PENGAMAN GENERATOR

By :

Firman Aji P. 2210105020Sandi Agusta J. 2210105021

Rahmat Riyadi 2210105022

GeneratorGenerator

Listrik

Penguatan Sendiri

Penguatan Terpisah

Tiga FaseSatu Fase

AsinkronSinkron

Generator DCGenerator AC

Shunt

Kompon Seri

Generator Sinkron

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron. Generator sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah gaya mekanik menjadi gaya listrik.

Ada dua struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC( membangkitkan medan magnet biasa disebut sistem eksitasi ) dan sebuah kumparan ( jangkar) tempat dibangkitkannya ggl arus bolak balik. Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan ggl berupa stator yang diam dan struktur medan magnet berputar sebagai rotor.

Dalam sistem tenaga listrik banyak sekali terjadi gangguan yang sesungguhnya merupakan peristiwa hubung singkat yang dapat merusak peralatan.

Untuk melindungi peralatan terhadap gangguan diperlukan alat pengaman yang mempunyai fungsi untuk:1. melindungi peralatan terhadap gangguan dalam sistem, jangan sampai mengalami kerusakan.2. melokalisir akibat gangguan jangan sampai meluas dalam sistem

Pengamanan Sistem Tenaga Listrik

Untuk memenuhi fungsi dalam butir 1 alat pengaman yang bekerja harus bekerja cepat agar pengaruh gangguan yang merupakan hubung singkat dapat segera dihilangkan sehingga pemanasan yang berlebihan yang timbul sebagai arus hubung singkat dapat segera dihentikan.

Untuk memenuhi fungsi dalam butir 2 alat pengaman dalam sistem harus dikoordinir satu sama lain sehingga hanya alat pengaman yang terdekat dengan tempat gangguan yang bekerja.

Pembangkit Sistem Tenaga Listrik

Bagian hulu dalam sistem tenaga listrik adalah generator yang terdapat di pusat listrik dan digerakkan oleh mesin penggerak mula (Prime Mover)

Generator sebagai sumber energi listrik dalam sistem tenaga perlu diamankan jangan sampai mengalami kerusakan karena kerusakan generator akan mengganggu jalannya operasi sistem tenaga listrik. Oleh karenanya generator sedapat mungkin harus dilindungi terhadap semua gangguan yang dapat merusak generator.

Pengaman Generator

Tetapi di lain pihak dari segi selektifitas pengaman sistem diharapkan agar PMT generator tidak mudah trip terhadap gangguan dalam sistem karena lepasnya generator dari sistem akan mempersulit jalannya operasi sistem tenaga listrik.

PMT generator hanya boleh bekerja apabila ada gangguan yang tepat ada di depan generator, di dalam generator atau pada mesin penggerak generator.

Selain itu PMT generator boleh bekerja apabila terjadi kegagalan dari PMT yang ada di depan PMT generator.

Pengaman Generator (2)

1. Pengamanan terhadap gangguan diluar generator, yaitu gangguan dalam sistem yang dihubungkan dengan generator.

2. Pengamanan terhadap gangguan yang terjadi di dalam generator.

3. Pengaman terhadap gangguan dalam mesin penggerak yang memerlukan pelepasan PMT generator.

Pengaman Generator Secara Garis Besar

Gambar Bagan Generator dengan Mesin Penggerak dan Medan Penguat

Penempatan Peralatan Pengaman Elektris pada Generator

Generator pada umumnya dihubungkan dengan BUS (rel) terlebih dahulu sebelum dihubungkan dengan saluran transmisi atau saluran distribusi yang menuju keluar pusat listrik.

1. Pengaman Terhadap Gangguan Luar

Pengaman Terhadap Gangguan Luar (2)

Gambar Hubungan Generator dalam Sebuah Pusat Listrik

Penyebab gangguan yang utama dalam sistem adalah petir yang sering menyambar di saluran udara.

PMT dari saluran yang menuju keluar pusat listrik dilengkapi dengan rele untuk menghadapi gangguan yang terjadi diluar pusat listrik, maka sebenarnya pengaman generator tehadap gangguan di luar pusat listrik bersifat back up.

berdasarkan uraian diatas maka pengaman generator terhadap gangguan di luar generator yang utama adalah rele arus lebih

Pengaman Terhadap Gangguan Luar (3)

Bila ada pengaman bus differensial (differential bus bar protection) maka relay arus lebih generator menjadi pengaman Back Up.

Rele tegangan lebih juga dipakai untuk melindungi generator terhadap gangguan di luar generator yang menyebabkan tripnya PMT generator dan mungkin bisa timbul tegangan lebih pada generator apabila pengatur tegangan otomatis generator terlambat menurunkan tegangan generator.

Relay arus lebih dipakai pada semua generator sedangkan rele tegangan hanya dipakai pada generator yang mempunyai daya terpasang tertentu.

Pengaman Terhadap Gangguan Luar (4)

a. Hubungan singkat antar fasa.b. Hubungan singkat fasa ke

tanah.c. Suhu tinggid. Penguatan Hilange. Hubung singkat antar sirkit

rotor.

2. Pengamanan Terhadap Gangguan Dalam Generator

Gangguan ini terjadi apabila isolasi antar fasa bocor bisa terjadi dalam stator generator maupun di luar stator generator yaitu antara stator dan PMT.

Pengaman : Untuk melindungi generator terhadap

gangguan ini dipakai rele differensial yang segera mentrip PMT generator, PMT arus medan Penguat dan memberhentikan mesin penggerak generator.

a. Hubung singkat antara fasa

hal ini diperlukan untuk menghentikan gaya gerak listrik yang dibangkitkan dalam stator generator sehingga arus hubung singkat antar fasa dapat segera berhenti.

Single Line Diagram Rele Diferensial

Ganguan hubungan tanah adalah gangguan yang paling banyak terjadi. Arus gangguan hubung tanah yang terjadi belum tentu cukup besar untuk dapat mengoperasikan rele arus lebih. Oleh sebab itu, harus ada rele arus hubung tanah yang harus dapat mendeteksi arus urutan nol, karena setiap gangguan hubung tanah menghasilkan arus urutan nol.

b. Hubungan Singkat Fasa ke Tanah

Single Line Diagram Rele Gangguan Stator Hubung Tanah

Hal ini bisa terjadi pada stator atau pada bantalan generator, yang menyebabkan kenaikan suhu tersebut 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 panas lilitan stator. Aliran minyak pelumas yang kurang baik juga bisa menyebabkan suhu yang tinggi. Untuk mengamankan generator terhadap masalah suhu yang tinggi, dipakai relay suhu yang pada tahap pertama membunyikan alarm dan pada tahap berikutnya men-trip PMT generator.

c. Suhu Tinggi

Jika terjadi gangguan pada rangkaian arus penguat sehingga medan penguat generator menjadi lemah atau hilang, maka generator bisa menjalani kondisi “out of step” atau lepas dari sinkroninasinya dengan dan dapat menimbulkan gangguan dalam sistem khususnya apabila hal ini menyangkut generator yang besar.

Oleh karenanya pada generator yang daya terpasangnya relative besar disediakan Loss of Field relay untuk mencegah terjadinya situasi out of step tersebut diatas dengan jalan men trip PMT generator apabila arus penguat hilang atau menjadi terlalu lemah oleh karena ada gangguan pada sirkit arus penguat.

d. Penguatan Hilang

Rele Kehilangan Medan Penguat Rotor

Rele Kehilangan Sinkronisasi

Apabila terjadi hubung singkat dalam sirkit rotor maka generator akan mengalami loss of field.

Sirkit rotor atau rotor generator dapat mengalami kerusakan yang disebabkan arus hubung singkat sirkit rotor.

Untuk mencegah kerusakan ini dipakai rele lebih atau sekering lebur dalam sirkit rotor.

e. Hubung Singkat Dalam Sirkit Rotor

Gangguan dalam mesin penggerak ada kalanya memerlukan trip dari PMT generator misalnya apabila tekanan minyak terlalu rendah dapat menimbulkan kerusakan bantalan. Untuk menghindarkan tetap berputarnya generator sebagai akibat daya yang merubah generator menjadi motor, maka PMT generator harus juga di trip.

3. Pengaman Terhadap Gangguan Dalam Mesin penggerak

Begitu pula apabila suhu air pendingin pada mesin diesel atau turbin penggerak generator menjadi terlalu tinggi maka mesin diesel atau turbin uap harus segera dihentikan dan PMT generator harus juga di trip.

Trip dari PMT generator karena tekanan minyak pelumas yang terlalu rendah atau karena suhu air pendingin yang terlalu tinggi dilakukan oleh rele mekanik.

Daya balik pada generator dapat menimbulkan pemanasan yang berlebihan pada turbin uap atau turbin gas penggerak generator.

Pada turbin air pengerak generator daya balik dapat menimbulkan kavitasi yang berlebihan.

Oleh karenanya pada generator dengan daya pasang pada nilai tertentu yang digerakkan oleh turbin uap, turbin gas atau turnin air dipakai rele daya balik.

Daya balik terjadi karena ada gangguan mesin penggerak atau karena ada ayunan daya dalam sistem

Rele Daya Balik

Aplikasi pemakaian relay pada generator sinkron

Relay Diferensial Generator dan Transformer Relay Diferensial (87GT) Relay ini memberikan perlindungan cadangan untuk differensial relay generator (87G) dan generator stepup transformator (87T). Rely ini haRus memiliki pembatas harmonisa untuk mencegah trip pada saat awal energize dgn trafo. Relay ini juga menyediakan perlindungan tingkat kedua ke generator dan perlindungan utama fase busduct terisolasi yang menghubungkan generator dengan trafo

Diferensial relay generator (87G) Relay ini adalah proteksi primer Generator. Mendeteksi gangguan internal tiga-fase dan phase to phase

(63)Sudden Pressure Relay(relay tekanan lebih): adalah perangkat tekanan diferensial mekanis yang mendeteksi tekanan lebih secara tiba2 dalam tangki transformator yang disebabkan oleh busur listrik

(60) Voltage Balance Relay memonitor tegangan dari potential transformator

(21) Distance Relay memberikan perlindungan cadangan untuk generator dan system dr kerusakan yang diakibatkan gangguan 3 phase, phase-pase, phase-ground yg gagal diamankan oleh relay primer saluran transmisi

(46) Negative Sequence Relay untuk melindungi generator dari arus lebih urutan fasa negative yang disebabkan oleh beban yang tidak seimbang.

(32) Reverse Power Relay: Relay ini menyediakan perlindungan overspeed turbin. Jika ada reverse power dari system, turbin generator akan memutuskan diri dari system sehingga tidak ada overspeed turbin

(40) Loss-of-Field Relay: Jika rotor generator kehilangan arus medan magnet sementara turbin bekerja pd beban penuh, generator akan kehilangan sinkronisme dan turbin akan slip. Relay ini di desain untuk mendeteksi kondisi ini dan melindungi generator dari kerusakan yg diakibatkan oleh panas (thermal )

(59) Neutral Ground Relay: relay ini menyensing tegangan yg dibangkikan di grounding netral generator trafo sekunder resistor untuk mendeteksi gangguan ke tanah, fase bus saluran yang terisolasi.

Apa saja sih tipe proteksi pada generator…..??

Generator Turbin Gas

Proteksi pada StatorGangguan antar fasa dan ground

Proteksi pada RotorGangguan hilang eksitasi dan ground

PROTEKSI

Gangguan antar Fasa

Proteksi Stator

Gangguan Tanah

Proteksi Stator

Proteksi Rotor

Gangguan eksitasi

Proteksi Rotor

Gangguan Tanah

Selain gangguan dalam, ada pula gangguan luar yang menyebabkan pengaman generator bekerja.

Salah satunya adalah akibat beban tak seimbang yang menyebabkan under/over frekuensi pada putaran generator dan unbalance current.

Beban Seimbang Menimbulkan :◦ Reaksi jangkar yang besarnya tetap◦ Berputar sinkron dengan kumparan medan

Beban Tidak Seimbang :◦ Positive sequence sama positive sequence beban

seimbang.◦ Negative sequence sama positive sequence

beban seimbang, putaran berbalik.

Menghasilkan flux yang memotong kumparan

medan.Arus eddy besar panas.

◦ Zero sequence Komponen DC tidak menghasilkan kumparan jangkar.

Disebabkan :◦ Penambahan beban signifikan◦ Beban atau generator yang lepas secara tiba-tiba◦ Pengurangan mekanikal input power yang drastis

Underfrequency :Higher generator load currentsOverexcitationTurbine blade fatigue

Overfrequency :Overvoltage on turbines

Over/Under frequency

Positive Sequence◦ – A set of three phasors that have the same magnitude, are

equally◦ displaced from each other by 120º, and have the same phase◦ sequence as the system under study (ex ABC)

• Negative Sequence◦ – A set of three phasors that have the same magnitude, are

equally◦ displaced from each other by 120º, and have the opposite

phase◦ sequence as the system under study (ex ACB)

• Zero Sequence◦ – A set of three phasors of equal magnitude that are all in phase

or have zero displacement from each other

Symmetrical Components

Negative Phase Sequence Relay (46)

A negative phase sequence relay (46) protects a generator against overheating of its rotor pole faces and damper bars.

This form of overheating is due to the presence of unbalanced stator currents, which create a negative phase sequence (NPS) flux in the air gap.

This flux rotates in the opposite direction to the rotor but at the same absolute speed. Hence the rotor poles and damper bars have double-frequency currents induced into them, which rapidly cause localized heating and eventually distortion of the rotor and slot damage.

Unbalanced Currents The ability of a generator to accommodate unbalanced

currents is specified by ANSI C50.12-1982 and ANSI C50.13-1989 in terms of negative-sequence current (I2).

This standard specifies the continuous I2 capability of a generator and the short time capability of a generator, specified in terms I22t, as shown in figure 4.5.2-1.

Unbalanced fault negative-sequence current capability is expressed in per unit of rated current and time in seconds.

Generators must meet minimal requirements for sustaining unbalance currents without damage. These requirements are spelled out in ANSI C50.13

The protection against unbalanced currents is implemented by using overcurrent relays that measure negative-sequence components.

If protection failed

What will happen…??

Blackout Sulsel 15-02-2011◦ Akibat gangguan transmisi sistem pembangkit

Pemadaman Prancis, 19 Desember 1978 Akibat underfrequency beban shedding

Amerika Serikat / Kanada pemadaman listrik,Agustus 14, 2003

Akibat penutupan generator di ohio

Gagal listrik Italia, September 28, 2003Akibat recloser yang gagal bekerja

Rekam Jejak Blackout

Terima Kasih

1. Apakah ada alat yang bisa menggantikan seluruh kerja pengaman generator ? Bagaimana proses kerjanya dan apakah bisa dipasang dengan merk yang berbeda ??

2. Apakah pengaman generator langsung trip dan lepas dari sinkron apabila terjadi gangguan ?

- Apakah pada generator ada pengaman petir dan panas (overheating) ?

- Bagaimana tentang tegangan lebih ? - Jelaskan kembali tentang gambar skema pengaman

pada stator dan rotor ?

Pertanyaan :

3. Jelaskan kembali pengaruh gangguan luar/petir pada generator ?

4. Beda relay 87G dan 87 GT ?

5. Apa yang dimaksud power reverse ?power reverse adalah arus urutan negatif yang mengakibatkan ketidakseimbangan beban (unbalance) yang menyebabkan generator bergetar berlebihan hal ini dapat diatasi dengan rele power reverse.

1. Ada, dengan menggunakan universal relay G60. Proses kerjanya dengan sistem modular pada satu package. Sehingga lebih praktis dan ekonomis dan tidak memerlukan tempat yang luas.Bisa dipindah-pasang asalkan dengan fungsi relay yang sama.

Jawaban :

Universal Relay G60

Fungsi-Fungsi Relay G60

2. Tidak, terdapat hierarki alur bekerjanya rele pengaman dan pengaman generator bersifat hanya back up.

- Ada, terdapat lightning arrester sebagai penangkap petir untuk gangguan luar dan thermocouple sebagai detektor panas berlebih pada stator.

Panas diakibatkan : - Beban lebih, hubung singkat - Gangguan sistem

pendingin

Dipakai detektor temperatur Thermocouple(Prinsip kerja membandingkan perubahan harga tahanan dengan perubahan temperatur)

Untuk hasil yang merata detektor ditempatkan di beberapa tempat pada belitan stator.

Pengaman terhadap temperatur lebih pada stator

Gen.Berbeban arus beban medan magnet (reaksi jangkar) searah medan utama atau tegak lurus medan utama tergantung jenis beban.

Sehingga dapat disimpulkan :◦ Arus beban Tegangan Penguatan

◦ Note :Beban laggingReaksi jangkar memperlemah medan

utamaBeban leadingReaksi jangkar memperkuat medan

utama

- Tegangan lebih Merusak isolasi kumparan generator

3. Sambaran petir dapat mengakibatkan terjadinya tegangan berlebih pada generator yang dapat merusak generator.

4. rele 87G mengamankan stator generator sedangkan 87 GT mengamankan generator dan trafo

5. power reverse adalah arus urutan negatif yang mengakibatkan ketidakseimbangan beban (unbalance) yang menyebabkan generator bergetar berlebihan hal ini dapat diatasi dengan rele power reverse.