bab 3

7/21/2019 BAB 3

http://slidepdf.com/reader/full/bab-3-56d97b577783c 1/16

Teori

BAB III

PROTEKSI GENERATOR

3.1 Generator Sinkron

Generator sinkron merupakan mesin listrik arus bolak-balik yang berfungsi

untuk merubah energi mekaniks dalam membentuk putaran menjadi energi listrik arus

bolak-balik. Generator sinkron mempunyai dua bagian pokok, yaitu bagian stator atau

bagian dari generator sinkron yang tidak bergerak dan bagian rotor atau bagian

generator sinkron yang berputar atau bergerak. Pada generator sinkron yang

berukuran besar, bagian stator dipergunakan sebagai tempat belitan medan magnet.

3.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Prinsip kerja generator sinkron berdasarkan induksi elektromagnetik. Setelah

rotor diputar oleh penggerak mula (prime mover), dengan demikian kutub-kutub yang

ada pada rotor akan berputar. Jika kumparan kutub diberi arus searah maka pada

permukaan kutub akan timbul medan magnet (garis-garis gaya fluks) yang berputar,

keepatannya sama dengan putaran kutub. Garis-garis gaya fluks yang berputar

tersebut akan memotong kumparan jangkar distator, sehingga menimbulkan EMF

atau GGL atau tegangan induksi, yang besarnya !

Macammacam Gan!!"an Generator #an Aki$atn%a

"aam-maam gangguan pada generator dapat di klasifikasikan sebagai berikut !

a. Gangguan listrik (eletrial fault)

b. Gangguan mekanis#panas (mehanial or thermal fault)

. Gangguan system (system fault)

a. Gangguan $istrik (eletrial fault)

Jenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul dan terjadi pada bagian-

bagian listrik dari generator.

7/21/2019 BAB 3


BAB III

Gangguan-gangguan tersebut antara lain !

%. &ubung singkat ' fasa

erjadinya arus lebih pada stator yang dimaksud arus lebih yang

timbul akibat terjadinya hubungan singkat tiga fasa. Gangguan ini akan

menimbulkan lonatan bunga api dengan suhu tinggi yang akan

melelehkan belitan dengan resiko terjadinya kebakaran jika isolasi tidak

terbuat dari bahan yang anti api.

. &ubung singkat fasa

Gangguan hubung singkat fasa lebih berbahaya disbanding

gangguan hubung singkat tiga fasa, karena disamping akan terjadi

kerusakan pada belitan akan timbul pula vibrasi pada kumparan stator.

*erusakan lain yang timbul adalah poros dan kopling turbin akibat

adanya momen punter yang besar.

'. Stator hubung singkat satu fasa ke tanah

*erusakan akibat gangguan fasa atau antara konduktor kadang-

kadang masih dapat diperbaiki dengan menyambung atau mengganti

sebagian konduktor, tetapi kerusakan laminasi besi akibat gangguan % fasa

ketanah yang menimbulkan bunga api dan merusak isolasi dan inti besi

adalah kerusakan serius yang perbaikannya dilakukan seara total.

Gangguan jenis ini meskipun keil harus segera diproteksi.

+. otor hubung tanah

Pada rotor generator yang belitannya tidak dihubungkan ketanah, bila

salah satu sisi terhubung ketanah belum menjadikan masalah, tetapi

apabila sisi lainnya kemudian terhubung ketanah, smentara sisi

sebelumnya tidak terselesaikan maka akan terjadi kehilangan arus pada

sebagian belitan yang terhubung singkat melalui tanah. kibatnya terjadi

ketidak seimbangan fluks yang menimbulkan vibrasi yang berlebihan dan

kerusakan fatal pada rotor.

5. *ehilangan medan penguat (loss of excitation)

&ilangnya medan penguat akan membuat putaran mesin naik dan

berfungsi sebagai generator induksi. *ondisi ini akan berakibat

Laporan Kerja Praktek

7/21/2019 BAB 3


BAB III

pemanasan lebih pada rotor dan pasak (slot wedges), akibat arus induksi

yang bersirkulasi pada rotor.

*ehilangan medan penguat dapat dimungkinkan oleh !

a. Jatuhnya (trip) saklar penguat

b. &ubung singkat pada belitan penguat

. *erusakan kontak-kontak singkat arang pada system penguat

d. *erusakan pada system

6. egangan lebih (over voltage)

egangan yang berlebihan melebihi batas maksimal yang di ijinkan

dapat berakibat tembusnya (break dwon) desain isolasi yang akhirnya

akan menimbulkan hubungan singkat antara belitan. egangan lebih dapat

dimungkinkan oleh mesin putaran lebih (over speed) atau kerusakan pada

pengatur tegangan otomatis ().

b. Gangguan mekanis atau Panas (mechanical or thermal fault).

Jenis-jenis gangguan mekanik atau panas antara lain !

%. Generator berfungsi sebagai motor (motoring).

"otoring adalah peristi/a berubah fungsinya generator menjadi

motor akibat daya balik (reverse power). 0aya balik terjadi disebabkan

oleh turunya daya masukan dari penggerak utama (prime mover). 0ampak

kerusakan akibat peristi/a motoring adalah lebih kepada penggerak

utama itu sendiri. Pada turbin uap peristi/a motoring akan

mengakibatkan pemanasan lebih pada sudu-sudunya, kavitasi pada sudu-

sudu turbin air dan ketidak stabilan pada turbin gas.

. Pemanasan lebih setempat

Pemanasan lebih setempat pada sebaian stator dapat dimungkinkan

oleh !

a. *erusakan laminasi

b. *endornya bagian-bagian tertentu dalam generator seperti ! pasak-

pasak stator (stator wedges) terminal ujung-ujung belitan dan

sebagainya.


7/21/2019 BAB 3


BAB III

'. *esalahan parallel.

*esalahan dalam memparalel generator karena syarat-syarat sinkron

tidak terpenuhi dapat mengakibatkan kerusakan pada bagian poros dan

kopling generator dan penggerak utamanya karena terjadinya momen

punter, kemungkinan kerusakan lain yang timbul adalah kerusakan P"

dan kerusakan pada kumparan stator akibat adanya kenaikan tegangan

sesaat.

+. Gangguan pendingin stator.

Ganggaun pada system pendingin stator (pendingin dengan media

udara, hydrogen atau air) akan menyebabkan kenaikan suhu belitan stator.

pabila suhu belitan melampaui batas ratingnya akan berakibat kerusakan

belitan.

. Gangguan system (system fault).

Gangguan dapat terganggu akibat adanya gangguan yang dating atau terjadi

pada system.

Gangguan-gangguan system yang umumnya terjadi antara lain !

%. 1rekuensi operasi yang tidak normal (abnormal freuency operation)!

Perubahan frekuensi keluar dari batas-batas normal disistem dapat

berakibat ketidak stabilan pada turbin generator. Perusahaan frekuensi

sistem dapat dimungkinkan oleh tripnya unit-unit pembangkit atau

penghantar.

. $epas sinkron (loss of synchron).

danya gangguan di sistem akibat perubahan beban mendadak,

s/ithing, hubung singkat dan peristi/a lainya yang ukup besar akan

menimbulkan ketidak stabilan sistem.

pabila peristi/a ini ukup lama dan melampaui batas-batas ketidak

stabilan generator, generator akan kehilangan kondisi paralel. *eadaan ini

akan menghasilkan arus punak yang tinggi dan penyimpangan frekuensi

operasi keluar dari yang seharusnya sehingga akan menyebabkan

terjadinya stress pada belitan generator, gaya punter yang berfluktuasi dan


7/21/2019 BAB 3


BAB III

resonansi yang akan merusak turbin generator. Pada kondisi generator

harus dilepas dari sistem.

'. Pengamanan adangan (back up protection)

*egagalan fungsi proteksi didepan generator pada saat terjadi

gangguan di sistem akan menyebabkan gangguan masuk dan dirasakan

oleh generator. 2ntuk ini perlu pemasangan pengaman adangan.

+. rus beban kumparan yang tidak seimbang (unbalanced armature

current ).

Pembebanan yang tidak seimbang pada sistem atau adanya gangguan

satu fasa dan dua fasa pada sistem yang menyebabkan beban generator

tidak seimbang dan menimbulkan arus urutan negatip.

rus urutan negatip yang melebihi akan menginduksikan arus medan

berfrekuensi rangkap dengan arah berla/anan dengan putaran rotor dan

akan menginduksikan arus pada rotor yang akan menyebabkan adanya

pemanasan lebih dan kerusakan pada bagian-bagian kontruksi rotor.

3.3 Macam Re&a% Proteksi !enerator #an '"n!sin%a

No. Nama Re&a% '"n!si Re&a%

%.elay Jarak (distance

"elay)

2ntuk mendeteksi gangguan dua fasa atau

tiga fasa di muka generator sampai batas

jangkauannya.

.elay Periksa Sinkron

(#ynchron $hek "elay)

Pengaman bantu generator untuk mendeteksi

persyaratan sinkronisasi (paralel).

'.elay egangan *urang

(%nder &oltage "elay)

2ntuk mendeteksi turunnya tegangan sampai

diba/ah harga yang diijinkan.

+.elay 0aya 3alik

("everse 'ower "elay)

2ntuk mendeteksi daya balik, sehingga

menegah generator bekerja sebagai motor.

4.

elay *ehilangan

"edan Penguat (Loss

of Exitacy on "elay)

2ntuk mendeteksi kehilangan medan penguat

generator.

5. elay 1asa 2rutan

6egatif (egative

2ntuk mendeteksi arus urutan negative yang

disebabkan oleh beban tidak seimbang pada


7/21/2019 BAB 3


BAB III

'hase #euence "elay) batas-batas yang tidak diijinkan.

7.

elay rus $ebih

(ver $urrent "elay)

2ntuk mendeteksi besaran arus yang melebihi

batas yang ditentukan dalam /aktu seketika.

8.

elay rus $ebih

0engan 9aktu unda

(*ime ver $urrent

"elay)

2ntuk mendeteksi besaran arus yang melebihi

batas dalam /aktu yang ditentukan.

:.elay Penguat $ebih

(ver Exitation "elay)

2ntuk mendetekti penguat lebih pada

generator.

%;.elay egangan $ebih

(ver &oltage "elay)

%. 3ila terpasang di titik netral generator

atau trafo tegangan yang dihubungkan

segitiga terbuka ! untuk mendeteksi

gangguan stator hubung tanah.

. 3ila terpasang pada terminal generator !

untuk mendeteksi tegangan lebih.

%%.

elay *eseimbangan

egangan (&oltage

+alance relay)

2ntuk mendeteksi hilangnya tegangan dari

trafo tegangan ke pengatur tegangan otomatis

() dank e ralay.%. elay 9aktu 2ntuk memperlambat /aktu.

%'.

elay Stator Gangguan

anah (#tator Ground

Fault "elay)

2ntuk mendeteksi gangguan hubung tanah

pada stator.

%+.

elay *ehilangan

sinkronisasi (ut of

#tep "elay)

2ntuk mendeteksi kondisi asinkron pada

generator yang sudah paralel dengan sistem.

%4.elay Penguni (Lock

ut "elay)

2ntuk menerima signal trip dari relay;relay

proteksi dan kemudian meneruskan sinyal trip

ke P", alarm, dan peralatan lain serta

menguninya.

%5.elay 1rekuensi

(Freuency "elay)

2ntuk mendeteksi besaran frekuensi rendah #

lebih diluar harga yang diijinkan.

%7.elay 0iferensial

(,ifferential "elay)

2ntuk mendeteksi gangguan hubung singkat

pada daerah yang diamankan.


7/21/2019 BAB 3


BAB III

3.( Prinsip Kerja Re&a% Proteksi Generator

3.4.1 Re&a% Ar"s )e$i*

elay ini berfungsi sebagai pengaman generator terhadap

gangguan yang terjadi di depan P" generator baik gangguan

antar fasa maupun fasa tanah. 2ntuk generator yang kapasitasnya

menapai 4;; k dipasang relay arus lebih dengan penundaan

/aktu tertentu dengan unit sesaat.

6amun apabila timbul akumulasi /aktu dipasang relay arus lebih

/aktu terbalik (-nverse *ime $") dengan unit sesaat. Pada

generator yang kapasitasnya lebih besar dari 4 " dipasang relay

arus lebih /aktu terbalik dengan tegangan penahan atau relay arus

lebih /aktu terbalik dengan ontrol tegangan.

3.(.2 Re&a% Ar"s )e$i* +en!an Te!an!an Pena*an

elay ini mendeteksi besaran arus dan tegangan dari

generator. elay akan bekerja apabila arus yang mengalir pada

kumparan arus sebagian dengan tegangan penahan.

*erekteristik kerja dari relay jenis ini dapat di lihat pada gambar

sebagai berikut !


7/21/2019 BAB 3


BAB III

Gambar

*urva karakteristik

3.(.3 Re&a% Ar"s )e$i* +en!an Te!an!an Kontro&

elay ini mendeteksi besaran arus dan tegangan generator.

elay ini akan bekerja bila arus yang mengalir pada kumparan

melebihi batasnya dan tegangan yang masuk pada kumparan

tegangan turun lebih rendah dari besar tegangan. *arakteristik

kerja dari relay ini dapat dilihat pada gambar.

Gambar

Prinsip elay rus $ebih 0engan egangan *ontrol

"engubah setting tegangan dengan menggeser garis b- kearah y.


7/21/2019 BAB 3


BAB III

"engubah setting arus dengan menggeser garis a-b kea rah <

*arakteristik /aktu dari relay ini adalah mempunyai karakteristik inverse

elay ini terdiri dari dua elemen yaitu elemen arus lebih dengan elemen

tegangan kurang.

3.(.( Re&a% +i,erensia&

elay ini berfungsi sebagai pengaman utama dari generator

maupun rafo Generator terhadap gangguan hubung singkat antara

fasa dan fasa tanah di daerah pengamannya. Jenis relay diferensial

yang digunakan adalah relay 0iferensial Perstage.

Gambar

Prinsip Pengaman elay 0iferensial

3atas daerah pengaman dari generator adalah antara =%

dan =. 0alam keadaan normal atau gangguan diluar maka arus

pada kumparan kerja >; ? ; dan arus pada kumparan penahan > ?

;, maka relay tidak bekerja.

0alam keadaan gangguan di daerah pengamannya maka arus >; @ ;

dan arus > @ ;.


7/21/2019 BAB 3


BAB III

*arena *r (fator resistant), maka relay akan

bekerja. Perhatikan karakteristik relay 0iferensial pada gambar

Gambar*arakteristik elay 0iferensial Persentase

3.(.- Re&a% Stator "$"n! Tana*

elay stator hubung tanah pada generator dipengaruhi oleh

sistem pentanahan generator. Sistem pentanahan pada generator

dilakukan dengan beberapa ara yaitu !

Pentanahan langsung

Pentanahan dengan tahanan

Pentahanan dengan reaktansi

Pentanahan dengan trafo distribusi

Pentahanan dengan tahanan dan reaktansi disebut

pentahanan impedansi. Pada system pentanahan ini arus urutan nol

digunakan untuk mengerjakan relay.


7/21/2019 BAB 3


BAB III

elay yang digunakan adalah relay arus lebih. Prinsip

pengaman stator hubung tanah pada pentanahan impedansi dapat

dilihat pada gambar sebagai berikut !

Gambar

elay Stator &ubung anah Pada Pentanahan >mpedansi

2ntuk sistem pentanahan dengan trafo distribusi relay

tegangan lebih digunakan untuk mendeteksi tegangan urutan nol.

Prinsip pengamanan stator hubung tanah pada pentanahan trafo

distribusi ditunjukan oleh gambar sebagai berikut !

Gambar

elay egangan $ebih Pada Pentanahan rafo 0istribusi


7/21/2019 BAB 3


BAB III

3.(./ Pen!amanan Motor "$"n! Tana*

Prinsip pengaman rotor hubung tanah ada dua ara !

0engan memasang tahanan tinggi yang parallel dengan belitan

rotor dan dipasang voltmeter seperti pada gambar. 3ila terjadi

gangguan pada rotor, maka voltmeter akan menyimpang.

*elemahan system ini adalah bila terjadi gangguan tepat

ditengah belitan motor, makan voltmeter tidak menyimpang.

2ntuk itu dipasang kontak 3 yang se/aktu-/aktu digunakan

untuk mengontrol apakah terjadi gangguan ditengah rotor atau

tidak.

Gambar

elay otor Gangguan 3elitan Pada "otor

"etoda kedua adalah dengan menggunakan relay rotor hubung

tanah dengan menggunakan relay rotor hubung tanah seperti

gambar. 3ila tidak terjadi gangguan maka rangkaian arus searah

dari relay akan terbuka sehingga relay tidak bekerja. etapi bila

ada gangguan maka rangkaian searah akan tertutup sehingga

relay akan bekerja.


7/21/2019 BAB 3


BAB III

Gambar

elay otor Gangguan Gangguan anah

3.(.0 Pen!amanan Ar"s )e$i* r"tan Ne!atip

elay ini berfungsi untuk mendeteksi arus urutan negatip yang

timbul bila terjadi gangguan tak seimbang. rus ini akan

menimbulkan medan magnet yang berla/anan arah terhadap rotor

dan menghasilkan arus putar pada permukaan rotor.

rus putar ini akan menimbulkan panas dan bila panasnya

berlebihan dapat merusak generator. elay ini mempunyai filter

yang dapat membedakan arus urutan nol positip dengan arus urutan

nol negatip.

Gambar

elay rus $ebih 2rutan 6egatif


7/21/2019 BAB 3


BAB III

elay arus lebih urutan negatif mempunyai karakteristik yang

disesuaikan dengan generator yang diproteksi. &ubungan seara

rumus adalah !

> < t ? *

> ? rus (mpere)

? 9aktu (0etik)

* ? *arakteristik *erja

umus diatas menunjukan hubungan antara arus urutan

negatif dan batas /aktu yang diperbolehkan mengalir pada

generator. 0ari rumus diatas dapat dilihat bah/a arus fungsi /aktu

adalah inverse, yaitu makin besar arus urutan negatif makin epat

kerja relay.

3.(. Re&a% +a%a Ba&ik

elay ini berfungsi untuk mendeteksi aliran daya aktif

kearah generator. 3erubahnya aliran daya aktif kearah generator

menyebabkan generator bekerja sebagai motor. &al ini disebabkan

oleh pengaruh rendahnya input dari penggerak mula. elay ini

harus mempunyai respon yang sangat sensitif terhadap gangguan

a/al dari daya balik. Prinsip kerja dari relay ini pada dasarnya

sama dengan /attmeter. *ontak elemen kearah 0 akan menutup

bila aliran daya aktif menuju generator. "asuknya kontak 0 akan

mengoperasikan relay =, setelah /aktu tunda tertentu kemudian

akan menjatuhkan P".


7/21/2019 BAB 3


7/21/2019 BAB 3


BAB III

berlangsung lama. &ampir sama generator bisa dengan aman

beroperasi diatas keepatan sinkron untuk -' menit pada beban

penuh pada penguat nol.


bab 3

Documents