ARUS GROUND-FAULT DI DALAM RANGKAIAN GENERATOR DENGAN PERBEDAAN UNSUR-UNSUR YANG MENG-GROUND-KAN NETRAL

Transkripsi

1 ARUS GROUD-FAULT D DALAM RAGKAA GEERATOR DEGA PERBEDAA USUR-USUR YAG MEG-GROUD-KA ETRAL R.B. Moch. Gozali,S.T.,M.T. Tekik Elektro PS. Tekik Uiversitas Jember Jl. Slamet Riyadi 62 Jember 6811, rbm_gozali@yahoo.com ABSTRAK Hasil aalisa arus zero-sequece yag megalir di dalam geerator etral da pada peempata Groud-ault sepajag geerator operasi ormal da selama Groud-aults di dalam guluga-stator yag di tetuka. Pegaruh dari perbedaa metode dari meg-groud-ka geerator etral pada arus ii di dalam sirkuit primer utuk parameter geerator yag berbeda, trao da kapasitasi tambaha utuk meg-groud-ka pemutus geerator. Pegaruh ii diaalisa utuk geerator dega etral tidak di-groud-ka, utuk geerator dega resistasi di dalam etral da utuk geerator dega meetralisirka Groudault meg-groud-ka geerator etral. Aalisa telah dilakuka utuk resistasi riil meyagkut kerusaka salura selama Groud-aults sepajag keseluruha pajagya guluga-stator geerator. Hal itu telah ditemuka metode yag diterapka utuk meg-groud-ka geerator etral, parameter trao da geerator, kapasitasi tambaha utuk meg-groud-ka pemutus geerator, tigkat kesalaha resistasi da peempata Groud-ault mempuyai suatu pegaruh substasiil pada alira arus di dalam geerator yag etral da pada peempata Groud-ault di dalam kerusaka salura secara keseluruha isolasi guluga-stator geerator. Keyword : Geerator, meg-groud-ka, perliduga, lilita. PEDAHULUA GROUD-FAULTS di dalam guluga-stator geerator sagat berbahaya utuk suatu operasi ragkaia geerator. Kesalaha ii disebabka oleh kerusaka yag yag palig serig pada guluga-stator dari ragkaia geerator da peyebab lagsug kesalaha phase-to-phase. gejala Groud-ault yag terjadi di dalam geerator sebagia besar tergatug pada metode yag diterapka dalam peg-groud-a geerator etral. Geerator beroperasi dalam sistem daya yag 162 Jural lmiah Semesta Tekika, Vol. 9, o. 2, 2006:

2 pada umumya dihubugka pada trao utama melaui pemutus geerator. Dalam bayak kasus uit ii beroperasi dega groud etral melalui suatu resistasi. Kadag-kadag ada perbedaa metode yag diguaka dalam meg-groud-ka geerator etral. Suatu usur yag terhubug atara geerator etral da peetua geerator arus di dalam geerator selama operasi ormal da selama Groud-aults di dalam guluga-stator itu. Usur ii mempegaruhi alira arus di dalam geerator etral yag meetuka operasi sistem perliduga da arus Groud-ault dalam keadaa salah peempata. Hal itu meetuka kerusaka pada ragkia magetik stator geerator. Pegguaa salah satu metode peg-groud-a mausia dapat meguragi kerusaka disebabka oleh arus Groud-ault yag megalir di dalam gaggua salura stator isolasi utama atau berkuragya trasiet cepat dega tegaga yag berlebiha di dalam stator selama Groud-aults memacarka buga api. Groud-aults Memacarka buga api ii pada umumya disebabaka oleh tegaga yag berlebiha da berbahaya utuk isolasi geerator. Suatu kesalaha yag tidak diketahui dapat megakibatka Groud-ault yag yag di trasormasika ke dalam phase-to-phase yag bisa dega seketika merusakka geerator tersebut. Mempertimbagka hasil peyelidika proses Groud-ault da aalisa kegagala dari Ragkaia geerator arus ii diguaka perliduga dari guluga-stator geerator Groud-ault perlu medeteksi Groud-aults di titik maapu pada lilita, mecakup geerator etral [1], [2]. Lebih dari itu, uutuk memperkecil kemugkia dari kesalaha operasi pada geerator Groud-ault perliduga sistem, sistem perliduga yag tertetu perlu didasarka pada perbedaa kriteria pembagkita. Hal ii memastika 100% perliduga utuk ragkia magetik geerator da pemborosa maksimum di dalam pajagya guluga-stator yag ditutup.[3], [4]. Peg-groud-a usur-usur geerator yag etral da kapasitasi utuk meg-groud-ka pemutus geerator mempegaruhi tigkata arus da tegaga di dalam geerator yag etral da di dalam kerusaka salura pada peempata Groud-ault. Usur-usur ii dapat meigkatka operasi atau memperburuk kodisi-kodisi perliduga Groud-ault tertetu. Oleh karea itu utuk memastika operasi sesuai dega perliduga sistem Groud-ault yag berbeda diperluka utuk megetahui tigkata arus da hubuga atara parameter usurusur meg-groud-ka geerator etral da arus yag mempegaruhi operasi dari sistem perliduga. Kemudia perliduga ragkia magetik geerator melawa terhadap kesalaha iteral guluga-stator dipastika dalam 100% da kejadia kesalaha phase-to-phase stator geerator mustahil pada keyataaya [5]. Arus Groud-Fault di dalam Ragkaia... (R.B. Moch. Gozali, S.T., M.T.) 163

3 Di dalam simulasi meguji ilai resistasi yag riil, tes percobaa yag didasarka pada kodisi-kodisi riil, (10Ω) tetag kerusaka salura di dalam stator geerator isolasi utama selama memacarka buga api Groud-aults da resistasi 2kΩ sebagai resistasi selama memacarka buga api pegapia pertama diasumsika. Studi simulasi pegaruh dari metode peg-groud-a geerator pada suatu ragkaia etral dari arus megalir di dalam geerator selama Groud-aults dilakuka utuk suatu uit geerator trao dega bagia yag etral tidak digroud-ka da meg-groud-ka melalui resistasi, meetralisirka, dilegkapi dega kapasitasi tambaha utuk meg-groud-ka pemutus geerator da tapa kapasitasi ii. METODOLOG PEELTA Skema Uit Trao-Geerator Kompoe arus zero-sequece selama groud-ault guluga-stator geerator ditetuka atas dasar Skema sistem persamaa yag ditujukka di dalam Gambar. 1. Gambar 1. Skema dari Ragkaia geerator dega usur yag meg-groud-ka etral. Cg - sama dega kapasitasi geerator yag melilit utuk meg-groud-ka. Cz - kapasitasi utuk meg-groud-ka pemutus geerator. C T1-2 - kapasitasi atara tegaga redah da tiggi yag melilit trao. R - resistasi salura gaggua. Y - admitasi suatu usur yag meg-groud-ka geerator etral. Sistem Utuk Meg-Groud-Ka Geerator etral Aalisa tetag arus di dalam geerator etral da pada peempata Groud-ault di dalam guluga-stator geerator dilakuka utuk sistem berikut meg-groud-ka geerator yag etral ditujukka pada Gambar Jural lmiah Semesta Tekika, Vol. 9, o. 2, 2006:

4 etral Di-groud-ka Melalui Resistor ( Resistasi Tiggi) Peg-groud-a resistor pada umumya dihubugka secara lagsug atara geerator yag etral da groud dihubugka pada lilita sekuder trao yag di-groud-ka [Gambar. 2(a)]. Tigkata dari resistasi ii meetuka tegaga zero-sequece kompoe di dalam geerator etral selama Groud-aults di dalam guluga-stator geerator, selama Groud-ault di dalam sistem daya da arus Groud-ault yag megalir di dalam geerator yag etral da pada peempata Groud-ault da bahaya tegaga Groud-ault yag berlebiha. Di dalam kodisi-kodisi khusus resistasi ii di sekitar 1 kω. Di dalam sistem yag diaalisa admitasi groud di dalam geerator yag etral dihitug dari hubuga berikut : 1 Y (1) R Dimaa R adalah suatu ilai sekuder resistasi yag di-groud-ka, sedagka ilai dalam meg-groud-ka admitasi di dalam sistem dega suatu trao yag di-groud-ka da resistasi sekuder terisi sama dega Y 1 (2) 2 R Di maa rasio peg-groud-a trao; R berisi resistasi sekuder di dalam geerator etral. Aalisa tetag arus dilakuka utuk resistasi yag megubah R dari 800Ω sampai dega 1200Ω pada ilai-ilai berbeda meyagkut kapasitasi tambaha utuk meg-groud-ka pemutus geerator. etral Tidak di-groud-ka Ketika geerator yag etral tidak dihubugka dega groud kemudia admitasi dari cabag di dalam geerator yag etral di dalam sirkuit utuk zerosequece kompoe sama dega ol [ Gambar. 2(b)]. Y 0 (3) Arus Groud-Fault di dalam Ragkaia... (R.B. Moch. Gozali, S.T., M.T.) 165

5 Gambar 2. Skema persamaa sistem yag meg-groud-ka geerator etral. (a) etral di-groud-ka melalui resistor. (b) etral tidak di-groud-ka. (c) etral di-groud-ka melalui meetralisirka Groud-ault. etral Di-groud-ka Melalui Peetralisira Kesalaha meetralisirka Groud meguragi eergi emisi yag dipacarka oleh Groud-ault memacarka buga api, pada keyataaya meghapuska erosi ragkia magetik stator. Meetralisirka mempegaruhi impedasi uit di dalam sirkuit zero-sequece da hal itu meetuka tegaga zero-sequece metraser ke geerator melalui kapasitasi atar lilita dari trao utama C T1-2, selama sistem daya Groud-aults. Mempertimbag parameter uit yag riil, arus Groud-ault di dalam suatu geerator yag dilegkapi dega meetralisirka Groud-ault dapat dikuragi di bawah 1A. Arus seperti itu adalah tidak berbahaya utuk ragkia magetik dari stator geerator da tidak meyebabka kerusaka [6]-[8]. Di dalam sistem ii tegaga Groud-ault yag berlebiha adalah sama dega tegaga yag berlebiha di dalam geerator dega etral tidak di-groud-ka da tidak melebihi amplitudo gada tegaga asa geerator. Karea metode ii meg-groud-ka geerator etral, jumlah peetralisira admitasi da parameter dari usur-usur tertetu [Gambar. 2(c)] dihitug megguaka hubuga berikut : 1 1 Y j (4) RGF. LGF di maa : 1 1 R GF = 20. L GF, L GF = (5) 2 k C T CT = Cg + Cz - jumlah kapasitasi. (6) R GF, L GF : resistasi da iduktasi meyagkut peetralisira Groud-ault; 166 Jural lmiah Semesta Tekika, Vol. 9, o. 2, 2006:

6 k :koeisie etralisasi meggambarka sebagai suatu perbadiga kompoe kapasitip da idukti dari arus Groud-ault; : pulsa utuk harmoi pertama. AALSS DA PEMBAHASA Arus Yag Megalir Di Dalam Geerator Selama Groud-Faults Arus Groud-Fault Dalam Keadaa Salah Peempata Keadaa matap arus Groud-ault di dalam geerator yag etral da pada peempata Groud-ault telah ditetuka pada suatu dasar skema dari ragkaia geerator utuk kompoe zero-sequece ditujukka di dalam Gambar. 3. ilai eekti arus keadaa matap didalam geerator yag salah megalir melalui isolasi pada suatu peempata Groud-ault setelah Gambar 3. Skema persamaa geerator selama Groud-ault. U -tegaga asa geerator. -locatio Groud-ault di dalam guluga-stator geerator (0;1). - Groud-ault arus dalam keadaa salah peempata. - Groud-ault arus di dalam geerator etral Kerusaka trasie cepat da setelah karboisasi isolasi kompoe orgaik ( R 0 )ditetuka oleh hubuga berikut : T U Y jc (7) Tigkata dari Groud-ault arus yag megalir melalui isolasi di peempata Groud-ault, Ketika kompoe isolasi orgaik tidak dega sepeuhya terkarboasi da resistasi salura gaggua yag lebih tiggi dibadig beberapa ohm ( R 0 ), dapat dihitug megguaka rumus R U Y 1 jc T (8) Arus Groud-Fault di dalam Ragkaia... (R.B. Moch. Gozali, S.T., M.T.) 167

7 Sebagaimaa terlihat dari (7) da (8), utuk metode tertetu dalam meggroud-ka geerator etral, admitasi dari usur yag terhubug atara geerator yag etral da groud yag mempegaruhi secara sigiika tigkat arus groudault di tempat yag salah. Pegaruh ii tergatug dari tigkat kerusaka salura resistasi, tetapi tidak bisa diremehka bahka utuk resistasi sagat redah. 1. Resistasi di dalam etral: Resistasi meghubugka atara geerator yag etral da groud meigkatka tigkat arus Groud-ault. resistasi etral yag lebih kecil meigkatka arus Groud-ault secara sigiika. Tigkata arus ii tergatug juga pada tegaga asa geerator da peempata Groudault di dalam guluga-stator geerator, sedagka utuk resistasi etral yag lebih kecil adalah kapasitasi utuk meg-groud-ka guluga-stator geerator tidak meigkatka arus Groud-ault secara sigiika. Juga utuk resistasi yag lebih tiggi dari kerusaka salura berpegaruh sagat kecil ( Gambar. 4). Oleh karea itu di dalam meg-groud-ka geerator melalui tigkata resistasi dari arus groud-ault pada peempata Groud-ault utuk parameter geerator yag diasumsika ditetuka oleh tigkata dari resistasi ii (9). 1 jct R U (9) R 1 jc R R T 2. etral Tidak di-groud-ka: Ketika geerator yag etral tidak di-groud-ka kemudia arus Groud-ault dalam keadaa salah peempata tergatug sebagia besar pada parameter geerator, pemutus geerator da trao. Tetapi ii juga yag ditetuka oleh tegaga asa geerator da kesalaha peempata di dalam stator geerator. Kapasitasi utuk meg-groud-ka guluga-stator geerator mempegaruhi secara sigiika (a) 168 Jural lmiah Semesta Tekika, Vol. 9, o. 2, 2006:

8 (b) (c) Gambar 4. arus Groud-ault dalam keadaa salah peempata di dalam geerator dega resistasi di dalam geerator yag etral selama Groud-ault pada termial, = 1. (a) R = 10Ω, R = 1 kω. (b) R = 2 kω, R = 1 kω. (c) U = 15 kv, R = 10Ω, C T = 0,6 F. Arus Groud-ault haya utuk resistasi gaggua salura redah. Karea resistasi yag lebih tiggi pegaruh ii lebih sedikit terlihat (Gambar. 5). arus Groud-ault yag megalir di dalam kerusaka salura di dalam geerator dega etral tidak di-groud-ka ditetuka oleh hubuga U jc 1 jc T T R 3. Meetralisirka di dalam etral: Meetralisirka hubuga atara geerator etral da groud meguragi kompoe kapasitip dari arus Groud-ault. Dega koeisie etrlisasi medekati 1.0, kompoe kapasitip (10) Arus Groud-Fault di dalam Ragkaia... (R.B. Moch. Gozali, S.T., M.T.) 169

9 (a) (b) (c) Gambar 5. arus Groud-ault di dalam geerator dega etral tidak di-groudka selama Groud-ault pada termial; = 1. (a) R = 10Ω. (b) R = 2kΩ (c) R = 10Ω, C T = 0,6 F. 170 Jural lmiah Semesta Tekika, Vol. 9, o. 2, 2006:

10 Pada keyataaya rusak. Kemudia Groud-ault arus sama dega kompoe akti da ilaiya biasaya tidak melebihi 5% dari jumlah arus yag megalir di dalam salura Groud-ault di dalam geerator etral yag tidak digroud-ka tersebut. ilai ii tergatug sebagia besar pada parameter dari peetralisira da memberi hambata sedikit pada kebocora koduktasi dari isolasi utama dari Ragkaia geerator. Dari pegaruh meetralisirka parameter, yaitu., koeisie peetralisira dari arus Groud-ault, adalah mugki utuk diciptaka kodisi-kodisi di bawah yag maa gejala yag terjadi di dalam salura Groud-ault tidak meyebabka bahaya pada besi stator geerator da guluga-stator isolasi. Di dalam geerator dega meetralisirka etral arus Groud-ault dalam keadaa salah peempata tergatug pada parameter geerator, (a) (b) Gambar 6. Groud-ault arus di dalam kerusaka salura di dalam geerator dega meetralisirka Groud-ault di dalam geerator yag etral selama Groud-ault pada termial; U = 15 kv, = 1. (a) R = 10Ω. (b) R = 2kΩ. Arus Groud-Fault di dalam Ragkaia... (R.B. Moch. Gozali, S.T., M.T.) 171

11 Trao, pemutus geerator, usur-usur terhubug secara lagsug pada busbus meghubugka trao da geerator da parameter dari peetralisira. Hal itu juga tergatug pada tegaga asa geerator da peempata Groud-ault di dalam guluga-stator itu. Karea yag lebih tiggi kerusaka salura pegaruh resistasi pada tegaga asa geerator da kapasitasi tidak begitu petig utuk resistasi kesalaha redah (Gambar. 6). Arus megalir melalui kerusaka salura dalam geerator dega groud etral melalui peetralisira ditetuka oleh hubuga U 1 1 j CT RGF LGF R j CT RGF LGF Utuk suatu sistem terkompesasi, Ketika arus kapasitip dietralka oleh alira arus idukti di dalam geerator etral, Groud-ault arus pada peempata Groud-ault dapat ditetuka megguaka betuk U GF (11) 1 (12) R R Dalam hal ii arus Groud-ault utuk asumsi tegaga geerator asa da peempata kesalaha tergatug haya pada resistasi dari peetralisira da kesalaha resistasi. Di dalam kodisi-kodisi riil resistasi Groud-ault peetralisiraya (5) sekitar 20 kali lebih tiggi dibadig peetralisira reakta (beberapa kω), oleh karea itu utuk sistem terkompesasi peuh utuk kesalaha redah (a) 172 Jural lmiah Semesta Tekika, Vol. 9, o. 2, 2006:

12 (b) Gambar 7. arus Groud-ault didalam etral geerator di-groud-ka melalui resistasi selama Groud-ault, R= 1 kω. (a) U = 15 kv, = 1.(b) U = 12 kv, = 0,5. Resistasi arus Groud-ault pada peempata Groud-ault megasumsika ilai-ilai yag kecil ( 12). Arus Groud-ault di dalam Geerator etral Keadaa matap Arus yag megalir di dalam etral utuk geerator disalahka setelah kerusaka trasie cepat da perubaha oleh karboasi dari isolasi kompoe orgaik ditetuka sebagia besar oleh usur peghubug atara geerator yag etral da groud itu. arus Groud-ault Yag eekti, setelah perubaha oleh karboasi isolasi kompoe orgaic(r =0Ω) yag megalir melalui usur ii ditetuka oleh hubuga U Y (13) Tigkata dari arus yag megalir selama keadaa tidak matap, ketika resistasi dari salura pemutus berada pada tigkat yag lebih tiggi(r >0Ω), ditetuka sebagai berikut: U U R Y (14) di maa peurua tegaga pada resistasi Groud-ault dapat dihitug megguaka rumusa Arus Groud-Fault di dalam Ragkaia... (R.B. Moch. Gozali, S.T., M.T.) 173

13 U R U R Y R 1 j C T (15) (a) (b) Gambar 8. arus Groud-ault di dalam geerator yag etral di-groud-ka melalui peetralisira Groud-ault selama Groud-ault pada termial, U = 15kV, = 1. (a) R = 10Ω. (b) R = 2 kω. Dega meletakka (15) ke dalam (14) kita medapatka arus yag megalir di dalam geerator yag etral 174 Jural lmiah Semesta Tekika, Vol. 9, o. 2, 2006:

14 U Y (16) 1 R Y j CT 1. Resistasi di dalam etral: Resistasi, yag dihubugka di dalam geerator etral, peigkata adalah Groud-ault arus yag megalir atara etral da groud. Hal itu tergatug secara sigiika pada tegaga geerator da peempata Groud-ault di dalam guluga-stator (Gambar. 7). Juga resistasi di dalam geerator yag etral meetuka peurua-tegaga pada salura pemutus. Arus kesalaha di dalam geerator yag etral dega resistasi yag di-groud-ka dapat ditetuka sebagai berikut: R U 1 j CT R R 2. etral Tidak di-groud-ka: Di dalam geerator dega etral tidak di-groudka tidak ada alur utuk arus megalir atara etral da groud. Sesuatu yag membuat kesalaha arus yag megalir atara etral da groud sama dega ol (17) 0 (18) 3. Meetralisirka di dalam etral: hubuga peetralisira atara geerator etral da groud meigkatka arus yag megalir atara etral da groud. Tigkata dari arus ii tergatug sebagia besar pada kesalaha resistasi, tegaga asa geerator da peempata kesalaha. Resistasi salura pemutus sagat redah itu tergatug haya pada tegaga geerator, peempata Groud-ault di dalam guluga-stator da parameter peetralisira. Utuk resistasi pemutus yag lebih tiggi da juga parameter geerator, pemutus geerator da trao utama meetuka arus Groud-ault (Gambar. 8). Groudault arus di dalam geerator etral dega peetralisira dapat ditetuka megguaka hubuga berikut : U 1 1 RGF jl R RGF jl GF GF j C Utuk sistem terkompesasi peuh, Ketika arus kapasitip 100% dietralka oleh alira arus idukti di dalam geerator etral, arus Groud-ault pada peempata Groud-ault ditetuka sebagia besar oleh resistasi kesalaha da peetralisira parameter (20). Arus Groud-Fault di dalam Ragkaia... (R.B. Moch. Gozali, S.T., M.T.) 175 T (19)

15 U R RGF R GF 1 R GF 1 jl GF (20) KESMPULA 1. Arus ault megalir atara geerator yag etral da groud da di dalam kerusaka salura di dalam geerator isolasi utama selama Groud-aults di dalam guluga-stator sebagia besar ditetuka oleh metode meg-groudka geerator etral. 2. Utuk metode aalisa peg-groud-a geerator etral arus kesalaha yag palig tiggi dalam keadaa salah peempata terjadi di dalam geerator dega etral yag di-groud-ka melalui resistasi. arus Yag palig redah megacu pada geerator yag di-groud-ka melalui meetralisirka Groudault. 3. Groud-ault arus di dalam geerator yag etral selama resistasi redah Groud-aults ditetuka sebagia besar oleh usur meg-groud-ka geerator etral da di dalam geerator Groud-ault dilegkapi dega peetralisira secara sigiika lebih redah dari di dalam geerator dega resistasi di dalam etral. DAFTAR PUSTAKA J. W. Pope, "A compariso o 100% stator groud ault protectio schemes or geerator stator widigs," EEE Tras. Power Apparat. Syst., vol. PAS- 103, pp , Apr X. G. Yi, O. Malik, G. Hope, ad D. Che, "Adaptive groud ault protectio schemes or turbogeerators based o third harmoic voltages," EEE Tras. Power Del., vol. 5, pp , Apr M. Zielichowski ad M. Fulczyk, "luece o load o operatig coditios o third harmoic Groud-ault protectio system o uit-coected geerators," Proc. st. Elect. Eg, Ge., Tras., Distrib., vol. 146, o. 3, pp , "luece o voltage trasormers o operatig coditios o Groud-ault protectio system or uit-coected geerator," t. J. Elect. Power Eergy Syst., vol. 20, o. 5, pp , M. Riaat, "Cosideratio or geerator Groud-ault protectio i midsize cogeeratio plats," EEE Tras. d. Applicat., vol. 33, pp , May/Jue Jural lmiah Semesta Tekika, Vol. 9, o. 2, 2006:

16 J. Basilesco ad J. Taylor, "Report o methods or earthig o geerator step-up trasormer ad geerator widig eutrals as practiced throughout the world," Proc. CGRE, vol. 121, o. 121, pp , E. M. Gulacheski ad E. W. Courville, "ew Eglad Electric's 39 years o experiece with resoat eutral groudig o uit-coected geerators," EEE Tras. Power Del., vol. 6, pp , July K. J. S. Khukhu, J. L. Koepiger, ad M. V. Haddad, "Resoat groudig (groud ault meetralisirka) o a uit coected geerator," EEE Tras. Power Apparat. Syst., vol. PAS-96, pp , Feb Arus Groud-Fault di dalam Ragkaia... (R.B. Moch. Gozali, S.T., M.T.) 177