#10 Proteksi Generator

Generator adalah jenis mesin listrik yang berfungsi untuk merubah energi mekanik atau energi putar menjadi energi listrik. Pada sebuah pembangkit listrik secara umum, generator atau sering juga disebut alternator adalah merupakan komponen utama yang paling penting dimana tenaga penggerak atau prime mover untuk menggerakan generator tersebut adalah sebuah turbin yang porosnya dihubungkan dengan poros generator baik secara langsung ataupun tidak langsung. Pada poros turbin yang dihubungkan secara langsung menandakan putara turbin yang digerakkan akan memiliki rpm yang sama dengan rpm generator. Sedangkan pada poros turbin yang dibungkan secara tidak langsung adalah dengan menggunakan media gear-box untuk me-reduce putaran turbin yang tinggi menjadi putaran generator sesuai dengan spesifikasi frekuensi listrik yang ingin dicapai.

Tenaga untuk memutarkan turbin akan menjadi identitas dari penamaan sebuah power plant atau pembangkit tenaga listrik, misalnya PLTU adalah pembangkit listrik yang tenaga untuk memutarkan turbinnya adalah tenaga uap; PLTA adalah pembangkit listrik yang tenaga untuk memutarkan turbinnya adalah tenaga air; PLTGU adalah pembangkit listrik yang tenaga untuk memutarkan turbinnya adalah tenaga gas dan tenaga uap; dan sebagainya. Meskipun ada juga pembangkit lain yang tidak memiliki generator dan turbin sebagai media penghasil tenaga listriknya yaitu PLTS dimana surya atau radiasi panas sinar matahari digunakan bukan untuk memutarkan turbin atau generator tetapi menjadi energi yang dikonversi oleh modul fotovoltaik menjadi energi listrik.

Pentingnya proteksi Generator

Sebagai komponen yang sangat vital dalam sebuah pembangkit listrik, generator tentunya harus di proteksi seaman mungkin agar potensi kerusakan yang terjadi yang disebabkan faktor internal ataupun eksternal bisa dihindari. Selain itu generator harus bersifat handal karena generator merupakan sumber energi, tripnya PMT generator sangat tidak dikehendaki karena sangat mengganggu sistem terutama untuk generator yang memiliki daya besar. Generator juga letaknya di hulu, sedangkan dalam sistem banyak gangguan PMT generator tidak boleh mudah trip tetapi juga harus aman bagi generator. Peralatan proteksi generator harus benar-benar mencegah kerusakan generator, karena selain akan menelan biaya perbaikan juga akan mengganggu operasinya sistem.

Macam-macam proteksi generator

Berikut ini adalah #10 Proteksi generator yang saya ambil dari tempat saya bekerja, modul proteksinya masih analog dan jadul tetapi kita bisa mengambil substansi dan fungsi dari jenis proteksi tersebut yang masih update dipakai pada generator modern saat ini. Yang membedakan dengan proteksi generator saat ini hanyalah jenis modul proteksinya yang lebih simpel, canggih dan modern.

Pada bab ini saya akan menjelaskan fenomena yang mengancam generator dilihat dari aspek penyebab, akibat, dan solusi.

1. Rotor earth fault

Rotor earth fault relay

Penyebab :
- Terjadi short circuit pada belitan rotor
- Short circuit dapat disebabkan karena mekanikal atau temperature stress
- Terjadi short circuit pada salah satu (kutub positif atau negatif) dari rangkaian penguat/eksitasi

Akibat :
- Overheating pada rotor
- Menghasilkan sistem medan tak simetris
- Memberikan gaya tak seimbang pada rotor
- Tekanan berlebihan pada bantalan dan distorsi poros
- Rotor akan bergetar (vibrasi tinggi)

Solusi :
- Pemasangan rotor earth fault relai

2. Stator earth fault

Stator earth fault relay

Penyebab :
- Pembebanan lebih pada generator secara terus menerus
- Terjadi short circuit pada belitan stator

Akibat :
Overheating pada belitan stator

Solusi :
Pemasangan relay Interturn Fault Relay atau Stator Earth Faulth Relay

3. Differential relay

Differential Relay

Penyebab :
- Adanya perbedaan nilai arus antara sisi pentanahan generator dengan sisi output trafo karena terjadinya short circuit
- Perbedaan nilai arus juga dapat disebabkan hilangnya satu atau dua fasa

Akibat :
Merusak generator dan trafo

Solusi :
Pemasangan relay differential

Prinsip kerja differential Relay:

prinsip kerja differential relay

Pada gambar prinsip kerja differential relay diatas, matching CT berfungsi menyesuaikan besaran arus ideal output generator terhadap arus belitan bintang generator pada kondisi normal atau tidak terjadi gangguan. Pada kondisi normal pembacaan arus dititik "I Diff?" adalah resultan arus dari arah belitan bintang generator terhadap arus dari arah output generator yang nilainya sama sehingga nilai "I Diff?" adalah Nol atau no differential. Tetapi jika terjadi hubung singkat pada output generator (lihat gambar) maka arus pada output generator akan berbeda nilainya terhadap arus belitan bintang generator sehingga terjadi selisih di titik "I Diff?" dan menghasilkan besaran arus resultan atau arus differential yang akan memicu breaker output generator untuk segera trip.

4. Under dan Over voltage relay

Penyebab :
- Under voltage terjadi karena adanya generator yang lepas dari sistem atau adanya pembebanan yang lebih atau kekurangan pembangkitan.
- Over voltage terjadi karena adanya pelepasan beban besar secara tiba-tiba.

Akibat :
Merusak generator

Solusi :
Pemasangan relay under voltage dan over voltage

5. Over load relay 1 & 2

over load relay 1&2

Penyebab :
- Pembebanan yang berlebihan pada generator
- Pembebanan lebih besar daripada pembangkitan

Akibat :
- Overheating pada gulungan stator
- Usia pemakaian menjadi lebih pendek
- Jika pembebanan berlebihan dilakukan terus menerus maka isolasi belitan stator bisa rusak

Solusi :
Pemasangan relay overload

Prinsip kerja Over load relay 1&2:

prinsip kerja over load relay 1&2

6. Load unbalance relay 1 & 2

Load unbalance relay 1&2

Penyebab :
Ketidakseimbangan arus beban 3 fasa

Akibat :
- Arus 3 fasa yang tidak seimbang akan mempunyai komponen urutan positif, negatif, dan nol pada gulungan stator.
- Overheating pada stator  dan menimbulkan vibrasi besar.
- Arus 3 fasa yang tidak seimbang akan menghasilkan flux memotong rotor dengan kecepatan 2 kali kecepatan rotor. Arus frekuensi ganda diinduksikan ke rotor, bodi dan damper winding sehingga menimbulkan eddy current pada rotor.
- Overheating pada rotor.

Solusi :
Pemasangan relay unbalance
- Set relay : 10%

7. Distance relay

Distance relay

Penyebab :
Terjadi perubahan nilai impedansi saluran akibat terjadinya hubung singkat pada sistem 3 fasa (Zf<Zset)

Akibat :
Merusak generator

Solusi :
- Pemasangan relay distance/relay jarak
- Penyetelan relay jarak terdiri dari tiga daerah
- Pengamanan, penyetelan zone-1 dengan waktu kerja relay t1, zone-1 dengan waktu kerja relay t2, dan zone-3 dengan waktu kerja relay t3

7.1. Penyetelan Zone-1
Dengan mempertimbangkan adanya kesalahan-kesalahan dari data saluran CT, PT dan peralatan penunjang lain sebesar 10%-20%, zone-1 relay disetel 80% dari panjang saluran yang diamankan.
Zone-1 = 0,8 . ZL1 (saluran)
Waktu kerja relay seketika, (t1 = 0) tidak dilakukan penyetelan waktu.

7.2. Penyetelan Zone-2
Prinsip penyetelan zone-2 adalah berdasarkan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
Zone-2 min = 1,2 . ZL1
Zone-2 mak = 0,8 (ZL1 + 0,8 . ZL2)
Dengan : ZL1 = impedansi saluran yang diamankan, ZL1 = impedansi saluran berikutnya yang terpendek (), Waktu kerja relay t2 = 0,4 s/d 0,8 dt.

7.3. Penyetelan Zone-3
Prinsip penyetelan zone-3 adalah berdasarkan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
Zone-3 min = 1,2 (ZL1 + 0,8.ZL2)
Zone-3 mak 1 = 0,8 (ZL1 + 1,2.ZL2)
Zone-3 mak 2 = 0,8 (ZL1 + k.ZTR)
Dengan : L1 = impedansi saluran yang diamankan, ZL2 = impedansi saluran berikutnya yang terpanjang, Waktu kerja relay t3 = 1,2 s/d 1,6 dt.

Prinsip kerja distance relay:

Prinsip kerja distance relay

8. Reverse power relay

Untuk penjelasan aspek lain tentang proteksi ini saya membahasnya juga di artikel khusus tentang reverse power.

Reverse power relay

Penyebab :
- Pengurangan beban pada generator hingga mendekati nol
- Kehilangan beban secara tiba-tiba
- Kehilangan tenaga prime mover atau turbin trip tanpa diikuti generator trip

Akibat :
- Terjadi daya balik. Daya aktif akan ditarik dari jala-jala untuk mempertahankan sinkronisasi
- Generator bekerja sebagai motor dengan turbin sebagai bebannya. Arah putaran tidak berubah
- Jika dibiarkan, overheating yang serius pada blade turbin akan terjadi akibat windage gas

Solusi :
Pemasangan relay reserve power

9. Under frequency relay

Under frequency relay

Penyebab :
Menurunnya nilai frekuensi jala-jala karena generator overload

Akibat :
Merusak generator

Solusi :
Pemasangan relay under frequency pada generator

10. Under excitaci relay

Under excitaci relay

Penyebab :
- Melemahnya eksitasi/hilangnya eksitasi
- Terjadinya hubung singkat dalam circuit medan
- Gangguan dalam AVR (generator regulation dan atau AVR trafo)

Akibat :
- Menarik arus eksitasi (arus pemagnetan) dari busbar, damper winding beraksi sebagai sangkar tupai
- Mempengaruhi stabilitas unit lain
- Menarik daya reaktif dari sistem
- Overheating pada belitan stator dan rotor
- Kecepatan rpm bertambah sedikit
- Hilangnya sinkronisasi

Solusi :
Pemasangan relay under excitation

Definisi under excitaci

Demikian penjelasan singkat tentang #10 proteksi generator, tidak menutup kemungkinan masih banyak jenis proteksi generator selain yang 10 ini, semoga artikel ini menjadi pengetahuan tambahan untuk landasan dasar tentang proteksi sebuah generator. Artikel akan diupdate karena masih banyak kekurangan, proses update bisa dilakukan diartikel yang sama ataupun ditulis pada artikel yang baru. Ikuti terus perkembangan blog listrik-praktis ini, silahkan subscribe untuk berlangganan gratis, masukan dan saran silahkan meninggalkan jejak di kolom komentar.

Wassalam