Mengenal Sistem Proteksi Generator

Dalam dunia teknologi dan industri modern, generator memainkan peran penting dalam menjaga kelancaran pasokan listrik. Namun, seiring dengan manfaatnya, risiko gangguan dan kegagalan peralatan juga mengintai. Inilah mengapa sistem proteksi generator menjadi sangat penting.

Dalam artikel ini, kita akan membahas secara mendalam tentang sistem proteksi generator, bagaimana cara kerjanya, dan mengapa penting untuk memahami aspek keamanan dalam penggunaannya.

Gangguan Pada Generator

Pada Sirkit Listrik Generator yang menyebabkan tripnya PMT, pada umumnya disebabkan oleh :

1. Gangguan diluar seksi generator tetapi PMT generator ikut trip sebagai akibat kurang selektifnya relai generator
2. Ada gangguan dalam seksi generator yang disebabkankarena a) kerusakan generator atau alat bantu generator, b) binatang yang menimbulkan arus hubung singkat dan c) kontak-kontak listrik yang belum sempurna
3. Ada gangguan dalam sistem eksitasi generator, biasanya menyangkut pengatur tegangan otomatis.
4. Ada gangguan pada sistem arus searah khususnya yang diperlukan untuk mentripkan PMT. Gangguan pada sirkit listrik tersebut di atas berlaku untuk semua macam Pusat Listrik.

Hal-hal yang menyebabkan gangguan mesin penggerak generator (prime mover) secara singkat adalah: 

1. Kerusakan pada bagian-bagian yang berputar atau bergeser, seperti bantalan, batang penggerak, katup-katup khususnya yang jarang bergerak pada waktu diperlukan malah macet. 
2. Kerusakan pada bagian-bagian dimana terdapat pertemuan antara zatzat yang berbeda suhunya seperti kondensor PLTU, pemanas udara PLTU. Hal serupa bisa pula terjadi pada alat-alat pendingin di PLTA atau PLTD. 
3. Kerusakan pada pengabut yang bertugas mengubah bahan bakar minyak menjadi kabut gas. Pengabut semacam ini terdapat pada PLTU, PLTG dan PLTD dan seringkali merupakan sumber gangguan karena tersumbat. 
4. Kebocoran pada perapat dari bagian yang mengandung zat cair atau gas yang bertekanan tinggi. Kebocoran semacam ini dapat menyebabkan gangguan operasi dari Pusat Listrik yang bersangkutan. Gangguan Pada Instalasi Yang Berhubungan Dengan Lingkungan. Pada PLTU gangguan ini misalnya karena air laut yang berfungsi sebagai pendingin mengandung binatang laut dan kotoran yang menyumbat instalasi air pendingin atau menyumbat kondensor.

Pengaman Pada Generator

Generator merupakan sumber energi listrik didalam sistem tenaga listrik, maka perlu diproteksi dari semua gangguan jangan sampai mengalami kerusakan karena kerusakan generator akan sangat mengganggu penyediaan tenaga listrik. 

Tetapi dilain pihak dari segi selektifitas pengamanan sistem diharapkan agar PMT generator tidak mudah trip terhadap gangguan dalam sistem, karena lepasnya generator dari sistem akan mempersulit jalannya oprasi sistem tenaga listrik. 

Gambar bagan Generator dengan Mesin penggerak dan Medan Penguat :

PMT generator hanya boleh bekerja apabila ada gangguan yang tepat ada didepan generator, didalam generator atau pada nesin penggerak generator.

Pengamanan generator secara garis besar terdiri dari: 

1. Pengamanan terhadap gangguan diluar generator, Gangguan diluar generator yang belum diamankan adalah gangguan di rel, pengamanan yang dibutuhkan bersifat back-up. Oleh karena itu untuk gangguan di rel yang langsung berhubungan dengan generator pengamanan yang terpenting adalah relai arus lebih. Untuk generator yang besar perlu ditambah relai arus urutan negative 

2. Pengamanan terhadap gangguan yang terjadi didalam generator. Gangguan dalam generator secara garis besar ada 5 macam, yaitu : 1) hubung singkat antara fasa, 2) hubung singkat fasa ke tanah, 3) suhu tinggi , 4) penguatan hilang , dan 5) hubung singkat dalam sirkit rotor 

3. Pengamanan terhadap gangguan dalam mesin penggerak yang memerlukan pelepasan PMT generator. Gangguan dalam mesin penggerak ada kalanya memerlukan trip dari PMT generator, misalnya apabila tekanan minyak terlalu rendah maka mesin penggerak perlu segera dihentikan karena tekanan minyak terlalu rendah dapat menimbulkan kerusakan bantalan. 

Untuk menghindarkan tetap berputarnya generator sebagai akibat daya balik yang merubah generator menjadi motor, maka PMT generator perlu ditripkan. Begitu pula apabila suhu air pendingin pada mesin PLTD atau PLTU menjadi terlalu tinggi maka mesin PLTD atau PLTU tersebut perlu segera dihentikan dan PMT generator harus juga di trip-kan. Trip dari PMT generator karena tekanan minyak pelumas terlalu rendah, atau karena suhu air pendingin terlalu tinggi dilakukan oleh relai mekanik.

Gangguan-gangguan dari luar generator

Penyebab gangguan utama dari luar yang melewati sistem adalah petir, yang sering disambar petir adalah saluran udara transmisi dan saluran distribusi. 

Untuk menghadapi ganggaun diluar pusat listrik, maka PMT yang dipasang dari saluran dilengkapi dengan relay-relay. Untuk gangguan di rel yang langsung berhubungan dengan generator, maka relay arus lebih merupakan pengaman utama. Tetapi bila ada pengaman rel difrensial, maka relay arus lebih merupakan pengaman back-up. 

Gangguan diluar generator dapat menimbulkan arus urutan negatif, yang selanjutnya arus ini dapat menimbulkan pemanasan yang berlebihan pada generator. Oleh karena itu pada generator dengan daya besar dipakai relay urutan negatif.

Gangguan dari dalam generator

Ganguan dalam generator secara garis besarnya ada 5 macam yaitu :

A. Hubung singkat antara fasa 

Gangguan ini terjadi bila isolasi antar fasa rusak bisa terjadi dalam stator generator maupun diluar stator generator. Untuk melindungi generator dari gangguan ini dipakai relay difrensial yang segera men-trip PMT generator, PMT arus medan penguat dan memberhentikan mesin penggerak generator. Hal ini diperlukan untuk menghentikan sama sekali GGL yang dibangkitkan dalam stator generator, sehingga hubung singkat antar fasa dapat segera berhenti.

Gambar prinsip relay difrensial:

B. Hubung singkat fasa ke tanah

Gangguan ini tidak dapat dideteksi oleh relay difrensial bila titik netral generator tidak ditanahkan. Oleh karenanya ada relay hubung tanah untuk melindungi generator terhadap gangguan hubung tanah. 

Pada gambar berikutnya diperlihatkan pengaman generator terhadap gangguan hubung tanah yang titik netralnya tidak ditanahkan sehingga perlu dipasang transformator tegangan dan yang titik netralnya ditanahkan dengan melewati tahanan.

Keterangan : (a) Gambar relay hubung tanah (GF) yang titik netral dari generator tidak ditanahkan dengan pemasangan transformator tegangan (b) Gambar relay hubung tanah (GF) yang titik netral dari generator ditanahkan melalui tahanan (R).

Untuk pengaman generator yang ttitk netralnya tidak ditanahkan perlu dipasang transformator tegangan yang berfungsi mendeteksi kenaikan tegangan titik netral terhadap tanah dan selanjutnya akan menyebabkan relay hubung tanah (GF) bekerja. Tegangan titik netral terhadap tanah akan naik bila ada gangguan hubung tanah dan selanjutnya akan menyebabkan relay (GF) bekerja.

Pentanahan Titik Netral Generator

Yang banyak digunakan adalah sistem pentanahan dengan tahanan, dengan memakai tahanan yang membatasi arus pengetanahan sampai 100 Amper.

Cara lain adalah dengan pengetanahan melalui transformator tiang, sistem ini tepat bagi mesin berkapasitas besar. Pengetanahan dilakukan melalui gulungan tegangan tinggi pada transformator tiang dengan menyisipkan tahanan pada sisi tegangan rendah untuk membatasi arus pengetanahan sampai 5 – 15 Amper.

Nilai tahanan R didapat dari persamaan berikut :

di mana : 

C = kapasitansi tiap fasa dari rangkaian urutan nol dari generator (generator zerosequence circuit) (dalam µF) 

f = frekuensi (Hz) 

N = perbandingan lilitan (turn ratio) dari transformator

C. Suhu tinggi 

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.

D. Penguatan hilang

Bila terjadi gangguan pada rangkaian arus penguat, sehingga medan penguat generator menjadi lemah atau hilang, maka generator mengalami kondisi “out of step” atau lepas dari sinkronisasinya dengan sistem dan dapat menimbulkan gangguan dalam sistem khususnya. 

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

E. Hubung singkat dalam sirkit rotor

Pada gangguan ini generator akan mengalami Loss of Field relay dan juga sirkit rotor dan rotor generator dapat mengalami kerusakan. Unutk mencegah kerusakan ini dipakai relay arus lebih atau sekering lebur dalam sirkit rotor. Jika salah satu kutub (+ atau -) mengalami hubung tanah, maka hal ini dapat menimbulkan distorsi dalam medan magnit penguat sehingga timbul getaran yang berlebihan. Untuk melindungi gangguan ini, maka generator yang besar dipasang relay pengaman terhadap rotor hubung singkat.

Perlindungan Generator Terhadap Petir

Proteksi Generator Terhadap Gangguan Mesin Penggerak