MAKALAH SISTEM PROTEKSI GENERATOR
Pembuatan makalah ini memiliki tujuan sebagai salah satu tugas untuk mata kuliah Proteksi Sistem Tenaga dan memahami bagian-bagian proteksi dari generator.
Oleh: Mujadillah Hafiz
121321020 3A – D3 Teknik Listrik
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan nikmat serta hidayah-Nya terutama nikmat kesempatan dan kesehatan sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah mata kuliah “PROTEKSI SISTEM TENAGA”. Kemudian shalawat beserta salam kita sampaikan kepada Nabi besar kita Muhammad SAW yang telah memberikan pedoman hidup yakni al-qur’an dan sunnah untuk keselamatan umat di dunia.
Makalah ini merupakan salah satu tugas mata kuliah Proteksi Sistem Tenaga di program studi d3 teknik listrik politeknik negeri bandung. Selanjutnya penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Sunarto, ST., M.Eng selaku dosen mata kuliah Proteksi Sistem Tenaga dan kepada segenap pihak yang telah memberikan bimbingan serta arahan selama penulisan makalah ini.
Akhirnya penulis menyadari bahwa banyak terdapat kekurangan-kekurangan dalam penulisan makalah ini, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca untuk makalah ini menjadi lebih baik.
Bandung, Desember 2014
BAB I
PENDAHULUAN
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. 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.
Dalam suatu generator pada pusat pembangkit tentu dilengakapi dengan alat proteksi supaya bisa terhindar dari gangguan yang tidak diinginkan, supaya beban yang diterima pada sisi konsumen bisa sampai dengan baik maka perlu pada generator dipasang alat alat pengaman atau alat proteksi seperti FUSE, RELAY, MCCB dan banyak lagi alat pengaman pada sistem generator. Mengingat akan fatalnya akibat dari apabila terjadi gangguan pada generator ,tentu untuk pemasangan alat alat proteksi perlu diperhitungkan secara detil dan sangat teliti.
LANDASAN TEORI
A. Generator
Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dll. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC (listrik bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tegantung dari konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik.
Generator menggunakan prinsip percobaannya faraday yaitu memutar magnet dalam kumparan atau sebaliknya, ketika magnet digerakkan dalam kumparan maka terjadi perubahan fluks gaya magnet (perubahan arah penyebaran medan magnet) di dalam kumparan dan menembus tegak lurus terhadap kumparan sehingga menyebabkan beda potensial antara ujung-ujung kumparan (yang menimbulkan gerak gaya listrik). syarat utama harus ada perubahan fluks magnetik, jika tidak maka tidak akan timbul listrik. cara mengubah fluks magnetik adalah menggerakkan magnet dalam kumparan atau sebaliknya dengan energi dari sumber lain, seperti angin dan air yang memutar baling-baling turbin untuk menggerakkan magnet tersebut. jika suatu konduktor digerakkan memotong medan magnet akan timbul beda tegangan di ujung-ujung konduktor tersebut.
B. Sistem Proteksi
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 abnormal operasi sistem itu sendiri. Kondisi abnormal itu dapat berupa antara lain: hubung singkat, tegangan lebih, beban lebih, frekuensi sistem rendah, asinkron dan lain-lain.
Tujuan dari sistem proteksi adalah sebagai berikut :
Mengurangi kerusakan peralatan yang terganggu ,maupun peralatan yang dilewati oleh arus gangguan.
Mengisolir bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin dan secepat mungkin.
Mencegah meluasnya gangguan.
Adapun fungsi dari sistem proteksi adalah sebagai berikut :
Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal pada bagian sistem yang diamankan
Melepas bagian sistem yang terganggu , sehingga bagian sistem yang lainnya masih dapat terus beroperasi .
Dalam aplikasinya, sistem proteksi terdiri dari beberapa peralatan pendukung. Berikut ini adalah skema secara umum dari sistem proteksi beserta peralatan pendukung yang digunakan.
Pemutus tenaga (pmt ) sebagai pemutus arus dalam sirkuit tenaga untuk melepas bagian sistem yang terganggu.
Trafo arus dan atau trafo tegangan mengubah besarnya arus dan atau tegangan dari sirkuit primer ke sirkuit sekunder [ relai ].
Batere / aki sebagai sumber tenaga untuk mentripkan pmt dan catu daya untuk relai statik dan relai bantu.
Wiring untuk menghubungkan komponen komponen proteksi sehingga menjadi satu sistem.
PROTEKSI GENERATOR
Berikut adalah gangguan pada generator dan cara memproteksinya:
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 kombinasi keduanya. Tegangan lebih dapat disebabkan oleh switching transient, petir, atau gabungan kecepatan lebih dengan beban hilang yang mendadak. Menurunnya ketahanan dielektrik dapat disebabkan oleh penuaan, panas pada isolasi, pengumpulan kotoran, korona, kelembaban, pemeliharaan yang salah, adanya benda asing yang masuk kedalam isolasi misalnya seperti kipas (fan) yang patah dan menghantam lilitan atau air sistem pendingin stator bocor. Jika kerusakan isolasi lilitan dapat dicegah sebelum laminasi rusak, maka perbaikan masih dapat dilakukan dengan mengganti kumparan yang rusak, akan tetapi jika laminasi pada inti besi yang rusak, perbaikan yang dilakukan sudah tidak efisien lagi. Oleh sebab itu sedapat mungkin gangguan harus dihilangkan sebelum timbul kebakaran yang biasanya dapat merusak laminasi inti. Untuk mendapatkan pengaman yang baik maka dianjurkan agar menggunakan rele diferensial generator.
a. Hubung singkat fasa ke fasa.
mempunyai keterbatasan terhadap kesalahan kerja yang disebabkan arus gangguan luar yang sangat besar.
b. Hubung Singkat Fasa dengan Fasa.
Generator-generator tegangan tinggi biasanya dihubung bintang dengan titik netralnya dapat ditanahkan secara langsung atau melalui impedansi atau sama sekali tidak ditanahkan. Penggunaan impedansi pada suatu sistem pentanahan dimaksudkan untuk membatasi arus hubung singkat ketanah agar tidak lebih besar dari arus hubung singkat tiga fasa. Umumnya lilitan generator diharapkan tidak tahan terhadap arus lebih yang lebih besar dari arus hubung singkat tiga fasa. Tingkat daya guna rele diferensial terhadap arus gangguan tanah tergantung dengan impedansi tinggi maka arus gangguan tanah yang terjadi cukup kecil dan biasanya rele diharapkan tidak bekerja. Untuk mengamankan gangguan ini maka digunakan rele lain. Penggunaan rele diferensial pada sistem yang ditanahkan dengan tahanan tinggi menyebabkan kepekaan rele terhadap gangguan tanah sangat rendah.
c. Hubung Singkat Antar Lilitan Pada Fasa Yang Sama.
d. Rangkaian Terbuka Pada Lilitan.
Kejadian rangkaian terbuka pada generator modern adalah hal yang sulit terjadi karena bentuk fisik penghantar dan pelindung khusus yang ada pada konstruksinya cukup kuat dan biasanya tidak diterapkan rele pengaman yang khusus untuk menditeksi rangkaian terbuka.
2. Beban lebih (overload).
Kenaikan suhu disebabkan oleh karena pembebanan lebih pada generator yang terlalu lama, ventilasi yang kurang sempurna atau karena banyak kotoran yang menempel pada isolasi lilitan stator sehingga menghambat pelepasan lilitan stator.Aliran minyak pelumas yang kurang baik juga bisa menyebabkan suhu yang tinggi. Untuk mengamankan generator terhadap masalah suhu yang tinggi,biasanya dipakai sebuah relai arus lebih tunda waktu atau dipakai relay suhu yang pada tahap pertama membunyikan alarm dan pada tahap berikutnya mentrip PMT generator.
3. Panas Lebih (overheating)
Panas lebih pada rotor dapat terjadi karena adanya arus lebih pada rotor yang disebabkan oleh gangguan pada sistem ventilasi, single phasing atau operasi arus yang tidak seimbang pada stator. Selain dari itu panas pada rotor dapat disebabkan oleh arus medan lebih sebagai akibat dari gangguan pada rheostat dan gangguan pada pengaturan tegangan. Sehubungan dengan hal tersebut ada pendapat yang mengatakan bahwa rangkaian medan penguat agar dilengkapi dengan pengaman arus lebih. Meskipun kenaikan temperatur yang cukup kecil dapat diditeksi pada keluaran udara dari media pendingin tetapi ini tidak menjamin sumber panas berasal dari gangguan pada rotor mungkin saja dari bagian yang lain. Terlepasnya salah satu fasa atau arus stator yang tidak seimbang dapat menimbulkan panas setempat yaitu pada permukaan kutub rotor selain itu juga akan timbul vibrasi yang dapat merusak pondasi mesin atau mesin itu sendiri. Pengaman keadaan tidak seimbang biasanya tidak dipasang di rotor tetapi pada feeder generator.
isolasi ini rusak atau terjadi hubung singkat antara keduanya maka bearing akan mengalami cacat yang disebabkan oleh muatan listrik statis. Keadaan ini dapat diditeksi dengan menggunakan rele arus lebih yang salah satu terminalnya dihubung pada dudukan bearing dan yang sebuah lagi dihubungkan ke poros generator dengan menggunakan kontak sikat berisolasi. Lapisan minyak pada bearing dapat mencegah kumparan kerja rele hubung singkat.
4. Tegangan Lebih (overvoltage) dan Kecepatan Lebih.
Tegangan lebih yang dibangkitkan generator terutama disebabkan oleh putaran lebih akibat pelepasan beban yang mendadak. Governor pada generator mengatur kecepatan putaran agar putarannya tetap normal. Namun, rentang waktu yang diperlukan cukup lama sehingga pada saat itu terjadi tegangan lebih yang sangat membahayakan piranti-piranti kelistrikan lainnya. Tegangan lebih ini akan merusakkan isolasi kumparan generator akibat panas yang berlebihan. (Over Voltage Relay) Pengaman tegangan lebih dianjurkan untuk diterapkan pada generator yang digerakkan oleh tenaga air di mana permasalahan utamanya adalah terjadinya kecepatan lebih (over speed) sebagai akibat terlepasnya beban besar secara mendadak. Tegangan lebih dapat juga disebabkan oleh kerusakan pada pengatur tegangan otomatis (AVR). Rele tegangan lebih dapat dipasang dengan menyisipkan tahanan pada penguat atau pada rangkaian medan generator untuk mengoperasikan alarm atau menghentikan operasi mesin yang sesuai dengan persyaratan yang telah ditentukan.
Penggerak mula generator dapat mengalami kecepatan lebih (overspeed) dalam keadaan kerja yang tidak normal, untuk itu maka generator harus dilengkapi dengan pengaman kecepatan lebih. Alat ini dapat digabungkan dengan sistem governor penggerak mula atau dapat juga menggunakan sentrifugal device. Jika peralatan pengaman kecepatan lebih mekanis tidak dipasang maka rele frekwensi harus digunakan. Pada generator turbin kapasitas besar mempunyai pengaman kecepatan lebih yang dapat mentripkan throtle valve jika kecepatan normal terlampaui sekitar 10%. Sedangkan penggerak mula tenaga air kecepatan lebihnya dapat mencapai sekitar 220% dari kecepatan normalnya.
Bilamana generator yang sedang dibebani medan penguatnya hilang maka kopling magnit antara rotor dan stator menjadi lemah dan putaran rotor akan mendahului medan magnit stator, sistem kehilangan sinkronisasi. Bila keadaan ini dibiarkan berlangsung dapat membahayakan operasi generator dan sistem. Generator akan bekerja sebagai generator induksi, di mana akan timbul arus sirkulasi yang sangat besar pada permukaan rotor, khususnya pada bagian ujung dan ini dapat menimbulkan panas yang berbahaya pada daerah setempat dan pada ujung lengkungan irisan alur metal. Tegangan induksi atau arus induksi akan timbul pada lilitan medan yang tergantung pada apakah lilitan itu terhubung singkat sempurna atau terbuka. Arus sirkulasi ini akan menimbulkan panas dan dapat merusak rotor.
Untuk kehilangan medan penguat yang sempurna pada generator besar yang tidak dilengkapi dengan pengatur tegangan otomatis dapat menyebabkan penurunan tegangan sampai batas yang serius yang dicapai tidak lebih dari 10 sampai 15 detik. Dan apabila generator tersebut mewakili sebagian besar menerapkan penunda waktu yang mungkin ada pada rele itu sendiri atau dengan memasang rele penunda waktu bantu. Jika pengaman kehilangan medan dimaksudkan sebagai pengaman utama sistem dan generator, rele tegangan kurang dapat diterapkan pada skema untuk mengendalikan pemutusan, tetapi tidak mudah menentukan nilai penyetelan rele yang mampu menjaga sistem dan generator terhadap kerusakan. Pengaman kehilangan medan penguat dapat diterapkan apabila salah satu atau lebih keadaan berikut ini terpenuhi.
interlock. Dengan menggunakan interlock setiap pemutusan medan penguat akan diikuti dengan pemutusan pemutus tenaga generator pada saat pengoperasian.
6. Daya balik (motoring).
Generator yang digerakkan oleh turbin uap apabila uapnya hilang, maka generator bekerja sebagai motor induksi dimana mesin seharusnya mensuplai tenaga. Dalam keadaan seperti ini generator menerima suplai tenaga listrik dari sistem. Untuk mencegah kerusakan akibat gangguan ini maka generator harus dilengkapi dengan rele daya arah yang peka. Fungsi dari rele ini diatur sedemikian rupa misalnya dapat memberikan isyarat peringatan dini atau memberikan isyarat pada rangkaian pemutus tenaga untuk melepaskan generator terhadap sistem. Untuk generator yang digerakkan oleh mesin diesel juga dapat menerapkan rele ini.
7. Out of step.
Suatu generator yang dioperasikan dapat mengalami out of step yang merupakan permasalahan pokok yang dapat menyebabkan kerusakan poros kopling atau pasangan stator. Dari gangguan gangguan dan proteksi generator diatas ada juga gangguan generator dari luar. Generator umumnya dihubungkan ke rel (busbar). Beban dipasok oleh saluran yang dihubungkan ke rel. Gangguan kebanyakan ada di saluran yang mengambil daya dari rel. Instalasi penghubung generator dengan rel umumnya jarang mengalami gangguan. Karena rel dan saluran yang keluar dari rel sudah mempunyai proteksi sendiri, maka proteksi generator terhadap gangguan luar cukup dengan relay arus lebih dengan time delay yang relatif lama dan dengan voltage restrain.
Arus Hubung Singkat Generator turun sebagai fungsi waktu.
Hal ini disebabkan oleh membesarnya arus stator yang melemahkan medan magnit kutub (rotor) sehingga ggl dan tegangan jepit Generator turun.
Untuk menjamin kerjanya Relay sehubungan dengan menurunnya arus hubung singkat Generator, diperlukan Voltage Restrain Coil.
Bila terjadi gangguan yang masih pada batas yang diizinkan biasanya sistem hanya memberikan peringatan saja. Menentukan tindakan seperti yang disebutkan di atas harus dilakukan secara cermat dan hati-hati, karena kesalahan dalam menentukan dapat mempengaruhi tingkat pelayanan yang baik.
a. Memilih jenis rele yang sesuai dengan jenis gangguan yang mungkin timbul.
b. Mengkoordinasi penyetelan rele yang satu dengan yang lainnya
c. Mempertimbangkan segi produksi, pemeliharaan generator dan pemeliharaan peralatan pengamannya.
d. Mengadakan tenaga-tenaga operator dan teknisi pemeliharaan yang memadai
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
Proteksi generator juga harus mempertimbangkan pula proteksi bagi mesin penggeraknya, karena generator digerakkan oleh mesin penggerak mula. Sebagai sumber energi listrik dalam suatu sistem tenaga, generator memiliki
peran yang penting, sehingga tripnya PMT/CB generator sangat tidak dikehendaki karena sangat mengganggu sistem, terutama generator yang berdaya besar.
PMT/CB generator tidak boleh mudah trip tetapi juga harus aman bagi generator, walaupun didalam sistem banyak terjadi gangguan untuk menjaga keandalan dari kerja generator, maka dilengkapilah generator dengan peralatan-peralatan proteksi.
B. SARAN
Untuk menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem) maka penting memproteksi peralatan peralatan tersebut dengan memilih jenis rele yang sesuai dengan jenis gangguan yang mungkin timbul.
DAFTAR PUSTAKA
http://dunia-listrik.blogspot.com http://elektrojiwaku.blogspot.com http://id.wikipedia.org
Sarimun, Wahudi(2011).Buku Saku Pelayanan Teknik edisi kedua. Bekasi. Penerbit:
