SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK PDF

Preview

Summary

SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK Generator Transformator Transmisi Gardu Induk Dalam sistem tenaga listrik seperti gambar diatas, apabila terjadi gangguan pada titik K, maka hanya C.B.6 saja yang boleh bekerja ,sedangkan untuk C.B.1 , C.B.2 1 dan C.B.-C.B. yang lain tidak boleh bekerja. DEFINISI – DEF...

Description

SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK

Generator Transformator Transmisi Gardu Induk

Dalam sistem tenaga listrik seperti gambar diatas, apabila terjadi gangguan pada titik K, maka hanya C.B.6 saja yang boleh bekerja ,sedangkan untuk C.B.1 , C.B.2 1 dan C.B.-C.B. yang lain tidak boleh bekerja.

DEFINISI – DEFINISI : 1. Proteksi sitem tenaga listrik adalah suatu proses menjadikan Pembangkitan, Transmisi, Distribusi, dan Pemanfaatan (konsumsi) enegi listrik se-aman mungkin dari efek-efek kegagalan dan kejadian yang menempatkan sistem tenaga pada risiko. 2. Proteksi terhadap suatu sistem tenaga listrik adalah sistem pengaman yang di lakukan terhadap peralatan-peralatan listrik, yang terpasang pada sistem tenaga listrik. 2

terhadap peralatan-peralatan listrik, yang terpasang pada sistem tenaga listrik tersebut. ???

Misalnya Generator, Transformator, Jaringan Transmisi/distribusi dan lain-lain terhadap kondisi abnormal dari sistem itu sendiri. Yang di maksud dengan kondisi abnormal tersebut antara lain dapat berupa : a. Hubung singkat b. Tegangan lebih/kurang c. Beban lebih d. Frekwensi sistem turun/naik 3

Tujuan proteksi dan koordinasi sistem listrik menurut ANSI/IEEE Std 242 1986/2001 Prinsip Utama : Tujuan dari proteksi dan koordinasi sistem listrik adalah :

 Mencegah kecelakaan pada manusia  Meminimalisasi kerusakan pada peralatan

 Membatasi durasi pemadaman listrik Note : ANSI = American National Standards Institute IEEE = Institute of Electrical and Electronics Engineers 4

Paper of ANSI/IEEE Std 242 1986/2001 (Objectives of Electrical System Protection)

5

6

Relay proteksi pengaman sistem tenaga listrik antara lain : Penggunaan Relay dalam melayani pengamanan system terutama terhadap kondisi abnormal yang terjadi diantaranya A. Pengamanan terhadap sambaran petir - Kawat tanah - Arrester

B. Pengamanan terhadap arus/teganggan lebih - Relay - Pemutus (circuit breaker) 7

Tujuan dari sistem proteksi secara luas adalah 1. Mengidentifikasi gangguan, memisahkan bagian instalasi yang terganggu dari bagian lain yang masih normal dan sekaligus mengamankan instalasi dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar, serta memberikan informasi / tanda bahwa telah terjadi gangguan, yang pada umumnya diikuti dengan membukanya PMT. 2. Pemutus Tenaga ( PMT ) untuk memisahkan / menghubungkan satu bagian instalasi dengan bagian instalasi lain, baik instalasi dalam keadaan normal maupun dalam keadaan terganggu. Batas dari bagian-bagian instalasi tersebut dapat terdiri dari satu PMT atau lebih.

Syarat yang harus dimiliki oleh sebuah sistem proteksi adalah 8 Sensitif , Andal, Selektif, Cepat

1) Peka/sensitive Relay harus dapat bekerja dengan kepekaan yang tinggi,artinya harus cukup sensitive terhadap gangguan di daerahnya meskipun gangguan tersebut minimum,selanjutnya memberikan jawaban / response. 2) Andal/reliability Keandalan relay dihitung dengan jumlah relay bekerja/mengamankan daerahnya terhadap jumlah gangguan yang terjadi.Keandalan relay dikatakan cukup baik bila mempunyai harga : 90-99%..Misalnya,dalam sutu tahun terjadi gangguan sebanyak 25 x dan relay misal dapat bekerja dengan sempurna sebanyak 23 x ,maka keandalan relay 23 / 25 x 100 % = 92 % Keandalan dapat dibagi 2 : Dependability : relay harus dapat diandalkan setiap saat Security : tidak boleh salah kerja /tidak boleh bekerja yang bukan seharusnya bekerja. 3) Sederhana / simplicity Makin sederhana sistem relay semakin baik,mengingat setiap peralatan / komponen relay memungkinkan mengalami kerusakan.Jadi sederhana maksudnya kemungkinan terjadinya kerusakan kecil. 4) Murah / economy Relay sebaiknya yang murah,tanpa meninggalkan persyaratan-persyaratan yang telah disebutkan diatas. 9

Hal – hal yang menyebabkan CB gagal • Kerusakan Relay/Relay • tidak bekerja * Kerusakan pada VT * Terganggunya sumber (DC * Terganggu Relay

10

Relay adalah

Sebuah alat yang bertugas menerima/mendeteksi besaran tertentu untuk kemudian mengeluarkan perintah sebagai tanggapan (respons) atas besaran yang dideteksinya. Berdasarkan cara mendeteksi besaran: a) Relay Primer; besaran yang dideteksi misalnya arus, dideteksi secara langsung. b) Relay Sekunder; besaran yang dideteksi, melalui alat-alat bantu misalnya trafo arus/trafo tegangan Konstruksi Relay terdiri dari dua bagian utama yaitu kumparan magnit dan kumparan induksi

11

12

Klasifikasi Relay Dari beberapa macam relay yang ada,dapatlah kita membedakannya menurut klasifikasinya sebagai berikut : 1. § § §

Berdasarkan prinsip kerjanya : Relay Elektromagnetis.tarikan dan induksi Relay Termis Relay Elektronis

2. § § § § § §

Berdasarkan konstruksinya Tipe angker tarikan Tipe batang seimbang Tipe cakram induksi Tipe kap induksi Tipe kumparan yang bergerak Tipe besi yang bergerak dan lainnya

3. § § § §

Berdasarkan basaran yang diukur Relay tegangan Relay arus Relay impedansi Relay frekuensi dan lainnya

13

3. Jenis-jenis Relay Relay Arus Lebih Merupakan rele Pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada Jaringan Tegangan tinggi, Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator tenaga. Rele ini berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan phasa-phasa. 14

CONTOH RELAY ARUS LEBIH

15

Pemeliharaan pada Transmisi Listrik

16

17

Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 



Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) dan Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) adalah sarana instalasi tenaga listrik diatas tanah untuk menyalurkan tenaga listrik dari Pusat Pembangkit ke Gardu Induk (GI) atau dari GI ke GI lainnya (antar GI). SUTT/SUTET terdiri dari kawat/konduktor yang direntangkan antara tiang-tiang melalui isolator– isolator dengan sistem tegangan tinggi (30 kV, 70 kV, 150 kV dan 500 kV). 18

Perlengkapan Gardu Induk 

Busbar/Rel, Gardu Induk dengan single busbar, Gardu Induk dengan Doble busbar , Gardu Induk dengan satu setengah / one half busbar, Arrester, Transformator Instrumen, Transformator Tegangan, Transformator Arus, Transformator Bantu, Transformator Ukur 19

PMS & PMT PMS terdiri dari Pemisah Engsel, Pemisah Putar, Pemisah Siku, Pemisah Luncur PMT terdiri : PMT dengan Media pemutus menggunakan udara, PMT dengan Hampa Udara, PMT dengan Media pemutus menggunakan Minyak, PMT dengan Sedikit Minyak, Penggerak Pemutus Tenaga 20

Peralatan Pengaman Terdiri dari : Lightning Arester , Aplikasi PLC, Komunikasi Suara, Penggunaan Kanal Suara,Teleproteksi Protection Signalling, Remote Terminal Unit (RTU), Rele Proteksi, Annunciator. 21



Karena peranannya yang sangat penting dalam menyalurkan daya listrik dan menjadi penghubung listrik dari jaringan transmisi ke jaringan distribusi primer maka harus diterapkan sistem pentanahan yang memenuhi persyaratan sistem pengaman yaitu : 22

Instalasi Listrik Instalasi Listrik pada Transmisi Listrik Secara umum, Transmisi listrik menyalurkan tenaga listrik arus bolak-balik tiga fasa melalui Tower .

Tegangan generator paling tinggi yang dapat dibangkitkan oleh pembangkit listrik adalah 23 kV. Pada saat ini, dalam tingkat riset sedang dikembangkan generator yang dapat membangkitkan tegangan listrik sampai 150 kV. Diagram satu garis instalasi tenaga listrik pada pusat pembangkit listrik sederhana ditunjukkan pada gambar dibawah ini. 23

24

25

26

27

Pusat pembangkit listrik yang sudah beroperasi secara komersial secara umum ditunjukkan pada Gambar. Tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator sinkron dinaikkan dengan menggunakan transformator listrik sebelum dihubungkan pada rel (busbar) melalui pemutus tenaga (PMT). Semua generator listrik yang dihubungkan pada rel (busbar).

menghasilkan

energi

listrik

Begitu pula semua saluran keluar dari pusat listrik dihubungkan dengan rel pusat listrik. Saluran yang keluar dari rel pusat pembangkit listrik digunakan untuk mengirim tenaga listrik dalam jumlah besar ke lokasi pemakai (beban) dan digunakan untuk menyediakan tenaga listrik di lokasi sekitar pusat pusat pembangkit listrik. 28

Selain itu juga ada saluran (feeder) yang digunakan menyediakan tenaga listrik untuk keperluan pusat pembangkit sendiri yang digunakan untuk sumber tenaga listrik pada instalasi penerangan, mengoperasikan motor-motor listrik (motor listrik sebagai penggerak pompa air pendingin, motor listrik sebagai penggerak pendingin udara, motor listrik sebagai penggerak peralatan pengangkat, keperluan kelengkapan kontrol, dan lain-lain).

Pada pusat pembangkit listrik juga memiliki instalasi listrik dengan sumber tegangan listrik arus searah. Sumber listrik arus searah pada pusat pembangkit tenaga listrik digunakan untuk menggerakkan peralatan mekanik pada pemutus tenaga (PMT) dan untuk lampu penerangan darurat. Sumber listrik arus searah yang digunakan pada pusat pembangkit listrik adalah baterai aki yang diisi oleh penyearah. 29

Proteksi Proteksi sitem tenaga listrik adalah suatu proses menjadikan Pembangkitan, Transmisi, Distribusi, dan Pemanfaatan (konsumsi) enegi listrik seaman mungkin dari efek-efek kegagalan dan kejadian yang menempatkan sistem tenaga pada risiko. Tidak mungkin kita menjadikan sistem tenaga listrik 100% aman (safe) atau 100% dapat diandalkan (reliable), karena biayanya akan sangat mahal. Oleh karena itu perlu penilaian risiko (risk assessment) untuk menentukan tingkat bahaya yang dapat diterima terhadap kecelakaan atau biaya akibat kerusakan. 30

Alat Proteksi Generator Gangguan pada generator antara lain dapat disebabkan oleh:

a. Hubung singkat (short-circuit) pada lilitan stator. b. Beban lebih (overload). c. Panas lebih (overheating) pada lilitan dan bearing. d. Tegangan lebih (overvoltage) dan kecepatan lebih. e. Kehilangan medan penguat (loss of field). F. Arus tidak seimbang (unbalance current) pada stator. g.RELAY Daya balik (motoring).

h. Out of step 31

Empat faktor PENTING : 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.

32

Pengaman generator secara garis besarnya terdiri dari : a. Pengamanan terhadap gangguan di luar generator, yaitu gangguan dalam system yang dihubungkan dengan generator. b.Pengamanan terhadap ganguan yang terjadi didalam generator c.Pengamanan terhadap gangguan dalam mesin penggerak yang memerlukan pelepasan PMT generator. 33

Maka pengamanan generator terhadap gangguan luar generator yang utama adalah relay arus lebih.

A. Pengamanan Terhadap Gangguan Luar Pengamanan generator terhadap gangguan luar generator yang utama adalah RELAY ARUS LEBIH.

34

PROTEKSI ARUS LEBIH - OCR

adalah perlindungan sistem dan peralatan dari arus yang melebihi arus nominalnya. Sedangkan tujuan proteksi itu sendiri adalah untuk mendiskriminasi bagian sistem atau peralatan akibat gangguan yang terjadi sehingga sistem dan peralatan tidak mengalami kerusakan 35

ILUSTRASI RANGKAIAN OCR PENGHANTAR PADA GARDU INDUK 150 KV

36

Circuit Breaker / PMT dengan Rele Proteksi

37

KORDINASI RELAY ARUS LEBIH

PMT.3 PMT.4 PMT.2 PMT.1

BUS 1 BUS 2 BUS 3

BUS 4 38

Besaran Pada Rele -Arus Pick –Up (Ip) harga arus minimum yang mengalir pada rele beroperasi, disebut juga arus operasi -Arus drop out (Id) harga maksimum dan arus yang mengalir pada rele yg menyebabkan rele tidak beroperasi -Reset ratio (Kd) perbandingan antara arus drop out dan arus pick-up Kd = Id Ip

Harga Kd untuk beberapa jenis rele : Rele elektromagnetik Rele induksi mendekati Rele statik Rele digital

: : : :

0,8 – 0,95 1,0 0,9 - 1,0 0,9 - 1,0

Karakteristik Rele Arus Lebih Kurva rele pengaman digolongkan dalam beberapa karakteristik •Arus lebih seketika (instantaneous) •Arus lebih waktu tertentu (definite time) •Arus lebih dengan waktu terbalik (inverse time) •Kombinasi karakteristik waktu seketika dengan waktu tertentu •Kombinasi karakteristik waktu seketika dengan waktu terbalik

Karakteristik Arus Lebih Seketika

Karakteristik Arus Lebih Waktu tertentu

Karakteristik Arus Lebih Waktu terbalik

Persamaan Kurva Rele Berdasar Standart IEC 255-3 dan BS 142 Karakteristik waktu arus terbalik disebut juga Inverse Definite Minimum Time (IDMT) dinyatakan dengan persamaan : - Standart Inverse

t=

M 0,14 x 0,02 I  1 10

- Very Inverse

t=

- Extremelly Inverse

t=

13,5 M x I  1 10 M 80 x I 2  1 10

- Long Time Inverse

t=

120 M x I  1 10

Keterangan : I M

= Current Multiple = Plug setting atau time multiplier

PROSEDUR KARAKTERISTIK

IDMT

Dilakukan atas dua stelan : • Pertama : Menghitung arus gangguan maksimum pada masing masing titik rele  gangguan 3 fasa • Menghitung Arus gangguan minimum •  gangguan fasa

Prinsip dasar relay koordinasi terbagi dua, yaitu : 1. Diskriminasi Waktu – Time Grading Metoda ini bekerja berdasarkan waktu setting, sehingga relay akan bekerja jika waktu setting terpenuhi. Dibawah ini sistem distribusi radial sederhana untuk melihat aplikasi dari diskriminasi waktu.

45

Time Grading Sistem

46

2. Diskriminasi Arus Metoda ini bekerja berdasarkan arus, hal ini disebabkan karena besarnya arus disetiap posisi/bagian bervariasi. Dengan metoda ini, semakin besar arus gangguan yang terjadi maka time trip nya pun akan semakin pendek. Dibawah ini merupakan kurva karakterisrik diskriminasi dengan arus. 47

Current Grading

48

Time and Current Grading

49

50

51

52

53

54

Studi Praktis 1 Jariangan Radial yang dilengkapi relay standard IDMT

55

• Prosedur Kordinasi dgn menggunakan relay dengan karakteristik IDMT dilakukan atas dua setelan yaitu 1. Setelan Arus Kerja dan 2. Setelan Waktu Kerja • Sesuai karakteristiknya waktu kerja relay IDMT mengikuti waktu kerja Inverse secara proporsional sesuai level gangguan

• Dua elemen setelan reley jenis Invers 1. Time Multiplier Setting (TMS) 2. Plug Setting Multiplier (PMS)

TMS

PMS Adalah perbandingan antara arus primer denngan setelan arus primer, atau sama dengan perbandingan antara arus primer dengan setelan arus rele dikalikan rasio trafo, atau samadengan perbandingan antara arus primer dgn arus kerja primer

contoh • Bila arus maksimum yg bisa terjadi pada lokasi rele misalnya 3000 Amper, sedang rele disetel kerja hanya 50 % dan rasio Trafo = 400/5 • Berapa PMS ? JAWAB : rasio trafo 400/5 = 80, arus rele = 5, setelan kerja 50 % • PMS = 3000/(0.5x5Ax80A) = 15  Jika di setel hanya 200 % pada rasio trafo arus yg sama ,maka PMS = 3000/(2x5x80) = 3.75

Grafik 1 : Karakteristik umum Waktu – Arus dari Rele Standard IDMT

Grafik 2 : kurva Standard IEC 60255-4 ttg batas akurasi rele arus lebih IDMT.

Pembahasan

Prosedur Kordinasi Grading arus dan waktu pada jaringan distribusi Radial : Prosedur Grading dimulai dari rele D: (paling ujung) • Nilai TMS harus di setel pada kurva terendah , misal diambil TMS 0.1  lihat grafik no 1 karakteristik umum waktu – arus dari relay standard IDMT • Jika arus beban pada gardu tdk lebih dari 100 Amper, kemudian setelan arus rele 50 % dari arus nominalnya, sehinggah nilai nya : 5 x 0.5=2.5 A pd Rasio trafo arus : 200/5 = 40 • Maka Nilai PMS adalah : 2000/(0.5x5x40) = 20.  lihat grafik 2 kurva Standard IEC 60255-4 ttg batas akurasi rele arus lebih IDMT. Pada nilai PMS = 20 diperoleh waktu kerja yg diperoleh dari karakteristik rele (Tm) adalah = 2.2 detik • Dgn menggunakan nilai TMS = 0.1 maka Waktu Kerja Aktual Rele ( T) adalah : T= TMSxTm Waktu kerja aktual rele T = 0.1 x 2.2 = 0.22 detik Selanjutnya ke rele C

Grading Rele C : • Harus di setel pada grading waktu standard yaitu 0.5 detik lebih lambat dari setelan waktu rele D sehingga setelan waktu aktual rele C pada harga arus 2000 A adalah 0.5 +0.22 = 0.72 detik.  jadi nilai T = 0.72 detik • Jika setelan arus pada rele c dibuat lebih tinggi adalah 100 % maka pada arus 2000 A nilai plug PMS menjadi 2000/(1.0x5x60)= 6.66 detik  dari kurva standar IDMT diperoleh waktu kerja karakteristik (Tm)= 3.5 detik. • Jadi Nilai TMS adalah : 0.72/3.5 = 0.21 • Kemudian Pada Gangguan deket C yg memberikan arus 3000 Amper dgn setelan 100 % maka setelan arus PMS menjadi : 3000//(1.0x5x60) =10  dari kurva standar IDMT diperoleh waktu kerja karakteristik (Tm)= 3.0 detik. • Dengan demikian pada TMS 0.21 Waktu kerja Aktual rele (T) menjadi = TMSxTm =0.21x3.0 = 0.63 detik

Studi Praktis :2

62

63

0.5..?

64

65

66

67

68

Motor stall time

Cb 50/51 Damage curve trafo

vcb

fuse Inrush trafo

Relay oc with vcb Thermal over load

mccb kontaktor Damage curve motor

Copyright 2014 Operation Technology, Inc. - Workshop Notes: Protective Device Coordination/Selectivity - ETAP STAR

Slide 5

B. Pengaman thd Gangguan Dalam Generator Gangguan dalam generator secara garis besar ada 5 macam yaitu:

a. Hubungan singkat antara fasa b. Hubungan singkat fase ke tanah c. Suhu tinggi d. Penguat hilang

e. Hubung singakat dalam sirkit rotor C. Pengaman thd gangguan Mesin Penggerak 70

71

72

Selain “ELCB (GFCI)” dan “Oveload Heater” pada Motor Control,

Alat Proteksi Utama pemutus Listrik adalah :

1.Circuit Breaker & (atau) 2.Fuse (Sekering) 73

1. Circuit Breaker (CB) a). MCB (Miniatur Circuit Breaker) : bisa trip sendiri b). MCCB (Molded Case Circuit Breaker) : bisa trip sendiri c). ACB (Air Circuit Breaker) : ada yang bisa trip sendiri, ada yang dilengkapi Protective Relays d). OCB (Oil Circuit Breaker) : dilengkapi Protective Relays e). VCB (Vacuum Circuit Breaker) : dilengkapi Protective Relays

f). SF6CB (Sulfur Hexafluoride Circuit Breaker) : dilengkapi dengan Protective Relays

74

a).MCB (Miniatur Circuit Breaker) MCB berfungsi mengamankan arus hubung singkat (short circuit) dan pembatas daya (overload) , kerjanya berdasarkan dua kendali. Kendali panas terbuat dari elemen dwilogam yang akan bekerja jika daya beban melebihi batas dan kendali elektromagnetik untuk arus hubung singkat akan bekerja jika arus yang mengalir jauh melampaui arus nominal yang ditentukan; biasanya setelan pengaman ini 6 s/d 12 kali arus nominal, tergantung dari tipe MCB tersebut apakah tipe lambat atau cepat.

MCB 1 fasa, 2 fasa, 3 fasa

75

Berdasarkan penggunaan dan daerah kerjanya, MCB dapat digolongkan menjadi 5 jenis yaitu : 1. Tipe Z (rating dan breaking capacity kecil) : Digunakan untuk pengaman rangkaian semikonduktor dan trafo-trafo yang sensitif terhadap tegangan. 2. Tipe K (rating dan breaking capacity kecil) : Digunakan untuk mengamankan alat-alat rumah tangga. 3. Tipe G (rating besar) untuk pengaman motor. 4. Tipe L (rating besar) untuk pengaman kabel atau jaringa...