Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator,...

65
PROTEKSI GENERATOR Oleh : Ir. Djiteng Marsudi

Transcript of Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator,...

Page 1: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

PROTEKSI GENERATOR

Oleh :

Ir. Djiteng Marsudi

Page 2: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 2

Proteksi Generator

Meliputi :• Stator• Rotor (Sistem Penguat)• Mesin Penggerak• Back up instalasi di luar Generator

Page 3: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 3

Proses Penyampaian Tenaga Listrik

Saluran Transmisi

Pusat Listrik

~3

Gardu Induk Jaringan Distribusi

JTM

: Generator 3 Fasa

: Pemutus Tenaga (PMT) = Circuit Breaker (CB)

: Pemutus Beban (PMB) = Load Break Switch

: Pemisah (PMS) = Isolating Switch

: Jaringan Tegangan Menengah

: Jaringan Tegangan Rendah

: Alat Pembatas dan Pengukur

: Instalasi Rumah

~3

JTM

JTR

APP

IR

A.P.P.

I.R.

J.T.R.

GarduDistribusi

Gambar 1

Page 4: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 4

MASALAH GANGGUAN

1. Gangguan yang paling banyak terjadi dalam sistem adalah pada Saluran Transmisi dan Saluran Distribusi.

2. Penyebab Gangguan yang utama :a. Pada Saluran Transmisi adalah Petir.b. Pada Saluran Distribusi adalah Tanaman / Pohon.

3. Sifat Gangguan :a. Lebih dari 90% pada Saluran Udara bersifat

Temporer.b. Lebih dari 90% pada Kabel Tanah bersifat Permanen,

terjadi kerusakan.

Page 5: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 5

Bagan 3 Garis dari Generator

~3

Mesin penggerak

Generator

PMT Generator

PMT Medan Penguat

Sistem Penguat

Gambar 2

Page 6: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 6

Hubungan Generator dalam sebuah Pusat Listrik Kecil (Tanpa Trafo Blok)

~

~

~

Ke Jaringan Distribusi

Trafo pemakaian sendiri

Generator

Busbar

Gambar 3

Page 7: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 7

~

G~

GGenerator

Trafo PS

Tegangan MenengahJaringan Distribusi

Hubungan Generator dalam Pusat Listrik Menengah

Gambar 4

Page 8: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 8

Hubungan Generator dalam Pusat Listrik Besar

Gambar 5

G

G

Trafo PS

Trafo untuk

Saluran TransmisiTegangan Tinggi

Start

Trafo PS

Generator Trafo Unit

Trafo UnitGenerator

Page 9: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 9

Generator Tegangan Rendah1. Titik Netral ditanahkan langsung dan

dihubungkan dengan kawat netral.2. Melayani Jaringan Distribusi Tegangan Rendah

dengan 4 kawat = 3 kawat fasa dan satu kawat netral.

3. Kawat Netral :a. Diharapkan potensialnya selalu sama dengan

Tanah, titik pentanahan perlu sebanyak mungkin.b. Tidak boleh putus karena bisa merusak peralatan

konsumen. Sakelar TR tidak boleh 4 kutub, untuk yang menuju beban konsumen.

c. Sakelar 4 kutub untuk Generator saja.

Page 10: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 10

T

S

R

S

R

N

T

Page 11: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 11

PENTANAHANTITIK NETRAL

1. Alat yang mempunyai titik Netral adalah Generator dan Trafo.

2. Pentanahan titik Netral bertujuan untuk :a. Menurunkan syarat isolasi (Tingkat Isolasi

Dasar).b. Menaikkan nilai arus gangguan hubung

tanah agar bisa dideteksi oleh Relay.

Page 12: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 12

3. Pelaksanaan Pentanahan titik Netral Generator :a. Butir 2a baru dirasakan manfaatnya untuk isolasi

dengan nilai nominal mulai 70 kV ke atas, dengan melakukan pentanahan langsung titik Netral (Solidly earthed).

b. Karena tegangan Generator paling tinggi adalah 23 kV, maka tidak ada pentanahan titik Netral Generator secara langsung.

c. Pentanahan titik Netral Generator secara langsung akan menghasilkan Arus Gangguan Hubung Tanah yang besar dan memerlukan PMT, Trafo Arus, Kumparan Generator serta Kabel dengan ketahananTermal yang tinggi.

Page 13: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 13

Metoda Pentanahan Titik Netral Generator

R

(a) (b)

L

(c)

RDistTrf

(d)

TrfDist R Tuned

Reactor

R

(e) (f)

R

DistributionTransformer Transformer

Distribution

(g)

R

TransformerZig-Zag

Gambar 6

Page 14: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 14

• Pengukuran kemiringan tegangan sistem memakai Trafo Y-∇terbuka.

• Pencarian letak gangguan dilakukan dengan cara membuka PMT satu per satu sampai kemiringan hilang.

Gambar 7

Y

V

terbuka∇ terbuka

Page 15: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 15

4. Fasa yang terganggu :a. Lebih dari 90% gangguan Temporer adalah

gangguan satu fasa ke tanah.b. Gangguan Permanen pada Saluran Udara umumnya

terjadi karena kerusakan isolator atau kawat putus ke tanah dan bersifat satu fasa ke tanah.

c. Gangguan pada Kabel Tanah lebih dari 90% disebabkan karena tekanan mekanis dari luar atau karena kelalaian pemasangan. Bersifat gangguan antar fasa atau fasa-fasa-tanah.

Page 16: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 16

5. Gangguan Generator.Gangguan Generator relatif jarang terjadi karena :

a. Instalasi Listrik tidak terbuka terhadap lingkungan, terlindung terhadap petir dan tanaman.

b. Adanya Transformator Blok dengan hubungan Y-∇ , mencegah arus (gangguan) urutan nol dari Saluran Transmisi masuk ke Generator.

c. Instalasi Listrik dari Generator ke Rel umumnya memakai Cable Duct yang kemungkinannya mengalami Gangguan kecil.

d. Tripnya PMT Generator sebagian besar (lebih dari50%) disebabkan oleh Gangguan Mesin Penggerak Generator.

Page 17: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 17

d. Sehubungan dengan butir c, maka Pentanahan titik NetralGenerator umumnya melalui impedansi, sekedar menghasilkan Arus Hubung Tanah yang cukup untuk mengerjakan Relay.

e. Pada Pusat Listrik kecil, di bawah 50 MW, titik NetralGenerator umumnya tidak ditanahkan, karena risiko kerusakan akibat hubung tanah kumparan Generator kecil.Pusat Listrik dilengkapi dengan indikator hubung tanah memakai Trafo Y-∇ dimana lilitan ∇ ada yang dibuka dan diukur tegangannya. Alat ini diperlukan untuk mencari Gangguan Hubung Tanah yang permanen. (Lihat gambar 7).

f. Generator Besar, di atas 100 MW, pentanahannya dilakukan melalui Trafo Distribusi untuk membatasi Arus Hubung Tanah. (Lihat gambar 6).

Page 18: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 18

4. Pelaksanaan Pentanahan titik Netral Trafo :a. Untuk Trafo dengan tegangan nominal di atas 70 kV

maka pentanahan langsung dari titik Netral memberi penghematan isolasi yang memadai.

b. Karena Trafo banyak yang berdekatan dengan Saluran Udara, sedangkan Saluran Udara banyak mengalami Gangguan Temporer, maka apabila titik Netral Trafo ditanahkan, PMT Saluran harus dilengkapi Relay Penutup Balik agar lamanya interupsi pasokan daya bisa berkurang.

c. Pengaruh Gangguan Temporer pada Saluran harus diblokir melalui blok Trafo Generator Y-∇ agar tidak mengganggu Generator.

Page 19: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 19

Hubung singkat fasa ke tanah• Gangguan ini sulit dideteksi oleh relay differensial.• Untuk mendeteksi gangguan ini dipakai relay neutral

ground current.• Relay yang mendeteksi arus antara titik netral dan

tanah, hal ini bisa kalau netral generator ditanahkan.• Bisa juga digunakan Restricted Earth Fault Relay.• Apabila titik netral generator tidak ditanahkan dipakai

relay tegangan yang mendeteksi tegangan dari suatu rangkaian ∇ terbuka.

• Relay ini mentripkan PMT generator, PMT medan penguat dan memberhentikan mesin penggerak.

Page 20: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 20

Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator

a. Sumber Energi, tripnya PMT generator sangat tidak dikehendaki karena sangat mengganggu sistem terutamagenerator yang berdaya besar.

b. Letaknya di hulu, sedangkan dalam sistem banyak gangguan. PMT generator tidak boleh mudah trip tetapi juga harus aman bagi generator.

c. Peralatan proteksi generator harus betul-betul mencegah kerusakan generator, karena kerusakan generator selain akan menelan biaya perbaikan yang mahal juga sangat mengganggu operasi sistem.

d. Generator digerakkan mesin penggerak mula, maka dalam menrencana proteksi generator harus mempertimbangkan pula proteksi bagi mesin penggeraknya.

Page 21: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 21

Pengaman terhadap gangguan luarGenerator 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 saluranyang keluar dari rel sudah mempunyai proteksi sendiri,maka proteksi generator terhadap gangguan luar cukup dengan relay arus lebih dengan time delay yangrelatif lama dan dengan voltage restrain.

Page 22: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 22

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.

• Mengingat karakteristik hubung singkat Generator yang demikian, pada Generator besar dipakai juga Relay Impedansi.

Page 23: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 23

Arus Hubung Singkat Generator Sinkron

Subtransient : I = V / Xd’’

Transient : I = V / Xd’

Steady State : I = V / Xd

Transient

Subtransient

Steady state

Gambar 8

Page 24: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 24

Konstruksi Rele Elektromekanik

A = Kumparan ImbasT.A = Tranformator arusB = Elektro magnet untuk menutup

kontak CC = Kontak penutup rangkaian

kumparan imbasD = Pal penutup kontak yang

terletak pada keping imbas berputar bersama keping imbas

E = Kontak-kontak yang menutup PMT

TC = Trip Coil yang menjatuhkan PMT

IT = Instantaneous TRIP

Gambar 9

Manual Trip

E

Pal penutup kontak

Keping imbas

AT.A

C

PMTTC

Poros

I.T

+ _

Page 25: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 25

Pengaman terhadap gangguan dalam Generator

a. Hubung singkat antar fasab. Hubung singkat fasa ke tanahc. Suhu tinggid. Penguatan hilange. Arus urutan negatiff. Hubung singkat dalam sirkit rotorg. Out of Steph. Over flux

Page 26: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 26

Ke Busbar

Gambar 10

Prinsip Kerja Relay Differensial

RelayI1-I2

I2 I1

Generator

3

Page 27: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 27

Hubung singkat antar fasa

• Untuk proteksi dipergunakan relay differensial.• Kalau relay ini bekerja maka selain mentripkan

PMT generator, PMT medan penguat generatorharus trip juga.

• Selain itu melalui relay bantu, mesin penggerak harus dihentikan.

Page 28: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 28

Proteksi Gangguan Antar Fasa Generator beserta Trafo Block

c Ic b Ib a Ia

Y

D Tran

sform

erW

inding

sR

R

R

R

R

R

Op

Op

Op

Generator Relay

GeneratorWindings

ImpedanceGrounding

Op

R

R

Op

Op

R

R

R

R

Tran

sform

er R

elay

Ia bI Ic

caI bI I

Gambar 11

Page 29: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 29

Hubung Singkat Fasa – Tanah

a. Dipakai Relay Hubung Tanah terbatas (gambar 12-A).b. Relay ini memerintahkan

PMT Generator TripPMT Medan PenguatMesin Penggerak berhenti (melalui Relay Bantu)

c. Pada Generator yang memakai Trafo Blok Y- ∇ , sehingga arus urutan nol dari gangguan hubung tanah di luar Generator tidak masuk bisa dipakai pula :- Relay Tegangan yang mengukur pergeseran tegangan

titik Netral terhadap tanah.- Relay Arus yang mengukur arus titik Netral ke tanah

lewat tahanan atau kumparan.

Page 30: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 30

Prinsip Kerja Relay Hubung Tanah Terbatas

N GENERATOR

R

S

T

R

Gambar 12-A

Page 31: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 31

Relay hubung tanah GFpada rangkaian pengamangenerator yang titik netralnya tidak ditanahkan, mendeteksi tegangan titik Netral terhadap tanah.

Relay hubung tanah GFpada rangkaian pengamangenerator yang titik netralnya ditanahkan melalui tahanan R, mendeteksi arus yang melalui tahanan R.

Gambar 12-B Gambar 12-C

RR

R

Page 32: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 32

Penguatan Hilang

• Penguatan hilang atau penguatan melemah(under exitation) bisa menimbulkan pemanasanyang berlebihan pada kepala kumparan stator

• Penguatan hilang menyebabkan gaya mekanik pada kumparan arus searah rotor hilang, terjadiout of step, menjadi Generator Asinkron, timbul arus pusar berlebihan di rotor, selanjutnya rotor mengalami pemanasan berlebihan.

• Relay penguatan hilang akan mentripkan PMT Generator

Page 33: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 33

Daerah Kerja Relay Penguatan Hilang sebagai Relay Impedansi (Mho)

- 12 x d

x d

x

0 R

Gambar 13

Page 34: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 34

Penggunaan Relay Mho

• Dalam keadaan eksitasi rendah / hilang, Generator akan mengambil daya Reaktif dari sistem.

• Oleh karenanya dipakai Relay Mho yang bekerja pada kwadran 3 dan 4 dari Kurva Kemampuan Generator.

• Perlu perhatian pada Beban Kapasitif, misalnya Saluran Kosong, Daya Reaktif akan masuk ke Generator dan menyebabkan Relay ini bekerja.

Page 35: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 35

Kurva Kemampuan Generator Sinkron (Gambar 16)

• Perbandingan Daya Aktif (P) dan Daya Reaktif (Q) sesuai Cos ϕ ditunjukkan oleh busur lingkaran BC.

• Untuk beban induktif lanjutan busur lingkaran CB “dipatahkan” menjadi busur lingkaran BA karena pembatasan arus penguat yang besar, jangan melampaui kemampuan sistem penguat.

• Untuk beban kapasitif lanjutan busur lingkaran BC “dipatahkan” ke arah titik D karena :

Pembatasan arus penguat yang terlalu rendah agar tidak menimbulkan pemanasan yang berlebihan pada ujung kumparan stator dan juga agar tidak terjadi out of step.

• Makin besar tekanan gas hidrogin H, makin tinggi kemampuan generator.

Page 36: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 36

Kurva Kemampuan Generator Sinkron

Fig 18.5

0.60

0.40

0.20

0.40

0.80

0.60

0.20

Lead

Lag

00.20 0.40 0.60 1.000.80

p

0.95

0.900.850.800.70

0.60 PF

A

A

A

A

D

H2

H4

H3

H1 0.600.80

0.90

0.85

0.95

0.70

0.98

BB

BB

CC

CC

Gambar 14

Page 37: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 37

Hubung Singkat dalam Sirkit Rotor

• Hubung singkat dalam sirkit rotor bisa menyebabkan penguatan hilang.

• Karena hubung singkat dalam sirkit rotor ini, bisa timbul distorsi medan magnet dan selanjutnya timbul getaran berlebihan.

• Cara mendeteksi gangguan sirkit rotor : Potentio Meter, AC Injection, DC Injection. (Lihat gambar 15).

Page 38: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 38

Gangguan Internal Generator Yang Sulit Dideteksi

1. Hubung singkat antar lilitan satu fasa, tidak terdeteksi oleh relay diferensial.

2. Hubung tanah di dekat titik Netral, tidak terdeteksi oleh relay hubung tanah terbatas.

3. Lilitan putus atau sambungan kendor, tidak terlihat oleh relay diferensial.

4. Diharapkan relay suhu dan relay Negatif Sequence bisa ikut mendeteksi dua gangguan ini.

Page 39: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 39

Metode Potentiometer

FieldWinding

RelaySensitive

Exciter

Kelemahan :

Tidak bekerja kalau gangguan terjadi dekat titik tengah medan, potentiometer kemudian perlu dirubah posisinya untuk mengatasi hal ini.

Gambar 15-A

Page 40: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 40

Metode AC Injection

Exciter

ACSupply

FieldWinding

SensitiveRelay

Gambar 15-B

Kelemahan :

Arus bisa mengalir lewat kapasitansi isolasi rotor ke body lewat bantalan, bisa menimbulkan erosi.

Page 41: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 41

Metode DC Injection

Gambar 15-C

Exciter FieldWinding

_

+

SupplyAC

RelaySensitive

_

+

Page 42: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 42

Untuk Exciter berupa generator arus bolak balik yang memakai diode berputar, deteksi gangguan rotor hanya bisa lewat :

a. Arus medan Pilot Exciter yang melewati sikat, bisa ditap untuk diamati. Arus ini akan membesar kalau ada gangguan kumparan rotor.

b. Gangguan Kumparan rotor menimbulkan vibrasi yang bisa dideteksi oleh detektor vibrasi.

Page 43: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 43

Untuk Sistem Eksitasi yang tidak menggunakan sikat harus digunakan Rotating Data Transmission Device untuk mendeteksi gangguan Sistem Eksitasi.

AVR = Automatic Voltage Regulator

Pilot Exciter: Rotor berupa kutub magnet yang berputar

Main Exciter: Stator berupa kutub arus searah yang mendapat arus lewat AVR.

Rotor menghasilkan arus bolak-balik yang disearahkan oleh dioda berputar.

AVRV

Output GeneratorUtama

Dioda Statis

Poros

PilotExciter

MainExciter

GeneratorUtamaDioda

Berputar

I

Page 44: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 44

Split Phase Relay

• Dipakai pada Generator yang kumparan fasanya terdiri dari 2 kumparan paralel (lihat gambar 16).

• Relay ini mendeteksi selisih arus yang mengalir antara 2 kumparan paralel ini.

• Bisa mendeteksi gangguan hubung singkat antara lilitan satu kumparan fasa.

• Hanya memadai untuk Generator besar.

Page 45: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 45

Rangkaian Relay Split Phase

KUMPARANSATU FASA

R

Gambar 16

Page 46: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 46

Gangguan dalam mesin penggerak

Gangguan-gangguan yang demikian adalah :• Tekanan minyak pelumas terlalu rendah• Suhu air pendingin atau suhu bantalan terlalu

tinggi• Daya balik

Adakalanya gangguan dalam mesin penggerak generator memerlukan tripnyaPMT Generator.

Page 47: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 47

Relay Negatif Sequence• Gangguan yang menimbulkan ketidak-simetrisan

Tegangan maupun arus, menimbulkan Negatif Sequence Current, tetapi tidak dapat dideteksi oleh Relay-relay tersebut sebelum ini diharapkan dapat dideteksi oleh Relay ini.

• Gangguan-gangguan tersebut di atas misalnya adalah :– Hubung Singkat antar lilitan satu fasa.– Hubung Tanah di dekat titik Netral.– Ada sambungan salah satu fasa yang kendor.

• Negative Sequence Current bisa menimbulkan pemanasan berlebihan pada rotor.

Page 48: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 48

Suhu Tinggi

• Suhu tinggi bisa terjadi pada bantalan generatoratau pada kumparan stator.

• Hal ini masing-masing di deteksi oleh relay suhuyang mula-mula membunyikan alarm kemudian mentripkan PMT generator dan memberhentikan mesin penggerak apabila yang bekerja adalah relay suhu bantalan.

Page 49: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 49

Tekanan minyak terlalu rendah

• Tekanan minyak pelumas yang terlalu rendah bisa merusak bantalan, oleh karenanya jika hal ini terjadi Mesin Penggerak perlu segera dihentikan melalui proses alarm terlebih dahulu apabila tekanan ini turun secara bertahap

• Berhentinya Mesin Penggerak harus bersamaan dengan tripnya PMT Generator

Page 50: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 50

Suhu Air Pendingin atau Suhu Bantalan terlalu tinggi

• Sama seperti tekanan terlalu rendah

Page 51: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 51

Penyebab Suhu TinggiA. Lilitan Stator

1. Beban Lebih2. Beban tidak simetris, arus urutan negatif3. Hubung singkat yang tidak terdeteksi4. Penguatan Hilang / Lemah5. Ventilasi kurang baik, hidrogin bocor6. Kotoran / debu melekat pada lilitan

B. Kumparan Rotor1. Beban stator tidak seimbang, arus urutan negatif2. Hubung singkat yang tidak terdeteksi3. Out of step4. Ventilasi kurang baik, hidrogin bocor5. Kotoran / debu melekat pada lilitan

C. Bantalan Generator1. Pelumasan kurang lancar, tekanannya kurang tinggi2. Kerusakan pada bagian yang bergeseran

Page 52: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 52

Daya Balik

Daya balik dimana generator menjadi motordapat menimbulkan kerusakan karena pemanasan berlebihan pada sudu-sudu tekanan rendah Turbin uap. Pada Turbin air dapat meningkatkan kavitasi. Oleh karenanya diperlukan relay daya balik pada generator yang digerakkan oleh turbin uap atau turbin air dengan melalui Alarm terlebih dahulu.Untuk Turbin Gas masalahnya sama dengan untuk Turbin Uap.

Page 53: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 53

Putaran Lebih

• Apabila PMT generator trip, maka akan terjadi putaran lebih yang membahayakangenerator dan mesin penggeraknya.

• Untuk ini diperlukan relay putaran lebihyang memberhentikan mesin penggerak.

Page 54: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 54

Tegangan Lebih

• Apabila PMT generator trip, maka bisa terjadi tegangan lebih.

• Untuk ini diperlukan relay tegangan lebih.

Page 55: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 55

Tekanan dan Kebocoran Hidrogen

Untuk generator yang didinginkan dengan gas Hidrogen, harus ada relay yangmendeteksi tekanan rendah dan kebocoran Hidrogen untuk memberhentikan mesin penggerak generator dan memutus arus medan

Page 56: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 56

Relay Over Fluks

Relay ini mengukur besaran volt per Hertz. Tegangan imbas volt dalam suatu kumparan adalah sebanding dengan kerapatan fluks dan frekwensi. Over fluks bisa terjadi pada Tegangan normal tetapi frekwensi rendah. Hal semacam ini bisa terjadi pada saat menstart generator dimana frekwensi masih rendah, karena putaran Generator masih rendah, tetapi sudah ada arus penguat dari exciter (lihat gambar 17). Kerapatan fluks yang tinggi ini akan menimbulkan arus pusar yang tinggi sehingga timbul pemanasan berlebihan dalam inti generator dan dalam inti trafo penaik tegangan. Begitu pula dengan rugi histerisis yang menjadi makin tinggi apabila kerapatan fluks magnetik tinggi, hal ini ikut menambah pemanasan inti stator.

Page 57: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 57

Gambar 17

Generator Saat Start

A = Main BreakerC = Field Breaker

Initial Excitation

CPhase

Voltage

61Split

Transformer

Volt / Hz

59 / 81

PowerA Trans

Main

AVR

Period of Initial Excitation :0 - ± 80 % Nominal rpm

AVR

InitialExcitation

t

V

rpm

Volt

Dangerous starting process

rpm

Volt

Ideal starting process

Page 58: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 58

GndField

BackupGnd

StatorGnd

64G

64F

Exc

C

87T TransDiff

TransDiff

87TSS87GPhase

51 Gn

51 Gn

CTAux

DiffGen

F

D

51Back UpSta AuxSS

Feeders87BG

Sta Aux

151Back Up

E

BallanceVolt 60

78

SystemBack Up

32

40

OverheatStator

61Split

49

21

46

Lose of

ExcitLose of

Sync

Trans

UnbalCurrent

51V

81

AuxVT

Freq

Over VoltVHz

Volt / Hz

59

59 / 81

GasDet

PowerA

51TN

71

Trans

Main

Voltage

FaultPress63

B

87SUTrans

Sta Serv

51 TN

SU51 TN

151 TNSU

Back UpGnd

Star UpTrans

Page 59: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 59

No. Relai FungsiTrip Relai

yang Bekerja

Perintah yang diberikan oleh

Trip Relai87B Bus Differential relay 86B21 Distance Relay 86G

64F Field ground relay 86G51/GN Generator overcurrent 86G

63 Pressure relay 86G87T/SS Station service transformer diff. 86G

51TN/SS Station service transformer OC 86G51V System backup overcurrent 86G51 Time overcurrent relay 86G

51/TN Transformer overcurrent 86G87T Unit transformer differential 86G87G Generator differential relay 86G, 87X64G Generator ground relay 86G,87X61 Split phase (hydrogenerators) 86G,87X

Relai Proteksi Generator dan Fungsinya

86G membuka dan mengunci (lockout) CB Generator dan sirkit utama arus

medan, mematikan turbin dan boiler.

Page 60: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 60

N o . R elai F u n g siT rip R elai

yan g B ekerja

P erin tah yan g d ib erikan o leh

T rip R elai

46 C urrent unbalance 94G 140 Field relay 94G 159 O vervoltage relay 94G 1

59 V /H z V olts/hertz relay 94G 1

81 Frequency relay 94G 278 Loss of synchronism relay 94G 2

94G 1 m em buka C B G enerator dan sirkit utam a arus m edan.

94G 2 m em buka C B G enerator.

Page 61: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 61

No. Relai FungsiTrip Relai

yang Bekerja

151 Backup station auxiliary OC 86T/SU87T/SU Startup transformer differential 86T/SU

151TN/SU Startup transformer ground 86T/SU151TN Startup transformer ground backup 86T/SU86G Generator lockout relay A, B, D, H, BFI94G2 Generator zone trip relay A, BFI94G1 Generator zone trip relay A, C, H, BFI

71 Gas detector relay Alarm49 Thermal relay Alarm60 Voltage balance relay Alarm

86T/SU Startup Transformer lockout B, E87X Differential-air-cooled machines CO286B Bus lockout relay D, E, F, G

Page 62: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 62

O I LCOAL G A S

FUEL INFuel Gas

OutI.D.BOILER

SUPERHEATER

REHEATER

L&R REHEAT STOP VALVES

L&R INTERCEPT VALVES

I.P

L = Local

R = Remote

Page 63: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 63

FURNACE OVERPRESSURE

ALL FUEL LOST

FLAME LOST

ALL F.D. FANS OFF (1)

TURBINE TRIP

BLR. CIRC. WATER FAIL (2)

OPTIONAL TRIPS (SEE TEXT)

OPERATOR TRIP

ORFUEL MASTER TRIP

MANUAL RESET

CLOSE REHEAT SPRAY VALVES

(SEE TEXT)

(1) F.D. FANS ARE INTERLOCKED TO BE TRIPPED BY I.D. FANS WHEN USED

(2) ASSISTED OR ONCE THROUGH CIRCULATION BOILER.

BOILER TRIPS

Page 64: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 64

OPERATOR TRIP

GENERATOR GROUND

LOSS OF EXCITATION

OPTIONAL TRIPS (SEE TEXT) TRIP

SOLENOIDTURBINE TRIPOR

AGEN. BKR. CLOSED

GENERATOR MASTER TRIP

TURNINE VALVES CLOSED

ANTI MOTORING

THRUST BRG. FAILURE

OVER - SPEED

LOW VACUUM

HAND TRIP DEVICE

LOW OIL PRESSURE

TRIPOR

STEAM PRESS. LOAD REGULATOR

SPEED & LOAD GOVERNORS

LOAD LIMITSOR

CONTROL

HYDRAULIC OR MECHANICAL LINKAGE

MAIN STOP VALVES CLOSED

CONTROL VALVES CLOSED

REHEAT STOP VALVES CLOSED

INTERCEPT VALVES CLOSED

CLOSE REHEAT SPRAY VALVES

TURBIN TRIPS

Page 65: Proteksi Generator - · PDF fileBusbar Gambar 3. 21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, ... Peran generator dalam sistem dan syarat proteksi generator a. Sumber Energi,

21-24 April 2003 Kursus "Generator, Transformer, and MV Feeder Protection" 65

VOLTS / HERTZ TRIP

AUX. TRANF. DIFFERENTIAL

MAIN TRANSF. FAULT PRESS.

OVERALL UNIT DIFFERENTIAL

GEN. DIFFERENTIAL

STOP VALVES CLOSED

NEGATIVE SEQUENCE

UNIT TRANSF. FAULT PRESS.MANUAL RESET

GEN. MASTER TRIPOR

OPTIONAL TRIPS (SEE TEXT)

AGEN. BKR. CLOSED TRIP TURBINE

SOLENOID

BREAKER

TRIP GENERATOR

NORMAL SUPPLY BKRS.

TRIP STA. SERVICE

TRIP FIELD BREAKER TRIP VOLTAGE

REGULATOR

GENERATOR TRIPS

GENERATOR

MAINTRANSFORMER

TO SYSTEM

AUXILIARY SYSTEMSTARTING SUPPLY

AUXILIARY SYSTEMNORMAL SUPPLY

AUXILIARYMOTORS

Stanley H. Horowitz

for power systemsProtective Relaying

IEEE PRESS 1980