatasi tegangan yang melalui isolasi yang sensitif

2. Mengalihkan arus surja menjauhi beban

3. Menahan arus surja agar tidak menuju ke beban

beban

4. Menyatukan pentanahan sistem dan peralatan 5. Mengurangi atau mencegah aliran arus surja

melalui pentanahan

6. Membentuk filter lolos bawah (low pass filter) yang bersifat membatasi atau menahan gangguan

(13)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

1. Surge arresters dan transient voltage surge suppressors (TVSS)

2. Isolation transformers 3. Low pass filter

4. Low impedance power conditioners 5. Utility surge arresters

(14)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

→ Melindungi teg. lebih transien dengan membatasi tegangan maksimum

membatasi tegangan maksimum

→ Dua model: crowbar dan clamping

(15)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

Model crowbar

→ “Normally open”

→ Peralatan dibuat dari celah yang berisi udara atau gas tertentu

→ Ketika gangguan, menjadi rangkaian hubung singkat sehingga tegangan saluran menjadi nol sampai gangguan hilang (kira-kira satu setengah gelombang)

(16)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

Model clamping

→ “Normally” ada arus bocor yang sangat kecil

→ Peralatan dibuat dari resistor nonlinier atau dioda zener

→ Ketika gangguan, impedansinya menurun dengan cepat namun tidak sampai terhubung singkat

(17)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

2. Isolation transformers

→ Melemahkan noise frekuensi tinggi dan transien

→ Dapat membatasi gangguan tegangan akibat pensaklaran elektronika daya

→ Dapat mengurangi transien pensaklaran kapasitor atau sambaran petir

(18)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

PRIMER SEKUNDER C

Rangkaian isolation transformers

PRIMER SEKUNDER

LINE BEBAN

C

(19)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

PRIMER SEKUNDER C

Rangkaian isolation transformers dengan perisai elektrostatis

PRIMER SEKUNDER

LINE BEBAN

(20)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

3. Low pass filter

→ Melewatkan tegangan frekuensi rendah dan menahan atau meniadakan tegangan dengan frekuensi tinggi

frekuensi tinggi

→ Melindungi teg. lebih transien khususnya transien frekuensi tinggi

→ Terdiri dari kombinasi induktor yang dipasang seri dan kapasitor yang dipasang paralel

→ Dapat dikombinasikan dengan arester yang dipasang seri dengan kapasitor

(21)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

4. Low impedance power conditioners

→ Dirancang untuk interaksi dengan switch-mode power supplies (SMPS) pada peralatan elektronik

elektronik

→ Impedansi jauh lebih rendah daripada isolation transformers

→ Telah dilengkapi dengan filter (memiliki filter internal)

(22)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

→ Dapat mengatasi gangguan frekuensi tinggi (noise dan impulse)

→ Masalah : dapat menguatkan tegangan transien frekuensi rendah dan menengah

(23)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

LOW-IMPEDANCE TRANSFORMER

LINE LINE

Rangkaian low-impedande power conditioner

NEUTRAL

GROUND

NEUTRAL

GROUND

(24)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

5. Utility surge arresters

→ Membatasi tegangan lebih dengan membatasi tegangan maksimum

→ Tiga jenis : Gapped silicon carbide, gapless MOV, Gapped MOV

(25)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

Resistance-graded Gap structure

(a) Gapped Silicon Carbide

SiC

(26)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

ZnO

(b) Gapless MOV

(27)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

ZnO

(c) Gapped MOV

(28)

Bahan kuliah dapat diunduh di :

sutanfirdaus.staff.unri.ac.id

(29)

Proteksi Tegangan Lebih

Proteksi Tegangan Lebih Transien

(30)

Prinsip-prinsip perlindungan tegangan lebih

1. Membatasi tegangan yang melalui isolasi yang sensitif

2. Mengalihkan arus surja menjauhi beban

3. Menahan arus surja agar tidak menuju ke 3. Menahan arus surja agar tidak menuju ke

beban

4. Menyatukan pentanahan sistem dan peralatan

5. Mengurangi atau mencegah aliran arus surja melalui pentanahan

6. Membentuk low pass filter yang bersifat

membatasi atau menahan gangguan

(31)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

1. Transient voltage surge suppressors (TVSS)

2. Isolation transformers 3. Low pass filter

3. Low pass filter

4. Low impedance power conditioners

5. Surge arresters

(32)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

Bentuklah 5 kelompok dari 5 topik peralatan perlindungan tegangan lebih transien, kemudian buatlah makalah tentang satu produk peralatan yang sesuai dengan topik produk peralatan yang sesuai dengan topik yang dimaksud dengan mendeskripsikan :

1. Material / komponen penyusun peralatan 2. Prinsip kerja peralatan

3. Karakteristik kerja proteksi peralatan

(33)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

1. Material / komponen penyusun peralatan

(34)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

2. Prinsip kerja peralatan

1. Karakteristik kerja proteksi peralatan

(35)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

3. Karakteristik kerja proteksi peralatan

(36)

Bahan kuliah dapat diunduh di :

sutanfirdaus.staff.unri.ac.id

(37)

Peralatan perlindungan tegangan lebih

1. Transient voltage surge suppressors (TVSS) ardiansyah. Akto, hendri

khairus shalih, farisi, m bobby, silvia 3. Low pass filter

3. Low pass filter

sihar, tumpak, ferry m

4. Low impedance power conditioners athur, donald, ferry b

5. Surge arresters

yakub j, nico l, noza. edo

(38)

SISTEM PENGAMAN TENAGA LISTRIK

TENAGA LISTRIK

WAHYUDI Teknik Elektro ITS

(39)

GANGGUAN 2 PADA GANGGUAN 2 PADA

SISTEM TENAGA LISTRIK

(40)

Gangguan2 pada sistem tenaga listrik

Sifat gangguan :

- sementara/temporer - permanen

- permanen Asal gangguan :

- dari dalam

- dari luar sistem

(41)

Gangguan jatuh tegangan

• Selisih tegangan pengiriman dengan tegangan penerimaan

Tergantung parameter saluran :

R , L , C dan G serta pada beban

dan power faktor

(42)

Gangguan petir

• Bunga api listrik(electrical discharge) diudara, antara awan dengan awan atau awan dengan bumi / tanah

- Merupakan gelombang berjalan - Tegangan lebih ( over voltage )

• Gelombang sambaran petir

- Sambaran langsung mengenai ril dan atau peralatan GI, tidak mungkin ditahan oleh isolasi yang ada

GI, tidak mungkin ditahan oleh isolasi yang ada

- Sambaran induksi, awan menginduksikan muatan listrik yang polaritasnya berlawanan dan menimbulkan muatan terikat pada peralatan serta terjadi pelepasan muatan dari

awan, merupakan gelombang berjalan yang besarnya

tergantung keadaan pelepasan antara 100 s/d 200 KV - Sambaran dekat, gelombang berjalan yang datang ke

peralatan GI dari sambaran petir pada saluran transmissi

(43)

Gangguan Surja Hubung

• Penutupan saluran tak serempak pada pemutus tiga phasa ( 2,76 pu )

• Penutupan kembali saluran dengan cepat( 2,5 sampai 4,25 pu)

• Pelepasan beban akibat gangguan (1,1 sampai 1,2 pu)

• Penutupan saluran yang semula tidak masuk sistem jadi masuk sistem (1,5 pu)

• Switching transformator yaitu terpotongnya arus pembangkitan

• Switching transformator yaitu terpotongnya arus pembangkitan pada transformator ( 2,75 pu )

• Switching reaktor & kapasitor untuk pengaturan tegangan sistem ( 2,5 pu )

Jadi tegangan lebih akibat proses switching berkisar antara 1,1 pu sampai 4,25 pu

(44)

Pengertian dan Fungsi Rele Pengaman

Pengaman

(45)

Rele Pengaman

GANGGUAN RELE PEMUTUS

Peralatan listrik yang dirancang untuk mulai pemisahan bagian sistem tenaga listrik atau untuk mengoperasikan signal bila terjadi gangguan

BLOK DIAGRAM

SENSING ELEMENT

COMPARISON ELEMENT

CONTROL ELEMENT A

B I

TRIP/SIGNAL SET

RELE

GANGGUAN RELE PEMUTUS

(46)

Untuk menjamin keandalan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan sbb :

-Kecepatan Bereaksi

Saat mulai ada gangguan sampai pelepasan pemutus (CB), dimana kadang-kadang diperlukan kelambatan waktu :

Syarat-syarat rele pengaman

Untuk menjamin keandalan, rele pengaman harus memenuhi persyaratan sbb :

-Kecepatan Bereaksi

Saat mulai ada gangguan sampai pelepasan pemutus (CB), dimana kadang-kadang diperlukan kelambatan waktu :

waktu :

top = tp + tcb top = waktu total

tp = waktu bereaksi dari unit rele tcb = waktu pelepasan CB

Kecepatan pemutus arus gangguan dapat mengurangi kerusakan serta menjaga stabilitas operasi mesin-mesin

waktu :

top = tp + tcb top = waktu total

tp = waktu bereaksi dari unit rele tcb = waktu pelepasan CB

Kecepatan pemutus arus gangguan dapat mengurangi kerusakan serta menjaga stabilitas operasi mesin-mesin

(47)

-Kepekaan Operasi ( sensitivity )

Kemampuan rele pengaman untuk memberikan respon bila merasakan gangguan.

-Selektif ( selectivity )

Kemampuan rele pengaman untuk menentukan titik dimana gangguan muncul dan memutuskan rangkaian

Ks = Ihsmin/Ipp

Ihs min = arus hubung singkat minimum Ipp = arus pick-up pada sisi primer trafo arus

dimana gangguan muncul dan memutuskan rangkaian dengan membuka CB terdekat.

(48)

-Keandalan ( reliability )

Jumlah rele yang bekerja atau mengamankan terhadap jumlah gangguan yang terjadi. Keandalan rele yang baik adalah 90-99 %

-Ekonomis

Penggunaan rele selain memenuhi syarat diatas, juga harus disesuaikan dengan harga peralatan yang

diamankan.

(49)

Didalam penerapan rele perlu diperhatikan beberapa kondisi sistem tenaga listrik

• Daya terbalik : arus dan tegangan gangguan berubah dengan berubahnya arah daya.

• Sistem pentanahan netral : arus dan tegangan berubah dengan berubahnya sistem pentanahan.

• Rangkaian ganda ( double circuit ) dan bercabang ditengah : pada saluran multi circuit sejajar perlu diperhatikan impedansi urutan nolnya karena pengaruh pentanahan rangkaian lain yang

mempengaruhi perubahan arus urutan nol sehingga mempengaruhi kemampuan rele jarak disamping arus gangguan mengalir kedaerah luar perlindungan dan berpengaruh pada rele arah.

(50)

Pemilihan macam rele pengaman yang dipergunakan

• Tipe dan rating peralatan

• Tingkat kepentingan peralatan

• Lokasi atau letak peralatan dalam sistem tenaga

• Kemungkinan terjadinya gangguan

• Harga peralatan

(51)

Fungsi Rele Pengaman

• Membunyikan alarm, menutup rangkaian trip dari pemutus rangkaian untuk membebaskan peralatan dari gangguan yang terjadi.

• Membebaskan bagian yang bekerja tidak normal

• Membebaskan dengan segera bagian yang terganggu

• Melokalisir akibat dari gangguan

• Memberikan petunjuk atas lokasi serta macam dari gangguan

• Penghematan ± 0,5 – 2 %

(52)

FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PERENCANAAN DAN KONSTRUKSI RELE -Karakteristik rele bekerja atas dasar tanggapan thdp jenis gangguan

thdp jenis gangguan

-Daerah Penyetelan variabel setting rele

-Spesifikasi rele sesuai dengan negara pemakai -Ketahanan terhadap effek transient

-Konstruksi rele harus kompak, sederhana dan mempermudah pemeliharaan

-Pengawatan dan pengaturan terminal sehingga mudah testing dan pencarian gangguan

-Modifikasi disesuaikan dengan kondisi

(53)

Klasifikasi Rele Pengaman

(54)

Klasifikasi rele pengaman

• Berdasarkan prinsip kerja

–rele elekromagnetik –rele induksi

–rele moving coil -rele elektronik

–rele elektrodinamik –rele polarisasi –rele thermis

–rele thermis –rele digital dll

• Berdasarkan besaran yang diukur

arus, tegangan, daya, impedansi, reaktansi, frekwen si, dsb dibedakan atas rele2 yang bekerja bila

-diatas besaran yang ditentukan( over ) -dibawah besaran yang ditentukan ( under ) -arah aliran daya ( directional )

(55)

• Berdasarkan cara penyambungannya -rele seri

-rele shunt -rele seri dan shunt

• Berdasarkan cara kerja element kontrol

–direct acting (langsung) –indirect acting (tidak langsung )

• Berdasarkan cara menghubungkan sensing element -rele primer -rele primer –rele secondair, diperlukan CT dan atau PT

• Berdasarkan tugasnya

-rele utama, elemen utama dalam sistem

pengamanan, berhubungan langsung dengan besaran yang

diamankan –rele bantu,elemen

pembantu yang bertugas memperbanyak kontak, menjalankan signal dan lainnya

• Berdasarkan waktu bekerjanya rele –tanpa kelambatan waktu

–dengan kelambatan waktu

(56)

(57)

(58)

(59)

(60)

Pengaman Pada Sistem T enaga Listrik

Listrik

(61)

Daerah Pengaman pada Sistem Tenaga Listrik

(62)

Penempatan peralatan pengaman pada Stator, Rotor dan Prime Mover

(63)

(64)

(65)

A b n o r m a l C o n d i t i o n P r o t e c t i o n R e m a r k s I n c ip ie n t f a u lt s b e lo w o il le v e l

r e s u lt in g in d e c o m p o s it io n o f o il, f a u lt s b e t w e e n p h a s e s a n d b e t w e e n p h a s e a n d g r o u n d

B u c h h o lz r e la y s o u n d s a la r m ( G a s a c t u a t e d r e la y )

B u c h h o lz r e la y u s e d f o r

t r a n s f o r m e r o f r a t in g 5 0 0 K V A a n d a b o v e

1 . B u c h h o lz r e la y t r ip s t h e c ir c u it b r e a k e r

B u c h h o lz r e la y t o o s lo w a n d le s s s e n s it iv e

L a r g e in t e r n a l f a u lt s p h a s e t o p h a s e , p h a s e t o g r o u n d , b e lo w o il le v e l

2 . M e r z P r ic e p e r c e n t a g e d if f e r e n t ia l p r o t e c t io n 3 . H i g h s p e e d h ig h s e t o v e r c u r r e n t r e la y

M e r z P r ic e p e r c e n t a g e

d if f e r e n t ia l p r o t e c t io n u s e d f o r t r a n s f o r m e r s o f a n d a b o v e 5 M V A

1 . M e r z P r ic e p e r c e n t a g e F o r t r a n s f o r m e r o f a n d a b o v e 5

Table Power Transformer Protection

1 . M e r z P r ic e p e r c e n t a g e d if f e r e n t ia l p r o t e c t io n

F o r t r a n s f o r m e r o f a n d a b o v e 5 M V A

E a r t h f a u lt s 2 . E a r t h f a u l t r e la y a . I n s t a n t a n e o u s R e s t r ic t e d E . F . R e la y

b . T im e la g E . F R e la y

1 . G r a d e d t im e la g o v e r c u r r e n t r e la y

P r o t e c t io n o f d is t r ib u t i o n t r a n s f o r m e r

T h r o u g h f a u lt s

2 . H . V F u s e s S m a ll d is t r ib u t io n t r a n s f o r m e r u p t o 5 0 0 K V A

O v e r lo a d s

1 . T h e r m a l o v e r lo a d r e la y

2 . T e m p e r a t u r e r e la y s s o u n d a la r m

G e n e r a ll y t e m p e r a t u r e in d ic a t o r s a r e p r o v i d e d o n t h e t r a n s f o r m e r s . T e m p . in c r e a s e is in d ic a t e d o n c o n t r o l b o a r d a ls o . F a n s s t a r t e d a t c e r t a in t e m p .

(66)

A b n o r m a l C o n d it io n P r o t e c t io n R e m a r k s 1 . H o r n g a p s N o t f a v o u r e d f o r im p o r ta n t

tr a n s f o rm e r H ig h V o lt a g e S u r g e s d u e lig h tn in g ,

s w itc h in g

2 . L ig h t n in g a r r e s te r s In a d d it io n to L .A .s f o r in c o m in g lin e s

O n ly f u s e s f o r e a r th f a u lt p r o te c tio n s a n d p h a s e f a u lt p r o te c tio n . O v e r lo a d p r o t e c tio n g e n e r a lly n o t

p r o v id e d S m a ll d is tr ib u t io n tr a n s f o r m e r

F o r m o r e im p o r ta n t tr a n s f o r m e rs o f a b o u t 5 0 0 K V A

Lanjutan tabel power transformer protection

F o r m o r e im p o r ta n t tr a n s f o r m e rs o f a b o u t 5 0 0 K V A O v e r c u r r e n t r e la y s

In s ta n t a n e o u s e a r t h f a u lt r e la y s T r a n s f o rm e rs in im p o r ta n t lo c a tio n s r a tin g s 5 0 0

K V A a n d a b o v e

R e s tr ic te d e a r th f a u lt p r o te c tio n O v e r u r r e n t p r o t e c tio n

B u c h h o lz r e la y

(67)

Protection of Generator Transformer together

Generator-transformer overall differential protection*

Generator protection Generator differential protection*

Stator earth fault protection*

Negative phase sequence protection against- unbalanced loading***

Inter-turn fault protection Reverse power protection Field failure protection**

Rotor earth fault protection Temperature sensors in slots***

Overcurrent relays in stator and rolar circuits

Lightning arrester for generator overvolatage protection

Table Protection of Large Generator Transformer Unit

Lightning arrester for generator overvolatage protection

Protection of unit auxiliary transformer

Differential protection*

Restricted earth fault protection*

Buchholz relay

Overcurrent protection

Winding and oil temperature sensors

Protection of main transformer

HV overcurrent protection*

HV Restricted earth fault protection*

Buchholz relay

Winding and oil temperature sensors Lightning arresters on HV side